Зарядка и разрядка слоя на электроде

Рассмотрим слой, который имеет во всех точках одинаковую толщину Н и характеризу­ется некоторыми эквивалентными значениями удельной объемной проводимости и относи­тельной диэлектрической проницаемости .

Постоянная времени разрядки слоя

(2.9)

Время нарастания слоя на электроде

(2.10)

где Со - скорость роста слоя.

(2.11)

где v = -скорость аэрозольной частицы у поверхности слоя; В — подвижность частицы; Е_К — напряженность поля корон­ного разряда у осадительного электрода; N — средняя концентрация частиц у поверхности слоя; V_ср - средний объем частицы.

Если сопротивление слоя велико, т.е. постоянная времени нарастания слоя » T_сл, то заряд не успевает уйти на электрод, и слой оказывается равномерно заряженным с плотностью объемного заряда р.

В этом случае напряженность поля внутри слоя будет равна.

(2.12)

И максимальная напряженность поля будет на поверхности электрода:

(2.13)

где = рН - плотность заряда слоя на единицу поверхности электрода.

Если же слой так медленно растет, что заряд слоя успевает стечь ( « T_сл,), то весь заряд находится на поверхности слоя, и процесс зарядки поверхности слоя будет аналогичен зарядке отдельной лежащей на электроде частицы. Тогда все определяется соотношением проводимости в поле коронного разряда и слоя частиц. На поверхности слоя накопится свободный заряд:

своб.уст

(2.14)

Обратная корона с порошкового слоя

Для диэлектрических и полупроводящих частиц по мере роста толщины слоя напряженность электрического поля в слое растет и может превысить внешнюю напряженность электрического поля несмотря на то, что

В этом случае в газовых включениях внутри слоя начинаются ионизаци­онные процессы, которые приведут к пробою всего слоя. В результате пробоя образуется кратер, порошок и ионы из которого выбрасываются в межэлек­тродный промежуток. Помимо этого, после пробоя слоя вокруг кратера начи­нается также разряд по поверхности, который снимает поверхностный заряд. Все ионизационные процессы приводят к эмиссии ионов противоположного знака в межэлектродный промежуток. Вся совокупность этих процессов полу­чила название обратного коронного разряда.

После возникновения обратной короны заряд на слое перестает расти. Внешний ток коронного разряда компенсируется тремя механизмами:

1) происходит нейтрализация зарядов с поверхности слоя;

2) отрицательные ионы выбрасываются в промежуток и рекомбинируют с положительными ионами прямой короны;

3) происходит стягивание силовых линий тока прямой короны к месту про­боя.

Время, через которое возникает обратная корона, t_ок определяется моментом, когда напряженность электрического поля в слое достигает пробив­ных значений (Е > Е_проб), образуются кратеры в слое, и происходит сущест­венный рост тока:

(2.15)

где Е_уст = j/ - установившееся значение напряженности поля в слое.

Для случая, когда Е_уст/Е_про6 >= 3 + 5, формула (2.15) упрощается и приоб­ретает вид:

(2.16)

Задача 2.9.

Определить время возникновения обратной короны при следующих па­раметрах слоя и условиях его зарядки: относительная диэлектрическая прони­цаемость = 1,5; плотность тока коронного разряда j = 10~⁴ А/м²; пробивная напряженность Е_проб ⁼ 40 кВ/см; напряженность поля коронного разряда Е_К =2кB/cм.

Решение.

Влияние слоя на вольт-амперную характеристику коронного разряда

При наличии на осадительном электроде слоя, через который проте­кает ток, плотность которого j = на слое возникнет падение напряже­ния U.

Это приведет к тому, что к газо­вому промежутку уже будет прило­жено не полное напряжение источни­ка, а напряжение U1 = U - U. И чтобы

тот же ток короны I был в системе коронирующих электродов, к ним надо приложить напряжение, большее на величину U, т.е. нанесение или образование слоя на электроде сдвигает вольтамперную характеристику (ВАХ) короны в сторону больших напряже­ний источника, т.е. имеет место частичное запирание коронного разряда.

Зная падение напряжения на слое U, можно достаточно просто определить проводимость слоя толщиной Н:

=jH/ U (2.17)

При появлении обратной ко­роны происходит излом вольтамперной характеристики за счет того, что частичные разряды в слое снижают удельное сопротивление слоя p_v1. Помимо этого, обратная корона снимает запирание прямой короны, и ее ток растет. В этом случае при определении проводимости слоя падение напряжения на слое U берут в точке излома ВАХ. По ней же может быть определена и пробивная напряженность слоя:

(2.18)

Задача 2.10.

Система коронирующих электро­дов: «ряд проводов над плоскостью». Расстояние между проводами d = 15 см; межэлектродное расстояние H_эл = 15 см. Плотность тока коронного разряда по плоскости распределена равномерно. Толщина слоя на плоскости Н_сл = 1 мм.

Измерения вольтамперных харак­теристик со слоем и без него показали, что в момент возникновения обратной короны ток на единицу длины провода составлял I = 0,13 мА/м, а падение на­пряжения на слое U = 3 кВ.

Определить проводимость слоя и его пробивную напряженность. Решение.

1) Пробивная напряженность слоя = 30 кВ/см.

2) Плотность тока короны на плоскости, j = I/d=0.13*10 /0.15=0.87*10 A/м .

3) Проводимость слоя y_vl =