高電壓技術(shù)氣體擊穿理論分析和氣體間隙絕緣演示文稿

高電壓技術(shù)氣體擊穿理論分析和氣體間隙絕緣演示文稿目前一頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)（優(yōu)選）高電壓技術(shù)氣體擊穿理論分析和氣體間隙絕緣目前二頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)第一節(jié)氣體放電的主要形式簡(jiǎn)介氣體放電的概念氣體放電——?dú)怏w中流通電流的各種形式。正常狀態(tài)：優(yōu)良的絕緣體。在一個(gè)立方厘米體積內(nèi)僅含幾千個(gè)帶電粒子,但這些帶電粒子并不影響氣體的絕緣。空氣的利用：架空輸電線路個(gè)相導(dǎo)線之間、導(dǎo)線與地線之間、導(dǎo)線與桿塔之間的絕緣；變壓器相間的絕緣等。目前三頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)輸電線路以氣體作為絕緣材料第一節(jié)氣體放電的主要形式簡(jiǎn)介目前四頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)變壓器相間絕緣以氣體作為絕緣材料第一節(jié)氣體放電的主要形式簡(jiǎn)介目前五頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)第一節(jié)氣體放電的主要形式簡(jiǎn)介高電壓狀態(tài)電壓升高達(dá)到一定數(shù)值氣體中的帶電粒子大量增加電流增大達(dá)到一定數(shù)值氣體失去絕緣擊穿（或閃絡(luò)）擊穿——純空氣隙之間。（架空線相間的空氣放電）閃絡(luò)——?dú)怏w沿著固體表面擊穿。（氣體沿著懸掛架空線的絕緣子串放電）目前六頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)第一節(jié)氣體放電的主要形式簡(jiǎn)介氣體放電的相關(guān)概念擊穿電壓Ub或閃絡(luò)電壓Uf——發(fā)生擊穿或閃絡(luò)的最低臨界電壓；擊穿場(chǎng)強(qiáng)Eb——（均勻電場(chǎng)中的擊穿電壓）/間隙距離平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)——（不均勻電場(chǎng)中的擊穿電壓）/間隙距離目前七頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)第一節(jié)氣體放電的主要形式簡(jiǎn)介根據(jù)氣體壓力、電源功率、電極形狀等因素的不同，擊穿后氣體放電可具有多種不同形式。利用放電管可以觀察放電現(xiàn)象的變化擊穿后氣體的放電形式目前八頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)第一節(jié)氣體放電的主要形式簡(jiǎn)介當(dāng)氣體壓力不大，電源功率很?。ǚ烹娀芈分写牒艽笞杩梗r(shí)，外施電壓增到一定值后，回路中電流突增至明顯數(shù)值，管內(nèi)陰極和陽極間整個(gè)空間忽然出現(xiàn)發(fā)光現(xiàn)象。特點(diǎn)：放電電流密度較小，放電區(qū)域通常占據(jù)了整個(gè)電極間的空間。霓虹管中的放電就是輝光放電的例子，管中所充氣體不同，發(fā)光顏色也不同輝光放電目前九頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)第一節(jié)氣體放電的主要形式簡(jiǎn)介減小外回路中的阻抗，則電流增大，電流增大到一定值后，放電通道收細(xì)，且越來越明亮，管端電壓則更加降低，說明通道的電導(dǎo)越來越大特點(diǎn)：電弧通道和電極的溫度都很高，電流密度極大，電路具有短路的特征電弧放電目前十頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)第一節(jié)氣體放電的主要形式簡(jiǎn)介當(dāng)外回路中阻抗很大，限制了放電電流時(shí)，電極間出現(xiàn)貫通兩極的斷續(xù)的明亮細(xì)火花。（大氣條件下）特點(diǎn)：具有收細(xì)的通道形式，并且放電過程不穩(wěn)定火花放電返回目前十一頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)第二節(jié)帶電粒子的產(chǎn)生和消失帶電粒子的產(chǎn)生和消失是氣體放電的根本根源，是分析氣體擊穿的理論基礎(chǔ)；正常時(shí)氣體中有正負(fù)粒子存在，但對(duì)氣體的絕緣狀態(tài)沒有影響；隨著電壓升高氣體間隙中的帶電粒子數(shù)量會(huì)迅速增加，帶電粒子的運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生電流。掌握氣體放電時(shí)，帶電粒子如何產(chǎn)生？放電結(jié)束后，帶電粒子又如何消失？目前十二頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)第二節(jié)

帶電粒子的產(chǎn)生和消失原子的激勵(lì)和電離⒈原子的能級(jí)原子的結(jié)構(gòu)可用行星系模型描述。原子核（正電）電子云（負(fù)電）能級(jí)——根據(jù)原子核外電子的能量狀態(tài)，原子具有一系列可取得確定的能量狀態(tài)。外圍電子能量高

原子能量就高

能級(jí)就高；外圍電子能量低

原子能量就低

能級(jí)就低；原子能量大小的衡量目前十三頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)⒉原子的激勵(lì)激勵(lì)(激發(fā))——原子在外界因素（電場(chǎng)、高溫等）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較遠(yuǎn)的軌道上去的過程。激勵(lì)能（We）——產(chǎn)生激勵(lì)所需的能量。等于該軌道和常態(tài)軌道的能級(jí)差。注意激勵(lì)狀態(tài)存在的時(shí)間很短（10-7—10-8s），電子將自動(dòng)返回到常態(tài)軌道上去。原子的激勵(lì)過程不會(huì)產(chǎn)生帶電粒子。第二節(jié)

帶電粒子的產(chǎn)生和消失目前十四頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)⒊原子的電離電離——在外界因素作用下，其一個(gè)或幾個(gè)電子脫離原子核的束縛而形成自由電子和正離子的過程。電離能（Wi）——使穩(wěn)態(tài)原子或分子中結(jié)合最松弛的那個(gè)電子電離出來所需要的最小能量。（電子伏eV）1eV＝1V×1.6×10-19C＝1.6×10-19J（焦耳）1V電壓qe：電子的電荷（庫倫）注意原子的電離過程產(chǎn)生帶電粒子。第二節(jié)

帶電粒子的產(chǎn)生和消失目前十五頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)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表1-1某些氣體的激勵(lì)能和電離能第二節(jié)

帶電粒子的產(chǎn)生和消失目前十六頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)原子的激勵(lì)與電離的關(guān)系原子發(fā)生電離產(chǎn)生帶電粒子的兩種情況：原子吸收了一定的能量，但能量不太高發(fā)生激勵(lì)，跳到更遠(yuǎn)的軌道再次吸收能量發(fā)生電離，產(chǎn)生帶電粒子原子吸收直接吸收了足夠的能量發(fā)生電離，產(chǎn)生帶電粒子原子的激勵(lì)過程不產(chǎn)生帶電粒子；原子的電離過程產(chǎn)生帶電粒子；激勵(lì)過程可能是電離過程的基礎(chǔ)。⑴激勵(lì)+電離⑵直接電離第二節(jié)

帶電粒子的產(chǎn)生和消失目前十七頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)氣體中帶電粒子的產(chǎn)生電離所獲能量形式不同，帶電粒子產(chǎn)生的形式不同⒈光電離光電離——光輻射引起的氣體分子的電離過程。發(fā)生光電離的條件式中：h—普郎克常數(shù)；

ν—光子的頻率；

Wi—?dú)怏w的電離能，eV；c—光速=3×108m/s；

λ—光的波長，m。光子能量W＝hν注意可見光都不可能使氣體直接發(fā)生光電離，只有波長短的高能輻射線（例如X射線、γ射線等）才能使氣體發(fā)生光電離。第二節(jié)

帶電粒子的產(chǎn)生和消失目前十八頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)⒉碰撞電離碰撞電離——由于質(zhì)點(diǎn)碰撞所引起的電離過程。（主要是電子碰撞電離）電子在電場(chǎng)強(qiáng)度為E

的電場(chǎng)中移過x

距離時(shí)所獲得的動(dòng)能為：式中:m—電子的質(zhì)量；

qe—電子的電荷量若W等于或大于氣體分子的電離能Wi，該電子就有足夠的能量去完成碰撞電離發(fā)生碰撞電離的條件第二節(jié)

帶電粒子的產(chǎn)生和消失目前十九頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)電子為造成碰撞電離而必須飛越的最小距離：

式中：Ui為氣體的電離電位，在數(shù)值上與以eV為單位的Wi相等。

xi

的大小取決與場(chǎng)強(qiáng)E，增大氣體中的場(chǎng)強(qiáng)將使xi

值減小，可見提高外加電場(chǎng)將使碰撞電離的概率和強(qiáng)度增大。注意碰撞電離是氣體中產(chǎn)生帶電粒子的最重要的方式。主要的碰撞電離均有電子完成，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)展過程時(shí)，往往只考慮電子所引起的碰撞電離。第二節(jié)

