重慶大學高電壓1 氣體的絕緣強度

1、第一篇第一篇 高電壓絕緣與試驗高電壓絕緣與試驗主要內(nèi)容1 氣體放電的主要形式1.1 1.1 氣體放電的基本概念氣體放電的基本概念1.2 1.2 氣體放電的主要形式氣體放電的主要形式1.1 氣體放電的基本概念1.1.1 氣體放電1.1.2 氣體的絕緣特性1.1.3 氣體的電氣強度1.1 氣體放電的基本概念 氣體放電氣體放電(discharge)(discharge)：氣體中流通電流的各種形式；：氣體中流通電流的各種形式； 氣體擊穿氣體擊穿(breakdown)(breakdown)：氣體由：氣體由突變?yōu)橥蛔優(yōu)榈倪^程；的過程； 沿面閃絡(luò)沿面閃絡(luò)(flashover)(flashover)：擊穿發(fā)生

2、在氣體與液體、氣：擊穿發(fā)生在氣體與液體、氣體與固體交界面上的放電現(xiàn)象；體與固體交界面上的放電現(xiàn)象； 工程上將擊穿和閃絡(luò)統(tǒng)稱為放電工程上將擊穿和閃絡(luò)統(tǒng)稱為放電。 這里所研究的氣體是指高壓電氣設(shè)備中常用的空氣、這里所研究的氣體是指高壓電氣設(shè)備中常用的空氣、N2、SF6以及高強度混合氣體等氣態(tài)絕緣介質(zhì)。以及高強度混合氣體等氣態(tài)絕緣介質(zhì)。空氣：架空線路、變壓器外絕緣；空氣：架空線路、變壓器外絕緣；SF6： SF6斷路器和斷路器和SF6全封閉組合電器。全封閉組合電器。 空氣是最廉價、應(yīng)用最廣、具有自動恢復絕緣特性的氣體，空氣是最廉價、應(yīng)用最廣、具有自動恢復絕緣特性的氣體，因此我們主要研究空氣的放電。因此

3、我們主要研究空氣的放電。氣體具有絕緣的自恢復特性氣體具有絕緣的自恢復特性氣體的電氣強度：氣體的電氣強度：表征氣體耐受電壓作用的能力。表征氣體耐受電壓作用的能力。 均勻電場均勻電場中擊穿電壓中擊穿電壓Ub與間隙距離之比稱為擊穿場強與間隙距離之比稱為擊穿場強Eb。我們把均勻電場中氣隙的擊穿場強我們把均勻電場中氣隙的擊穿場強Eb稱為氣體的電氣強度。稱為氣體的電氣強度。 空氣在標準狀態(tài)下的電氣強度為空氣在標準狀態(tài)下的電氣強度為30kV/cm;注意注意：不能把：不能把不均勻電場不均勻電場中氣隙中氣隙Ub與間隙距離之比稱為與間隙距離之比稱為氣體的電氣強度，通常稱之為平均擊穿場強。氣體的電氣強度，通常稱之為

4、平均擊穿場強。1.2 氣體放電的主要形式v 注意注意：電暈放電、刷狀放電時氣隙電暈放電、刷狀放電時氣隙未擊穿未擊穿，而輝光放電、，而輝光放電、火花放電、電弧放電均指火花放電、電弧放電均指擊穿擊穿后的放電現(xiàn)象，且隨后的放電現(xiàn)象，且隨條件條件變變化，這些放電現(xiàn)象化，這些放電現(xiàn)象可相互轉(zhuǎn)換可相互轉(zhuǎn)換。常見放電形式常見放電形式l輝光放電輝光放電(glow )l電暈放電電暈放電(corona )l刷狀放電刷狀放電(brush )l火花放電火花放電(spark )l電弧放電電弧放電(arc )9n電場極不均勻情況下，如電壓升高，從電暈電極伸電場極不均勻情況下，如電壓升高，從電暈電極伸展出許多較明亮的細放電

5、通道，稱為展出許多較明亮的細放電通道，稱為刷狀放電刷狀放電。n電壓再升高，根據(jù)電源功率而轉(zhuǎn)入電壓再升高，根據(jù)電源功率而轉(zhuǎn)入火花放電火花放電或或電弧電弧放電放電，最后整個間隙被擊穿。，最后整個間隙被擊穿。n如均勻內(nèi)部電場，則可能不出現(xiàn)刷狀放電，而由電如均勻內(nèi)部電場，則可能不出現(xiàn)刷狀放電，而由電暈放電直接轉(zhuǎn)入擊穿暈放電直接轉(zhuǎn)入擊穿。n如降低氣壓，放電轉(zhuǎn)為為輝光放電。如降低氣壓，放電轉(zhuǎn)為為輝光放電。10放電形式放電形式現(xiàn)象現(xiàn)象特征特征輝光放電輝光放電 氣體壓力不大，電源功率很小氣體壓力不大，電源功率很小放電電流密度較小，放電區(qū)域通放電電流密度較小，放電區(qū)域通常占據(jù)整個電極間的空間常占據(jù)整個電極間的空

6、間電弧放電電弧放電增大電源功率，電流增大，電流增大增大電源功率，電流增大，電流增大到一定值后，放電通道收細，且越來到一定值后，放電通道收細，且越來越明亮，放電通道電壓降低越明亮，放電通道電壓降低電弧通道和電極溫度都很高，電電弧通道和電極溫度都很高，電流密度極大，電路具有短路的特流密度極大，電路具有短路的特征征火花放電火花放電在較高氣壓下，擊穿后形成收細的發(fā)在較高氣壓下，擊穿后形成收細的發(fā)光放電通道，不再擴散于間隙中的整光放電通道，不再擴散于間隙中的整個空間。當外回路阻抗很大時，電極個空間。當外回路阻抗很大時，電極間出現(xiàn)貫通兩極的間出現(xiàn)貫通兩極的的明亮細火花的明亮細火花 火花放電的特征是具有收細

7、的通火花放電的特征是具有收細的通道形式，并且放電過程不穩(wěn)定道形式，并且放電過程不穩(wěn)定 電暈放電電暈放電電極曲率半徑很小或電極間距離很遠，電極曲率半徑很小或電極間距離很遠，電壓升高到一定值后，先緊貼電極在電壓升高到一定值后，先緊貼電極在電場最強處出現(xiàn)發(fā)光層。隨著電壓升電場最強處出現(xiàn)發(fā)光層。隨著電壓升高，發(fā)光層擴大，放電電流也逐漸增高，發(fā)光層擴大，放電電流也逐漸增大大發(fā)生電暈放電時，氣體間隙的大發(fā)生電暈放電時，氣體間隙的大部分尚未喪失絕緣性能，放電電部分尚未喪失絕緣性能，放電電流很小，間隙仍能耐受電壓的作流很小，間隙仍能耐受電壓的作用用刷狀放電刷狀放電電場極不均勻情況下，如電壓繼續(xù)升電場極不均勻情

