氣體放電的基本物理過程2014PPT學習教案

1、會計學1氣體氣體(qt)放電的基本物理過程放電的基本物理過程2014第一頁，共21頁。高電壓工程基礎(chǔ)第第2 2章章 氣體氣體(qt)(qt)放電的基本物理過程放電的基本物理過程 2.1 帶電粒子的產(chǎn)生與消失 2.2 放電的電子崩階段(jidun) 2.3 自持放電條件 2.4 不均勻電場中放電的極性效應2第1頁/共21頁第二頁，共21頁。高電壓工程基礎(chǔ)2.1 帶電粒子的產(chǎn)生帶電粒子的產(chǎn)生(chnshng)與消失與消失 氣體氣體(qt)(qt)中電子與正離子中電子與正離子的產(chǎn)生的產(chǎn)生 （1）熱電離）熱電離(dinl)32WkT波爾茨曼常數(shù)1.3810-23J/K 熱力學溫度 （2）光電離）光電離

2、Wh普朗克常數(shù)6.6310-34Js （3）碰撞電離）碰撞電離ihcW條 件 ：212imveExWiUxE條 件 ：3第2頁/共21頁第三頁，共21頁。高電壓工程基礎(chǔ)（4）分級）分級(fn j)電離電離氣體電離能激勵能N215.56.1O212.57.9CO213.710.0SF615.66.8H2O12.77.6潘寧效應，如下(rxi)圖，混合氣體的擊穿強度低于這兩種氣體各自的擊穿強度。 4第3頁/共21頁第四頁，共21頁。高電壓工程基礎(chǔ) 電極電極(dinj)(dinj)表面的電子逸出表面的電子逸出 一些金屬的逸出功金屬逸出功鋁1.8銀3.1銅3.9鐵3.9氧化銅5.3（1）正離子撞擊陰極

3、(ynj) （2）光電子發(fā)射（3）強場發(fā)射 （4）熱電子發(fā)射5第4頁/共21頁第五頁，共21頁。高電壓工程基礎(chǔ) 氣體氣體(qt)(qt)中負離子的形成中負離子的形成 電子親合能：可用來衡量原子捕獲一個電子的難易(nn y)，越大則越易形成負離子。 元素電子親合能（eV）電負性值F3.454.0Cl3.613.0Br3.362.8I3.062.5 負離子的形成使自由電子數(shù)減少(jinsho)，因而對放電發(fā)展起抑制作用。6第5頁/共21頁第六頁，共21頁。高電壓工程基礎(chǔ) 帶電帶電(di din)(di din)質(zhì)點的消失質(zhì)點的消失 （1）帶電質(zhì)點的擴散）帶電質(zhì)點的擴散 帶電質(zhì)點從濃度較大帶電質(zhì)點從

4、濃度較大(jio d)的區(qū)域向濃度較小的區(qū)域的移動，的區(qū)域向濃度較小的區(qū)域的移動，從而使?jié)舛茸兊镁鶆虻倪^程，稱為帶電質(zhì)點的擴散從而使?jié)舛茸兊镁鶆虻倪^程，稱為帶電質(zhì)點的擴散（2）帶電質(zhì)點的復合）帶電質(zhì)點的復合 帶異號電荷的質(zhì)點相遇，發(fā)生電荷的傳遞和中和而還原為中性帶異號電荷的質(zhì)點相遇，發(fā)生電荷的傳遞和中和而還原為中性質(zhì)點的過程，稱為復合。質(zhì)點的過程，稱為復合。7第6頁/共21頁第七頁，共21頁。高電壓工程基礎(chǔ)2.2 放電放電(fng din)的電子崩階的電子崩階段段 非自持非自持(zch)(zch)放電和自持放電和自持(zch)(zch)放放電的不同特點電的不同特點 電流(dinli)隨外施電壓

5、的提高而增大，因為帶電質(zhì)點向電極運動的速度加快復合率減小 電流飽和，帶電質(zhì)點全部進入電極，電流僅取決于外電離因素的強弱（良好的絕緣狀態(tài)） 電流開始增大，由于電子碰撞電離引起的 電流急劇上升放電過程進入了一個新的階段（擊穿） 外施電壓小于U0時的放電是非自持放電。電壓到達U0后，電流劇增，間隙中電離過程只靠外施電壓已能維持，不再需要外電離因素。 自持放電起始電壓8第7頁/共21頁第八頁，共21頁。高電壓工程基礎(chǔ) 電子崩的形成（電子崩的形成（BC段電流段電流(dinli)劇增原因）劇增原因） ddnnx0d0exxnnddnxn0ednn00(e1)dnnnn 電子碰撞電離系數(shù)電子碰撞電離系數(shù)：代

6、表一個電子沿電力線方向行經(jīng)1cm時平均發(fā)生的碰撞電離次數(shù)。 0exnn9第8頁/共21頁第九頁，共21頁。高電壓工程基礎(chǔ) 影響碰撞電離影響碰撞電離(dinl)的因素的因素i1eUE1cm長度內(nèi)一個電子的平均碰撞次數(shù)為1/ ：電子平均自由行程碰撞引起電離的概率碰撞電離的條件i/xUETpBp EApe10第9頁/共21頁第十頁，共21頁。高電壓工程基礎(chǔ)2.3 自持自持(zch)放電條件放電條件 pd 值較小的情況值較小的情況(qngkung)（湯遜）（湯遜）（1）湯遜自持放電(fng din)判據(jù)(e1)1de1d1lnd（2）氣體擊穿的巴申定律 b1elnBpd UApdbln1lnBpdUA

