高電壓技術(shù) 第一章第五節(jié) 氣體放電的流注理論

1、We are located in CHENGDU Sichuan University We are located in CHENGDU Sichuan University We are located in CHENGDU Sichuan University 本章主要內(nèi)容 We are located in CHENGDU Sichuan University 湯遜理論的適用范圍 適用范圍 均勻場(chǎng)、低氣壓、短氣隙 pd36.66kPa cm(20mmHg cm) 局限性 pd較大時(shí)，解釋現(xiàn)象與實(shí)際不符 放電外形 湯遜理論解釋：放電外形均勻，如輝光放電； pd大時(shí)的實(shí)際現(xiàn)象：外形不均勻

2、，有細(xì)小分支； 放電時(shí)間：Tpd大T湯遜 擊穿電壓：Ubpd大Ub湯遜 陰極材料影響 湯遜理論解釋：陰極材料對(duì)放電有影響(過程）； pd大時(shí)的實(shí)際現(xiàn)象：陰極材料對(duì)放電無影響； 第五節(jié) 氣體放電的流注理論 We are located in CHENGDU Sichuan University 氣體擊穿的流注放電理論 u 對(duì)象：工程上感興趣的壓力較高的氣體擊穿，比如雷電 放電并不存在金屬電極，因而與陰極上的過程和二次電 子發(fā)射根本無關(guān)。 u 特點(diǎn)：認(rèn)為電子碰撞電離及空間光電離是維持自持放電 的主要因素，并強(qiáng)調(diào)了空間電荷畸變電場(chǎng)（使原來均勻 的電場(chǎng)變成了不均勻電場(chǎng)）的作用 u 放電過程 電子崩階段

3、流注階段氣體擊穿 電離形成二次電子崩， 等離子體 空間電荷畸變 外電場(chǎng) 第五節(jié) 氣體放電的流注理論 返回 We are located in CHENGDU Sichuan University 流注理論中的電子崩過程 電子崩外形 x -+ u 電子崩外形 好似球頭的錐體，空間電荷分布極不 均勻，電子崩中的電子數(shù)：nex x(cm)0.20.30.40.50.60.70.80.91.0 n92781245735220866341993059874 p 例如，正常大氣條件下，若E30kV cm，則11cm-1，計(jì)算隨著電子崩向 陽極推進(jìn)，崩頭中的電子數(shù) 電子崩中空間電荷的濃度分布 第五節(jié) 氣體放

4、電的流注理論 返回 We are located in CHENGDU Sichuan University 空間電荷對(duì)原有電場(chǎng)的影響 -+ x x 空間電荷的電 場(chǎng) 合成電場(chǎng) 電子崩 均勻電場(chǎng)E0 p電子崩頭部 電場(chǎng)明顯增強(qiáng)，電離過程強(qiáng)烈，有利于發(fā)生分子和 離子的激勵(lì)現(xiàn)象，當(dāng)它們回復(fù)到正常狀態(tài)時(shí)，發(fā) 射出光子。 p崩頭內(nèi)部正負(fù)電荷區(qū)域 電場(chǎng)大大削弱，但電子和正離子濃度卻是最大，有 助于發(fā)生復(fù)合過程，發(fā)射出光子。 u大大加強(qiáng)了崩頭及崩尾的電場(chǎng)，削弱了崩頭內(nèi)正、 負(fù)電荷區(qū)域之間的電場(chǎng) 第五節(jié) 氣體放電的流注理論 We are located in CHENGDU Sichuan Universi

5、ty 流注的形成 u流注電離強(qiáng)度和發(fā)展速度遠(yuǎn)大于初始電 子崩的新放電區(qū)（二次電子崩）以及它們 不斷匯入初崩通道的過程。 1：主電子崩 2：二次電子崩 二次電子崩的形成 u 主崩走完整個(gè)間隙后，大密度的頭 部正離子空間電荷大大加強(qiáng)了后部 的電場(chǎng)，并向周圍放射出大量光子 u 光子引起空間光電離，其中電子被 主電子崩頭部的正空間電荷所吸引， 在畸變而加強(qiáng)了的電場(chǎng)中，造成了 新的電子崩，稱為二次電子崩 光子 第五節(jié) 氣體放電的流注理論 返回 We are located in CHENGDU Sichuan University 正流注 u條件：當(dāng)外加電壓擊穿電壓 u二次電子崩中的電子進(jìn)入主電子崩頭部

