Понятие лидера и главного разряда

Пересечение стримером всего промежутка между электродами не является конечной стадией разряда. Стример служит как бы продолжением электрода за счет своей проводимости. Напряженность поля в нем невелика. При приближении стримера к противоположному электроду напряженность поля в еще непробитой части промежутка сильно возрастает и в ней начинается интенсивная ионизация. В результате этот участок превращается в плазму с большой напряженностью на границе. Большая напряженность приводит к быстрому распространению зоны интенсивной ионизации в направлении, обратном развитию стримера. Этот процесс называется главным или обратным разрядом.

Разряд в промежутках длиной несколько метров, десятков метров и более имеет некоторые особенности. При таких расстояниях проводимости стримеров недостаточны. При достаточно большом токе в канале стримера вдобавок к ударной начинается термическая ионизация, превращающая его в плазменный канал с высокой проводимостью – лидер. Лидер проявляется в виде яркого свечения. Когда он достигает конца стримера, наступает пауза, во время которой происходит образование нового стримера, затем лидер продвигается дальше по каналу стримера. Таким образом, лидер похож на металлический стержень, продвигающийся к противоположному электроду в канале стримера и обеспечивающий высокую напряженность на его конце. Поэтому в длинных промежутках разряд развивается при средней напряженности поля 1–2 кВ/см. Ток лидера достигает сотен ампер. При продвижении лидера вглубь промежутка на его конце может возникать несколько стримеров. Дальнейшее направление движение лидера имеет вероятностный характер. Этим объясняется ветвящийся характер подобных разрядов (молния). После достижения лидером противоположного электрода начинается обратный разряд, который имеет вид более яркого, чем лидер свечения, распространяющегося в обратном направлении.

Дуговой разряд

Дуговой разряд – это самостоятельный разряд в газе, характеризующийся высокой температурой
(6000–12000°С) и большой плотностью тока. Дуговой разряд возникает между контактами коммутационной аппаратуры, в разрядниках, между проводами ЛЭП.

Канал дуги разделяют на 3 участка (рис. 1.9): 1 – катодный; 2 – столб дуги; 3 – анодный. Длина катодного участка 1 около 10^{-4 см, катодное падение напряжения  составляет 10–20 В, напряженность поля 102}–10³ кВ/см. Все это обуславливает мощную эмиссию электронов с поверхности катода. Длина анодного участка 3 чуть выше 10^{-4 см, анодное падение напряжения  – 2–6 В. Падение напряжения в столбе дуги 2 равномерно, напряженность поля  15–30 В/см. Такая напряженность придает электронам ускорение и в канале создается высокая температура, которая приводит к интенсивной термической ионизации. Длина столба может достигать десятка метров. Он представляет собой плазму с высокой электропроводностью.}

Напряжение дуги: . У длинной дуги , у короткой .

На переменном токе дуга будет возникать тогда, когда напряжение между электродами больше электрической прочности промежутка. Поэтому при переменном напряжении имеет место бестоковая пауза  (рис. 1.10), в течение которой создаются благоприятные условия для гашения дуги. Для того, чтобы дуга погасла (не загорелась вновь) при прохождении тока через нулевое значение, необходимо, чтобы электрическая прочность промежутка восстанавливалась быстрее, чем скорость нарастания напряжения.

Пробивное напряжение дугового промежутка определяется в основном прочностью катодного участка и столба дуги: . Значение  зависит от тока дуги и составляет 250–300 В при  и
5–20 В при больших токах.

Процесс восстановления электрической прочности дугового промежутка зависит от скорости рекомбинации и диффузии зарядов плазмы, а также от ослабления термической ионизации. Последний процесс в значительной степени зависит от тока дуги.

Для ускорения гашения дуги применяют: 1) интенсивное охлаждение (дутье); 2) разбиение дуги на ряд коротких дуг; 3) уменьшение тока дуги до критического значения. Критическая длина дуги  – для активных цепей;  – для реактивных цепей. Из приведенных формул следует, что критическая длина дуги в сетях, например, 35 кВ достигает
7–20 м, а в сетях 110 кВ – 20–60 м.