高電壓課件1.1帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生及消失

1、第一章 氣體放電的基本物理過(guò)程 第一節(jié) 帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生和消失 引言 電介質(zhì)在電氣設(shè)備中作為絕緣材料使用，按其物質(zhì)形態(tài)，可分為：氣體介質(zhì) 液體介質(zhì) 固體介質(zhì) 在電氣設(shè)備中在電氣設(shè)備中: :外絕緣外絕緣: :一般由一般由氣體介質(zhì)氣體介質(zhì)( (空氣空氣) )和和固體介質(zhì)固體介質(zhì)( (絕緣子絕緣子) )聯(lián)合構(gòu)成聯(lián)合構(gòu)成內(nèi)絕緣內(nèi)絕緣: :一般由一般由固體介質(zhì)固體介質(zhì)和和液體介質(zhì)液體介質(zhì)聯(lián)合構(gòu)成聯(lián)合構(gòu)成 在電氣作用下，電介質(zhì)中出現(xiàn)的電氣現(xiàn)象可分為兩大類(lèi):弱電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度比擊穿場(chǎng)強(qiáng)小得多 極化、電導(dǎo)、介質(zhì)損耗等強(qiáng)電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度等于或大于放電起始場(chǎng)強(qiáng)或擊穿場(chǎng)強(qiáng) 放電、閃絡(luò)、擊穿等第一章 氣體放電的基本物理過(guò)程 研

2、究氣體放電的目的了解氣體在高電壓（強(qiáng)電場(chǎng)）作用下逐步由電介質(zhì)演變成導(dǎo)體的物理過(guò)程 掌握氣體介質(zhì)的電氣強(qiáng)度及其提高方法 電氣設(shè)備中常用氣體介質(zhì)空氣、壓縮的高電氣強(qiáng)度氣體（如SF6）第一節(jié) 帶電粒子的產(chǎn)生和消失帶電粒子在氣體中的運(yùn)動(dòng) 帶電粒子的產(chǎn)生 負(fù)離子的形成 帶電粒子的消失一、帶電粒子的產(chǎn)生產(chǎn)生帶電粒子的物理過(guò)程稱(chēng)為電離，是氣體放電的首要前提。激勵(lì)當(dāng)原子獲得外部能量，一個(gè)或若干個(gè)電子有可能轉(zhuǎn)移到離核較遠(yuǎn)的軌道上去，該現(xiàn)象稱(chēng)為激勵(lì)。電離能使基態(tài)原子或分子中結(jié)合最松弛的那個(gè)電子電離出來(lái)所需要的最小能量稱(chēng)為電離能。（一）光電離當(dāng)滿(mǎn)足以下條件時(shí)，產(chǎn)生光電離（二）熱電離常溫下，氣體分子發(fā)生熱電離的概率極

3、小。氣體中發(fā)生電離的分子數(shù)與總分子數(shù)的比值m稱(chēng)為該氣體的電離度。下圖為空氣的電離度m與溫度T的關(guān)系：由圖所示： 當(dāng)t10000K時(shí)，才需考慮熱電離； 當(dāng)t20000K時(shí)，幾乎全部的分子都處于熱電離狀態(tài) （三）碰撞電離電子獲得加速后和氣體分子碰撞時(shí)，把動(dòng)能傳給后者引起碰撞電離。電子在場(chǎng)強(qiáng)為E的電場(chǎng)中移過(guò)x距離時(shí)獲得的動(dòng)能為：如果 大于或等于氣體分子的電離能 ，該電子就有足夠的能量完成碰撞電離。由此可得碰撞電離時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足以下條件：電子為造成碰撞電離而必須飛越的最小距離為： （四）電極表面的電離當(dāng)逸出功電離能時(shí)，陰極表面電離可在下列情況下發(fā)生：正離子撞擊陰極表面 光電子發(fā)射 熱電子發(fā)射 強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射二、負(fù)

4、離子的形成附著：當(dāng)電子與氣體分子碰撞時(shí)，不但有可能引起碰撞電離而產(chǎn)生出正離子和新電子，而且也可能會(huì)發(fā)生電子與中性分子相結(jié)合形成負(fù)離子的情況。 負(fù)離子的形成并未使氣體中帶電粒子的數(shù)目改變，但卻能使自由電子數(shù)減少，因而對(duì)氣體放電的發(fā)展起抑制作用。三、帶電粒子的消失帶電粒子的消失可能有以下幾種情況：帶電粒子在電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下做定向運(yùn)動(dòng)，在到達(dá) 電極時(shí)，消失于電極上而形成外電路中的電流； 帶電粒子因擴(kuò)散而逸出氣體放電空間； 帶電粒子的復(fù)合。復(fù)合復(fù)合：當(dāng)氣體中帶異號(hào)電荷的粒子相遇時(shí)，有可能發(fā)生電荷的傳遞與中和，這種現(xiàn)象稱(chēng)為復(fù)合。 復(fù)合可能發(fā)生在電子和正離子之間，稱(chēng)為電子復(fù)合，其結(jié)果是產(chǎn)生一個(gè)中性分子； 復(fù)合

5、也可能發(fā)生在正離子和負(fù)離子之間，稱(chēng)為離子復(fù)合，其結(jié)果是產(chǎn)生兩個(gè)中性分子。四、帶電粒子在氣體中的運(yùn)動(dòng)（一）自由行程長(zhǎng)度 當(dāng)氣體中存在電場(chǎng)時(shí)，粒子進(jìn)行熱運(yùn)動(dòng)和沿電場(chǎng)定向運(yùn)動(dòng)（如圖1-1所示）各種粒子在氣體中運(yùn)動(dòng)時(shí)不斷地互相碰撞，任一粒子在1cm的行程中所遭遇的碰撞次數(shù)與氣體分子的半徑和密度有關(guān)。 單位行程中的碰撞次數(shù)Z的倒數(shù) 即為該粒子的平均自由行程長(zhǎng)度。粒子的自由行程等于或大于某一距離x的概率為： ：粒子平均自由行程長(zhǎng)度令x= ，可見(jiàn)粒子實(shí)際自由行程長(zhǎng)度大于或等于平均自由行程長(zhǎng)度的概率是36.8%。由氣體動(dòng)力學(xué)可知，電子平均自由行程長(zhǎng)度式中： r：氣體分子半徑 N：氣體分子密度（二）帶電粒子的遷移率比例系數(shù) 稱(chēng)為遷移率，它表示單位場(chǎng)強(qiáng)下（1V/m)帶電粒子沿電場(chǎng)方向的漂移速度。電子與離子的遷移率相比較：電子的平均自由行程長(zhǎng)度比離子大得多 而電子的質(zhì)量比離子小得多因此電子更易加速，電子的遷移率遠(yuǎn)大于離子。（三）擴(kuò)散熱運(yùn)動(dòng)中，粒子從濃度較大的區(qū)域運(yùn)動(dòng)到濃度較小的區(qū)域，從而使分布均勻化，這種過(guò)程稱(chēng)為擴(kuò)散。電子的熱運(yùn)動(dòng)速度大、自由行程長(zhǎng)度大，所以其擴(kuò)散速度比離子快得多。負(fù)離子的形成 電子的附著形成負(fù)離子 帶電離子的消