高電壓技術(shù)教案課件

1、2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 201520151 緒論緒論第一篇第一篇 電介質(zhì)的電氣強(qiáng)度電介質(zhì)的電氣強(qiáng)度第二篇第二篇 電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)第三篇第三篇 電力系統(tǒng)過電壓及其防護(hù)與絕緣配合電力系統(tǒng)過電壓及其防護(hù)與絕緣配合高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 201520152第一篇第一篇 電介質(zhì)的電氣強(qiáng)度電介質(zhì)的電氣強(qiáng)度1.什么是電介質(zhì)？什么是電介質(zhì)？2.什么是電介質(zhì)的電氣強(qiáng)度？什么是電介質(zhì)的電氣強(qiáng)度？電介質(zhì)作為絕緣材料，分為：氣體介質(zhì)、固體電介質(zhì)作為絕緣材料，分為：氣體介質(zhì)、固體介質(zhì)和液體介質(zhì)，常進(jìn)行組合

2、。介質(zhì)和液體介質(zhì)，常進(jìn)行組合。電介質(zhì)的耐擊穿性能（絕緣性能）。電介質(zhì)的耐擊穿性能（絕緣性能）。2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 201520153第一章第一章 氣體放電的基本物理過程氣體放電的基本物理過程第二章第二章 氣體介質(zhì)的電氣強(qiáng)度氣體介質(zhì)的電氣強(qiáng)度第三章第三章 液體和固體介質(zhì)的電氣特性液體和固體介質(zhì)的電氣特性第一篇第一篇 電介質(zhì)的電氣強(qiáng)度電介質(zhì)的電氣強(qiáng)度2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201544u本章要求本章要求掌握帶電粒子產(chǎn)生和消失的途徑；掌握帶電粒子產(chǎn)生和消失的途徑；掌握氣體放電的湯森理論和流注理論；掌握氣體放電

3、的湯森理論和流注理論；理解不均勻電場(chǎng)中的放電過程；理解不均勻電場(chǎng)中的放電過程；掌握沿面放電形成機(jī)理和預(yù)防措施。掌握沿面放電形成機(jī)理和預(yù)防措施。第一章第一章 氣體放電的基本物理過程氣體放電的基本物理過程2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 201520155第一節(jié)第一節(jié) 帶電粒子的產(chǎn)生與消失帶電粒子的產(chǎn)生與消失第二節(jié)第二節(jié) 電子崩電子崩第三節(jié)第三節(jié) 自持放電條件自持放電條件第四節(jié)第四節(jié) 起始電壓與氣壓的關(guān)系起始電壓與氣壓的關(guān)系第五節(jié)第五節(jié) 氣體放電的流注理論氣體放電的流注理論第六節(jié)第六節(jié) 不均勻電場(chǎng)的放電過程不均勻電場(chǎng)的放電過程第七節(jié)第七節(jié) 放電時(shí)間和沖擊電壓下的氣隙擊

4、穿放電時(shí)間和沖擊電壓下的氣隙擊穿第八節(jié)第八節(jié) 沿面放電與閃絡(luò)沿面放電與閃絡(luò)第一章第一章 氣體放電的基本物理過程氣體放電的基本物理過程2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 201520156 第一節(jié)第一節(jié) 帶電粒子的產(chǎn)生和消失帶電粒子的產(chǎn)生和消失u氣體放電氣體放電2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 201520157一、帶電粒子在氣體中的運(yùn)動(dòng)描述一、帶電粒子在氣體中的運(yùn)動(dòng)描述（一）自由行程長(zhǎng)度（一）自由行程長(zhǎng)度第一節(jié)第一節(jié) 帶電粒子的產(chǎn)生和消失帶電粒子的產(chǎn)生和消失當(dāng)氣體中存在電場(chǎng)時(shí)，帶電當(dāng)氣體中存在電場(chǎng)時(shí)，帶電粒子具有復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)軌跡：粒子具有

5、復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)軌跡：（1）與中性的氣體粒子（原）與中性的氣體粒子（原子或分子）一樣，進(jìn)行著雜子或分子）一樣，進(jìn)行著雜亂無章的熱運(yùn)動(dòng)；亂無章的熱運(yùn)動(dòng)；（2）沿著電場(chǎng)作定向漂移）沿著電場(chǎng)作定向漂移。E2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 201520158平均自由行程長(zhǎng)度平均自由行程長(zhǎng)度各種粒子在空氣中運(yùn)動(dòng)時(shí)都會(huì)不斷各種粒子在空氣中運(yùn)動(dòng)時(shí)都會(huì)不斷碰撞碰撞。單位行程。單位行程(1cm)(1cm)中的碰撞次數(shù)中的碰撞次數(shù)Z Z的倒數(shù)的倒數(shù)即為該粒子的即為該粒子的平均自由平均自由行程長(zhǎng)度。行程長(zhǎng)度。實(shí)際的實(shí)際的自由行程長(zhǎng)度自由行程長(zhǎng)度是隨機(jī)量，粒子的平均自由是隨機(jī)量，粒子的平均自由

6、行程行程長(zhǎng)度等于或大于某一距離長(zhǎng)度等于或大于某一距離x x的概率為的概率為 xexP 可見實(shí)際的自由行程長(zhǎng)度可見實(shí)際的自由行程長(zhǎng)度x x等于或大于平均自等于或大于平均自由行程長(zhǎng)度由行程長(zhǎng)度的概率為的概率為36.8%.36.8%.第一節(jié)第一節(jié) 帶電粒子的產(chǎn)生和消失帶電粒子的產(chǎn)生和消失2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 201520159電子的平均自由行程長(zhǎng)度電子的平均自由行程長(zhǎng)度:由于電子的半徑或體積比離由于電子的半徑或體積比離子或氣體分子小得多，所以子或氣體分子小得多，所以電子的平均自由行程長(zhǎng)度要比離電子的平均自由行程長(zhǎng)度要比離子或氣體分子大得多子或氣體分子大得多。

7、由氣體動(dòng)力學(xué)可知，。由氣體動(dòng)力學(xué)可知，電子的平均自由電子的平均自由行程長(zhǎng)度行程長(zhǎng)度Nre21式中式中 r-氣體分子的半徑；氣體分子的半徑； N-氣體分子的密度；氣體分子的密度；由于由于 ，代入上式即得，代入上式即得kTpNprkTe2式中式中 p-氣壓，氣壓，Pa； T-氣溫，氣溫，K； k-波爾茨曼常數(shù)，波爾茨曼常數(shù)， KJk/1038. 123第一節(jié)第一節(jié) 帶電粒子的產(chǎn)生和消失帶電粒子的產(chǎn)生和消失結(jié)論：電子的平均自由行程與氣體種類、氣壓及溫度結(jié)論：電子的平均自由行程與氣體種類、氣壓及溫度有關(guān)。有關(guān)。2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201510（二）帶

