что такое искровой пробой
искровой пробой
искровой пробой
—
[Я.Н.Лугинский, М.С.Фези-Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо-русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.]
Тематики
Смотреть что такое «искровой пробой» в других словарях:
искровой пробой — kibirkštinis pramušimas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. spark breakdown; sparkover vok. Funkenüberschlag, m rus. искровой пробой, m pranc. amorçage d arc, m; éclatement d étincelles, m … Radioelektronikos terminų žodynas
ИСКРОВОЙ СЧЁТЧИК — прибор для регистрации заряж. ч ц, принцип действия к рого основан на возникновении искрового разряда в газе при попадании в него заряж. ч цы. Даёт информацию о прошедшей ч це в виде электрич. импульса (с амплитудой неск. кВ) и яркой искры вблизи … Физическая энциклопедия
Искровой счётчик — прибор для регистрации заряженных частиц, основанный на возникновении искрового разряда (См. Искровой разряд) в газе при попадании в него заряженной частицы. Даёт информацию о прошедшей частице в виде электрического импульса и яркой искры … Большая советская энциклопедия
ПРОБОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ — общее название разл. по физ. природе процессов, приводящих к резкому возрастанию силы электрич. тока в среде, исходно не (или очень слабо) электропроводной. 1) П. э. вакуумного промежутка (см. ВАКУУМНЫЙ ПРОБОЙ); 2) П. э. газового промежутка нач.… … Физическая энциклопедия
ИСКРОВОЙ ПРОМЕЖУТОК — воздушный промежуток между электродами в устройствах высокого напряжения. При достижении определенного напряжения на электродах проводимость искрового промежутка резко увеличивается, а возникающий в нем электрический пробой ведет к снижению… … Большой Энциклопедический словарь
искровой промежуток — воздушный промежуток между электродами в устройствах высокого напряжения. При достижении определённого напряжения на электродах проводимость искрового промежутка резко увеличивается, а возникающий в нём электрический пробой ведёт к снижению… … Энциклопедический словарь
Искровой разрядник — безнакальный газонаполненный прибор, резко изменяющий свою электропроводность при возникновении разряда между электродами. И. р. применяют в качестве быстродействующего коммутатора (для защиты аппаратуры высоковольтных линий передачи… … Большая советская энциклопедия
Пробой электрический — общее название различных по физической природе процессов, приводящих к резкому возрастанию силы электрического тока в среде, исходно не (или очень слабо) электропроводной. 1) П. э. вакуумного промежутка заключается в формировании … Большая советская энциклопедия
Вакуумный пробой — Эта статья о электрическом пробое вакуума. О квантовоэлектродинамическом пробое вакуума см. Рождение пар. Вакуумный пробой (пробой вакуума) явление появления в вакуумном промежутке между электродами носителей заряда… … Википедия
Разрядник длинно-искровой — (РДИ) является устройством защиты воздушных линий электропередачи 6 10 кВ от грозовых перенапряжений. Содержание 1 Принцип действия 1.1 Авторы идеи … Википедия
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Искровой пробой
Искровой пробой происходит между проволочками 2 разл. После того как событие зарегистрировано, вся информация о сработавших кольцах считывается в ЭВМ. [1]
При завершенном искровом пробое энергия, накопленная в емкости системы ( агрегат питания, соединительный кабель, электрофильтр), разряжается через образовавшийся проводящий канал. [3]
Однако явление искрового пробоя и эта теория объяснить не смогла, так как искровой разряд не является чисто лавинным разрядом. [7]
После завершения искрового пробоя промежутка часть заряда жидкости в области под электродом нейтрализуется, электрическое поле в промежутке спадает и конусы на поверхности электрода превращаются в капли. [8]
Возникающие в электрофильтре искровые пробои вызывают скачкообразные изменения тока, которые в свою очередь порождают импульсы напряжения. [9]
Весьма быстрое развитие искрового пробоя не является единственной трудностью на пути объяснения процессов искрового разряда на основе теории электронных лавин. Искровой разряд обладает рядом типических особенностей, не укладывающихся в эту теорию. Общее направление канала и направление отдельных его отрезков не совпадают с направлением силовых линий электрического поля между электродами. Между тем лавины электронов при атмосферном давлении должны распространяться по силовым линиям поля. Отдельные искровые каналы далеко не всегда пронизывают весь искровой промежуток целиком, а нередко обрываются где-либо внутри этого промежутка. Такие отдельные незаконченные каналы образуются как около анода, так и около катода. [10]
При меньшем значении осуществляется искровой пробой без стадии коронного разряда. [11]
Кратко рассмотрим механизм образования искрового пробоя и условия его существования. [12]
Созданная этой школой теория искрового пробоя и кистевого разряда учитывает в числе основных элементарных процессов фотоионизацию в объеме газа и наряду с представлением об электронных лавинах Таунсенда вводит представление о стримерах. [14]
Электрический пробой и электрическая прочность: виды и причины явления
Резкое возрастание величины тока в вакууме, а также в газообразном, жидком или твердом диэлектрике, либо в полупроводнике, связанное с приложением к объему образца напряжения, величина которого превышает некое критическое значение, именуют электрическим пробоем. Электрический пробой как явление может длиться от нескольких пикосекунд до довольно продолжительного времени, как например в случае установления устойчивого дугового разряда в газе.