帶電粒子的產(chǎn)生和消失目前二十頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)⒊熱電離熱電離——因氣體熱狀態(tài)引起的電離過程。發(fā)生熱電離的條件式中：k—波爾茨曼常數(shù)；（k=1.38×10-23J/K）

Wi—?dú)怏w的電離能，eV；T—絕對(duì)溫度，K；注意分子熱運(yùn)動(dòng)所固有的動(dòng)能不足以產(chǎn)生碰撞電離，20oC時(shí)，氣體分子平均動(dòng)能約0.038eV。熱電離起始溫度為103K（727oC）在一定熱狀態(tài)下物質(zhì)會(huì)發(fā)出輻射，熱輻射光子能量大，會(huì)引起光電離絕對(duì)溫度和攝氏溫度的關(guān)系：T絕對(duì)=273+T攝氏第二節(jié)

帶電粒子的產(chǎn)生和消失目前二十一頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)熱電離實(shí)質(zhì)上是熱狀態(tài)下碰撞電離和光電離的綜合例如：發(fā)生電弧放電時(shí)，氣體溫度可達(dá)數(shù)千度，氣體分子動(dòng)能就足以導(dǎo)致發(fā)生明顯的碰撞電離，高溫下高能熱輻射光子也能造成氣體的電離第二節(jié)

帶電粒子的產(chǎn)生和消失目前二十二頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)⒋電極表面電離（陰極表面電離）電極表面電離——電子從金屬電極（陰極）表面逸出的過程。逸出功——電子從金屬表面逸出所需的能量。金屬逸出功(eV)金屬逸出功(eV)金屬逸出功(eV)鋁(Al)銀(Ag)1.83.1鐵(Fe)銅(Cu)3.93.9氧化銅(CuO)銫(Cs)5.30.7逸出功與表1-1相比較，可知金屬的逸出功比氣體分子的電離能小得多，表明金屬表面電離比氣體空間電離更易發(fā)生。陰極表面電離在氣體放電過程中起著相當(dāng)重要的作用。第二節(jié)

帶電粒子的產(chǎn)生和消失目前二十三頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)電極表面電離按外加能量形式的不同，可分為四種形式正離子碰撞陰極時(shí)把能量（主要是勢(shì)能）傳遞給金屬極板中的電子，使其逸出金屬正離子必須碰撞出一個(gè)以上電子時(shí)才能產(chǎn)生自由電子逸出的電子有一個(gè)和正離子結(jié)合成為原子，其余成為自由電子。高能輻射先照射陰極時(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。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(qiáng)烈得多正離子撞擊陰極表面光電子發(fā)射（光電效應(yīng)）第二節(jié)

帶電粒子的產(chǎn)生和消失目前二十四頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)當(dāng)陰極被加熱到很高溫度時(shí)，其中的電子獲得巨大動(dòng)能，逸出金屬表面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。當(dāng)陰極表面附近空間存在很強(qiáng)的電場(chǎng)時(shí)（106V/cm數(shù)量級(jí)），能使陰極發(fā)射電子。常態(tài)下作用氣隙擊穿完全不受影響；在高氣壓、壓縮的高強(qiáng)度氣體的擊穿過程中會(huì)起一定的作用；真空中更起著決定性作用。熱電子發(fā)射強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射（冷發(fā)射）第二節(jié)

帶電粒子的產(chǎn)生和消失目前二十五頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)⒌負(fù)離子的形成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發(fā)生電離產(chǎn)生自由電子情況一電子碰撞中性的分子或原子能量不足，撞擊后反彈回來未產(chǎn)生自由電子情況二電子碰撞中性的分子或原子沒發(fā)生電離，也沒被反彈回來被中性的分子捕捉，成為自己的束縛電子情況三形成了負(fù)離子第二節(jié)

帶電粒子的產(chǎn)生和消失目前二十六頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)附著——自由電子與氣體分子碰撞時(shí)，發(fā)生電子與中性分子相結(jié)合而形成負(fù)離子的過程。形成負(fù)離子時(shí)可釋放出能量有些氣體容易形成負(fù)離子，稱為電負(fù)性氣體（如氧、氟、氯等），SF6（絕緣性是空氣的3倍，滅弧性是空氣的100倍）負(fù)離子的形成起著阻礙放電的作用負(fù)離子形成過程的特點(diǎn)第二節(jié)

帶電粒子的產(chǎn)生和消失目前二十七頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)帶電粒子在氣體中的運(yùn)動(dòng)⒈自由行程長度①帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡當(dāng)氣體中存在電場(chǎng)時(shí)，帶電粒子將具有復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)軌跡

“混亂熱運(yùn)動(dòng)＋沿著電場(chǎng)作定向漂移”自由行程長度——帶電粒子與氣體分子發(fā)生第一次碰撞到第二次碰撞所移動(dòng)的距離。（兩次碰撞中未再發(fā)生任何碰撞）第二節(jié)

帶電粒子的產(chǎn)生和消失目前二十八頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)②平均自由行程長度平均自由行程長度λ——帶電粒子單位行程中的碰撞次數(shù)Z的倒數(shù)。實(shí)際的自由行程長度是隨機(jī)量，有很大的分散性，任意帶電粒子在1cm的行程中所遭遇的碰撞次數(shù)與分子的半徑和密度有關(guān)粒子的實(shí)際自由行程長度等于或大于某一距離x的概率為注意：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。第二節(jié)

帶電粒子的產(chǎn)生和消失目前二十九頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)又由式中：p—?dú)鈮?，Pa；

T—?dú)鉁?，K；

k—波爾茨曼常數(shù)，

（k

=1.38×10-23J/K）。由氣體動(dòng)力學(xué)可知，電子的平均自由行程長度式中：r—?dú)怏w分子半徑；

N—?dú)怏w分子密度。平均自由行程長度與溫度成正比，溫度越高氣體發(fā)散，粒子間距離較遠(yuǎn)，λe越大平均自由行程長度與氣壓成反比，氣壓越高，氣體分子被得越緊，粒子間距離較近，λe越小。第二節(jié)

帶電粒子的產(chǎn)生和消失目前三十頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)⒉帶電粒子的遷移率帶電粒子的遷移率k——帶電粒子在單位場(chǎng)強(qiáng)（1V/m）下沿電場(chǎng)方向的漂移速度。

式中：v—帶電粒子的速度；

E—電場(chǎng)強(qiáng)度。注意由于電子的平均自由行程長度比離子大得多，而電子的質(zhì)量比離子小得多。更易加速，所以電子的遷移率遠(yuǎn)大于離子。一般電子遷移率比離子遷移率大兩個(gè)數(shù)量級(jí)第二節(jié)

帶電粒子的產(chǎn)生和消失目前三十一頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)⒊擴(kuò)散擴(kuò)散——在熱運(yùn)動(dòng)的過程中，粒子從濃度較大的區(qū)域運(yùn)動(dòng)到濃度較小的區(qū)域，從而使每種粒子的濃度分布均勻化的物理過程。氣壓越低，溫度越高，擴(kuò)散進(jìn)行的越快。電子的熱運(yùn)動(dòng)速度大、自由行程長度大，其擴(kuò)散速度也要比離子快得多。擴(kuò)散的特點(diǎn)第二節(jié)

帶電粒子的產(chǎn)生和消失目前三十二頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)帶電粒子消失⒈帶電粒子產(chǎn)生和消失的關(guān)系帶電粒子產(chǎn)生和消失是同時(shí)發(fā)生的過程；若產(chǎn)生的帶電粒子大于消失的帶電粒子，則會(huì)促進(jìn)氣體放電過程；若產(chǎn)生的帶電粒子等于消失的帶電粒子，則會(huì)促進(jìn)氣體就處于穩(wěn)定狀態(tài)；若產(chǎn)生的帶電粒子小于消失的帶電粒子，則會(huì)阻礙氣體放電過程；第二節(jié)

帶電粒子的產(chǎn)生和消失目前三十三頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)⒉帶電粒子消失的形式帶電粒子在電場(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流。帶電粒子因擴(kuò)散現(xiàn)象而逸出氣體放電空間。擴(kuò)散的實(shí)質(zhì)——某一局部的帶電粒子從濃度比較高的區(qū)域，擴(kuò)散到濃度比較低的區(qū)域，使得原區(qū)域的帶電粒子數(shù)減少。帶電粒子的擴(kuò)散是由于熱運(yùn)動(dòng)造成，帶電粒子的擴(kuò)散規(guī)律和氣體的擴(kuò)散規(guī)律相似氣體中帶電粒子的擴(kuò)散和氣體狀態(tài)有關(guān)，氣體壓力越高或者溫度越低，擴(kuò)散過程也就越弱電子質(zhì)量遠(yuǎn)小于離子，所以電子的熱運(yùn)動(dòng)速度高，它在熱運(yùn)動(dòng)中受到的碰撞也少，因此，電子的擴(kuò)散過程比離子的要強(qiáng)第二節(jié)