8、電粒子的遷移率（二）帶電粒子的遷移率遷移率遷移率:帶電粒子在電場(chǎng)力的驅(qū)動(dòng)下，將沿著電場(chǎng)方向漂帶電粒子在電場(chǎng)力的驅(qū)動(dòng)下，將沿著電場(chǎng)方向漂移，其移，其速度速度v v與場(chǎng)強(qiáng)與場(chǎng)強(qiáng)E E成正比成正比, ,其比例系數(shù)其比例系數(shù)k=v/Ek=v/E，稱為，稱為遷移率遷移率，它表示它表示該帶電粒子在單位場(chǎng)強(qiáng)（該帶電粒子在單位場(chǎng)強(qiáng)（1V/m1V/m）下沿電場(chǎng)方向的漂移）下沿電場(chǎng)方向的漂移速度。速度。電子更易被加速：電子更易被加速：由于電子的由于電子的平均自由行程長(zhǎng)度平均自由行程長(zhǎng)度比離子比離子大得多，而大得多，而電子的質(zhì)量比離子小電子的質(zhì)量比離子小得多得多, ,更易加速更易加速，所以，所以電子的電子的遷移率遠(yuǎn)

9、大于離子遷移率遠(yuǎn)大于離子。第一節(jié)第一節(jié) 帶電粒子的產(chǎn)生和消失帶電粒子的產(chǎn)生和消失2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201511 ( ( 三三 ) )擴(kuò)散擴(kuò)散擴(kuò)散：擴(kuò)散：在熱運(yùn)動(dòng)的過程中，粒子會(huì)從濃度較大的在熱運(yùn)動(dòng)的過程中，粒子會(huì)從濃度較大的區(qū)域運(yùn)動(dòng)到濃度較小的區(qū)域，從而使每種粒子的濃區(qū)域運(yùn)動(dòng)到濃度較小的區(qū)域，從而使每種粒子的濃度分布均勻化，這種物理過程叫度分布均勻化，這種物理過程叫擴(kuò)散擴(kuò)散。影響擴(kuò)散的因素：影響擴(kuò)散的因素：氣壓越低，溫度越高（密度氣壓越低，溫度越高（密度?。?，?。瑒t擴(kuò)散進(jìn)行的越快。則擴(kuò)散進(jìn)行的越快。電子擴(kuò)散速度快：電子擴(kuò)散速度快：電子的熱

10、運(yùn)動(dòng)速度大，自由行電子的熱運(yùn)動(dòng)速度大，自由行程長(zhǎng)度也大，所以其擴(kuò)散速度也要比離子快得多。程長(zhǎng)度也大，所以其擴(kuò)散速度也要比離子快得多。 第一節(jié)第一節(jié) 帶電粒子的產(chǎn)生和消失帶電粒子的產(chǎn)生和消失2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201512 二、帶電粒子的產(chǎn)生二、帶電粒子的產(chǎn)生u 電離：電離：產(chǎn)生帶電粒子的過程稱為產(chǎn)生帶電粒子的過程稱為電離（或游離電離（或游離) )，它是它是氣體放電的首要前提。氣體放電的首要前提。激勵(lì)：激勵(lì)：氣體原子中的氣體原子中的電子電子沿著沿著原子核原子核周圍的圓形或周圍的圓形或橢圓形軌道圍繞著帶正電的原子核旋轉(zhuǎn)。當(dāng)原子獲橢圓形軌道圍繞著帶

11、正電的原子核旋轉(zhuǎn)。當(dāng)原子獲得得外加能量外加能量時(shí)，一個(gè)或若干個(gè)電子可能轉(zhuǎn)移到離核時(shí)，一個(gè)或若干個(gè)電子可能轉(zhuǎn)移到離核較遠(yuǎn)的軌道上去。這種現(xiàn)象叫較遠(yuǎn)的軌道上去。這種現(xiàn)象叫激勵(lì)激勵(lì)。產(chǎn)生激勵(lì)所需。產(chǎn)生激勵(lì)所需的能量（的能量（激勵(lì)能激勵(lì)能）等于該軌道和常態(tài)軌道的能級(jí)差。）等于該軌道和常態(tài)軌道的能級(jí)差。第一節(jié)第一節(jié) 帶電粒子的產(chǎn)生和消失帶電粒子的產(chǎn)生和消失2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201513電離：電離：如果原子獲得的外加能量足夠大，電子擺脫原子核如果原子獲得的外加能量足夠大，電子擺脫原子核的約束而的約束而成為自由電子成為自由電子，這時(shí)原來中性的原子發(fā)生了，

12、這時(shí)原來中性的原子發(fā)生了電離電離，分解成兩種帶電粒子分解成兩種帶電粒子電子和正離子。電子和正離子。電離能：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)電子電離出來所需的最小能量稱為離出來所需的最小能量稱為電離能電離能。第一節(jié)第一節(jié) 帶電粒子的產(chǎn)生和消失帶電粒子的產(chǎn)生和消失2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201514氣體氣體激勵(lì)能激勵(lì)能We (eV)電離能電離能Wi (eV) 氣體氣體激勵(lì)能激勵(lì)能We (eV)電離能電離能Wi (eV)N2O2H26.17.911.215.612.515.4CO2H2OSF610.07

13、.66.813.712.815.6 表表1-1 1-1 某些氣體的激勵(lì)能和電離能某些氣體的激勵(lì)能和電離能u 能量來源：能量來源：引起電離所需的能量可通過不同的形式傳引起電離所需的能量可通過不同的形式傳遞給氣體分子，例如遞給氣體分子，例如:光能、熱能、機(jī)械能（動(dòng)）能，對(duì)光能、熱能、機(jī)械能（動(dòng)）能，對(duì)應(yīng)的電離過程稱為光電離、熱電離、碰撞電離。應(yīng)的電離過程稱為光電離、熱電離、碰撞電離。第一節(jié)第一節(jié) 帶電粒子的產(chǎn)生和消失帶電粒子的產(chǎn)生和消失191eV1.60217733 10J2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201515（1）光電離）光電離 頻率為頻率為的光子能

14、量為的光子能量為 h普郎克常數(shù)普郎克常數(shù)= 發(fā)生空間光電離的條件為發(fā)生空間光電離的條件為 或者或者式中式中 光的波長(zhǎng)，光的波長(zhǎng)，m; c光速光速 ； Wi 氣體的電離能，氣體的電離能，eV。 seVsJ 15341013. 41063. 6iWhiWhc s/m1038 第一節(jié)第一節(jié) 帶電粒子的產(chǎn)生和消失帶電粒子的產(chǎn)生和消失Wh2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201516 通過通過 的計(jì)算可知，各種的計(jì)算可知，各種可見光（波長(zhǎng)大于可見光（波長(zhǎng)大于290nm）都都不可能使氣體直接發(fā)生光電離不可能使氣體直接發(fā)生光電離，紫外線也只能使少數(shù)幾種，紫外線也只能使少

15、數(shù)幾種電離能特別小的金屬蒸汽發(fā)生光電離，只有電離能特別小的金屬蒸汽發(fā)生光電離，只有那些波長(zhǎng)更短的那些波長(zhǎng)更短的高能輻射線高能輻射線 （ 例如例如X 射線、射線、 射線等）才能使氣體發(fā)生光射線等）才能使氣體發(fā)生光電離。電離。 在氣體放電中，能導(dǎo)致氣體光電離的光源不僅有在氣體放電中，能導(dǎo)致氣體光電離的光源不僅有外界的高外界的高能輻射線能輻射線，而且還可能是，而且還可能是氣體放電本身氣體放電本身，例如帶電粒子復(fù)合，例如帶電粒子復(fù)合的過程中，就會(huì)放出輻射能而引起新的光電離。的過程中，就會(huì)放出輻射能而引起新的光電離。iWhc 第一節(jié)第一節(jié) 帶電粒子的產(chǎn)生和消失帶電粒子的產(chǎn)生和消失2022年年4月月23日

