高電壓技術(shù)ppt

1、高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)第一章第一章 氣體電介質(zhì)的電氣性能氣體電介質(zhì)的電氣性能1.1 氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生和消失1.2 均勻電場小氣隙的放電1.3 均勻電場大氣隙的放電1.4 不均勻電場氣隙的擊穿1.5 沖擊電壓下空氣的擊穿特性1.6 大氣條件對空氣間隙擊穿電壓的影響1.7 提高氣隙擊穿電壓的措施 1.8 沿面放電 電介質(zhì)電介質(zhì)（dielectric ）就是在電氣設(shè)備中作為絕緣使用的絕緣材料。）就是在電氣設(shè)備中作為絕緣使用的絕緣材料。 從場的角度叫電介質(zhì)，從工程的角度叫絕緣材料。從場的角度叫電介質(zhì)，從工程的角度叫絕緣材料。描述電介質(zhì)性能的主要參數(shù)有：描述電介質(zhì)性能的主要參數(shù)有： 絕緣電阻絕緣電阻R

2、: 描述描述介質(zhì)介質(zhì)導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能的參數(shù)的參數(shù)。 介介電常數(shù)電常數(shù)：描述介質(zhì)極化性能的參數(shù)。：描述介質(zhì)極化性能的參數(shù)。 介質(zhì)損耗介質(zhì)損耗P P（tgtg): ): 描述介質(zhì)損耗性能的參數(shù)。描述介質(zhì)損耗性能的參數(shù)。 擊穿場強擊穿場強E：描述介質(zhì)抗電能力的常數(shù)（耐受電壓作用的能力）。描述介質(zhì)抗電能力的常數(shù)（耐受電壓作用的能力）。 擊穿電壓擊穿電壓：電介質(zhì)擊穿時的最低臨界電壓。：電介質(zhì)擊穿時的最低臨界電壓。 實際標(biāo)注的擊穿場強是指實際標(biāo)注的擊穿場強是指均勻電場中均勻電場中擊穿電壓擊穿電壓Uj與間隙距離與間隙距離d之比，也叫之比，也叫電氣強度，電氣強度，是是表征電介質(zhì)耐受電壓作用的能力。表征電介質(zhì)耐

3、受電壓作用的能力。 空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的電氣強度為空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的電氣強度為30kV/cm; 注意注意：不能把不均勻場中氣隙：不能把不均勻場中氣隙Ub與間隙距離之比稱為氣體的與間隙距離之比稱為氣體的電氣強度，不均勻電場中的電氣強度，不均勻電場中的擊穿場強擊穿場強通常是通常是平均擊穿場強平均擊穿場強。擊擊穿場強穿場強是表征氣體間隙絕緣性能的重要參數(shù)。是表征氣體間隙絕緣性能的重要參數(shù)。1 1、電介質(zhì)的分類、電介質(zhì)的分類 A:A:按按介質(zhì)形態(tài)介質(zhì)形態(tài)分：分： 氣體氣體電介質(zhì)電介質(zhì) 液體液體電介質(zhì)電介質(zhì) 固體固體電介質(zhì)電介質(zhì) 其中其中氣體氣體最常見。氣體介質(zhì)同其它介質(zhì)相比，具有最常見。氣體介質(zhì)同其它介

4、質(zhì)相比，具有在在擊穿后完全的絕緣自恢復(fù)擊穿后完全的絕緣自恢復(fù)特性（自恢復(fù)絕緣），故應(yīng)用特性（自恢復(fù)絕緣），故應(yīng)用十分廣泛。十分廣泛。 輸電線路以輸電線路以氣體氣體作為絕緣材料作為絕緣材料變壓器相間絕緣以變壓器相間絕緣以液體（固體）液體（固體）作為作為 絕緣材料絕緣材料 電纜是用固體介質(zhì)作為絕緣 高壓電氣設(shè)備中的絕緣介質(zhì)有氣體、液體、固體以及其它復(fù)合介質(zhì)。由于氣體絕緣介質(zhì)不存在老化的問題，在擊穿后也有完全的絕緣自恢復(fù)特性，再加上其成本非常廉價，因此氣體成為了在實際應(yīng)用中最常見的絕緣介質(zhì)。 氣體擊穿過程的理論研究雖然還不完善，但是相對于其他幾種絕緣材料來說最為完整。因此，高電壓絕緣的論述一般都由氣

5、體絕緣開始。 B:B:按在電氣設(shè)備中按在電氣設(shè)備中所處位置所處位置分：分： 外絕緣外絕緣： 一般由一般由氣體介質(zhì)（空氣）氣體介質(zhì)（空氣）和和固體介質(zhì)（絕緣子）固體介質(zhì)（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。 2 2、在電場的作用下，電介質(zhì)中出現(xiàn)的電氣現(xiàn)象：、在電場的作用下，電介質(zhì)中出現(xiàn)的電氣現(xiàn)象： 弱電場弱電場電場強度比擊穿場強小得多電場強度比擊穿場強小得多 會出現(xiàn)：極化、電導(dǎo)、介質(zhì)損耗等。會出現(xiàn)：極化、電導(dǎo)、介質(zhì)損耗等。 強電場強電場電場強度等于或大于放電起始場強或電場強度等于或大于放電起始場強或擊穿場強：擊穿場強

6、： 會出現(xiàn)：激勵、電離導(dǎo)致放電、閃絡(luò)、擊穿等。會出現(xiàn)：激勵、電離導(dǎo)致放電、閃絡(luò)、擊穿等。 原子的激勵原子的激勵n 激勵激勵(激發(fā)激發(fā))原子在外界因素（電場、高溫等）原子在外界因素（電場、高溫等）的作用下，吸收外界能量使其內(nèi)部能量增加，原子的作用下，吸收外界能量使其內(nèi)部能量增加，原子核外的電子將從離原子核較近的軌道上跳到離原子核外的電子將從離原子核較近的軌道上跳到離原子核較遠的軌道上去的過程。核較遠的軌道上去的過程。n 激勵能（激勵能（We）產(chǎn)生激勵所需的能量。等于該產(chǎn)生激勵所需的能量。等于該軌道和常態(tài)軌道的能級差。軌道和常態(tài)軌道的能級差。i 注意注意p 激勵狀態(tài)存在的時間很短（激勵狀態(tài)存在的時

7、間很短（ 10-7 10-8 s），電子將），電子將自動返回到常態(tài)軌道上去。自動返回到常態(tài)軌道上去。p 原子的激勵過程不會產(chǎn)生帶電粒子。原子的激勵過程不會產(chǎn)生帶電粒子。原子的電離原子的電離n 電離電離在外界因素作用下，其一個或幾個電子脫在外界因素作用下，其一個或幾個電子脫離原子核的束縛而形成自由電子和正離子的過程。離原子核的束縛而形成自由電子和正離子的過程。n 電離能（電離能（Wi）使穩(wěn)態(tài)原子或分子中結(jié)合最松弛使穩(wěn)態(tài)原子或分子中結(jié)合最松弛的那個電子電離出來所需要的最小能量。（電子伏的那個電子電離出來所需要的最小能量。（電子伏 eV）1eV1V1.610-19C1.610-19J（焦耳）（焦耳）

8、1V電壓電壓qe：電子的電荷（庫倫）：電子的電荷（庫倫）i 注意注意 原子的電離過程產(chǎn)生帶電粒子。原子的電離過程產(chǎn)生帶電粒子。原子的激勵與電離的關(guān)系原子的激勵與電離的關(guān)系n 原子的激勵過程不產(chǎn)生帶電粒子；原子的激勵過程不產(chǎn)生帶電粒子；n 原子的電離過程產(chǎn)生帶電粒子；原子的電離過程產(chǎn)生帶電粒子；n 激勵過程可能是電離過程的基礎(chǔ)。激勵過程可能是電離過程的基礎(chǔ)。 原子發(fā)生電離產(chǎn)生帶電粒子的兩種情況：原子發(fā)生電離產(chǎn)生帶電粒子的兩種情況： 激勵激勵+電離電離原子吸收了不太高原子吸收了不太高 的能量的能量發(fā)生激勵，跳發(fā)生激勵，跳到更遠的軌道到更遠的軌道再次吸收能量再次吸收能量發(fā)生電離，產(chǎn)生帶電粒子發(fā)生電離

9、，產(chǎn)生帶電粒子原子吸收直接吸收了足夠的能量原子吸收直接吸收了足夠的能量 發(fā)生電離產(chǎn)生帶電粒子發(fā)生電離產(chǎn)生帶電粒子 直接電離直接電離 氣體氣體激勵能激勵能We (eV)電離能電離能Wi (eV)氣體氣體激勵能激勵能We (eV)電離能電離能Wi (eV)N2O2H26.17.911.215.612.515.4CO2H2OSF610.07.66.813.712.815.6 表表 1-1 某些氣體的激勵能和電離能某些氣體的激勵能和電離能電氣設(shè)備中電氣設(shè)備中常用常用的氣體介質(zhì)的氣體介質(zhì) ：空氣空氣、 SFSF6 6 （壓縮的高電氣強（壓縮的高電氣強度氣體）度氣體） 純凈的純凈的、中性狀態(tài)中性狀態(tài)的氣體

10、是的氣體是不導(dǎo)電不導(dǎo)電的，只有氣體中出現(xiàn)了的，只有氣體中出現(xiàn)了帶帶電質(zhì)點電質(zhì)點（電子、正離子、負離子）后，才可能導(dǎo)電，并在電場（電子、正離子、負離子）后，才可能導(dǎo)電，并在電場作用下發(fā)展成各種形式的作用下發(fā)展成各種形式的氣體放電現(xiàn)象氣體放電現(xiàn)象。 正常狀態(tài)：優(yōu)良的絕緣體。正常狀態(tài)：優(yōu)良的絕緣體。l在一個立方厘米體積內(nèi)僅含幾千個帶電粒子在一個立方厘米體積內(nèi)僅含幾千個帶電粒子, ,但這些帶電粒子但這些帶電粒子并不影響氣體的絕緣。并不影響氣體的絕緣。3 3、幾個基本概念、幾個基本概念 放電放電：特指氣體絕緣的擊穿過程。：特指氣體絕緣的擊穿過程。 擊穿擊穿：在電場的作用下，電介質(zhì)由絕緣狀態(tài)突變?yōu)椋涸陔妶?/p>

11、的作用下，電介質(zhì)由絕緣狀態(tài)突變?yōu)榱紝?dǎo)電狀態(tài)的過程。良導(dǎo)電狀態(tài)的過程。 閃絡(luò)閃絡(luò)：擊穿發(fā)生在氣體與液體、氣體與固體交界面上：擊穿發(fā)生在氣體與液體、氣體與固體交界面上的放電現(xiàn)象。（也稱沿面放電）。的放電現(xiàn)象。（也稱沿面放電）。 工程上將工程上將擊穿擊穿和和閃絡(luò)閃絡(luò)統(tǒng)稱為統(tǒng)稱為放電放電。 擊穿、放電、閃絡(luò)擊穿、放電、閃絡(luò)都是在一定的電壓作用下電都是在一定的電壓作用下電介質(zhì)的絕緣性能被破壞的過程。介質(zhì)的絕緣性能被破壞的過程。光游離光游離氣體放電氣體放電發(fā)展過程發(fā)展過程熱游離熱游離碰撞游離碰撞游離空間游離空間游離表面游離表面游離負離子的形成負離子的形成正離子碰撞陰極正離子碰撞陰極光電效應(yīng)光電效應(yīng)強場發(fā)射

12、強場發(fā)射熱電子發(fā)射熱電子發(fā)射帶電粒子被極板吸收帶電粒子被極板吸收帶電粒子的擴散帶電粒子的擴散帶電粒子的復(fù)合帶電粒子的復(fù)合帶電質(zhì)點產(chǎn)生帶電質(zhì)點產(chǎn)生帶電質(zhì)點消失帶電質(zhì)點消失 因因氣體壓力、電源功率、電極形狀氣體壓力、電源功率、電極形狀等因素的影響，放電等因素的影響，放電 具有多種形式具有多種形式 輝光放電 氣壓較低，氣壓較低，電源功率很小時，電源功率很小時，放電充滿整個間放電充滿整個間隙。隙。 電弧放電 大氣壓力大氣壓力下，電源功率下，電源功率較大時，放電較大時，放電具有明亮、持具有明亮、持續(xù)的細致通道。續(xù)的細致通道?；鸹ǚ烹姡ɡ组W） 大氣壓力下。大氣壓力下。電源功率較小時，電源功率較小時，間隙間

13、歇性擊穿，間隙間歇性擊穿，放電通道細而明亮。放電通道細而明亮。 電暈放電 極不均勻極不均勻電場，高電場電場，高電場強度電極附近強度電極附近出現(xiàn)發(fā)光薄層。出現(xiàn)發(fā)光薄層。帶電質(zhì)點帶電質(zhì)點(電子、負離子或正離子電子、負離子或正離子)一、帶電質(zhì)點的產(chǎn)生一、帶電質(zhì)點的產(chǎn)生二、帶電質(zhì)點的消失二、帶電質(zhì)點的消失帶電質(zhì)點的來源：游離帶電質(zhì)點的來源：游離1.定義定義游離游離:中性質(zhì)點獲得外界能量分解出帶電質(zhì)點的過程。中性質(zhì)點獲得外界能量分解出帶電質(zhì)點的過程。游離能游離能（Wi） ：使中性質(zhì)點發(fā)生游離所需的能量。：使中性質(zhì)點發(fā)生游離所需的能量。2.游離的分類游離的分類（一）空間游離：碰撞游離、光游離、熱游離。（一

14、）空間游離：碰撞游離、光游離、熱游離。（二）表面游離：熱電子發(fā)射、二次發(fā)射、光發(fā)射、（二）表面游離：熱電子發(fā)射、二次發(fā)射、光發(fā)射、 強電場發(fā)射。強電場發(fā)射。一、帶電質(zhì)點的產(chǎn)生（1）碰撞游離（一）空間游離（一）空間游離運動的質(zhì)點（可以是帶電的，也可以是中性質(zhì)點）撞擊另一個質(zhì)點，且使其分解成為兩個帶電質(zhì)點的現(xiàn)象稱為碰撞游離。發(fā)生碰撞游離的條件：撞擊質(zhì)點的總能量（動能位能）大于被撞擊質(zhì)點的游離能（Wi） ；有一定的相互作用時間。特點：可以一次完成，也可以分級完成。 電子或離子在電場作用下加速所獲得的動能（ ）與質(zhì)點電荷量(e)、電場強度（ ）以及碰撞前的行程( )的關(guān)系 eExmv 221221mv