С явлением электрического пробоя тесно связана такая характеристика как электрическая (или диэлектрическая) прочность. Для твердых и жидких диэлектриков, а также для газов, электрическая прочность в заранее определенных условиях является величиной постоянной и выражается в В/см (вольт на сантиметр).
Она обозначает величину минимальной (критической) напряженности электрического поля в веществе, при которой наступает электрический пробой. Для твердых диэлектриков, таких как кварц или слюда, электрическая прочность лежит в диапазоне от 10 6 до 10 7 В/см, для жидких диэлектриков (таких как трансформаторное масло) — достигает 10 6 В/см.
Если напряженность электрического поля в диэлектрике вдруг начинает превышать его электрическую прочность, то после пробоя диэлектрик начинает проводить электрический ток. Это связано с явлениями ударной ионизации и туннелирования, причем роли каждого из этих двух явлений для разных конкретных диэлектриков различны. В условиях пробоя электропроводность диэлектрика возрастает скачком, а сам диэлектрик зачастую испытывает при этом перегрев и разрушается.
Электрический пробой вакуума
Суть происходящего заключается в том, что при некотором минимальной напряжении, на микроостриях катода (отрицательного электрода) сначала начинается автоэлектронная эмиссия, формирующая слабые предпробойные токи.
Когда же напряжение возрастает, между электродами формируется искровой разряд, который в принципе способен превратиться в дугу в парах металла, из которого изготовлены электроды. Есть две теории, описывающие данный процесс.
Согласно одной — электронно-лучевой теории — электроны, образовавшиеся в результате автоэлектронной эмиссии на катоде, будучи ускорены электрическим полем в промежутке, врезаются в анод, вызывая его локальный разогрев. Выделяются газы и пары металлов, атомы которых тут же ионизируются ускоренными электронами, в результате формируется электронная лавина.
Положительно заряженные ионы, получившиеся в результате такой ионизации, направляются к катоду, формируя возле него пространственный заряд, локально увеличивающий электрическую напряженность возле катода, что способствует усилению автоэлектронной эмиссии.
Вместе с этим начинается ионно-электронная эмиссия и катодное распыление. Концентрация паров металлов и газов в промежутке возрастает, вследствие чего развиваются искровой и дуговой разряды.
Согласно другой теории, ток автоэлектронной эмиссии разогревает катод, и при плотностях тока около 10 8 А/кв.м, на катоде происходит микровзрыв, приводящий к образованию паров металла, в которых и формируется дуговой разряд.
Электрический пробой газа
В газах электрический пробой напрямую связан с электрическим током и процессом ионизации. В результате столкновений электронов, ускоренных электрическим полем, с атомами и молекулами газа, начинается лавинообразное размножение заряженных частиц с образованием новых электронов, которые также ускоряются и усиливают ионизацию, формируя самостоятельный разряд.
Если для поддержания разряда в газе требуется дополнительная ионизация, например, внешним ионизирующим излучением, то такой разряд называется несамостоятельным. Обычно для поддержания разряда в газе применяют постоянное или переменное электрическое поле. В процессе разряда в газе, движущиеся ионы увлекают за собой молекулы газа, это называют электрическим ветром.
Молния как электрический пробой газа
Так называемый «пробой на убегающих электронах» впервые в 1992 году рассмотрел российский физик-теоретик Александр Викторович Гуревич. Данный вид пробоя в газе, как полагают, является начальной фазой формирования природной молнии.
