11真空电弧.ppt

（4）击穿的物理过程 用真空触发管做实验 a.真空触发管的结构 C.实验结果 触发瞬间 发展阶段 电弧形成 由阴极电子发射发展到电弧形成，这一过程涉及真空放电物理 要研究高电压等级的真空开关，就要研究这一过程 能否阻止阴极发射电子？采用高（λ Tb）的阴极材料和特别平滑的阴极表面？ 如何阻止电弧形成？或者，如何阻止阴极发射的电子向阳极运动？ 7.电压、电流波形与截流问题 噪声电压的频率从几KHz到几MHz，其持续时间可达几十微秒。噪声电压形成的原因：因为电流小，阴极表面局部因电子爆炸发射出一阵阵极高密度的电子流（Explosive Centre, Ecton for short），电子爆炸发射具有随机的性质。由于是间歇式地发射电子，这些电子就在间隙中建立起高频电场（噪声电场），从而引起间隙间带电粒子的高频振荡。 （2）电流较大时的情况 （3）大电流时的电弧电压波形 在即将形成阳极斑点前，阳极表面也会产生爆炸发射，发射出正离子和金属蒸汽，这些带电粒子同样会激起间隙间的高频振荡电场 形成稳定的阳极斑点后，电压、电流波形又很光滑。 （4）更大电流的情况 可产生各高次谐波并存的的高频辐射 我们的实验结果表明，可辐射出高达几GHZ~ 40GHz的微波 （5）截流问题 较高幅值的反相高频电压叠加在工频电压上，就会阻止电流的流动，甚至反相流动，总的效果看，就产生工频电流截流的效果。 思考题 1.纵向磁场可降低电弧电压，从而降低电弧能量，同时可提高集聚电流值；横向磁场可提高电弧电压，有利于灭弧，且可在工频半周的后期将集聚型电弧转变为扩散型电弧，但电弧能量大。如要开断大电流，你认为应该采用那种磁场来熄灭真空电弧？为什么？ 2. 高气压电弧与真空电弧的伏安特性有什么区别？能否用两个真空灭弧室并联的方法开断大电流？ 11. 真空电弧 11.1 概述 真空电弧：电极间为真空状态时产生的电弧，它实际上是电极金属蒸汽中的电弧。 （1）真空度与气压 粗真空： 1atm—1.33×102Pa; 低真空： 1.33×102Pa--1.33×10-1Pa; 高真空： 1.33×10-1Pa--1.33×10-6Pa; 超高真空：1.33×10-6Pa --1.33×10-10Pa； 极高真空： ﹤ 1.33×10-10Pa 真空度越高，气压越低 （2）击穿电压与气压的关系 Paschen定律描述了均匀场中击穿电压与pd的关系，它是一条V形曲线，对于一定距离的极间距，击穿电压与气压的关系如图。 当p ＜10-4pa时，Ub 基本不变，为了维持较高的击穿电压，应使p ＜10-4pa，产生真空电弧时应使p ＜10-2pa。属于高真空。 （3）高真空间隙的绝缘强度 在电极表面光滑、电场均匀、高真空的条件下，取p=6.7×10-2Pa，电子的平均自由程为25cm,而极间距通常小于4cm，所以电极间基本不会因电子的碰撞电离而发生击穿。所以高真空间隙具有很高的绝缘强度。 由图可见，高真空间隙的绝缘强度比一个大气压下的空气、SF6气体和变压器油的高很多。 问题：一个大气压下，空气的击穿场强是多少？条件是什么？ （4）击穿电压与极间距的关系 a. 空气中均匀电场击穿电压与d的关系 b.高真空中Ub与d的关系 当d ＜1cm时， Ub基本上正比于d, 当d ＞ 1cm后， Ub 趋于饱和，增大极间距不能有效地提高击穿电压。这就是研制高电压等级真空断路器的难点。 当d ＞ 1cm后， Ub 趋于饱和。 击穿电压随距离变化的原因是什么？如何解释？ 这涉及其击穿机理。现已提出几种假说。 11.2 真空间隙的击穿机理 为了解释击穿电压随极间距离增大的曲线特性，人们提出了多种理论。真空绝缘主要与电极过程和金属蒸汽有关。其击穿机理主要有如下两种： （1）场致发射机理 再光滑的电极表面都有许多的微观突起，这些微观突起被称为晶须。晶须的高度约为10-4cm，半径约为10-5cm，密度约为104个/cm2。由于尖端效应，晶须的尖端场强可增强数百倍。这样，在平均场强＞106V/cm时，尖端场强可＞108V/cm，阴极晶须会在强电场作用下发射电子（Schottky 效应）。电子电流密度由Schottky公式表示。 晶须的尖端场强增强的程度可由电场的增强系数表示，晶须的高径比与极间距的比值越大，则增强系数就越大，若极间距增大，则增强系数就越小。所以这一机理仅成立于小极间距的情况。 在阴极发射电子电流的作用下，晶须的温度由两方面决定： a. 流过晶须的电流产生的焦耳热； 电极热传导引起的冷却。 物理过程：若晶须温度足够高→汽化→间隙内金属原子密度增大→碰撞电离加剧→等离子体→膨胀