15、Exu 電子在電場強度為電子在電場強度為 E 的電場中移過的電場中移過x 距離時所獲得的動距離時所獲得的動能為：能為：式中式中: :m電子的質(zhì)量；電子的質(zhì)量； qe電子的電荷量電子的電荷量212eWmvq Ex若若W等于或大于等于或大于氣體分子的游離氣體分子的游離能能Wi，該電子，該電子就有足夠的能量就有足夠的能量去完成碰撞電離去完成碰撞電離u發(fā)生碰撞游離的條件發(fā)生碰撞游離的條件eiq ExWieExW式中： ：電子的電荷量； ：外電場強度； ：電子移動的距離 eEx 高速運動的質(zhì)點與中性的原子或分子碰撞時，如原子或分子獲得的能量等于或大于其游離能，則會發(fā)生碰撞游離。因此，游離條件為因此，游離

16、條件為 ：氣體的游離能iW提高外加電壓將使碰撞游離的概率和強度增大。u 電子為造成碰撞游離而必須飛越的最小距離：電子為造成碰撞游離而必須飛越的最小距離： 式中：式中：Ui為氣體的游離電位。為氣體的游離電位。 u xi 的大小取決與場強的大小取決與場強 E ，增大氣體中的場強將使，增大氣體中的場強將使 xi 值減小，可值減小，可見提高外加電場將使碰撞游離的概率和強度增大。見提高外加電場將使碰撞游離的概率和強度增大。iiieWUxg EE i 注意注意n 碰撞游離是氣體中產(chǎn)生帶電粒子的最重要的方式。碰撞游離是氣體中產(chǎn)生帶電粒子的最重要的方式。n 主要的碰撞游離均由電子完成，離子碰撞中性分子并使之游

17、主要的碰撞游離均由電子完成，離子碰撞中性分子并使之游離的概率要比電子小得多，所以在分析氣體放電發(fā)展過程時離的概率要比電子小得多，所以在分析氣體放電發(fā)展過程時，往往只考慮電子所引起的碰撞游離。，往往只考慮電子所引起的碰撞游離。激勵：當(dāng)撞擊質(zhì)點的能量小于被撞質(zhì)點的游離能時，使電子躍遷到更高的能級的現(xiàn)象稱為質(zhì)點的激勵。處于激勵狀態(tài)的質(zhì)點易游離。反激勵：處于激勵狀態(tài)的質(zhì)點如果沒有其它質(zhì)點撞擊時，恢復(fù)到原來的運行狀態(tài)的現(xiàn)象稱為質(zhì)點的反激勵。反激勵將把激勵時所吸收的能量以光的狀態(tài)釋放出來。p激勵狀態(tài)存在的時間很短（激勵狀態(tài)存在的時間很短（ 10-7 10-8 s），電子將自動返回到），電子將自動返回到常態(tài)

18、軌道上去。常態(tài)軌道上去。以光子的形式放出激勵發(fā)生時吸收的能量。（2）光游離光子來源外界高能輻射線（宇宙射線）氣體放電本身（復(fù)合和激勵返回）短波射線的光子具有很大能量，它以光速運動，當(dāng)它射到中性原子(或分子)上時所產(chǎn)生的游離稱為光游離。 光子的能量：u 發(fā)生光游離的條件發(fā)生光游離的條件式中：式中：h普郎克常數(shù)；普郎克常數(shù)； 光子的頻率；光子的頻率； Wi氣體的電離能，氣體的電離能，eV； c光速光速= =3108m/s； 光的波長，光的波長，m。iihchWW或 光子能量光子能量Whi注意注意 可見光都不可能使氣體可見光都不可能使氣體直接發(fā)生光電離，只有波直接發(fā)生光電離，只有波長短的高能輻射線長

19、短的高能輻射線 （ 例如例如X 射線、射線、射線等）才能使射線等）才能使氣體發(fā)生光電離。氣體發(fā)生光電離。c（光速）=(波長)*f(頻率)）光的頻率（普朗克常數(shù)，等于式中Hzs .106260755.634JhhW（3）熱游離當(dāng)溫度升高時，氣體質(zhì)點的動能也增加。在高溫下，質(zhì)點熱運動時相互碰撞而產(chǎn)生的游離稱為熱游離。常溫下，氣體分子發(fā)生熱電離的概率極小。只有在500010000K的高溫下才能產(chǎn)生熱游離。u 發(fā)生條件式中：k波爾茨曼常數(shù)； （k=1.3810-23J/K） Wi氣體的電離能，eV； T絕對溫度，K；mi32WkTWi 注意p 分子熱運動所固有的動能不足以產(chǎn)生碰撞游離，20oC時，氣體

20、分子平均動能約0.038eV。p 在一定熱狀態(tài)下物質(zhì)會發(fā)出輻射，熱輻射光子能量大，會引起光游離。（二）表面游離 金屬表面的電子接受外界能量后，逸出表面成為自由電子的現(xiàn)象稱為表面游離。表面游離的條件：外界能量大于金屬的逸出功。u 逸出功逸出功電子從金屬表面逸出所需的能量。電子從金屬表面逸出所需的能量。金屬金屬逸出功逸出功 (eV)金屬金屬逸出功逸出功 (eV)金屬金屬逸出功逸出功 (eV)鋁鋁 (Al )銀銀 (Ag)1.83.1鐵鐵 (Fe)銅銅 (Cu)3.93.9氧化銅氧化銅 (CuO)銫銫 (Cs)5.30.7n與表與表1-11-1相比較，可知金屬的逸出功比氣體分子的電離能小得多，表明金

21、相比較，可知金屬的逸出功比氣體分子的電離能小得多，表明金屬表面電離比氣體空間電離更易發(fā)生。屬表面電離比氣體空間電離更易發(fā)生。n陰極表面電離在氣體放電過程中起著相當(dāng)重要的作用。陰極表面電離在氣體放電過程中起著相當(dāng)重要的作用。表面游離的形式（電子從電極表面逸出獲得所需能量的途徑）：（1）二次發(fā)射-正離子撞擊陰極 （2）光電子發(fā)射 （3）熱電子發(fā)射（4）強場發(fā)射-冷發(fā)射p 正離子碰撞陰極時把能量（主要是勢能）傳遞給金屬極板中的電正離子碰撞陰極時把能量（主要是勢能）傳遞給金屬極板中的電子，使其逸出金屬子，使其逸出金屬p 正離子必須碰撞出一個以上電子時才能產(chǎn)生自由電子正離子必須碰撞出一個以上電子時才能產(chǎn)

22、生自由電子p 逸出的電子有一個和正離子結(jié)合成為原子，其余成為自由電子逸出的電子有一個和正離子結(jié)合成為原子，其余成為自由電子。p 高能輻射先照射陰極時，會引起光電子發(fā)射，其條件是光子的能高能輻射先照射陰極時，會引起光電子發(fā)射，其條件是光子的能量應(yīng)大于金屬的逸出功。量應(yīng)大于金屬的逸出功。p 同樣的光輻射引起的電極表面電離要比引起空間光電離強烈得多同樣的光輻射引起的電極表面電離要比引起空間光電離強烈得多 二次發(fā)射二次發(fā)射-正離子撞擊陰極表面正離子撞擊陰極表面 光電子發(fā)射（光電效應(yīng)）光電子發(fā)射（光電效應(yīng)）p 當(dāng)陰極被加熱到很高溫度時，其中的電子獲得巨大動能，逸當(dāng)陰極被加熱到很高溫度時，其中的電子獲得巨