6、 的正空間電荷區(qū)（電場(chǎng)強(qiáng)度較小），大 多形成負(fù)離子。大量的正、負(fù)帶電質(zhì)點(diǎn) 構(gòu)成了等離子體，這就是正流注 正流注體的形成 1：主電子崩； 2：二次電子崩； 3：流注 p流注通道導(dǎo)電性良好，其頭部又是二次 電子崩形成的正電荷，因此流注頭部前 方出現(xiàn)了很強(qiáng)的電場(chǎng) 第五節(jié) 氣體放電的流注理論 返回 We are located in CHENGDU Sichuan University 正流注向陰極推進(jìn) u流注頭部的電離，放射出大量光子，繼續(xù)引 起空間光電離。流注前方出現(xiàn)新的二次電子 崩，它們被吸引向流注頭部，延長(zhǎng)了流注通 道 u流注不斷向陰極挺進(jìn)，且隨著流注接近陰極， 其頭部電場(chǎng)越來越強(qiáng)，因而其發(fā)展

7、也越來越 快 u流注發(fā)展到陰極，間隙被導(dǎo)電良好的等離子 通道所貫通，間隙的擊穿完成，這個(gè)電壓就 是擊穿電壓 第五節(jié) 氣體放電的流注理論 返回 We are located in CHENGDU Sichuan University 負(fù)流注 1：主電子崩； 2：二次電子崩； 3：流注 u條件：當(dāng)外加電壓擊穿電壓 u 電壓較低時(shí)，電子崩需經(jīng)過整個(gè)間 隙才能積聚到足夠的電子數(shù)形成流 注；電壓較高時(shí)，電子崩不需經(jīng)過 整個(gè)間隙，其頭部電離程度已足以 形成流注 u 主電子崩頭部的電離很強(qiáng)烈，光子 射到主崩前方，在前方產(chǎn)生新的電 子崩，主崩頭部的電子和二次崩尾 的正離子形成混合通道，形成向陽 極推進(jìn)的流注，

8、稱為負(fù)流注 u 間隙中的正、負(fù)流注可以同時(shí)向兩 極發(fā)展。 第五節(jié) 氣體放電的流注理論 返回 We are located in CHENGDU Sichuan University u 電子崩是沿著電力線直線發(fā)展，流注會(huì)出現(xiàn)曲折的分支 u 電子崩可以同時(shí)有多個(gè)互不影響地向前發(fā)展 u 湯遜放電是彌散的一片，流注放電有明亮的細(xì)通道 第五節(jié) 氣體放電的流注理論 返回 We are located in CHENGDU Sichuan University 流注理論擊穿過程的總結(jié) 由陽極向陰極(正流注)或由陰極向陽極(負(fù)流注)擊穿 強(qiáng)電場(chǎng)作用下發(fā)生碰撞電離畸變電場(chǎng) 發(fā)射光子 流注高速的向 電極挺進(jìn) 電

9、子崩 氣隙間有效 電子 形成等離子通道 （流注） 產(chǎn)生新電子崩（二次 崩） 二次崩不斷匯 入主崩 第五節(jié) 氣體放電的流注理論 返回 We are located in CHENGDU Sichuan University 流注理論在均勻電場(chǎng)中的自持放電條件 u流注形成的條件就是自持放電條件 u初崩頭部空間電荷數(shù)必須達(dá)到某一臨界值 既: ed常數(shù) 或d常數(shù)（ed為電子崩頭部的電子數(shù)） p 實(shí)驗(yàn)所得初崩頭部的電子數(shù)要達(dá)到108時(shí)，放電才能轉(zhuǎn)為自持。 p一旦形成流注，放電就進(jìn)入了新的階段，放電可以由本身產(chǎn)生的空間光電離而自 行維持，即轉(zhuǎn)入自持放電； p如果電場(chǎng)均勻，間隙就將被擊穿。所以流注形成的條件就是自持放電條件，在均 勻電場(chǎng)中也就是導(dǎo)致?lián)舸┑臈l件。 u流注形成的條件 第五節(jié) 氣體放電的流注理論 返回 We are located in CHENGDU Sichuan University 流注理論對(duì)pd 較大時(shí)放電現(xiàn)象的解釋 放電外形 u 現(xiàn)象： pd 較大時(shí)，放電不均勻，有分支，有細(xì)小的通道 u 解釋：二次電子崩在空間的形成和發(fā)展帶有統(tǒng)計(jì)性，所以火花通道 常是曲折的，并帶有