Электрическое поле в атмосфере способно ускорить быстрые электроны до энергий, сильно превышающих энергию обычных, изначально покоившихся электронов. При столкновении ускоренных электронов с молекулами воздуха, высвобождаются «убегающие» релятивистские электроны, формирующие электронные лавины.
Таким образом происходит пробой воздуха при атмосферном давлении, причем напряжение пробоя оказывается сильно меньше, чем при пробое воздуха (тоже при атмосферном давлении) в лабораторных условиях. Здесь критический уровень равен около 2,16 кВ/см, тогда как без «убегающих» электронов потребовалось бы 23 кВ/см.
Источником, отвечающим за образование быстрых электронов в атмосфере, изначально являются космические лучи, ионизирующие молекулы воздуха в верхних слоях атмосферы, высвобождающие таким образом релятивистские электроны, которые и рассматриваются как «быстрые».
Тепловой пробой полупроводников и диэлектриков
При чрезмерном разогреве кристаллической решетки полупроводника или диэлектрика может случиться его тепловой пробой. Суть в том, что с ростом температуры вещества, свободные электроны в нем приобретают энергию, близкую к той, которой достаточно для ионизации атомов кристаллической решетки. В связи с этим пробивное (критическое) напряжение данного вещества снижается.
Так, в результате передачи тепла к полупроводнику извне, либо вследствие протекания по нему тока, или из-за протекания переменного тока внутри диэлектрика (тепло диэлектрических потерь), в условиях когда тепло не успевает уходить в окружающую среду, может произойти термическое разрушение образца.
Для полупроводникового p-n-перехода тепловой пробой является необратимым, и, как правило, является следствием превышения обратного напряжения, которое из-за разогрева полупроводника уменьшилось. Именно таким путем часто вызывается выход из строя полупроводниковых приборов.
Лавинный пробой в диэлектриках и полупроводниках
Под действием сравнительно сильного электрического поля внутри диэлектрика или полупроводника, носители заряда в нем способны уже на расстоянии длины свободного пробега разогнаться до такой степени, что приобретают кинетическую энергию достаточную для того чтобы произвести ударную ионизацию атомов или молекул.
В итоге, от столкновений с атомами или молекулами таких ускоренных носителей заряда, внутри вещества образуются пары противоположно заряженных частиц, которые также начинают разгонятся электрическим полем и тоже производят ударную ионизацию. При этом число участвующих в ударной ионизации заряженных частиц нарастает лавинообразно.
Туннельный пробой и эффект Зенера
Туннельный эффект, проявляющийся как квантовомеханическое явление просачивания электронов через тонкий потенциальный (энергетический) барьер, способен вызвать явление резкого нарастания тока через обратносмещенный p-n-переход — туннельный пробой.
Суть эффекта состоит в том, что когда p-n-переход находится в обратносмещенном состоянии, энергетические зоны — зона проводимости и валентная зона — перекрываются. В данных условиях электроны имеют возможность переходить из валентной зоны p-области — в зону проводимости n-области.
Электрическое поле, приложенное к обедненному слою полупроводника, вызывает в нем туннелирование электронов из валентной зоны — в зону проводимости, что и выражается как резкое нарастание обратного тока через p-n-переход. Если данный ток как-то ограничен, то пробой обратим и p-n-переход не разрушается (а при лавинном пробое — разрушается).
В сильнолегированных p-n-переходах туннельный эффект наблюдается уже при напряжении менее 5 вольт, пробой является обратимым и относится к чистому эффекту Зенера (применяется в стабилитронах — диодах Зенера).
Что такое искровой пробой
Секреты высоковольтного пробоя
Проверка элементов системы зажигания – обязательная операция при проведении диагностических работ. Она включает в себя достаточно обширный перечень действий с применением разнообразных методик. К числу последних относится анализ осциллограммы высоковольтного пробоя и горения искры, полученный с помощью мотортестера.
Вкратце напомним характерные моменты этой осциллограммы:
Время накопления – это время, в течение которого происходит накопление энергии в магнитном поле катушки. Оно определяется блоком управления в соответствии с заложенной в него программой либо коммутатором зажигания. Когда-то давно время накопления зависело от угла замкнутого состояния контактов, но подобные системы уже безнадежно устарели, и рассматриваться нами не будут. Время горения – это время существования тока между электродами свечи. Зависит от очень многих факторов и составляет 1 … 2 мс.