23、大動能，逸出金屬表面出金屬表面p 在許多電子器件中常利用加熱陰極來實現(xiàn)電子發(fā)射。在許多電子器件中常利用加熱陰極來實現(xiàn)電子發(fā)射。p 當(dāng)陰極表面附近空間存在很強的電場時（當(dāng)陰極表面附近空間存在很強的電場時（106V/cm數(shù)量級），數(shù)量級），能使陰極發(fā)射電子。能使陰極發(fā)射電子。p 常態(tài)下作用氣隙擊穿完全不受影響；常態(tài)下作用氣隙擊穿完全不受影響；p 在高氣壓、壓縮的高強度氣體的擊穿過程中會起一定的作在高氣壓、壓縮的高強度氣體的擊穿過程中會起一定的作用；真空中更起著決定性作用。用；真空中更起著決定性作用。 熱電子發(fā)射熱電子發(fā)射 強場發(fā)射（冷發(fā)射）強場發(fā)射（冷發(fā)射）帶電粒子在氣體中的運動帶電粒子在氣體中的

24、運動自由行程長度自由行程長度 帶電粒子的運動軌跡帶電粒子的運動軌跡u 當(dāng)氣體中存在電場時，帶電粒子將具當(dāng)氣體中存在電場時，帶電粒子將具有復(fù)雜的運動軌跡有復(fù)雜的運動軌跡 “混亂熱運動沿著電場作定向漂移混亂熱運動沿著電場作定向漂移”Eu 自由行程長度自由行程長度帶電粒子與氣體分子發(fā)生第一次碰撞到第帶電粒子與氣體分子發(fā)生第一次碰撞到第二次碰撞所移動的距離。二次碰撞所移動的距離。（兩次碰撞中未再發(fā)生任何碰撞）（兩次碰撞中未再發(fā)生任何碰撞） 平均自由行程長度平均自由行程長度u 平均自由行程長度平均自由行程長度帶電粒子單位行程中的碰撞次數(shù)帶電粒子單位行程中的碰撞次數(shù)Z的的倒數(shù)。倒數(shù)。u 實際的自由行程長度

25、是實際的自由行程長度是隨機量隨機量，有很大的分散性，任意帶電，有很大的分散性，任意帶電粒子在粒子在1cm的行程中所遭遇的碰撞次數(shù)與分子的半徑和密度的行程中所遭遇的碰撞次數(shù)與分子的半徑和密度有關(guān)有關(guān)i 注意：注意：由于電子的半徑或體積比離子或氣體分子小得多，所由于電子的半徑或體積比離子或氣體分子小得多，所以電子的平均自由行程長度要比離子或氣體分子大得多。以電子的平均自由行程長度要比離子或氣體分子大得多。u 粒子的實際自由行程長度等于或大于某一距離粒子的實際自由行程長度等于或大于某一距離x的概率為的概率為 xP xe 二、帶電質(zhì)點的消失去游離：帶電質(zhì)點從游離區(qū)消失或游離的作用被削弱的現(xiàn)象稱為帶電去

26、游離。帶電質(zhì)點的消失是由于游離作用小于去游離的作用。帶電質(zhì)點的消失可能有以下幾種情況： 帶電質(zhì)點受電場力的作用流入電極 ；帶電質(zhì)點因擴散而逸出氣體放電空間；帶電質(zhì)點的復(fù)合。 帶電質(zhì)點的擴散： 由于不同區(qū)域種的帶電質(zhì)點的濃度不同，電荷從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域運動的現(xiàn)象稱為帶電質(zhì)點的擴散。u 擴散的實質(zhì)擴散的實質(zhì)某一局部的帶電粒子從濃度比較高的區(qū)域，擴散某一局部的帶電粒子從濃度比較高的區(qū)域，擴散到濃度比較低的區(qū)域，使得原區(qū)域的帶電粒子數(shù)到濃度比較低的區(qū)域，使得原區(qū)域的帶電粒子數(shù)減少減少。p 帶電粒子的擴散是由于帶電粒子的擴散是由于熱運動熱運動造成，帶電粒子的擴散規(guī)律和氣造成，帶電粒子的擴散規(guī)律

27、和氣體的擴散規(guī)律相似體的擴散規(guī)律相似p 氣體中帶電粒子的擴散和氣體中帶電粒子的擴散和氣體狀態(tài)有關(guān)氣體狀態(tài)有關(guān)，氣體壓力越高或者溫，氣體壓力越高或者溫度越低，擴散過程也就越弱（反之，就快）度越低，擴散過程也就越弱（反之，就快）p 電子質(zhì)量遠小于離子，所以電子的熱運動速度高，它在熱運動電子質(zhì)量遠小于離子，所以電子的熱運動速度高，它在熱運動中受到的碰撞也少，因此，中受到的碰撞也少，因此，電子的擴散過程比離子的要強電子的擴散過程比離子的要強復(fù)合復(fù)合：正離子與負離子相遇發(fā)生電荷的傳遞，而相互綜合還原成中性質(zhì)點的現(xiàn)象稱為帶電質(zhì)點的復(fù)合。 復(fù)合可能發(fā)生在電子和正離子之間，稱為電子復(fù)合，其結(jié)果是產(chǎn)生一個中性分

28、子；復(fù)合也可能發(fā)生在正離子和負離子之間，稱為離子復(fù)合，其結(jié)果是產(chǎn)生兩個中性分子。帶電質(zhì)點的復(fù)合 p 帶電質(zhì)點的復(fù)合過程中會放出光子，發(fā)生光輻射帶電質(zhì)點的復(fù)合過程中會放出光子，發(fā)生光輻射，這種光輻射在一定條件下又成為導(dǎo)致光電離。，這種光輻射在一定條件下又成為導(dǎo)致光電離。p 參與復(fù)合的質(zhì)點的相對速度參與復(fù)合的質(zhì)點的相對速度越大越大，復(fù)合概率，復(fù)合概率越小越小。通常放電過程中。通常放電過程中質(zhì)點間的復(fù)合更為重要質(zhì)點間的復(fù)合更為重要p 帶電質(zhì)點濃度越大，復(fù)合速度越大，帶電質(zhì)點濃度越大，復(fù)合速度越大，強烈的電離強烈的電離區(qū)也是強烈的復(fù)合區(qū)區(qū)也是強烈的復(fù)合區(qū)u 在電場作用下電荷進入電極（被電極吸收）在電場

29、作用下電荷進入電極（被電極吸收）u 附著附著自由電子與氣體分子碰撞時，發(fā)生電子與中自由電子與氣體分子碰撞時，發(fā)生電子與中性分子相結(jié)合而形成負離子的過程。性分子相結(jié)合而形成負離子的過程。p 形成負離子時可釋放出能量形成負離子時可釋放出能量p 有些氣體容易形成負離子，稱為有些氣體容易形成負離子，稱為電負性氣體電負性氣體（如氧、（如氧、氟、氯等），氟、氯等），SF6（絕緣性是空氣的（絕緣性是空氣的3倍，滅弧性是空倍，滅弧性是空氣的氣的100倍）倍）p 負離子的形成起著阻礙放電的作用負離子的形成起著阻礙放電的作用u 負離子形成過程的特點負離子形成過程的特點負離子的形成負離子的形成u自由電子碰撞中性的分

