Разрядные напряжения воздушных промежутков при импульсных напряжениях. Пороги зарождения лавин и отрицательных стримеров. Положительные и отрицательные стримеры

Известно, что при резко неоднородном электрическом поле напряжение зажигания коронного разряда существенно ниже напряжения искрового пробоя (рис.2.1).Разрядные напряжения промежутков с неоднородным полем зависят не только от длины промежутка и плотности газа, но и от геометрии электродов и их полярности. Как видно из рис. в сильнонеоднородных полях пробивное напряжение может оказаться выше, чем в однородных полях.

Особенности импульсного разряда.

Темой настоящей лекции является исследование форм разрядных процессов в неоднородных электрических полях при импульсных воздействиях грозовым импульсом положительной и отрицательной полярности и получение зависимостей аналогичных кривым Пика в области слабо-неоднородных и сильно-неоднородных электрических полей.

Эти процессы можно идентифицировать, как своеобразную форму импульсной «короны», проходящей в лавинной, либо стриммерной форме. В процессе исследований необходимо выяснить при каких условиях в неоднородных полях могут возникнуть искровой пробой межэлектродного промежутка.

Исследование проводилось на установке ГИН-500 , в системе электродов сфера над плоскостью. Воздействие проводилось стандартным грозовым импульсом.

Разрядные напряжения воздушных промежутков при импульсных напряжениях. При кратковременных импульсах разрядное напряжение воздушных промежутков зависит от продолжительности воздействия. Если к промежутку приложено напряжение, достаточное для пробоя, то для развития и завершения разряда в нем необходимо определенное время t_p, называемое временем разряда.

Развитие самостоятельного разряда начинается с появления в промежутке эффективного начального электрона, что является случайным событием. Время ожидания начального электрона t_cподвержено разбросу и называется поэтому статистическим временем запаздывания разряда. Это первая составляющая времени разряда. Другой составляющей, имеющей также статистический характер, является время формирования разряда , т. е. время от момента появления начального электрона до завершения пробоя промежутка. При достаточно большой длительности фронта импульса имеет значение также холостое время ,представляющее собой время подъема напряжения до начального значения . Таким образом, в общем случае время разряда определяется как

Если длительность приложенного к промежутку импульса меньше времени разряда, то пробой не произойдет, хотя при длительном приложении напряжения значение напряжения было бы достаточным для этого.

Статистическое время запаздывания разряда в промежутках с однородным электрическим полем связано с действием внешних ионизаторов. Естественные ионизаторы — это космические частицы и излучение радиоактивных элементов земной коры, а искусственные—ультрафиолетовое излучение ртутно-кварцевых ламп, излучение радиоактивных препаратов.

За счет естественной ионизации в воздухе у поверхности земли за 1 с образуется в 1 м³ 610⁹ электронов. Судьба этих электронов в разрядном промежутке различна. Одни из них рекомбинируют с положительными ионами, захватываются электроотрицательными частицами, в основном молекулами кислорода и парами воды, другие рассеиваются, уходят из промежутка в результате взаимодействия с частицами газа. Некоторые электроны образуют лавины, не приводящие к самостоятельному разряду. И, наконец, есть эффективные электроны, способные создать лавины критической длины, что означает самостоятельный разряд в промежутке.

Если β — среднее число электронов, появляющихся в разрядном промежутке за 1 с, P— вероятность того, что электрон станет эффективным, то βΡ—среднее число эффективных электронов, появляющихся в промежутке за 1 с. Среднее статистическое время запаздывания разряда определяется как

Вероятность Pпри определенном состоянии газа зависит, прежде всего, от напряжения на промежутке, и она тем больше, чем выше напряжение, поскольку с ростом напряжения сокращаются вероятности прилипания электронов к электроотрицательным частицам, рассеивания их и образования электронами неэффективных лавин. Поэтому чем выше напряжение на промежутке, тем меньше среднее статистическое время запаздывания разряда.

При значительном возрастании напряжения  и σ стремится к минимальному значению . Искусственное облучение промежутка создает дополнительное число электронов, т. е. увеличивается значение β и б_minстановится меньше (рис. 4. 16). Эффект облучения промежутка используется при измерениях с помощью шаровых разрядников малых напряжений (невелик объем газа между электродами) или напряжений очень коротких импульсов (меньше 1 мкс). При отсутствии облучения в том и другом случаях β очень мало и соответственно велико σ, что при приемлемой продолжительности опыта приводит к искажению результатов измерения в сторону завышения напряжения, поскольку значительное уменьшение β компенсируется при повышенном напряжении ростом вероятности P.