8、況下，如電壓繼續(xù)升高，從電暈電極伸展出許多較明亮的高，從電暈電極伸展出許多較明亮的細放電通道，稱為刷狀放電細放電通道，稱為刷狀放電電壓再升高，根據(jù)電源功率而轉(zhuǎn)電壓再升高，根據(jù)電源功率而轉(zhuǎn)入火花放電或電弧放電，最后整入火花放電或電弧放電，最后整個間隙被擊穿，如電場稍不均勻，個間隙被擊穿，如電場稍不均勻，而由電暈放電直接轉(zhuǎn)入擊穿而由電暈放電直接轉(zhuǎn)入擊穿電暈放電電暈放電火花及電弧放電人工模擬雷電沖擊下空氣間隙的擊穿放電通道放電通道就是就是導電通道導電通道，也是具有大量帶電粒子也是具有大量帶電粒子（質(zhì)點）的通道，具有（質(zhì)點）的通道，具有很高的電導率。很高的電導率。介質(zhì)從介質(zhì)從絕緣絕緣到到良導體良導體的

9、的發(fā)展過程就是大量發(fā)展過程就是大量帶點帶點粒子（質(zhì)點）粒子（質(zhì)點）產(chǎn)生的過產(chǎn)生的過程。程。2 2 氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生和消失氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生和消失2.1 氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生 氣體原子的激發(fā)和電離氣體原子的激發(fā)和電離激發(fā)激發(fā)(excitation)(excitation)電子電子(electron)(electron)向高一能級軌道的躍遷。向高一能級軌道的躍遷。電離電離(ionization)(ionization)如果氣體原子如果氣體原子(atom)(atom)從外部獲得足夠大的能量，使外層從外部獲得足夠大的能量，使外層電子擺脫原子核的束縛成為自由電子。失去電子的原子電子擺脫原子核的束縛

10、成為自由電子。失去電子的原子就成帶正電的離子，稱為正離子。此過程就稱為電離。就成帶正電的離子，稱為正離子。此過程就稱為電離。分級電離分級電離：先經(jīng)過激發(fā)再產(chǎn)生電離的過程。先經(jīng)過激發(fā)再產(chǎn)生電離的過程。電離能電離能產(chǎn)生電離需要的能量。產(chǎn)生電離需要的能量。電子、正離子、負離子施加能量施加能量施加能量施加能量自由電子自由電子分級電離分級電離激發(fā)激發(fā)施加能量施加能量激發(fā)激發(fā)施加能量施加能量 W Wi自由電子自由電子光子光子 氣體原子的激發(fā)和電離氣體原子的激發(fā)和電離 電子要脫離原子核的束縛成為自由電子電子要脫離原子核的束縛成為自由電子,則則必須給予其必須給予其能量能量。能量。能量來源來源的不同，帶電質(zhì)的不

11、同，帶電質(zhì)點產(chǎn)生的點產(chǎn)生的方式方式就不同。就不同。 因此，根據(jù)電子獲得能量方式的不同，帶電因此，根據(jù)電子獲得能量方式的不同，帶電帶電質(zhì)點產(chǎn)生的方式可分為以下幾種。帶電質(zhì)點產(chǎn)生的方式可分為以下幾種。（一）碰撞電離（一）碰撞電離(collision ) 電子電子或或離子離子與氣體與氣體分子分子碰撞，將碰撞，將電場能電場能傳遞給氣體分子引起傳遞給氣體分子引起電離的過程。電離的過程。影響因素：影響因素： 外電場強弱（外電場強弱（E E）；）； 能量的積累（移動距離的大小能量的積累（移動距離的大小x x）。）。qExmV221電子在場強為電子在場強為E E的電場中移過的電場中移過x x距離時獲得的動能為

12、距離時獲得的動能為: :m:m:電子的質(zhì)量電子的質(zhì)量V:V:電子運動速度電子運動速度E:E:外電場強度外電場強度x:x:電子移動距離電子移動距離帶電質(zhì)點產(chǎn)生的方式帶電質(zhì)點產(chǎn)生的方式18質(zhì)點的平均自由行程 ：一個質(zhì)點在與氣體分子相鄰兩次碰撞之間自由地通過的平均行程電子在其自由行程內(nèi)從外電場獲得動能，能量除決定于電場強度外，還和其自由行程有關(guān) ieeWVm221Wi為氣體分子的電離能為氣體分子的電離能碰撞電離條件碰撞電離條件當當電子電子從電場獲得的動能大于或等于氣體分子的電離能時，就從電場獲得的動能大于或等于氣體分子的電離能時，就可能使氣體分子分裂為電子和正離子，即可能使氣體分子分裂為電子和正離子

13、，即自由行程：自由行程：一個質(zhì)點在每兩次碰撞間自由地通過的距離。一個質(zhì)點在每兩次碰撞間自由地通過的距離。平均自由行程：平均自由行程：眾多質(zhì)點自由行程的平均值。眾多質(zhì)點自由行程的平均值。n電子的平均自由行程要比分子和離子的大得多n氣體分子密度越大，其中質(zhì)點的平均自由行程越小。對于同一種氣體，其分子密度和該氣體的密度成正比pT 由光輻射引起氣體分子電離的過程，稱為由光輻射引起氣體分子電離的過程，稱為光電離光電離。 光電離產(chǎn)生的電子稱為光電子。光電離產(chǎn)生的電子稱為光電子。 光輻射光輻射來源來源： 紫外線、宇宙射線、紫外線、宇宙射線、x x射線等；射線等； 異號帶電質(zhì)點復合成中性質(zhì)點釋放出的光子；異號

14、帶電質(zhì)點復合成中性質(zhì)點釋放出的光子； 激勵態(tài)分子回復到正常態(tài)釋放出的光子激勵態(tài)分子回復到正常態(tài)釋放出的光子 光電離條件光電離條件：iWhv （二）光電離（二）光電離(Photoionization )iWhch：普朗克常數(shù)； C：光速：光頻率； ：光波長或（三）熱電離（三）熱電離(Thermal ) 氣體分子高熱狀態(tài)引起的碰撞電離過程，稱為熱電離。氣體分子高熱狀態(tài)引起的碰撞電離過程，稱為熱電離。熱電離條件：熱電離條件：imWKTW 32常溫下，氣體分子發(fā)生熱電離概率極小。氣體中發(fā)生電離的分子常溫下，氣體分子發(fā)生熱電離概率極小。氣體中發(fā)生電離的分子數(shù)與總分子數(shù)的比值數(shù)與總分子數(shù)的比值m稱為該氣體

15、的稱為該氣體的電離度電離度。當當t10000 K時才需考慮熱電離；時才需考慮熱電離；當當t20000 K時，幾乎全部的分時，幾乎全部的分子都處于熱電離狀態(tài)。子都處于熱電離狀態(tài)。空氣電離度空氣電離度m和溫度和溫度T的關(guān)系的關(guān)系表面電離形式：表面電離形式： 正離子碰撞陰極表面正離子碰撞陰極表面( (Electron emission by positive ion impact on cathode) )； 正離子碰撞陰極時使電子逸出金屬（傳遞的能量要大于逸出功）。正離子碰撞陰極時使電子逸出金屬（傳遞的能量要大于逸出功）。 光電效應(yīng)光電效應(yīng)( (Photoelectric emission) )；

