改第2章-氣體擊穿理論

1、山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室高電壓絕緣技術(shù)高電壓絕緣技術(shù)第二章氣體擊穿理論山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室概述概述1 1：電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備中常用氣體作為絕緣介質(zhì)：電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備中常用氣體作為絕緣介質(zhì)2 2：氣體絕緣要解決的問題主要是如何選擇合適的：氣體絕緣要解決的問題主要是如何選擇合適的絕緣距離以及如何提高氣體間隙的擊穿電壓絕緣距離以及如何提高氣體間隙的擊穿電壓3 3：氣體擊穿電壓與電場分布、電壓種類、氣體狀：氣體擊穿電壓與電場分布、電壓種類、氣體狀態(tài)有關(guān)態(tài)有關(guān)4 4：理論至今很不完善，工程設(shè)計問題常借助于各：理論至今很不完善，工程設(shè)計問題常借助于各種實驗規(guī)律分析

2、解決或直接由試驗決定種實驗規(guī)律分析解決或直接由試驗決定山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室名詞解釋名詞解釋氣體放電氣體放電：氣體中流通電流的各種形式的統(tǒng)稱：氣體中流通電流的各種形式的統(tǒng)稱擊穿：擊穿：氣體由絕緣狀態(tài)突變?yōu)榱紝щ姞顟B(tài)的過程氣體由絕緣狀態(tài)突變?yōu)榱紝щ姞顟B(tài)的過程沿面閃絡(luò)：沿面閃絡(luò)：發(fā)生在氣體與液體或氣體與固體的交界面發(fā)生在氣體與液體或氣體與固體的交界面上的擊穿過程上的擊穿過程（擊穿和沿面閃絡(luò)統(tǒng)稱放電）（擊穿和沿面閃絡(luò)統(tǒng)稱放電）擊穿電壓（閃絡(luò)電壓）擊穿電壓（閃絡(luò)電壓）：發(fā)生擊穿（或閃絡(luò)）的最低：發(fā)生擊穿（或閃絡(luò)）的最低臨界電壓臨界電壓（擊穿電壓與閃絡(luò)電壓統(tǒng)稱放電電壓）（擊穿電壓與閃

3、絡(luò)電壓統(tǒng)稱放電電壓）擊穿場強：擊穿場強：均勻電場中擊穿電壓與間隙距離之比：反均勻電場中擊穿電壓與間隙距離之比：反映了氣體耐受電場作用的能力：介電強度映了氣體耐受電場作用的能力：介電強度非自持放電：非自持放電：去掉外電離因素的作用后放電隨即停止去掉外電離因素的作用后放電隨即停止自持放電：自持放電：僅靠電場的作用而維持的放電。僅靠電場的作用而維持的放電。山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室第一節(jié)：氣體放電主要形式第一節(jié)：氣體放電主要形式輝光放電：輝光放電：整個空間發(fā)光，電流密度??；整個空間發(fā)光，電流密度小；低氣壓、電低氣壓、電源功率小；源功率小；霓虹燈霓虹燈火花放電：火花放電：有收細的發(fā)光放

4、電通道、貫穿兩極的斷續(xù)有收細的發(fā)光放電通道、貫穿兩極的斷續(xù)的明亮火花；的明亮火花；大氣壓下、電源功率小大氣壓下、電源功率小電暈放電：電暈放電：緊貼尖電極周圍有一層暈光；緊貼尖電極周圍有一層暈光；極不均勻場極不均勻場刷狀放電：刷狀放電：從電暈放電電極中伸出許多較明亮的細放從電暈放電電極中伸出許多較明亮的細放電通道；電通道；極不均勻場極不均勻場電弧放電：電弧放電：放電通道和電極的溫度都很高，電流密度放電通道和電極的溫度都很高，電流密度大，電路有短路特征；大，電路有短路特征；電源功率大電源功率大山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室山東省特高壓輸變電技術(shù)

