Коронарный разряд. Типы разрядов. Отрицательный коронный разряд

Целью работы: Является ознакомление с основными свойствами коронного разряда и исследование работы стабилитронов на их основе.

Коронный разряд является самостоятельным разрядом в сравнительно плотном газе.

Если к двум электродам, между которыми находится газовый промежуток, приложить электрическое поле, то при определенной разности потенциалов между электродами, которую назовем критической и обозначим через U 0, возникает коронный разряд. Его появление существенным образом зависит от конфигурации электродов. Легче всего коронный разряд возникает между остриями, тонкими проволочками, шарами малого диаметра и т. п. Внешне коронный разряд проявляется в том, что в небольшом объеме газа (воздуха) около одного или обоих электродов возникает слабое свечение (в воздухе – сине-зеленого цвета). При прочих равных условиях вероятность появления свечения вокруг электрода, а, следовательно, короны, тем больше, чем меньше радиус кривизны электродов. Электрод, вокруг которого наблюдается свечение, называют коронирующим электродом. Свечение, возникающее при коронном разряде около электрода, связано с элементарными процессами, происходящими на границе электрод – воздух или в объеме воздуха вблизи электрода. В результате элементарных процессов в небольшом объеме воздуха вблизи электрода протекают ионизация, возбуждение, диссоциация молекул азота и кислорода. Естественно, что в этом объеме воздуха должны развиваться и обратные процессы: рекомбинация ионов и электронов, образование отрицательных ионов, переход возбужденных молекул (атомов) из возбужденных состояний в нормальные с излучением квантов света и т. д. По своему спектральному составу свечение, наблюдаемое при коронном разряде в воздухе, состоит преимущественно из молекулярных полос испускания, принадлежащих второй положительной системе полос молекулярного азота и первой отрицательной системе полос ионизованного молекулярного кислорода, благодаря чему свечение концентрируется в сине-зеленой и ультрафиолетовой областях спектра.

Если коронирующий электрод присоединить к положительному полюсу источника питания, то коронный разряд называется положительной короной. При присоединении коронирующего электрода к отрицательному полюсу – отрицательной короной. Практически различия между спектральным составом свечения, возникающего при положительной и отрицательной короне, не существует, хотя есть некоторая разница в самом характере свечения. В случае положительной короны свечение вокруг коронирующего электрода распределяется равномернее, чем при отрицательной короне. В последнем случае свечение сосредоточено у отдельных точек коронирующего электрода. Кроме того, критические потенциалы коронного разряда и искрового пробоя U П неодинаковы.

Возникновение коронного разряда объясняется, появлением вблизи коронирующего электрода резкой неоднородности электрического поля, значительно превосходящей напряженность электрического поля на других участках воздушного промежутка между электродами. Для возникновения коронного разряда напряженность поля у электрода должна превосходить электрическую прочность воздуха. В результате большой напряженности электрического поля слой воздуха вблизи коронирующего электрода будет пробит и станет проводящим. При этом около электрода возникает корона. Радиус проводящего слоя возрастает до тех пор, пока на его границе напряженность электрического поля не станет равной электрической прочности воздуха. Таким образом, при коронном разряде пробой газа распространяется не на весь воздушный междуэлектродный промежуток. Если приложенную к электродам разность потенциалов увеличивать сверх критического потенциала U 0, то с повышением U – сила разрядного тока быстро увеличивается, а толщина коронирующего слоя около электрода возрастает. Когда разность потенциалов между электродами достигает нового значения U П, наступает искровой пробой всего газового промежутка.