16、 當光子的能量大于逸出功時，金屬表面放射出電子。當光子的能量大于逸出功時，金屬表面放射出電子。 強場發(fā)射強場發(fā)射( (Field emission) )； 當陰極附近所加外電場足夠強時，使陰極放射出電子。當陰極附近所加外電場足夠強時，使陰極放射出電子。 熱電子發(fā)射熱電子發(fā)射( (Thermionic emission) ) 陰極溫度很高時，其中的電子具有巨大動能，逸出金屬表面。陰極溫度很高時，其中的電子具有巨大動能，逸出金屬表面。（四）表面電離（四）表面電離(surface )逸出功逸出功 ：電子克服原子核的束縛，從材料表面逸出所需的最小能量。與金屬的微觀結(jié)構(gòu) 、金屬表面狀態(tài)有關(guān)。 （五）負離

17、子的形成（五）負離子的形成附著附著：當電子與氣體分子碰撞時，不但有可能引起碰撞電離而產(chǎn)：當電子與氣體分子碰撞時，不但有可能引起碰撞電離而產(chǎn)生出正離子和新的電子，而且也可能會發(fā)生電子與中性分子相結(jié)生出正離子和新的電子，而且也可能會發(fā)生電子與中性分子相結(jié)合，形成負離子。合，形成負離子。電子附著系數(shù)電子附著系數(shù) ：電子行經(jīng)：電子行經(jīng)單位距離單位距離時附著于中性原子的電子數(shù)時附著于中性原子的電子數(shù)目。目。負離子的形成負離子的形成并未使氣體中帶電粒子的數(shù)目改變，但卻能使自并未使氣體中帶電粒子的數(shù)目改變，但卻能使自由電子數(shù)減少，因而對氣體放電的發(fā)展起由電子數(shù)減少，因而對氣體放電的發(fā)展起抑制抑制作用。作用。

18、2.1 氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生2.2 氣體中帶電質(zhì)點的消失2.2 氣體中帶電質(zhì)點的消失帶電質(zhì)點一旦產(chǎn)生，在外電場作用下作定向運動，流入帶電質(zhì)點一旦產(chǎn)生，在外電場作用下作定向運動，流入電極形成電導電流。電極形成電導電流。帶電質(zhì)點從濃度較大區(qū)域轉(zhuǎn)移到濃度較小區(qū)域，從而使帶帶電質(zhì)點從濃度較大區(qū)域轉(zhuǎn)移到濃度較小區(qū)域，從而使帶電質(zhì)點在空間各處的濃度趨于均勻的過程。電質(zhì)點在空間各處的濃度趨于均勻的過程。擴散的原因擴散的原因：帶電質(zhì)點的熱運動。：帶電質(zhì)點的熱運動。 電子比離子的擴散速度高電子比離子的擴散速度高3 3個數(shù)量級個數(shù)量級 含義：含義：正離子與負離子或電子相遇時，發(fā)生電荷的傳遞而相正離子與負離子或電子

19、相遇時，發(fā)生電荷的傳遞而相互中和還原為分子的過程。互中和還原為分子的過程。 對放電的影響：對放電的影響：電荷復合過程要阻礙放電的發(fā)展，但在電荷復合過程要阻礙放電的發(fā)展，但在一定一定條件條件下又可因復合時的下又可因復合時的光輻射光輻射加劇放電的發(fā)展。加劇放電的發(fā)展。 放電過程中的復合絕大多數(shù)是正、負離子之間放電過程中的復合絕大多數(shù)是正、負離子之間的復合，參加復合的電子絕大多數(shù)是的復合，參加復合的電子絕大多數(shù)是先形成先形成負離子負離子再與正離子復合再與正離子復合。氣體間隙中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生和消失是氣體放電氣體間隙中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生和消失是氣體放電的一對基本矛盾，氣體放電的發(fā)展和終止取決的一對基本矛盾，

20、氣體放電的發(fā)展和終止取決于這兩個過程誰占主導地位。于這兩個過程誰占主導地位。強電場下，氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生形式可以分強電場下，氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生形式可以分為為和和。它們都與外界供給的。它們都與外界供給的能量方式有關(guān)，能量來源的形式主要是能量方式有關(guān)，能量來源的形式主要是電場能電場能、光輻射能光輻射能和和熱能熱能，而能量的傳遞靠電子、光子，而能量的傳遞靠電子、光子或氣體分子的熱運動，其傳遞的過程主要是碰或氣體分子的熱運動，其傳遞的過程主要是碰撞，它是造成氣體分子電離的有效過程。撞，它是造成氣體分子電離的有效過程。氣氣體體放放電電發(fā)發(fā)展展過過程程碰撞電離碰撞電離光電離光電離熱電離熱電離空間電離空

21、間電離表面電離表面電離負離子的形成負離子的形成正離子碰撞陰極正離子碰撞陰極光電效應(yīng)光電效應(yīng)強場發(fā)射強場發(fā)射熱電子發(fā)射熱電子發(fā)射電場作用下氣體中帶電質(zhì)點的定向運動電場作用下氣體中帶電質(zhì)點的定向運動帶電質(zhì)點的擴散帶電質(zhì)點的擴散帶電質(zhì)點的復合帶電質(zhì)點的復合2.1 帶電質(zhì)帶電質(zhì)點產(chǎn)生點產(chǎn)生2.2 帶電質(zhì)帶電質(zhì)點消失點消失3.1 3.1 低氣壓低氣壓均勻電場下均勻電場下的湯遜理論和巴申定律的湯遜理論和巴申定律3.1.1 低氣壓均勻電場下的湯遜理論一、氣體放電實驗及伏安特性曲線一、氣體放電實驗及伏安特性曲線氣體中電流和電壓的關(guān)系伏安特性曲線測定氣體中電流的回路示意圖作用在氣體介質(zhì)上的能量外電離因素外電場因

22、素氣體放電伏安特性氣體放電伏安特性 3.1.1 低氣壓均勻電場下的湯遜理論低氣壓均勻電場下的湯遜理論試驗分析試驗分析 當當UU0n OA段：電流隨電壓升高而升高段：電流隨電壓升高而升高n AB段：電流僅取決于外電離因素，段：電流僅取決于外電離因素，與電壓無關(guān)與電壓無關(guān)n BC段：電壓升高電流增強，但仍靠段：電壓升高電流增強，但仍靠外電離維持放電過程外電離維持放電過程 (非自持放電階非自持放電階段段)當當UU0n C點后：電流急劇突增，氣體間隙擊點后：電流急劇突增，氣體間隙擊穿，只靠外加電壓就能維持穿，只靠外加電壓就能維持(自持放自持放電階段電階段)非自持放電非自持放電：如果取消外如果取消外電離

23、因素，氣體的放電過電離因素，氣體的放電過程就會停止，那么電流也程就會停止，那么電流也將消失。這類依靠將消失。這類依靠外電離外電離因素和因素和外電場外電場因素共同作因素共同作用而維持的放電。用而維持的放電。自持放電自持放電：氣隙中電離過程只靠外施電壓已能維氣隙中電離過程只靠外施電壓已能維持，持，不再需要外電離因素不再需要外電離因素。非自持放非自持放電與自持電與自持放電的分放電的分界點界點二、電子崩（二、電子崩（electron avalanche）的形成）的形成(a) (a) 電子崩的形成電子崩的形成(b) (b) 帶電離子在電子崩中的分布帶電離子在電子崩中的分布為什么？為什么？電子數(shù)目將按電子