5、與氣體放電重點實驗室l碰撞電離使分子分解為電子和正離子；l碰撞電離的條件：l帶電質(zhì)點的平均自由行程：l電子引起的碰撞電離占主導地位：電子與分子發(fā)生彈性碰撞，幾乎不損失動能，易積聚能量；離子與分子碰撞損失能量大，則積聚起能量造成碰撞電離的概率小。iWqExmv221pT /山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室l光電離的條件：光子能量l引起光電離臨界波長：l陽光照射形成地球大氣電離層，但由于大氣層的阻擋作用，到達地面的最短波長大于290nm，不足以引起光電離。l導致光電離的高頻高能光子由外界供：人為X光照射iWhchfW/iWhc/0山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室l熱電離的本質(zhì)：

6、高速運動氣體分子的碰撞電離和光電離，能量源自熱能，而非電場能。l熱電離的條件：l常溫氣體分子平均動能小于空氣電離能，不能引起熱電離。l熱運動狀態(tài)的氣體也發(fā)生熱輻射，高能光子也引起光電離l熱電離過程產(chǎn)生的電子高速運動，高自由能電子也會因碰撞作用導致分子電離。l熱電離實質(zhì)上是熱狀態(tài)產(chǎn)生的光電離與碰撞電離的綜合。imWKTW23山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室l電極表面電離：氣體放電中存在陰極發(fā)射電子的過程。l逸出功：使陰極釋放電子所需的能量。與金屬的微觀結(jié)構(gòu)和表面狀態(tài)有關(guān)，與溫度基本無關(guān)。l電極表面電離條件：光子能量大于金屬表面逸出功。山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室l正離子碰

7、撞陰極，將能量傳遞給陰極電子。l當正離子能量大于陰極材料表面逸出功2倍以上時，才可能撞出自由電子。l實際上，平均每100個正離子才能撞出一個有效自由電子l金屬表面逸出功一般小于氣體分子電離能，因此，電極的表面電離對氣體放電很重要。山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室l光電效應：光照射金屬表面而發(fā)射出自由電子。l光電子發(fā)射條件：光子能量大于金屬表面逸出功。l實際上，一部分入射光子被反射，電極吸收的光能大部分化為金屬的熱能，平均每100個光子入射才能放射出一個有效自由電子。山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室l加熱后的陰極溫度很高，其電子易克服金屬材料的表面逸出功而射出陰極。l場致效應

8、：對陰極施加高場強（1MV/cm）而使其發(fā)射有效自由電子。一般氣體不會發(fā)生場致放射，而在高真空間隙的擊穿時，強場放射非常重要。山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室l氣體發(fā)生放電時，既有形成帶電質(zhì)點的電離過程，同時也有帶電質(zhì)點的消失過程。l電場作用下的氣體放電能否發(fā)展到擊穿，取決于兩種過程的發(fā)展情況。山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室l帶電質(zhì)點具有復雜運動軌跡：因碰撞引起散射與混亂熱運動；沿電場方向作定向漂移。l驅(qū)引速度v=bE，b為遷移率。l電子的遷移率遠大于離子，約兩個數(shù)量級。E山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室l帶電質(zhì)點由高濃度區(qū)向低濃度區(qū)移動，使空間各處濃度趨于均勻

9、的過程。l帶電質(zhì)點的擴散是由熱運動造成的。l電子的擴散作用遠大于離子。山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室l帶有異號電荷的質(zhì)點相遇，發(fā)生電荷傳遞、中和而還原為中性質(zhì)點的過程。 l復合率與正負電荷的濃度有關(guān)，濃度越大則復合率越高；強電離區(qū)亦即強復合區(qū)。l放電過程的復合主要是正、負離子間的復合，要遠強于電子與正離子之間的復合作用。l電子與氣體分子碰撞先形成負離子，后復合。負離子電離能力降低，對放電起抑制作用。l帶電質(zhì)點的復合過程伴隨著光輻射作用，重新成為導致光電離的因素。山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室l電離過程吸收能量，產(chǎn)生電子等帶電質(zhì)點，促進放電發(fā)展，電氣強度降低，不利于絕緣；

