procesele elementare într-un lider streamer avalanșă de gaze

Spre deosebire de câmpurile slabe, în câmpuri electrice puternice, tipice pentru izolații electrice sunt noi fenomene asociate cu procesul de ionizare. Dependența curentului într-un gaz cu creșterea tensiunii are trei regiuni caracteristice (Figura 3.1.).

În primul rând - o relație liniară, al doilea - saturarea celei de a treia porțiune - creșterea exponențială. În acest domeniu încep să crească brusc și dielectric pierderi. Motivul este apariția în mass-media decalajul printr-un nou mecanism - ionizare de impact.

ionizare de impact este fenomenul fizic al creșterii numărului de electroni și ioni în decalajul datorită coliziunii dintre electroni cu molecule neutre de mare energie.

In fiecare act de energie de ionizare ionizare consumat W. valori de energie de ionizare caracteristică depind de tipul și cantitatea de molecule la anumite molecule: de cesiu - 3,88 eV pentru azot - 14,5 eV pentru oxigen - 12,5 eV

Ionizare are loc prin Schema de electroni e + A = A + + e + e, în cazul în care energia cinetică a electronului incidente mV 2/2> W. Acest tip de ionizare se numește ionizare directă. Aici A este - o molecula de gaz sau atom. Cu toate acestea, ionizare și disponibilă la o energie de electroni incidente mai mici, în cazul în care depășește Wvozb energie de excitare. Acest tip de ionizare se numește ionizare asociativă. Aceasta are loc în două etape, cu participarea moleculelor excitate A *. Criteriul de ionizare este pornit W asociativă> mV 2/2> Wvozb. Următoarea schemă

e + A = A * + e, A * + e = A + + e + e

e + A = A *. A * + A * = A + + e

In plus molecule de electroni ionizare poate photoionization, ionizare termică și autoionization. Photoionization - ejecție de electroni cu fotoni atunci cand energia fotonica nu este mai mică decât energia ionizatsii.Termoionizatsiya - apariția de electroni liberi si ioni din cauza căldură. După cum se poate aprecia din expresiile (1.24), (1.26), are o rată apreciabilă la o temperatură de câteva mii de grade. Autoionization - electron ejecție din molecula prin acțiunea câmpurilor electrice puternice. Ea a început să joace un rol important în apariția de electroni în câmp pentru mai mult de 10 MV / cm. Izolația electrică reală ar trebui să fie întotdeauna considerată un contact dielectric cu electrozii. Este posibilă apariția unor noi purtători de sarcină de la electrod efectiv folosind aceleași procese, adică efect fotoelectric, ionizare domeniu, ejecție de electroni ionul pozitiv.

Cum de a dezvolta procese în materialul de ionizare? electron primar se deplasează într-un câmp, înainte de ciocnirea cu o moleculă se extinde la o anumită distanță, numită lungimea căii libere.

Calea liberă medie, - distanța medie parcursă de un electron sau ion ciocnirilor inelastice cu molecula.

l ion = 1 / (2 p nr 4) (3.1.)

electron l = 1 / (p nr 2) = kT / p · p · r 2

în care concentrația de molecule n-, r- raza lor, kT - energie termică, p - presiunea. Deoarece energia de coliziune este pierdut, atunci electronul nu poate fi accelerată la infinit și pentru fiecare domeniu este atribuit un V = viteza b · E, unde b - mobilitatea purtător de sarcină (sm.1.21). Deoarece electronul înseamnă calea liberă este mai mare decât cea a ionului, electronul are o mai mare mobilitate și de a obține mai multă energie.

Tabelul 3.1. Mobilitatea anumitor ioni în gaze.

Pentru a estima O comparație a mobilității electronilor în aer de 0,1 m 2 / (V s).

Dacă energia pe lungimea căii este suficientă, după primul impact în ecran apar mai departe un electron și ion după al doilea - un alt 2 electroni și 2 ioni etc. Există așa-zisul avalanșă.

Electron avalanșă - o creștere exponențială a numărului de purtători de sarcină în diferența de la catod la anod datorită electroni Ionizarea cu impact moleculelor
n = n0 · e un d. Un coeficient numit rata de impact ionizare. Acesta este determinat de proprietățile donor-acceptor de molecule într-un lichid depinde de lungimea medie drumul liber și depinde puternic de intensitatea câmpului. De exemplu, a = 18 ianuarie / cm, la 30 kV / cm în aer.