帶電粒子的產(chǎn)生和消失目前三十四頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)帶電粒子的復(fù)合復(fù)合——?dú)怏w中帶異號(hào)電荷的粒子相遇而發(fā)生電荷的傳遞與中和，還原為分子的過程。（是與電離相反的一種過程）電子復(fù)合—電子和正離子發(fā)生復(fù)合，產(chǎn)生一個(gè)中性分子

離子復(fù)合—正離子和負(fù)離子發(fā)生復(fù)合，產(chǎn)生兩個(gè)中性分子帶電粒子的復(fù)合過程中會(huì)發(fā)生光輻射，這種光輻射在一定條件下又成為導(dǎo)致電離的因素參與復(fù)合的粒子的相對(duì)速度越大，復(fù)合概率越小。通常放電過程中離子間的復(fù)合更為重要帶電粒子濃度越大，復(fù)合速度越大，強(qiáng)烈的電離區(qū)也是強(qiáng)烈的復(fù)合區(qū)第二節(jié)

帶電粒子的產(chǎn)生和消失返回目前三十五頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)第三節(jié)均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程掌握非自持放電過程和自持放電過程的概念；湯遜氣體放電理論的要點(diǎn)和適用范圍；流注氣體放電理論的要點(diǎn)和適用范圍；氣體的擊穿過程與電場(chǎng)分布有很大關(guān)系，均勻電場(chǎng)和不均勻電場(chǎng)下氣體的擊穿過程有很大的不同；均勻電場(chǎng)——電場(chǎng)中任一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度均相同；不均勻電場(chǎng)——電場(chǎng)中任一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度均不相同；目前三十六頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)第三節(jié)均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程非自持放電和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；自持放電——不需要外界因素，僅由電場(chǎng)作用而維持的放電過程。⒈非自持放電和自持放電的概念⒉非自持放電和自持放電的過程測(cè)定氣體間隙中電流變化的實(shí)驗(yàn)裝置通過調(diào)節(jié)電阻，測(cè)量回路電流隨電壓變化的情況氣體間隙中電流的變化反映放電過程目前三十七頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)加電場(chǎng)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熱運(yùn)動(dòng)，不產(chǎn)生電流；加電場(chǎng)后，帶電粒子沿電場(chǎng)方向定向移動(dòng)，形成電流。隨著電壓升高，帶電粒子運(yùn)動(dòng)速度加快，使到達(dá)極板的帶電粒子數(shù)量和速度不斷增大，電流也隨之增大。oa段

隨著電壓升高，電流增大，到達(dá)極板的帶電粒子數(shù)量和速度也隨之增大。均勻電場(chǎng)中氣體的伏安特性均勻電場(chǎng)下氣體間隙中電流隨電壓變化的分析I0UaUbUcUI第三節(jié)均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前三十八頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)均勻電場(chǎng)中氣體的伏安特性ab段

電流趨于飽和，由外電離因素產(chǎn)生的帶電粒子已全部進(jìn)入電極，電流I0大小取決于外電離因素與電壓無關(guān)。外電離因素（光照射）的強(qiáng)度一定的情況下，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的帶電粒子數(shù)量是一定的，由此產(chǎn)生的電流也是一定。I0——飽和電流。I0UaUbUcUI均勻電場(chǎng)下氣體間隙中電流隨電壓變化的分析第三節(jié)均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前三十九頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)均勻電場(chǎng)中氣體的伏安特性bc段

電流又再隨電壓的增大而增大。發(fā)生電子碰撞電離。I0UaUbUcUI電壓升高氣體間的帶電粒子運(yùn)動(dòng)速度加快帶電粒子能量（動(dòng)能）增加當(dāng)能量大于極板間空氣中原子的電離能電子碰撞電離，產(chǎn)生大量帶電粒子電流急速增加均勻電場(chǎng)下氣體間隙中電流隨電壓變化的分析第三節(jié)均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前四十頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)均勻電場(chǎng)中氣體的伏安特性c點(diǎn)

U=Uc，電流急劇增大。氣體間隙被擊穿進(jìn)入導(dǎo)電狀態(tài)（自持放電），不再需要任何外界因素（光照射、外加電源）。c點(diǎn)處的臨界電壓Uc就是擊穿電壓Ub，當(dāng)電壓達(dá)到Uc后氣體即被擊穿，由原來的絕緣體變成了導(dǎo)體。I0UaUbUcUI均勻電場(chǎng)下氣體間隙中電流隨電壓變化的分析第三節(jié)均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前四十一頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)均勻電場(chǎng)中氣體的伏安特性I0UaUbUcUI均勻電場(chǎng)下氣體間隙中電流隨電壓變化的分析當(dāng)產(chǎn)生的電流I＜Ic：非自持放電區(qū)；當(dāng)產(chǎn)生的電流I≥Ic：自持放電區(qū)；當(dāng)施加的電壓U＜Uc：氣體保持絕緣；當(dāng)施加的電壓U≥Uc：氣體被擊穿。Ic自持放電區(qū)非自持放電區(qū)第三節(jié)均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前四十二頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)（二）湯遜放電理論20世紀(jì)初，湯遜根據(jù)大量的試驗(yàn)研究結(jié)果，提出了適用于均勻電場(chǎng)、低氣壓、短氣隙時(shí)氣體放電理論理論認(rèn)為，電子的碰撞電離(α過程）和正離子撞擊陰極造成的表面電離（γ過程）起主要作用提出氣隙放電電流和擊穿電壓的計(jì)算公式第三節(jié)均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前四十三頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)⒈α過程（電子崩過程）⑴電子崩的形成過程由外電離因素產(chǎn)生一個(gè)初始電子電子數(shù)目迅速增加，如同冰山上發(fā)生雪崩一樣，形成了電子崩產(chǎn)生正離子和自由電子原來的電子和新產(chǎn)生的電子繼續(xù)移動(dòng)，不斷發(fā)生電子碰撞電離電場(chǎng)力作用下，電子沿電場(chǎng)做定向移動(dòng)與中性粒子發(fā)生電子碰撞中性粒子發(fā)生電離第三節(jié)均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前四十四頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)電子崩的形狀：“崩頭大、崩尾小?！彪娮影l(fā)生電子碰撞后，電子的速度快，所以會(huì)大量的集中在崩頭；正離子移動(dòng)速度較慢，所以緩慢的移向崩尾。電子崩——電子數(shù)按幾何級(jí)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。崩頭崩尾第三節(jié)均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前四十五頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)⑵α過程引起的電流電子碰撞電離系數(shù)α——表示一個(gè)電子沿電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)1cm

的行程中所完成的碰撞電離次數(shù)平均值。即是一個(gè)電子在單位長度行程內(nèi)新電離出的電子數(shù)或正離子數(shù)。注意：

α必須是電子發(fā)生碰撞且電離的次數(shù)，若電子只發(fā)生了碰撞沒有導(dǎo)致電離則不能計(jì)入α中。α的定義第三節(jié)均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前四十六頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)nad電子增長規(guī)律（n0個(gè)電子行進(jìn)x距離產(chǎn)生的電子數(shù)n）令x=d，抵達(dá)陽極電子數(shù)naα過程的分析（電子崩的計(jì)算）設(shè)：在外電離因素光輻射的作用下，單位時(shí)間內(nèi)陰極單位面積產(chǎn)生n0個(gè)電子，由于碰撞電離和電子崩得作用下，在距離陰極x處，電子數(shù)增至n個(gè)。在dx段上產(chǎn)生的新電子dndn＝nαdx第三節(jié)均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前四十七頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)nad令x=d，進(jìn)入陽極的電流（外回路電流）若I0=0，則I=0，既若去掉外界電離因素，氣隙中電流為0，氣體放電停止。α過程的分析（電子崩的計(jì)算）途中新增的電子數(shù)或正離子數(shù)△n電子電流增長規(guī)律將式兩邊乘以電子電荷qe式中：I0—初始電子引起的初始電流結(jié)論：若只有α過程，氣體放電是不能自持的。第三節(jié)均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前四十八頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)⑶α的分析假設(shè)電子的平均自由行程為λe，運(yùn)動(dòng)1cm碰撞次數(shù)為1/λe

，但并不是每次碰撞都引起電離；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。根據(jù)α定義有：式中：A、B—與氣體種類有關(guān)的常數(shù)；