10、復合過程釋放能量，使帶電質(zhì)點減少消失，有利于保持絕緣強度，阻礙放電過程的發(fā)展。l兩種過程在氣體放電過程中同時存在，條件不同，強弱程度不同。電離主要發(fā)生在強電場區(qū)、高能量區(qū)；復合主要發(fā)生在低電場、低能量區(qū)。l帶電質(zhì)點復合過程的光輻射效應，在一定條件下也會成為二次電離的條件。山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室第四節(jié)：均勻電場中氣體擊穿的發(fā)展過程第四節(jié)：均勻電場中氣體擊穿的發(fā)展過程非自持放電：非自持放電：外施電壓小于外施電壓小于U0 時，間隙內(nèi)電流數(shù)值很小，時，間隙內(nèi)電流數(shù)值很小，間隙還未被擊穿；間隙還未被擊穿；自持放電：自持放電：當電壓達到當電壓達到U0 后，氣體中發(fā)生了強烈的電離，后，氣

11、體中發(fā)生了強烈的電離，電流劇增電流劇增（輝光放電、火花放電或電弧放電）（輝光放電、火花放電或電弧放電）放電發(fā)展過程：放電發(fā)展過程：從從UB 到到 U0電流發(fā)展過程電流發(fā)展過程起始電壓：起始電壓： U0 ，在均勻電場中為擊穿電壓，在均勻電場中為擊穿電壓山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室碰撞電離與電子崩l電子崩：連續(xù)多次碰撞電離使得電子數(shù)按幾何級數(shù)增長，如雪連續(xù)多次碰撞電離使得電子數(shù)按幾何級數(shù)增長，如雪崩狀發(fā)展，電流急劇增加。崩狀發(fā)展，電流急劇增加。l電子碰撞電離系數(shù)：單個電子由陰極到陽極每經(jīng)路程，單個電子由陰極到陽極每經(jīng)路程，與氣體質(zhì)點相撞發(fā)生的碰撞電離次數(shù)，也即：單位行程內(nèi)因碰與氣體質(zhì)

12、點相撞發(fā)生的碰撞電離次數(shù)，也即：單位行程內(nèi)因碰撞電離產(chǎn)生的自由電子數(shù)。撞電離產(chǎn)生的自由電子數(shù)。l電子崩過程稱過程（忽略過程：正離子碰撞）l電子平均自由行程T/P：每兩次碰撞之間電子自由通過的距每兩次碰撞之間電子自由通過的距離。單位長度內(nèi)電子的平均碰撞次數(shù)：離。單位長度內(nèi)電子的平均碰撞次數(shù)：1/4.1湯遜機理湯遜機理山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室電流隨電極間距指數(shù)變化的數(shù)學描述lI0:外電離引起的飽和光電流。lId:外電路電流。l碰撞電離產(chǎn)生的正離子數(shù)等于新增電子數(shù)：lN0(d1)l過程電子崩放電不能自持：I0=0時，Id0000expexxdnndxdndxnnndxnn00eed

13、dddnnII山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室碰撞電離系數(shù)的數(shù)學描述()1-()(1-)()()()()(1-)iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiqExWxxxxxfxdxdxdxdxdxxdxxdxfxfxxxdxfxdxfxdxxdxfx碰 撞 電 離 條 件 ：（時 ， 碰 撞 才 發(fā) 生 電 離 )自 由 行 程（內(nèi) 不 發(fā) 生 碰 撞 ） 的 概 率 ：其 后內(nèi) 發(fā) 生 碰 撞 的 概 率 為 ：其 后內(nèi) 不 發(fā) 生 碰 撞 的 概 率 為 ：內(nèi) 及 其 后內(nèi) （內(nèi) ） 不 發(fā) 生 碰 撞 的 概 率 為 ：自 由 行 程（） 的 概 率 ：()()()(

