高鐵高壓供電設備之氣體電介質的擊穿特性-均勻電場中的氣體放電

巴申定律巴申定律早在湯遜理論出現(xiàn)之前，巴申(Paschen)就于1889年從大量的實驗中總結出了擊穿電壓Ub與pd的關系曲線，稱為巴申定律，即Ub=f（pd）巴申定律：描述了氣體的擊穿電壓Ub與pd的關系曲線巴申定律圖1實驗求得的均勻場中不同氣體間隙曲線Ub=f（pd）圖1給出了幾種氣體間隙的Ub與pd的關系曲線。其次，Ub不是pd的單調函數(shù)，而是U型曲線，有極小值。從圖中可見，首先，Ub并不僅僅由d決定，而是pd的函數(shù)；巴申定律極小值1巴申曲線呈U形，分為左右兩半支，在某一pd值時曲線有極小值。2保持d不變：極小值左側：P↓→電子的自由行程↑→碰撞電離次數(shù)↓→Ub↑極小值右側：P↑→電子的自由行程↓→碰撞次數(shù)↑→碰撞電離次數(shù)↓→Ub↑巴申定律極小值3保持d不變：極小值左側：d↓→d值過小時，碰撞次數(shù)已經(jīng)減到很小→Ub↑極小值右側：d↑→E↓→需增加電壓以維持放電所需的電場強度→Ub↑巴申定律巴申定律的實際意義當極間距離d不變時提高氣壓或降低氣壓到真空，都可以提高氣隙的擊穿電壓，這一結論已被工程廣泛使用。SF6斷路器真空斷路器巴申定律電氣強度的提高對于高壓電力設備的安全穩(wěn)定運行有著不可小覷的作用。在日常的學習中我們要學會理論聯(lián)系實際，通過理論指導實踐，更好地服務社會的發(fā)展。流注理論流注理論前面所介紹的湯遜理論是在低氣壓、短氣隙的條件下進行的。大自然中的氣體放電現(xiàn)象如雷電放電發(fā)生在兩塊雷云或雷云與大地之間，此時放電時間很短；具有明亮放電細通道；且與陰極材料無關。因此，Pd值較大時，利用湯遜理論解釋的現(xiàn)象與實際不符。流注理論

1939年勒布和米克等人在霧室里對放電過程中帶電粒子的運動軌跡拍照進行研究，并于1940年發(fā)表流注放電理論。流注理論能很好地解釋高氣壓、長氣隙，以及不均勻電場中的氣體放電現(xiàn)象。流注理論仍以電子的碰撞電離過程為基礎，它考慮了高氣壓、長氣隙情況下不容忽視的若干因素對氣體放電的影響，主要有以下兩方面:空間電荷對原有電場的影響空間光電離的作用流注理論1空間電荷對原電場的畸變作用增強削弱電子崩頭部聚集大部分正離子和全部電子，產(chǎn)生了電場畸變；在電場很小的區(qū)域，電子和正離子濃度最大，有利于完成復合；強烈的復合輻射出許多光子，成為引發(fā)新的空間光電離輻射源。輻射源向氣隙空間各處發(fā)射光子而引起光電離。如果光子位于強場區(qū)，二次電子崩將以更大得多的電離強度向陽極發(fā)展，或匯入崩尾。流注理論2空間電荷對原電場的畸變作用起始電子發(fā)生碰撞電離形成初始電子崩初崩發(fā)展到陽極，空間電荷畸變原電場，在電場削弱的區(qū)域復合增加，放射出大量光子；光電離產(chǎn)生光電子，在加強的局部電場作用下形成二次電子崩；（d）二次崩的電子與正空間電荷匯合成流注通道，其端部又有二次崩留下的正電荷，加強局部電場產(chǎn)生新電子崩使其發(fā)展；流注頭部前方電場很強，電離迅速發(fā)展，放射出大量光子，繼續(xù)引起空間光電離，于是流注前方出現(xiàn)新的二次崩，延長流注通道；流注通道貫通，氣隙擊穿。流注理論(a)(b)(c)這些電離強度和發(fā)展速度遠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被稱為流注。流注的特點是電離強度很大，傳播速度很快（超過初崩發(fā)展速度10倍以上）。出現(xiàn)流注后放電便獲得獨立繼續(xù)發(fā)展的能力，而不再依賴外界電離因子的作用，可見出現(xiàn)流注的條件也就是自持放電條件。流注理論(a)(b)(c)這些電離強度和發(fā)展速度遠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被稱為流注。二次崩的電子進入初崩通道后，便與正離子群構成了導電的等離子通道，一旦等離子通道短接了兩個電極，放電即轉為火花放電或電弧放電。流注理論反思利用流注理論我們可以解釋大自然中的雷電放電現(xiàn)象。這就提示我們在平時的學習中要善于總結規(guī)律，理論聯(lián)系實際，學以致用。湯遜放電理論01湯遜放電理論02均勻電場中氣體的擊穿過程湯遜放電試驗：湯遜放電理論一、湯遜放電理論實驗原理圖光照射平行板電級湯遜放電試驗：湯遜放電理論氣體的伏安特性湯遜放電理論二、均勻電場中氣體的擊穿過程電流隨外施電壓的提高而增大，因為帶電質點向電極運動的速度加快電流飽和，帶電質點全部進入電極，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）湯遜放電理論二、均勻電場中氣體的擊穿過程電流飽和帶電質點全部進入電極，電流僅取決于外電離因素的強弱（良好的絕緣狀態(tài)）湯遜放電理論激勵、電離和復合飽和段（氣體仍處于良好的絕緣狀態(tài)）碰撞電離段OAAB