高電壓1.1(2)

1、1.1 氣體放電的基本物理過(guò)程本節(jié)內(nèi)容：1.1.1 帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生1.1.2 帶電質(zhì)點(diǎn)的消失1.1.3 電子崩與湯遜理論1.1.4 巴申定律與適用范圍1.1.5 不均勻電場(chǎng)中的氣體放電2 2、湯遜理論、湯遜理論l只有電子崩過(guò)程是不會(huì)發(fā)生自持放電的。只有電子崩過(guò)程是不會(huì)發(fā)生自持放電的。l自持放電，必須初始電子崩消失自持放電，必須初始電子崩消失前前產(chǎn)生產(chǎn)生新的電子新的電子（二次電子）（二次電子）來(lái)取代外電離因素產(chǎn)生的初始電子。來(lái)取代外電離因素產(chǎn)生的初始電子。l二次電子的產(chǎn)生機(jī)制與氣壓和氣隙長(zhǎng)度的乘積二次電子的產(chǎn)生機(jī)制與氣壓和氣隙長(zhǎng)度的乘積 有關(guān)。有關(guān)。 l 值值較小較小時(shí)自持放電的條件可用時(shí)自持放

2、電的條件可用湯遜理論湯遜理論來(lái)說(shuō)明；來(lái)說(shuō)明；l 值值較大較大時(shí)則要用時(shí)則要用流注理論流注理論來(lái)解釋。來(lái)解釋。l這兩種理論互相補(bǔ)充，可以說(shuō)明廣闊的這兩種理論互相補(bǔ)充，可以說(shuō)明廣闊的pdpd范圍內(nèi)氣體放范圍內(nèi)氣體放電的現(xiàn)象電的現(xiàn)象 pdpdpd（1） 過(guò)程與自持放電條件過(guò)程與自持放電條件 過(guò)程：產(chǎn)生二次電子的過(guò)程過(guò)程：產(chǎn)生二次電子的過(guò)程電子崩中的正離子在返回陰極時(shí)，由于其具有的位能和電子崩中的正離子在返回陰極時(shí)，由于其具有的位能和動(dòng)能，撞擊陰極時(shí)引起動(dòng)能，撞擊陰極時(shí)引起陰極表面電離陰極表面電離，產(chǎn)生，產(chǎn)生 二次電子二次電子正負(fù)離子復(fù)合時(shí)，以及分子由激勵(lì)態(tài)躍遷回正常態(tài)時(shí)，正負(fù)離子復(fù)合時(shí)，以及分子由激

3、勵(lì)態(tài)躍遷回正常態(tài)時(shí)，所產(chǎn)生的光子到達(dá)陰極表面都將引起所產(chǎn)生的光子到達(dá)陰極表面都將引起陰極表面電離陰極表面電離，統(tǒng)稱(chēng)統(tǒng)稱(chēng)為為過(guò)程過(guò)程。系數(shù)：表面電離系數(shù)系數(shù)：表面電離系數(shù)一個(gè)正離子撞擊陰極表面時(shí)產(chǎn)生的二次電子數(shù)一個(gè)正離子撞擊陰極表面時(shí)產(chǎn)生的二次電子數(shù)de推導(dǎo)自持放電條件：推導(dǎo)自持放電條件：) 1(de) 1(de) 1(den設(shè)設(shè)外界外界電離因素在陰極表面產(chǎn)生了一個(gè)自由電子，此電電離因素在陰極表面產(chǎn)生了一個(gè)自由電子，此電子到達(dá)陽(yáng)極表面時(shí)由于子到達(dá)陽(yáng)極表面時(shí)由于過(guò)程，電子總數(shù)增至過(guò)程，電子總數(shù)增至：n在在d行程中，產(chǎn)生總電子數(shù)為：行程中，產(chǎn)生總電子數(shù)為：n極空間正離子極空間正離子數(shù)為數(shù)為 ： n由

4、由系數(shù)的定義，正離子在到達(dá)陰極表面時(shí)可撞出新電系數(shù)的定義，正離子在到達(dá)陰極表面時(shí)可撞出新電子子數(shù)為：數(shù)為：n這些電子在電極空間的碰撞電離同樣又能產(chǎn)生更多的正這些電子在電極空間的碰撞電離同樣又能產(chǎn)生更多的正離子，如此循環(huán)下去離子，如此循環(huán)下去。自持放電條件為 ：一個(gè)正離子撞擊到陰極表面時(shí)產(chǎn)生出來(lái)的：一個(gè)正離子撞擊到陰極表面時(shí)產(chǎn)生出來(lái)的二次電子數(shù)二次電子數(shù) ：電子碰撞電離系數(shù)：電子碰撞電離系數(shù)：兩極板距離：兩極板距離d一個(gè)電子在自己進(jìn)入陽(yáng)極后可以由一個(gè)電子在自己進(jìn)入陽(yáng)極后可以由 及及 過(guò)程在陰極上過(guò)程在陰極上又產(chǎn)生一個(gè)新的替身，從而無(wú)需外電離因素放電即可又產(chǎn)生一個(gè)新的替身，從而無(wú)需外電離因素放電即

5、可繼續(xù)進(jìn)行下去。繼續(xù)進(jìn)行下去。1) 1(de11deade1自持放電條件可寫(xiě)為：自持放電條件可寫(xiě)為：1ade外加電場(chǎng)增外加電場(chǎng)增大到一定程大到一定程度，才能滿(mǎn)度，才能滿(mǎn)足自持放電足自持放電條件條件1)1(0dxade不均勻電場(chǎng)中，各處的不均勻電場(chǎng)中，各處的 值不同，自持放電條件為值不同，自持放電條件為：aTownsend放電理論總結(jié)：放電理論總結(jié)：外界電離因子外界電離因子陰極表面電離陰極表面電離氣體空間電離氣體空間電離氣體中的自由電子氣體中的自由電子在電場(chǎng)中加速在電場(chǎng)中加速碰撞電離碰撞電離電子崩電子崩a（ 過(guò)程）過(guò)程）正離子正離子陰極表面二次發(fā)射陰極表面二次發(fā)射（ 過(guò)程）過(guò)程） 當(dāng)自持放電條件

6、得到滿(mǎn)足時(shí)，就會(huì)形成圖解中閉環(huán)部分所當(dāng)自持放電條件得到滿(mǎn)足時(shí)，就會(huì)形成圖解中閉環(huán)部分所示的循環(huán)不息的狀態(tài)，放電就能自己維持下去示的循環(huán)不息的狀態(tài)，放電就能自己維持下去 總結(jié)：總結(jié)： 將電子崩和陰極上的將電子崩和陰極上的過(guò)程作為氣體自持放電過(guò)程作為氣體自持放電的決定因素是湯遜理論的基礎(chǔ)。的決定因素是湯遜理論的基礎(chǔ)。 湯遜理論的實(shí)質(zhì)是電子湯遜理論的實(shí)質(zhì)是電子碰撞電離是氣體放電的碰撞電離是氣體放電的主要原因主要原因，二次電子來(lái)源于正離子撞擊陰極表二次電子來(lái)源于正離子撞擊陰極表面面使陰極表面逸出電子，逸出電子是維持氣體使陰極表面逸出電子，逸出電子是維持氣體放電的必要條件。放電的必要條件。1.1. 陰極

7、逸出電子能否接替起始電子的作用是自持陰極逸出電子能否接替起始電子的作用是自持放電的判據(jù)。放電的判據(jù)。1-2 簡(jiǎn)要論述湯遜放電理論。簡(jiǎn)要論述湯遜放電理論。p49 答答: 設(shè)外界光電離因素在陰極表面產(chǎn)生了一個(gè)自由電子，此設(shè)外界光電離因素在陰極表面產(chǎn)生了一個(gè)自由電子，此電子到達(dá)陽(yáng)極表面時(shí)由于過(guò)程，電子總數(shù)增至電子到達(dá)陽(yáng)極表面時(shí)由于過(guò)程，電子總數(shù)增至ed個(gè)。假設(shè)個(gè)。假設(shè)每次電離撞出一個(gè)正離子，故電極空間共有（每次電離撞出一個(gè)正離子，故電極空間共有（ed1）個(gè)）個(gè)正離子。這些正離子在電場(chǎng)作用下向陰極運(yùn)動(dòng)，并撞擊陰正離子。這些正離子在電場(chǎng)作用下向陰極運(yùn)動(dòng)，并撞擊陰極按照系數(shù)的定義，此（極按照系數(shù)的定義，此

8、（ ed 1）個(gè)正離子在到達(dá)陰極）個(gè)正離子在到達(dá)陰極表面時(shí)可撞出表面時(shí)可撞出（ ed 1）個(gè)新電子，則）個(gè)新電子，則(ed -1)個(gè)正離子個(gè)正離子撞擊陰極表面時(shí)，至少能從陰極表面釋放出一個(gè)有效電子，撞擊陰極表面時(shí)，至少能從陰極表面釋放出一個(gè)有效電子，以彌補(bǔ)原來(lái)那個(gè)產(chǎn)生電子崩并進(jìn)入陽(yáng)極的電子，則放電達(dá)以彌補(bǔ)原來(lái)那個(gè)產(chǎn)生電子崩并進(jìn)入陽(yáng)極的電子，則放電達(dá)到自持放電。即湯遜理論的自持放電條件可表達(dá)為到自持放電。即湯遜理論的自持放電條件可表達(dá)為（ ed 1）1或或ed 1 。 湯遜理論是在低氣壓湯遜理論是在低氣壓pdpd較小條件下建立起來(lái)的，其適用于較小條件下建立起來(lái)的，其適用于pd26.66kPa c

9、mpd26.66kPacm（200mmHgcm）時(shí)，）時(shí)，一些無(wú)法用湯遜理論解釋的現(xiàn)象一些無(wú)法用湯遜理論解釋的現(xiàn)象 例如自然界的雷電，它發(fā)生在兩塊雷云之間或雷云與例如自然界的雷電，它發(fā)生在兩塊雷云之間或雷云與大地之間，這時(shí)不存在金屬陰極，因而與陰極上的大地之間，這時(shí)不存在金屬陰極，因而與陰極上的過(guò)過(guò)程和二次電子發(fā)射根本無(wú)關(guān)。程和二次電子發(fā)射根本無(wú)關(guān)。 考慮了高氣壓、長(zhǎng)氣隙情況下不容忽視的因素考慮了高氣壓、長(zhǎng)氣隙情況下不容忽視的因素: 空間電荷對(duì)原有電場(chǎng)的影響空間電荷對(duì)原有電場(chǎng)的影響畸變；畸變； 空間光電離的作用。空間光電離的作用。 流注理論認(rèn)為：流注理論認(rèn)為：電子的碰撞游離和空間光游離是形電子

10、的碰撞游離和空間光游離是形成自持放電的主要因素，成自持放電的主要因素， 放電的三個(gè)階段：放電的三個(gè)階段： 電子崩階段電子崩階段 流柱階段流柱階段 主放電階段主放電階段 電子崩崩頭集中著電子，其后是正離子，形狀似半球形電子崩崩頭集中著電子，其后是正離子，形狀似半球形錐體；錐體； 空間電荷分布極不均勻，大大加強(qiáng)了崩頭及崩尾的電場(chǎng)，空間電荷分布極不均勻，大大加強(qiáng)了崩頭及崩尾的電場(chǎng)，削弱了電子崩內(nèi)部的電場(chǎng)；削弱了電子崩內(nèi)部的電場(chǎng)；（1 1）電子崩階段）電子崩階段0dxexEexEE合成電場(chǎng)合成電場(chǎng)n 空間電荷畸變外電場(chǎng)空間電荷畸變外電場(chǎng) 大大加強(qiáng)了崩頭及崩尾的大大加強(qiáng)了崩頭及崩尾的電場(chǎng)，削弱了崩頭內(nèi)正

11、、電場(chǎng)，削弱了崩頭內(nèi)正、負(fù)電荷區(qū)域之間的電場(chǎng)負(fù)電荷區(qū)域之間的電場(chǎng) 電子崩頭部：電子崩頭部：電場(chǎng)明顯增強(qiáng)，電場(chǎng)明顯增強(qiáng)，有利于發(fā)生分子和離子的有利于發(fā)生分子和離子的激勵(lì)現(xiàn)象，當(dāng)它們回復(fù)到激勵(lì)現(xiàn)象，當(dāng)它們回復(fù)到正常狀態(tài)時(shí)，放射出正常狀態(tài)時(shí)，放射出光子光子崩頭內(nèi)部正、負(fù)電荷區(qū)域：崩頭內(nèi)部正、負(fù)電荷區(qū)域：電場(chǎng)大大削弱，有助于發(fā)電場(chǎng)大大削弱，有助于發(fā)生復(fù)合過(guò)程，發(fā)射出生復(fù)合過(guò)程，發(fā)射出光子光子這些光子將導(dǎo)致空間光電離這些光子將導(dǎo)致空間光電離23n 當(dāng)電子崩走完整個(gè)間當(dāng)電子崩走完整個(gè)間隙后，大密度的頭部隙后，大密度的頭部空間電荷大大加強(qiáng)了空間電荷大大加強(qiáng)了后部的電場(chǎng)，并向周后部的電場(chǎng)，并向周?chē)派涑龃罅抗?/p>

12、子圍放射出大量光子n 光子引起空間光電離，光子引起空間光電離，在受到畸變而加強(qiáng)了在受到畸變而加強(qiáng)了的電場(chǎng)中，造成了新的電場(chǎng)中，造成了新的電子崩，稱(chēng)為的電子崩，稱(chēng)為二次二次電子崩電子崩 光電離的作用：二次電子崩光電離的作用：二次電子崩1主電子崩主電子崩 2二次電子崩二次電子崩3流注流注24n 二次電子崩中的電子進(jìn)入主電子崩頭二次電子崩中的電子進(jìn)入主電子崩頭部的正空間電荷區(qū)（電場(chǎng)強(qiáng)度較?。?，部的正空間電荷區(qū)（電場(chǎng)強(qiáng)度較?。?，大多形成負(fù)離子。大量的正、負(fù)帶電大多形成負(fù)離子。大量的正、負(fù)帶電質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成了質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成了等離子體等離子體，這就是，這就是正流注正流注 n 流注通道導(dǎo)電性良好，其頭部又是二流注通道導(dǎo)

13、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)部前方出現(xiàn)了很強(qiáng)的電場(chǎng)n 流注頭部的電離放射出大量光子，繼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的二次電子崩，它們被吸引向流注頭部，延長(zhǎng)了流注通道部，延長(zhǎng)了流注通道1主電子崩主電子崩2二次電子崩二次電子崩3流注流注（2 2） 流注階段流注階段25n 流注不斷向陰極報(bào)進(jìn)，且隨流注不斷向陰極報(bào)進(jìn)，且隨著流注接近陰極，其頭部電著流注接近陰極，其頭部電場(chǎng)越來(lái)越強(qiáng)，因而其發(fā)展也場(chǎng)越來(lái)越強(qiáng)，因而其發(fā)展也越來(lái)越快

14、越來(lái)越快n 流注發(fā)展到陰極，間隙被導(dǎo)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，電良好的等離子通道所貫通，間隙的擊穿完成，這個(gè)電壓間隙的擊穿完成，這個(gè)電壓就是擊穿電壓就是擊穿電壓 (3)(3)主放電階段：主放電階段：正流注向陰極推進(jìn)正流注向陰極推進(jìn)正流注形成過(guò)程：（當(dāng)外加電壓不是很高時(shí)）正流注形成過(guò)程：（當(dāng)外加電壓不是很高時(shí)） 初崩初崩空間光電離空間光電離二次電子崩二次電子崩匯入初崩匯入初崩流注流注電離室電離室結(jié)構(gòu)示意圖 1照射火花間隙；2石英窗；3電極 4玻璃壁；5橡皮膜；6絕緣柱 研究放電時(shí)的電路圖N電離室；S火花間隙；L、L、K短路回路 在電離室中得到的初始電子崩照片圖a和圖b的時(shí)

15、間間隔為110-7 秒 p=270毫米汞柱，E=10.5千伏/厘米 初始電子崩轉(zhuǎn)變?yōu)榱髯⑺查g照片p273毫米汞柱E=12千伏/厘米電子崩在空氣中的發(fā)展速度約為電子崩在空氣中的發(fā)展速度約為1.25 107cm/s29正流注的發(fā)展速度約為正流注的發(fā)展速度約為1 108 2 108cm/s流注通道的直徑一般不超過(guò)流注通道的直徑一般不超過(guò)零點(diǎn)幾毫米零點(diǎn)幾毫米流注通道內(nèi)正負(fù)質(zhì)點(diǎn)的復(fù)合，使通道發(fā)出流注通道內(nèi)正負(fù)質(zhì)點(diǎn)的復(fù)合，使通道發(fā)出微弱的光亮微弱的光亮+ + +- - -T T1 1t t2 2t t3 3t t4 4t t5 5 26.66kPacm） 只是定性分析。只是定性分析。 認(rèn)為電子碰撞電離及空

16、間認(rèn)為電子碰撞電離及空間光電離是維持自持放電的光電離是維持自持放電的主要因素，并強(qiáng)調(diào)了空間主要因素，并強(qiáng)調(diào)了空間電荷畸變電場(chǎng)的作用。電荷畸變電場(chǎng)的作用。 湯遜理論湯遜理論 適用于解釋均勻電場(chǎng)低氣適用于解釋均勻電場(chǎng)低氣壓、短氣隙的情況壓、短氣隙的情況（pd26.66kPacm） 可定量分析（巴申定律）可定量分析（巴申定律）氣隙的擊穿電壓是氣隙的擊穿電壓是pdpd的函數(shù)的函數(shù) 認(rèn)為電子碰撞電離是氣體認(rèn)為電子碰撞電離是氣體放電的主要原因，和陰極放電的主要原因，和陰極上的二次發(fā)射過(guò)程是氣體上的二次發(fā)射過(guò)程是氣體自持放電的決定性因素，自持放電的決定性因素，無(wú)法用湯遜理論解釋的現(xiàn)象：無(wú)法用湯遜理論解釋的現(xiàn)

17、象：(1).放電外形：在大氣壓下放電不再是輝光放電，而是火花通道放電外形：在大氣壓下放電不再是輝光放電，而是火花通道 (2). 放電時(shí)間：放電時(shí)間短于正離子在通道中到達(dá)陰極的行程時(shí)間放電時(shí)間：放電時(shí)間短于正離子在通道中到達(dá)陰極的行程時(shí)間 （1）放電外形）放電外形 二次崩的發(fā)展具有不同的方位，所以流注的推進(jìn)不可能均勻，二次崩的發(fā)展具有不同的方位，所以流注的推進(jìn)不可能均勻，而且具有分支。而且具有分支。（2）放電時(shí)間）放電時(shí)間 二次崩的起始電子是光子形成的，而光子以光速傳播，所以二次崩的起始電子是光子形成的，而光子以光速傳播，所以流注發(fā)展非常快。流注發(fā)展非?？臁＃?）陰極材料）陰極材料 大氣條件下的

18、氣體放電不依賴(lài)陰極表面電離，而是靠空間光大氣條件下的氣體放電不依賴(lài)陰極表面電離，而是靠空間光電離產(chǎn)生電子維持，因此與陰極材料無(wú)關(guān)。電離產(chǎn)生電子維持，因此與陰極材料無(wú)關(guān)。流注理論的解釋流注理論的解釋本 節(jié) 重 點(diǎn)湯遜放電理論和流注理論的使用范圍；湯遜放電理論和流注理論的使用范圍；湯遜放電描述的電子崩發(fā)展過(guò)程；湯遜放電描述的電子崩發(fā)展過(guò)程；電子碰撞游離系數(shù)電子碰撞游離系數(shù)；湯遜理論的自持放電條件及其物理解釋?zhuān)粶d理論的自持放電條件及其物理解釋?zhuān)话蜕甓杉捌湓趯?shí)際中的應(yīng)用；巴申定律及其在實(shí)際中的應(yīng)用；流注理論與湯遜理論在考慮放電發(fā)展因素上流注理論與湯遜理論在考慮放電發(fā)展因素上的不同；的不同；流注及其

19、放電的發(fā)展過(guò)程；流注及其放電的發(fā)展過(guò)程；流注及自持放電的形成條件。流注及自持放電的形成條件。1.1.5 不均勻電場(chǎng)中的氣體放電棒棒- -棒間隙棒間隙棒棒- -板間隙板間隙 均勻場(chǎng)：均勻場(chǎng)： 板板板板 稍不均勻場(chǎng)：稍不均勻場(chǎng)： 球球球球 對(duì)稱(chēng)場(chǎng)對(duì)稱(chēng)場(chǎng) 同軸圓筒同軸圓筒 極不均勻場(chǎng)：極不均勻場(chǎng)： 棒棒棒棒 棒板棒板 不對(duì)稱(chēng)場(chǎng)不對(duì)稱(chēng)場(chǎng) 常見(jiàn)電場(chǎng)的結(jié)構(gòu)：常見(jiàn)電場(chǎng)的結(jié)構(gòu)：不均勻電場(chǎng)不均勻電場(chǎng)稍不均稍不均勻電場(chǎng)勻電場(chǎng)極不均極不均勻電場(chǎng)勻電場(chǎng)全封閉組合電器全封閉組合電器(GIS)(GIS)的母線(xiàn)筒的母線(xiàn)筒高壓實(shí)驗(yàn)室中測(cè)量電壓用的球間隙高壓實(shí)驗(yàn)室中測(cè)量電壓用的球間隙高壓輸電線(xiàn)之間的空氣絕緣高壓輸電線(xiàn)之間的空氣

20、絕緣實(shí)驗(yàn)室中高壓發(fā)生器的輸出端對(duì)墻實(shí)驗(yàn)室中高壓發(fā)生器的輸出端對(duì)墻的空氣絕緣的空氣絕緣不均勻電場(chǎng)中的氣體放電I. I. 電場(chǎng)不均勻程度的劃分電場(chǎng)不均勻程度的劃分III. III. 稍不均勻電場(chǎng)中的擊穿過(guò)程稍不均勻電場(chǎng)中的擊穿過(guò)程II. II. 極不均勻電場(chǎng)中的擊穿過(guò)程極不均勻電場(chǎng)中的擊穿過(guò)程1 1 電暈放電電暈放電2 2 極性效應(yīng)極性效應(yīng)3 3 長(zhǎng)間隙放電長(zhǎng)間隙放電I.I.稍不均勻場(chǎng)和極不均勻場(chǎng)的特點(diǎn)和劃分稍不均勻場(chǎng)和極不均勻場(chǎng)的特點(diǎn)和劃分(1) (1) 特點(diǎn)特點(diǎn) 各處場(chǎng)強(qiáng)相差不大各處場(chǎng)強(qiáng)相差不大 放電過(guò)程與均勻電場(chǎng)相似：放電過(guò)程與均勻電場(chǎng)相似：一旦出現(xiàn)自持放電，便會(huì)導(dǎo)致整個(gè)間隙的擊穿，屬一旦出

21、現(xiàn)自持放電，便會(huì)導(dǎo)致整個(gè)間隙的擊穿，屬于流注擊穿，擊穿條件就是自持放電條件，無(wú)電暈于流注擊穿，擊穿條件就是自持放電條件，無(wú)電暈產(chǎn)生。產(chǎn)生。 但稍不均勻電場(chǎng)中場(chǎng)強(qiáng)并非處處相等，但稍不均勻電場(chǎng)中場(chǎng)強(qiáng)并非處處相等， 電離系電離系數(shù)數(shù)是空間坐標(biāo)是空間坐標(biāo)x x的函數(shù)，因此自持放電條件為的函數(shù)，因此自持放電條件為: :201ln)(0ddxx稍不均勻電場(chǎng)稍不均勻電場(chǎng) 各處場(chǎng)強(qiáng)相差很大各處場(chǎng)強(qiáng)相差很大 存在不同形式的局部的自持放電（電暈、刷形放電）存在不同形式的局部的自持放電（電暈、刷形放電） 在強(qiáng)場(chǎng)區(qū)發(fā)生電暈放電，自持放電條件即是電暈起始條件，在強(qiáng)場(chǎng)區(qū)發(fā)生電暈放電，自持放電條件即是電暈起始條件，氣隙擊穿

22、電壓大于電暈起始電壓。氣隙擊穿電壓大于電暈起始電壓。 電場(chǎng)越不均勻，擊穿電壓和電暈起始電壓之間的差別越大；電場(chǎng)越不均勻，擊穿電壓和電暈起始電壓之間的差別越大； 氣隙擊穿有顯著的極性效應(yīng)和較長(zhǎng)的放電時(shí)延，與所加電氣隙擊穿有顯著的極性效應(yīng)和較長(zhǎng)的放電時(shí)延，與所加電壓波形有顯著關(guān)系壓波形有顯著關(guān)系 長(zhǎng)氣隙，短氣隙的放電發(fā)展過(guò)程不同長(zhǎng)氣隙，短氣隙的放電發(fā)展過(guò)程不同極不均勻電場(chǎng)極不均勻電場(chǎng)稍不均勻電場(chǎng)稍不均勻電場(chǎng)極不均勻電場(chǎng)極不均勻電場(chǎng)極間距增大極間距增大1 擊穿電壓擊穿電壓2 電暈起始電壓電暈起始電壓3 放電不穩(wěn)定區(qū)放電不穩(wěn)定區(qū)d 極間距極間距D球半徑球半徑d d22D D，電場(chǎng)還，電場(chǎng)還比較均勻比較

23、均勻，其放電特性與均勻電場(chǎng)相似，擊，其放電特性與均勻電場(chǎng)相似，擊穿電壓與電暈起始電壓是相同的。穿電壓與電暈起始電壓是相同的。圖中給出直徑為圖中給出直徑為D的球間隙的放電特性與極間距的球間隙的放電特性與極間距d的關(guān)系的關(guān)系d4Dd4D，電場(chǎng)分布極不均勻，存在電暈放電和電暈起始電壓。，電場(chǎng)分布極不均勻，存在電暈放電和電暈起始電壓。 外加電壓進(jìn)一步增大，表面電暈層擴(kuò)大，并出現(xiàn)刷狀的細(xì)外加電壓進(jìn)一步增大，表面電暈層擴(kuò)大，并出現(xiàn)刷狀的細(xì)火花，火花變長(zhǎng)，最終導(dǎo)致氣隙完全擊穿?；鸹?，火花變長(zhǎng)，最終導(dǎo)致氣隙完全擊穿。d d2D4D2D4D，屬于由稍不均勻電場(chǎng)變?yōu)闃O不均勻電場(chǎng)的過(guò)渡，屬于由稍不均勻電場(chǎng)變?yōu)闃O不均

24、勻電場(chǎng)的過(guò)渡區(qū)域，放電過(guò)程不穩(wěn)定，不穩(wěn)定電暈，轉(zhuǎn)為火花放電。區(qū)域，放電過(guò)程不穩(wěn)定，不穩(wěn)定電暈，轉(zhuǎn)為火花放電。d4Dd4D，電場(chǎng)分布極不均勻，電場(chǎng)分布極不均勻，存在電暈放電和電暈起始存在電暈放電和電暈起始電壓。電壓。 外加電壓進(jìn)一步增大，表外加電壓進(jìn)一步增大，表面電暈層擴(kuò)大，并出現(xiàn)刷面電暈層擴(kuò)大，并出現(xiàn)刷狀的細(xì)火花，火花變長(zhǎng)，狀的細(xì)火花，火花變長(zhǎng)，最終導(dǎo)致氣隙完全擊穿。最終導(dǎo)致氣隙完全擊穿。當(dāng)大曲率電極附近很小范圍內(nèi)當(dāng)大曲率電極附近很小范圍內(nèi) 已達(dá)相當(dāng)數(shù)值時(shí)，間隙已達(dá)相當(dāng)數(shù)值時(shí)，間隙中大部分區(qū)域值中大部分區(qū)域值 都仍然很小，放電達(dá)到自持放電后，都仍然很小，放電達(dá)到自持放電后，間隙沒(méi)有擊穿。電場(chǎng)越

25、不均勻，擊穿電壓和電暈起間隙沒(méi)有擊穿。電場(chǎng)越不均勻，擊穿電壓和電暈起始電壓間的差別也越大始電壓間的差別也越大 d2D4D，屬于過(guò)渡區(qū)域，不穩(wěn)定電暈，屬于過(guò)渡區(qū)域，不穩(wěn)定電暈，轉(zhuǎn)為火花放電。轉(zhuǎn)為火花放電。當(dāng)大曲率電極附近當(dāng)大曲率電極附近 達(dá)到足夠數(shù)值時(shí)，間隙達(dá)到足夠數(shù)值時(shí)，間隙中很大一部分區(qū)域中很大一部分區(qū)域 也都已達(dá)相當(dāng)數(shù)值，也都已達(dá)相當(dāng)數(shù)值，流注一經(jīng)產(chǎn)生，隨即發(fā)展至貫通整個(gè)間隙，流注一經(jīng)產(chǎn)生，隨即發(fā)展至貫通整個(gè)間隙，導(dǎo)致間隙完全擊穿導(dǎo)致間隙完全擊穿 電場(chǎng)不均勻系數(shù)電場(chǎng)不均勻系數(shù)f：vEEfmax:最大電場(chǎng)強(qiáng)度vE:平均電場(chǎng)強(qiáng)度dUEvf2時(shí)為稍不均勻電場(chǎng), maxE(2).電場(chǎng)不均勻程度劃分

26、電場(chǎng)利用系數(shù)電場(chǎng)利用系數(shù)=1/f 對(duì)于同軸圓柱場(chǎng)內(nèi)外半徑比：對(duì)于同軸圓柱場(chǎng)內(nèi)外半徑比：R/r3.5R/r3.5 對(duì)于等徑的平行圓柱場(chǎng)，極間距與較小電極半徑比：對(duì)于等徑的平行圓柱場(chǎng)，極間距與較小電極半徑比：d/r6d/r6 對(duì)于同徑圓球場(chǎng)：對(duì)于同徑圓球場(chǎng)：d/r2.4d/r2.4 對(duì)于球?qū)τ谇? -板場(chǎng)：板場(chǎng)：d/r1.2d/r1.2II. II. 極不均勻電場(chǎng)的擊穿過(guò)程極不均勻電場(chǎng)的擊穿過(guò)程1.1.電暈放電電暈放電l 在極不均勻場(chǎng)中，當(dāng)電壓升高到一定程度后，在空氣在極不均勻場(chǎng)中，當(dāng)電壓升高到一定程度后，在空氣間隙完全擊穿之前，大曲率電極間隙完全擊穿之前，大曲率電極( (高場(chǎng)強(qiáng)電極高場(chǎng)強(qiáng)電極)

27、)附近會(huì)有附近會(huì)有薄薄的發(fā)光層薄薄的發(fā)光層，能聽(tīng)到聲，嗅到臭氧味，并能測(cè)到電流，能聽(tīng)到聲，嗅到臭氧味，并能測(cè)到電流, ,這種放電現(xiàn)象稱(chēng)為這種放電現(xiàn)象稱(chēng)為電暈電暈。l 電暈起始電壓電暈起始電壓Uc Uc ：開(kāi)始出現(xiàn)電暈時(shí)的電壓。開(kāi)始出現(xiàn)電暈時(shí)的電壓。l 電暈起始場(chǎng)強(qiáng)電暈起始場(chǎng)強(qiáng)Ec Ec ：此時(shí)電極表面的場(chǎng)強(qiáng)此時(shí)電極表面的場(chǎng)強(qiáng)。（1 1）. .什么是電暈放電什么是電暈放電（2 2） 電暈的形成的原因：電離區(qū)放電電暈的形成的原因：電離區(qū)放電l極不均勻電場(chǎng)中，在外加電壓下，小曲率半徑極不均勻電場(chǎng)中，在外加電壓下，小曲率半徑(大曲率大曲率)電極電極附近的電場(chǎng)強(qiáng)度首先達(dá)到起始場(chǎng)強(qiáng)附近的電場(chǎng)強(qiáng)度首先達(dá)到起

28、始場(chǎng)強(qiáng)E0，在此局部區(qū)域先出現(xiàn)，在此局部區(qū)域先出現(xiàn)碰撞電離和電子崩，甚至出現(xiàn)流注，即出現(xiàn)了電暈放電。碰撞電離和電子崩，甚至出現(xiàn)流注，即出現(xiàn)了電暈放電。l離大曲率電極較遠(yuǎn)處場(chǎng)強(qiáng)大為減弱，電離區(qū)不能擴(kuò)展，只局離大曲率電極較遠(yuǎn)處場(chǎng)強(qiáng)大為減弱，電離區(qū)不能擴(kuò)展，只局限與電極附近的強(qiáng)場(chǎng)范圍內(nèi)。限與電極附近的強(qiáng)場(chǎng)范圍內(nèi)。l電離區(qū)的復(fù)合過(guò)程以及反激勵(lì)過(guò)程會(huì)輻射出大量光子。在外電離區(qū)的復(fù)合過(guò)程以及反激勵(lì)過(guò)程會(huì)輻射出大量光子。在外觀(guān)上表現(xiàn)為環(huán)繞電極表面出現(xiàn)藍(lán)紫色暈光。觀(guān)上表現(xiàn)為環(huán)繞電極表面出現(xiàn)藍(lán)紫色暈光。l電暈層或起暈層電暈層或起暈層l電暈放電的外圍層電暈放電的外圍層l 是是極不均勻電場(chǎng)極不均勻電場(chǎng)所特有的一種所

29、特有的一種自持放電形式自持放電形式l 其電流強(qiáng)度，與外電路的阻抗無(wú)關(guān)，取決于：其電流強(qiáng)度，與外電路的阻抗無(wú)關(guān)，取決于：l電極外氣體空間的電導(dǎo)電極外氣體空間的電導(dǎo)l外施電壓的大小外施電壓的大小l電極的形狀電極的形狀l極間距離極間距離l氣體性質(zhì)和密度氣體性質(zhì)和密度l電暈起始電壓電暈起始電壓U Uc c低于擊穿電壓低于擊穿電壓U Ub b，電場(chǎng)越不均勻其，電場(chǎng)越不均勻其差值越大差值越大。（3 3） 電暈放電的性質(zhì)電暈放電的性質(zhì)可以是極不均勻電場(chǎng)氣隙擊穿可以是極不均勻電場(chǎng)氣隙擊穿過(guò)程的第一階段，也可以是長(zhǎng)過(guò)程的第一階段，也可以是長(zhǎng)期存在的穩(wěn)放電形式期存在的穩(wěn)放電形式根據(jù)電暈層放電的特點(diǎn)，兩種形式：根據(jù)

30、電暈層放電的特點(diǎn)，兩種形式：電子崩形式電子崩形式 流注形式流注形式。 外施電壓較低，外施電壓較低， 電暈放電較弱，電暈放電具有電暈放電較弱，電暈放電具有均勻穩(wěn)定均勻穩(wěn)定的性質(zhì)，屬于電子崩性質(zhì)的電暈放電。的性質(zhì)，屬于電子崩性質(zhì)的電暈放電。當(dāng)外施電壓較高，電暈放電較強(qiáng)，則轉(zhuǎn)為當(dāng)外施電壓較高，電暈放電較強(qiáng)，則轉(zhuǎn)為不均勻、不穩(wěn)定不均勻、不穩(wěn)定的流柱性質(zhì)的自持放電。的流柱性質(zhì)的自持放電。電壓進(jìn)一步升高，個(gè)別流注快速發(fā)展，出現(xiàn)刷狀放電，放電壓進(jìn)一步升高，個(gè)別流注快速發(fā)展，出現(xiàn)刷狀放電，放電脈沖更強(qiáng)烈，最后貫通間隙，導(dǎo)致電脈沖更強(qiáng)烈，最后貫通間隙，導(dǎo)致間隙完全擊穿間隙完全擊穿。（4 4） 電暈放電的分類(lèi)電暈

31、放電的分類(lèi)導(dǎo)線(xiàn)上電子崩性質(zhì)的電暈導(dǎo)線(xiàn)上電子崩性質(zhì)的電暈導(dǎo)線(xiàn)上流柱性質(zhì)的電暈導(dǎo)線(xiàn)上流柱性質(zhì)的電暈c120.330(1)/Em mkV cmrr r是導(dǎo)線(xiàn)半徑（是導(dǎo)線(xiàn)半徑（cmcm） 是氣體相對(duì)密度；是氣體相對(duì)密度；m m1 1表面粗糙度系數(shù)，表面粗糙度系數(shù)，理想光滑導(dǎo)線(xiàn)取理想光滑導(dǎo)線(xiàn)取1 1，絞線(xiàn)，絞線(xiàn)0.80.90.80.9；好天氣時(shí)；好天氣時(shí)m m2 2=1=1，壞天氣時(shí)，壞天氣時(shí)m m2 2可按可按0.80.8估算。估算。 cc2lnhUE rr高度為h的單根導(dǎo)線(xiàn)：cc2lnddUE rr距離為 的兩根平行線(xiàn)：一般用經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)推算，應(yīng)用最廣的是皮克公式，一般用經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)推算，應(yīng)用最廣的是皮

32、克公式，（5）電暈放電的起始場(chǎng)強(qiáng)）電暈放電的起始場(chǎng)強(qiáng)（3）電暈放電的危害、對(duì)策及其利用 電暈放電引起的光、聲、熱等效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生一定的能量。電暈損耗是超高壓輸電線(xiàn)路設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的因素。電暈放電中，由于電子崩和流注不斷消失和重新出現(xiàn)所造成的放電脈沖會(huì)產(chǎn)生高頻電磁波，從而對(duì)無(wú)線(xiàn)電和電視廣播產(chǎn)生干擾。電暈放電還會(huì)產(chǎn)生可聞噪聲，并有可能超出環(huán)境保護(hù)所容許的標(biāo)準(zhǔn)。使空氣局部游離，產(chǎn)生的臭氧和氧化氮等會(huì)腐蝕金屬設(shè)備對(duì)策：設(shè)法限制和降低導(dǎo)線(xiàn)的表面電場(chǎng)強(qiáng)度在選擇導(dǎo)線(xiàn)的結(jié)構(gòu)和尺寸時(shí)，應(yīng)使好天氣時(shí)電暈損耗接在選擇導(dǎo)線(xiàn)的結(jié)構(gòu)和尺寸時(shí)，應(yīng)使好天氣時(shí)電暈損耗接近于零，對(duì)無(wú)線(xiàn)電和電視的干擾應(yīng)限制到容許水平以下。近于零，對(duì)無(wú)

33、線(xiàn)電和電視的干擾應(yīng)限制到容許水平以下。找到最佳的分裂距（4050cm），使導(dǎo)線(xiàn)表面最大電場(chǎng)強(qiáng)度值最小。 采用分裂導(dǎo)線(xiàn)采用分裂導(dǎo)線(xiàn)。 對(duì)對(duì)330kV及以上的超高壓線(xiàn)路應(yīng)采用分裂導(dǎo)線(xiàn)，例如及以上的超高壓線(xiàn)路應(yīng)采用分裂導(dǎo)線(xiàn)，例如330，500和和750kV的線(xiàn)路可分別采用二分裂、四分裂和六分裂導(dǎo)的線(xiàn)路可分別采用二分裂、四分裂和六分裂導(dǎo)線(xiàn)。線(xiàn)。 1000kv及以上的特高壓線(xiàn)路分裂數(shù)就更多，例如取及以上的特高壓線(xiàn)路分裂數(shù)就更多，例如取8或或更大更大 分裂導(dǎo)線(xiàn)：每相都用若干根直徑較小的平行分導(dǎo)線(xiàn)來(lái)替換大直徑導(dǎo)線(xiàn)。分裂數(shù)超過(guò)兩根時(shí)，這些分導(dǎo)線(xiàn)通常被布置在一個(gè)圓的內(nèi)接正多邊形頂點(diǎn)上。 分裂導(dǎo)線(xiàn)的表面電場(chǎng)強(qiáng)度與

34、分導(dǎo)線(xiàn)的直徑和分導(dǎo)線(xiàn)間的距離 d 有關(guān)。在某一最佳值d0時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)表面最大電場(chǎng)強(qiáng)度Emax會(huì)出現(xiàn)一極小值。分裂導(dǎo)線(xiàn)表面最大電場(chǎng)強(qiáng)度與分裂距離的關(guān)系 在確定d值時(shí)并不僅僅以Emax最小作為唯一的準(zhǔn)則。由于增大d值有利于減小線(xiàn)路的電感、增大線(xiàn)路的電容，從而增加線(xiàn)路的輸送功率，所以在實(shí)際工程中，往往把d值取得比Emax最小對(duì)應(yīng)的d0值稍大一些，例如45cm左右，并且此時(shí)Emax的變化不大。 330750kv的超高壓線(xiàn)路，分裂數(shù)一般取24。 1000kv及以上的特高壓線(xiàn)路分裂數(shù)就更多，例如取8或更大。電暈放電的利用電暈放電的利用在某些情況下可以利用電暈放電產(chǎn)生的空間電荷在某些情況下可以利用電暈放電產(chǎn)生的

35、空間電荷來(lái)改善極不均勻場(chǎng)的電場(chǎng)分布，以提高擊穿電壓。來(lái)改善極不均勻場(chǎng)的電場(chǎng)分布，以提高擊穿電壓。衰減雷電過(guò)電壓幅值和降低其陡度；衰減雷電過(guò)電壓幅值和降低其陡度；抑制操作過(guò)電壓的幅值；抑制操作過(guò)電壓的幅值；廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)施（靜電除塵器、靜電噴涂裝廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)施（靜電除塵器、靜電噴涂裝置、臭氧發(fā)生器）。置、臭氧發(fā)生器）。 0100200300300600900bU(kV)d(cm)直流電壓下棒直流電壓下棒-板間隙擊穿電壓特性曲線(xiàn)：板間隙擊穿電壓特性曲線(xiàn)：2 、極不均勻電場(chǎng)中放電的極性效應(yīng)、極不均勻電場(chǎng)中放電的極性效應(yīng)由于高場(chǎng)強(qiáng)電極極性的不由于高場(chǎng)強(qiáng)電極極性的不同，空間電荷的極性也不同，空間電

36、荷的極性也不同，對(duì)放電發(fā)展的影響也同，對(duì)放電發(fā)展的影響也就不同，這就造成了就不同，這就造成了不同不同極性的極性的高場(chǎng)強(qiáng)電極高場(chǎng)強(qiáng)電極的電暈的電暈起始電壓的不同，以及間起始電壓的不同，以及間隙擊穿電壓的不同隙擊穿電壓的不同，稱(chēng)為，稱(chēng)為極性效應(yīng)極性效應(yīng)。極性效應(yīng)極性效應(yīng) 在極不均勻電場(chǎng)中，放電一定從曲率半徑較小的在極不均勻電場(chǎng)中，放電一定從曲率半徑較小的那個(gè)電極表面開(kāi)始，與該電極極性無(wú)關(guān)。但后來(lái)的發(fā)那個(gè)電極表面開(kāi)始，與該電極極性無(wú)關(guān)。但后來(lái)的發(fā)展過(guò)程、氣隙的電氣強(qiáng)度、擊穿電壓等都與該電極的展過(guò)程、氣隙的電氣強(qiáng)度、擊穿電壓等都與該電極的極性有密切的關(guān)系。極性有密切的關(guān)系。極不均勻電場(chǎng)中的放電存在著明

37、極不均勻電場(chǎng)中的放電存在著明顯的極性效應(yīng)顯的極性效應(yīng)。極性決定于表面電場(chǎng)較強(qiáng)的電極所具有的電位符號(hào)：極性決定于表面電場(chǎng)較強(qiáng)的電極所具有的電位符號(hào)：v在兩個(gè)電極幾何形狀不同時(shí)，極性取決于曲率半徑較小的那在兩個(gè)電極幾何形狀不同時(shí)，極性取決于曲率半徑較小的那個(gè)電極的電位符號(hào)，如個(gè)電極的電位符號(hào)，如“棒棒- -板板”氣隙。氣隙。v在兩個(gè)電極幾何形狀相同時(shí)，極性取決于不接地的那個(gè)電極在兩個(gè)電極幾何形狀相同時(shí)，極性取決于不接地的那個(gè)電極上的電位，如上的電位，如“棒棒- -棒棒”氣隙。氣隙。ExexE正正棒棒負(fù)負(fù)板板電電極極（1）非自持放電階段的極性效應(yīng)）非自持放電階段的極性效應(yīng)spEspE棒極附近的電場(chǎng)棒

38、極附近的電場(chǎng)被消弱，難以形被消弱，難以形成自持放電成自持放電exE負(fù)負(fù)棒棒正正板板電電極極ExspEspE棒極附近的電場(chǎng)被增棒極附近的電場(chǎng)被增強(qiáng)，自持放電條件易強(qiáng)，自持放電條件易于滿(mǎn)足，易轉(zhuǎn)入流柱于滿(mǎn)足，易轉(zhuǎn)入流柱而形成電暈放電而形成電暈放電結(jié)論：棒為正極性時(shí)電暈起始電壓比負(fù)極性時(shí)略高。)()(ccUU1-3為什么棒板間隙中棒為正極性時(shí)電暈起始電壓為什么棒板間隙中棒為正極性時(shí)電暈起始電壓比負(fù)極性時(shí)略高？比負(fù)極性時(shí)略高？p49答:（1）當(dāng)棒具有正極性時(shí)，間隙中出現(xiàn)的電子向棒運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)，開(kāi)始引起電離現(xiàn)象而形成電子崩。隨著電壓的逐漸上升，到放電達(dá)到自持、爆發(fā)電暈之前，在間隙中形成相當(dāng)多的電子

39、崩。當(dāng)電子崩達(dá)到棒極后，其中的電子就進(jìn)入棒極，而正離子仍留在空間，相對(duì)來(lái)說(shuō)緩慢地向板極移動(dòng)。于是在棒極附近，積聚起正空間電荷，從而減少了緊貼棒極附近的電場(chǎng)，而略為加強(qiáng)了外部空間的電場(chǎng)。這樣，棒極附近的電場(chǎng)被削弱，難以造成流柱，這就使得自持放電也即電暈放電難以形成。（2）當(dāng)棒具有負(fù)極性時(shí)，陰極表面形成的電子立即進(jìn)入強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)，造成電子崩。當(dāng)電子崩中的電子離開(kāi)強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)后，電子就不再能引起電離，而以越來(lái)越慢的速度向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)。一部份電子直接消失于陽(yáng)極，其余的可為氧原子所吸附形成負(fù)離子。電子崩中的正離子逐漸向棒極運(yùn)動(dòng)而消失于棒極，但由于其運(yùn)動(dòng)速度較慢，所以在棒極附近總是存在著正空間電荷。結(jié)果在棒極附近出現(xiàn)

40、了比較集中的正空間電荷，而在其后則是非常分散的負(fù)空間電荷。負(fù)空間電荷由于濃度小，對(duì)外電場(chǎng)的影響不大，而正空間電荷將使電場(chǎng)畸變。棒極附近的電場(chǎng)得到增強(qiáng)，因而自持放電條件易于得到滿(mǎn)足、易于轉(zhuǎn)入流柱而形成電暈放電。 而極性效應(yīng)的另一個(gè)表現(xiàn)，就是間隙擊穿電壓的不同。隨著電壓升高，在緊貼棒極附近，形成流注，產(chǎn)生電暈；以后在不同極性下空間電荷對(duì)放電的進(jìn)一步發(fā)展所起的影響就和對(duì)電暈起始的影響相異了。負(fù)極性下的擊穿電壓應(yīng)較正極性時(shí)為高。（2）自持放電階段）自持放電階段(流柱發(fā)展階段流柱發(fā)展階段)的極性效應(yīng)的極性效應(yīng)66l新電子崩的電子吸引入流注新電子崩的電子吸引入流注頭部正電荷區(qū)內(nèi)，加強(qiáng)并延頭部正電荷區(qū)內(nèi)，加

41、強(qiáng)并延長(zhǎng)流注通道，其尾部的正離長(zhǎng)流注通道，其尾部的正離子構(gòu)成流注頭部的正電荷子構(gòu)成流注頭部的正電荷 l流注及其頭部的正電荷使強(qiáng)流注及其頭部的正電荷使強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)更向前移，促進(jìn)流注電場(chǎng)區(qū)更向前移，促進(jìn)流注通道進(jìn)一步發(fā)展，逐漸向陰通道進(jìn)一步發(fā)展，逐漸向陰極推進(jìn)極推進(jìn)l正流柱正流柱連續(xù)快速連續(xù)快速發(fā)展發(fā)展當(dāng)棒具有正極性時(shí)當(dāng)棒具有正極性時(shí)流注發(fā)展階段流注發(fā)展階段頭部電場(chǎng)增強(qiáng)頭部電場(chǎng)增強(qiáng)新電子崩新電子崩流注前移流注前移68l棒極的強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)產(chǎn)生大量的電棒極的強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)產(chǎn)生大量的電子崩，匯入圍繞棒極的正空間子崩，匯入圍繞棒極的正空間電荷，等離子體層呈擴(kuò)散狀分電荷，等離子體層呈擴(kuò)散狀分布，布，削弱前方電場(chǎng)削弱前方電

42、場(chǎng)l在相當(dāng)一段電壓升高的范圍內(nèi)，在相當(dāng)一段電壓升高的范圍內(nèi)，電離只在棒極和等離子體層外電離只在棒極和等離子體層外沿之間的空間內(nèi)發(fā)展沿之間的空間內(nèi)發(fā)展l等離子體層前方電場(chǎng)足夠強(qiáng)后等離子體層前方電場(chǎng)足夠強(qiáng)后，發(fā)展新電子崩，其正電荷加強(qiáng)發(fā)展新電子崩，其正電荷加強(qiáng)等離子體層前沿的電場(chǎng)，形成等離子體層前沿的電場(chǎng)，形成了大量二次電子崩，匯集起來(lái)了大量二次電子崩，匯集起來(lái)后使得等離子體層向陽(yáng)極推進(jìn)后使得等離子體層向陽(yáng)極推進(jìn)當(dāng)棒具有負(fù)極性時(shí)當(dāng)棒具有負(fù)極性時(shí) 棒為正極性時(shí)，電子崩是從場(chǎng)強(qiáng)低的區(qū)域向場(chǎng)強(qiáng)高的區(qū)域發(fā)展。此外，初崩的電子很快進(jìn)入棒極，在棒極前方留下的正離子大大加強(qiáng)了氣隙深處的電場(chǎng)，極易使氣隙深處的電子

43、產(chǎn)生二次電子崩而形成正流注。由于流注所產(chǎn)生的空間電荷總是加強(qiáng)前方的電場(chǎng)，所以它的發(fā)展是連續(xù)的，速度很快，與棒為負(fù)極性時(shí)相比，擊穿同一間隙所需電壓要低得多 。當(dāng)棒為負(fù)極性時(shí)，初崩直接由棒極向外發(fā)展。先經(jīng)過(guò)強(qiáng)場(chǎng)區(qū)，后來(lái)的路程中場(chǎng)強(qiáng)愈來(lái)愈弱，這就使電子崩的發(fā)展比棒為正極性時(shí)不利得多。初崩留下的正空間電荷顯然增強(qiáng)了負(fù)棒極附近的電場(chǎng)，卻削弱了氣隙深處的空間電場(chǎng)，使負(fù)流注的向前發(fā)展受到抑制。擊穿同一間隙所需的電壓要高得多。70 棒為負(fù)極性時(shí)擊穿電壓比正極性時(shí)高棒為負(fù)極性時(shí)擊穿電壓比正極性時(shí)高n 棒為負(fù)極性時(shí)：棒為負(fù)極性時(shí)：n外電壓較低時(shí)，流注通道深入間隙一段距離后，外電壓較低時(shí)，流注通道深入間隙一段距離后

44、，就停止不前了，形成電暈放電或刷狀放電就停止不前了，形成電暈放電或刷狀放電n外電壓足夠高時(shí)，流注通道將一直達(dá)到另一電外電壓足夠高時(shí)，流注通道將一直達(dá)到另一電極，從而導(dǎo)致間隙完全擊穿極，從而導(dǎo)致間隙完全擊穿 結(jié)論：結(jié)論：)()(bbUU間間隙隙擊擊穿穿刷刷狀狀放放電電電電暈暈3 長(zhǎng)間隙擊穿過(guò)程（d先導(dǎo)放電：。主放電主放電先導(dǎo)放電先導(dǎo)放電電暈放電電暈放電 氣隙較長(zhǎng)時(shí)，存在某種新氣隙較長(zhǎng)時(shí)，存在某種新的、不同性質(zhì)的的、不同性質(zhì)的放電放電過(guò)程過(guò)程棒極的E很大產(chǎn)生很高能量劇烈電離電子崩、流注先導(dǎo)通道熱電離1)、正先導(dǎo)過(guò)程（正棒、正先導(dǎo)過(guò)程（正棒負(fù)板間隙）負(fù)板間隙） 流注通道電子被陽(yáng)極吸引流注通道電子被陽(yáng)

45、極吸引 電子濃度電子濃度 電流電流 流注中熱電離流注中熱電離 電導(dǎo)電導(dǎo)，電流，電流 流注變成流注變成高電導(dǎo)的等離子體高電導(dǎo)的等離子體（先導(dǎo)）（先導(dǎo)） 電場(chǎng)電場(chǎng)新流注新流注先導(dǎo)不斷推進(jìn)。先導(dǎo)不斷推進(jìn)。先導(dǎo)先導(dǎo)流柱流柱電子崩電子崩電離加強(qiáng)，更為明亮；電離加強(qiáng)，更為明亮；電導(dǎo)增大；電導(dǎo)增大；發(fā)展速度更快；發(fā)展速度更快；先導(dǎo)放電階段先導(dǎo)放電階段 通道根部的電子最多流注根部溫度升高出現(xiàn)熱電離先導(dǎo)通道（具有熱電離過(guò)程的通道）。 新的電離過(guò)程使電離加強(qiáng)，電導(dǎo)增大，從而加大了其頭部前沿區(qū)域中的場(chǎng)強(qiáng)，引起新的流注，導(dǎo)致先導(dǎo)通道不斷伸長(zhǎng)。 流注根部流注根部溫度升高溫度升高熱電離熱電離過(guò)程過(guò)程先導(dǎo)先導(dǎo)通道通道電離加

46、強(qiáng)，更為明亮電離加強(qiáng)，更為明亮電導(dǎo)增大電導(dǎo)增大軸向場(chǎng)強(qiáng)更低軸向場(chǎng)強(qiáng)更低發(fā)展速度更快發(fā)展速度更快長(zhǎng)空氣間隙的平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)遠(yuǎn)低于短間隙長(zhǎng)空氣間隙的平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)遠(yuǎn)低于短間隙 放電過(guò)程短間隙：整個(gè)間隙被流注貫穿后形成炙熱導(dǎo)電通道。短間隙：整個(gè)間隙被流注貫穿后形成炙熱導(dǎo)電通道。 長(zhǎng)間隙：在放電發(fā)展過(guò)程中建立起導(dǎo)電通道。長(zhǎng)間隙：在放電發(fā)展過(guò)程中建立起導(dǎo)電通道。 結(jié)論結(jié)論：長(zhǎng)間隙擊穿的平均場(chǎng)強(qiáng)遠(yuǎn)小于短間隙擊穿的平長(zhǎng)間隙擊穿的平均場(chǎng)強(qiáng)遠(yuǎn)小于短間隙擊穿的平均場(chǎng)強(qiáng)。均場(chǎng)強(qiáng)。長(zhǎng)間隙和短間隙的火花擊穿的本質(zhì)區(qū)別：長(zhǎng)間隙和短間隙的火花擊穿的本質(zhì)區(qū)別：長(zhǎng)度為長(zhǎng)度為2m2m的正棒的正棒負(fù)板氣隙中先導(dǎo)發(fā)展的各個(gè)階段負(fù)板氣隙中

47、先導(dǎo)發(fā)展的各個(gè)階段 2)、負(fù)先導(dǎo)過(guò)程、負(fù)先導(dǎo)過(guò)程 （負(fù)棒（負(fù)棒正板間隙）正板間隙） 負(fù)流注（散射）形成負(fù)離子正空間電荷增強(qiáng)棒極附近電場(chǎng)，劇烈電離熱電離遠(yuǎn)離棒極負(fù)先導(dǎo)通道電場(chǎng)屏蔽二級(jí)流注負(fù)離子被電場(chǎng)力驅(qū)散特點(diǎn)：特點(diǎn)： 負(fù)先導(dǎo)通道的前進(jìn)具有負(fù)先導(dǎo)通道的前進(jìn)具有分級(jí)分級(jí)的特征，先導(dǎo)電流波形分段出的特征，先導(dǎo)電流波形分段出現(xiàn)峰值?，F(xiàn)峰值。 負(fù)先導(dǎo)過(guò)程速度為正先導(dǎo)過(guò)程的負(fù)先導(dǎo)過(guò)程速度為正先導(dǎo)過(guò)程的1/51/3。 負(fù)先導(dǎo)過(guò)程接近貫穿時(shí)，從負(fù)先導(dǎo)過(guò)程接近貫穿時(shí)，從“板板”極（陽(yáng)極）會(huì)發(fā)出迎面極（陽(yáng)極）會(huì)發(fā)出迎面放電現(xiàn)象（放電現(xiàn)象（迎面先導(dǎo)迎面先導(dǎo)）。）。 長(zhǎng)度為長(zhǎng)度為2m2m的負(fù)棒的負(fù)棒正板氣隙中先導(dǎo)發(fā)展的

48、各個(gè)階段正板氣隙中先導(dǎo)發(fā)展的各個(gè)階段 3)、迎面先導(dǎo)、迎面先導(dǎo) 為負(fù)極性為負(fù)極性下行先導(dǎo)迎面先導(dǎo)特點(diǎn)：特點(diǎn)： 負(fù)下行先導(dǎo)容易產(chǎn)生迎面先導(dǎo)負(fù)下行先導(dǎo)容易產(chǎn)生迎面先導(dǎo) 初始階段有多個(gè)迎面先導(dǎo)，發(fā)展最初始階段有多個(gè)迎面先導(dǎo)，發(fā)展最快地將屏蔽其余迎面先導(dǎo)快地將屏蔽其余迎面先導(dǎo) 正下行先導(dǎo)產(chǎn)生迎面先導(dǎo)困難正下行先導(dǎo)產(chǎn)生迎面先導(dǎo)困難 負(fù)下行先導(dǎo)頭部平均場(chǎng)強(qiáng)約負(fù)下行先導(dǎo)頭部平均場(chǎng)強(qiáng)約13kV/cm 正下行先導(dǎo)頭部平均場(chǎng)強(qiáng)約正下行先導(dǎo)頭部平均場(chǎng)強(qiáng)約5kV/cm 先導(dǎo)通道：高導(dǎo)電性、小軸向場(chǎng)強(qiáng)先導(dǎo)通道：高導(dǎo)電性、小軸向場(chǎng)強(qiáng) 長(zhǎng)度為長(zhǎng)度為2m2m的棒的棒棒氣隙中先導(dǎo)發(fā)展的各個(gè)階段棒氣隙中先導(dǎo)發(fā)展的各個(gè)階段（下電極

49、為突出于平板之上的棒，正極性高壓加在上電極）（下電極為突出于平板之上的棒，正極性高壓加在上電極） 4)、主放電過(guò)程、主放電過(guò)程 與板極異號(hào)電荷迅速流入板極與板極異號(hào)電荷迅速流入板極與板極同號(hào)電荷與通道中的電與板極同號(hào)電荷與通道中的電荷（與棒極同極性）中和荷（與棒極同極性）中和中和過(guò)程向上擴(kuò)展到棒極，稱(chēng)中和過(guò)程向上擴(kuò)展到棒極，稱(chēng)為主放電階段為主放電階段強(qiáng)烈強(qiáng)烈電離電離棒極板極先導(dǎo)通道貫穿兩極的通道變?yōu)椋贺灤﹥蓸O的通道變?yōu)椋簻囟群芨?，電?dǎo)很大，軸向場(chǎng)溫度很高，電導(dǎo)很大，軸向場(chǎng)強(qiáng)很小強(qiáng)很小的等離子體火花通道（如電源功率足夠，則轉(zhuǎn)的等離子體火花通道（如電源功率足夠，則轉(zhuǎn)為電弧通道）。為電弧通道）。 電

50、暈放電電暈放電 先導(dǎo)放電先導(dǎo)放電 特點(diǎn)：電子通過(guò)通道根部時(shí)由于劇烈的摩特點(diǎn)：電子通過(guò)通道根部時(shí)由于劇烈的摩擦產(chǎn)生的熱電離過(guò)程擦產(chǎn)生的熱電離過(guò)程 先導(dǎo)加強(qiáng)了前方電場(chǎng)，引起新的流注，使先導(dǎo)加強(qiáng)了前方電場(chǎng)，引起新的流注，使其進(jìn)一步伸展并逐級(jí)推進(jìn)其進(jìn)一步伸展并逐級(jí)推進(jìn) 主放電主放電 當(dāng)先導(dǎo)貫穿兩極，導(dǎo)致沿先導(dǎo)通道向反方當(dāng)先導(dǎo)貫穿兩極，導(dǎo)致沿先導(dǎo)通道向反方向擴(kuò)展到棒極的主放電和最終擊穿向擴(kuò)展到棒極的主放電和最終擊穿總結(jié)：長(zhǎng)間隙的擊穿過(guò)程：總結(jié)：長(zhǎng)間隙的擊穿過(guò)程：補(bǔ)充：長(zhǎng)氣隙的預(yù)放電補(bǔ)充：長(zhǎng)氣隙的預(yù)放電 當(dāng)氣隙距離較長(zhǎng)時(shí)，即使所加電壓尚遠(yuǎn)不足以將整個(gè)當(dāng)氣隙距離較長(zhǎng)時(shí)，即使所加電壓尚遠(yuǎn)不足以將整個(gè)氣隙擊穿，也會(huì)從曲率半徑較小的電極出發(fā)，向氣隙深處氣隙擊穿，也會(huì)從曲率半徑較