14、)-()exp()iiiiiiiiifxfxdxxfxfxxxfx山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室碰撞電離系數(shù)的數(shù)學描述000000001()ex p ()11ex p ()ex p ()1ex p ()()(1)eex p (1)(1iiiiiididxfxxWq EP TPPRRP TTTTkPAAWAq EEFAWAq EAWDIIIAdCq EE單 位 行 程 內(nèi) 發(fā) 生 碰 撞 次 數(shù) ：發(fā) 生 碰 撞 電 離 的 概 率 為 ：單 位 行 程 內(nèi) 發(fā) 生 碰 撞 電 離 次 數(shù) ：氣 體 相 對 密 度 ：；)山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室過程與自持放電條件l

15、過程：電子的空間碰撞電離，放電不能自持。l過程：正離子空間碰撞電離，可忽略。l過程：陰極材料表面的電子發(fā)射現(xiàn)象正離子撞擊陰極復合過程的光輻射效應（光電離）等。l：單個正離子撞擊陰極平均發(fā)射出的自由電子數(shù)。山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室3. 過程與自持放電條件l湯遜放電：過程（陰極效應）過程（空間效應）的綜合；與陰極材料及其表面狀態(tài)有關(guān)。適用范圍有限。2200001(1)(1).1(1)1(1)(1)1(1)1(1)1(1)11 4(1)1?ddddddddddddddddddddZeeeeeeen eneI eI eIeeedeII eeedeI當較小時，自持放電條件：； 間隙被擊

16、穿，ln。當較大時，山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室湯遜自持放電理論l一個電子從陰極到陽極因電子崩形成正離子數(shù)為 ead-1，正離子撞擊陰極形成二次自由電子數(shù)為(ead-1) ，若它等于1，意味著陰極產(chǎn)生原電子的一個后繼電子替身，使放電得以自持。山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室 過程：過程：電子在運動中碰撞電離：電子在運動中碰撞電離： 是一個電子是一個電子沿電場方向運動沿電場方向運動1cm平均發(fā)生的碰撞電離次數(shù)平均發(fā)生的碰撞電離次數(shù)4湯遜機理湯遜機理xdxeeNx0 過程：過程：正離子轟擊陰極產(chǎn)生表面電離：正離子轟擊陰極產(chǎn)生表面電離： 是是一個一個正離子從陰極轟擊出的自由電

17、子個數(shù)正離子從陰極轟擊出的自由電子個數(shù)xeII0ddddeeIeeII1)1(100擊穿擊穿過程：過程：上述兩個過程交替重復進行，自由電上述兩個過程交替重復進行，自由電子數(shù)目越來越多，最終導致?lián)舸┳訑?shù)目越來越多，最終導致?lián)舸┰撨^程具有該過程具有普遍意義普遍意義山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室自持放電條件：自持放電條件：4湯遜機理的結(jié)論與巴申定律湯遜機理的結(jié)論與巴申定律巴申定律巴申定律：擊穿電擊穿電壓是壓是pdpd的函數(shù)：的函數(shù)： 擊擊穿電壓有最小值穿電壓有最小值1)1(de擊穿電壓：擊穿電壓：兩者在兩者在pdpd較小時相較小時相一致一致山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室4湯遜

18、機理的適用范圍湯遜機理的適用范圍適用范圍：氣壓較低，適用范圍：氣壓較低，pdpd較?。惠^??；200200（cm.133pa)cm.133pa)工程上工程上pdpd較大較大：實際與理論的差別：實際與理論的差別： 放電外形：放電外形：放電在整個間隙中均勻連續(xù)（輝光）放電在整個間隙中均勻連續(xù)（輝光）而火花放電帶有分支的明亮細通道而火花放電帶有分支的明亮細通道 放電時間：放電時間：由正離子遷移率計算出的放電時間比由正離子遷移率計算出的放電時間比實際火花放電時間長得多實際火花放電時間長得多 擊穿電壓：擊穿電壓：pdpd較大時計算結(jié)果與實際不符較大時計算結(jié)果與實際不符 陰極材料：陰極材料：理論上有關(guān)，實際