Отрицательный коронный разряд

В разрядном промежутке коронного разряда электроны осуществляют ударную ионизацию, возбуждение и диссоциацию молекул воздуха. В итоге каждый свободный электрон способен на своем пути к аноду создать ряд новых электронов, образующих движущуюся от катода к аноду лавину. Наряду с образованием такой лавины в зоне ионизации появляются и положительные ионы, которые под действием электрического поля начинают двигаться к катоду, а также значительное число возбужденных молекул и атомов. При этом, например, молекулы воздуха под действием электронного удара в коронном разряде могут возбуждаться до высоких энергий. Такие возбужденные молекулы (атомы) при переходе в нормальное состояние испускают кванты с большой энергией, преимущественно в области вакуумного ультрафиолета, для которых характерен весьма большой показатель поглощения. Поглощаясь в воздушном промежутке, кванты будут ионизовать новые молекулы. Появление новых центров ионизации приводит к возникновению новых электронных лавин.

По мере удаления от катода напряженность электрического поля убывает, что в свою очередь приводит к уменьшению скорости движения (энергии) свободных электронов в лавине. На некотором расстоянии L От катода электрическое поле ослаблено настолько, что свободные электроны, движущиеся в лавине, практически перестанут производить дальнейшую ионизацию молекул (атомов) воздуха, из-за чего коэффициент объемной ионизации станет приблизительно равным нулю. Оставшиеся в воздушном промежутке свободные электронные с малыми энергиями либо рекомбинируют с положительными ионами, либо же, взаимодействуя с атомами и молекулами кислорода, образуют отрицательные ионы. Вероятность образования отрицательных ионов в воздухе при нормальной плотности весьма велика из-за большого электронного сродства атомарного и молекулярного кислорода.

Следовательно, на расстоянии от катода свыше L , то есть за пределами области отрицательного коронного разряда, образуется внешняя униполярная область, носителями тока в которой являются отрицательные ионы кислорода (O2, О-). Под действием электрического поля такие ионы медленно перемещаются к аноду. Из-за малой подвижности отрицательных ионов кислорода за пределами области коронного разряда в воздушном промежутке образуется отрицательный пространственный заряд, который будет препятствовать продвижению к аноду отрицательных ионов, что приведет к ограничению силы тока коронного разряда.

Несколько иная картина создается при образовании отрицательной короны в электроположительных газах, например, в чистом азоте. В этом случае за пределами области коронного разряда также находятся отрицательные заряды, однако, носителями тока являются свободные электроны. Поскольку подвижность свободных электронов во много раз больше подвижности отрицательных ионов, при одной и той же силе тока плотность объемного заряда, образуемая свободными электронами, значительно меньше плотности объемного заряда, создаваемого отрицательными ионами кислорода. Поэтому в чистых электроположительных газах отрицательный объемный пространственный заряд ограничивает ток коронного разряда гораздо слабее, чем в газах, способных образовывать отрицательные ионы.

Положительный коронный разряд

В этом случае коронирующий электрод является анодом, а катодом служит электрод с большим радиусом кривизны (например, плоскость). При положительной короне основная роль отводится электронам, возникающим в процессе объемной фотоионизации молекул воздуха между электродами. При достаточно большой напряженности электрического поля свободный электрон приобретает значительную энергию на своем пути движения к аноду. Электроны, движущиеся в сильном электрическом поле, на своем пути к аноду станут ионизовать молекулы воздуха, что приведет к образованию электронной лавины, которая в конечном итоге попадает на анод. У анода, то есть в области положительного коронного разряда, протекают не только процессы ионизации электронным ударом, но и процессы возбуждения молекул воздуха и их продуктов диссоциации. Кванты света, испущенные такими молекулами (атомами), будут ионизовать в объеме газа новые молекулы. Образовавшиеся таким образом фотоэлектроны пополняют убыль электронов в области коронного разряда.

За пределами области положительного коронного разряда в межэлектродном воздушном промежутке находятся положительные ионы азота N2+, N+, которые под действием электрического поля медленно перемещаются к катоду. Эти положительные ионы создают положительный пространственный заряд, ограничивающий силу тока коронного разряда. Как и в случае отрицательной короны, при увеличении разности потенциалов между электродами толщина коронирующего слоя в положительной короне возрастает и при некоторой критической разности потенциалов наступает искровой пробой.

