氣體電介質(zhì)的絕緣特性二

氣體電介質(zhì)的絕緣特性二1第1頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月氣體間隙中的電流與電壓的關(guān)系氣體間隙中的電流與電壓的關(guān)系(a)有氣體間隙的直流電路；（b）氣體放電的特性

2第2頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月第2講回顧帶電粒子的產(chǎn)生與消失湯遜理論巴申定律的解釋湯遜理論的適用范圍3第3頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月第3講氣體電介質(zhì)的絕緣特性（二）

1.2.5流注理論在高氣壓長間隙條件下的氣體放電理論特點：認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，并強調(diào)了空間電荷畸變電場的作用

流注理論4第4頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月電子崩階段空間電荷畸變外電場

流注階段光電離形成二次電子崩

兩個階段5第5頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）電子崩階段（a）初始電子崩陽極側(cè)電子崩數(shù)目多正空間電荷加強了原電場，同時向周圍放射出大量光子（一）流注理論6第6頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月（b）二次電子崩光子使附近的氣體因光電離而產(chǎn)生二次電子它們在由正空間電荷所引起的畸變和加強了的局部電場作用下，又形成新的電子崩，即二次電子崩

7第7頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）流注的形成和發(fā)展二次電子崩中的電子＋初始電子崩的正空間電荷——混合通道（流注）。流注通道和二次崩留下的正電荷，大大加強了流注發(fā)展方向的電場，產(chǎn)生新電子崩，從而使流注向前發(fā)展8第8頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）間隙的擊穿流注不斷向陰極報進，頭部電場越來越強，因而其發(fā)展也越快流注發(fā)展到陰極，間隙被導電良好的等離子通道所貫通——間隙擊穿9第9頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月電離室電離室結(jié)構(gòu)示意圖

1－照射火花間隙；2－石英窗；3－電極4－玻璃壁；5－橡皮膜；6－絕緣柱研究放電時的電路圖N－電離室；S－火花間隙；L'、L''、K－短路回路10第10頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月在電離室中得到的初始電子崩照片圖a和圖b的時間間隔為1

10-7秒p=270毫米汞柱，E=10.5千伏/厘米初始電子崩轉(zhuǎn)變?yōu)榱髯⑺查g照片p＝273毫米汞柱E=12千伏/厘米電子崩在空氣中的發(fā)展速度約為1.25107cm/s11第11頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月在電離室中得到的陽極流注發(fā)展過段的照片正流注的發(fā)展速度約為11082108cm/s12第12頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月自持放電條件形成流注——空間光電離維持放電（自持放電）如果電場均勻，間隙就將被擊穿。所以流注形成的條件就是自持放電條件，在均勻電場中也就是導致?lián)舸┑臈l件。流注形成的條件：足夠的空間光游離——較多的初始電子崩（電子崩積累到一定的數(shù)量）13第13頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）流注理論對高氣壓、長間隙（pd很大）放電現(xiàn)象的解釋1．放電外形具有通道形式流注前方隨著其向前發(fā)展而更為增強多流注之間互相抑制發(fā)展二次電子崩在空間的形成和發(fā)展帶有統(tǒng)計性，所以火花通道常是曲折的，并帶有分枝。電子崩則不然，由于其中電荷密度較小，故電場強度還很大，因而不致影響到鄰近空間內(nèi)的電場，所以不會影響其它電子崩的發(fā)展14第14頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月樹枝狀放電與放電發(fā)展的抑制15第15頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月2．放電時間短二次電子崩由光電離形成，所以流注發(fā)展速度極快——放電時間特別短3．放電不受陰極材料的影響維持放電靠光電離，而不是陰極表面的電離過程，與材料無關(guān)16第16頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月

在Pd值較小時，起始電子不可能在穿越極間距離后完成足夠多的碰撞電離次數(shù)，因而難以聚積到足夠的電子數(shù)，這樣就不可能出現(xiàn)流注，放電的自持只能依靠陰極上的γ過程。17第17頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月電場不均勻系數(shù)f的定義f<2時，稍不均勻電場f>4時，極不均勻電場18第18頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月上次課回顧氣體的放電形式（5種）非自持放電和自持放電（IU曲線四段0-a-b-c-∞）均勻和極不均勻電場中的自持放電湯遜放電理論（

過程，γ過程）（巴申曲線）流注放電理論（電子崩，流注）適用范圍（Pd）和區(qū)別（四個方面：放電形式、放電時間、擊穿電壓計算、陰極材料影響）巴申定律的解釋19第19頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3不均勻電場中氣體的擊穿1