19、中無關(guān)理論上有關(guān)，實際中無關(guān)山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室4流注機理流注機理電子碰撞電離：電子碰撞電離：形成電子崩，是維持自持放電的形成電子崩，是維持自持放電的主要因素主要因素空間光電離：空間光電離：形成衍生電子崩，是維持自持放電形成衍生電子崩，是維持自持放電的主要因素的主要因素空間電荷畸變電場的作用：空間電荷畸變電場的作用：為衍生崩創(chuàng)造了條件為衍生崩創(chuàng)造了條件流注：流注：由大量正負離子混合形成的等離子體通道由大量正負離子混合形成的等離子體通道（導電性能良好）（導電性能良好） 擊穿過程：擊穿過程：電子崩電子崩流注發(fā)展延伸流注發(fā)展延伸擊穿擊穿山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室

20、4電子崩空間電電子崩空間電荷對電場的畸變荷對電場的畸變山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室4正流注的產(chǎn)生正流注的產(chǎn)生山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室4負流注的產(chǎn)負流注的產(chǎn)生生山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室1初始電子崩照片初始電子崩照片 電子崩在空氣中的發(fā)展速度約為電子崩在空氣中的發(fā)展速度約為 厘米厘米/秒。秒。71.25 10山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室2 初始電子崩轉(zhuǎn)變?yōu)榱髯⑺查g的照片初始電子崩轉(zhuǎn)變?yōu)榱髯⑺查g的照片 這個新出現(xiàn)的電離特強的放電區(qū)域稱為流注，它迅速由這個新出現(xiàn)的電離特強的放電區(qū)域稱為流注，它迅速由陽極向陽極向陰極陰極發(fā)展，故稱為正流注。

21、發(fā)展，故稱為正流注。 流注流注的發(fā)展速度較同樣條件下電子崩的發(fā)展速度要大一個數(shù)量的發(fā)展速度較同樣條件下電子崩的發(fā)展速度要大一個數(shù)量級級( 厘米厘米/秒秒)。881 102 10-山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室2.若間隙上電壓比擊穿電壓高很多，也觀察到負流注若間隙上電壓比擊穿電壓高很多，也觀察到負流注(或陰極流或陰極流 注注)的形成。的形成。 這時電子崩在間隙中經(jīng)過很短一段距離后，立刻轉(zhuǎn)入流注階段，流注隨即迅這時電子崩在間隙中經(jīng)過很短一段距離后，立刻轉(zhuǎn)入流注階段，流注隨即迅 速向陽極發(fā)展。速向陽極發(fā)展。1.電子崩是沿著電力線直線地發(fā)展的，而流注卻會出現(xiàn)曲折的分支電子崩是沿著電力線直線

22、地發(fā)展的，而流注卻會出現(xiàn)曲折的分支。 電子崩可以同時有多個互不影響地向前發(fā)展，但當某個流注由于偶然的電子崩可以同時有多個互不影響地向前發(fā)展，但當某個流注由于偶然的原因向前發(fā)展得更快時，其周圍的流注會受到抑制原因向前發(fā)展得更快時，其周圍的流注會受到抑制，火花擊穿途徑就具有細火花擊穿途徑就具有細通道的形式，并帶有分支，而不是模糊的一片了。通道的形式，并帶有分支，而不是模糊的一片了。1 流注特點流注特點3. 間隙的放電過程先從間隙的放電過程先從電子崩電子崩開始，然后電子崩轉(zhuǎn)為開始，然后電子崩轉(zhuǎn)為流注流注，從而實現(xiàn)擊穿。，從而實現(xiàn)擊穿。山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室 工程中面對的往往是高氣

