氣體放電的物理過(guò)程

1、第二章氣體放電的物理過(guò)程 本章節(jié)教學(xué)內(nèi)容要求：氣體分子的激發(fā)與游離，帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生與消失湯森德氣體放電理論：電子崩的形成，自持放電的條件，帕邢定律。流注理論：長(zhǎng)間隙擊穿的放電機(jī)理，極性效應(yīng)，先導(dǎo)放電，雷云放電及電暈。必要說(shuō)明：1）常用高壓工程術(shù)語(yǔ) 擊穿：在電場(chǎng)的作用下，由電介質(zhì)組成的絕緣間隙喪失絕緣性能，形成導(dǎo)電通道。 閃絡(luò)：沿固體介質(zhì)表面的氣體放電（亦稱沿面放電） 電暈：由于電場(chǎng)不均勻，在電極附近發(fā)生的局部放電。 擊穿電壓（放電電壓）b（）：使絕緣擊穿的最低臨界電壓。 擊穿場(chǎng)強(qiáng)（抗電強(qiáng)度，絕緣強(qiáng)度）b（）：發(fā)生擊穿時(shí)在絕緣中的最小平均電場(chǎng)強(qiáng)度。 （：極間距離） 一般在常壓大氣中，當(dāng)較小為且電

2、場(chǎng)為均勻分布時(shí)； ，當(dāng)較大接近時(shí)。放電：（狹義與廣義）氣體絕緣的擊穿過(guò)程。輝光放電：當(dāng)氣體壓力低，電源容量小時(shí)，放電表現(xiàn)為充滿整個(gè)氣體間隙兩電極之間的空間輝光，這種放電形式稱為輝光放電?；鸹ǚ烹姡涸诖髿鈮毫蚋叩膲毫ο?，電源容量不大時(shí)變現(xiàn)出來(lái)的放電。主要表現(xiàn)為：從一電極向?qū)γ骐姌O伸展的火花而不是充滿整個(gè)空間?；鸹ǚ烹姵３?huì)瞬時(shí)熄滅，接著有突然出現(xiàn)。電暈放電：在不均勻電場(chǎng)中，曲率半徑很小的電極附近會(huì)出現(xiàn)紫蘭色的放電暈光，并發(fā)出“茲茲”的可聞噪聲，此種現(xiàn)象稱為電暈放電。如不提高電壓，則這種放電就局限在很小的范圍里，間隙中的大部分氣體尚未失去絕緣性能。電暈放電的電流很小電弧放電：在大氣壓力下，當(dāng)電

3、源容量足夠大時(shí)，氣體發(fā)生火花放電之后，便立即發(fā)展到對(duì)面電極，出現(xiàn)非常明亮的連續(xù)電弧，此稱為電弧放放電。電弧放電時(shí)間長(zhǎng)，甚至外加電壓降到比起始電壓低時(shí)電弧依然還能維持。電弧放電電流大，電弧溫度高。 電氣設(shè)備常常以一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓作為絕緣的情況，這是可能發(fā)生的是電暈放電，火花放電或者是電弧放電。2）常見(jiàn)電場(chǎng)的結(jié)構(gòu) 均勻場(chǎng)： 板板 稍不均勻場(chǎng)： 球球極不均勻場(chǎng)：（分對(duì)稱與不對(duì)稱） 棒棒 對(duì)稱場(chǎng) 棒板 不對(duì)稱場(chǎng) 線線 對(duì)稱場(chǎng) §氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生和消失一帶電粒子的產(chǎn)生（電離過(guò)程） 氣體中出現(xiàn)帶電粒子，才可在電場(chǎng)作用下發(fā)展成各種氣體放電現(xiàn)象，其來(lái)源有兩個(gè)：一是氣體分子本身發(fā)生電離，二氣體中的固

