9. Понятие лидера и главногоразряда

Пересечение стримером всего промежутка между электродами не является конечной стадией разряда. Стример служит как бы про- должением электрода засчетсвоей проводимости. Напряженность поля в нем невелика. При приближении стримера кпротивополож-

ному электроду напряженность поля в еще не пробитой части про- межутка сильно возрастает и в ней начинается интенсивная иониза- ция. В результате этот участок превращается в плазму с большой напряженностью на границе. Большая напряженность приводит к быстрому распространению зоны интенсивной ионизации в направ- лении, обратном развитию стримера. Этот процесс называетсяглав-ным, илиобратным разрядом.

Разряд в промежутках длиной несколько метров, десятков мет- ров и более имеет некоторые особенности. При таких расстояниях проводимости стримеров недостаточны. При достаточно большом токе в канале стримера вдобавок к ударной начинается термическая ионизация, превращающая его в плазменный канал с высокой про- водимостью –лидер. Лидер проявляется в виде яркого свечения. Когда он достигает конца стримера, наступает пауза, во время кото- рой происходит образование нового стримера, затем лидер продви- гается дальше по каналу стримера. Таким образом, лидер похож на металлический стержень, продвигающийся к противоположному электроду в канале стримера и обеспечивающий высокую напря- женность на его конце. Поэтому в длинных промежутках разряд развивается при средней напряженности поля 1–2 кВ/см. Ток лиде- ра достигает сотен ампер. При продвижении лидера вглубь проме- жутка на его конце может возникать несколько стримеров. Даль- нейшее направление движения лидера имеет вероятностный харак- тер. Этим объясняется ветвящийся характер подобных разрядов (молния). После достижения лидером противоположного электрода начинается обратный разряд, который имеет вид более яркого, чем лидер, свечения, распространяющегося в обратном направлении.

10. Дуговойразряд

Дуговой разряд– это самостоятельный разряд в газе, характери- зующийся высокой температурой (6000–12 000 °С) и большой плот- ностью тока. Дуговой разряд возникает между контактами комму- тационной аппаратуры, в разрядниках, между проводами ЛЭП.

Канал дуги разделяют на три участка (рис. 1.9):1– катодный;2– столб дуги;3– анодный. Длина катодного участка1около 10^–4см,

катодное падение напряженияU_к

составляет 10–20 В, напряжен-

ность поля 10²–10³кВ/см. Все это обуславливает мощную эмиссию электронов с поверхности катода. Длина анодного участка3чуть

выше 10^–4см, анодное падение напряженияU_а

= 2–6 В. Падение

напряжения в столбе дуги2равномерно, напряженность поляE_с=

= 15–30 В/см. Такая напряженность придает электронам ускорение, и в канале создается высокая температура, которая приводит к ин- тенсивной термической ионизации. Длина столба может достигать десятка метров. Он представляет собой плазму с высокой электро- проводностью.

Рис. 1.9. Распределение напряжения в канале дуги

Напряжениедуги:U_дU_кE_сl_сU_а. Удлинной дугиU_сU_кU_а, у короткойU_сU_кU_а.

На переменном токе дуга будет возникать тогда, когда напряже-

ние между электродами больше электрической прочности проме- жутка. Поэтому при переменном напряжении имеет место бестоко-

вая паузаt(рис. 1.10), в течение которой создаются благоприят-

ные условия для гашения дуги. Для того, чтобы дуга погасла (не загорелась вновь) при прохождении тока через нулевое значение, необходимо, чтобы электрическая прочность промежутка восста- навливалась быстрее, чем скорость нарастания напряжения.

Пробивное напряжение дугового промежутка определяется вос-

новном прочностью катодного участка и столба дуги:

^Uпр.д^

U_пр.кU_пр.с. Значение

^Uпр.к

зависит от тока дуги и составляет

250–300 В приI10^610^8А и 5–20 В при больших токах.

Рис. 1.10. Ток и напряжение дуги на переменном токе

Процесс восстановления электрической прочности дугового про- межутка зависит от скорости рекомбинации и диффузии зарядов плазмы, а также от ослабления термической ионизации. Последний процесс в значительной степени зависит от тока дуги.

Для ускорения гашения дуги применяют:

1. интенсивное охлаждение(дутье);

2. разбиение дуги на ряд короткихдуг;

3. уменьшение тока дуги до критическогозначения.

Критическая длина дугиl_к0,082UI^0,25м

• для активныхцепей;

l_к0,2Iм

• для реактивных цепей. Из приведенных формулсле-

дует, что критическая длина дуги в сетях, например 35 кВ, достига- ет 7–20 м, а в сетях 110 кВ – 20–60 м.