24、數(shù)目將按2、4、82n的指數(shù)規(guī)律增長的指數(shù)規(guī)律增長電子崩的發(fā)展過程也稱為電子崩的發(fā)展過程也稱為過程過程 -電子碰撞電離系數(shù)：電子碰撞電離系數(shù)：一個一個電子電子在電場力作用下，沿電場方向行經(jīng)單位在電場力作用下，沿電場方向行經(jīng)單位距離（距離（1cm）平均發(fā)生碰撞電離的次數(shù)，湯遜第）平均發(fā)生碰撞電離的次數(shù)，湯遜第一電離系數(shù)。一電離系數(shù)。反映了電子碰撞氣體分子發(fā)生電離的能力反映了電子碰撞氣體分子發(fā)生電離的能力EBpApe/均勻電場中的電子崩計算模型dn0 xndxN-dn根據(jù)碰撞電離系數(shù)的定義：dxndn分離變量并積分，可得：00 xdxnn e 從而可得n0個電子，從陰極出發(fā)在電場的作用下，經(jīng)距離d

25、，到達陽極時由碰撞電離產(chǎn)生的電子數(shù)（用N表示）00ddxNn e研究表明：對均勻電場而言，為常數(shù)，電子數(shù)N：000 xd xdNn en e上式等號兩側(cè)乘以電子的電荷qe，即得電流關(guān)系式：表明：電子崩電流按指數(shù)規(guī)律隨極間距離d而增大。因為一旦除去外界電離因素(令 )，放電就會停止。-非自持放電階段非自持放電階段僅有過程不能維持放電的自持。 過程在氣體電離過程中起的作用很小。過程在氣體電離過程中起的作用很小。電子碰撞電離是電離的主要因素。電子碰撞電離是電離的主要因素。 -正離子碰撞電離系數(shù)正離子碰撞電離系數(shù)一個正離子沿電場方向行經(jīng)單位距離（一個正離子沿電場方向行經(jīng)單位距離（1cm）時平）時平均發(fā)

26、生的碰撞電離次數(shù)。湯遜第二電離系數(shù)。均發(fā)生的碰撞電離次數(shù)。湯遜第二電離系數(shù)。 -表面電離系數(shù)表面電離系數(shù) 折合到每個碰撞陰極表面的折合到每個碰撞陰極表面的正離子正離子使陰極金屬使陰極金屬表面表面釋放釋放出的出的自由電子自由電子數(shù)。湯遜第三電離系數(shù)。數(shù)。湯遜第三電離系數(shù)?？臻g電離空間電離表面電離表面電離正離子能量的來源是在外電場作用下獲得的！ 由外電離因素從陰極產(chǎn)生的由外電離因素從陰極產(chǎn)生的一個一個電子消失在陽電子消失在陽極前，由極前，由過程形成的正離子數(shù)。即過程形成的正離子數(shù)。即1de n0個電子消失在陽極前，由電子消失在陽極前，由過程形成的正離子數(shù)。過程形成的正離子數(shù)。0(1)dn e 正離

27、子（正離子（獲得足夠能量的正離子獲得足夠能量的正離子）消失在陰極時，）消失在陰極時，由由過程（表面電離）過程（表面電離）在陰極上釋放出二次電子數(shù)，在陰極上釋放出二次電子數(shù)，即即) 1(de1) 1(de 表示由表示由過程在陰極上重新產(chǎn)生一個過程在陰極上重新產(chǎn)生一個(或更多或更多)電電子，此時不再需要外電離因素就能使電離維持發(fā)展，子，此時不再需要外電離因素就能使電離維持發(fā)展，即轉(zhuǎn)入即轉(zhuǎn)入自持放電。自持放電。自持放電條件（擊穿條件）(1)1de如自持放電條件滿足時，放電過程就如下圖所示如自持放電條件滿足時，放電過程就如下圖所示循環(huán)1lnd陰極表面陰極表面氣體間隙中氣體間隙中陽極表面陽極表面第1周期

28、第2周期第3周期：1個電子逸出 個電子逸出 個電子逸出：形成 個正離子形成 個正離子形成 個正離子： 個電子進入 個電子進入 個電子進入：(1)dede) 1(de2(1)de(1)ddee22(1)de23(1)de22(1)ddeen 電子碰撞電離電子碰撞電離是氣體電離的主要原因；是氣體電離的主要原因；正離子碰撞陰極表面正離子碰撞陰極表面使陰極表面逸出使陰極表面逸出電子是維持氣體放電的必要條件。電子是維持氣體放電的必要條件。n 陰極逸出電子能否接替起始電子的作陰極逸出電子能否接替起始電子的作用是自持放電的判據(jù)。用是自持放電的判據(jù)。湯遜理論的主要內(nèi)容湯遜理論的主要內(nèi)容氣體放電伏安特性氣體放電

29、伏安特性 在外部光源的照射下，氣體中的微觀過程有：由于電離而不斷產(chǎn)生帶電質(zhì)點；由于電離而不斷產(chǎn)生帶電質(zhì)點；正、負點點質(zhì)點又不斷復合。正、負點點質(zhì)點又不斷復合。當電壓小于UA時：隨著電壓的升高，帶電質(zhì)點隨著電壓的升高，帶電質(zhì)點的運動速度增加，復合導致的運動速度增加，復合導致帶電質(zhì)點的數(shù)目減少消失于帶電質(zhì)點的數(shù)目減少消失于電極的數(shù)目增大，因此，外電極的數(shù)目增大，因此，外回路電流增加。回路電流增加。當電壓小于UB大于UA時：這是由于因電離產(chǎn)生的帶電這是由于因電離產(chǎn)生的帶電質(zhì)點全部消失于電極。電流質(zhì)點全部消失于電極。電流只取決于外電離因素而與電只取決于外電離因素而與電壓無關(guān)。壓無關(guān)。當電壓大于UB時：

30、隨著電壓的升高，又出現(xiàn)了隨著電壓的升高，又出現(xiàn)了電流的增長，這必然是出現(xiàn)電流的增長，這必然是出現(xiàn)了新的電離方式了新的電離方式電子的碰電子的碰撞電離。在這個電壓下，電撞電離。在這個電壓下，電場足夠強，電子能夠在電場場足夠強，電子能夠在電場的作用下積累足夠的能量發(fā)的作用下積累足夠的能量發(fā)生碰撞電離。生碰撞電離。均勻電場中幾種氣體擊穿電壓Ub與pd的關(guān)系巴申定律：描述了氣體的擊穿電壓巴申定律：描述了氣體的擊穿電壓Ub與與pd的關(guān)系曲線的關(guān)系曲線(亦即亦即Ub與與pd的關(guān)系曲線的關(guān)系曲線)實驗結(jié)果實驗結(jié)果(1)擊穿電壓不僅由間隙距離d決定，而且也是pd的函數(shù)；(2)擊穿電壓不是pd的單調(diào)函數(shù)，而是U曲

