不均勻電場中空氣間隙的擊穿

高電壓技術(shù)不均勻電場中氣隙的擊穿機(jī)理分析2極不均勻電場的放電過程極不均勻電場中的放電存在明顯的極性效應(yīng)。既放電的發(fā)展過程、氣息的電氣強(qiáng)度、擊穿電壓等都與電極的極性有關(guān)；極性的確定極性由表面電場較強(qiáng)的電極所決定兩個(gè)電極幾何形狀不同的場合極性取決于曲率半徑較小的電極的電位符號（“棒—板”間隙取決于棒電極電位）；幾何形狀相同（“棒—棒”間隙）取決于不接地的那個(gè)電極上的電位。理論基礎(chǔ)短間隙——流注理論長間隙——先導(dǎo)放電（雷電放電）3

短間隙極不均勻電場中的放電過程（棒－板間隙）⑴正極性（正棒—負(fù)板）非自持放電階段棒極附近強(qiáng)場區(qū)域內(nèi)形成電子崩，電子崩頭部的電子被棒極中和，在棒極附近空間留下許多正離子，積聚起的正空間電荷，減少了緊貼棒極附近的電場，而略微加強(qiáng)了外部空間的電場，棒極附近難以造成流注，使得自持放電、即電暈放電難以形成E0—原電場；Eq—空間電荷電場；Ecom—合成電場E0(c)Ecom=E0+EqE0EEqx(a)(b)EqEq－－4流注發(fā)展階段電子崩進(jìn)入棒電極，正電荷留在棒尖加強(qiáng)了前方（板極方向）的電場；電場的加強(qiáng)對形成流注發(fā)展有利。頭部前方產(chǎn)生新電子崩，吸引入流注頭部正電荷區(qū)內(nèi)，加強(qiáng)并延長流注通道；流注及其頭部的正電荷使強(qiáng)電場區(qū)向前移，促進(jìn)流注通道進(jìn)一步發(fā)展，逐漸向陰極推進(jìn)，形成正流注E0—原電場；Eq—空間電荷電場；Ecom—合成電場E0(c)Ecom=E0+EqE0EEqx(a)(b)EqEq－－5正空間電荷（正極性）削弱棒極附近電場棒極附近難以形成流注，起始電暈電壓高加強(qiáng)了正空間電荷外部朝向板極的電場有利于流注向間隙深處發(fā)展，故其擊穿電壓低正空間電荷積聚，削弱了電離積聚的正空間電荷在間隙深處加強(qiáng)電場6負(fù)極性（負(fù)棒—正板）非自持放電階段電子崩中電子離開強(qiáng)電場區(qū)后，難以再引起電離，正離子逐漸向棒極運(yùn)動，在棒極附近出現(xiàn)了比較集中的正空間電荷，使電場畸變棒極附近的電場得到增強(qiáng)，因而自待放電條件就易于得到滿足，易于轉(zhuǎn)入流注而形成電暈放電E0—原電場；Eq—空間電荷電場；Ecom—合成電場Ecom=E0+Eq(c)

E0EEqx(a)(b)

E0＋＋EqEq7流注發(fā)展階段電子崩由強(qiáng)場區(qū)向弱場區(qū)發(fā)展，對電子崩發(fā)展不利。棒極前的正電荷區(qū)消弱了前方（陽極方向）空間的電場，使流注發(fā)展不利等離子體層前方電場足夠強(qiáng)后，發(fā)展新電子崩，形成了大量二次電子崩，匯集起來后使得等離子體層向陽極推進(jìn)，形成負(fù)流注E0—原電場；Eq—空間電荷電場；Ecom—合成電場Ecom=E0+Eq(c)

E0EEqx(a)(b)

E0＋＋EqEq8正空間電荷（負(fù)極性）加強(qiáng)棒極附近電場棒極附近易于形成流注，起始電暈電壓低削弱了正空間電荷外部朝向板極的電場不利于流注向間隙深處發(fā)展，放電發(fā)展困難，故其擊穿電壓高正空間電荷積聚，加強(qiáng)了電離積聚的正空間電荷在間隙深處減弱電場非自持放電階段正極性：正空間電荷削弱棒極附近場強(qiáng)而加強(qiáng)外部電場，阻止棒極附近流注形成使電暈起始電壓提高；負(fù)極性：正空間電荷加強(qiáng)棒極附近場強(qiáng)而削弱外部電場，促進(jìn)棒極附近流注形成使電暈起始電壓降低。流注發(fā)展階段正極性：空間電荷加強(qiáng)放電區(qū)外部空間的電場，因此當(dāng)電壓進(jìn)一步提高時(shí)，強(qiáng)場區(qū)將逐漸向極板推進(jìn)至擊穿。負(fù)極性：空間電荷削弱放電區(qū)外部空間的電場，因此當(dāng)電壓進(jìn)一步提高時(shí)，電暈區(qū)不易向外擴(kuò)展，氣隙擊穿將不順利，因此負(fù)極性擊穿