8. Разряды в несимметричныхполях. Эффектполярности

Характерными примерами резко неоднородного несимметрично- го поля являются поля между иглой и плоскостью, иглой и шаром. В этих полях напряженность поля у электрода с малым радиусом (игла или шар) велика и достаточна для развития ионизационного процесса даже при напряжениях, меньших напряжения возникнове- ния короны. При этом образующийся объемный заряд будет суще- ственно влиять на процесс развития разряда в зависимостиотпо- лярностиэлектродов.

При положительном острие (рис. 1.7,а) электроны, двигаясь к острию, совершают ионизацию и образуют лавину электронов. По- ложительные ионы образуют положительный объемный заряд, мед- ленно перемещающийся к плоскости. Объемный заряд положитель-

ныхионовиэлектронов создает собственное электрическоеполеE_q.

В результате сложения поля объемного заряда и внешнего электри-

ческого поля

E_qE_вн

результирующее поле несколько уменьшает-

ся у острия и увеличивается в объеме между положительным объ- емным зарядом и плоскостью.

E_q E_q E_q E_q

^Eвн

E

^Eвн

E

Рис. 1.7. Развитие разряда в промежутке стержень–плоскость

При отрицательной полярности иглы (рис. 1.7,б),появившиеся у катода электроныобразуют лавину, двигающуюсякплоскости.Вый- дя из сильного поля острия электроны теряют энергию и перестают производить ионизацию. Часть электронов достигает анода, а часть образует при столкновениях отрицательные ионы. Образующийся у острия объемный положительный заряд усиливает поле у стержня и ослабляет в остальной части пространства.

При положительной полярности стержня и дальнейшем увели- чении напряжения лавина электронов возникает в области наи- большей напряженности электрического поля – справа от объемно- го заряда. Лавина электронов и объемный заряд создают зародыш анодного стримера, заполненный плазмой. Головка стримера имеет избыточный положительный заряд, что усиливает поле и обеспечи- вает образование новых лавин и прорастание стримера до противо- положного электрода – плоскости, т. е. облегчает пробой.

При отрицательной полярности иглы образование лавин начина-етсямеждустержнемиобъемным зарядом–катодная лавина.Вслед- ствие этого вокруг стержня образуется плазменный слой, который увеличивается с повышением напряжения. Напряженность поля на поверхности слоя растет и начинается образование лавин справаотобъемного заряда. Образование катодных стримеров происходит в области с более низкой напряженностью электрического поля, что затрудняет развитие стримера. Скорость их оказывается на порядок ниже,чемскорость положительного стримера при положительной игле. В результате разрядные напряжения при отрицательной игле в 2–2,5раза выше, чемпри положительной. Это и есть проявление эффекта полярности. При небольших промежутках (8–10 см) их электрическая прочность составляет 8–15 кВ/см.

При переменном электрическом поле эффект полярности имеет

место, если время развития разряда

ны приложенного напряжения.

t_разT/ 2 , гдеT– период вол-

Электрическая прочность системы «игла–плоскость» может быть повышена за счет барьеров (рис. 1.8). В качестве барьеров исполь- зуют тонкие изолирующие материалы (картон, бумага). При нали- чии барьера напряженность электрического поля на участке острие– барьер снижается, а на участке барьер–плоскость – возрастает. Поле становится более однородным.

Рис. 1.8. Барьер в резконеоднородном поле

При отрицательной игле барьер задерживает двигающиеся к плоскости электроны, которые образуют на его поверхности отри- цательные ионы итемсамым создается концентрированный отри- цательный заряд. При положительной иглеонтакже задерживаетположительныеионы,которые растекаютсяпоегоповерхности,т.о.формируя как бы положительную плоскость.

Наиболее эффективным является расположение барьера на рас-

стоянии0,20,3L

от иглы. В этом случае разрядные напряжения

при положительной игле увеличиваются более чем в два раза, а при отрицательной – не уменьшаются. Расположение барьера у иглы не дает большого эффекта, т. к. при положительной игле ионы распо- лагаются на барьере неравномерно, а при отрицательной – электро- ны летят с большой скоростью и проходят через барьер, т. е. отри- цательный заряд не создается.

Для увеличения пробивного напряжения и устранения короны иногда применяют экранирование электродов. Экран представляет собой цилиндр или сферу, соединенную с электродами.