31、線，存在擊穿電壓的極小值；(3)不同氣體，其巴申曲線上的最低擊穿電壓不同，對應(yīng)的pd值也不同；3.1.2低氣壓均勻電場下巴申定律(Paschens Law)()11ln()(ln)(pdfpdApdBub 式中式中A、B是與氣體種類有關(guān)的常數(shù)，是與氣體種類有關(guān)的常數(shù)，ub為氣溫不變的條件下，均為氣溫不變的條件下，均勻電場中氣體的自持放電起始電壓勻電場中氣體的自持放電起始電壓=氣隙擊穿電壓。氣隙擊穿電壓。1lnd湯遜理論的自湯遜理論的自持放電條件持放電條件電子碰撞電離電子碰撞電離系數(shù)的表達式系數(shù)的表達式湯遜理論推導理論分析湯遜理論推導理論分析 電場強度E增大，急劇增大; P很大，或P很小時，值都

32、比較小 巴申曲線的左半支巴申曲線的左半支(pd )bUPd電離概率電子自由行程碰撞次數(shù)一定巴申曲線的右半支：(pd )bpUd電離概率電子自由行程碰撞次數(shù)一定bdUdUEp電離概率碰撞次數(shù)一定)/(巴申定律湯遜理論 由巴申曲線可知，當極間距離由巴申曲線可知，當極間距離d d不變時不變時提高氣壓或或降低氣壓到真空，都可以，都可以提高氣隙的擊穿電壓，這一結(jié)論已被工程廣泛使用，這一結(jié)論已被工程廣泛使用 高氣壓、高真空都可以提高擊穿電壓，高氣壓、高真空都可以提高擊穿電壓，工程上已得到廣泛應(yīng)用工程上已得到廣泛應(yīng)用( (如：壓縮空氣開關(guān)、如：壓縮空氣開關(guān)、真空開關(guān)等真空開關(guān)等) ) 湯遜理論是在湯遜理論是

33、在均勻電場、低氣壓、短間隙均勻電場、低氣壓、短間隙( (pdpd較小較小) )條件下條件下建立起來的。建立起來的。 當電場均勻，但當電場均勻，但pdpd過大時過大時( (氣壓高、距離大氣壓高、距離大) )的放電，用湯的放電，用湯遜理論無法解釋以下現(xiàn)象：遜理論無法解釋以下現(xiàn)象： 放電時間：很短放電時間：很短 放電外形：具有分支的細通道放電外形：具有分支的細通道 擊穿電壓：與理論計算不一致?lián)舸╇妷海号c理論計算不一致 陰極材料：無關(guān)陰極材料：無關(guān) 湯遜理論適用于湯遜理論適用于pd pd 26.66 kPa 26.66 kPacmcm3.2 3.2 大氣壓大氣壓均勻電場下均勻電場下的流注理論的流注理論

34、 氣體放電氣體放電流注流注(streamer)(streamer)理論理論仍以電子的仍以電子的碰撞電離過程為基礎(chǔ)，它考慮了大氣壓、長碰撞電離過程為基礎(chǔ)，它考慮了大氣壓、長氣隙情況下不容忽視的氣隙情況下不容忽視的若干因素若干因素對氣體放電對氣體放電的影響，主要有以下兩方面的影響，主要有以下兩方面: : 空間電荷對原有電場的影響空間電荷對原有電場的影響 空間光電離的作用空間光電離的作用3.2 3.2 大氣壓下均勻電場的流注理論大氣壓下均勻電場的流注理論 電子崩頭部聚集大部分正離子和全電子崩頭部聚集大部分正離子和全部電子，導致電場畸變；部電子，導致電場畸變； 在電場強度很小的區(qū)域，電子和離在電場強度

35、很小的區(qū)域，電子和離子濃度最大，有利于完成復合；子濃度最大，有利于完成復合； 強烈的復合輻射出許多光子，成為強烈的復合輻射出許多光子，成為引發(fā)新的引發(fā)新的空間光電離空間光電離輻射源。輻射源。（一）空間電荷作用（一）空間電荷作用結(jié)果考慮初始電子崩頭部成為輻射源，會向氣隙空間各處發(fā)射光子而引起光電離。湯遜理論沒有考慮放電本身所引發(fā)的空間光電離現(xiàn)象，而這一因素在大氣壓、長氣隙的擊穿過程中起著重要的作用。（二）空間光電離的作用（二）空間光電離的作用 起始電子發(fā)生碰撞電離形成電子崩初始電子崩； 初崩發(fā)展到陽極，正離子作為空間電荷畸變原電場，在電場削弱的區(qū)域（正負電荷交界處）復合增加，放射出大量光子； 光

36、電離產(chǎn)生光電子，在加強的局部電場（正離子與陰極間電場）作用下形成二次電子崩；（三）流注的形成和發(fā)展示意圖（三）流注的形成和發(fā)展示意圖d) 二次崩電子與正空間電荷匯合成流注通道（20kV/cm），其端部又有二次崩留下的正電荷，加強局部電場產(chǎn)生新電子崩使其發(fā)展；e) 流注頭部前方電場強度較強，電離迅速發(fā)展，放射出大量光子，繼續(xù)引起空間光電離，于是流注前方出現(xiàn)新的二次崩，延長流注通道；f) 流注通道貫通，氣隙擊穿新電子崩不斷產(chǎn)生的電子形成負離子與原始電子崩的正離子互相滲透，形成正負離子混合的等離子體通道-流注。 當初始電子崩發(fā)展到一定程度（電子崩頭部電子數(shù)達到一定數(shù)量）當初始電子崩發(fā)展到一定程度（電

37、子崩頭部電子數(shù)達到一定數(shù)量） 電場畸變；電場畸變； 電子崩頭部附近正負空間電荷復合；電子崩頭部附近正負空間電荷復合； 放射大量光子放射大量光子光輻射；光輻射； 光電離，釋放出光電子；光電離，釋放出光電子； 崩頭處光電子處在了被加強了的電場附近，會迅速產(chǎn)生新崩頭處光電子處在了被加強了的電場附近，會迅速產(chǎn)生新的碰撞電離；的碰撞電離； 二次電子崩；二次電子崩；（二次電子崩電子進入初崩正空間電荷區(qū)（二次電子崩電子進入初崩正空間電荷區(qū)域）流注域）流注 。流注發(fā)展過程流注發(fā)展過程條件：結(jié)果：（四）形成流注條件（四）形成流注條件l 電子崩發(fā)展到電子崩發(fā)展到足夠的程度足夠的程度后，電子崩中的空間電荷足以后，電

38、子崩中的空間電荷足以使原電場使原電場明顯畸變明顯畸變，大大加強電子崩崩頭和崩尾處的電，大大加強電子崩崩頭和崩尾處的電場；場；l 電子崩頭部附近電荷密度很大，復合頻繁，釋放出引發(fā)電子崩頭部附近電荷密度很大，復合頻繁，釋放出引發(fā)新的空間光電離的輻射源，二次電子崩主要來源于新的空間光電離的輻射源，二次電子崩主要來源于空間空間光電離光電離；l 氣隙中一旦氣隙中一旦形成流注形成流注，放電就可由，放電就可由空間光電離空間光電離自行維持。自行維持。流注自持放電條件：201lnd或810de初崩頭部電子數(shù)要達到初崩頭部電子數(shù)要達到108時，時，出現(xiàn)流注，放電才能轉(zhuǎn)為自持出現(xiàn)流注，放電才能轉(zhuǎn)為自持。放電時間二次