В момент размыкания первичной цепи системы зажигания во вторичной катушке генерируется высоковольтный импульс. Значение напряжения, при котором происходит пробой искрового промежутка, называется напряжением пробоя. При анализе осциллограммы это значение необходимо измерить и оценить. Поговорим о том, каким образом это можно сделать, от чего оно будет зависеть.
Самый важный тезис, который обязательно необходимо озвучить, прежде чем продолжить разговор, заключается в следующем: система зажигания современного двигателя является частью системы управления двигателем, исполнительным механизмом этой системы.
В чём коренное отличие современной системы от системы с центробежным и вакуумным регуляторами, известной по автомобилям ВАЗ классической компоновки? Отличие заключается в самом главном. Если ранее в перечень задач системы зажигания входило формирование времени накопления энергии в катушке и регулировка угла опережения зажигания в зависимости от оборотов коленчатого вала и нагрузки на двигатель, то функция современной системы зажигания заключается только в генерации высоковольтных импульсов и распределении их по цилиндрам двигателя. Задача расчёта оптимального УОЗ и времени накопления возложена на электронный блок управления двигателем. Для грамотного анализа осциллограмм необходимо четко представлять, как функционирует система управления двигателем в части управления системой зажигания.
Для правильного понимания методик диагностики нужно знать принцип работы того или иного элемента, видеть причинно-следственные связи, и прежде всего совершенно необходимо иметь представление о том, как происходит пробой искрового промежутка.
Рассмотрим в упрощенном виде механизм формирования шнура пробоя. В общем случае газы и их смеси являются идеальными изоляторами. Но в результате действия ионизирующего космического излучения в воздухе всегда присутствуют свободные электроны и соответственно, положительно заряженные ионы – остатки молекул. Поэтому, если газ разместить между двумя электродами и подать на них напряжение, между электродами возникнет электрический ток. Однако величина этого тока очень незначительна вследствие малого количества электронов и ионов.
Рассматриваемый вариант является идеальным. Между плоскими электродами, находящимися на малом расстоянии друг от друга, формируется однородное электрическое поле. Однородным называют поле, напряжённость которого в любой точке остаётся неизменной. Внутри искрового промежутка электроны движутся к положительно заряженному электроду, получая ускорение вследствие действия на них электрического поля. При определенном значении напряжения на электродах приобретенной электроном кинетической энергии становится достаточно для ударной ионизации молекул.
Сказанное поясняют рисунки:
 | | |
| Рис. 3 | Рис. 4 | |
| Свободный электрон 1 (рис. 3 ) при соударении с нейтральной молекулой расщепляет ее на электрон 2 и положительный ион. Электроны 1 и 2 при дальнейшем соударении с нейтральными молекулами снова расщепляют их на электроны 3 и 4 и положительные ионы, и т. д. Аналогичное явление происходит и при движении положительно заряженных ионов (рис. 4 ). Возникает лавинообразное размножение положительных ионов и электронов при соударении положительных ионов с нейтральными молекулами. | ||
Таким образом, процесс идет по нарастающей, и ионизация в газе быстро достигает очень большой величины. Это явление вполне аналогично снежной лавине в горах, для зарождения которой бывает достаточно ничтожного комка снега. Поэтому и описанный процесс был назван ионной лавиной. В результате между электродами возникает значительный электрический ток, который создает сильно нагретый и ионизированный канал. Температура в канале достигает 10 000 К. Напряжение, при котором возникает ионная лавина, и есть ранее рассмотренное напряжением пробоя. Оно обозначается Uпр. После пробоя сопротивление канала стремится к нулю, сила тока достигает десятков ампер, а напряжение падает. Первоначально процесс протекает в очень узкой зоне, но вследствие быстрого роста температуры канал пробоя расширяется со сверхзвуковой скоростью. При этом образуется ударная волна, воспринимаемая на слух как характерный треск.
С практической точки зрения наиболее важным является значение напряжения пробоя, которое можно измерить и оценить после получения осциллограммы. Проанализируем факторы, от которых оно зависит.
Ну и наконец, рассмотрим еще один важный момент, о котором всегда нужно помнить, анализируя осциллограмму высокого напряжения. Обратимся к рисунку.
Следствием этой зависимости является тот факт, что при увеличении частоты вращения путем плавного открытия дроссельной заслонки будет наблюдаться снижение значения напряжения пробоя. И вообще, напряжение пробоя зависит от УОЗ на всех режимах работы двигателя.
