高電壓技術(shù)——第四講-自持放電條件2.3完整版

1、 上節(jié)回顧：上節(jié)回顧： 非自持放電和自持放電的定義？非自持放電和自持放電的定義？ 非自持放電非自持放電：氣體放電需要靠外電離來維持。 自持放電：自持放電：氣體放電只靠外施電壓就能維持。 自持放電的起始電壓：自持放電的起始電壓：U0。 什么是電子崩？什么是電子崩？ 電子從陰極向陽極運(yùn)動時(shí)，發(fā)生碰撞電離，使 電子數(shù)按幾何級數(shù)不斷增加，如雪崩式地增長， 將這一劇增的電子流稱為電子崩。 上節(jié)回顧：上節(jié)回顧： 碰撞電離系數(shù)碰撞電離系數(shù)？ 一個電子沿電力線方向行經(jīng)1cm時(shí)平均發(fā)生 的碰撞電離次數(shù)。 電子崩過程電子數(shù)與電離系數(shù)及電子行經(jīng)距離電子崩過程電子數(shù)與電離系數(shù)及電子行經(jīng)距離 的表達(dá)式？的表達(dá)式？ 碰撞

2、電離系數(shù)的影響因素有哪些？碰撞電離系數(shù)的影響因素有哪些？ p,T,E,Ui 上節(jié)回顧：上節(jié)回顧： p p的大小對碰撞電離系數(shù)的影響具體含義的大小對碰撞電離系數(shù)的影響具體含義 分析分析? ? p p很大或很小時(shí)，很大或很小時(shí)，都比較小，都比較小， 1.p1.p很大時(shí)，碰撞次數(shù)雖然多，但碰撞引起電離的很大時(shí)，碰撞次數(shù)雖然多，但碰撞引起電離的 概率很小。概率很小。 2.p2.p很小時(shí)，雖然電離的概率很大，但碰撞次數(shù)卻很小時(shí)，雖然電離的概率很大，但碰撞次數(shù)卻 很少。很少。 p p很大或很小，氣隙不易發(fā)生放電現(xiàn)象。很大或很小，氣隙不易發(fā)生放電現(xiàn)象。 第三節(jié)第三節(jié) 自持放電條件自持放電條件 只有電子崩過程

3、是不會發(fā)生自持放電的。只有電子崩過程是不會發(fā)生自持放電的。 要達(dá)到自持放電的條件，只有在氣隙內(nèi)初始 電子崩消失前產(chǎn)生新的電子（二次電子二次電子）來取代 初始電子（由外電離產(chǎn)生）。 而二次電子的產(chǎn)生機(jī)制二次電子的產(chǎn)生機(jī)制與pd值（氣壓和氣隙 長度的乘積）有關(guān)。 pd值較小時(shí)，適用于湯遜理論湯遜理論。 pd值較大時(shí)，適用于流注理論流注理論。 而對于空氣來說，這一pd值得分界線大約為 260kPa.mm 一、一、pd值較小時(shí)的情況值較小時(shí)的情況 湯遜理論認(rèn)為二次電子的來源是正離子撞擊正離子撞擊 陰極表面發(fā)生電子逸出陰極表面發(fā)生電子逸出。 系數(shù)系數(shù)：表示每個正離子從陰極表面平均釋 放的自由電子數(shù)。 1

4、.1.湯遜自持放電判據(jù)。湯遜自持放電判據(jù)。 一、一、pd值較小時(shí)的情況值較小時(shí)的情況 2.2.氣體擊穿的巴申定律氣體擊穿的巴申定律 巴申定律：巴申定律：在溫度恒定的條件下，均 勻電場中氣體的擊穿電壓是氣壓和間隙 長度乘積pd的函數(shù)。 Ub=f(pd) 一、一、pd值較小時(shí)的情況值較小時(shí)的情況 2.2.氣體擊穿的巴申定律氣體擊穿的巴申定律 一、一、pd值較小時(shí)的情況值較小時(shí)的情況 3.3.氣體密度對擊穿的影響氣體密度對擊穿的影響 巴申定律的前提條件是溫度恒定，因此對 于氣溫并非恒定的情況，應(yīng)引入氣體相對密度。 氣體相對密氣體相對密度度，指氣體密度與標(biāo)準(zhǔn)大氣 條件下密度之比。 二、二、pdpd值較

5、大時(shí)的情況值較大時(shí)的情況 若按湯遜理論，二次電子二次電子的是由正離 子撞擊陰極產(chǎn)生的自由電子。 則從施加電壓到發(fā)生擊穿的時(shí)間，至 少應(yīng)為正離子穿過間隙的時(shí)間。 然而在氣壓高時(shí)，實(shí)測的放電時(shí)間遠(yuǎn) 小于正離子穿越間隙所需的時(shí)間。 對于對于pdpd值較大時(shí)，湯遜理論不值較大時(shí)，湯遜理論不 適合。適合。 二、二、pdpd值較大時(shí)的情況值較大時(shí)的情況 流注放電：流注放電：放電過程也是從電子崩開始，當(dāng)電 子發(fā)展到一定階段后產(chǎn)生電離特強(qiáng)、發(fā)展速度更 快的新的放電區(qū)。 流注理論認(rèn)為二次電子來源于光電離光電離。 1.1.流注的形成條件流注的形成條件 1 1）電子崩發(fā)展到足夠的程度。）電子崩發(fā)展到足夠的程度。原電

