Влияние формы электрического поля и полярности электродов на разрядное напряжение

Явление пробоя газа зависят от степени однородности электрического поля, в котором осуществляется пробой. Электрические поля принято делить на однородные и неоднородные.

Однородным электрическим полем называется поле, в различных точках которого напряженность имеет одинаковые значения. Например, однородным является поле в средней части плоского конденсатора (Рис. 5.4, а).

Рис. 5.4. Распределение напряжённости поля в средней части воздушных промежутков с электродами различной формы

В таком поле пробой наступает практически мгновенно при достижении строго определенного напряжения, зависящего от температуры и давления газа. Однородным полям соответствует самая большая электрическая прочность газов.

В неоднородном поле напряженность в различных точках имеет неодинаковые значения. В электрических установках большинство полей является резконеоднородными. В таких полях напряженность между электродами в различных точках отличается более чем в три раза. Примером резконеоднородных полей могут служить поля между электродами острие-острие и острие-плоскость (Рис. 5.4, б, в), являющиеся аналогами реальных систем электродов провод-провод и провод-земля на воздушных линиях электропередачи.

В неоднородных полях электрическая прочность газов всегда ниже, чем в однородных. Это объясняется тем, что в неоднородных полях имеются места с повышенной напряженностью, где и начинается ударная ионизация при сравнительно небольших напряжениях на электродах. Чем меньше размеры электрода, тем больше около него напряженность электрического поля (рис. 5.4, в).

При несимметричных электродах и постоянном напряжении пробивное напряжение зависит и от полярности электродов. Поскольку вблизи острия напряженность поля наибольшая, там начинается процесс ударной ионизации, в результате которого образуются заряженные частицы - электроны и ионы. Электроны являются более подвижными частицами, поэтому быстро уходят из зоны ионизации и отдают свой заряд положительному аноду. В результате в зоне ионизации, которая ограничена небольшой областью у острия, образуется избыток положительных ионов (положительный объемный заряд). В случае положительного острия положительный объемный заряд является как бы продолжением острия и увеличивает напряженность на участке "х" (Рис. 5.5, а), что способствует развитию ионизации на этом участке. При отрицательном острие положительный объемный заряд экранирует острие и тем самым уменьшает напряженность на участке "х" (Рис. 5.5, б), что затрудняет процессы ионизации справа от объемного заряда.

Рис. 5.5. Пояснение к отличию пробивных напряжений при положительной поляризации острия (а) и при отрицательной поляризации острия (б)

Итак, положительный объемный заряд способствует развитию разряда при положительном острие и затрудняет его при отрицательном. В результате разрядное напряжение при отрицательном острие примерно в 2 раза выше, чем при положительном. Это отличие разрядных напряжений получило название "эффект полярности".