7、pdb()Uf pd（3）氣體密度對擊穿的影響 b()UFdss2.9T ppp TT11第10頁/共21頁第十一頁，共21頁。高電壓工程基礎(chǔ) pd 值較大的情況值較大的情況(qngkung)（流注）（流注） 原電場(din chng)明顯畸變 二次電子的主要來源(liyun)是空間的光電離 （1）流注的形成條件12流注放電特點：第11頁/共21頁第十二頁，共21頁。高電壓工程基礎(chǔ)（2）流注自持放電(fng din)條件（即形成流注的條件）e1d1lnd1ln20d對于空氣間隙：湯遜放電湯遜放電(fng din)理論與流注放電理論與流注放電(fng din)理理論的比較：論的比較： 流注理論可

8、以解釋(jish)湯遜理論無法說明的pd值大時的放電現(xiàn)象。 兩種理論各適用于一定條件的放電過程，不能用一種理論取代另一種理論。13第12頁/共21頁第十三頁，共21頁。半徑為r的球間隙的放電特性與極間距d的關(guān)系 高電壓工程基礎(chǔ)2.4 不均勻電場不均勻電場(din chng)中氣體放電中氣體放電的特點的特點 稍不均勻電場稍不均勻電場(din chng)和極不均勻電場和極不均勻電場(din chng)的不同特點的不同特點放電具有稍不均勻(jnyn)場間隙的特點擊穿電壓與電暈起始電壓相同 放電具有極不均勻場間隙的特點電暈起始電壓明顯低于擊穿電壓 放電過程不穩(wěn)定，分散屬于過渡區(qū) maxaEfE電場不均

9、勻系數(shù)：aUEd14第13頁/共21頁第十四頁，共21頁。高電壓工程基礎(chǔ)極不均勻極不均勻(jnyn)電場中的電暈放電電場中的電暈放電（1）電暈(din yn)放電的起始場強c0.330(1)/EkV cmrc120.330(1)/Em mkV cmr是氣體相對密度；m1表面(biomin)粗糙度系數(shù)，理想光滑導線取1，絞線0.80.9；好天氣時m2=1，壞天氣時m2可按0.8估算。 cc2lnhUE rr高度為h的單根導線：cc2lnddUE rr距離為 的兩根平行線：15第14頁/共21頁第十五頁，共21頁。高電壓工程基礎(chǔ)（2）電暈放電的危害(wihi)與對策危害：危害：功率損耗、電磁干擾、

10、噪聲污染對策對策：（：（限制導線的表面場強限制導線的表面場強 ） 采用分裂導線。 對330kV及以上的線路應采用分裂導線，例如330，500和750kV的線路可分別采用二分裂、四分裂和六分裂導線。 16第15頁/共21頁第十六頁，共21頁。高電壓工程基礎(chǔ)（2）電暈放電(fng din)的利用 在某些情況下可以利用電暈放電(fng din)產(chǎn)生的空間電荷來改善極不均勻場的電場分布，以提高擊穿電壓。導線板電極的空氣間隙擊穿電壓（有效值）與間隙距離的關(guān)系1D=0.5mm 2D=3mm 3D=16mm 4D=20mm 虛線尖-板電極間隙 點劃線均勻場間隙17第16頁/共21頁第十七頁，共21頁。高電壓

11、工程基礎(chǔ) 不均勻電場中放電不均勻電場中放電(fng din)的極性效應的極性效應負極性棒板間隙的電暈起始電壓比正極性棒板電極(dinj)低負極性棒板間隙擊穿電壓比正極性棒板電極(dinj)高 18第17頁/共21頁第十八頁，共21頁。高電壓工程基礎(chǔ)2.5 放電放電(fng din)等離子體等離子體等離子體：帶正電荷粒子和帶負電荷粒子幾乎等量混合，整等離子體：帶正電荷粒子和帶負電荷粒子幾乎等量混合，整體體(zhngt)(zhngt)呈電中性的一種集合體。呈電中性的一種集合體。等離子體的分類：等離子體的分類：（1 1）等溫等離子體：電子溫度與離子溫度、氣體溫度相等時）等溫等離子體：電子溫度與離子溫

12、度、氣體溫度相等時的等離子體稱為等溫等離子體。的等離子體稱為等溫等離子體。（2 2）不等溫等離子體：電子溫度與離子溫度、氣體溫度不相）不等溫等離子體：電子溫度與離子溫度、氣體溫度不相等時的等離子體稱為不等溫等離子體。等時的等離子體稱為不等溫等離子體。19第18頁/共21頁第十九頁，共21頁。高電壓工程基礎(chǔ)2.5 放電放電(fng din)等離子體等離子體等離子體的術(shù)語：等離子體的術(shù)語：（1 1）緩和時間）緩和時間(shjin)(shjin)（2 2）德拜半徑）德拜半徑（3 3）電子等離子體振動）電子等離子體振動（4 4）磁場中等離子體粒子）磁場中等離子體粒子（5 5）電導率）電導率20=een e第19頁/共21頁第二十頁，共21頁。高電壓工程基礎(chǔ)2.5 放電放電(fng din)等離子體等離子體平衡等離子體：等溫等離子體中離子、電子和中性氣體平衡等離子體：等溫等離子體中離子、電子和中性氣體分子的平均熱運動動能相等，與各自的成分無關(guān)，處于分子的平均熱運動動能相等，與各自的成分無關(guān)，處于熱平衡狀態(tài)，稱為平衡等離子體。熱平衡狀態(tài)，稱為平衡等離子體。非平衡等離子體：在電子和離子的碰撞過程中，由于電非平衡等離子體：在電子和離子的碰撞過程中，由于電子與離子的質(zhì)量相差很大