А теперь нужно вспомнить о том, что электронный блок управления осуществляет контроль частоты вращения на холостом ходу путем изменения УОЗ. Процесс регулировки можно наблюдать сканером в режиме «поток данных» при работе двигателя с полностью закрытой дроссельной заслонкой. УОЗ при этом изменяется в достаточно широких пределах, особенно на изношенных или неисправных двигателях. Если же приоткрыть дроссельную заслонку и тем самым вывести блок из режима управления частотой вращения, можно увидеть, что значение УОЗ становится достаточно стабильным.
Именно вследствие работы программного регулятора оборотов на осциллограмме высокого напряжения наблюдаются разные значения напряжения пробоя даже в пределах одного кадра:
На основании изложенных соображений представляется несложным прийти к заключению:
Искровой разряд
Искрово́й разря́д (искра электрическая) — нестационарная форма электрического разряда, происходящая в газах. Такой разряд возникает обычно при давлениях порядка атмосферного и сопровождается характерным звуковым эффектом — «треском» искры. Температура в главном канале искрового разряда может достигать 10 000 К. В природе искровые разряды часто возникают в виде молний. Расстояние, «пробиваемое» искрой в воздухе, зависит от напряжения и считается равным 10 кВ на 1 сантиметр.
Содержание
Условия
Искровой разряд обычно происходит, если мощность источника энергии недостаточна для поддержания стационарного дугового разряда или тлеющего разряда. В этом случае одновременно с резким возрастанием разрядного тока напряжение на разрядном промежутке в течение очень короткого времени (от несколько микросекунд до нескольких сотен микросекунд) падает ниже напряжения погасания искрового разряда, что приводит к прекращению разряда. Затем разность потенциалов между электродами вновь растет, достигает напряжения зажигания и процесс повторяется. В других случаях, когда мощность источника энергии достаточно велика, также наблюдается вся совокупность явлений, характерных для этого разряда, но они являются лишь переходным процессом, ведущим к установлению разряда другого типа — чаще всего дугового. Если источник тока не способен поддерживать самостоятельный электрический разряд в течение длительного времени, то наблюдается форма самостоятельного разряда, называемая искровым разрядом.
Природа
Искровой разряд представляет собой пучок ярких, быстро исчезающих или сменяющих друг друга нитевидных, часто сильно разветвленных полосок — искровых каналов. Эти каналы заполнены плазмой, в состав которой в мощном искровом разряде входят не только ионы исходного газа, но и ионы вещества электродов, интенсивно испаряющегося под действием разряда. Механизм формирования искровых каналов (и, следовательно, возникновения искрового разряда) объясняется стримерной теорией электрического пробоя газов. Согласно этой теории, из электронных лавин, возникающих в электрическом поле разрядного промежутка, при определенных условиях образуются стримеры — тускло светящиеся тонкие разветвленные каналы, которые содержат ионизированные атомы газа и отщепленные от них свободные электроны. Среди них можно выделить т. н. лидер — слабо светящийся разряд, «прокладывающий» путь для основного разряда. Он, двигаясь от одного электрода к другому, перекрывает разрядный промежуток и соединяет электроды непрерывным проводящим каналом. Затем в обратном направлении по проложенному пути проходит главный разряд, сопровождаемый резким возрастанием силы тока и количества энергии, выделяющегося в них. Каждый канал быстро расширяется, в результате чего на его границах возникает ударная волна. Совокупность ударных волн от расширяющихся искровых каналов порождает звук, воспринимаемый как «треск» искры (в случае молнии — гром).
Напряжение зажигания искрового разряда, как правило, достаточно велико. Напряженность электрического поля в искре понижается от нескольких десятков киловольт на сантиметр (кв/см) в момент пробоя до
100 вольт на сантиметр (в/см) спустя несколько микросекунд. Максимальная сила тока в мощном искровом разряде может достигать значений порядка нескольких сотен тысяч ампер.
Особый вид искрового разряда — скользящий искровой разряд, возникающий вдоль поверхности раздела газа и твёрдого диэлектрика, помещенного между электродами, при условии превышения напряженностью поля пробивной прочности воздуха. Области скользящего искрового разряда, в которых преобладают заряды какого-либо одного знака, индуцируют на поверхности диэлектрика заряды другого знака, вследствие чего искровые каналы стелются по поверхности диэлектрика, образуя при этом так называемые фигуры Лихтенберга. Процессы, близкие к происходящим при искровом разряде, свойственны также кистевому разряду, который является переходной стадией между коронным и искровым.