E—電場(chǎng)強(qiáng)度；

P—?dú)怏w壓力。第三節(jié)均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前四十九頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)由式，可得結(jié)論：電場(chǎng)強(qiáng)度E增大，則α增大；氣體壓力P很大（電子的平均自由行程λe很?。┗蛘邭怏w壓力P很小（電子的平均自由行程λe很大）時(shí)，α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，具有較高的電氣強(qiáng)度。第三節(jié)均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前五十頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)⒉γ過程正離子表面電離系數(shù)γ——表示一個(gè)正離子沿電場(chǎng)方向由陽極向陰極運(yùn)動(dòng)，撞擊陰極表面產(chǎn)生表面電離的電子數(shù)。正離子向陰極移動(dòng)，依靠它所具有的動(dòng)能及位能，在撞擊陰極時(shí)能引起表面電離，使陰極釋放出自由電子⑴γ的概念第三節(jié)均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前五十一頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)nadnc⑵α過程和γ過程引起的電流設(shè)陰極表面單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的電子數(shù)為ncnc外電離因素產(chǎn)生的電子數(shù)—n0前一秒鐘產(chǎn)生出來的正離子在陰極上造成的二次電子發(fā)射所產(chǎn)生的電子數(shù)—γnc(eαd－1)nc個(gè)電子到達(dá)陽極后，產(chǎn)生總電子數(shù)為：na＝nceαd產(chǎn)生的新正離子數(shù)為：nceαd－nc正離子撞擊陰極表面產(chǎn)生的電子數(shù)為γnc(eαd－1)每產(chǎn)生一個(gè)自由電子的同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)正離子產(chǎn)生的新電子數(shù)為：nceαd－nc正離子沿電場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，撞擊陰極造成二次電子發(fā)射二次電子發(fā)射的形成過程第三節(jié)均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前五十二頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)進(jìn)入陽極的電流（外回路電流）將上式兩邊乘以電子電荷qe若γ=0，則I＝I0eαd，即只有α過程；若，當(dāng)I0＝0時(shí)，I＝0若，當(dāng)I0＝0時(shí)，I≠0

nc個(gè)電子行進(jìn)d距離產(chǎn)生的電子數(shù)na已知nc＝n0＋γnc(eαd－1)

na＝nceαd

α過程＋γ過程的分析nad結(jié)論：若1－γ(eαd－1)＝0，即使I0=0（除去外界的電離因素），放電能維持下去。第三節(jié)均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前五十三頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)⒊湯遜理論的均勻電場(chǎng)中的電壓⑴湯遜理論的自持放電條件物理意義：一個(gè)電子從陰極到陽極途中因電子崩（α過程）而造成的正離子數(shù)為eαd－1，這批正離子在陰極上造成的二次自由電子數(shù)（γ過程）應(yīng)為γ(eαd－1)，如果它等于1，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。γ(eαd－1)＝1第三節(jié)均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前五十四頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)當(dāng)自持放電條件得到滿足時(shí)，就會(huì)形成圖解中閉環(huán)部分所示的循環(huán)不息的狀態(tài)，放電就能自己維持下去。第三節(jié)均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前五十五頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)⑵擊穿電壓、巴申定律起始電壓U0——放電由非自持轉(zhuǎn)為自持時(shí)的電壓。均勻電場(chǎng)中：起始電壓U0＝擊穿電壓Ub將α計(jì)算式代入自持放電條件，并且考慮均勻電場(chǎng)中自持放電的起始場(chǎng)強(qiáng)得：結(jié)論：均勻電場(chǎng)中氣體的擊穿電壓Ub是氣壓和電極間距離的乘積（pd）的函數(shù)。①均勻電場(chǎng)擊穿電壓的推導(dǎo)第三節(jié)均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前五十六頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)②巴申定律——巴申實(shí)驗(yàn)曲線擊穿電壓與pd的規(guī)律在湯遜碰撞電離學(xué)說提出之前，巴申已從實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出來了，湯遜理論從理論上解釋了試驗(yàn)結(jié)果。第三節(jié)均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前五十七頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)巴申定律從曲線可以看出，存在一個(gè)最小值，此時(shí)擊穿電壓最低假設(shè)d不變：當(dāng)氣壓很小時(shí)，氣體稀薄，雖然電子自由程大，可以得到足夠的動(dòng)能，但碰撞總數(shù)小，所以擊穿電壓升高當(dāng)氣體增大時(shí)，電子自由程變小，得到的動(dòng)能減小，所以擊穿電壓升高?？傆幸粋€(gè)氣壓對(duì)碰撞電離最有利，此時(shí)擊穿電壓最小第三節(jié)均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前五十八頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)⒋湯遜理論的適用范圍⑴適用范圍均勻場(chǎng)、低氣壓、短氣隙［pd<36.66kPa·cm(20mmHg·cm)］⑵局限性pd較大時(shí)，解釋現(xiàn)象與實(shí)際不符放電外形湯遜理論解釋：放電外形均勻，如輝光放電；

pd大時(shí)的實(shí)際現(xiàn)象：外形不均勻，有細(xì)小分支；放電時(shí)間：Tpd大<<T湯遜擊穿電壓：Ub·pd大<<Ub·湯遜陰極材料影響湯遜理論解釋：陰極材料對(duì)放電有影響(γ過程）；

pd大時(shí)的實(shí)際現(xiàn)象：陰極材料對(duì)放電無影響；第三節(jié)均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前五十九頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)（三）氣體擊穿的流注放電理論對(duì)象：工程上感興趣的壓力較高的氣體擊穿，比如雷電放電并不存在金屬電極，因而與陰極上的γ過程和二次電子發(fā)射根本無關(guān)。特點(diǎn)：認(rèn)為電子碰撞電離及空間光電離是維持自持放電的主要因素，并強(qiáng)調(diào)了空間電荷畸變電場(chǎng)（使原來均勻的電場(chǎng)變成了不均勻電場(chǎng)）的作用放電過程

電子崩階段流注階段氣體擊穿電離形成二次電子崩，等離子體空間電荷畸變外電場(chǎng)第三節(jié)均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前六十頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)⒈流注理論中的電子崩過程⑴電子崩外形x-+電子崩外形好似球頭的錐體，空間電荷分布極不均勻，電子崩中的電子數(shù)：n＝eαxx(cm)0.20.30.40.50.60.70.80.91.0n92781245735220866341993059874例如，正常大氣條件下，若E＝30kV／cm，則α≈11cm-1，計(jì)算隨著電子崩向陽極推進(jìn)，崩頭中的電子數(shù)電子崩中空間電荷的濃度分布第三節(jié)均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前六十一頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)⑵空間電荷對(duì)原有電場(chǎng)的影響-+xx空間電荷的電場(chǎng)合成電場(chǎng)電子崩均勻電場(chǎng)E0電子崩頭部電場(chǎng)明顯增強(qiáng)，電離過程強(qiáng)烈，有利于發(fā)生分子和離子的激勵(lì)現(xiàn)象，當(dāng)它們回復(fù)到正常狀態(tài)時(shí)，發(fā)射出光子。崩頭內(nèi)部正負(fù)電荷區(qū)域電場(chǎng)大大削弱，但電子和正離子濃度卻是最大，有助于發(fā)生復(fù)合過程，發(fā)射出光子。大大加強(qiáng)了崩頭及崩尾的電場(chǎng)，削弱了崩頭內(nèi)正、負(fù)電荷區(qū)域之間的電場(chǎng)第三節(jié)均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前六十二頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)⒉流注的形成流注—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過程。1：主電子崩2：二次電子崩⑴二次電子崩的形成主崩走完整個(gè)間隙后，大密度的頭部正離子空間電荷大大加強(qiáng)了后部的電場(chǎng)，并向周圍放射出大量光子光子引起空間光電離，其中電子被主電子崩頭部的正空間電荷所吸引，在畸變而加強(qiáng)了的電場(chǎng)中，造成了新的電子崩，稱為二次電子崩光子第三節(jié)均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前六十三頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)⑵正流注條件：當(dāng)外加電壓＝擊穿電壓二次電子崩中的電子進(jìn)入主電子崩頭部的正空間電荷區(qū)（電場(chǎng)強(qiáng)度較?。?，大多形成負(fù)離子。大量的正、負(fù)帶電質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成了等離子體，這就是正流注①正流注體的形成1：主電子崩；2：二次電子崩；3：流注流注通道導(dǎo)電性良好，其頭部又是二次電子崩形成的正電荷，因此流注頭部前方出現(xiàn)了很強(qiáng)的電場(chǎng)第三節(jié)均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前六十四頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)②正流注向陰極推進(jìn)流注頭部的電離，放射出大量光子，繼續(xù)引起空間光電離。流注前方出現(xiàn)新的二次電子崩，它們被吸引向流注頭部，延長了流注通道流注不斷向陰極挺進(jìn)，且隨著流注接近陰極，其頭部電場(chǎng)越來越強(qiáng)，因而其發(fā)展也越來越快流注發(fā)展到陰極，間隙被導(dǎo)電良好的等離子通道所貫通，間隙的擊穿完成，這個(gè)電壓就是擊穿電壓第三節(jié)均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前六十五頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)⑶負(fù)流注1：主電子崩；2：二次電子崩；3：流注條件：當(dāng)外加電壓＞擊穿電壓電壓較低時(shí)，電子崩需經(jīng)過整個(gè)間隙才能積聚到足夠的電子數(shù)形成流注；電壓較高時(shí)，電子崩不需經(jīng)過整個(gè)間隙，其頭部電離程度已足以形成流注主電子崩頭部的電離很強(qiáng)烈，光子射到主崩前方，在前方產(chǎn)生新的電子崩，主崩頭部的電子和二次崩尾的正離子形成混合通道，形成向陽極推進(jìn)的流注，稱為負(fù)流注間隙中的正、負(fù)流注可以同時(shí)向兩極發(fā)展。第三節(jié)均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前六十六頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果：電子崩在電離室中得到的初始電子崩照片圖a和圖b的時(shí)間間隔為1×10-7秒初始電子崩轉(zhuǎn)變?yōu)榱髯⑺查g照片電子崩在空氣中的發(fā)展速度約為1.25×107cm/s第三節(jié)均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前六十七頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果：正流注在電離室中得到的陽極流注發(fā)展過程的照片正流注的發(fā)展速度約為1×108～2×108cm/s第三節(jié)均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前六十八頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果表明電子崩是沿著電力線直線發(fā)展，流注會(huì)出現(xiàn)曲折的分支電子崩可以同時(shí)有多個(gè)互不影響地向前發(fā)展湯遜放電是彌散的一片，流注放電有明亮的細(xì)通道第三節(jié)均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前六十九頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)⒊流注理論擊穿過程的總結(jié)由陽極向陰極(正流注)或由陰極向陽極(負(fù)流注)擊穿強(qiáng)電場(chǎng)作用下發(fā)生碰撞電離畸變電場(chǎng)發(fā)射光子流注高速的向電極挺進(jìn)電子崩氣隙間有效電子形成等離子通道（流注）產(chǎn)生新電子崩（二次崩）二次崩不斷匯入主崩第三節(jié)均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前七十頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)⒋流注理論在均勻電場(chǎng)中的自持放電條件流注形成的條件就是自持放電條件初崩頭部空間電荷數(shù)必須達(dá)到某一臨界值既:eαd＝常數(shù)或αd＝常數(shù)（eαd為電子崩頭部的電子數(shù)）實(shí)驗(yàn)所得初崩頭部的電子數(shù)要達(dá)到108時(shí)，放電才能轉(zhuǎn)為自持。一旦形成流注，放電就進(jìn)入了新的階段，放電可以由本身產(chǎn)生的空間光電離而自行維持，即轉(zhuǎn)入自持放電；如果電場(chǎng)均勻，間隙就將被擊穿。所以流注形成的條件就是自持放電條件，在均勻電場(chǎng)中也就是導(dǎo)致?lián)舸┑臈l件。流注形成的條件第三節(jié)均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前七十一頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)⒌流注理論對(duì)pd較大時(shí)放電現(xiàn)象的解釋⑴放電外形現(xiàn)象：