4、體或液體金屬發(fā)生表面電離。激勵(lì)能：一個(gè)原子的外層電子躍遷到較遠(yuǎn)的軌道上去的現(xiàn)象稱為激勵(lì)，其值為兩個(gè)能級(jí)之間的差值。電離能：當(dāng)外界加入的能量很大，使電子具有的能量超過(guò)最遠(yuǎn)軌道的能量時(shí)，電子就會(huì)變成自由電子，使得一個(gè)中性原子變成一個(gè)自由電子和一個(gè)帶正電的離子，這個(gè)過(guò)程稱為電離，達(dá)到電離所需要的最小能量稱為電離能。 碰撞電離 定義：氣體介質(zhì)中粒子相撞，撞擊粒子傳給被撞粒子能量，使其電離 。在放電形成時(shí)期主要取決于電子與氣體分子的撞擊.條件：撞擊粒子的總能量被撞粒子的電離能 能量包括動(dòng)能與位能 無(wú)電場(chǎng)時(shí)，動(dòng)能小 有電場(chǎng)作用時(shí)，帶電粒子在電場(chǎng)方向加速，但離子體積大，易碰撞損失動(dòng)能，所以電場(chǎng)中造成碰撞電離

5、的主要因素是電子。 一定的相互作用的時(shí)間和條件 通過(guò)復(fù)雜的電磁力的相互作用達(dá)到兩粒子間能量轉(zhuǎn)換 主要影響因素有：電場(chǎng)強(qiáng)度（外加電壓及間隙距離），空氣密度，氣體分子性質(zhì)等 光電離 定義：在光照射下，將光子能量傳給粒子，游離出自由電子。由光電離而產(chǎn)生的自由電子亦稱為光電子 。光電離在氣體放電中很重要 。必要條件：光子的能量大于氣體粒子的電離能 光子來(lái)源：紫外線、倫琴射線、射線、宇宙射線 氣體本身反激勵(lì)，異號(hào)粒子復(fù)合也產(chǎn)生光子 熱電離 定義：氣體的熱狀態(tài)造成的電離，實(shí)質(zhì)仍是碰撞電離和光電離（熱輻射產(chǎn)生的光子能量大且數(shù)目多），能量來(lái)自氣體分子的熱能。 1000K數(shù)量級(jí)分子動(dòng)能碰撞電離 熱輻射光子的能量

6、、數(shù)量光電離 熱電離是熱狀態(tài)下碰撞電離和光電離的綜合 高溫時(shí)，氣體分子分解或化合，電離能將改變 表面電離 氣體中的電子也可從金屬電極表面游離出來(lái)。游離需要能量，稱逸出功，一般小于氣體的電離能，表面電離在氣體放電過(guò)程中有重要的作用。獲得逸出功的途徑： 熱電子發(fā)射：金屬電極加熱，分子動(dòng)能 強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射：電極加上強(qiáng)電場(chǎng) 二次電子發(fā)射：高能量粒子撞擊金屬電極表面 （正離子撞擊陰極） 光電子發(fā)射：短波光照射金屬表面 負(fù)離子的形成 中性分子或原子與電子相結(jié)合。將放出能量稱親和能 ，氣體分子的這種俘獲電子的性質(zhì)被稱為電負(fù)性。電負(fù)性大 , 易形成負(fù)離子 負(fù)離子現(xiàn)象對(duì)氣體放電的發(fā)展起抑制作用 二氣體中帶電粒子的消失

7、 中和 受電場(chǎng)力作用流入電極，中和電量 擴(kuò)散 （分子熱運(yùn)動(dòng)）帶電粒子由高濃度區(qū)向低濃度區(qū)移動(dòng)，使空間各處的濃度趨于均勻的過(guò)程 。復(fù)合 帶有異號(hào)電荷的粒子相遇，發(fā)生電荷的傳遞，中和而還原為中性粒子的過(guò)程。 復(fù)合時(shí)有能量釋放：光熱聲等?？臻g光電離 §氣體放電機(jī)理一:概述外加電壓很小時(shí)，氣隙中的電流是由外界因素所造成的電子和離子所形成的。隨電壓，這些質(zhì)點(diǎn)中和后，電流飽和，仍有極微小的泄漏電流。（ 泄漏電流：當(dāng)外加電場(chǎng)強(qiáng)度尚不能在氣隙中，產(chǎn)生碰撞游離時(shí)，氣隙中的電流是由外界電離因素，引起的電子和離子所形成的，其數(shù)量極小，故電流極小。）場(chǎng)強(qiáng)高達(dá)某一定值后，氣體發(fā)生連續(xù)的碰撞電離，象雪崩似的增長(zhǎng)

