Электрофизические условия возникновения лидера при электрическом пробое высоким импульсным напряжением длинного воздушного промежутка в двухэлектродной разрядной системе «острие–плоскость»

Abstract

УДК 621.3.022:621.396.6:533.93

Приведены результаты расчетно-экспериментального определения электрофизических условий возникновения канала лидера при электрическом пробое длинного воздушного промежутка в двухэлектродной разрядной системе (ДЭРС) «острие–плоскость» стандартным коммутационным апериодическим импульсом высокого напряжения временной формы T_m/Т_p ≈ 200 мкс/1990 мкс положительной полярности. Предложен новый инженерный подход к обоснованному выбору основного показателя стримерно-лидерного перехода в длинном воздушном промежутке ДЭРС, позволивший сформулировать основные условия для его наступления и появления в разрядном промежутке ДЭРС положительного лидера. Получены расчетные соотношения для определения: радиуса r_i зоны активной ударной ионизации электронами воздуха вблизи потенциального электрода ДЭРС; плотности n_es электронов в канале развитого стримера в указанной зоне ионизации воздуха; максимальной электронной температуры T_ms в канале данного стримера, трансформируемого из-за повышения в его канале плотности n_es электронов и этой температуры T_ms в начальный положительный лидер.

Ключевые слова: длинный воздушный промежуток, высокое импульсное напряжение, электрический пробой, стример, лидер, стримерно-лидерный переход, расчет, эксперимент.

The article presents the results of a computational and experimental determinationы of the electrophysical conditions for the emergence of a leader channel during an electrical breakdown of a long air gap in a point-to-plane two-electrode discharge system (TEDS) using a standard high-voltage aperiodic switching pulse with a time shape of T_m/Т_p ≈ 200 μs /1990 μs and a positive polarity. A novel engineering approach to the substantiated selection of the key indicator of the streamer-leader transition in a long air gap in the TEDS is proposed, allowing to formulate the fundamental conditions for its onset and the emergence of a positive leader in the TEDS. Calculation relationships have been obtained for determining: the radius r_i of the zone of an active impact ionization by air electrons near the potential electrode of the TEDS; the electron density n_es in the channel of the developed streamer in the specified air ionization zone; the maximum electron temperature T_ms in the channel of this streamer, transformed into a positive leader. The high-voltage experiments carried out confirmed the emergence in a long air gap of the TEDS (l_min = 1.5 m; U_d ≈ 611.6 kV) near its potential steel point electrode (r₀ ≈ 15 mm; r_c ≈ 3 mm) of a bright spherical zone with a radius of r_i ≈ 30 mm of an intense ionization by electron impacts on the air, from which a plasma channel of a positive leader continuously develops towards the grounded steel plane of the TEDS at a speed of vL ≈ 10⁵ m/s.

Keywords: long air gap, high pulse voltage, electrical breakdown, streamer, leader, streamer-leader transition, calculation, experiment.

Download full-text PDF. Have not been downloaded yet.

Menu

Vol. 62 (2026), Issue 1, p. 27-42

Abstract