39、崩的起始電子是光子形成的，而光子以光速傳播，二次崩的起始電子是光子形成的，而光子以光速傳播，所以流注發(fā)展非?？?。所以流注發(fā)展非常快。放電外形二次崩的發(fā)展具有不同的方位，所以流注的推進不可二次崩的發(fā)展具有不同的方位，所以流注的推進不可能均勻，而且具有分支。能均勻，而且具有分支。陰極材料大氣條件下的氣體放電不依賴陰極表面電離，而是靠大氣條件下的氣體放電不依賴陰極表面電離，而是靠空間光電離產(chǎn)生電子維持，因此與陰極材料無關(guān)。空間光電離產(chǎn)生電子維持，因此與陰極材料無關(guān)?？偨Y(jié)湯遜理論湯遜理論適用于適用于 均勻電場、均勻電場、低低氣壓、氣壓、短短間隙（間隙（pdpd值較?。┲递^?。怏w的擊穿；氣體的擊穿；流

40、注理論流注理論適用于適用于 均勻電場、均勻電場、大大氣壓、氣壓、長長間隙（間隙（pdpd值較大）值較大）氣體的擊穿。氣體的擊穿。 以以pd = 26.66kPapd = 26.66kPacmcm作為分界參考值；作為分界參考值；總 結(jié)湯遜理論湯遜理論的基本觀點：的基本觀點：電子碰撞電離電子碰撞電離是氣體放電時電流倍增的主要過程，而是氣體放電時電流倍增的主要過程，而陰陰極表面的電子發(fā)射極表面的電子發(fā)射是維持放電的必要條件。是維持放電的必要條件。流注理論流注理論的基本觀點：的基本觀點：以湯遜理論的碰撞電離為基礎(chǔ)，強調(diào)空間電荷對電場的以湯遜理論的碰撞電離為基礎(chǔ)，強調(diào)空間電荷對電場的畸變作用畸變作用，著

41、重于用氣體空間，著重于用氣體空間光電離光電離來解釋氣體放來解釋氣體放電通道的發(fā)展過程；電通道的發(fā)展過程；放電從起始到擊穿并非碰撞電離連續(xù)量變的過程，當初放電從起始到擊穿并非碰撞電離連續(xù)量變的過程，當初始電子崩中離子數(shù)達始電子崩中離子數(shù)達10108 8以上時，引起空間光電離質(zhì)以上時，引起空間光電離質(zhì)變，電子崩匯合成流注；變，電子崩匯合成流注；流注一旦形成，放電轉(zhuǎn)入自持。流注一旦形成，放電轉(zhuǎn)入自持?？?結(jié)引起氣體放電的外部原因有兩個，引起氣體放電的外部原因有兩個，其一其一是電場作用，是電場作用，其二其二是外電離因素。是外電離因素。非自持放電非自持放電：把去掉外界因素作用后，放電立即停：把去掉外界因

42、素作用后，放電立即停止的放電形式；止的放電形式；自持放電自持放電：把由電場作用就能維持的放電形式。：把由電場作用就能維持的放電形式。湯遜理論和流注理論自持放電條件的比較湯遜理論和流注理論自持放電條件的比較(1)(1)湯遜理論：自持放電由陰極過程來維持；湯遜理論：自持放電由陰極過程來維持； 流注理論：依賴于空間光電離。流注理論：依賴于空間光電離。(2) (2) 系數(shù)的物理意義不同系數(shù)的物理意義不同。4 4 不均勻電場長空氣間隙放電不均勻電場長空氣間隙放電4 不均勻電場長空氣間隙的放電 工程情況：套管引出線對低壓套管及外殼；高壓輸電線對地系統(tǒng)中大多數(shù)的帶電設(shè)備都處在長間隙不均勻電場中，如，變壓器出

43、線端；試驗變壓器高壓端對墻等。 均勻電場：兩個電極的面積開方遠遠大于兩電極間的距離，這兩個電極間的電場為均勻電場。如平板電極； 不均勻電場：兩電極的曲率半徑小于兩電極間的距離時，兩電極間的電場就是不均勻電場。如棒-棒、棒-板； 當棒電極的曲率半徑遠大于棒-板電極間的距離時，其間電場就是極不均勻電場。變壓器輸電線路變電站4.1 電場不均勻程度的劃分4.2 稍不均勻電場中的擊穿過程4.3 極不均勻電場中的擊穿過程4.1 4.1 電場不均勻程度的劃分電場不均勻程度的劃分1-1-擊穿電壓擊穿電壓 2-2-電暈起始電壓電暈起始電壓 3-3-過渡區(qū)域過渡區(qū)域電暈放電不穩(wěn)定，擊穿電壓分散性很大電暈放電不穩(wěn)定

44、，擊穿電壓分散性很大 電場越不均勻，擊穿電壓和電暈起始電壓之間的差別越電場越不均勻，擊穿電壓和電暈起始電壓之間的差別越大，從大，從放電觀點放電觀點看，電場的不均勻程度可以根據(jù)是否存在穩(wěn)看，電場的不均勻程度可以根據(jù)是否存在穩(wěn)定的電暈放電來區(qū)分；定的電暈放電來區(qū)分； 為了定量描述各種結(jié)構(gòu)的電場不均勻程度，可引入一個為了定量描述各種結(jié)構(gòu)的電場不均勻程度，可引入一個電場不均勻系數(shù)電場不均勻系數(shù)f，表示為：，表示為：Emax : 最大電場強度最大電場強度; Eav :平均電場強度平均電場強度,f4屬不均勻電場屬不均勻電場。4.1 電場不均勻程度的劃分4.2 稍不均勻電場中的擊穿過程4.3 極不均勻電場中

45、的擊穿過程4.2 4.2 稍不均勻電場中的擊穿過程稍不均勻電場中的擊穿過程 稍不均勻電場中的放電過程與均勻電場稍不均勻電場中的放電過程與均勻電場相似相似，屬于，屬于流注擊穿，擊穿條件就是自持放電條件，流注擊穿，擊穿條件就是自持放電條件，無電暈產(chǎn)無電暈產(chǎn)生。生。 但稍不均勻電場中場強并非處處相等，但稍不均勻電場中場強并非處處相等， 電離系數(shù)電離系數(shù)是空間坐標是空間坐標x的函數(shù)，因此自持放電條件為：的函數(shù)，因此自持放電條件為：201ln)(0ddxx4.1 電場不均勻程度的劃分4.2 稍不均勻電場中的擊穿過程4.3 極不均勻電場中的擊穿過程4.3 極不均勻電場中的擊穿過程4.3.1 4.3.1 電

