Ответы на контрольные вопросы

1) Поясните особенности электрического разряда в неоднородных полях и чем они обусловлены?

При плавном увеличении напряжения на промежутке с резконеоднородным полем в нем вначале возникает коронный разряд, который может иметь лавинную или стримерную форму. При повышении напряжения лавинная корона переходит в стримерную.

Стример в резконеоднородном поле вначале распространяется только на часть промежутка, так как по мере увеличения его длины потенциал головки уменьшается за счет падения напряжения в ка­нале, происходят снижение напряженности поля и прекращение ионизации перед головкой стримера.

С ростом приложенного к промежутку напряжения длина стри­мера увеличивается и возрастает емкость между стримером и противо­положным электродом. Это приводит к увеличению тока в канале стримера и разогреву его до температуры, достаточной для термической ионизации. Термически ионизированная часть канала стри­мера называется лидером.

Концентрация заряженных частиц в канале лидера значительно выше, чем в стримере, поэтому падение напряжения на нем меньше. В связи с этим у стримера, часть канала которого преобразовалась в лидер, потенциал головки возрастает и создаются условия для продвижения стримера до противоположного электрода и преобра­зования этого стримера в лидер.

При приближении лидера к противоположному электроду напря­женность в еще не пробитой части промежутка резко возрастает. Поэтому возникает весьма интенсивная ионизация, превращающая газ в этом промежутке в плазму с плотностью ионов, гораздо большей, чем в канале лидера. Большая напряженность на границе вновь образовавшегося канала обеспечивает быстрое распростра­нение зоны интенсивной ионизации по направлению к стержню. Этот процесс, который развивается от плоскости к стержню, т. е. в направлении, противоположном движению стримера, со скоростью около 10⁷ м/с, обычно называют обратным (или главным) разря­дом. Обратный разряд создает между электродами канал, обладаю­щий очень высокой проводимостью.

2) Почему электрическая прочность воздушных промежутков с резконеоднородным полем зависит от полярности электрода с малым уровнем кривизны?

При положительной поляр­ности электрода с малым радиусом кривизны новые электроны, обеспе­чивающие воспроизводство лавин и самостоятельность разряда, образуют­ся только в объеме газа за счет фотоионизации, вызванной излучением предшествующих лавин. При отрица­тельной полярности этого электрода новые электроны могут возникать не только в объеме газа, но и освобож­даться с поверхности электрода, так как последний является в этом случае катодом. Соответственно вторичных ионизаций при положительной поляр­ности электрода с малым радиусом кривизны получается меньше, а начальное напряжение — выше.

3) Чем объяснить электрическую прочность воздушных изоляционных промежутков при различных формах электродов?

Для промежутков с резконеоднородными полями характерным является малая зависимость пробивного напряжения от формы электродов. При достаточно большом расстоянии между электродами, когда поле становится резконеоднородным, пробивное напряжение мало зависит от формы электродов, тогда как при слабонеоднородном поле (расстояние между электродами мало) эта зависимость выражена резко.

Промежуток между двумя шарами. Искровой промежуток между двумя шарами является классическим примером слабонеоднородного поля, если отношение расстояния между шарами к их диаметру не превышает 0,5.

При этом условии разрядное напряжение не зависит от длительности приложения напряжения начиная с десятых долей микросекунды, что и определило широкое использование этого промежутка для измерения максимальных значений напряжения. Использование шарового промежутка в качестве измерительного прибора потребовало проведения многочисленных и весьма тщательных экспериментов, которые обобщались Международной электротехнической комиссией.

Так как электрическое поле между шарами зависит от их расстояния до земли и других заземленных или находящихся под напряжением объектов, были введены нормы на устройство шаровых разрядников.

Промежутки игла - плоскость и игла – игла. Эти промежутки являются классическим примером симметричного (игла – игла) и несимметричного (игла - плоскость) резконеоднородного поля.

Электрическая прочность промежутка между двумя проводами очень близка к прочности промежутка игла – игла, а разрядное напряжение между проводом и плоскостью приблизительно равно разрядному напряжению промежутка игла - плоскость. Разрядное напряжение между проводам линии электропередачи и стойкой опоры занимает промежуточное положение.

12