16、日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201517在在高溫高溫下，氣體分子和原子熱運(yùn)動(dòng)加快，它們互下，氣體分子和原子熱運(yùn)動(dòng)加快，它們互相碰撞，在溫度足夠高時(shí)會(huì)撞擊產(chǎn)生離子和自由電相碰撞，在溫度足夠高時(shí)會(huì)撞擊產(chǎn)生離子和自由電子，這種現(xiàn)象稱為子，這種現(xiàn)象稱為熱游離熱游離。（2）熱電離）熱電離 第一節(jié)第一節(jié) 帶電粒子的產(chǎn)生和消失帶電粒子的產(chǎn)生和消失2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 20152015188 10 12 14 16 18 20 22 24103(K)1.00.80.60.40.20mT（2）熱電離）熱電離電離度：電離度：氣體中已發(fā)生電離的分子數(shù)與總

17、分子的比值氣體中已發(fā)生電離的分子數(shù)與總分子的比值m 稱為稱為該氣體的該氣體的電離度電離度 。下圖是空氣的電離度與溫度的關(guān)系曲線，可知：只有在溫度下圖是空氣的電離度與溫度的關(guān)系曲線，可知：只有在溫度超過超過10000K時(shí)時(shí) ( 例如電弧放電的情況例如電弧放電的情況 ) ，才需考慮熱電離；，才需考慮熱電離；而在溫度達(dá)到而在溫度達(dá)到20000K左右時(shí)，幾乎全部空氣分子都已處于熱左右時(shí)，幾乎全部空氣分子都已處于熱電離狀態(tài)。電離狀態(tài)。 第一節(jié)第一節(jié) 帶電粒子的產(chǎn)生和消失帶電粒子的產(chǎn)生和消失2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201519（3）碰撞電離）碰撞電離 第一節(jié)

18、第一節(jié) 帶電粒子的產(chǎn)生和消失帶電粒子的產(chǎn)生和消失當(dāng)有一定強(qiáng)動(dòng)能的當(dāng)有一定強(qiáng)動(dòng)能的電子電子撞擊到某種氣體的撞擊到某種氣體的中性質(zhì)中性質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)時(shí)，可使其間電子被釋放出來，游離成正離子和時(shí)，可使其間電子被釋放出來，游離成正離子和新的自由電子。被撞擊的電子和原來的電子又會(huì)在新的自由電子。被撞擊的電子和原來的電子又會(huì)在電場(chǎng)作用下向陽(yáng)極作加速運(yùn)動(dòng)，獲得足夠動(dòng)能后，電場(chǎng)作用下向陽(yáng)極作加速運(yùn)動(dòng)，獲得足夠動(dòng)能后，又將撞擊其它中性質(zhì)點(diǎn)，產(chǎn)生更多的自由電子和正又將撞擊其它中性質(zhì)點(diǎn)，產(chǎn)生更多的自由電子和正離子，使帶電質(zhì)點(diǎn)濃度迅速增加。這一游離過程即離子，使帶電質(zhì)點(diǎn)濃度迅速增加。這一游離過程即稱為稱為碰撞電離碰撞電離。2

19、022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201520（3）碰撞電離）碰撞電離電子在電場(chǎng)強(qiáng)度為電子在電場(chǎng)強(qiáng)度為 E 的的電場(chǎng)中移過電場(chǎng)中移過x 距離時(shí)所獲得的動(dòng)能距離時(shí)所獲得的動(dòng)能為為ExqmvWe221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。 如果如果 W 等于或大于氣體分子的電離能等于或大于氣體分子的電離能Wi ，該電子就有，該電子就有足夠的能量去完成碰撞電離，由此可得出電子引起碰撞電離足夠的能量去完成碰撞電離，由此可得出電子引起碰撞電離的條件為的條件為ieWExq 第一節(jié)第一節(jié) 帶電粒子的產(chǎn)生和消失帶電粒子的產(chǎn)生和消失2022年年

20、4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201521 碰撞電離的最小距離：碰撞電離的最小距離：電子為造成碰撞電離而必須飛越的最電子為造成碰撞電離而必須飛越的最小距離小距離 ，xi 的大小取決于的大小取決于場(chǎng)強(qiáng)場(chǎng)強(qiáng) E ，增大氣體，增大氣體中的場(chǎng)強(qiáng)將使中的場(chǎng)強(qiáng)將使 xi 值減小，可見值減小，可見提高外加電場(chǎng)（電壓）將使碰提高外加電場(chǎng)（電壓）將使碰撞電離的概率和強(qiáng)度增大撞電離的概率和強(qiáng)度增大。EqWxeii 第一節(jié)第一節(jié) 帶電粒子的產(chǎn)生和消失帶電粒子的產(chǎn)生和消失碰撞電離是氣體中產(chǎn)生帶電粒子的碰撞電離是氣體中產(chǎn)生帶電粒子的最重要最重要的方式。的方式。強(qiáng)調(diào)：強(qiáng)調(diào)：碰撞電離主要由電子

21、完成碰撞電離主要由電子完成，離子碰撞中性分子并使，離子碰撞中性分子并使之電離的概率要比電子小得多，所以在分析氣體放電發(fā)展過之電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(shí)，往往程時(shí)，往往只考慮電子所引起的碰撞電離只考慮電子所引起的碰撞電離。2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201522氣體激勵(lì)能We (eV)電離能Wi (eV) 氣體激勵(lì)能We (eV)電離能Wi (eV)N2O2H26.17.911.215.612.515.4CO2H2OSF610.07.66.813.712.815.6金屬金屬逸出功逸出功 (eV(eV）金屬金屬逸出功逸出功 (

22、eV(eV）金屬金屬逸出功逸出功 (eV(eV）鋁 (Al )銀 (Ag)1.83.1鐵 (Fe)銅 (Cu)3.93.9氧化銅 (CuO)銫 (Cs)5.30.7 （4）電極表面電離）電極表面電離逸出功：逸出功：電子從金屬表面逸出需要一定的能量，稱為電子從金屬表面逸出需要一定的能量，稱為逸出功逸出功比較表比較表1-2 1-2 與表與表1-11-1，可知，可知金屬的逸出功比氣體分子的電離金屬的逸出功比氣體分子的電離能小得多，表明能小得多，表明金屬表面電離比氣體空間電離更易發(fā)生。金屬表面電離比氣體空間電離更易發(fā)生。2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 201520152

23、3陰極表面電離（電子發(fā)射）陰極表面電離（電子發(fā)射）在氣體放電過程中起著相當(dāng)重在氣體放電過程中起著相當(dāng)重要的作用。隨著外加能量形式的不同，陰極表面電離可在下要的作用。隨著外加能量形式的不同，陰極表面電離可在下列情況下發(fā)生：列情況下發(fā)生：1)1)正離子撞擊陰極表面正離子撞擊陰極表面：通常正離子動(dòng)能不大，可忽略，其：通常正離子動(dòng)能不大，可忽略，其勢(shì)能等于電離能勢(shì)能等于電離能；只有在它的；只有在它的勢(shì)能等于或大于陰極材料逸出勢(shì)能等于或大于陰極材料逸出功兩倍功兩倍時(shí)，才能引起陰極表面電離，這個(gè)條件可滿足（比較時(shí)，才能引起陰極表面電離，這個(gè)條件可滿足（比較表表1 11 1和和1 12 2）。）。2)2)光