Сила тока коронного разряда определяется величиной сопротивления внешней области короны. Поэтому для нахождения вольтамперной характеристики надо решать уравнение Пуассона для внешней области короны. Полная система уравнений, описывающих распределение поля во внешней области коронного разряда, имеет вид:

Обычно на практике пользуются простыми приближенными формулами, либо найденные эмпирически, либо выведенными на основе теоретических расчетов при значительном упрощении задачи.

Дейтш, решая задачу приближенно, вывел формулы характеристики короны для следующих случаев:

– провод – плоскость

Где H – расстояние от провода до плоскости; R 0 – радиус коронирующего провода; K – подвижность заряженных частиц (положительная K +=1.8·10–4 м2/B·сек, отрицательная K – =1.6·10–4 м2/B сек); U 0 – напряжение возникновения короны;

– провод на равном расстоянии H между двумя плоскостями

– проводов радиуса R 0, расположенных на равном расстоянии от плоскостей и на расстоянии D один от другого;

Константа А рассчитывается отдельно для каждого значения H и D .

Для любой конфигурации электродов ток коронного разряда можно представить следующим выражением

Прерывистые явления в коронном разряде

И положительная, и отрицательная корона сопровождается в воздухе характерным звуковым явлением – шипением. Это шипение носит несколько различный характер в случае положительной и отрицательной короны и при каждой из них изменяется с изменением силы коронного тока. Таким образом, уже непосредственное визуальное наблюдение коронного разряда указывает на ряд прерывистых явлений в короне. Прерывистый характер коронного разряда был обнаружен Тричелем. Коронный ток, как показал Тричель, слагается из периодических и правильно чередующихся импульсов. При повышении напряжения сила тока в каждом импульсе остается неизменной, а общая сила тока коронного разряда увеличивается за счет увеличения частоты чередования импульсов.

Каждый регулярный импульс представляет собой обычным образом развивающийся ряд лавин, сопровождаемой фотоионизацией в окружающем объеме газа. Как показали исследования, прерывистые явления тока коронного разряда наблюдались только в электроотрицательных газах и при наличии последних в смеси газов хотя бы в небольшом количестве.

Частота чередования импульсов Тричеля обуславливается, временем накопления и рассасывания пространственного заряда.

Применение коронного разряда в технике

Вольт-амперная характеристика тока коронного разряда данного промежутка зависит от геометрии промежутка, наполняющего его газа и состояния электродов. В некоторых газоразрядных приборах используется зависимость "критического потенциала" от одного из параметров разрядного промежутка (приборы для определения температуры, давления, влажности газа).

Отрицательный коронный разряд применяется для зарядки и последующего осаждения электрическим полем взвешенных в газе посторонних мелких частиц: пылинок, частиц дыма (аэрозолей) мелко распыленных продуктов и т. д. Такая аппаратура носит название электрофильтра.

Если через область с коронным разрядом проходят неодинаковые по размерам и физической природе частицы, то происходит их частичное разделение. Это явление используется в электросепараторах.

Коронный разряд также применяется для непрерывного и безинерционного анализа газовых смесей. В этом случае при изменении состава газа в разрядном промежутке изменяется напряжение коронного разряда.

Большое различие в подвижности положительных ионов и электронов в разрядном промежутке позволяет использовать коронный разряд также для выпрямления и стабилизации высокого напряжения.

В последнее время коронный разряд нашел применение в экспериментальной ядерной физике. Счетчики медленных нейтронов (типа СНМ-9, СНМ-13) работают в режиме коронного разряда. Широкое применение коронный разряд находит в электрографии, в электроокраске, медицине, сельском хозяйстве, в промышленности для нанесения порошковых покрытий, в текстильной промышленности и т. д.

