1.5.Пробивное напряжение

Если соблюдается условие самостоятельного разряда , то число электронных лавин растет. При этом последующая лавина развивается еще до того, как положительные ионы предыдущей лавины успевают достичь катода. В таком случае лавины распространяются по всему промежутку , и газ в промежутке приходит в состояние плазмы. Наступает искровой или дуговой разряд.

Значение пробивного напряжения можно получить из условия самостоятельности разряда (1.8), подставив (1.3) и приняв, что напряженность в момент пробоя равна

. (1.9)

Тогда из (1.9) при записи

. (1.10)

Выражение (1.10) является математическим выражением экспериментального закона Пашена, из которого следует, что пробивные напряжения в однородном поле при являются функцией произведения давления и расстояния между электродами

Рис.1.3 – Зависимость для воздуха

. (1.11)

Кривая имеет минимум (рис. 1.3). Для воздуха  В при .

При и увеличении плотности газа от значения, соответствующего минимуму кривой, электрическая прочность промежутка возрастает, т.к. уменьшается длина свободного пробега, увеличивается число столкновений и уменьшается вероятность ионизации. При уменьшении плотности относительно минимума возрастает за счет эффекта снижения числа столкновений. В связи с этим в изоляционных конструкциях используется газ под высоким давлением или под малым (вакуум).

Экспериментальная зависимость при высоких и низких давлениях лежит несколько ниже теоретической (на рис. 1.3 показана штриховой линией). Это объясняется при больших давлениях влиянием микровыступов, а при низких – автоэлектронной эмиссией.

Для практических расчетов пробивного напряжения можно использовать более простое выражение

, (1.12)

где , – постоянные, зависящие от рода газа (для воздуха и ); – относительная плотность воздуха

, (1.13)

где и соответствуют нормальным атмосферным условиям ( = 1,013·10⁵ Па или 760 мм рт. ст., и = 20ºС).

Для см и нормальных условиях . При увеличении см . При м .

1.6.Стримерная теория разряда

Н

Рис. 1.4 – Развитие катодного стримера

а длинных промежутках пробивные напряжения значительно ниже значений, полученных расчетным путем исходя из теории ударной ионизации. Исследование разрядов в длинных промежутках привели к появлению стримерной теории разряда.

Сущность этой теории заключается в том, что после образования начальной лавины 1 (рис. 1.4) на расстоянии от катода плотность электронов во главе лавины резко возрастает, следовательно возрастает и напряженность электрического поля во главе лавины. Такое явление имеет место при . Благодаря этому на некотором расстоянии от головы первоначальной лавины возможно возникновение свободных электронов за счет фотонной ионизации. Фотоэлектроны, находящиеся в сильном электрическом поле , приобретают энергию, достаточную для образования новой лавины 2, которая перемещается к аноду. Таким образом, объемный заряд первой лавины оказывается «перенесенным» на расстояние . Область между этими лавинами заполняется плазмой, что приводит к перераспределению напряжения на промежутке и увеличению напряженности поля на отдельных участках.

Скорость перемещения стримера в раз больше скорости электронов в области фронта и составляет 10⁷ – 10⁸ см/с, а плотность заряда в стримере 10¹² ион/см³. Вторая лавина может порождать новую лавину на расстоянии . После достижения стримером анода между электродами образуется область высокой проводимости и возникает разряд. На начальной стадии развития, когда стример замыкается через емкость, амплитуда тока достигает 10 А. Когда стример достигает электродов наступает главный разряд и ток резко возрастает. Рассмотренная схема развития называется катодным стримером и характерна для однородного поля при , а . При напряжениях близких к пробивному стример образуется после пробега начальной лавиной расстояния от катода до анода. Такой стример называется анодным.