30、子或原子可能產(chǎn)生的三種結(jié)果自由電子碰撞中性的分子或原子可能產(chǎn)生的三種結(jié)果電子碰撞中性的分子或原子電子碰撞中性的分子或原子發(fā)生電離發(fā)生電離產(chǎn)生自由電子產(chǎn)生自由電子l情況一情況一電子碰撞中性的分子或原子電子碰撞中性的分子或原子能量不足，撞能量不足，撞擊后反彈回來擊后反彈回來未產(chǎn)生自由電子未產(chǎn)生自由電子l情況二情況二電子碰撞中性的分子或原子電子碰撞中性的分子或原子沒發(fā)生電離沒發(fā)生電離，也沒被反，也沒被反彈回來彈回來被中性的分子捕捉被中性的分子捕捉，成為自己的束縛，成為自己的束縛電子電子l情況三情況三形成了負離子形成了負離子u 氣體的擊穿過程與氣體的擊穿過程與電場分布電場分布有很大關(guān)系，均勻電場和不均

31、有很大關(guān)系，均勻電場和不均勻電場下氣體的擊穿過程有很大的不同；勻電場下氣體的擊穿過程有很大的不同；p 均勻電場均勻電場電場中任一點的電場強度均相同；電場中任一點的電場強度均相同；p 不均勻電場不均勻電場電場中任一點的電場強度均不相同；電場中任一點的電場強度均不相同；一、氣隙放電的伏安特性曲線一、氣隙放電的伏安特性曲線 十九世紀(jì)九十年代，英國物理學(xué)家湯深德（Townsend湯遜）采用圖1 的實驗裝置測出了氣體小間隙的伏安特性曲線如圖2所示。u 加電場前，外電離因素（光照射）在極板間加電場前，外電離因素（光照射）在極板間產(chǎn)生帶電粒子，但帶電粒子制作雜亂無章的產(chǎn)生帶電粒子，但帶電粒子制作雜亂無章的熱

32、運動，不產(chǎn)生電流；熱運動，不產(chǎn)生電流；u 加電場后，帶電粒子沿電場方向定向移動，加電場后，帶電粒子沿電場方向定向移動，形成電流。隨著電壓升高，帶電粒子運動速形成電流。隨著電壓升高，帶電粒子運動速度加快，使到達極板的帶電粒子數(shù)量和速度度加快，使到達極板的帶電粒子數(shù)量和速度不斷增大，電流也隨之增大。不斷增大，電流也隨之增大。 oa段段 隨著電壓升高，電流增大，到達極板的帶電隨著電壓升高，電流增大，到達極板的帶電粒子數(shù)量和速度也隨之增大。粒子數(shù)量和速度也隨之增大。均勻電場中氣體的伏安特性 均勻電場下氣體間隙中電流隨電壓變化的分析均勻電場下氣體間隙中電流隨電壓變化的分析I0UaUbUcUI均勻電場中氣

33、體的伏安特性 ab段段 電流趨于飽和，由外電離因素產(chǎn)電流趨于飽和，由外電離因素產(chǎn)生的帶電粒子已全部進入電極，電流生的帶電粒子已全部進入電極，電流I0大小取決于外電離因素與電壓無關(guān)。大小取決于外電離因素與電壓無關(guān)。u 外電離因素（光照射）的強度一定的外電離因素（光照射）的強度一定的情況下，單位時間內(nèi)產(chǎn)生的帶電粒子情況下，單位時間內(nèi)產(chǎn)生的帶電粒子數(shù)量是一定的，由此產(chǎn)生的電流也是數(shù)量是一定的，由此產(chǎn)生的電流也是一定。一定。I0飽和電流。飽和電流。I0UaUbUcUI 均勻電場下氣體間隙中電流隨電壓變化的分析均勻電場下氣體間隙中電流隨電壓變化的分析均勻電場中氣體的伏安特性均勻電場中氣體的伏安特性 bc

34、段段 電流又再隨電壓的增大而增大。電流又再隨電壓的增大而增大。 發(fā)生電子發(fā)生電子碰撞電離碰撞電離。I0UaUbUcUI電壓升高電壓升高氣體間的帶電粒子氣體間的帶電粒子運動速度加快運動速度加快帶電粒子能量帶電粒子能量（動能）增加（動能）增加當(dāng)能量大于極板間空氣當(dāng)能量大于極板間空氣中原子的電離能中原子的電離能電子碰撞電離，產(chǎn)生電子碰撞電離，產(chǎn)生大量帶電粒子大量帶電粒子電流急速電流急速增加增加 均勻電場下氣體間隙中電流隨電壓變化的分析均勻電場下氣體間隙中電流隨電壓變化的分析均勻電場中氣體的伏安特性 c點點 U=Uc，電流急劇增大。氣體間，電流急劇增大。氣體間隙隙被擊穿被擊穿進入導(dǎo)電狀態(tài)（進入導(dǎo)電狀態(tài)

35、（自持放電自持放電），），不再需要任何外界因素（光照射、外不再需要任何外界因素（光照射、外加電源）。加電源）。u c點處的臨界電壓點處的臨界電壓Uc就是就是擊穿電壓擊穿電壓Ub，當(dāng)電壓達到當(dāng)電壓達到Uc后氣體即后氣體即被擊穿被擊穿，由原，由原來的絕緣體變成了來的絕緣體變成了導(dǎo)體導(dǎo)體。I0UaUbUcUI 均勻電場下氣體間隙中電流隨電壓變化的分析均勻電場下氣體間隙中電流隨電壓變化的分析u 非自持放電非自持放電去掉外電離因素的作用后放電隨即停止；去掉外電離因素的作用后放電隨即停止；u 自持放電自持放電不需要外界因素，僅由電場作用而維持的放電過程。不需要外界因素，僅由電場作用而維持的放電過程。非自持

36、放電和自持放電非自持放電和自持放電 均勻電場下氣體間隙中電流隨電壓變化的分析均勻電場下氣體間隙中電流隨電壓變化的分析均勻電場中氣體的伏安特性I0UaUbUcUIu 當(dāng)產(chǎn)生的電流當(dāng)產(chǎn)生的電流IIc：非自持放電區(qū)；非自持放電區(qū)；u 當(dāng)產(chǎn)生的電流當(dāng)產(chǎn)生的電流IIc：自持放電區(qū)自持放電區(qū)；u 當(dāng)施加的電壓當(dāng)施加的電壓UUc：氣體保持絕緣；氣體保持絕緣；u 當(dāng)施加的電壓當(dāng)施加的電壓UUc：氣體被擊穿。氣體被擊穿。Ic自持放電區(qū)非自持放電區(qū) 均勻電場下氣體間隙中電流隨電壓變化的分析均勻電場下氣體間隙中電流隨電壓變化的分析二、湯申德（湯遜）理論計算氣隙擊穿電壓二、湯申德（湯遜）理論計算氣隙擊穿電壓1 1湯申

37、德游離系數(shù)湯申德游離系數(shù)2 2自持放電的條件自持放電的條件3擊穿電壓擊穿電壓Ujc的計算的計算1 1湯申德游離系數(shù)湯申德游離系數(shù)（1）湯申德第一游離系數(shù)）湯申德第一游離系數(shù)（2）湯申德第二游離系數(shù)）湯申德第二游離系數(shù)（3）湯申德第三游離系數(shù)）湯申德第三游離系數(shù)1 1湯申德游離系數(shù)湯申德游離系數(shù)（1）湯申德第一游離系數(shù)）湯申德第一游離系數(shù)u 電子碰撞電離系數(shù)電子碰撞電離系數(shù)表示表示一個電子一個電子沿電場方向運動沿電場方向運動1cm 的行程中所完成的的行程中所完成的碰撞電離碰撞電離次數(shù)平均值。次數(shù)平均值。u 即是即是一個電子一個電子在單位長度行程內(nèi)新電離出的在單位長度行程內(nèi)新電離出的電子數(shù)電子數(shù)或