Стабилитроны коронного разряда

Стабилитроны – это газоразрядные неуправляемые приборы, предназначенные для поддержания неизменным выходного напряжения на нагрузке при изменении нагрузочного тока или напряжения в сети. Стабилитроны коронного разряда применяются для стабилизации напряжения в маломощных нагрузках. Приборы выполняются в стеклянных или керамических оболочках – баллонах, наполненных смесью инертных газов.

Последовательно в цепь со стабилитроном включается сопротивление для ограничения разрядного тока и обеспечения работы схемы стабилизации. Нагрузка включается параллельно стабилитрону.

При увеличении напряжения на входе увеличивается ток через стабилитрон и ограничительное сопротивление R Б. За счет увеличения тока через R Б на нем увеличивается падение напряжения, а напряжение на стабилитроне остается практически неизменным. При уменьшении входного напряжения ток через стабилитрон и через резистор R Б уменьшается, падение напряжения на R Б уменьшается, а напряжение на стабилитроне остается неизменным. Так как, нагрузка подключена параллельно стабилитрону, то на ней поддерживается постоянное напряжение, не зависящее от колебаний входного напряжения.

Стабилитроны коронного разряда предназначены как для непосредственной стабилизации напряжения, так и в качестве опорных элементов в высоковольтных электронных стабилизаторах при токах не более 1.5 мА и напряжениях 0.3…30 кВ. Применяются в цепях питания фотоумножителей, электронно-оптических преобразователей изображения, в цепях отражательных электродов клистронов, в цепях электрографических установок и т. д. Баллоны наполняются смесью водорода и азота. Эти стабилитроны относительно стабилитронов тлеющего разряда имеют более пологие вольт-амперные характеристики и увеличенную проводимость до возникновения разряда (утечка до 2 мкА). Для возникновения разряда необходимо время до 30 сек.

Сопротивление нагрузки R Н должно быть такой величины, чтобы при известных изменениях U Вх и токе нагрузки I Н ток через стабилитрон I Ст не превышал значения максимального тока стабилизации, указанного в справочнике.

Стабилизирующие свойства стабилитронов коронного разряда определяются их динамическим сопротивлением R Д, которое находится из вольт-амперной характеристики.

Коэффициент стабилизации в зависимости от изменения входного напряжения при постоянном токе через нагрузку I Н определяется как:

Коэффициент стабилизации в зависимости от изменения тока нагрузки при постоянном входном напряжении определяется как:

Если входное напряжение в N раз больше выходного, то есть ,

То сопротивление R Б можно определить из выражения

В предлагаемой работе схема лабораторной установки позволяет проводить исследование стабилитрона коронного разряда СГ302С. Балластное сопротивление R Б и сопротивление нагрузки R Н выполнены так, что можно установить требуемое значение тока нагрузки и необходимую по расчету величину балластного сопротивления.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с руководством к лабораторной работе и схемой лабораторной установки. Установить ручку регулятора напряжения в положение, соответствующее нулевому напряжению.

2. Снять ВАХ отрицательного коронного разряда промежутка игла – плоскость для трех фиксированных расстояний между электродами: H 1 = 5.5 мм; H 2 = 6.5 мм; H 3 = 8 мм.

3. Снять ВАХ отрицательного коронного разряда промежутка ряд игл – плоскость для двух значений расстояния между иглами в ряду B = 7.5 мм и B = 2.5 мм. В обоих случаях расстояние между электродами Н = 6.5 мм. Для каждого случая рассчитать ток с одного острия.

4. По указанию преподавателя для одного значения Н снять ВАХ промежутка игла – плоскость для положительной короны.

5. С помощью осциллографа исследовать прерывистые явления коронного разряда с острия для отрицательной короны. Снять зависимость частоты и амплитуды колебаний тока коронного разряда от среднего значения тока для трех одиночных игл.

Исследование работы стабилитрона коронного разряда СГ302С-1 проводится по указанию преподавателя. ВНИМАНИЕ! Ток через стабилитрон не должен превышать 100 мкА.

6. Снять ВАХ стабилитрона I Ст = F (U Ст).

R Б1… R Б7 = 10 мОм, 5.1 мОм, 1.8 мОм, 750 кОм, 510 кОм, 300 кОм, 1.3 мОм.

7. Снять нагрузочную характеристику стабилитрона I Н = F (U Н), U Н = F (I Н). R Н1… R Н7 = 1.8, 5.1, 10, 10, 10, 20, 10 мОм.

8. Снять стабилизационную характеристику U Н = F (U Вх) для указанного режима стабилизации.

1. Цель работы. Схему лабораторной установки.

2. Таблицы с экспериментальными данными и графики полученных зависимостей.

Для возбуждения коронного разряда нужны два электрода — один произволь­ной формы, другой с малым радиусом кривизны, между ними газ, например воздух, под давлением, близким к атмосферному. Элект­роды и газ — это вещества. Для построения вепольной системы требуется еще и электрическое поле. Оно создается источником высокого напряжения, к полюсам которого подсоединяют электро­ды. При включении источника между электродами возникает неод­нородное электрическое поле. Неоднородность обусловлена боль­шой кривизной поверхности одного из электродов. Так, для про­вода диаметром 20 мкм, подвешенного над плоскостью на высоте 200 мм, отношение напряженности поля у поверхности провода к напряженности у плоскости равно примерно 10 000.

Коронный разряд — источник свободных зарядов, ионов и электронов. Заряды возникают в чехле короны и поступают в зо­ну дрейфа, дальнейшим их движением мы можем управлять с по­мощью полей. Ионы могут использоваться либо непосредственно (носители вещества и заряды), либо для создания зарядов на поверхности микрообъектов. Многоплановость применения коронного разряда как ис­точника ионов предопределена его уникальными свойствами:

Низкой температурой (в чехле она не выше 150 °С, в зоне дрейфа — практически равна температуре окружающей среды, в то время как в дуге или скользящих разря- дах — до 1500 °С и выше);

Отсутствием движущихся частей (в отличие от трибоэлектрических зарядных установок);

Высокой стабильностью и непрерывностью работы, просто­той регулировки;

Высоким КПД, поскольку нагрев в короне мал, и почти вся энергия расходуется на разделение и перемещение зарядов.

Корона применяется для получения заряженных слоев на больших поверхностях: игольчато-коронные нейтрализаторы статического электричества (а. с. 446956, 433658), коронатор для электрофотографических аппаратов (а. с. 504173), использование слоя зарядов на поверхности ли­стовых и рулонных диэлектрических материалов в качестве свое­образного «электрода» для измерения сопротивления этих мате­риалов (а. с. 369513, 459742, 494596).

Если через внешнюю зону короны пропускать вещество в диспергированном виде, ионы оседают на поверхности частиц, движу­щихся к осадительным элект­родам: электрофильтр с переменной по длине интенсивностью ко­роны (а.

Характеристики коронного разряда (начальное напряжение, ток) чувствительны к изменению таких параметров газа, как наличие примесей (в молекулярном и аэрозольном видах), давление, ско­рость потока. На этом основано измерение параметров газа в коронном разряде.

В патенте США 3742475 предлагается коронно-разрядный датчик загазованности для обнаружения галогенных примесей, например фреона; по патенту США 3569825 примеси электроотри­цательных газов измеряются по колебаниям тока коронного раз­ряда. В а. с. 131903, 131904 описан коронно-разрядный датчик для безынерционного анализа газовых смесей, в а. с. 266283 предло­жен коронный гигрометр.

Осаждение ионов на частицы аэрозоля, находящиеся во внешней зоне, уменьшает ток короны, поскольку частицы движут­ся медленнее ионов. Естественно, что по уменьшению тока можно измерить концентрацию и гранулометрический состав дисперсной фазы аэрозоля, что и положено в основу различных вариантов та­кого способа (а. с. 340942, 372483, 453626, 575547).