pd較大時(shí)，放電不均勻，有分支，有細(xì)小的通道解釋：二次電子崩在空間的形成和發(fā)展帶有統(tǒng)計(jì)性，所以火花通道常是曲折的，并帶有分枝⑵放電時(shí)間現(xiàn)象：

放電時(shí)間極短解釋：光子以光速傳播，所以流注發(fā)展速度極快，這就可以說明pd很大時(shí)放電時(shí)間特別短的現(xiàn)象⑶陰極材料的影響現(xiàn)象：

放電與陰極材料無關(guān)解釋：pd很大時(shí)，維持放電自持的是空間光電離，而不是陰極表面的電離過程第三節(jié)均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程返回目前七十二頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)第四節(jié)不均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程

（教材P14）（一）稍不均勻電場(chǎng)和極不均勻電場(chǎng)的放電特征⒈均勻電場(chǎng)放電達(dá)到自持，間隙立即被擊穿，擊穿前看不到放電跡象平板電極⒉稍不均勻電場(chǎng)放電特性與均勻電場(chǎng)相似，一旦出現(xiàn)自持放電便一定立即導(dǎo)致整個(gè)氣隙擊穿。測(cè)高電壓的球隙目前七十三頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)第四節(jié)不均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程⒊極不均勻電場(chǎng)特有兩大特征電暈放電：極不均勻電場(chǎng)所特有的一種自持放電形式；極性效應(yīng)：放電過程與電極的極性有關(guān)；典型的極不均與電場(chǎng)棒—棒（針—針）：棒—板（針—板）：目前七十四頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)式中：Emax——最大電場(chǎng)強(qiáng)度；

Eav

——平均電場(chǎng)強(qiáng)度；⒋電場(chǎng)不均勻系數(shù)f引入電場(chǎng)不均勻系數(shù)f

表示各種結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)的均勻程度第四節(jié)不均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前七十五頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)（二）極不均勻電場(chǎng)中的電暈放電⒈電暈放電的一般描述電暈放電——極不均勻電場(chǎng)所特有的一種自持放電現(xiàn)象；⑴電暈放電的概念⑵發(fā)生電暈放電現(xiàn)象的條件電場(chǎng)極不均勻時(shí)，曲率大的電極附近很小范圍內(nèi)α已達(dá)相當(dāng)數(shù)值時(shí)，間隙中大部分區(qū)域值α都仍然很小，放電達(dá)到自持放電后，間隙沒有擊穿電場(chǎng)越不均勻，擊穿電壓和電暈起始電壓間的差別也越大電暈放電由于局部強(qiáng)場(chǎng)區(qū)的放電過程造成。第四節(jié)不均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前七十六頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)⑶電暈放電的效應(yīng)電暈放電的表現(xiàn)：咝咝的聲音、臭氧的氣味、電極附近空間藍(lán)色的暈光；第四節(jié)不均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前七十七頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生新物質(zhì)，O3、NO、NO2；回路電流明顯增加(絕對(duì)值仍很小)，可以測(cè)量到能量損失；產(chǎn)生高頻脈沖電流；電壓達(dá)到一定值，電暈電流為無規(guī)律的重復(fù)電流脈沖電壓升高，脈沖特性愈來愈不顯著，電暈電流轉(zhuǎn)變?yōu)槌掷m(xù)電流電壓繼續(xù)升高，出現(xiàn)幅值大得多的不規(guī)則的流注型電暈電流脈沖第四節(jié)不均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前七十八頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)⑷電暈起始電壓和電暈起始場(chǎng)強(qiáng)電暈起始場(chǎng)強(qiáng)——開始出現(xiàn)電暈時(shí)電極表面的場(chǎng)強(qiáng)；電暈起始電壓——開始出現(xiàn)電暈時(shí)的電壓；電暈起始電壓由于它的影響因素很多，通常利用實(shí)驗(yàn)的方法求取，然后推倒出相應(yīng)計(jì)算電暈起始場(chǎng)強(qiáng)的經(jīng)驗(yàn)公式。電暈起始場(chǎng)強(qiáng)的求取（皮克公式）以輸電線路為例

式中

m—導(dǎo)線表面粗糙系數(shù)，光滑導(dǎo)線的m≈1,絞線的m≈0.8～0.9；

δ—空氣相對(duì)密度；

r—導(dǎo)線半徑，cm。注意：在雨、雪、霧等壞天氣時(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始場(chǎng)強(qiáng)。第四節(jié)不均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前七十九頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)⒉電暈放電的兩種形式電子崩形式

起暈電極曲率很大時(shí)，放電初期，電暈層很薄且比較均勻，放電電流穩(wěn)定，自持放電采用湯遜放電形式。放電達(dá)到自持時(shí)，α在整個(gè)間隙中部巳達(dá)到相當(dāng)數(shù)值。這時(shí)和均勻電場(chǎng)中情況類似流注形式升高電壓：電暈層擴(kuò)大，個(gè)別電子崩→流注再電壓升高：個(gè)別流注強(qiáng)烈發(fā)展→出現(xiàn)刷狀放電繼續(xù)升高電壓：流注貫穿間隙→擊穿第四節(jié)不均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前八十頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)⒊電暈放電的利弊⑴不利影響發(fā)光、發(fā)熱，損失能量；使空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生O3、NO、NO2等，引起腐蝕作用；O3是強(qiáng)氧化劑，NO、NO2遇到水氣會(huì)形成硝酸和亞硝酸，從而會(huì)對(duì)電力設(shè)備引起腐蝕作用脈沖現(xiàn)象產(chǎn)生高頻電磁波，干擾通訊和測(cè)量，還可能產(chǎn)生超過環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的噪聲。第四節(jié)不均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前八十一頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)⑵有利方面電暈可削弱輸電線上雷電沖擊電壓波的幅值及陡度；雷擊線路引起線路上發(fā)生電暈電暈導(dǎo)致發(fā)光、發(fā)熱損失雷電沖擊電壓的能量減小設(shè)備上的雷電過電壓有利于保護(hù)設(shè)備絕緣第四節(jié)不均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前八十二頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)工業(yè)應(yīng)用除菌及清鮮空氣