38、正離或正離子數(shù)。子數(shù)。i 注意：注意： 必須是電子發(fā)生必須是電子發(fā)生碰撞且電離碰撞且電離的次數(shù)，若電子只發(fā)生的次數(shù)，若電子只發(fā)生了碰撞沒有導(dǎo)致電離則不能計入了碰撞沒有導(dǎo)致電離則不能計入中。中。 湯申德理論假設(shè)條件：湯申德理論假設(shè)條件： 1.電子每次碰撞失去其全部能量。電子每次碰撞失去其全部能量。 2.每次碰撞只產(chǎn)生一對電荷。每次碰撞只產(chǎn)生一對電荷。系數(shù)的分析：u 假設(shè)電子的平均自由行程為e，運動1cm碰撞次數(shù)為1/e ，但并不是每次碰撞都引起電離；u 碰撞引起電離的概率為 ， xi 為電子造成碰撞電離而必須飛躍的最小距離（最短自由行程）。iex-eu根據(jù)定義有：式中：A、B與氣體種類有關(guān)的常數(shù)

39、； E電場強度； P氣體壓力。ee,11 iiiieeixuuTBPxEEPEAPAuBeeeeAPe 1 1當(dāng)當(dāng) 氣氣 溫溫 不不 變變 時時 ，u 由式由式 = 可得結(jié)論可得結(jié)論： BPEAPe 電場強度電場強度E增大增大，則則增大；增大； 氣體壓力氣體壓力P很大（電子的平均自由行程很大（電子的平均自由行程e很小）或者很?。┗蛘邭怏w壓力氣體壓力P很?。娮拥钠骄杂尚谐毯苄。娮拥钠骄杂尚谐蘣很大）時，很大）時，值都很小。值都很小。 既在高氣壓或高真空的條件下，氣體間隙不易發(fā)生放電現(xiàn)象，既在高氣壓或高真空的條件下，氣體間隙不易發(fā)生放電現(xiàn)象，具有較高的電氣強度。具有較高的電氣強度。 Ae-

40、B/E （2）湯申德第二游離系數(shù)）湯申德第二游離系數(shù) 一個正離子沿外電場方向行進的過程中，在單位一個正離子沿外電場方向行進的過程中，在單位距離內(nèi)所產(chǎn)生碰撞游離的次數(shù)稱為湯申德第二游離距離內(nèi)所產(chǎn)生碰撞游離的次數(shù)稱為湯申德第二游離系數(shù)，記為系數(shù)，記為。（3）湯申德第三游離系數(shù)）湯申德第三游離系數(shù)u 正離子表面電離系數(shù)正離子表面電離系數(shù)表示表示一個正離子一個正離子沿電場方向由陽極沿電場方向由陽極向陰極運動向陰極運動，撞擊陰極撞擊陰極表面，使陰極表面發(fā)射的表面，使陰極表面發(fā)射的電子數(shù)電子數(shù)。p 正離子向陰極移動，依靠它所具有的動能及位能，在撞擊正離子向陰極移動，依靠它所具有的動能及位能，在撞擊陰極時能

41、引起表面電離，使陰極釋放出自由電子陰極時能引起表面電離，使陰極釋放出自由電子 20世紀(jì)初，世紀(jì)初，Townsend 根據(jù)大量的試驗研究結(jié)果，提出了適根據(jù)大量的試驗研究結(jié)果，提出了適用于均勻電場、低氣壓、短氣隙時氣體放電理論。用于均勻電場、低氣壓、短氣隙時氣體放電理論。 理論認為，電子的碰撞電離理論認為，電子的碰撞電離(過程）和正離子撞擊陰極造成的過程）和正離子撞擊陰極造成的表面電離（表面電離（過程）起主要作用提出氣隙放電電流和擊穿電壓的計過程）起主要作用提出氣隙放電電流和擊穿電壓的計算公式。算公式。2自持放電的條件自持放電的條件（1）過程（電子崩過程）過程（電子崩過程）（2） 過程和過程和過程

42、引起的電流過程引起的電流（1）過程（電子崩過程）過程（電子崩過程）電子崩的形成過程電子崩的形成過程 由外因素產(chǎn)生由外因素產(chǎn)生的初始電子的初始電子電子數(shù)目迅速增加，如電子數(shù)目迅速增加，如同冰山上發(fā)生雪崩一樣，同冰山上發(fā)生雪崩一樣，形成了形成了電子崩電子崩產(chǎn)生正離產(chǎn)生正離子和電子子和電子原來的電子和新產(chǎn)原來的電子和新產(chǎn)生的電子繼續(xù)移動，生的電子繼續(xù)移動，不斷發(fā)生電子碰撞不斷發(fā)生電子碰撞電離電離電場力作用下，電子電場力作用下，電子沿電場做定向移動沿電場做定向移動與中性粒子發(fā)與中性粒子發(fā)生電子碰撞生電子碰撞中性粒子發(fā)生電離中性粒子發(fā)生電離崩頭崩頭崩尾崩尾u 電子崩的形狀：電子崩的形狀：“崩頭大、崩尾小

43、崩頭大、崩尾小?！眕 電子發(fā)生電子碰撞后，電子的速度快，所以會大量電子發(fā)生電子碰撞后，電子的速度快，所以會大量的集中在崩頭；的集中在崩頭；p 正離子移動速度較慢，所以緩慢的移向崩尾。正離子移動速度較慢，所以緩慢的移向崩尾。u 電子崩電子崩電子數(shù)按幾何級數(shù)不斷增多，像雪崩似的電子數(shù)按幾何級數(shù)不斷增多，像雪崩似的發(fā)展。從而形成的急劇增大的空間電子流。發(fā)展。從而形成的急劇增大的空間電子流。nad n0個電子運動個電子運動x距離產(chǎn)生的電子數(shù)距離產(chǎn)生的電子數(shù)n 令令x=d，抵達陽極總電子數(shù)，抵達陽極總電子數(shù)na 過程的分析（電子崩的增長規(guī)律）過程的分析（電子崩的增長規(guī)律）設(shè)：在外電離因素的作用下，有生設(shè)

44、：在外電離因素的作用下，有生n0個電個電子從陰極表面，子從陰極表面，由于碰撞電離和電子崩的由于碰撞電離和電子崩的作用下，在距離陰極作用下，在距離陰極x處，電子數(shù)增至處，電子數(shù)增至n個個。 在在dx段上產(chǎn)生的新電子段上產(chǎn)生的新電子數(shù)：數(shù)：dnndxdndxn00 xdxnn e 0均均勻勻場場不不變變 xnn ea0 dnn edn= ndxnad 此過程中此過程中新增的電子新增的電子數(shù)或正離子數(shù)數(shù)或正離子數(shù)n()a001dnnnn e 如果如果n0 =1，則，則n=ed，即一個電子，即一個電子經(jīng)過經(jīng)過d距離后，變成了距離后，變成了ed個電子，個電子，電子崩按電子崩按指數(shù)規(guī)律指數(shù)規(guī)律增長。同時產(chǎn)

