第2章气体放电的基本物理过程59385.pptVIP

* 高电压技术 2 气体放电的基本物理过程 2.1 带电粒子的产生与消失 2.2 放电的电子崩阶段 2.3 自持放电条件 2.4 不均匀电场中放电的极性效应 2.1 带电粒子的产生与消失 气体中电子与正离子的产生 （1）热电离 波尔茨曼常数1.38×10-23J/K 热力学温度 （2）光电离 普朗克常数6.63×10-34J·s （3）碰撞电离 （4）分级电离 原子中电子在外界因素的作用下可跃迁到能级较高的外层轨道，称之为激励，所需的能量称为激励能。 7.6 12.7 H2O 6.8 15.6 SF6 10.0 13.7 CO2 7.9 12.5 O2 6.1 15.5 N2 激励能 电离能 气体 若混合气体中甲气体的亚稳激励态能高于乙气体的电离能，则会出现潘宁效应，可使混合气体的击穿强度低于这两种气体各自的击穿强度。 电极表面的电子逸出 一些金属的逸出功 5.3 氧化铜 3.9 铁 3.9 铜 3.1 银 1.8 铝 逸出功 金属 （1）正离子撞击阴极 （2）光电子发射 （3）强场发射 （4）热电子发射 气体中负离子的形成 电子与气体分子或原子碰撞时，也有可能发生电子附着过程而形成负离子，并释放出能量，称为电子亲合能。电子亲合能的大小可用来衡量原子捕获一个电子的难易，越大则越易形成负离子。 2.5 3.06 I 2.8 3.36 Br 3.0 3.61 Cl 4.0 3.45 F 电负性值 电子亲合能（eV） 元素 负离子的形成使自由电子数减少，因而对放电发展起抑制作用。SF6气体含F，其分子俘获电子的能力很强，属强电负性气体，因而具有很高的电气强度。 带电质点的消失 （1）带电质点的扩散 带电质点从浓度较大的区域向浓度较小的区域的移动，从而使浓度变得均匀的过程，称为带电质点的扩散。电子的热运动速度高、自由行程大，所以其扩散比离子的扩散快得多。 （2）带电质点的复合 带异号电荷的质点相遇，发生电荷的传递和中和而还原为中性质点的过程，称为复合。带电质点复合时会以光辐射的形式将电离时获得的能量释放出来，这种光辐射在一定条件下能导致间隙中其他中性原子或分子的电离。带电质点的复合率与正、负电荷的浓度有关，浓度越大则复合率越高。 2.2 放电的电子崩阶段 非自持放电和自持放电的不同特点 电流随外施电压的提高而增大，因为带电质点向电极运动的速度加快复合率减小 电流饱和，带电质点全部进入电极，电流仅取决于外电离因素的强弱（良好的绝缘状态） 电流开始增大，由于电子碰撞电离引起的 电流急剧上升放电过程进入了一个新的阶段（击穿） 外施电压小于U0时的放电是非自持放电。电压到达U0后，电流剧增，间隙中电离过程只靠外施电压已能维持，不再需要外电离因素。 自持放电起始电压 电子崩的形成（BC段电流剧增原因） 电子碰撞电离系数α：代表一个电子沿电力线方向行经1cm时平均发生的碰撞电离次数。 影响碰撞电离的因素 1cm长度内一个电子的平均碰撞次数为1/λ λ：电子平均自由行程 碰撞引起电离的概率 碰撞电离的条件 2.3 自持放电条件 pd 值较小的情况（汤逊） （1）汤逊自持放电判据 （2）气体击穿的巴申定律 （3）气体密度对击穿的影响 pd 值较大的情况（流注） 实测的放电时延远小于正离子穿越间隙所需的时间，这表明汤逊理论不适用于pd值较大的情况。 形成流注的必要条件是电子崩发展到足够的程度后，电子崩中的空间电荷使原电场明显畸变，大大加强了崩头及崩尾处的电场。 电子崩中电荷密度很大，所以复合过程频繁，放射出的光子在崩头或崩尾强电场区很容易引起光电离。二次电子的主要来源是空间的光电离。 （1）流注的形成条件 （2）流注自持放电条件（即形成流注的条件） 汤逊放电理论与流注放电理论的比较： 流注理论可以解释汤逊理论无法说明的pd值大时的放电现象。如放电为何并不充满整个电极空间而是细通道形式，且有时火花通道呈曲折形，又如放电时延为什么远小于离子穿越极间距离的时间，再如为何击穿电压与阴极材料无关。 两种理论各适用于一定条件的放电过程，不能用一种理论取代另一种理论。 电负性气体的情况 对强电负性气体，除考虑α和γ过程外，还应考虑η过程（电子附着过程）。η的定义与α相似，即一个电子沿电力线方向行经1 cm时平均发生的电子附着次数。可见在电负性气体中有效的碰撞电离系数为 。