Разряды в воздушных промежутках при постоянном и переменном напряжениях

1. Развитие разряда и пробивные напряжения промежутков с однородным электрическим полем

Развитие разряда происходит за время значительно меньшее, чем полупериод переменного напряжения частотой 50 Гц, поэтому разрядные напряжения воздушных промежутков при постоянном и переменном напряжениях практически одинаковы.

Зависимость значений разрядных напряжений от длины промежутка и давления газа может быть получена на основе условия самостоятельности разряда:

_эф L  const = к (6.1)

где: _эф – эффективный коэффициент ударной ионизации;

L – расстояние между электродами;

К – коэффициент, показывающий количество ионизаций, которые должен осуществить каждый электрон для пробоя диэлектрика на пути между электродами.

При низком давлении К = 4, а при атмосферном давлении К = 8 – 20.

_эф =  - 

где:  - коэффициент ударной ионизации, который представляет собой число

ионизаций, которые осуществляются электроном на единичном пути вдоль

силовых линий электрического поля;

 - коэффициент прилипания.

Некоторые газы 0₂, Сl₂, водяной пар способны присоединять лишний электрон с образованием устойчивых отрицательных ионов. Коэффициент прилипания равен

отношению числа присоединившихся к частицам газов к общему числу электронов при прохождении им единичного участка.

Применение этого условия к промежутку с однородным полем означает его пробой.

Формула для определения эффективного коэффициента ударной ионизации имеет вид

(6.2)

где: А и В – постоянные, зависимые от характеристики газа и значения температуры.

В однородном поле , (6.3)

Подставим уравнение (6.2) в (6.1) и с учетом (6.3), при этом приняв U = U_р, получим

(6.4)

или

(6.5)

Уравнение (6.5) представляет собой аналитическое выражение закона Пашена, названного по имени Фридриха Пашена (немцк. физика), который установил зависимость U_пр = f (p L) экспериментальным путем.

Закон Пашена гласит: при неизменной температуре пробивное напряжение газа в промежутке с однородным полем является функцией произведения давления на расстояние между электродами.

Данный закон показывает, что увеличение расстояния между электродами с одновременным уменьшением давления во столько же раз не меняет разрядного напряжения U_Р.

Для расчётов разрядных (пробивных) напряжений воздушных промежутков с однородным полем, приняв К = 8,2 , можно воспользоваться уравнением:

(6.6)

Из (6.6) следует, что

(6.7)

При нормальных атмосферных условиях и L=1 cм напряженность электрического поля при разряде в промежутке составляет Е_Р=30,9 кВ/см.