擊穿電壓2

電暈起始電壓3

放電不穩(wěn)定區(qū)d≤2D，電場還比較均勻，放電特性與均勻電場相似。即：一旦出現(xiàn)自持放電，立即導致整個氣隙擊穿。1.3.1稍不均勻場和極不均勻場的放電特點20第20頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月d≥4D，電場極不均勻，存在電暈放電（電暈起始電壓）。外加電壓進一步增大，表面電暈層擴大，并出現(xiàn)刷狀的細火花，火花變長，最終導致氣隙完全擊穿。放電達到自持放電后，間隙沒有擊穿。電場越不均勻，擊穿電壓和電暈起始電壓間的差別也越大21第21頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月2D＜d＜4D，屬于過渡區(qū)域，隨電壓升高出現(xiàn)不穩(wěn)定的電暈，立即轉(zhuǎn)為火花放電。是否存在電暈放電來區(qū)分電場均勻程度：1、穩(wěn)定的電暈放電----極不均勻電場；2、不存在穩(wěn)定的電暈放電，電暈一旦出現(xiàn)，間隙立即被擊穿。----稍不均勻電場極間距離相等時，稍不均勻場間隙的擊穿電壓比均勻間隙的低；極不均勻電場的擊穿電壓也比均勻電場要低，但要繼續(xù)增加電壓才能由電暈放電到擊穿。22第22頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月電暈放電現(xiàn)象電暈放電現(xiàn)象——電離區(qū)的放電過程造成。強電場——電子崩——復合——光輻射 咝咝的聲音臭氧的氣味微弱的暈光回路電流明顯增加(絕對值仍很小)，可以測量到能量損失電暈放電的空間電荷，可以改善極不均勻電場分布，提高擊穿電壓。23第23頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月線－板氣隙中不同直徑導線的工頻擊穿電壓與d的關(guān)系點劃線－均勻電場；虛線－正尖－負板電場；1－D=0.5mm；2—D=3mm；3－D=16mm；4－D=20mm正尖－負板電場，隨著d的增大，逐漸趨向于均勻24第24頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月電暈起始電壓和電暈起始場強

是一種自持放電形式，起始電壓在原理上可由自持放電條件求得E0的經(jīng)驗公式m－導線表面的粗糙系數(shù)。光滑導線m=1,一般導線m=0.82~0.9,對絞線局部電暈m=0.7225第25頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月電暈電流與能量(a)時間刻度T=125

s(b)0.7

A電暈電流平均值(c)2

A電暈電流平均值電暈電流比較小的，但比泄漏電流要大得多?？臻g電荷的運動需要電源供給能量,——輸電線路電暈損耗的主要部分，而使空氣電離所消耗的能量則比較小。

26第26頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月電暈的起始階段——一系列短促的陡脈沖組成。電離產(chǎn)生的與導線同號的電荷，導致電離停止。脈沖電流將產(chǎn)生電磁波傳播到空間——造成無線電干擾，降低導線表面場強方法：增大線間距離d；增大導線半徑r。(如：分裂導線)27第27頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月輸電線路的電暈還與導線的表面狀況及天氣狀況有關(guān)。導線表面曲率大小影響。雨、雪、霜等壞天氣時，電暈損耗急劇增加。水滴——電場作用——變成錐形28第28頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月對于500－750kV的超高壓輸電線路，在天氣好時電暈損耗一般不超過幾個W/km，而在壞天氣時，可以達到100W/km以上。因此在設(shè)計超高壓線路時，需要根據(jù)不同天氣條件下電暈損耗的實測數(shù)據(jù)和線路參數(shù)，以及沿線路各種氣象條件的出現(xiàn)概率等對線路的電暈損耗進行估算。29第29頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月隨著輸電電壓的提高，電暈問題也越來越突出。在保持同樣電流密度的條件下，導線截面積降低導體表面電場減小電暈的方法30第30頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月降低導線表面場強的方法：增大線間距離d或增大導線半徑r。一般采取適當增大導線直徑的辦法為節(jié)省導線材料，通常采用分裂導線的解決辦法，即每相導線由2根或2根以上的導線組成。使得導線表面場強得以降低。31第31頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月電暈影響的兩面性不利影響：能量損失；放電脈沖引起的高頻電磁波干擾；化學反應(yīng)引起的腐蝕作用等

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；利用電暈放電改善電場分布，提高擊穿電壓；利用電暈放電除塵與臭氧發(fā)生器等

32第32頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3.3極不均勻場中的放電過程一、非自持放電階段電子崩產(chǎn)生陽極積聚正電荷33第33頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月二、流注發(fā)展階段頭部電場增強——新電子崩——流注前移34第34頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月三、先導放電階段通道根部的電子最多——流注根部溫度升高——出現(xiàn)熱電離——先導通道（具有熱電離過程的通道）。新的電離過程使電離加強，電導增大，從而加大了其頭部前沿區(qū)域中的場強，引起新的流注，導致先導通道不斷伸長。35第35頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月流注根部溫度升高熱電離過程先導通道電離加強，更為明亮電導增大軸向場強更低發(fā)展速度更快長空氣間隙的平均擊穿場強遠低于短間隙放電過程36第36頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月四、主放電過程先導頭部達到板極。小間隙中的高場強引起強烈電離，帶電粒子高。強電離區(qū)迅速向陽極傳播——主放電過程。主放電通道貫穿電極間隙——擊穿。特點：由于其頭部場強極大，所以主放電通道發(fā)展速度及電導都遠大于先導通道。37第37頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月１——主放電通道２——主放電和先導通道的交界區(qū)３——先導通道38第38頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月先導的發(fā)展正棒—負板間隙中先導通道的發(fā)展（ａ）先導和其頭部的流注ｋｍ；（ｂ）流注頭部電子崩的形成；（ｃ）ｋｍ由流注轉(zhuǎn)變?yōu)橄葘Ш托纬闪髯ⅲ恚?；（ｄ）流注頭部電子崩的形成；（ｅ）沿著先導和空氣間隙電場強度的分布39第39頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3.4極不均勻場中的極性效應(yīng)正棒－負板40第40頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月電子運動速度快，迅速進入棒極；棒極附近積聚起正空間電荷，削弱了棒極附近的電場強度而加強了正離子群外部空間的電場結(jié)果： （1）使電暈起始電壓提高。 （2）外部空間電場加強，有利于流注的發(fā)展，因此擊穿電壓較低。41第41頁，課件共44