Apariția de avalanșe - care nu este o defalcare. Este necesar ca, după trecerea avalanșelor pe un electron catodic reapărut. Ulterior avalanșă apare din nou, apoi o altă avalanșă etc. Există o categorie separată de mnogolavinny. Pentru descărcare de auto menținere este ejectare necesară a electronilor din catod cu ioni pozitivi sau fotoni. Pentru procesul de evaluare administrat g coeficient - așa-numitul Coeficientul de ionizare secundară care caracterizează probabilitatea unui nou electron pe catod după ce trec printr-una din avalanșă. Pentru electroni densitatea de curent pot fi obținute j expresie = j0 · e / (1 g (e a d-1)).

Refulare condițiile de apariție S independență I la catod de cel puțin un electron după trecerea avalanșelor:

1- g (e a d -1) = 0 (3.2).

Deoarece raportul de impact de ionizare depinde de intensitatea câmpului, drum liber mediu și, prin urmare, condițiile de presiune de independență poate fi obținută dependența de tensiune de descărcare de factori externi, așa-numitele legea Paschen U = f (p · d), sau o altă formă de E / p = F (p · d). Aici, p - presiunea gazelor, d - diferența interelectrodic. Rețineți că tensiunea de defalcare depinde de produsul p? d, adică reducerea decalajului, dar creșterea presiunii, obținem aceeași diferența de gaz rezistență dielectrică. Curba caracteristică pentru descompunerea gazului este prezentată în figura 3.2. Acesta are o valoare minimă, și poziția care depinde de tipul de gaz. De exemplu, pentru tensiune minimă defalcare a aerului este de 300 V și se realizează vblizip · d

1 Pa · m. La o presiune de 0,1 MPa (1 atm) corespunde cel puțin mărimea diferenței interelectrodic 10 microni.

După destrămarea decalaj de gaz este umplut cu gaz plasmă El. Ulterior, în funcție de tensiunea de sursa de alimentare, un decalaj dezvolta diferite tipuri de evacuări. În cazul în care malomoschen sursă și presiunea este scăzută, de developare cu descărcare luminiscentă. Această descărcare se produce în întregul volum, are mai multe zone caracteristice, principalele dintre care - la spațiul întunecat catod și polul anod luminos. Într-un spațiu întunecat, electronii nu au suficientă energie pentru a excita molecula si, prin urmare, nu există nici o strălucire. În strălucirea coloanei pozitive cauzate de radiații a moleculelor excitate. Anod strălucire utilizate în lămpi fluorescente.

În cazul unei surse puternice de tensiune, în decalajul are loc după defalcarea descărcare în arc. Acesta este caracterizat prin densitate mare de curent de mare canal îngust. Industria utilizează, în special, pentru sudare electrică.

legea Paschen efectiv realizată la presiuni moderate, sub 1 atm și la lacune mici, mai puțin de 1 mm. La intervale mari la mecanismul normal și crescute defalcare presiune variază. Faptul că cel puțin alungirea de avalanșă și de a crește numărul de purtători în ea, în apropiere de taxa de față în curs de dezvoltare crește avalanșe, intensitatea câmpului electric cât mai mult și mai mult în creștere. La o anumită tensiune se poate propaga în mod substanțial fără a electrozilor de descărcare din cauza tensiunii ridicate. Ea vine așa-numitul tranziție avalanșă-streamer, tranziția de la descărcare, pentru a forma mnogolavinnoy forma streamer. Criteriul că tranziția condiție este · d = 20.

Streamer - distribuție la o viteză ridicată în golul și o formațiune conductoare cu plasmă luminoasă locală.

Deoarece alungirea intervalului, pentru perioade lungi de timp, se poate repeta de unitate de bandă streamer în prima piesă. Acest lucru se datorează faptului că în cazul în care banda a trecut, gazul se încălzește densitatea gazului scade, rezistența dielectrică este redusă, iar în urma gutei poate forma și propaga noile unități de bandă cu încălzire auxiliară etc. Ca rezultat, creșterea temperaturii locale începe în aceasta ionizare termică și crește conductivitatea electrică la o valoare peste trecerea de la o stare de izolare la o stare de conducție. Structura rezultată - echivalent cu electrod vârful lider de promovare sub formă de decalaj profund, ceea ce contribuie la descompunerea lacune lungi. Liniile electrice puse în aplicare acest tip de defalcare.

În plus, pentru linii electrice și a altor sisteme cu un câmp puternic neuniforma există un fenomen special de descărcare - o coroană. Această ionizare procesează într-o regiune locală în apropierea electrodului. Câmpul electric scade rapid ca distanța de la cablul care promovarea canalului de evacuare se oprește la o oarecare distanță de electrod și distanța dintre electrozi nu este șuntat. deversări Corona duce la pierderi de energie, contribuie zgomot în gama de frecvențe radio, emit ozon și oxizi de azot nocive.

Din relațiile empirice de gaz rezistență dielectrică de la factorii externi sunt următoarele: