Электропроводность и пробой газообразных диэлектриков Электропроводность газообразных диэлектриков.

Во всех газах всегда имеется некоторое количество электрических заряженных частиц (электронов и ионов, а так же частицы твёрдых и жидких веществ, примеси), которые находятся в беспорядочном тепловом движении.

Образование электрически заряженных частиц вызывается его ионизацией внешними источниками энергии: термическое воздействие, космическими и солнечными лучами, радиоактивными излучениями Земли и др. Внешние источники энергии сообщают часть энергии атомам газа, при этом валентные электроны приобретают дополнительную энергию и отделяют от своих атомов, образуя положительные ионы. Образовавшиеся электроны могут длительно сохранять самостоятельное движение в газе или присоединяться к электрически нейтральным атомам и молекулам, образуя отрицательные ионы. Некоторые электроны и положительны ионы взаимодействуют друг с другом, образуя электрически нейтральные атомы и молекулы – рекомбинация.

Под действием электрического поля электроны и ионы перемещаются, создавая электрический ток. При повышении напряжения, приложенного к газу, увеличиваются электрические силы, действующие на электроны и ионы, при этом увеличивается скорость частиц, следовательно, ток газа возрастает.

Вольтамперная характеристика – это изменение тока от напряжения, приложенного к газу, выраженная графически в виде кривой.

1. Область слабых электрических полей, ток в газе возрастает пропорционально приложенному напряжению согласно закону Ома.

2. Ток не зависит от напряжения. Происходит накопление энергии заряженными частицами газа.

3. Область ударной ионизации, ток в газе интенсивно возрастает при малейшем повышении напряжения.

Ударная ионизация – при высоких значениях напряжения скорость заряженных частиц резко возрастает, вследствие чего происходят частые соударения с нейтральными частицами. При этих упругих соударениях электроны и ионы передают часть накопленной ими энергии нейтральным частицам, в результате электроны отделяются от своих атомов и образуют новее электрически заряженные частицы (электрон и ион).

Газообразные диэлектрики могут использоваться при напряжениях, меньших, чем напряжения, при которых возникает процесс ударной ионизации.

Пробой газообразных диэлектриков.

Развитие процесса ударной ионизации приводит к пробою газа, в этот момент ток в газе резко возрастает, а напряжение стремится к нулю.

где А – постоянный коэффициент;

P – давление газа, Па;

d – толщина газа в месте пробоя, м.

С уменьшением давления и толщины газа пробивное напряжение уменьшается, но пройдя минимум, начинает снова возрастать. Область разряженного газа – резко уменьшается количество атомов и молекул, являющихся объектом ионизации, число носителей заряда. Область малых расстояний между электродами – сокращение длины пути и частицы не могут накапливать энергию для процесса ударной ионизации.

1. Пробой в однородном электрическом поле происходит сразу в виде искры, которая может переходить в электрическую дугу.

2. Пробой в неоднородном электрическом поле проходит ряд стадий:

   1. Неполное электрическое разрушение газа у электрода-острия, т.к. у его поверхности наибольшая напряжённость электрического поля.

   2. Коронирующий разряд у поверхности электрода с наименьшим радиусом (видимая электрическая корона светло-фиолетового свечения, сопровождаемая шипением и образование озона О₃ и оксида азота NO, которые являются окислителями).

   3. Коронирующий разряд переходит в искровой, т.е. полное электрическое разрушение газа.

После снятия напряжения пробитый промежуток восстанавливается.