24、電子發(fā)射光電子發(fā)射：高能輻射線照射陰極時(shí)，會(huì)引起光電子發(fā)射，：高能輻射線照射陰極時(shí)，會(huì)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。其條件是光子的能量應(yīng)大于金屬的逸出功。（4）電極表面電離）電極表面電離2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 20152015243)3)熱電子發(fā)射熱電子發(fā)射：金屬中的電子在高溫下能獲得足夠的動(dòng)能金屬中的電子在高溫下能獲得足夠的動(dòng)能而從金屬表面逸出，稱為熱電子發(fā)射。在許多電子器件中常而從金屬表面逸出，稱為熱電子發(fā)射。在許多電子器件中常利用加熱陰極來實(shí)現(xiàn)電子發(fā)射。利用加熱陰極來實(shí)現(xiàn)電子發(fā)射。 4)4)強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射（冷發(fā)射）強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射（冷發(fā)射

25、）：當(dāng)陰極表面附近空間存在很強(qiáng)的當(dāng)陰極表面附近空間存在很強(qiáng)的電場(chǎng)時(shí)（電場(chǎng)時(shí)（10106 6V/cmV/cm數(shù)量級(jí)），能使陰極發(fā)射電子。數(shù)量級(jí)），能使陰極發(fā)射電子。常態(tài)下常態(tài)下作用作用氣隙擊穿完全不受影響；在氣隙擊穿完全不受影響；在高氣壓高氣壓、壓縮的高強(qiáng)度氣體壓縮的高強(qiáng)度氣體的擊穿的擊穿過程中會(huì)起一定的作用；過程中會(huì)起一定的作用；真空中真空中更起著決定性作用。更起著決定性作用。（4）電極表面電離）電極表面電離2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201525三、負(fù)離子的形成三、負(fù)離子的形成當(dāng)電子與氣體與分子碰撞時(shí)，可能會(huì)發(fā)生電子與當(dāng)電子與氣體與分子碰撞時(shí)，可能

26、會(huì)發(fā)生電子與中性分子相結(jié)合而形成負(fù)離子的情況，這種過程成中性分子相結(jié)合而形成負(fù)離子的情況，這種過程成為為附著附著(附著效應(yīng)）附著效應(yīng)）。易于產(chǎn)生負(fù)離子的氣體稱為易于產(chǎn)生負(fù)離子的氣體稱為電負(fù)性氣體電負(fù)性氣體。例：氧氣、水汽分子、例：氧氣、水汽分子、SF6 第一節(jié)第一節(jié) 帶電粒子的產(chǎn)生和消失帶電粒子的產(chǎn)生和消失2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201526 (2)(2)擴(kuò)散：擴(kuò)散：帶電粒子因擴(kuò)散現(xiàn)象而逸出氣體放電空間。帶電粒子因擴(kuò)散現(xiàn)象而逸出氣體放電空間。 (3)(3)復(fù)合：復(fù)合：氣體中帶異號(hào)電荷的粒子相遇時(shí)，可能發(fā)氣體中帶異號(hào)電荷的粒子相遇時(shí)，可能發(fā)生電荷的

27、傳遞與中和，這種現(xiàn)象稱為生電荷的傳遞與中和，這種現(xiàn)象稱為復(fù)合復(fù)合，是與電，是與電離相反的一種過程。離相反的一種過程。 四、帶電粒子的消失四、帶電粒子的消失 (1) 中和：中和：帶電粒子在電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下作定向運(yùn)動(dòng)，帶電粒子在電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下作定向運(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在到達(dá)電極時(shí)，消失于電極上而形成外電路中的電流；流； 第一節(jié)第一節(jié) 帶電粒子的產(chǎn)生和消失帶電粒子的產(chǎn)生和消失2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201527湯遜試驗(yàn)湯遜試驗(yàn) 試驗(yàn)條件試驗(yàn)條件： 兩個(gè)平行平板電極；兩個(gè)平行平板電極； 外部光源（天然輻射或人工外部光源（天然輻射或

28、人工光源）；光源）； 可調(diào)直流電源；可調(diào)直流電源； 測(cè)量表計(jì)測(cè)量表計(jì)( (電壓表、電流電壓表、電流表）；表）； 第二節(jié)第二節(jié) 電子崩電子崩2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201528試驗(yàn)結(jié)果及解釋試驗(yàn)結(jié)果及解釋0a段段：電流隨電壓電流隨電壓 升高升高而增大；而增大；隨著場(chǎng)強(qiáng)的增隨著場(chǎng)強(qiáng)的增大，氣體中的帶電粒子大，氣體中的帶電粒子運(yùn)動(dòng)速度加快。運(yùn)動(dòng)速度加快。ab段段：電壓升高，電壓升高，電流基本不變；電流基本不變；單位時(shí)單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的帶電粒子全間內(nèi)產(chǎn)生的帶電粒子全部運(yùn)動(dòng)到極板。部運(yùn)動(dòng)到極板。 第二節(jié)第二節(jié) 電子崩電子崩2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)5

29、7分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201529 bcbc段段：電流隨電壓增大；電流隨電壓增大；出現(xiàn)了新的電離因素（碰撞出現(xiàn)了新的電離因素（碰撞電離），產(chǎn)生了新的帶電粒電離），產(chǎn)生了新的帶電粒子子。 c c點(diǎn)后點(diǎn)后：電流急劇增大；電流急劇增大；自自身的電離因素占主導(dǎo)作用，身的電離因素占主導(dǎo)作用，絕緣被擊穿。絕緣被擊穿。 第二節(jié)第二節(jié) 電子崩電子崩2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201530非自持放電非自持放電：S S點(diǎn)前，電點(diǎn)前，電流較小，而且電流需要外界流較小，而且電流需要外界電離因素才能維持。電離因素才能維持。自持放電自持放電：電壓達(dá)到一定電壓達(dá)到一

30、定值值U U0 0后，電流劇增，且電離后，電流劇增，且電離過程僅靠外加電壓已能維持，過程僅靠外加電壓已能維持，不需要外界電離因素不需要外界電離因素。U U0 0稱稱為起始放電電壓。為起始放電電壓。 第二節(jié)第二節(jié) 電子崩電子崩2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201531 外界電離因素在外界電離因素在陰極附近產(chǎn)生一陰極附近產(chǎn)生一個(gè)初始電子，如個(gè)初始電子，如果果空間的電場(chǎng)強(qiáng)空間的電場(chǎng)強(qiáng)度足夠大度足夠大，該電，該電子在向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)子在向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)時(shí)就會(huì)引起碰撞時(shí)就會(huì)引起碰撞電離，產(chǎn)生出一電離，產(chǎn)生出一個(gè)新電子，初始個(gè)新電子，初始電子和新電子電子和新電子繼續(xù)向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)