利用空氣中電暈放電，控制產(chǎn)生一定濃度臭氧(強(qiáng)氧化劑)，達(dá)到殺菌及清潔空氣的作用(目前消毒柜和空調(diào)中所謂的等離子體空氣清新技術(shù))污水處理

利用電暈放電的高頻脈沖高壓產(chǎn)生高濃度臭氧，與污水作用能夠分解污水中的有機(jī)物，去除臭氣，實(shí)現(xiàn)污水的處理煙氣處理

利用電暈放電的高功率脈沖形成高能活性離子，可以實(shí)現(xiàn)工廠煙氣的脫硫脫硝，凈化排污第四節(jié)不均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前八十三頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)（三）極不均勻電場(chǎng)的放電過程極不均勻電場(chǎng)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(chǎng)較強(qiáng)的電極所決定兩個(gè)電極幾何形狀不同的場(chǎng)合極性取決于曲率半徑較小的電極的電位符號(hào)（“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）第四節(jié)不均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前八十四頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)⒈短間隙極不均勻電場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)，而略微加強(qiáng)了外部空間的電場(chǎng)，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(chǎng)；Eq—空間電荷電場(chǎng)；Ecom—合成電場(chǎng)E0(c)Ecom=E0+EqE0EEqx(a)(b)EqEq－－第四節(jié)不均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前八十五頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)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(chǎng)；電場(chǎng)的加強(qiáng)對(duì)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(chǎng)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(chǎng)；Eq—空間電荷電場(chǎng)；Ecom—合成電場(chǎng)E0(c)Ecom=E0+EqE0EEqx(a)(b)EqEq－－第四節(jié)不均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前八十六頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)正空間電荷（正極性）削弱棒極附近電場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)第四節(jié)不均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前八十七頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)⑵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(chǎng)區(qū)后，難以再引起電離，正離子逐漸向棒極運(yùn)動(dòng)，在棒極附近出現(xiàn)了比較集中的正空間電荷，使電場(chǎng)畸變棒極附近的電場(chǎng)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(chǎng)；Eq—空間電荷電場(chǎng)；Ecom—合成電場(chǎng)Ecom=E0+Eq(c)

E0EEqx(a)(b)

E0＋＋EqEq第四節(jié)不均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前八十八頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)流注發(fā)展階段電子崩由強(qiáng)場(chǎng)區(qū)向弱場(chǎng)區(qū)發(fā)展，對(duì)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(chǎng)，使流注發(fā)展不利等離子體層前方電場(chǎng)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(chǎng)；Eq—空間電荷電場(chǎng)；Ecom—合成電場(chǎng)Ecom=E0+Eq(c)

E0EEqx(a)(b)

E0＋＋EqEq第四節(jié)不均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前八十九頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)正空間電荷（負(fù)極性）加強(qiáng)棒極附近電場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)第四節(jié)不均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前九十頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)結(jié)論正極性（正棒—負(fù)板）負(fù)極性（負(fù)棒—正板）電暈起始電壓高低間隙擊穿電壓低高在相同氣隙下第四節(jié)不均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前九十一頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)⑶放電進(jìn)一步發(fā)展外電壓較低時(shí)，流注通道深入間隙一段距離后，就停止不前了，形成電暈放電或刷狀放電外電壓足夠高時(shí)，流注通道將一直達(dá)到另一電極，從而導(dǎo)致間隙完全擊穿第四節(jié)不均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前九十二頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)⒉長間隙極不均勻電場(chǎng)中的放電過程（棒－板間隙）正棒—負(fù)板間隙中先導(dǎo)通道的發(fā)展（ａ）先導(dǎo)和其頭部的流注ｋｍ；（ｂ）流注頭部電子崩的形成；（ｃ）ｋｍ由流注轉(zhuǎn)變?yōu)橄葘?dǎo)和形成流注ｍｎ；（ｄ）流注頭部電子崩的形成；間隙距離較長時(shí)(如棒—板間隙遠(yuǎn)離大于1米時(shí))，在流注通道還不足于貫通整個(gè)間隙的電壓下，仍可能發(fā)展起擊穿過程。流注通道發(fā)展到足夠的長度后，將有較多的電子循通道流向電極，通過通道根部的電子最多，于是流注根部溫度升高，出現(xiàn)熱電離過程。這個(gè)具有熱電離過程的通道稱為先導(dǎo)通道。第四節(jié)不均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前九十三頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)⑴正先導(dǎo)流注根部溫度升高熱電離過程先導(dǎo)通道電離加強(qiáng)，更為明亮電導(dǎo)增大軸向場(chǎng)強(qiáng)更低發(fā)展速度更快長空氣間隙的平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)遠(yuǎn)低于短間隙第四節(jié)不均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前九十四頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)負(fù)棒—正板，正空間電荷大大加強(qiáng)棒極附近原已很強(qiáng)的電場(chǎng)，該區(qū)域發(fā)生強(qiáng)烈的電離，高場(chǎng)強(qiáng)和大電流密度，使棒極附近產(chǎn)生熱電離，形成負(fù)先導(dǎo)負(fù)空間電荷在通道前端形成反向電場(chǎng)—電場(chǎng)屏蔽，屏蔽減弱后，又發(fā)展新負(fù)流注、新負(fù)先導(dǎo)。接著，重復(fù)第一階段的過程，使先導(dǎo)通道又向前推進(jìn)一段。在長間隙中，這樣的過程可能重復(fù)多次，使負(fù)先導(dǎo)通道的前進(jìn)具有分級(jí)的特性。前伸的平均速度是正先導(dǎo)的1/5~1/3⑵負(fù)先導(dǎo)第四節(jié)不均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程目前九十五頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)⑶主放電過程當(dāng)先導(dǎo)通道頭部發(fā)展到接近對(duì)面電極時(shí)，將發(fā)生十分強(qiáng)烈的放電過程，這個(gè)過程將沿著先導(dǎo)通道以一定速度向反方向擴(kuò)展到棒極，這個(gè)過程稱為主放電過程。主放電過程使貫穿兩極間的通道成為溫度很高、電導(dǎo)很大、軸向場(chǎng)強(qiáng)很小的等離子體火花通道(如電源功率足夠，則轉(zhuǎn)為電弧通道)，從而使氣隙完全失去了絕緣性能，氣隙被擊穿。1—主放電通道2—主放電和先導(dǎo)通道的交界區(qū)3—先導(dǎo)通道第四節(jié)不均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程返回目前九十六頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)第五節(jié)持續(xù)電壓作用下氣體的擊穿特性（教材P31）氣體擊穿電壓與電場(chǎng)分布有關(guān)

均勻、稍不均勻、極不均勻氣體擊穿電壓與電壓形式有關(guān)

直流、交流、雷電沖擊、操作沖擊氣體擊穿電壓與氣體種類有關(guān)空氣、電負(fù)性氣體氣體擊穿電壓與氣體狀態(tài)有關(guān)氣體的氣壓、溫度、濕度、海拔高度影響氣體間隙擊穿電壓的主要因素目前九十七頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)第五節(jié)持續(xù)電壓作用下氣體的擊穿特性（一）均勻電場(chǎng)中的擊穿電壓⒈特點(diǎn)通常只有間隙不大時(shí)的擊穿電壓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；間隙過大，距離過長，電場(chǎng)便不再是均勻電場(chǎng)擊穿電壓和電極極性無關(guān)（無極性效應(yīng)）；直流、工頻擊穿電壓（峰值）以及50％沖擊擊穿電壓都相同，分散性很小目前九十八頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)⒉經(jīng)驗(yàn)公式擊穿電壓峰值平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)

式中：d—極間距離；

δ—空氣相對(duì)密度。Ub隨著d的增大而顯著增加；Eb基本不變，但隨著d過大，電場(chǎng)的均勻強(qiáng)度減弱，則Eb會(huì)稍稍下降。在d=1～10cm