8、，稱電子崩。電流大增 。 （電子崩：外界電離因子在陰極附近產(chǎn)生一個(gè)初始電子如果空間的電場(chǎng)強(qiáng)度足夠大，該電子在向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)時(shí)就會(huì)引起碰撞電離，產(chǎn)生出一個(gè)新電子，初始電子和新電子繼續(xù)向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)，又會(huì)引起新的碰撞電離，產(chǎn)生更多的電子。 依次類(lèi)推，電子數(shù)以幾何級(jí)數(shù)不斷增多，象雪崩似的發(fā)展，這種急劇增大的空間電流被稱為電子崩。） 3cr （臨界場(chǎng)強(qiáng)：由非自持放電轉(zhuǎn)入自持放電的場(chǎng)強(qiáng)）時(shí)，電子崩有賴外界游離 因素，為非自持放電。cr 時(shí)，電子崩僅由電場(chǎng)的作用 而自行維持和發(fā)展，為自持放電。兩者間區(qū)別：在于是否依賴外界游離因素。此后的發(fā)展隨電場(chǎng)情況不同 分別表現(xiàn)為： 1、均勻電場(chǎng)各處的場(chǎng)強(qiáng)差異不大，任意一處一旦

9、形成自持放電，氣體整個(gè)間隙擊穿 2、不均勻電場(chǎng)：自持放電形成電暈 （1）、若間距較小即（小）：火花放電（2）、若間距較大（大）：刷形放電， 火花放電 （電源功率大時(shí)，火花擊穿迅速變成電?。?二、湯森德氣體放電理論（均勻電場(chǎng)）一、下面結(jié)合均勻電場(chǎng)氣隙的擊穿過(guò)程的說(shuō)明介紹兩種氣體放電理論 要點(diǎn)：氣隙的擊穿就是各種形式的游離持續(xù)發(fā)展的過(guò)程，條件不同（影響最大的是·值。：氣體的相對(duì)密度，：極間距離），各種游離所起作用的強(qiáng)弱不同，氣隙擊穿的機(jī)理也就有不同。 （）當(dāng)·值較小時(shí)，電子的撞擊游離和正離子撞擊陰極造成的表面游離起主要作用，氣隙擊穿電壓大體是·值的函數(shù)湯森德機(jī)理，&#

10、183;. （）當(dāng)·值較大時(shí)，實(shí)驗(yàn)表明，數(shù)據(jù)、現(xiàn)象與湯森德機(jī)理有矛盾，提出流注機(jī)理 二·值較小時(shí)氣隙的擊穿過(guò)程（湯森德機(jī)理） 【需畫(huà)圖說(shuō)明，參見(jiàn)備課筆記】 湯森德氣體放電機(jī)理適用范圍：低氣壓、短間隙（· .cm）；和湯森德氣體放電機(jī)理其相關(guān)的3個(gè)參數(shù)：電子游離系數(shù)（電子，氣體分子，1cm,自由電子數(shù)）、正離子游離系數(shù)（正離子，氣體分子，1cm,自由電子數(shù)）、表面游離系數(shù)（正離子，陰極表面，自由電子數(shù)），上述個(gè)各個(gè)數(shù)值均為平均值。 放電過(guò)程描述：電子的撞擊游離發(fā)展形成電子崩即帶電質(zhì)點(diǎn)的大量產(chǎn)生；參數(shù)（氣體性質(zhì)、大氣壓力、電場(chǎng)強(qiáng)度、均勻電場(chǎng)下為常數(shù)）作用小可以忽略。初

11、始激發(fā)電子數(shù)為；到達(dá)陽(yáng)極的電子數(shù)為若，則產(chǎn)生的電子數(shù)和正離子數(shù)也為0即只有碰撞游離因素，是不能維持放電發(fā)展的。這種需要依靠外界游離因素支撐的放電稱為非自持放電。若，則產(chǎn)生的電子數(shù)和正離子數(shù)均為電子崩產(chǎn)生的正離子撞擊到陰極表面時(shí)造成金屬表面游離（至少一個(gè)電子逸出） 當(dāng)電壓繼續(xù)升高到后，電流急劇增加，氣隙轉(zhuǎn)入良好的導(dǎo)電狀態(tài)。由于電壓的增加，游離將更為劇烈同時(shí)產(chǎn)生更多的正離子。從上所述，一個(gè)電子在經(jīng)過(guò)一段距離s后，產(chǎn)生的陽(yáng)離子個(gè)數(shù)為個(gè)，這些正離子到達(dá)陰極以后，又能產(chǎn)生新的電子（作用，）則個(gè)正離子撞擊陰極產(chǎn)生的電子數(shù)為，即表面至少逸出一個(gè)電子，則即使外界的游離因素不復(fù)存在，氣隙中的游離過(guò)程也能夠進(jìn)行下