31、，又會(huì)引起新的碰撞電離，產(chǎn)生出更多的電繼續(xù)向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)，又會(huì)引起新的碰撞電離，產(chǎn)生出更多的電子。依次類推，子。依次類推，電子數(shù)將按幾何級(jí)數(shù)不斷增多，象雪崩似的電子數(shù)將按幾何級(jí)數(shù)不斷增多，象雪崩似的發(fā)展發(fā)展,這種急劇增大的空間電子流被稱為電子崩。這種急劇增大的空間電子流被稱為電子崩。 第二節(jié)第二節(jié) 電子崩電子崩2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201532u電子碰撞電離系數(shù)電子碰撞電離系數(shù)：表示一：表示一個(gè)電子沿電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)個(gè)電子沿電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)1cm 1cm 的行的行程所完成的碰撞電離次數(shù)平均值程所完成的碰撞電離次數(shù)平均值根據(jù)碰撞電離系數(shù)根據(jù)碰撞電離系數(shù)的定義

32、，可得的定義，可得dxndn 分離變量并積分分離變量并積分 ，可得，可得 xdxenn00 均勻電場(chǎng)，均勻電場(chǎng)，不隨不隨x 變化變化 xenn0ddxxn0nna 第二節(jié)第二節(jié) 電子崩電子崩2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201533抵達(dá)陽(yáng)極的電子數(shù)抵達(dá)陽(yáng)極的電子數(shù)adaenn0新增加的電子數(shù)或離子數(shù)新增加的電子數(shù)或離子數(shù))1(00 adaennnn等號(hào)兩側(cè)乘以電子電荷等號(hào)兩側(cè)乘以電子電荷qe 即成為電流關(guān)系式即成為電流關(guān)系式adeII0u表示：表示：電子崩電流按指數(shù)規(guī)律隨極間距離電子崩電流按指數(shù)規(guī)律隨極間距離d d 而增大，但這時(shí)而增大，但這時(shí)的放電還

33、不能自持，因?yàn)橐坏┏ネ饨珉婋x因子（令的放電還不能自持，因?yàn)橐坏┏ネ饨珉婋x因子（令I(lǐng) I0 0=0 )=0 )，I I 即變?yōu)榱悖礊榉亲猿址烹?。即變?yōu)榱?，即為非自持放電。adaenn0ddxxn0nna 第二節(jié)第二節(jié) 電子崩電子崩xenn02022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201534關(guān)于碰撞電離系數(shù)的討論關(guān)于碰撞電離系數(shù)的討論EBpApe（1）A、B與氣體種類有關(guān)；與氣體種類有關(guān)；（2）p氣壓；氣壓；（3）E電場(chǎng)強(qiáng)度。電場(chǎng)強(qiáng)度。 第二節(jié)第二節(jié) 電子崩電子崩adeII02022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201535

34、第三節(jié)第三節(jié) 自持放電條件自持放電條件二次電子：二次電子：在電場(chǎng)作用下，正離子向陰極運(yùn)動(dòng)，撞擊陰極有可在電場(chǎng)作用下，正離子向陰極運(yùn)動(dòng)，撞擊陰極有可能引起表面電離而能引起表面電離而拉出電子拉出電子，部分電子和正離子復(fù)合，其余部，部分電子和正離子復(fù)合，其余部分則向著陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)和產(chǎn)生分則向著陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)和產(chǎn)生新的電子崩新的電子崩。如果電壓如果電壓( ( 電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度 ）足夠高，初始電子崩中的）足夠高，初始電子崩中的正離子正離子在陰在陰極上產(chǎn)生出的極上產(chǎn)生出的新電子數(shù)等于或大于初始電子新電子數(shù)等于或大于初始電子n n0 0，那么即使除去，那么即使除去外界電離因子的作用，放電也不會(huì)停止，即放電僅僅依靠已經(jīng)

35、外界電離因子的作用，放電也不會(huì)停止，即放電僅僅依靠已經(jīng)產(chǎn)生出來的電子和正離子（它們的數(shù)目取決于電場(chǎng)強(qiáng)度）就能產(chǎn)生出來的電子和正離子（它們的數(shù)目取決于電場(chǎng)強(qiáng)度）就能維持下去，這就變成了維持下去，這就變成了自持放電自持放電。ddxxn0nna2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201536 令令表示一個(gè)正離子撞擊到陰極表面時(shí)產(chǎn)生出來的二次電表示一個(gè)正離子撞擊到陰極表面時(shí)產(chǎn)生出來的二次電子數(shù)，子數(shù)，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的電子數(shù)為單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的電子數(shù)為n nc c , , 到達(dá)陽(yáng)極時(shí)將增加到達(dá)陽(yáng)極時(shí)將增加為為adcaenn ) 1(0adccennn外界電離因外界電離因

36、素引起素引起正離子撞擊正離子撞擊陰極引起陰極引起第三節(jié)第三節(jié) 自持放電條件自持放電條件2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201537如果 ，那么即使除去外電離因子（I0=0), I 亦不等于零，即放電能維持下去 。 0) 1(1ade可推出：可推出：)1(1 0 adadeeII 可見自持放電條件應(yīng)為1)1( ade 湯遜放電條件湯遜放電條件第三節(jié)第三節(jié) 自持放電條件自持放電條件2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201538 物理意義物理意義為：為： 一個(gè)電子從陰極到陽(yáng)極途中因電子崩而造成的正離子數(shù)一個(gè)電子從陰極到陽(yáng)極

37、途中因電子崩而造成的正離子數(shù)為為 e eadad-1-1 , ,這批正離子在陰極上造成的二次自由電子數(shù)應(yīng)為這批正離子在陰極上造成的二次自由電子數(shù)應(yīng)為(e(eadad-1) -1) ，如果它等于，如果它等于1 1，就意味著那個(gè)初始電子有了一個(gè)，就意味著那個(gè)初始電子有了一個(gè)后繼電子，從而使放電得以自持。后繼電子，從而使放電得以自持。1)1( ade 第三節(jié)第三節(jié) 自持放電條件自持放電條件2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201539起始場(chǎng)強(qiáng)與起始電壓起始場(chǎng)強(qiáng)與起始電壓放電由非自持轉(zhuǎn)為自持時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度稱為放電由非自持轉(zhuǎn)為自持時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度稱為起始場(chǎng)強(qiáng)起始場(chǎng)強(qiáng)，相應(yīng)

38、的，相應(yīng)的 電壓為電壓為起始電壓；起始電壓；在在比較均勻的電場(chǎng)中比較均勻的電場(chǎng)中，起始場(chǎng)強(qiáng)和起始電壓起始場(chǎng)強(qiáng)和起始電壓就是氣隙的就是氣隙的擊穿擊穿場(chǎng)強(qiáng)和擊穿電壓場(chǎng)強(qiáng)和擊穿電壓；在在不均勻電場(chǎng)中不均勻電場(chǎng)中電離過程僅僅存在于氣隙中電場(chǎng)強(qiáng)度等于或電離過程僅僅存在于氣隙中電場(chǎng)強(qiáng)度等于或大于起始場(chǎng)強(qiáng)的區(qū)域，即使放電已能自持，但整個(gè)氣隙仍未擊大于起始場(chǎng)強(qiáng)的區(qū)域，即使放電已能自持，但整個(gè)氣隙仍未擊穿。因此，穿。因此，在不均勻電場(chǎng)中，起始電壓低于擊穿電壓，電場(chǎng)越在不均勻電場(chǎng)中，起始電壓低于擊穿電壓，電場(chǎng)越不均勻，二者的差值越大。不均勻，二者的差值越大。 第三節(jié)第三節(jié) 自持放電條件自持放電條件2022年年4月

