Фрагмент из книги «Взрывобезопасность электрических разрядов и фрикционных искр», 1976 г., стр. 7 – 9
УДК 621.3
Кравченко В.С, Бондарь В.А.
НЕКОТОРЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОНДЕНСИРОВАННОГО ИСКРОВОГО РАЗРЯДА
Важной с точки зрения воспламенения отличительной особенностью конденсированных высоковольтных искровых разрядов является короткая продолжительность их действия (порядка 10-3 – 10-7 с), в течение которой в разряде выделяется почти вся энергия (потерями на гистерезис при использовании, в частности, воздушных конденсаторов можно пренебречь).
Конденсированный разряд характеризуется также пробивным напряжением – величиной электрического напряжения, приложенного к межэлектродному промежутку и вызвавшего электрический пробой.
На величину пробивного напряжения межэлектродного промежутка существенно влияют различные факторы, важнейшими из которых являются: расстояние между электродами, форма, материал и качество их поверхности, температура электродов и находящейся между ними горючей смеси, полярность подведенного к ним напряжения и характер его повышения, давление и состав смеси, искажение разряда и др. [6, 11, 13, 14]. Стабильность условий разряда также во многом зависит от влияния ионизирующего фона. Естественная ионизация газа в межэлектродном промежутке, обусловленная космическим излучением, как известно, подвергается флуктуациям. Поэтому для получения стабильного разряда на разрядный промежуток в некоторых случаях целесообразно действовать внешним ионизатором, устраняющим влияние колебаний фона.
После возникновения пробоя межэлектродного промежутка происходит резкое увеличение проводимости в узком канале. Если все условия однородны (это относится и к электрическому полю), а газ свободен от пыли и иных загрязнений, то может получиться совершенно прямой канал искры. При отсутствии однородности канал может быть неправильной формы, с ответвлениями и другими усложнениями [15]. При обычном расположении электродов канал окружен факелами, т. е. выбросами паров материалов электродов.
Как только в разрядном промежутке образуется проводящий канал, в него сразу же усиленно начинает поступать энергия
и проходящий по нему ток быстро нарастает. Скорость нарастания тока обычно определяется параметрами внешней цепи. Канал сильно разогревается и расширяется, причем расширение происходит с такой скоростью, что на ранней стадии этот процесс можно приближенно рассматривать как распространение ударной волны. В работе [16] было показано, что механизмом резкого расширения плазмы разряда является гидродинамический процесс типа взрыва, вызванный быстрым выделением энергии в канал после пробоя, сопровождающийся ударной волной.
Явления, происходящие в газе в межэлектродном промежутке при конденсированном разряде, подробно исследовались в работах [7, 18].
| Рисунок 1.1 – Влияние плотности тока в канале разряда на температуру канала и факела | Рисунок 1.2-Схема искрового разряда |
Температура канала разряда является непосредственной функцией плотности тока. Наибольшее значение плотности тока достигается в первые 5·10-7 с. В это время излучение искрового разряда имеет наиболее «горячий» характер (спектр атмосферы). На рис. 1.1 показано влияние плотности тока в канале искрового разряда на температуру канала и факела по данным Н. Н. Соболева [17]. С увеличением плотности тока возрастает в значительной степени температура этих горячих частей разряда. Канал (плазма) разряда имеет очень высокую температуру (порядка 10 000 – 20 000 К). Температура факелов вблизи электродов примерно равна температуре канала и падает по мере удаления от них. Вокруг канала и факелов находится пламя разряда, т. е. раскаленные газы, в атмосфере которых происходит разряд. На рис. 1.2 показана схема искрового разряда [19].
Большая концентрация энергии в разрядном промежутке приводит к возникновению процессов, которые в стационарном разряде возникнуть не могут. В зоне разрядного канала, помимо термической диссоциации молекул газа, имеет место интенсивная ионизация, достигающая 100%. Это приводит к тому, что непосредственно в зоне искрового разряда происходит мгновенное развитие химических реакций (горение), и какой-либо период задержки в развитии химических реакций в этом случае полностью исключен. Но, вызвав сгорание смеси в зоне разряда, электрическая искра может не вызвать устойчивого распространения фронта пламени после ее прекращения.
ЛИТЕРАТУРА
6. Морган Д. Принципы зажигания. М., Машгиз, 1948. 128 с.
8. Воуle A. R., Llewellyn P. I. The electrostatic ignitibility of various solvent vapour-air mixtures. J. Soe. Chem. Ind. 1947. Vol. 66, No. 3, p. 99—102.
11. Кравченко В. С. Воспламеняющая способность электрического искрения. — «Электричество», 1952, № 9, с. 21—28.
13. Основы горения углеводородных топлив. М., Изд-во иностранной литературы. I960. 064 с.
14. Мullins B., Penner S. Explosions, Detonations, Flaminability and Ignition, Pergamon Pr., 1959. 287 p.
15. Самервилл Дж. М. Электрическая дуга. М.—Л., Госэнергоиздат, 1962. 120 с.
16. О канале искрового разряда. — ЖЭТФ, 1947, т. 17, вып. 10, с. 862—867. Авт.: И. С. Абрамсов, 11. М. Гегечкори, С. И. Драбкина и С. Л. Мандельштам.
17. Соболев Н. Н. Исследование возбуждения спектра атомов в конденсированной искре. — ЖЭТФ, 1943. т. 13, № 5, с 137—141.
18. Вульфсон К. С. Об импульсном разряде в инертных газах. — «Изв. АН СССР. Серия физическая», 1945, т. 9, № 3, с. 239—246.
19. Зенгер Н. Н. Исследование воспламенения в искровом разряде. — В кн.: Сгорание в транспортных поршневых двигателях. М., Изд. АН СССР, 1951, с. 143—158.