23、壓、長氣隙的情況。湯遜理論并工程中面對的往往是高氣壓、長氣隙的情況。湯遜理論并不適用，應當用流注理論解釋。不適用，應當用流注理論解釋。2. 強調(diào)了空間電荷對原有電場的影響強調(diào)了空間電荷對原有電場的影響200(133)p dcmpa適用條件為：適用條件為：流注理論的要點流注理論的要點 1.碰撞電離和空間光電離是維持自持碰撞電離和空間光電離是維持自持放電的主要因素放電的主要因素山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室 1. 空間電荷對原有電場的影響空間電荷對原有電場的影響 電子崩的頭部集中著大部分的正離電子崩的頭部集中著大部分的正離子和幾乎全部電子。原有均勻場強在電子和幾乎全部電子。原有均勻場強

24、在電子崩前方和尾部處都增強了。子崩前方和尾部處都增強了。x(a)(b)EE0dE0山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室1. 電子的遷移速度比正離子的要大兩個數(shù)量級電子的遷移速度比正離子的要大兩個數(shù)量級，出現(xiàn)了大量的空間電荷，崩頭最前面集中著電子出現(xiàn)了大量的空間電荷，崩頭最前面集中著電子,其后直到尾部則是正離子，而其外形則好似球頭其后直到尾部則是正離子，而其外形則好似球頭的錐體。的錐體。2. 當電子崩發(fā)展到足夠程度后，空間電荷將使外當電子崩發(fā)展到足夠程度后，空間電荷將使外電場明顯畸變，大大加強了崩頭及崩尾的電場而電場明顯畸變，大大加強了崩頭及崩尾的電場而削弱了崩頭內(nèi)正、負電荷區(qū)域之間的電場

25、削弱了崩頭內(nèi)正、負電荷區(qū)域之間的電場。3. 崩頭前后，電場明顯增強，有利于發(fā)生分子和崩頭前后，電場明顯增強，有利于發(fā)生分子和離子的激勵現(xiàn)象，當它們從激勵狀態(tài)回復到正常離子的激勵現(xiàn)象，當它們從激勵狀態(tài)回復到正常狀態(tài)時，就將放射出光子。崩頭內(nèi)部正、負電荷狀態(tài)時，就將放射出光子。崩頭內(nèi)部正、負電荷區(qū)域之間電場大大削弱，則有助于發(fā)生復合過程區(qū)域之間電場大大削弱，則有助于發(fā)生復合過程,同樣也將發(fā)射出光子。同樣也將發(fā)射出光子。 山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室 1. 空間電荷對原有電場的影響空間電荷對原有電場的影響空間電荷對電場的畸變作用：空間電荷對電場的畸變作用：1）大大加強了電子崩頭部的電場

26、）大大加強了電子崩頭部的電場2）加強了崩尾的電場）加強了崩尾的電場3）消弱了崩頭內(nèi)正、負電荷區(qū)間的電場）消弱了崩頭內(nèi)正、負電荷區(qū)間的電場 由于崩頭的前后的電場明顯增強，有利于發(fā)生分子和離子由于崩頭的前后的電場明顯增強，有利于發(fā)生分子和離子的激勵現(xiàn)象，當他們從激勵態(tài)回復到正常狀態(tài)時，將輻射出大的激勵現(xiàn)象，當他們從激勵態(tài)回復到正常狀態(tài)時，將輻射出大量的光子；量的光子； 正、負電荷區(qū)間之間的電場大大消弱，有助于復合，也將正、負電荷區(qū)間之間的電場大大消弱，有助于復合，也將發(fā)射出光子。發(fā)射出光子。上述電場對放電的影響上述電場對放電的影響光子光子空間光電離空間光電離山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗

27、室1. 正流注的形成正流注的形成山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室1）外電離因素從陰極釋放出的電子向陽極運動，形成電子）外電離因素從陰極釋放出的電子向陽極運動，形成電子崩。崩。2）隨著電子崩向前發(fā)展，其頭部的電離過程越來越強烈。）隨著電子崩向前發(fā)展，其頭部的電離過程越來越強烈。當電子崩走完整個間隙后，頭部空問電荷密度已如此之大，當電子崩走完整個間隙后，頭部空問電荷密度已如此之大，以致大大加強了尾部的電場，并向周圍放射出大量光子。以致大大加強了尾部的電場，并向周圍放射出大量光子。3）這些光子引起了空間光電離，新形成的光電子被主電子）這些光子引起了空間光電離，新形成的光電子被主電子崩頭部的