46、暈放電電暈放電定義定義：電場極不均勻時，在大曲率電極附近很薄一層空氣中具備：電場極不均勻時，在大曲率電極附近很薄一層空氣中具備自持自持放電放電條件，放電僅局限在大曲率電極周圍條件，放電僅局限在大曲率電極周圍很小范圍很小范圍內(nèi)，而整個氣隙內(nèi)，而整個氣隙尚未擊穿尚未擊穿。 電暈放電也就是局部流注放電。電暈放電也就是局部流注放電。特點特點：電暈放電是：電暈放電是極不均勻電場極不均勻電場特有的特有的自持放電形式自持放電形式，電暈起始電壓電暈起始電壓(Uc)低于擊穿電壓低于擊穿電壓(Ub)，電場越不均勻其差值越大。，電場越不均勻其差值越大。 電暈放電的起始電壓一般用經(jīng)驗公式來推算，應(yīng)用最廣的是電暈放電的

47、起始電壓一般用經(jīng)驗公式來推算，應(yīng)用最廣的是皮克公式皮克公式，電暈起始場強近似為：電暈起始場強近似為：bcUU電暈放電產(chǎn)生的影響電暈放電產(chǎn)生的影響： 電暈放電引起的光、聲、熱等效應(yīng)使空氣發(fā)生化學反應(yīng)，都會消耗電暈放電引起的光、聲、熱等效應(yīng)使空氣發(fā)生化學反應(yīng)，都會消耗一定的能量。一定的能量。電暈損耗電暈損耗是超高壓輸電線路設(shè)計時必須考慮的因素，是超高壓輸電線路設(shè)計時必須考慮的因素，下雨氣象時的電暈損耗要比晴天時大得多。下雨氣象時的電暈損耗要比晴天時大得多。 電暈放電中，由于電子崩和流注不斷消失和重新出現(xiàn)所造成的放電電暈放電中，由于電子崩和流注不斷消失和重新出現(xiàn)所造成的放電脈沖會產(chǎn)生高頻電磁波，從而

48、對無線電和電視廣播產(chǎn)生脈沖會產(chǎn)生高頻電磁波，從而對無線電和電視廣播產(chǎn)生干擾。干擾。 電暈放電還會產(chǎn)生可聽電暈放電還會產(chǎn)生可聽噪聲噪聲，并有可能超出環(huán)境保護所容許的標準。，并有可能超出環(huán)境保護所容許的標準。 方法方法：增大電極曲率半徑；采用擴徑導線等：增大電極曲率半徑；采用擴徑導線等 有利的一面有利的一面： 在輸電線上傳播的雷電電壓波因電暈放電而在輸電線上傳播的雷電電壓波因電暈放電而衰減衰減其其幅值和幅值和降低降低其波前陡度。其波前陡度。 操作過電壓的幅值也會受到電暈的抑制。操作過電壓的幅值也會受到電暈的抑制。 電暈放電還在除塵器、靜電噴涂裝置、臭氧發(fā)生器電暈放電還在除塵器、靜電噴涂裝置、臭氧發(fā)

49、生器等工業(yè)設(shè)施中得到廣泛應(yīng)用。等工業(yè)設(shè)施中得到廣泛應(yīng)用。 在極不均勻電場中，放電一定從曲率半徑在極不均勻電場中，放電一定從曲率半徑較小的那個電極表面開始，與該電極極性無關(guān)。較小的那個電極表面開始，與該電極極性無關(guān)。放電的放電的發(fā)展過程發(fā)展過程、氣隙的、氣隙的電氣強度電氣強度、放電電放電電壓壓等都與該電極的極性有密切的關(guān)系。等都與該電極的極性有密切的關(guān)系。極不均極不均勻電場中的放電存在著明顯的勻電場中的放電存在著明顯的極性效應(yīng)。極性效應(yīng)。 4.3.2 4.3.2 極性效應(yīng)極性效應(yīng) 極性效應(yīng)的極性由表面電場較強的極性效應(yīng)的極性由表面電場較強的電極電極所具有的所具有的相對相對電位電位決定：決定： 兩

50、個電極幾何兩個電極幾何形狀不同形狀不同時，極性取決于時，極性取決于曲率半徑曲率半徑較小較小的電極的電位符號，如的電極的電位符號，如“棒棒- -板板”氣隙。氣隙。 兩個電極幾何兩個電極幾何形狀相同形狀相同時，極性取決于時，極性取決于不接地不接地的的電極上的電位，如電極上的電位，如“棒棒- -棒棒”氣隙。氣隙。 以典型的極不均勻電場以典型的極不均勻電場-“棒棒- -板板”氣隙為氣隙為例，從例，從流注理論流注理論的觀點出發(fā)，說明放電的：的觀點出發(fā)，說明放電的： 發(fā)展過程發(fā)展過程極性效應(yīng)極性效應(yīng) （一）正極性（一）正極性 棒極帶正電位時，棒極帶正電位時，電子崩頭部的電子到電子崩頭部的電子到達棒極后即將

51、被中和，達棒極后即將被中和，棒極附近強場區(qū)內(nèi)的棒極附近強場區(qū)內(nèi)的電暈放電將在棒極附電暈放電將在棒極附近空間留下許多近空間留下許多正離正離子子。電暈起始階段電暈起始階段這些正離子雖朝板極這些正離子雖朝板極移動，但速度很慢而移動，但速度很慢而暫留在棒極附近。暫留在棒極附近。 正空間電荷正空間電荷削弱削弱了棒了棒極附近的電場強度，而極附近的電場強度，而加強加強了正離子群外部空了正離子群外部空間的電場，因此棒電極間的電場，因此棒電極附近的放電（電暈）附近的放電（電暈）困困難難，而正離子群外部的，而正離子群外部的放電（擊穿）放電（擊穿）容易容易。當。當電壓進一步提高，隨著電壓進一步提高，隨著電暈放電區(qū)的

52、擴展，強電暈放電區(qū)的擴展，強場區(qū)亦將逐漸向板極方場區(qū)亦將逐漸向板極方向推進，因而放電的發(fā)向推進，因而放電的發(fā)展是順利的。展是順利的。（二）負極性（二）負極性 棒極負極性時，電棒極負極性時，電子崩將由棒極表面出發(fā)子崩將由棒極表面出發(fā)向外發(fā)展，崩頭的電子向外發(fā)展，崩頭的電子在離開強場（電暈）區(qū)在離開強場（電暈）區(qū)后，雖不能再引起碰撞后，雖不能再引起碰撞電離，但仍繼續(xù)往板極電離，但仍繼續(xù)往板極運動。運動。 留在棒極附近的大量留在棒極附近的大量正離子將正離子將加強加強棒極表面附棒極表面附近的電場，而近的電場，而削弱削弱外圍空外圍空間的電場。棒極表面附近間的電場。棒極表面附近的放電（電暈放電）的放電（電

53、暈放電）容易容易，而外圍空間的放電（擊穿）而外圍空間的放電（擊穿）困難困難。 當電壓進一步提高時，當電壓進一步提高時，電暈區(qū)不易向外擴展，整電暈區(qū)不易向外擴展，整個氣隙放電發(fā)展將是個氣隙放電發(fā)展將是不順不順利利的，因而的，因而這時氣隙的放這時氣隙的放電電壓要比正極性時高電電壓要比正極性時高，完成放電過程所需的時間完成放電過程所需的時間也要比正極性時長。也要比正極性時長。 非自持放電階段非自持放電階段 正極性正極性：正空間電荷：正空間電荷削弱削弱棒極附近場強而棒極附近場強而加強加強外部電場，阻外部電場，阻止棒極附近流注形成使止棒極附近流注形成使電暈起始電壓提高電暈起始電壓提高； 負極性負極性：正