39、月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201540 在不均勻電場(chǎng)中，在不均勻電場(chǎng)中，各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度E E不同，所以各處的不同，所以各處的 值也不同，在這中條件下，上面的自持條件應(yīng)改寫成值也不同，在這中條件下，上面的自持條件應(yīng)改寫成1)1(0 ddxe 把把電子崩和陰極上的電子崩和陰極上的過程過程作為氣體自持放電的決定性因素作為氣體自持放電的決定性因素是湯遜理論的基礎(chǔ)，它只能使用于是湯遜理論的基礎(chǔ)，它只能使用于低氣壓、短氣隙低氣壓、短氣隙的情況的情況 pd26.66kPa cm (200mmHg cm) ，因?yàn)檫@種條件下不會(huì)出，因?yàn)檫@種條件下不會(huì)出現(xiàn)以后要介紹的流

40、注現(xiàn)象。現(xiàn)以后要介紹的流注現(xiàn)象。上述過程可以用圖上述過程可以用圖 1-6 中的圖解加以概括，當(dāng)自持放電條件中的圖解加以概括，當(dāng)自持放電條件得到滿足時(shí)，就會(huì)形成圖解閉環(huán)部分循環(huán)不息的狀態(tài)，放電得到滿足時(shí)，就會(huì)形成圖解閉環(huán)部分循環(huán)不息的狀態(tài)，放電就能自己維持下去，而不再依賴外界電離因子的作用了。就能自己維持下去，而不再依賴外界電離因子的作用了。第三節(jié)第三節(jié) 自持放電條件自持放電條件2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201541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碰撞電離碰撞電離電子崩電子崩（）過程）過程氣體中的自由電子氣體中

41、的自由電子在電場(chǎng)中加速在電場(chǎng)中加速 陰極表面二次發(fā)射陰極表面二次發(fā)射 (過程）過程）正離子正離子圖圖 1-6 低氣壓、短氣隙情況下氣體的放電過程低氣壓、短氣隙情況下氣體的放電過程 第三節(jié)第三節(jié) 自持放電條件自持放電條件2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201542第四節(jié)第四節(jié) 起始電壓與氣壓的關(guān)系起始電壓與氣壓的關(guān)系 利用湯遜理論的自持放電條件，以及碰撞電離系數(shù)利用湯遜理論的自持放電條件，以及碰撞電離系數(shù)與氣壓與氣壓p p 、電場(chǎng)強(qiáng)度、電場(chǎng)強(qiáng)度E E 的關(guān)系式，并考慮均勻電場(chǎng)中自持放電起始的關(guān)系式，并考慮均勻電場(chǎng)中自持放電起始場(chǎng)強(qiáng)場(chǎng)強(qiáng) ，可得到下面的關(guān)系式

42、，可得到下面的關(guān)系式dUE00 )11ln()(ln)(0pdApdBU由于均勻電場(chǎng)氣隙的擊穿電壓由于均勻電場(chǎng)氣隙的擊穿電壓U Ub b等于它的自持放電起始電壓等于它的自持放電起始電壓 U U0 0 , , 所以上式表明：所以上式表明：U U0 0 或或U Ub b是是氣壓和極間距離的乘積氣壓和極間距離的乘積（pd pd ) )的函數(shù)，即的函數(shù)，即 Ub =U0= f ( pd )巴申定律巴申定律EBpApe1)1( ade 2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201543 擊穿電壓擊穿電壓Ub具有具有極小值極小值，提高氣壓或降低氣壓到真空都能提高氣壓或降低

43、氣壓到真空都能提高氣隙的擊穿電壓。提高氣隙的擊穿電壓。Ub = f ( pd ) 曲線稱為曲線稱為巴申曲線巴申曲線。它表明：。它表明：如果改變極間距離如果改變極間距離d 的同時(shí)，也相應(yīng)的改變氣壓的同時(shí)，也相應(yīng)的改變氣壓 p ，而使，而使pd的乘積不變，則極間的乘積不變，則極間距離不等的氣隙的擊穿電壓卻彼此相等。距離不等的氣隙的擊穿電壓卻彼此相等。 上述巴申定律是在溫度上述巴申定律是在溫度T不變的條件下得出不變的條件下得出 的。在氣溫的。在氣溫 T 并并非恒定的情況下，應(yīng)改寫成非恒定的情況下，應(yīng)改寫成Ub = F ( d )式中 氣體的相對(duì)密度。第四節(jié)第四節(jié) 起始電壓與氣壓的關(guān)系起始電壓與氣壓的

44、關(guān)系2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201544Ub(kV)圖1-7 均勻電場(chǎng)中空氣的巴申曲線0.10.20.30.51 2 3 5 10 20 30 50 100 300 100050201010.3520.20.1 0.5330pd(133.3Pa.cm)第四節(jié)第四節(jié) 起始電壓與氣壓的關(guān)系起始電壓與氣壓的關(guān)系2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201545 擊穿電壓有最小值的定性解釋擊穿電壓有最小值的定性解釋 形成自持放電需要一定的電離數(shù)，這決定于形成自持放電需要一定的電離數(shù)，這決定于碰碰撞次數(shù)撞次數(shù)與與電離概率電

45、離概率的乘積；的乘積； 若若d d一定一定，則，則p p增大時(shí)，碰撞次數(shù)增加，但電離增大時(shí)，碰撞次數(shù)增加，但電離概率減小，因此在某個(gè)概率減小，因此在某個(gè)p p值下，碰撞次數(shù)與電離概值下，碰撞次數(shù)與電離概率的乘積有最大值；率的乘積有最大值； 若若p p一定一定，d d增大時(shí)，碰撞次數(shù)增加，但電離概增大時(shí)，碰撞次數(shù)增加，但電離概率減小（場(chǎng)強(qiáng)減?。?，因此在某個(gè)率減小（場(chǎng)強(qiáng)減?。虼嗽谀硞€(gè)d d值下，碰撞次值下，碰撞次數(shù)與電離概率的乘積有最大值；數(shù)與電離概率的乘積有最大值；第四節(jié)第四節(jié) 起始電壓與氣壓的關(guān)系起始電壓與氣壓的關(guān)系2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 20152

46、01546第四節(jié)第四節(jié) 起始電壓與氣壓的關(guān)系起始電壓與氣壓的關(guān)系2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201547第五節(jié)第五節(jié) 氣體放電的流注理論氣體放電的流注理論湯遜理論的實(shí)用性湯遜理論的實(shí)用性n能較好的解釋能較好的解釋低氣壓短氣隙低氣壓短氣隙中的放電現(xiàn)象。中的放電現(xiàn)象。n不能解釋不能解釋高氣壓長(zhǎng)氣隙高氣壓長(zhǎng)氣隙中的放電現(xiàn)象。中的放電現(xiàn)象。n（1）時(shí)間短：時(shí)間短：實(shí)際測(cè)的大氣擊穿時(shí)間比按湯遜理論推測(cè)的時(shí)實(shí)際測(cè)的大氣擊穿時(shí)間比按湯遜理論推測(cè)的時(shí)n 間小得多；間小得多；n（2）放電通道出現(xiàn)）放電通道出現(xiàn)不均勻不均勻。2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電

