2. Принцип работы искровых разрядников

В зависимости от назначения, условий работы и конструкции в искровом разряднике могут использоваться свойства импульсного искрового разряда, дугового разряда и реже тлеющего разряда. Наиболее широко применяется искровой разряд, характеризующийся низким падением напряжения в разрядном промежутке и большими токами. В низковольтных разрядниках (до 500 В), предназначенных для коммутации токов в несколько ампер длительностью единиц микросекунды при приложении напряжения, выше напряжения про­боя или равного ему, возникает сначала тлеющий разряд, который при дальнейшем повышении напряжения быстро переходит в дуго­вой. В высоковольтных разрядниках, предназначенных для коммутации импульсов тока длительностью несколько десятков микросекунд, возникает им­пульсный искровой разряд.

Рассмотрим механизм возникновения искрового разряда в раз­рядниках. Известно, что искровой разряд возникает при большой разнице потенциалов между электродами и при больших давлениях. До возникновения искрового разряда потенциал зажигания высок, однако после пробоя междуэлектродного промежутка напряжение на нем падает. В искровом канале возникают высокие температуры (более 10 000 К) и большие токи, достигающие тысяч ампер. Если мощность источника питания и время прохождения тока недоста­точны для возникновения и поддержания стационарного дугового разряда, искра является конечной стадией развития разряда при пе­реходе из несамостоятельного в самостоятельный.

Явления в искровом разряде хорошо объясняются теорией стриммеров, согласно которой ионизированный канал возникает в между­электродном промежутке благодаря фотоионизации газа при корот­коволновом излучении головки основной лавины. При этом проис­ходит образование лавин, сливающихся с основной в один мощный стример. Образование стримера может происходить при выполнении двух условий: 1) пробой наступает, когда поперечное электрическое поле возникшей лавины становится примерно равным по величине продольному полю разряда между электродами. При этом фото­электроны вместе с образуемыми ими новыми побочными лавинами будут вливаться в канал основной лавины; 2) вместе со слиянием побочной и основной лавин должна увеличиваться напряженность поля и образовываться такое количество фотонов, которое было бы достаточно для поддержания и распространения стримера. Схема, изображающая развитие искровых каналов, показана на рис. 2.

Рис.2. Схема образования положительного стримера:

а − начало развития основной лавины (стрелками показаны силовые линии

результирующего электрического поля лавины); б − основная лавина достигла

анода (I−IV − побочные лавины, образованные под действием фотонов);

в − побочные лавины сливаются с основной, образуя стример; г − образование

стримера завершено.

3. Процессы, происходящие в разряднике

Если на электроды двухэлектродного неуправляемого разрядника подать напряжение, достаточное для его пробоя, т. е. создать в междуэлектродном промежутке такую напряженность электриче­ского поля, которая обеспечит условие перехода разряда из несамо­стоятельной формы в самостоятельную, разрядник пробьется. Со­противление междуэлектродного промежутка при этом изменится практически до десятых и сотых долей ома. В момент пробоя на­пряжение в нем резко падает, а через разрядник протекает прак­тически ток короткого замыкания, величина и форма которого будет зависеть от величины и характера нагрузки. Ток в междуэлектродном промежутке будет проходить через высоко-ионизированный канал разряда до тех пор, пока энергия, поступающая от источника питания в канал разряда в единицу времени, не станет меньше мощности потерь разряда. Как только это случится, разряд прекращается. Наступает деионизация междуэлектродного проме­жутка, и разрядник возвращается в первоначальное состояние.

Механизм зажигания разряда в трёхэлектродном разряднике можно представить следующим образом. При подаче на поджигаю­щий электрод напряжения управляющего импульса происходит про­бой вспомогательного промежутка (катод ─ поджигающий элек­трод). Промежуток между катодом и поджигающим электродом замыкается разрядом, и все напряжение между катодом и анодом разрядника будет приложено к промежутку анод ─ поджигающий электрод, длина которого меньше, чем длина промежутка анод катод. Благодаря этому напряженность электрического поля в про­межутке поджигающий электрод ─ анод возрастает и создаются условия для пробоя этого промежутка и всего промежутка между основными электродами. Кроме того, предварительное зажигание вспомогательного разряда приводит к выходу электронов из канала вспомогательного разряда под действием поля анода в область меж­ду анодом и поджигающим электродом, вызывая в последнем интенсивное возбуждение и ионизацию газа, способствующую зажи­ганию основного разряда.