45、增長。同時產(chǎn)生生ed -1個正電荷。個正電荷。電子電流增長規(guī)律電子電流增長規(guī)律 將式將式 兩邊乘以電子電荷兩邊乘以電子電荷qe ，得到電流為：，得到電流為：式中：式中：I0初始電子引起的初始電流初始電子引起的初始電流0 xnn e0 xII eu 令令x=d，進入陽極的電流（外回路電流），進入陽極的電流（外回路電流）p 若若I0=0，則，則I=0，既若去掉外界電離因素，氣隙中電流為，既若去掉外界電離因素，氣隙中電流為0，氣體放電停止。氣體放電停止。0dx = dII eu 結(jié)論：若只有結(jié)論：若只有過程，氣體放電是不能自持的。過程，氣體放電是不能自持的。nadnc 碰撞游離產(chǎn)生出來的正離子在碰撞

46、游離產(chǎn)生出來的正離子在到達陰極時，撞擊陰極造成到達陰極時，撞擊陰極造成二次二次電子發(fā)射，電子發(fā)射，所產(chǎn)生的電子數(shù)所產(chǎn)生的電子數(shù) n0(ed1) n0個電子到達陽個電子到達陽極后，產(chǎn)生總電子極后，產(chǎn)生總電子數(shù)為：數(shù)為：na=n0ed 產(chǎn)生的新正離產(chǎn)生的新正離子：子：nced-nc正離子撞擊陰極表正離子撞擊陰極表面產(chǎn)生的面產(chǎn)生的電子數(shù)電子數(shù)為為nc(ed1)每產(chǎn)生一個自由電子的同每產(chǎn)生一個自由電子的同時，會產(chǎn)生一個正離子時，會產(chǎn)生一個正離子 產(chǎn)生的新電產(chǎn)生的新電子：子：n0ed-n0正離子沿電場運動，撞擊正離子沿電場運動，撞擊陰極造成二次電子發(fā)射陰極造成二次電子發(fā)射p 二次電子發(fā)射的形成過程二次電

47、子發(fā)射的形成過程自持放電條件自持放電條件p 物理意義：物理意義：一個電子一個電子從陰極到陽極途中因從陰極到陽極途中因電子崩（電子崩（過程）過程）而而造成的正離子數(shù)為造成的正離子數(shù)為 ed1 ，這批正離子在陰極上造成的二次，這批正離子在陰極上造成的二次自由電子數(shù)自由電子數(shù)（過程）過程）應(yīng)為應(yīng)為 (ed1 ) ，如果它等于，如果它等于1，就意味，就意味著那個初始電子有了一個后繼電子，從而使放電得以自持。著那個初始電子有了一個后繼電子，從而使放電得以自持。n0(ed1) =n0 即：即：(ed1) 1為為自持放電條件自持放電條件u 當(dāng)自持放電條件得到滿足時，就會形成圖解中閉環(huán)部分所示當(dāng)自持放電條件得

48、到滿足時，就會形成圖解中閉環(huán)部分所示的的循環(huán)不息循環(huán)不息的狀態(tài)，放電就能的狀態(tài)，放電就能自己維持自己維持下去。下去。3擊穿電壓擊穿電壓Ujc的計算的計算u 起始電壓起始電壓U0放電由非自持轉(zhuǎn)為自持時的電壓。放電由非自持轉(zhuǎn)為自持時的電壓。p 均勻電場中：起始電壓均勻電場中：起始電壓U0擊穿電壓擊穿電壓Ubu 將將計算式計算式 代入自持放電條件代入自持放電條件 ，并且考慮均，并且考慮均勻電場中自持放電的起始場強勻電場中自持放電的起始場強 得：得：u 結(jié)論：結(jié)論：均勻電場中氣體的擊穿電壓均勻電場中氣體的擊穿電壓Ub是氣壓和電極間距離乘是氣壓和電極間距離乘積（積（pd）的函數(shù)。）的函數(shù)。BPEAPe

49、()1e1d 00UEd0bb0()()In1In 1+()UUB pdUddUf pA p 均勻電場擊穿電壓的推導(dǎo)均勻電場擊穿電壓的推導(dǎo))()11ln(lnsfsAsBUjcE均勻電場小氣隙擊穿電壓的計算公式為：均勻電場小氣隙擊穿電壓的計算公式為： 氣體的相對密度； E電子所在點的氣體的電場強度。 S極板之間的距離(cm)。 湯申德第三游離系數(shù) A、B均為與氣體性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)，對空氣： A=10961kPa，B2738.40kVkPa；u結(jié)論：結(jié)論：均勻均勻電場中氣體的電場中氣體的擊穿電壓擊穿電壓Ujc是是氣體分子的密氣體分子的密度和電極間距度和電極間距離乘積（離乘積（ d）的函數(shù)。的函數(shù)。

50、 擊穿電壓與擊穿電壓與pd的規(guī)律在湯遜碰的規(guī)律在湯遜碰撞電離學(xué)說提出之前，巴申已撞電離學(xué)說提出之前，巴申已從實驗中總結(jié)出來了，湯申德從實驗中總結(jié)出來了，湯申德從理論上解釋了試驗結(jié)果。從理論上解釋了試驗結(jié)果。三、巴申三、巴申(Paschen)定律定律 巴申定律巴申定律u 從曲線可以看出，存在一個從曲線可以看出，存在一個最小值最小值，此時，此時擊穿電壓最低擊穿電壓最低u 假設(shè)假設(shè)d不變：不變：p 當(dāng)氣壓很小時當(dāng)氣壓很小時，氣體稀薄，雖然電子自由，氣體稀薄，雖然電子自由程大，可以得到足夠的動能，但碰撞總數(shù)程大，可以得到足夠的動能，但碰撞總數(shù)小，所以擊穿電壓升高小，所以擊穿電壓升高p 當(dāng)氣體增大時當(dāng)氣

51、體增大時，電子自由程變小，得到的，電子自由程變小，得到的動能減小，所以擊穿電壓升高。動能減小，所以擊穿電壓升高。u 總有一個氣壓對碰撞電離最有利，此時擊總有一個氣壓對碰撞電離最有利，此時擊穿電壓最小穿電壓最小 1.3 1.3 均勻電場大氣隙的放電均勻電場大氣隙的放電一、空間電荷對氣隙電場的畸變一、空間電荷對氣隙電場的畸變二、流注的形成二、流注的形成1.3 1.3 均勻電場大氣隙的放電均勻電場大氣隙的放電湯申德理論的適用于均勻場、低氣壓、短氣隙均勻場、低氣壓、短氣隙當(dāng)當(dāng)pdpd較大時，放電現(xiàn)象與較大時，放電現(xiàn)象與湯申德理論解釋出現(xiàn)不符現(xiàn)象解釋出現(xiàn)不符現(xiàn)象 放電外形放電外形 湯申德理論解釋：湯申德

52、理論解釋：放電外形均勻，輝光放電；放電外形均勻，輝光放電； pd大時的實際現(xiàn)象：大時的實際現(xiàn)象：外形不均勻，有細小分支的通道放電；外形不均勻，有細小分支的通道放電； 放電時間：放電時間： Tpd大大T湯遜湯遜 （相同距離）（相同距離） 擊穿電壓：擊穿電壓： Ubpd大大40cm ) )u 我國的國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)大氣條件：我國的國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)大氣條件：p 壓力：壓力：P0=101.3KPa（760mmHg）p 溫度：溫度：t0=20或或T0=293Kp 絕對濕度：絕對濕度：h0=11g/m3(每立方米水蒸氣每立方米水蒸氣11克）克）u 在實際試驗條件下的氣隙擊穿電壓在實際試驗條件下的氣隙擊