47、壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201548 (1) (1) 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)的影響原有均勻場(chǎng)強(qiáng)在電子崩前方和尾部原有均勻場(chǎng)強(qiáng)在電子崩前方和尾部處都增強(qiáng)了，在這兩個(gè)強(qiáng)場(chǎng)區(qū)中間處都增強(qiáng)了，在這兩個(gè)強(qiáng)場(chǎng)區(qū)中間出現(xiàn)了一個(gè)電場(chǎng)強(qiáng)度很小但電子和出現(xiàn)了一個(gè)電場(chǎng)強(qiáng)度很小但電子和正離子濃度卻最大的區(qū)域，使此處正離子濃度卻最大的區(qū)域，使此處產(chǎn)生強(qiáng)烈的復(fù)合并發(fā)射出許多光子產(chǎn)生強(qiáng)烈的復(fù)合并發(fā)射出許多光子，成為引發(fā)新的空間光電離的輻射成為引發(fā)新的空間光電離的輻射源。源。x(a)(b)EE0dE0第五節(jié)第五節(jié) 氣體放電的流注理論氣體放電的流注理論2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高

48、電壓技術(shù) 2015201549輻射源向氣隙空間各處發(fā)射光子而引起光電離。如果光子輻射源向氣隙空間各處發(fā)射光子而引起光電離。如果光子位于位于強(qiáng)場(chǎng)區(qū)強(qiáng)場(chǎng)區(qū)，二次電子崩二次電子崩將以更大得多的電離強(qiáng)度向陽(yáng)極發(fā)將以更大得多的電離強(qiáng)度向陽(yáng)極發(fā)展，或匯入崩尾。展，或匯入崩尾。 (2)(2)空間光電離的作用空間光電離的作用第五節(jié)第五節(jié) 氣體放電的流注理論氣體放電的流注理論 圖圖1-9 1-9 流注形成過程流注形成過程(a)(b)(c)x(a)(b)EE0dE02022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201550 流注理論：流注理論：在初始階段，氣體放在初始階段，氣體放電以碰撞

49、電離和電子崩的形式出現(xiàn)電以碰撞電離和電子崩的形式出現(xiàn)，但當(dāng)電子崩發(fā)展到一定程度后，但當(dāng)電子崩發(fā)展到一定程度后，某一初始電子崩的頭部積聚到足夠某一初始電子崩的頭部積聚到足夠數(shù)量的空間電荷數(shù)量的空間電荷，就會(huì)引起新的強(qiáng)，就會(huì)引起新的強(qiáng)烈電離和二次電子崩，這種強(qiáng)烈的烈電離和二次電子崩，這種強(qiáng)烈的電離和二次電子崩是由于空間電荷電離和二次電子崩是由于空間電荷使使局部電場(chǎng)大大增強(qiáng)局部電場(chǎng)大大增強(qiáng)以及以及發(fā)生空間發(fā)生空間光電離光電離的結(jié)果，這時(shí)放電即轉(zhuǎn)入新的結(jié)果，這時(shí)放電即轉(zhuǎn)入新的流注階段。的流注階段。 (2)(2)空間光電離的作用空間光電離的作用第五節(jié)第五節(jié) 氣體放電的流注理論氣體放電的流注理論 圖圖1-

50、9 1-9 流注形成過程流注形成過程(a)(b)(c)2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201551 流注：流注：電離強(qiáng)度和發(fā)展速度遠(yuǎn)大于初始電子崩的新電離強(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放電區(qū)（二次電子崩）以及它們不斷匯入初崩通道的過程被稱為流注。過程被稱為流注。 (2)(2)空間光電離的作用空間光電離的作用第五節(jié)第五節(jié) 氣體放電的流注理論氣體放電的流注理論 圖圖1-9 1-9 流注形成過程流注形成過程(a)(b)(c)2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201552 (

51、 (二二) )空間光電離的作用空間光電離的作用第五節(jié)第五節(jié) 氣體放電的流注理論氣體放電的流注理論2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201553 流注的特點(diǎn)：流注的特點(diǎn)：電離強(qiáng)度很電離強(qiáng)度很大，傳播速度很快（超過初大，傳播速度很快（超過初崩發(fā)展速度崩發(fā)展速度1010倍以上）。倍以上）。u 出現(xiàn)流注后放電便獲得獨(dú)立出現(xiàn)流注后放電便獲得獨(dú)立繼續(xù)發(fā)展的能力，而不在依賴?yán)^續(xù)發(fā)展的能力，而不在依賴外界電離因素的作用，可見外界電離因素的作用，可見出出現(xiàn)流現(xiàn)流注注的條件也就是自持放電的條件也就是自持放電條件。條件。n出現(xiàn)流注的條件出現(xiàn)流注的條件:初崩頭部空間電荷數(shù)必須達(dá)到

52、某一臨界值，初崩頭部空間電荷數(shù)必須達(dá)到某一臨界值，對(duì)于均勻電場(chǎng)，對(duì)于均勻電場(chǎng)，自持放電條件自持放電條件為為:e:ead ad = = 常數(shù)常數(shù)或 ad = 常數(shù)常數(shù) 圖圖1-9 1-9 流注形成過程流注形成過程(a)(b)(c)第五節(jié)第五節(jié) 氣體放電的流注理論氣體放電的流注理論2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201554試驗(yàn)研究所得的常數(shù)值為試驗(yàn)研究所得的常數(shù)值為 20ad 或 810adeu可見初崩頭部的電子數(shù)要達(dá)到可見初崩頭部的電子數(shù)要達(dá)到10108 8 時(shí)，放電才能轉(zhuǎn)為自持（時(shí)，放電才能轉(zhuǎn)為自持（出現(xiàn)流注）。出現(xiàn)流注）。 如果電極間所加電壓正好等于

53、自持放電起始電壓如果電極間所加電壓正好等于自持放電起始電壓U U0 0，那就意，那就意味著初崩要跑完整個(gè)氣隙，頭部才能積聚到足夠的電子數(shù)而引味著初崩要跑完整個(gè)氣隙，頭部才能積聚到足夠的電子數(shù)而引起流注。起流注。如果所加電壓超過自持放電電壓如果所加電壓超過自持放電電壓U U0 0，流注將提前出現(xiàn)和以更，流注將提前出現(xiàn)和以更快的速度發(fā)展。快的速度發(fā)展。第五節(jié)第五節(jié) 氣體放電的流注理論氣體放電的流注理論2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201555流注理論能夠解釋湯遜理論無法解釋的一系列高氣流注理論能夠解釋湯遜理論無法解釋的一系列高氣壓、長(zhǎng)氣隙下出現(xiàn)的放電現(xiàn)象，

