高电压气体放电的基本物理过程分析报告.pptVIP

质点的平均自由行程度： 汤逊理论给巴申定律以理论支持 U形曲线的解释 （1）先假设d保持不变，当气体压力p增大时，电子的平均自由行程短，相邻两次碰撞之间，电子积聚到足够动能的概率减小，故要求增大击穿电压。反之，当p过小时，虽然电子在碰撞前积聚到足够动能的概率增大，但气体很稀薄，碰撞的总次数减少，击穿电压也需增大。在这两者之间总存在一个p对造成撞击电离最有利，此时击穿电压最小。 （2）同样，假设p保持不变，d增大时，电场强度减小，欲达到击穿场强，必须提高击穿电压。d过小时,虽然场强增加，但电子在走完全程中所遇到的撞击次数已经很小，要求击穿电压增大。在这两者之间也总有一个d对撞击最有利，此时击穿电压最低。 综合（1）和（2），必然存在一个pd的乘积，此时击穿电压最低。 空间电荷对电场的畸变效应 正流注的形成 (外施电压达到气隙最低击穿电压) 负流注的形成 (外施电压比气隙最低击穿电压高很多) 均匀电场中的流注自持放电条件 流注理论对放电现象的解释 稍不均匀电场示例 稍不均匀电场示例 但由于外部空间电场的加强，有利于流注的发展，随着电压的升高，电晕放电区不断扩展，强场区将向板极方向推进，好像棒极向板极延伸似的，使放电向板极迅速发展。因此，击穿电压较低。 小结 气体中电离的方式可分为热电离、光电离、碰撞电离和表面电离。 气体放电过程中，带电质点除在电场作用下定向运动，还可能因扩散和复合使带电质点在放电空间消失。 巴申定律 ：出现在汤逊理论之前，总结了击穿电压与的关系曲线， 即 电晕放电是极不均匀电场所特有的一种自持放电形式。开始出现电晕时的电压称为电晕起始电压，而此时电极表面的场强称为电晕起始场强。 当外施电压高于击穿电压时，电子崩电离加强，则电子崩发展无需到达阳极，在间隙中部其头部电离（引发二次电子崩）就可直接形成由阴极发展的流注。 发展速度： 正流注负流注电子崩。 流注形成即转入放电自持，所以，均匀电场：流柱形成条件=自持放电条件＝间隙击穿条件。 流注理论认为，要形成流注，崩头负电荷数必须达到一定数量。即eαd ≥某一常数，也即αd ≥另一常数。 实验研究得出：发展流注需要的αd的最小值为20。对应 eαd = 常数（108）或 αd=常数（20） 流注理论和汤逊理论各适用一定条件的放电过程，互相补充，击穿电压皆满足巴申定律。 0.26cm,用汤逊理论， 0.26cm用流注理论。 1.放电外形：流注是正负电荷密度很大的均匀等离子体，其电导大，场强小并抑制周围电场，但流注前方电场加强（一支独秀），快速向前推进，形成通道式放电。汤逊放电四处出击，呈连续一片。 2. 放电时间：光子以光速传播，空间光电离发展迅速，流注放电快于汤逊放电。 3.阴极材料影响：维持流注自持放电的空间光电离，而非阴极表面电离。大pd下的放电基本与阴极材料无关。 4.流注理论可较好地定性解释大pd下的气体放电现象，但定量的精确计算尚显不足。各种形式的气体放电理论仍是研究的热点和难点，多年来不见突破进展。 1.3 不均匀电场中气体的放电过程 电气设备中很少有均匀电场的情况。但对不均匀电场还要区分两种不同的情况，即稍不均匀电场和极不均匀电场。全封闭组合电器(GIS)的母线筒和高压实验室中测量电压用的球间隙是典型的稍不均匀电场；高压输电线之间的空气绝缘和实验室中高压发生器的输出端对墙的空气绝缘则属于极不均匀电场。 高电压技术 球隙 GIS GIS 稍不均匀电场和极不均匀电场划分 均匀电场是一种少有的特例，在实际电力设施中常见的却是不均匀电场。 为了描述各种结构的电场不均匀程度，可引入一个电场不均匀系数f，表示为： :最大电场强度 :平均电场强度 f2时为稍不均匀电场, f4属极不均匀电场。 高电压技术 半径为r的球间隙的放电特性与极间距d的关系 高电压技术 稍不均匀电场和极不均匀电场的不同特点 放电具有稍不均匀场间隙的特点击穿电压与电晕起始电压相同 放电具有极不均匀场间隙的特点电晕起始电压明显低于击穿电压 放电过程不稳定，分散 属于过渡区 （1）电晕放电 在极不均匀场中，当电压升高到一定程度后，在空气间隙完全击穿之前，大曲率电极(高场强电极)附近会有薄薄的发光层，这种放电现象称为电晕。 电晕放电是极不均匀电场所特有的一种自持放电形式。开始出现电晕时的电压称为电晕起始电压 ，而此时电极表面的场强称为电晕起始场强 。 极不均匀电场中的电晕放电 高电压技术 根据电晕层放电的特点，可分为两种形式：电子崩形式和流注形式。 当起晕电极的曲率大时，电晕层很薄，且比较均匀，放电电流比较稳定，自持放电采取汤逊放