2. Электрический разряд в газах. Понятие самостоятельного разряда. Виды электронной эмиссии из катода.
Электрический разряд – явление протекания электрического тока (имеются в виду токи проводимости и переноса) в изоляционном промежутке. Электрический ток возникает вследствие движения заряженных частиц. Заряженные частицы в газообразном диэлектрике образуются вследствие ионизационных процессов различной природы.
Самостоятельный разряд – разряд, протекающий в отсутствии искусственных ионизующих факторов. Происходит только в результате приложения к промежутку напряжения без каких-либо дополнительных физических факторов (нагрев, специальные источники ионизующего излучения и т.п.).
Ещё определения, касающиеся разрядов:
1) Начальное напряжение (Uн) – напряжение обеспечивающее условия самостоятельного разряда.
2) Разрядное напряжение (Uр) – напряжение, обеспечивающее существование разряда данного вида (искра, корона и т.д.).
3) Пробивное напряжение (Uп) – напряжение, обеспечивающее разряд в промежутке, сопровождающийся образование электропроводящего канала.
4) Электрическая прочность воздуха 30 кВ/см (просто надо знать).
Существуют механизмы, играющую одну из определяющих ролей в электроразрядных явлениях – освобождение электронов с поверхности отрицательно заряженного электрода (катода), называемое электронной эмиссией. Нетрудно заметить, что при знакопеременном напряжении, например напряжении промышленной частоты, оба электрода поочередно выступают в качестве катода. Энергетический порог процесса эмиссии в 2–3 раза ниже энергии ионизации, а в качестве поставщика этой энергии могут служить: положительные ионы, ускоренные в поле электродов до достаточной величины энергии, световые кванты подходящей по энергетическому условию частоты.
Виды электронной эмиссии из катода:
Бомбардировка поверхности катода положительными ионами
Энергетическое условие:
,
где
-
работа выхода электрона из металла
Фотоэмиссия с катода – фотоны падают на катод.
Энергетическое условие: h Aвых
Автоэлектронная эмиссия
Если электрическое поле в промежутке достаточно сильное, то под его непосредственным воздействием электроны извлекаются с поверхности металла (автоэлектронная эмиссия). При этом в сильных электрических полях начиная с 10 кВ/см плотность тока автоэлектронной эмиссии может достигать весьма больших значений: 108–1010 А/м2. Процессы автоэлектронной эмиссии в сильной степени зависят от качества обработки поверхности электродов. Для шероховатых электродов характерны микровыступы, являющиеся концентратами электрического поля и соответственно автоэлектронного тока. Если мощность установки питающей такую систему электродов достаточна, то плотность тока эмиссии в местах выступах может оказаться достаточной для плавления и испарения микровыступов. В этом случае говорят о взрывной эмиссии.
Плотность тока автоэлектронной эмиссии изменяется в широких пределах, достигая
Это соответствует E =10 кВ/см (необработанные
электроды) - 1000 кВ/см(обработанные или
полированные электроды).
Термоэлектронная эмиссия
Электронная эмиссия из катода может происходить при нагреве последнего до температуры порядка 1000К. С точки зрения разрядных процессов в газовой изоляции высоковольтных устройств этот процесс, называемый термоэлектронной эмиссией, интереса не представляет.
Образование отрицательных ионов захватом электрона молекулой (прилипание) – характерно для некоторых молекул – O2, H2O, SF6 (элегаз).
Существуют газы, например SF6, молекулы которых имеют высокую вероятность захвата электрона («прилипания»). В этом случае вместо электрона в разрядном промежутке возникает тяжёлый отрицательный ион, с ограниченными возможностями набора энергии в электрическом поле. При таком сценарии интенсивное развитие ионизационных процессов становится более ограниченным по сравнению с обычными газами. Газ, обладающий описанными свойствами, называется электроотрицательным.