54、例如：時(shí)間問題，放壓、長(zhǎng)氣隙下出現(xiàn)的放電現(xiàn)象，例如：時(shí)間問題，放電不均勻性。電不均勻性。n注意：注意：這兩種理論各適用一定條件下的放電過程，這兩種理論各適用一定條件下的放電過程，不能用一種理論來代替另一種理論。不能用一種理論來代替另一種理論。第五節(jié)第五節(jié) 氣體放電的流注理論氣體放電的流注理論2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201556第六節(jié)第六節(jié) 不均勻電場(chǎng)中的放電過程不均勻電場(chǎng)中的放電過程一、稍不均勻電場(chǎng)和極不均勻電場(chǎng)的放電特征一、稍不均勻電場(chǎng)和極不均勻電場(chǎng)的放電特征稍不均勻電場(chǎng)：稍不均勻電場(chǎng)：放電特性與均勻電場(chǎng)相似，放電特性與均勻電場(chǎng)相似，一旦出現(xiàn)自

55、持放一旦出現(xiàn)自持放電，一定立即導(dǎo)致整個(gè)氣隙擊穿電，一定立即導(dǎo)致整個(gè)氣隙擊穿。 例如例如：高壓實(shí)驗(yàn)中用來測(cè)高電壓的球隙、全封閉組合電器中的：高壓實(shí)驗(yàn)中用來測(cè)高電壓的球隙、全封閉組合電器中的分相母線筒。分相母線筒。2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201557主變壓器側(cè)面一、稍不均勻電場(chǎng)和極不均勻電場(chǎng)的放電特征一、稍不均勻電場(chǎng)和極不均勻電場(chǎng)的放電特征2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201558第六節(jié)第六節(jié) 不均勻電場(chǎng)中的放電過程不均勻電場(chǎng)中的放電過程一、稍不均勻電場(chǎng)和極不均勻電場(chǎng)的放電特征一、稍不均勻電場(chǎng)和極不均勻電場(chǎng)的

56、放電特征極不均勻電場(chǎng)：極不均勻電場(chǎng)：電場(chǎng)強(qiáng)度沿氣隙分布極不均勻，當(dāng)所加電壓電場(chǎng)強(qiáng)度沿氣隙分布極不均勻，當(dāng)所加電壓達(dá)到某一臨界值時(shí)，曲率半徑小的電極附近空間電場(chǎng)強(qiáng)度首先達(dá)到某一臨界值時(shí)，曲率半徑小的電極附近空間電場(chǎng)強(qiáng)度首先達(dá)到起始場(chǎng)強(qiáng)值達(dá)到起始場(chǎng)強(qiáng)值E E0 0，在此區(qū)域出現(xiàn)放電在此區(qū)域出現(xiàn)放電，但，但氣隙的大部分并未氣隙的大部分并未出現(xiàn)放電現(xiàn)象，即出現(xiàn)放電現(xiàn)象，即出現(xiàn)電暈現(xiàn)象出現(xiàn)電暈現(xiàn)象。電暈：電暈：僅發(fā)生在強(qiáng)場(chǎng)區(qū)（小曲率半徑電極附近空間）的局部放僅發(fā)生在強(qiáng)場(chǎng)區(qū)（小曲率半徑電極附近空間）的局部放電稱為電稱為電暈放電。電暈放電。u外觀特征：外觀特征：環(huán)繞電極表面的藍(lán)紫色光暈。環(huán)繞電極表面的藍(lán)紫色

57、光暈。u電暈起始電壓：電暈起始電壓：開始出現(xiàn)電暈放電時(shí)的電壓為開始出現(xiàn)電暈放電時(shí)的電壓為電暈起始電壓電暈起始電壓。隨著外加電壓的增大，電暈區(qū)也增大，但氣隙仍保持絕緣狀態(tài)，隨著外加電壓的增大，電暈區(qū)也增大，但氣隙仍保持絕緣狀態(tài)，并未擊穿。并未擊穿。2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201559 電場(chǎng)不均勻系數(shù)電場(chǎng)不均勻系數(shù)avEEfmax式中 Emax 最大電場(chǎng)強(qiáng)度 Eav 平均電場(chǎng)強(qiáng)度。 dUEav U 電極間的電壓 d 極間距離 一般： f =1時(shí)，時(shí)，均勻電場(chǎng)均勻電場(chǎng)； f 4 時(shí)，時(shí)，極不均勻電場(chǎng)。極不均勻電場(chǎng)。第六節(jié)第六節(jié) 不均勻電場(chǎng)中的放電過程不

58、均勻電場(chǎng)中的放電過程2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201560 二、架空線路的電暈放電二、架空線路的電暈放電電暈放電：電暈放電：可以是可以是極不均勻電場(chǎng)極不均勻電場(chǎng)氣隙擊穿過程的第一階段，氣隙擊穿過程的第一階段，也可以是長(zhǎng)期存在的穩(wěn)定放電形式。這種放電對(duì)也可以是長(zhǎng)期存在的穩(wěn)定放電形式。這種放電對(duì)超高壓和特高超高壓和特高壓壓輸電線路具有特殊的重要性。輸電線路具有特殊的重要性。 以輸電線路為例，半徑為以輸電線路為例，半徑為 r 的的單根導(dǎo)線單根導(dǎo)線，離地高度為，離地高度為 h ，導(dǎo)，導(dǎo)線表面電場(chǎng)強(qiáng)度線表面電場(chǎng)強(qiáng)度 E 與對(duì)地電壓與對(duì)地電壓 U 的關(guān)系：的關(guān)

59、系：rhrUE2ln第六節(jié)第六節(jié) 不均勻電場(chǎng)中的放電過程不均勻電場(chǎng)中的放電過程2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201561 兩根兩根線間距離為線間距離為 D 、半徑為、半徑為 r 的平行導(dǎo)線，線間電壓為的平行導(dǎo)線，線間電壓為 U， 則：則：rDrUEln2u 皮克公式，線路電暈起始場(chǎng)強(qiáng)皮克公式，線路電暈起始場(chǎng)強(qiáng) Ec 近似計(jì)算式如下近似計(jì)算式如下)/(3 . 0130cmkVrmEc 式中式中 m導(dǎo)線表面粗糙系數(shù)，光滑導(dǎo)線的導(dǎo)線表面粗糙系數(shù)，光滑導(dǎo)線的m1, 絞線的絞線的 m 0.80.9； 空氣相對(duì)密度；空氣相對(duì)密度； r 導(dǎo)線半徑，導(dǎo)線半徑，cm 。

60、 第六節(jié)第六節(jié) 不均勻電場(chǎng)中的放電過程不均勻電場(chǎng)中的放電過程2022年年4月月23日日19時(shí)時(shí)57分分高電壓技術(shù)高電壓技術(shù) 2015201562電暈受天氣的影響：電暈受天氣的影響： 在在雨、雪、霧等壞天氣雨、雪、霧等壞天氣時(shí)，導(dǎo)線表面時(shí)，導(dǎo)線表面的水滴使導(dǎo)線表面電場(chǎng)發(fā)生變化，降低了電暈起始電壓和起的水滴使導(dǎo)線表面電場(chǎng)發(fā)生變化，降低了電暈起始電壓和起始場(chǎng)強(qiáng)，始場(chǎng)強(qiáng)，更容易發(fā)生電暈更容易發(fā)生電暈。電暈的危害：電暈的危害：（1）電暈放電所產(chǎn)生的光、聲、熱等效應(yīng)使空氣發(fā)生化學(xué)反）電暈放電所產(chǎn)生的光、聲、熱等效應(yīng)使空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，應(yīng)，會(huì)消耗一些能量會(huì)消耗一些能量，電暈損耗是超高壓輸電線路設(shè)計(jì)是必須，電