В а. с. 217656 предложен коронно-разрядный датчик дав­ления газа, в а. с. 486402 — способ определения давления напол­няющего газа в лампах накаливания по току коронного разряда.

Коронный разряд используют также для создания в боль­ших объемах необходимой ионизационной обстановки (аэроионизаторы). Примеры: коронное антисептирование пище­вых продуктов (а. с. 459210), интенсификация проращиваниязеленого солода (а. с. 553280), повышение урожайности овощей (а. с. 660612).

Таким образом, коронный разряд можно использовать в следующих случаях:

· для создания заряженных слоев на больших поверхностях;

· зарядки аэрозолей;

· дозировки порошков;

· регулирования теплопередачи;

· изучения физикиионов;

· измерения состава газовых смесей;

· измерения параметров взвешенных в газе аэрозолей;

· измерения давления газа;

· измерения скорости газовых потоков;

· измерения кривизны поверхности (радиусов проводов, кромок);

· осуществления химических реакций (озонаторы, аэроионизаторы, воздействие на поверхность).

КОРОННЫЙ РАЗРЯД, один из видов электрического разряда в газе, возникающий в резко неоднородном электрическом поле у электрода с малым радиусом закругления (острия, тонкие провода). Наиболее известен коронный разряд в воздухе, сопровождающийся свечением и характерным потрескиванием.

или просто корона, возникает в результате процессов ионизации атомов и молекул газа в области высокой напряжённости электрического поля у малого электрода и ограничен этой областью. Ионизация приводит к появлению заряженных частиц газа: свободных электронов и положительных ионов, а в электроотрицательных газах, к которым относится и воздух, - к появлению отрицательных ионов. При движении электронов в электрическом поле они приобретают энергию, достаточную для последующей ионизации атомов и молекул, идёт резкое нарастание числа заряженных частиц, что приводит к образованию лавины электронной и возникновению коронного разряда. В зависимости от полярности электрода и величины воздействующего напряжения коронный разряд может иметь лавинную или стримерную форму. При отрицательной полярности электрода и не слишком больших напряжениях обычно возникает лавинный коронный разряд, характеризующийся равномерным свечением газа (например, воздуха) у кончика электрода. При положительной полярности малого электрода за пределами узкой зоны ионизации ток переносится к другому электроду или к земле потоком положительных ионов. Стримерный коронный разряд возникает чаще всего у положительного электрода при повышенной напряжённости электрического поля и состоит из ионизованных ветвящихся каналов, отходящих от электрода (смотри Стримеры). Внешне он напоминает светящуюся корону (рисунок), что и дало название этой форме электрического разряда.

В зависимости от вида воздействующего напряжения различают импульсный коронный разряд, который чаще всего бывает стримерным, коронный разряд переменного тока, возникающий в каждый полупериод приложенного напряжения, и коронный разряд постоянного тока, форма которого существенно зависит от полярности электрода и может быть прерывистой.

Заряженные частицы (электроны и ионы), образующиеся в короне, при их движении в электрическом поле получают от него энергию, что ведёт к потере энергии при коронном разряде. Особенно это проявляется при коронном разряде на проводах линий электропередачи (ЛЭП). Коронный разряд на проводах ЛЭП сопровождается шипением и потрескиванием, а в тёмное время и при дожде - свечением. Кроме того, коронный разряд создаёт радиопомехи. Но коронный разряд может быть и полезным источником заряженных частиц, в частности при его использовании в электрофильтрах.

Лит.: Капцов Н. А. Коронный разряд и его применение в электрофильтрах. М.; Л., 1947; Левитов В. И. Корона переменного тока. 2-е изд. М., 1969; Райзер Ю. П. Физика газового разряда. 2-е изд. М., 1992; Соколова М. В. Коронный разряд в газах // Энциклопедия низкотемпературной плазмы / Под редакцией В. Е. Фортова. М., 2000. Т. 2.