的范圍內(nèi)，其擊穿場(chǎng)強(qiáng)約30kV/cm

。擊穿電壓與極間距離的關(guān)系第五節(jié)持續(xù)電壓作用下氣體的擊穿特性目前九十九頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)（二）稍不均勻電場(chǎng)中的擊穿電壓⒈特點(diǎn)擊穿前不能形成穩(wěn)定的電暈放電；電場(chǎng)不對(duì)稱時(shí)，有極性效應(yīng)，不很明顯；直流、工頻下的擊穿電壓(幅值)以及50％沖擊擊穿電壓相同，分散性不大；擊穿電壓和電場(chǎng)均勻程度關(guān)系極大，電場(chǎng)越均勻，同樣間隙距離下的擊穿電壓就越高。典型電極球—球間隙、球—板間隙、圓柱—板、同軸圓柱間隙第五節(jié)持續(xù)電壓作用下氣體的擊穿特性目前一百頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)⒉球—球間隙：擊穿電壓影響因數(shù)極性效應(yīng)d＜(D/4)：電場(chǎng)均勻，擊穿電壓分散性小，無極性效應(yīng)；D＞(D/4)：大地對(duì)電場(chǎng)的畸變作用使間隙電場(chǎng)分布不對(duì)稱，擊穿電壓分散性大，電場(chǎng)最強(qiáng)的電極為負(fù)極性時(shí)的擊穿電壓略低于正極性時(shí)的數(shù)值。電場(chǎng)均勻程度影響：同一間隙距離下，球電極直徑越大，擊穿電壓也越高。第五節(jié)持續(xù)電壓作用下氣體的擊穿特性目前一百零一頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)（三）極不均勻電場(chǎng)中的擊穿電壓特點(diǎn)影響擊穿電壓的主要因素是間隙距離短氣隙：流注理論；長氣隙：先導(dǎo)放電選擇電場(chǎng)極不均勻的極端情況典型電極來研究棒(尖)—板：電場(chǎng)分布不對(duì)稱棒(尖)—棒(尖)：電場(chǎng)分布對(duì)稱根據(jù)典型電極的擊穿電壓數(shù)據(jù)來估計(jì)絕緣距離直流、工頻及沖擊擊穿電壓間的差別比較明顯，分散性較大第五節(jié)持續(xù)電壓作用下氣體的擊穿特性目前一百零二頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)直流電壓下的擊穿電壓具有明顯的極性效應(yīng)負(fù)極性的擊穿電壓＞正極性的擊穿電壓棒—棒電極間的擊穿電壓介于極性不同的棒—板電極之間極間距離不大時(shí)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)正棒—負(fù)板：7.5kV/cm負(fù)棒—正板：20kV/cm極間距離很大時(shí)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)正棒—負(fù)板：4.5kV/cm負(fù)棒—正板：10kV/cm第五節(jié)持續(xù)電壓作用下氣體的擊穿特性目前一百零三頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)工頻電壓下的擊穿電壓擊穿在棒的極性為正、電壓達(dá)到幅值時(shí)發(fā)生間隙距離小于2.5cm，擊穿電壓和距離近似直線關(guān)系平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)(幅值)：棒—棒間隙為5.36kV/cm，棒—板間隙為4.8kV/cm“飽和現(xiàn)象”：距離加大，平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)明顯降低，棒—板間隙尤為嚴(yán)重第五節(jié)持續(xù)電壓作用下氣體的擊穿特性返回目前一百零四頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)第六節(jié)雷電沖擊電壓下氣體的擊穿特性及伏秒特性

（教材P18、P35）（一）雷電沖擊電壓的標(biāo)準(zhǔn)波形非周期性雙指數(shù)衰減波參數(shù)：波前時(shí)間：T1=1.2μs±30%（反應(yīng)上升速度）半峰值時(shí)間：T2=50μs±20%（反應(yīng)下降速度）標(biāo)準(zhǔn)波形通用寫法±1.2/50μs標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓波目前一百零五頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)第六節(jié)雷電沖擊電壓下氣體的擊穿特性及伏秒特性標(biāo)準(zhǔn)雷電截波0.900.31

u/Um0’T1Tct參數(shù)：波前時(shí)間：T1=1.2μs±30%（反應(yīng)上升速度）半峰值時(shí)間：T2=2～5μs

（反應(yīng)下降速度）標(biāo)準(zhǔn)波形通用寫法±1.2/2～5μs

注意：雷電電壓具有沖擊性。上升速度和下降速度都非常快。目前一百零六頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)（二）放電時(shí)間（教材P18）氣隙擊穿的必備條件足夠大的電場(chǎng)強(qiáng)度或足夠高的電壓；在氣隙中存在有效電子；有效電子→引起電子崩并導(dǎo)致流柱和主放電需要有一定的時(shí)間，讓放電得以逐步發(fā)展并完成擊穿。持續(xù)電壓（直流、工頻電壓），電壓的變化速度很小。相比之下放電發(fā)展所需時(shí)間可以忽略不計(jì)，當(dāng)氣體狀態(tài)不變時(shí)，一定距離的間隙的擊穿電壓具有確定的數(shù)值。非持續(xù)電壓下（雷電、操作沖擊電壓），因?yàn)殡妷翰▉砣ニ俣群芸?，放電發(fā)展速度就不能忽略不計(jì)了。間隙的擊穿電壓與作用電壓的波形（即作用時(shí)間）有很大關(guān)系第六節(jié)雷電沖擊電壓下氣體的擊穿特性及伏秒特性目前一百零七頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)氣隙放電時(shí)間的構(gòu)成⑴概念靜態(tài)擊穿電壓—長時(shí)間作用在氣隙上能使氣隙擊穿的電壓；僅為必要條件，要使間隙擊穿，必須使該電壓持續(xù)作用一段時(shí)間擊穿時(shí)間（放電時(shí)間）—從開始加壓的瞬間起到氣隙完全被擊穿的時(shí)間。第六節(jié)雷電沖擊電壓下氣體的擊穿特性及伏秒特性目前一百零八頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)⑵構(gòu)成tst1tftlagtbUutUs第一階段升壓時(shí)間t1（0→Us靜態(tài)擊穿電壓）：擊穿過程可能并未開始對(duì)于持續(xù)電壓（直流、工頻電壓）：此階段電壓升到Us，氣隙即及被擊穿；非持續(xù)電壓下（雷電、操作沖擊電壓）：由于t1非常短，即使電壓升到Us

，氣隙也不一定被擊穿。第六節(jié)雷電沖擊電壓下氣體的擊穿特性及伏秒特性目前一百零九頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)tst1tftlagtbUutUs第二階段統(tǒng)計(jì)時(shí)延ts（Us→

出現(xiàn)第一個(gè)有效電子）：擊穿過程開始，具有統(tǒng)計(jì)性由于有效電子的出現(xiàn)是一個(gè)隨機(jī)事件，取決于很多偶然因素，所以ts具有分散性。ts每次都不一樣，要確定ts就要記錄多個(gè)時(shí)間值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，故稱為統(tǒng)計(jì)時(shí)延。ts（平均值）的影響因數(shù)：電極材料、外加電壓、短波光照射、電場(chǎng)情況。第六節(jié)雷電沖擊電壓下氣體的擊穿特性及伏秒特性目前一百一十頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)tst1tftlagtbUutUs第三階段放電形成時(shí)延tf（出現(xiàn)第一個(gè)有效電子→氣隙被擊穿

）：具有統(tǒng)計(jì)性對(duì)于湯遜理論：α過程+γ過程→氣隙被擊穿；對(duì)于流注理論：電子碰撞電離+流注的形成→氣隙被擊穿tf的影響因數(shù)：間隙長度、電場(chǎng)均勻度、外加電壓；第六節(jié)雷電沖擊電壓下氣體的擊穿特性及伏秒特性目前一百一十一頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)放電時(shí)間構(gòu)成的總結(jié)tst1tftlagtbUutUs總放電時(shí)間tbtb＝t1+ts+tf（統(tǒng)計(jì)性）放電時(shí)延tlagtlag=ts+tf（統(tǒng)計(jì)性）第六節(jié)雷電沖擊電壓下氣體的擊穿特性及伏秒特性目前一百一十二頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)（三）雷電沖擊50%擊穿電壓（U50%）

50%沖擊擊穿電壓——擊穿百分比為50%的擊穿電壓。由于放電時(shí)延和放電時(shí)間均具有統(tǒng)計(jì)分散性，多次重復(fù)施加電壓時(shí)可能有幾次擊穿而另幾次沒擊穿。隨著電壓的提高，發(fā)生擊穿的百分比將越來越大。直到每次施加電壓都擊穿。工程實(shí)際中廣泛采用擊穿百分比為50%時(shí)的電壓U50%

來表征氣隙的沖擊擊穿特性。在實(shí)際中施加10次電壓有4～6次擊穿，就可認(rèn)為這一電壓為氣隙的U50%

沖擊擊穿電壓。第六節(jié)雷電沖擊電壓下氣體的擊穿特性及伏秒特性目前一百一十三頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)雷電沖擊電壓下均勻電場(chǎng)和稍不均勻電場(chǎng)的擊穿特性擊穿電壓分散性小，U50%