6、場明顯畸原電場明顯畸 變變，加強(qiáng)了崩頭及崩尾處的電場。 2 2）電子崩中電荷密度大，復(fù)合頻繁，放射的）電子崩中電荷密度大，復(fù)合頻繁，放射的 光子在強(qiáng)電廠區(qū)易引起光電離。光子在強(qiáng)電廠區(qū)易引起光電離。 二、二、pdpd值較大時(shí)的情況值較大時(shí)的情況 二、二、pdpd值較大時(shí)的情況值較大時(shí)的情況 2.2.流注自持放電條件流注自持放電條件 流注自持放電條件：初始電子崩頭部電荷崩頭部電荷必 須達(dá)到一定數(shù)量一定數(shù)量才能使原電場畸變和造成足夠 的空間光電離。 湯遜放電理論與流注放電理論的比較：湯遜放電理論與流注放電理論的比較： （1 1）適用條件不一樣。）適用條件不一樣。pdpd值值 （2 2）放電機(jī)制不一樣

7、。）放電機(jī)制不一樣。 湯遜：二次電子：正離子撞擊陰極。湯遜：二次電子：正離子撞擊陰極。 流注：二次電子：光電離。流注：二次電子：光電離。 （3 3）放電時(shí)延不同。）放電時(shí)延不同。 等等。等等。 三、電負(fù)性氣體的情況三、電負(fù)性氣體的情況 對于強(qiáng)電負(fù)性氣體強(qiáng)電負(fù)性氣體，還應(yīng)考慮其電子附著過程電子附著過程 （過程）。 系數(shù)：系數(shù)：一個電子沿電力線方向行經(jīng)1cm時(shí)平均 發(fā)生的電子附著次數(shù)。 在電負(fù)性氣體中有效的碰撞電離數(shù) 在均勻電場中達(dá)到陽極的電子數(shù)為： 強(qiáng)電負(fù)性氣體強(qiáng)電負(fù)性氣體的工程應(yīng)用屬于流注放電流注放電的范疇。 自持放電條件： 三、電負(fù)性氣體的情況三、電負(fù)性氣體的情況 1.SF61.SF6氣體的

8、氣體的K=10.5K=10.5，遠(yuǎn)小于空氣的，遠(yuǎn)小于空氣的K K值。值。 K初始崩頭電子數(shù)，雖然SF6電子數(shù)少， 但其帶電質(zhì)點(diǎn)除了正離子、電子還有負(fù)離子， 即其帶電質(zhì)點(diǎn)數(shù)大。 2.2.由于強(qiáng)電負(fù)性氣體中由于強(qiáng)電負(fù)性氣體中 ，所以其自持放電，所以其自持放電 場強(qiáng)比非電負(fù)性氣體高得多。場強(qiáng)比非電負(fù)性氣體高得多。 以SF6氣體為例，在101.3kPa，20的條 件下，均勻電場中擊穿場強(qiáng)為Eb89kV/cm，約 為同樣條件的空氣間隙的擊穿場強(qiáng)的3倍。 總結(jié)：總結(jié)： 1.1.氣體自持放電的條件是什么？（定性）氣體自持放電的條件是什么？（定性） 只有在氣隙內(nèi)初始電子崩消失前產(chǎn)生新的 電子（二次電子二次電子

9、）來取代初始電子（由外電離 產(chǎn)生）。 2.2.湯遜理論適用條件？認(rèn)為二次電子來源是？湯遜理論適用條件？認(rèn)為二次電子來源是？ pd值較小，二次電子來源是正離子撞擊陰極。 3.3.湯遜理論中均勻電場自持放電的條件是？（定湯遜理論中均勻電場自持放電的條件是？（定 量）量） 總結(jié)：總結(jié)： 4.4.巴申定律說明了哪兩個變量之間的關(guān)系？巴申定律說明了哪兩個變量之間的關(guān)系？ Ub=f(pd)Ub=f(pd) 5.5.流注理論的適用條件？認(rèn)為二次電子來源是？流注理論的適用條件？認(rèn)為二次電子來源是？ PdPd值較大時(shí)，空間的光電離。值較大時(shí)，空間的光電離。 6.6.均勻電場流注自持放電的條件？（定量）均勻電場流注自持放電的條件？（定量） 總結(jié)：總結(jié)： 7.7.均勻電場強(qiáng)電負(fù)性氣體自持放電的條件？均勻電場強(qiáng)電負(fù)性氣體自持放電的條件？ 8.8.強(qiáng)電負(fù)性氣體的強(qiáng)電負(fù)性氣體的K K值與空氣的值與空氣的K K相比較大??？并分相比較大??？并分