53、穿電壓U與標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的擊穿與標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的擊穿電壓電壓U0之間的換算關(guān)系：之間的換算關(guān)系： 式中：式中：Kd空氣密度校正因數(shù)；空氣密度校正因數(shù)； Kh濕度校正因數(shù)。濕度校正因數(shù)。0dhKUUKp 注意：空氣密度的變化實注意：空氣密度的變化實際上是際上是壓力壓力和和溫度溫度的變化的變化式中：式中： p氣壓氣壓，kPa； T溫度溫度，K 。（一）（一）空氣密度的校正空氣密度的校正u 空氣的密度與壓力和溫度有關(guān)空氣的密度與壓力和溫度有關(guān)2.9pT1. 空氣的相對密度空氣的相對密度2. 大氣條件下，氣隙的擊穿電壓隨大氣條件下，氣隙的擊穿電壓隨的增高而提高。的增高而提高。密度增加密度增加氣體被壓緊

54、，氣氣體被壓緊，氣隙之間距離很短隙之間距離很短雖然自由電子碰撞次數(shù)多，但雖然自由電子碰撞次數(shù)多，但自由行程短，碰撞有效性差自由行程短，碰撞有效性差電離數(shù)很低電離數(shù)很低擊穿電壓高擊穿電壓高Tp9.2PTTpssu 實驗表明，當(dāng)實驗表明，當(dāng) 處于處于0.951.05的范圍內(nèi)時，的范圍內(nèi)時，氣隙的擊穿電壓氣隙的擊穿電壓幾乎與幾乎與 成正比成正比，即此時的空氣密度校正因數(shù)，即此時的空氣密度校正因數(shù) Kd ，因而，因而U U0舉例舉例在在p=755mmHgp=755mmHg，t=33t=330 0C C條件下測得一氣隙的擊穿電壓峰值為條件下測得一氣隙的擊穿電壓峰值為108kV108kV，試近似求取該氣隙

55、在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的擊穿電壓值。，試近似求取該氣隙在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的擊穿電壓值。 114kV760101.37559 . 2)33273(108pT9 . 2UU/UUU,Tp9 . 2PTTp:00ss 利用利用解解3. 對更長空氣間隙來說，擊穿電壓與大氣的關(guān)系并不是一對更長空氣間隙來說，擊穿電壓與大氣的關(guān)系并不是一種簡單的線形關(guān)系。而是隨電極形狀、電壓類型和氣隙種簡單的線形關(guān)系。而是隨電極形狀、電壓類型和氣隙長度而變化的復(fù)雜關(guān)系。長度而變化的復(fù)雜關(guān)系。u Kd 計算式計算式00273273mndtpKpt式中：式中：m 、n 與電極形狀與電極形狀、氣隙長度、電壓類、氣隙長度、電壓類型及極性有

56、關(guān)，值在型及極性有關(guān)，值在0.41.0的范圍內(nèi)變化的范圍內(nèi)變化（二）（二）濕度的校正濕度的校正 大氣的濕度越大，氣隙的擊穿電壓增高大氣的濕度越大，氣隙的擊穿電壓增高p 大氣中的水分子能夠俘獲自由電子而形成負離子，對氣體大氣中的水分子能夠俘獲自由電子而形成負離子，對氣體的放電過程起著抑制作用的放電過程起著抑制作用 均勻和稍不均勻電場中，濕度影響不太明顯均勻和稍不均勻電場中，濕度影響不太明顯p 均勻和稍不均勻電場中，放電開始時，整個氣隙的電場強均勻和稍不均勻電場中，放電開始時，整個氣隙的電場強度都很大，電子運動速度較快，不易被水分子俘獲度都很大，電子運動速度較快，不易被水分子俘獲 極不均勻電場中，

57、濕度影響很明顯極不均勻電場中，濕度影響很明顯p 極不均勻電場中，放電開始時，電場強度比較低，出現(xiàn)電極不均勻電場中，放電開始時，電場強度比較低，出現(xiàn)電暈放電，這時電子運動速度較慢，容易被水分子俘獲暈放電，這時電子運動速度較慢，容易被水分子俘獲p 修正式：修正式： Kh = k 式中：式中：k 與絕對溫度和電壓類型有關(guān)，指數(shù)與絕對溫度和電壓類型有關(guān)，指數(shù) 之值取決于電極形狀、氣隙長度、電壓類之值取決于電極形狀、氣隙長度、電壓類型及其極性。型及其極性。（三）（三）海拔高度的校正海拔高度的校正1. 海拔高度越大，氣隙的擊穿電壓越低海拔高度越大，氣隙的擊穿電壓越低u 海拔越高海拔越高空氣越稀薄空氣越稀薄

58、大氣壓力和相對密度越小大氣壓力和相對密度越小擊穿電擊穿電壓降低壓降低2. 我國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：對于安裝在海拔高于我國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：對于安裝在海拔高于1000m 、但不、但不超過超過4000m 處的電力設(shè)施外絕緣，處的電力設(shè)施外絕緣，其試驗電壓其試驗電壓U 應(yīng)為平應(yīng)為平原地區(qū)外絕緣的試驗電壓原地區(qū)外絕緣的試驗電壓Up 乘以海拔校正因數(shù)乘以海拔校正因數(shù)Ka U = Ka Up411.110aKH其其中中：式中：式中：H安裝點的海拔高度，安裝點的海拔高度，m。 某某110kV110kV電氣設(shè)備的外絕緣應(yīng)有的工頻耐壓（有效值）為電氣設(shè)備的外絕緣應(yīng)有的工頻耐壓（有效值）為260kV260kV，如該設(shè)備將安

59、裝到海拔，如該設(shè)備將安裝到海拔3000m3000m的地方運行，問出廠的地方運行，問出廠時（工廠位于平原地區(qū)）的試驗電壓應(yīng)增大到多少？時（工廠位于平原地區(qū)）的試驗電壓應(yīng)增大到多少？ 325kV26025. 1UKU25. 11030001 . 1110H1 . 11KUKU,10H1 . 11Kpa44apa4a 利用：利用：解解兩個途徑兩個途徑 改善電場分布，使之盡量均勻（內(nèi)因）改善電場分布，使之盡量均勻（內(nèi)因） 利用其它方法來削弱氣體中的電離過程（外因）利用其它方法來削弱氣體中的電離過程（外因）方法方法一、改善電場分布的方法一、改善電場分布的方法二、高氣壓的采用二、高氣壓的采用三、高真空的采

60、用三、高真空的采用四、高抗電強度氣體的采用四、高抗電強度氣體的采用 1.7 1.7 提高氣隙擊穿電壓的措施提高氣隙擊穿電壓的措施 一、改善電場分布的方法一、改善電場分布的方法 增大電極曲率半徑減小表面場強。增大電極曲率半徑減小表面場強。 如變壓器套管端部加球形屏蔽罩如變壓器套管端部加球形屏蔽罩 改善電極邊緣改善電極邊緣 電極邊緣做成弧形電極邊緣做成弧形 使電極具有最佳外形使電極具有最佳外形 如穿墻高壓引線上加金屬扁球；如穿墻高壓引線上加金屬扁球；一、改善電場分布的方法一、改善電場分布的方法u 極不均勻電場中擊穿前發(fā)生電暈極不均勻電場中擊穿前發(fā)生電暈放電，利用放電產(chǎn)生的放電，利用放電產(chǎn)生的空間電