和Us相差很小；沖擊系數(shù)β均勻電場(chǎng)、稍不均勻電場(chǎng)：

β＝1雷電沖擊電壓下極不均勻電場(chǎng)的擊穿特性放電時(shí)延tlag比較長；擊穿電壓分散性大，U50%

和Us相差很大；極不均勻電場(chǎng)：

β＞1第六節(jié)雷電沖擊電壓下氣體的擊穿特性及伏秒特性目前一百一十四頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)（四）伏秒特性伏秒特性曲線——同一波形、不同幅值的沖擊電壓作用下，間隙上出現(xiàn)的電壓最大值和放電時(shí)間的關(guān)系曲線。概念由于氣隙的擊穿存在時(shí)延現(xiàn)象，所以其沖擊擊穿特性最好用電壓和時(shí)間兩個(gè)參量來表示，這種在“電壓—時(shí)間”平面上形成的曲線，通常成為伏秒特性，它表示該氣隙的沖擊擊穿電壓與放電時(shí)間的關(guān)系。第六節(jié)雷電沖擊電壓下氣體的擊穿特性及伏秒特性目前一百一十五頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)伏秒特性的制定方法（用實(shí)驗(yàn)方法求?。┍３譀_擊電壓波形不變，逐漸提高沖擊電壓的峰值電壓較低，放電時(shí)間長，擊穿發(fā)生在波尾（圖中1、2）電壓較高，放電時(shí)間短，擊穿發(fā)生在波頭（圖中3）將1、2、3點(diǎn)連接完成伏秒特性曲線縱坐標(biāo)：沖擊電壓幅值橫坐標(biāo)：放電時(shí)間縱坐標(biāo)：沖擊電壓瞬時(shí)值橫坐標(biāo)：放電時(shí)間第六節(jié)雷電沖擊電壓下氣體的擊穿特性及伏秒特性目前一百一十六頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)實(shí)際曲線由于放電時(shí)間具有分散性，于是每一級(jí)電壓下可得一系列放電時(shí)間，所以實(shí)際上伏秒特性是以上、下包線為界的帶狀區(qū)域。注意：工程上，常采用將平均放電時(shí)間各點(diǎn)相連所得的平均伏秒特性或50%

伏秒特性曲線來表征一個(gè)氣隙的沖擊擊穿電壓。第六節(jié)雷電沖擊電壓下氣體的擊穿特性及伏秒特性目前一百一十七頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)電場(chǎng)均勻程度對(duì)曲線的影響均勻電場(chǎng)不均勻電場(chǎng)Ubtb均勻或稍不均勻電場(chǎng)形狀：曲線較為平坦；原因：由于擊穿時(shí)平均場(chǎng)強(qiáng)較高，流注發(fā)展較快，放電時(shí)延很短。極不均勻電場(chǎng)形狀：曲線較陡；原因：由于擊穿時(shí)平均場(chǎng)強(qiáng)較低，而且流注總是從強(qiáng)場(chǎng)區(qū)向弱場(chǎng)區(qū)發(fā)展，放電速度受到電場(chǎng)分布影響，所以放電時(shí)延長。第六節(jié)雷電沖擊電壓下氣體的擊穿特性及伏秒特性目前一百一十八頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)第六節(jié)雷電沖擊電壓下氣體的擊穿特性及伏秒特性伏秒特性的用途主要用于比較不同設(shè)備絕緣的沖擊特性，即用于絕緣配合。S1—被保護(hù)設(shè)備的伏秒特性曲線S2—保護(hù)設(shè)備的伏秒特性曲線總結(jié)：為了使被保護(hù)設(shè)備得到可靠的保護(hù)，被保護(hù)設(shè)備絕緣的伏秒特性曲線的下包線必須始終高于保護(hù)設(shè)備的伏秒特性曲線的上包線。問題：S1是___伏秒特性曲線。S2是___伏秒特性曲線。A保護(hù)設(shè)備；B被保護(hù)設(shè)備目前一百一十九頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)這二者無法進(jìn)行有效的絕緣配合。第六節(jié)雷電沖擊電壓下氣體的擊穿特性及伏秒特性目前一百二十頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)極不均勻電場(chǎng)中U50%雷電沖擊電壓的擊穿特性（教材P35）棒—板棒—棒棒—棒棒—板棒—板間隙有明顯的極性效應(yīng)；棒—棒間隙也有不大的極性效應(yīng)；棒—棒間隙中不同極位接地會(huì)使得棒極附近的電場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生變化，從而會(huì)顯出較弱的極性效應(yīng)第六節(jié)雷電沖擊電壓下氣體的擊穿特性及伏秒特性目前一百二十一頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)氣隙電壓類型近似計(jì)算公式(d,cm;Ub,kV)氣隙電壓類型近似計(jì)算公式(d,cm;Ub,kV)棒—棒工頻交流Ub=70+5.25d棒—板工頻交流Ub=40+5d正極性雷電沖擊Ub=75+5.6d正極性雷電沖擊Ub=40+5d負(fù)極性雷電沖擊Ub=110+6d負(fù)極性雷電沖擊Ub=215+6.7d

U50%雷電沖擊電壓的經(jīng)驗(yàn)公式空氣中棒間隙的工頻擊穿電壓（幅值）和雷電沖擊50%擊穿電壓的近似計(jì)算公式如下表（標(biāo)準(zhǔn)大氣條件，極間距離

d>40cm)第六節(jié)雷電沖擊電壓下氣體的擊穿特性及伏秒特性返回目前一百二十二頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)第七節(jié)操作沖擊電壓下氣體的擊穿特性（教材P19、P36）（一）操作沖擊電壓的標(biāo)準(zhǔn)波形0.510

u/UmTcrT2t非周期性雙指數(shù)衰減波參數(shù)：波前時(shí)間：Tcr=250μs±20%（反應(yīng)上升速度）半峰值時(shí)間：T2=2500μs±60%（反應(yīng)下降速度）標(biāo)準(zhǔn)波形通用寫法250/2500μs目前一百二十三頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)第七節(jié)操作沖擊電壓下氣體的擊穿特性u(píng)0UmTcrtTcr=1000～

1500us衰減震蕩操作沖擊波參數(shù)：波前時(shí)間：Tcr=1000～1500μs

（反應(yīng)上升速度）極性相反的第二個(gè)半波的峰值約為第一個(gè)半波峰值的80%

目前一百二十四頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)（二）操作沖擊50%擊穿電壓操作沖擊電壓下均勻電場(chǎng)和稍不均勻電場(chǎng)的擊穿特性與雷電沖擊50%擊穿電壓、工頻擊穿電壓（峰值）相同，且分散性小操作沖擊電壓下極不均勻電場(chǎng)的擊穿特性圖2-12極性效應(yīng)正極性下50％擊穿電壓比負(fù)極性下低第七節(jié)操作沖擊電壓下氣體的擊穿特性目前一百二十五頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)電場(chǎng)分布的影響“鄰近效應(yīng)”：接地物體靠近放電間隙會(huì)顯著降低其正極性擊穿電壓，但能多少提高一些負(fù)極性擊穿電壓圖2-12飽和現(xiàn)象隨著氣隙長度增加，除了負(fù)極性“棒—棒”氣隙外，其它棒間隙的“飽和”現(xiàn)象十分明顯。電氣強(qiáng)度最差的“棒—板”間隙飽和現(xiàn)象最為嚴(yán)重。顯然，這時(shí)在增大“棒—板”氣隙的長度，已不能有效的提高其擊穿電壓。第七節(jié)操作沖擊電壓下氣體的擊穿特性目前一百二十六頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)波形的影響在一定波前時(shí)間范圍內(nèi)，U50%甚至?xí)裙ゎl擊穿電壓低，呈現(xiàn)出“U形曲線”。故對(duì)于220kV的超高壓輸電系統(tǒng)和電力設(shè)備，應(yīng)按操作過電壓的電氣特性進(jìn)行絕緣設(shè)計(jì)。“U形曲線”是放電時(shí)延和空間電荷(形成及遷移)這兩類不同因素的影響所造成的。教材P36對(duì)應(yīng)極小值的波前時(shí)間隨著間隙距離加大而增加。對(duì)7m以下的間隙，在50～200μs這段時(shí)間內(nèi)，氣息的擊穿最易發(fā)生。第七節(jié)操作沖擊電壓下氣體的擊穿特性目前一百二十七頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)分散性大波前時(shí)間在數(shù)十到數(shù)百位秒之間：U50%的標(biāo)準(zhǔn)偏差約為5%。波前時(shí)間超過1000μs以后，可達(dá)8％。

50％擊穿電壓極小值的經(jīng)驗(yàn)公式第七節(jié)操作沖擊電壓下氣體的擊穿特性返回目前一百二十八頁\總數(shù)一百八十五頁\編于二十一點(diǎn)第八節(jié)SF6和氣體絕緣電氣設(shè)備（教材P43）（一）SF6的物理化學(xué)特性無色、無味的氣體，具有較高的電氣強(qiáng)度，優(yōu)良的滅弧性能，良好的冷卻特性，不可燃；SF6擊穿電壓是空氣的3倍，滅弧性能大約是空氣的100倍SF6分子中，6個(gè)氟原子圍繞硫原子對(duì)稱排布成正八面體，化學(xué)性能穩(wěn)定純SF6是一種無毒氣體，但它會(huì)因引起窒息對(duì)人身造成威脅；若純度不夠，會(huì)含有SF4、S2F10、HF、SO2等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)有毒；另外SF6因放電而產(chǎn)生的一些分解物也是有毒的。

要對(duì)一個(gè)斷路器或其他設(shè)備更換SF6時(shí)，要帶防毒面具20℃充