1. Особенности внешней и внутренней изоляции.

Внешняя- воздух и все, что находится в воздухе (внешние поверхности изоляторов, промежуток между контактами разъединителей)

Особенности:

1. Электрическая прочность зависит от погодных условий и загрязнений

2. Самовосстанавливается, после снятия напряжения и погасания дуги

3. Не подвержена старению.

Внутренняя изоляция- состоит из твёрдых, жидких и газообразных диэлектриков

Особенности:

1. Электрическая прочность не зависит от погодных условий

2. Твердая изоляция не самовосстанавливается после пробоя, жидкая и газообразная восстанавливается, но пробой ухудшает свойства.

3. Подвержена старению.

2. Виды ионизации газов. Лавина электронов. Стримерная теория разряда.

Ионизация – образование ионов и свободных электронов из электрически нейтральных атомов (наоборот- рекомбинация).

Объемная- процесс образования объемных частиц во всем объеме газа, между электродами.

Делят на:

1. Ударная ионизация- образования заряженных частиц путем соударения электронов с элементарными молекулами. Условие ионизации:

W_И — энергия ионизации, эВ.

2. Ступенчатая.

3. Фотоионизация. Условие: hν ≥ W_И, h — постоянная Планка, ν — собственная частота фотона.

4. Термоионизация- нагрев газа, молекулы сталкиваются, ионизируются

Поверхностная- излучения (эмиссия) заряженных частиц с поверхности электродов. Энергия воздействия больше Wвых.

Ионизация ионов

Фотоионизация

Термоионизация

Автоэлектронная эмиссия, Е>300 кВ/см

Лавина электронов- процесс нарастания числа электронов, движущихся в электрическом поле по направлению к аноду.

Коэффициент Таунсенда - число ионизаций производимых электроном на пути в 1 см.

Число электронов в лавине:

Предположим, что из катода за счет внешнего ионизатора вырывается n₀ электронов (например n₀ = 1). На расстоянии x от катода число электронов возросло до n. Увеличение числа электронов dn на пути dx будет равно:

dn = n⋅α⋅dx , или dn /n= α⋅dx. Интегрируя, получим:

В однородном поле, где коэффициент ударной ионизаци α = const:

lnn =α⋅x , или

С учетом прилипания к нейтральным атомам и молекулам. Коэффициент прилипания зависит от рода газа (электроотрицательный или электроположительный):

Стримерная теория разряда

В процессе развития лавины увеличивается число электронов и положительных ионов. С увеличением числа электронов в головке лавины возрастает напряженность на фронте лавины. На хвосте лавины напряженность понижена. Электроны в головке лавины останавливаются и могут рекомбинировать с ионами. При рекомбинации излучаются фотоны,  они вблизи хвоста 1чной лавины ионизируют нейтральные молекулывторичные лавины. Вторичные лавины, следуя по силовым линиям и имея на головке избыточный отрицательный заряд (электроны), втягиваются в область положительного объемного заряда, оставленного первичной лавиной. Электроны вторичных лавин смешиваются с положительными ионами первичной лавины и образуют стример — область с наибольшей плотностью тока, которая, разогреваясь начинает светиться, а наибольшая плотность тока образуется вблизи катода.

При числе электронов n_кр ≥10⁷-10¹⁰ лавина переходит в стример. Для накопления такого количества электронов лавина должна пройти определенное критическое расстояние x_кр. Следовательно, с увеличением расстояния между электродами свыше x_кр лавина неизбежно перейдет в стример.

3.Условие самостоятельности разряда в однородном поле

После прохождения первой лавины в промежутке лавинный процесс может возобновляться, а может и затухнуть. Для возобновления лавинного процесса нужен хотя бы один вторичный эффективный электрон. Если этот электрон получается в результате внешнего ионизатора — разряд называется несамостоятельным. Наоборот - самостоятельным. Разряд из несамостоятельного может перейти в самостоятельный, если увеличить приложенное к электродам напряжение. При самостоятельной форме разряда лавинный процесс возобновляется, поскольку сама первичная лавина (и последующие вторичные тоже) создает условие для возобновления процесса. Условия возобновления:

1) оставшееся после прохождения лавины положительные ионы, двигаясь к катоду, бомбардируют его и вызывают эмиссию электронов из катода;

2) возбужденные атомы и молекулы, образующиеся наряду с ионизацией, испускают фотоны, которые могут приводить как к фотоионизации в объеме промежутка, так и к фотоэмиссии электронов из катода. Образующиеся таким образом вторичные электроны приводят снова к образованию лавин в разрядном промежутке. Количество положительных ионов, оставшихся в промежутке после прохождения лавины, равно количеству электронов в лавине исключая начальный электрон:

Электроны, выбитые из катода, не все участвуют в образовании вторичных лавин. Часть электронов рекомбинирует с положительными ионами. Суммарный процесс образования вторичных электронов из катода характеризуется коэффициентом вторичной ионизации γ — второй коэффициент Таунсенда. Коэффициент γ зависит от материала катода, состава и давления газа и всегда γ << 1. Количество вторичных электронов, образованных после прохождения первичной лавины при самостоятельной форме разряда, должно быть не менее:

Уравнение (1.18) есть условие самостоятельности развития разряда в газовом промежутке. Оно показывает, что в результате про- хождения первичной лавины необходимо образование, как минимум, одного эффективного электрона, способного зажечь вторичную лавину.

4. Пробивное напряжение газа в однородном поле. Закон Пашена

Выполнение условия самостоятельности разряда в однородном поле означает пробой всего промежутка

Закон Пашена: при неизменной температуре пробивное напряжение газа в однородном поле является функцией произведения давления на расстояние между электродами.

При S=const увеличение давления больше значения, соответствующего минимуму, приводит к увеличению числа столкновений электронов с нейтральными атомами и молекулами и, как следствие, к уменьшению его энергии накапливаемой на длине свободного пробега. Следовательно, для возникновения ударной ионизации необходимо увеличение напряжения U_ПР. С другой стороны, при давлениях меньших, чем соответствующее минимуму значения, увеличивается длина свободного пробега и накапливаемая электроном энергия, но уменьшается количество столкновений, что уменьшает вероятность ударной ионизации. Для ее увеличения необходимо, чтобы как можно большее число столкновений заканчивалось ионизацией. Для этого необходимо увеличивать энергию электрона на длине свободного пробега, т. е. увеличивать U_ПР.

В области очень малых значений PS отличие объясняется приближением к вакуумному пробою, при котором основную роль играют процесс на поверхности электродов, а не в объеме газа. При больших значениях PS отличие объясняется увеличением напряженности электрического поля на микровыступах электродов и увеличением вероятности возникновения лавин, что снижает U_ПР.На основании закона Пашена могут быть предложены способы повышения пробивного напряжения газов:

1) увеличение давления больше атмосферного;

2) уменьшение давления до значений меньших, чем давление соответствующее минимуму, вплоть до вакуума.