28、正空間電荷所吸引，在受到畸變而加強了的電場中崩頭部的正空間電荷所吸引，在受到畸變而加強了的電場中，又激烈地造成了新的電子崩，稱為，又激烈地造成了新的電子崩，稱為二次電子崩二次電子崩。二次電子。二次電子崩向主電子崩崩向主電子崩匯合匯合，其頭部的電子進入主電子崩頭部的正空，其頭部的電子進入主電子崩頭部的正空間電荷區(qū)間電荷區(qū)(主電子崩的電子已大部進入陽極了主電子崩的電子已大部進入陽極了)，由于這里電，由于這里電場強度較小，電子大多形成負離子。場強度較小，電子大多形成負離子。 正流注的形成過程正流注的形成過程大量的正、負帶電質(zhì)點構(gòu)成了等離子體，這就是所謂正流注大量的正、負帶電質(zhì)點構(gòu)成了等離子體，這就是

29、所謂正流注 。山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室4）流注通道導電性良好，其頭部又是二次電子崩形成的）流注通道導電性良好，其頭部又是二次電子崩形成的正正電荷電荷，因此流注頭部前方出現(xiàn)了很強的電場。同時，由于，因此流注頭部前方出現(xiàn)了很強的電場。同時，由于很多二次電子崩匯集的結(jié)果，流注頭部電離過程蓬勃發(fā)展很多二次電子崩匯集的結(jié)果，流注頭部電離過程蓬勃發(fā)展，向周圍放射出大量光子，繼續(xù)引起空間光電離。于是在，向周圍放射出大量光子，繼續(xù)引起空間光電離。于是在流注前方出現(xiàn)了流注前方出現(xiàn)了新的二次電子崩新的二次電子崩，它們被吸引向流注頭部，它們被吸引向流注頭部，從而延長了流注通道從而延長了流注通道。這

30、樣，。這樣，流注不斷向陰極推進流注不斷向陰極推進，且，且隨著流注接近陰極，其頭部電場越來越強，因而其發(fā)展也隨著流注接近陰極，其頭部電場越來越強，因而其發(fā)展也越來越快。越來越快。5）當流注發(fā)展到陰極后，整個間隙就被電導良好的等離子）當流注發(fā)展到陰極后，整個間隙就被電導良好的等離子通道所貫通，于是間隙的擊穿完成。通道所貫通，于是間隙的擊穿完成。 正流注的形成過程正流注的形成過程山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室2.負流注的形成負流注的形成形成條件：如果外施電壓比擊形成條件：如果外施電壓比擊穿電壓高，則電子崩不需經(jīng)過整穿電壓高，則電子崩不需經(jīng)過整個間隙，其頭部電離程度已足于個間隙，其頭部電離

31、程度已足于形成流注了，流注形成后，向陽形成流注了，流注形成后，向陽極發(fā)展，所以稱為負流。極發(fā)展，所以稱為負流。山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室流柱形成過程流柱形成過程(a)(b)(c)2.負流注的形成負流注的形成山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室（四）流注理論對（四）流注理論對pd很大時的放電的解釋很大時的放電的解釋1.放電外形放電外形2.放電時間放電時間3.陰極材料的影響陰極材料的影響具有通道形式：流注的屏蔽作用具有通道形式：流注的屏蔽作用放電時間特別短：光子以光速傳播，二次崩跳躍式發(fā)展放電時間特別短：光子以光速傳播，二次崩跳躍式發(fā)展和陰極材料基本無關(guān)和陰極材料基本無關(guān)山東

