§2.8. Искра
Искра в электрических сетях возникает в результате пробоя воздушной изоляции под действием импульса коммутационного или атмосферного перенапряжения. На фронте импульса по мере роста тока плазменный канал сильно разогревается и расширяется. Расширение происходит в форме цилиндрической ударной волны. Плотность газа от центра канала к его периферии нарастает очень круто. На периферии канала создается оболочка высокой плотности, охватывающая центральную часть канала, где газ сильно разрежен и сильно ионизирован. По мере расширения канала плотность оболочки снижается.
В начальной фазе расширение канала носит характер взрыва. Ударная акустическая волна создает характерный треск искрового разряда.
§2.9. Длинная дуга в воздухе
Дуговой разряд в установках высокого напряжения возникает между электродами под действием рабочего напряжения вслед за искровым разрядом при Ераб Екр, при замыкании электродов металлическими быстро перегорающими проволочками, при перекрытии загрязненной изоляции. Во всех случаях стремятся к скорейшему погасанию дуги.
Почти всю длину дуги занимает плазменный столб. Электрическое поле в столбе дуги Ед сообщает энергию электронам и ионам, причем основную долю энергии воспринимают электроны, обладающие большей подвижностью. При столкновениях электроны отдают энергию молекулам, увеличивая их кинетическую энергию, т.е. повышая температуру газа. При высоких давлениях температура дуги лежит в пределах 4000 – 15000 К, что обеспечивает интенсивную термическую ионизацию.
Электроны поступают в дуговой столб за счет термоэлектронной эмиссии из катода, разогретого дугой. Переход электронов из электрода в газ обеспечивается прикатодным падением напряжения, величина которого составляет всего несколько десятков вольт. Если падение напряжения в приэлектродных областях пренебрежимо мало в сравнении с падением напряжения на плазменном столбе, дугу называют длинной. Энергия, подводимая из внешней электрической цепи к длинной дуге, выделяется в основном в плазменном столбе, так что характеристики длинной дуги и ее устойчивость полностью определяется процессами в столбе дуги. В установках высокого напряжения дуга в воздухе практически всегда является длинной.
В устойчивой дуге сохраняется баланс между подводимой мощностью Р=ЕдlI и потерей мощности в окружающее пространство в результате тепловой конвекции и теплопроводности.
Дуга в воздухе растягивается, увлекаемая конвекционными потоками разогретого газа. Действительная длина дуги, возникшей между горизонтальными электродами, вследствие изгиба и закручивания ствола дуги еще более возрастает и может быть ориентировочно принята равной 4l.
При увеличении длины дуги l сверх некоторой критической lкр напряжение на дуге Uд= Eдl окажется выше приложенного к электродам; баланс мощности нарушится, и произойдет самопогасание дуги.
§2.10. Последовательность стадий газового разряда
Последовательность различных стадий газового разряда в неравномерном и равномерном полях приведена на рис. 1.10.
Рис. 1.10. Последовательность стадий газового разряда
В длинных промежутках разряд проходит все стадии, начиная от лавинной короны до главного, искрового и дугового разряда. В относительно коротких промежутках лидерная стадия и стадия главного разряда практически отсутствуют.
В равномерном поле отсутствуют лавинная и стримерная формы короны и самостоятельный разряд непосредственно переходит в искровой. Однако этот переход также осуществляется путем развития стримеров, но в отличие от неравномерного поля в равномерном поле возникновение стримеров равновероятно по всей длине промежутка.