54、空間電荷：正空間電荷加強加強棒極附近場強而棒極附近場強而削弱削弱外部電場，促外部電場，促進棒極附近流注形成使進棒極附近流注形成使電暈起始電壓降低電暈起始電壓降低。)()(ccUU流注發(fā)展階段流注發(fā)展階段 正極性正極性：空間電荷：空間電荷加強加強放電區(qū)放電區(qū)外部空間的電場外部空間的電場，因此當電壓進一步提高，因此當電壓進一步提高時，強場區(qū)將逐漸向極板推進至擊穿。時，強場區(qū)將逐漸向極板推進至擊穿。 負極性負極性：空間電荷：空間電荷削弱削弱放電區(qū)放電區(qū)外部空間的電場外部空間的電場，因此當電壓進一步提高，因此當電壓進一步提高時，電暈區(qū)不易向外擴展，氣隙擊穿將不順利，因此負極性擊穿電壓比時，電暈區(qū)不易向

55、外擴展，氣隙擊穿將不順利，因此負極性擊穿電壓比正極性高，完成擊穿所需時間也長。正極性高，完成擊穿所需時間也長。)()(bbUU 工程實際中，輸電線路外絕緣和高壓設(shè)備的外絕緣都屬于極不均勻電場分布，在交流電壓下的擊穿都發(fā)生在正半波。4.3.3 4.3.3 長間隙放電長間隙放電流注通道電子被陽極吸引流注通道電子被陽極吸引電子濃度電子濃度電流電流 熱損耗熱損耗 溫度溫度流注中流注中熱電離熱電離電導電導，電流，電流流注變成高電導的等離子體（先導）流注變成高電導的等離子體（先導）電場電場新流注新流注先導不斷推進。先導不斷推進。 先導放電先導放電 特點特點：電子通過通道根部時由于劇烈的摩擦產(chǎn)：電子通過通道

56、根部時由于劇烈的摩擦產(chǎn)生的熱電離過程生的熱電離過程 先導加強了前方電場，引起新的流注，使其進先導加強了前方電場，引起新的流注，使其進一步伸展并逐級推進一步伸展并逐級推進 主放電主放電 當先導貫穿兩極，導致沿先導通道向反方向擴當先導貫穿兩極，導致沿先導通道向反方向擴展到棒極的主放電和最終擊穿展到棒極的主放電和最終擊穿4.3.3 4.3.3 長間隙放電長間隙放電極不均勻電場：極不均勻電場：氣隙較小時氣隙較小時長間隙長間隙(1m以上以上)5 沖擊電壓下氣隙的擊穿特性5.1 雷電沖擊電壓下的擊穿5.2 操作沖擊電壓下的擊穿電力系統(tǒng)中雷電沖擊的產(chǎn)生5.1.1雷電沖擊電壓的標準波形雷電沖擊電壓波的標準波形

57、關(guān)鍵參數(shù)如何定義？為什么？標準雷電截波 電壓發(fā)生器（電壓發(fā)生器（2400kV2400kV） 人工模擬雷電沖擊下空氣間人工模擬雷電沖擊下空氣間隙的擊穿隙的擊穿從放電的發(fā)展過程看，完成氣隙擊穿的必備條件：從放電的發(fā)展過程看，完成氣隙擊穿的必備條件： 足夠大的電場強度或足夠高的足夠大的電場強度或足夠高的電壓，使得電壓，使得氣隙中存在能氣隙中存在能引起引起電子崩電子崩并導致并導致流注流注和主放電的和主放電的有效電子有效電子 需要有一定的需要有一定的時間時間，讓放電得以逐步發(fā)展并完成擊穿。，讓放電得以逐步發(fā)展并完成擊穿。5.1.2 沖擊放電時延沖擊放電時延沖擊放電過程的特點沖擊放電過程的特點在沖擊電壓作

58、用下氣隙的放電電壓在沖擊電壓作用下氣隙的放電電壓Uf必須要考慮電壓的必須要考慮電壓的作用時間，作用時間，Uf的大小是間隙距離和電壓作用時間的函數(shù)：的大小是間隙距離和電壓作用時間的函數(shù)：( , )fUf d t也就是說，研究氣隙的沖擊特性時，不僅要指出作用也就是說，研究氣隙的沖擊特性時，不僅要指出作用電壓的大小，同時，還要指出作用電壓的電壓的大小，同時，還要指出作用電壓的波形波形。放電時間的組成：放電時間的組成：總放電時間總放電時間后面兩個分量之和后面兩個分量之和稱為稱為放電時延放電時延放電時間放電時間氣隙在持續(xù)電壓下的擊穿電壓為氣隙在持續(xù)電壓下的擊穿電壓為Us， t1為所加電壓從為所加電壓從0

59、上升到上升到靜態(tài)擊穿電壓靜態(tài)擊穿電壓Us的時間；的時間；t1-靜態(tài)電壓（或持續(xù)電壓）作用下的擊穿時間靜態(tài)電壓（或持續(xù)電壓）作用下的擊穿時間（把間隙在工頻或直流電壓作用下的擊穿電壓稱為（把間隙在工頻或直流電壓作用下的擊穿電壓稱為靜態(tài)擊穿電壓靜態(tài)擊穿電壓）ts -從從t1開始到氣隙中出開始到氣隙中出現(xiàn)第一個有效電子所需現(xiàn)第一個有效電子所需的時間稱為的時間稱為有效電子：有效電子：能在間隙中引起碰撞電離、發(fā)展能在間隙中引起碰撞電離、發(fā)展電子崩并導致間隙擊穿的電子崩并導致間隙擊穿的電子電子。它的出現(xiàn)和許多因素有關(guān)，如外它的出現(xiàn)和許多因素有關(guān)，如外電離因素的強度、氣體的性質(zhì)、電離因素的強度、氣體的性質(zhì)、作

60、用電壓的大小、電場的均勻程作用電壓的大小、電場的均勻程度等。它的出現(xiàn)是隨即的，具有度等。它的出現(xiàn)是隨即的，具有統(tǒng)計性統(tǒng)計性。因此因此ts稱為稱為。tf放電形成時延放電形成時延是指出現(xiàn)有效電子后，引是指出現(xiàn)有效電子后，引起碰撞電離，形成電子崩，起碰撞電離，形成電子崩，發(fā)展到流注和主放電，最發(fā)展到流注和主放電，最后完成氣隙的擊穿。這個后完成氣隙的擊穿。這個過程需要的時間。過程需要的時間。當當電場較均勻電場較均勻時（如時（如1cm以下短氣隙），以下短氣隙），tfts，放電，放電時延主要取決于時延主要取決于ts。為減小。為減小ts：v可提高外施電場使氣隙中出現(xiàn)有效電子的概率增可提高外施電場使氣隙中出現(xiàn)