32、省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室4流注機理的結(jié)論與巴申定律流注機理的結(jié)論與巴申定律自持放電條件：自持放電條件：起始電子崩頭部電荷數(shù)量足以畸起始電子崩頭部電荷數(shù)量足以畸變電場造成足夠的空間光電離變電場造成足夠的空間光電離1de1lnd擊穿電壓：擊穿電壓：兩者在兩者在pdpd較大時相一致較大時相一致 是一常數(shù)，工程上是一常數(shù)，工程上201ln山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室4流注理論對流注理論對pd很大時放電現(xiàn)象的解很大時放電現(xiàn)象的解釋釋l放電外形：放電外形：流注電導很大，其中電場強流注電導很大，其中電場強度很小，對周圍其他流注有度很小，對周圍其他流注有“屏蔽屏蔽”作作用，因此最終

33、只有一條通道；用，因此最終只有一條通道；衍生崩隨衍生崩隨機性使其曲折分支。機性使其曲折分支。l放電時間：放電時間：光子以光速傳播，衍生崩跳光子以光速傳播，衍生崩跳躍式發(fā)展，因此放電發(fā)展時間很短。躍式發(fā)展，因此放電發(fā)展時間很短。l陰極材料的影響：陰極材料的影響：維持放電的是光電離維持放電的是光電離而不是表面電離，因而與陰極材料無關(guān)。而不是表面電離，因而與陰極材料無關(guān)。山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室長間隙放電的一般過程 正流注向前發(fā)展時的示意圖1.當將棒-板之間電壓升高到一定程度時，出現(xiàn)電暈放電。2.電壓再升高，棒頂端處的放電會演變成沿一細通道傳輸?shù)牧髯ⅰ?. 在流注頭部強電場作用下，

34、出現(xiàn)大量向著流注頭部發(fā)展的電子崩。4.流注頭的正電荷與電子崩的負電荷發(fā)生中和，電子崩尾部的正電荷匯集成新的流注頭，流注以這樣的形式向前傳輸。5.大量流注匯集形成先導，直到擊穿。先導發(fā)展示意圖山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室先導高速攝像照片及先導過程示意圖 左圖是一間隙為10 m、棒與板之間加正極性開關(guān)電壓時產(chǎn)生放電的高速攝像照片。右圖是根據(jù)分析照片得到的放電過程示意圖，時間是從左至右。先導頂端伴隨著眾多絲狀流注。先導通道除其頭部發(fā)光較強之外，其他地方發(fā)光很弱。山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室標稱電壓750KV的特高壓沖擊戶外場 正在進行的長空氣間隙放電試驗 山東省特高壓輸變

35、電技術(shù)與氣體放電重點實驗室第五節(jié)：不均勻電場中氣體擊穿的發(fā)展過程第五節(jié)：不均勻電場中氣體擊穿的發(fā)展過程山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室5.1電場是否均勻的劃分標準電場是否均勻的劃分標準l電場不均勻系數(shù)電場不均勻系數(shù)f f：最大場強荷平均場強之比：最大場強荷平均場強之比：f2 f4f4為極不均勻場為極不均勻場l若能夠維持穩(wěn)定的電暈放電，則為極不均勻場，若能夠維持穩(wěn)定的電暈放電，則為極不均勻場，否則為稍不均勻場否則為稍不均勻場山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣體放電重點實驗室5.2稍不均勻電場的自持放電和擊穿稍不均勻電場的自持放電和擊穿l與均勻電場類似：流注一旦形成就發(fā)生擊穿；與均勻電場類似：流注一旦形成就發(fā)生擊穿；自持放電條件就是擊穿條件自持放電條件就是擊穿條件201ln0ddxl 不再是常數(shù)，而不再是常數(shù)，而是空間坐標的函是空間坐標的函數(shù)數(shù)l擊穿電壓：聯(lián)立求解三個公式：擊穿電壓：聯(lián)立求解三個公式：201ln0ddxEBpApe/)(/xfUE 山東省特高壓輸變電技術(shù)與氣