Непременным условие возникновения коронного разряда является резкая неоднородность электрического поля (у электрода поле должно быть сильнее чем в межэлектродном промежутке). Так обычно бывает, когда характерный размер электрода гораздо меньше межэлектродного расстояния.

Имеющиеся для простых геометрий точные решения уравнений электростатики незаменимы при построении теории короны и интерпретации экспериментов

Характерное давление существования коронного разряда

Коронный разряд принадлежит к числу самостоятельных, и условие его возникновения отражает физический механизм воспроизводства электронов в той области усиленного поля, где происходит ионизация. Механиз размножения электронов существенно зависит от полярности коронирующего электрода.

Вкоронирующем слое поле велико, электроны ионизуют и возбуждают атомы

При
ионизации нет, есть только дрейф

Отрицательная корона

Если электрод является катодом(такую корону называют отрицательной), происходит размножение лавин. Вторичным процесом служит эмиссия с катода, а возможно, и фотоионизация в объеме газа. Зажигание отрицательной короны, в принципе, не отличается от таунсендовского пробоя и зажигания темного таунсендовского разряда

На катоде: γ- процессы

В слое – ионизация электронами

Во внешней области : электроны и отрицательные ионы (в воздухе) образуют отрицательный объемный заряд, ограничивающий ток короны даже без добавочноо сопротивления.

Корона – незавершенный пробой – пробой только в области коронирующего слоя

Положительная корона

Если острие, проволока являются анодом (положительная корона), удаленный большой катод, около которого поле слабое, не принимает участия в размножении. Воспроизведение электронов обеспечивают вторичные фотопроцессы в газе в зоне острия. В отличие от ровного свечения отрицательной короны в положительной наблюдаются светящиеся нити, разбегаюиеся от острия. Пологают, что это - стримеры. В качестве критерия возникновения положительной короны можно принять условие возникновения стримера.

На катоде: нет ничего – очень далеко

В слое – ионизация электронами и возбуждение.

Источник электронов – фотоионизация на границе слоя

Во внешней области : положительный объемный заряд

Замечание: Увеличение напряжения в обоих случаях приводит к полному пробою

Критерии возникновения короны накладывают условие глвным образом на величину масимального поля около коронирующего электрода, которая должна превышать некоторый нижний предел Е к

Пороговое напряжение для зажигания короны связано с тебуемым значением поля электростатическм законом распределения поля в промежутке. Для критического поля зажигания короны между коаксиальными цилиндрами Пик (1929 г) установил эмпирическую зависимость:

- отношение плотности воздуха к нормальной плотности

- радиус коронирующего электрода

- напряженность электрического поля на поверхности коронирующего электрода

Вольт-амперная характеристика короны

Исходные данные:

Толщина коронирующего слоя и падение напряжения в нем малы по сравнению с внешней областью

Подвижность частиц – b(и для электронов и для ионов)

Погонная плотность тока:

Ток на внешний электрод (*)

изJ=const

Для цилиндра
при отсутсвии пространственного заряда

Считаем

- напряженность электрического поля на внутренней границе (внешней является разряд

интегрируем от доR,
и

Т.к.

(**)

можно считать равной на этом значении поля перкращается пробой

(пространственный заряд мал, поэтому используются формулы электростатики)

Подставляем E R в формулу для погонной плотности тока (*)

Подставляем E 0 и ρ в выражение дляU(**) и решаем относительноJ:

Если
мало, то

Замечание: это очень приближенная теория, т.к. в короне всегда сильные флуктуации

Так как пространсвенный заряд в коронном разряде не очень велик, то для вычиления тока в ней часто используют формулы электростатики.

Контрольные вопросы к лекции №10:

Назовите необходимое условие для зажигания короны?

Какие виды коронного разряда бывают?

Какой механизм размножения частиц при отрицательном коронируюещм электроде?

Какой механизм размножения частиц при положительном коронируюещм электроде?

