 
        
        - •Цели и задачи курса «Изоляция и перенапряжения в электроэнергетических системах»
- •Уровни изоляции электрооборудования
- •Понятие перенапряжения в электроэнергетических системах и виды воздействующих перенапряжений
- •Влияние режима заземления нейтрали на перенапряжения в электроэнергетических системах
- •Понятие внешней и внутренней изоляции
- •Координация изоляции
- •Процесс отрыва электрона от атома или молекулы называется ионизацией. При этом затрачивается некоторая энергия, которую принято измерять в электрон-вольтах.
- •Виды ионизации газов
- •Образование отрицательных ионов и рекомбинация заряженных частиц
- •Коэффициент ударной ионизации
- •Образование лавины электронов, понятие самостоятельного разряда
- •Разряд в коротких промежутках
- •Пробивное напряжение газа в однородном поле. Закон Пашена
- •Коронный разряд в резконеоднородном поле
- •Пробивное напряжение газа в резконеоднородном поле
- •Влияние полярности электродов на пробивное напряжение газа
- •Методы повышения электрической прочности газов
- •Разряды в газовых промежутках при импульсных напряжениях
- Образование лавины электронов, понятие самостоятельного разряда
Если напряженность электрического поля достигнет значения Е, при котором возможна ударная ионизация, то в межэлектродном пространстве возникают лавинные процессы. При этом происходит размножение заряженных частиц – электров и ионов.
Рассмотрим протекание этого процесса. Предположим, что в какой-либо точке поля с напряженностью Е возник свободный электрон, обладающий энергией, достаточной для ионизации молекулы газа. Начальный электрон может возникнуть в результате фотоионизации молекулы газа каким-либо внешним ионизатором. Этот электрон ионизирует молекулу, что приводит к образованию положительного иона и двух электронов. Разгоняясь в электрическом поле, каждый из этих электронов, в свою очередь, ионизирует по молекуле, что приводит к лавинообразному процессу (рис. 8).
 а)
 а) б)
   б)
Рис. 8. Схема образования электронов (а) и распределение в ней заряженных частиц (б)
Рассмотрим по какому закону увеличивается число электронов в лавине, возникшей в газовом промежутке, изображенном на рис. 1.1.
Допустим,
что в головке лавины, прошедшей путь 
 от катода, содержится
от катода, содержится 
 электронов. На пути
электронов. На пути 
 каждый
из них произведет
каждый
из них произведет
 ионизаций. Общее увеличение числа
электронов на пути 
будет равно:
ионизаций. Общее увеличение числа
электронов на пути 
будет равно:
 или
  или
 
 .
.
После интегрирования в пределах от 1 до n и от 0 до x получим:
 или
  или   
 .	
                         (1.2)
.	
                         (1.2)
 
Рис.1.1. Развитие лавины электронов в однородном поле
В
однородном поле с двумя плоскими
электродами напряженность поля и
плотность газа во всех точках одинаковая.
В этом случае коэффициент 
 можно вынести за знак интеграла, тогда:
можно вынести за знак интеграла, тогда:
 .						(1.3)
.						(1.3)
Разряд, созданный внешним ионизатором, сопровождается малым по величине током и слабым свечением (темновой разряд). Для создания дугового разряда, независящего от внешнего ионизатора, необходимо появление в газовом промежутке вторичного электрона, выбитого из поверхности катода за счет электронной эмиссии. Такая фаза разряда называется самостоятельным разрядом.
Лавина электронов состоит из заряженных частиц обоих знаков – электронов, расположенных в головке лавины, и положительных ионов, заполняющих тело лавины (см. рис. 1.1). Положительные ионы движутся в сторону катода и бомбардируют его поверхность. Если энергия ионов превышает работу выхода электронов из поверхности металла, то у катода появляются вторичные свободные электроны.
Число вторичных электронов пропорционально числу ионов, которое в свою очередь на 1 меньше числа электронов в головке лавины с учетом вычета начального электрона, то есть:
 ,
,
где
 – коэффициент вторичной ионизации.
– коэффициент вторичной ионизации.
Для
образования самостоятельного разряда
достаточно, чтобы одна лавина создала
хотя бы один вторичный электрон.
Следовательно, для возникновения
самостоятельного разряда должно быть
выполнено условие: 
 ,
или с учетом выражения (1.2):
,
или с учетом выражения (1.2):
 .
                                          (1.4)
.
                                          (1.4)
Для однородного поля:
 .
                                            (1.5)
.
                                            (1.5)
Обозначим через S расстояние, которое может пробежать лавина (расстояние между электродами). В равномерном поле E = const и, следовательно, постоянен и коэффициент ударной ионизации . Число электронов в лавине будет составлять
 
т.е., число электронов возрастает с расстоянием S по экспоненциальному закону и при том с тем большей интенсивностью, чем больше коэффициент ударной ионизации .
Электроны и ионы, образовавшиеся в лавине, перемещаются под действием электрического поля. Подвижность электронов много больше подвижности ионов, в результате в голове лавины образуется избыток электронов, а в ее хвосте преобладают положительно заряженные ионы, рис. 8 б.
Для образования лавины необходим один начальный электрон. При непрерывном воссоздании начальных электронов лавинный процесс не прекращается. Начальные электроны могут создаваться внешними ионизаторами, в этом случае разряд называется несамостоятельным. Воссоздание начальных электронов может происходить и за счет ионизационных процессов в самой лавине. В этом случае процесс носит саморегулирующийся характер и разряд называется самостоятельным.
Установим
условия самостоятельного разряда в
равномерном поле. Согласно соотношению
 ,
число ионизаций в лавине
,
число ионизаций в лавине 
 .
Ионизация в лавине сопровождается
возбуждением части молекул и излучением
фотонов. Излучаемые фотоны могут вызвать
вторичную ионизацию в газе. Назовем
коэффициентом
вторичной ионизации
– число вторичных электронов, создаваемых
фотонами, отнесенное к одному акту
ионизации в лавине. Если в лавине
происходит
.
Ионизация в лавине сопровождается
возбуждением части молекул и излучением
фотонов. Излучаемые фотоны могут вызвать
вторичную ионизацию в газе. Назовем
коэффициентом
вторичной ионизации
– число вторичных электронов, создаваемых
фотонами, отнесенное к одному акту
ионизации в лавине. Если в лавине
происходит 
 ионизаций, то общее число вторичных
электронов равно
ионизаций, то общее число вторичных
электронов равно 
 .
Если это число равно 1, это означает, что
в результате своего развития лавина
воссоздает начальный электрон.
Следовательно, при условии
.
Если это число равно 1, это означает, что
в результате своего развития лавина
воссоздает начальный электрон.
Следовательно, при условии 
 ,
разряд будет поддерживаться, если даже
действие внешнего ионизатора прекращается.
 
есть условие самостоятельного разряда.
,
разряд будет поддерживаться, если даже
действие внешнего ионизатора прекращается.
 
есть условие самостоятельного разряда.
