Часть 1. Основные теоретические сведения.

1.1 Основные физико-статистические характеристики разрядников.

Важной характеристикой электрического разряда в газе является статическое напряжение пробоя при достижении которого в газе зажигается самостоятельный разряд. Эта величина зависит от физических параметров среды, в которой происходит разряд. Статическое напряжение пробоя – одна из основных характеристик защитных разрядников, во многом определяющая область их применения. Данные по статическому напряжению пробоя и его разбросу необходимы на стадии разработки разрядников, при контроле готовой продукции, а также после проведения ресурсных испытаний в режимах эксплуатации разрядников.

Для измерения статического напряжения пробоя напряжение источника плавно повышается до момента пробоя, который фиксируется по резкому изменению показания измерителя напряжения. За напряжение пробоя принимают наибольшее показание измерителя напряжения, предшествующее пробою.

Обычно статические напряжения пробоя реализуются в диапазоне скоростей нарастания напряжений 10 – 10⁵ В/с. Дальнейшее увеличение скорости нарастания напряжения приводит к монотонному возрастанию напряжения пробоя, а полученные в этих условиях величины напряжений называют динамическими напряжениями пробоя.

На стабильность статического напряжения пробоя влияют условия на поверхности электродов, давление и род газа, материалы изолятора и ряд других факторов. Все они могут существенно влиять на ширину и вид функции плотности вероятности статического напряжения пробоя разрядного промежутка.

Идеальный защитный разрядник должен иметь функцию распределения плотности вероятности статического напряжения пробоя в виде дельта-функции. В действительности, статические напряжение пробоя имеют разброс. При фиксированном давлении, роде газа и скорости нарастания напряжения распределение напряжений пробоя является функцией следующих факторов:

1. свойств катодной поверхности;

2. интенсивностей потоков электронов, поступающих от внешних источников (космическое излучение, радиоактивные изотопы и т. д.);

3. – и  –процессов, определяющих время формирования самостоятельного разряда.

Для неуправляемых газоразрядных приборов с ненакаливаемым катодом имеет место так называемый эффект первого пробоя, т. е. при подаче напряжения после достаточно длительной паузы (от единиц до десятков минут) наблюдается пробой с аномально высоким значением напряжения пробоя. Этот эффект объясняется особенностями поступления начальных (инициирующих) электронов в приборах с ненакаливаемым катодом. В ряде случаев наблюдаются предзажигания, т. е. имеют место напряжения пробоя, которые существенно меньше исходного значения (рис. 1).

P_V(V)

V₀

Рис. 1. Функция плотности вероятности статических напряжений пробоя Pv (U) и соответствующая функция распределения F (U) для:

а) идеального разрядного промежутка;

б) реального разрядного промежутка;

в) реального разрядного промежутка с предзажиганием.

* – напряжение первого пробоя.

Распределение статических напряжений пробоя по напряжению F(U) является ещё одним важным параметром защитных разрядников. Эта функция, главным образом, зависит от свойств катодной поверхности, определяющих механизмы поступления начальных электронов в межэлектродный промежуток. К последним относятся: экзоэлектронная эмиссия, автоэлектронная эмиссия при наличии на катоде диэлектрических пленок и загрязнений, поступление электронов в результате процессов, связанных с адсорбцией, автоэлектронная эмиссия с микроострий катодной поверхности.

Рассмотрим особенности поступления начальных электронов в результате названных процессов применительно к проблеме стабилизации статического напряжения пробоя.