37.Теория стримерного пробоя газов

P200 мм рт.ст.

В зоне 3 вольтамперной характеристики свободные электроны разгоняясь электрическим полем и сталкиваясь с молекулами не всегда ионизирует последние, они могут приводить и к возбуждению молекул газа. Результатом этого возбуждения может явиться излучение фотонов. Двигаясь к катоду часть фотонов поглощается другими молекулами вызывая их ионизацию, а другая часть достигая катода выбивает из него дополнительные электроны.

Стример Развитие стримера

Количественно теорию стримерного пробоя оценил Мик (физик).Зависимость пробивного напряжения в газах и электрической прочности от частоты и давления.

Зависимость пробивного напряжения от частоты.

При низких частотах за время одного полупериода разряд успевает развиться и заряды достигают соответствующих электродов, при этом пробой происходит при амплитудном значении напряжения при величине напряжения пробоя при постоянном напряжении.

При дальнейшем увеличении частоты возникает ситуация, когда часть заряженных частиц, не успев достигнуть электрода, в результате за несколько полупериодов в газовом промежутке образуется объемный положительный заряд, который искажает электрическое поле и приводит к его неоднородности, а вне электрического поля электрическая плотность снижается.

При дальнейшем увеличении частоты и электроны не успевают достигнуть соответствующих электродов образуют заряд обоих знаков, получая общую плазму. При очень высоких частотах пробивное напряжение начинает увеличиваться за счет того, что при таких частотах электроны не успевают набрать скорость за время полупериода, что снижает ударную ионизацию.

Зависимость пробивного напряжения от давления и расстояния между электродами.

При малых давлениях расстояние между частицами достаточно велики, следовательно мала вероятность столкновения, следовательно мало развита ударная ионизация.

При некоторой величине давления начинается рост пробивного напряжения, т.к. расстояние между молекулами уменьшаются, соответственно уменьшается длина свободного пробега заряженной частицы и снижается вероятность процессов ударной ионизации за счет малой величины энергии набираемой свободной частицой за время свободного пробега.

Электрическая прочность снижается при уменьшении расстояния.

Закон Паши

38.Пробой жидких диэлектриков

Механизм пробоя жидких диэлектриков определяется степенью их очистки, при это по степени очистки жидкие диэлектрики делятся на 3 группы:

1. предельно чистые жидкие диэлектрики;

2. очищенные, но не дегазированные жидкости;

3. технические жидкие диэлектрики, т.е. диэлектрики в состоянии твердом, жидком, газообразном.

Пробой предельно чистых жидких диэлектриков.

Пробой происходит в связи с электронной теорией пробоя. Процесс разряда напоминает все этапы стримерного разряда, все зависимости электронной прочности от толщины, температуры, химического состава носят такой же характер как у газов. Вольтамперная характеристика в области 3 такая же как и у газов.

• Автоэлектронная эмиссия из катода.

• Процесс ударной ионизации.

При увеличении напряженности электрического поля до значений области 3 вольтамперной характеристики, кроме увеличения концентрации заряженных частиц, начинается холодная эмиссия электродов из катода, т.к. напряженность электрического поля в этой области весьма велики. При дальнейшем увеличении напряженности электрического поля электроны производят ударную ионизацию по типу распределению электронной лавины и образует объемный заряд, который искажает электрическое поле, уменьшая его у катода. В свою очередь это усилие вызывает увеличении эмиссии у катода, соответственно увеличивается число ионов, напряженность электрического поля у катода и ток протекающий между электродами. При некоторой напряженности электрического поля , когда поле настолько искажено, что вызывает лавинообразный процесс эмиссии, происходит пробой.

; . (1). (2) ; (3)

где h – толщина диэлектрика;

₁ – коэффициент ударной ионизации;

 - подвижность положительных ионов;

E_ср – напряженность внешнего электрического поля;

j_k – плотность тока у катода:

; (4) где величины a и b зависят от формы электродов.

Уравнение Фаулера – Наручейма: .

Определим условие пробоя графически.

При значении E_ср1 в соответствии с уравнением (4) будет протекать ток катода j_k, который вызовет образование объемного заряда и приведет к увеличению напряженности на E_k в соответствии с выражением (3) и в соответствии с выражением (4) вызовет уменьшение тока до j_k2, но дальнейшее увеличение тока не произойдет, т.к. требуется увеличение E_ср. пробой произойдет при некотором E_ср2, которое вызовет протекание тока j_k2 (автоэлектронная эмиссия). Протекание этого тока в соответствии с выражением (3) вызовет увеличение напряженности на E_k2 и соответственно приведет к увеличению тока до j_k4. Дальнейший рост тока не требует увеличения E_ср, т.к. рост тока не ограничен эмиссией электронов из катода и, таким образом пробивное напряжение определяется напряженностью внешнего поля с соответственно напряженностью электрического поля, когда будет достигнуто следующее соотношение:

. (5)