Как выглядит критерий Пика, для какой задачи он выведен?

Как происходит перенос тока за область размножения частиц?

Где можно наблюдать коронный разряд?

При каких давлениях существует коронный разряд?

Какое свечение у короны с отрицательным электродом?

На что накладывают ограничение критерии зажигания корониы?

С большой кривизной поверхности (острия, тонкие провода). Зона вблизи такого электрода характеризуется значительно более высокими значениями напряженности поля по сравнению со средними значениями для всего промежутка. Когда напряжённость поля достигает предельного значения (для воздуха около 30 кВ/см), вокруг электрода возникает свечение, имеющее вид короны . При коронном разряде ионизационные процессы происходят только вблизи коронирующего электрода. Коронный разряд возникает при сравнительно высоком давлении воздуха (порядка атмосферного).

В природных условиях коронный разряд может возникать на верхушках деревьев, мачтах - так называемые огни святого Эльма .

Энциклопедичный YouTube

1 / 3

Коронный разряд - Физика в опытах и экспериментах

Коронный разряд

Искровой разряд

Субтитры

Механизм коронного разряда

Электрон , возникший при случайной ионизации нейтральной молекулы, ускоряется в электрическом поле и приобретает энергию, достаточную для того, чтобы при столкновении со следующей молекулой ионизовать её. В результате происходит лавинное увеличение числа заряженных частиц.

катодом , такую корону называют отрицательной. В отрицательной короне ионизационные лавины направлены от острия. Воспроизведение свободных электронов обеспечивается здесь за счёт термоэмиссии из коронирующего электрода. На некотором удалении от острия, там где электрическое поле является недостаточным, чтобы обеспечивать лавинную ионизацию, электроны рекомбинируют с нейтральными молекулами, образуя отрицательные ионы, которые и являются носителями тока во внешней области.

Если коронирующее остриё является анодом , такую корону называют положительной. В положительной короне электроны притягиваются к острию, а ионы отталкиваются от него. Воспроизведение электронов, запускающих ионизационную лавину, обеспечивают вторичные фотопроцессы в газе вблизи от острия. Вдали от коронирующего электрода электрическое поле является недостаточным, чтобы обеспечивать лавинную ионизацию. Носителями тока в этой области являются положительные ионы, движущиеся от острия к отрицательному электроду. В отличие от ровного свечения отрицательной короны, в положительной короне иногда наблюдаются разбегающиеся от острия стримеры , которые при увеличении напряжения превращаются в искровые каналы.

Применение

Коронный разряд применяется для очистки газов от пыли и сопутствующих загрязнений (электростатический фильтр), для диагностики состояния конструкций (позволяет обнаруживать трещины в изделиях).

Коронный разряд применяется в копировальных аппаратах (ксероксах) и лазерных принтерах для заряда светочувствительного барабана, переноса порошка с барабана на бумагу и для снятия остаточного заряда с барабана.

Коронный разряд применяется для определения давления внутри лампы накаливания. Величина разряда зависит от острия и давления газа вокруг него. Острие у всех ламп одного типа - это нить накала. Значит, коронный разряд будет зависеть только от давления. А значит, о давлении газа в лампе можно судить по величине коронного разряда.

Коронный разряд на проводах ЛЭП

Коронный разряд на проводах линий электропередачи вызывает значительные потери передаваемой энергии . С целью сокращения потерь на общую корону применяется расщепление проводов ЛЭП на несколько составляющих, в зависимости от номинального напряжения линии.

«Системный» способ уменьшения потерь мощности на корону заключается в том, что в зависимости от влажности и температуры воздуха диспетчер уменьшает напряжение в линии до определенной величины. В связи с этим задаются наименьшие допустимые сечения по короне:

• 110 кВ - 70 мм² (сейчас рекомендуется использовать сечение 95 мм²).
• 150 кВ - 120 мм².
• 220 кВ - 240 мм².