12、去。這種只需要依靠電場(chǎng)就能夠維持下去的放電稱為自持放電。放電進(jìn)入自持階段，并最終擊穿。由此，均勻電場(chǎng)中由非自持放電轉(zhuǎn)入為自持放電的條件為： 此時(shí)具有清晰的物理含義。由于偶然的一個(gè)因素而產(chǎn)生的一個(gè)電子從陰極出發(fā)在間隙中引起強(qiáng)烈的電離，游離出的全部正離子達(dá)到陰極能由過(guò)程在陰極表面上至少逸出一個(gè)電子，放電轉(zhuǎn)入自持階段。即自持放電的條件（不需要外界游離因素的存在可致氣隙擊穿）由非自持放電轉(zhuǎn)入自持放電的電壓稱為起始放電電壓。對(duì)于均勻電場(chǎng)，則氣隙被擊穿，此后可形成輝光放電或火花放電或電弧放電，起始放電電壓就是氣隙的擊穿電壓。對(duì)于不均勻電場(chǎng)，則在大曲率電極周?chē)妶?chǎng)集中的區(qū)域發(fā)生電暈放電，而擊穿電壓要比起始放

13、電電壓要高好多。以上所描述的均勻電場(chǎng)氣隙的擊穿放電的理論稱為湯森德氣體放電理論。由推倒可得到的關(guān)系（三）帕邢定律 當(dāng)氣體和電極材料一定時(shí)，氣體的擊穿電壓是氣壓和間隙距離S乘積的函數(shù)。在湯森德理論提出以前，就已經(jīng)被帕邢從實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出來(lái)了，故稱為帕邢定律。50201010.3520.1 0.5330圖均勻電場(chǎng)的帕邢曲線帕邢定律：擊穿電壓b（·）（與·的積有函數(shù)關(guān)系） 1889年由實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)出 解釋?zhuān)篴） 設(shè)不變 短，聚能少，有效碰撞幾率小 長(zhǎng)，但氣體分子少，碰撞少 實(shí)用意義：將氣隙抽真空或加大氣隙氣壓，均能提高氣隙的絕緣強(qiáng)度（） b）設(shè)不變,E得一定的，必須 大, 但電子在全

14、程中的碰撞次數(shù)少，必須有上述的介紹可以看出：當(dāng)·出現(xiàn)的乘積為很大和很小時(shí)，都會(huì)體現(xiàn)出很大的值，即曲線會(huì)呈現(xiàn)出U型的分布，也就是兩者之間有。 湯森德放電機(jī)理的局限性 當(dāng)氣隙氣壓升高至大氣壓，過(guò)大時(shí)，湯森德機(jī)理存在不足： 1、放電形式：在大氣壓下放電不再是輝光放電，而是火花通道（具有分支和不連續(xù)） 2、放電時(shí)間：放電時(shí)間短于正離子在通道中到達(dá)陰極的行程時(shí)間（電子崩產(chǎn)生使得均壓電場(chǎng)中氣體整個(gè)間隙擊穿） 3、與電極材料關(guān)系：陰極材料在放電過(guò)程中作用不大，即使沒(méi)有作用，依然能自持放電。不能解釋的原因：1、沒(méi)有考慮到電離出來(lái)的空間電荷會(huì)使電場(chǎng)畸變，從而對(duì)放電過(guò)程產(chǎn)生影響。2、沒(méi)有考慮到光子在放電

15、過(guò)程中的作用。三流注機(jī)理 1939年，雷澤在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上建立起來(lái)了流注理論！流注形成的條件及自持放電及空間光電離！值較大時(shí)氣隙的擊穿過(guò)程 流注機(jī)理認(rèn)為電子的碰撞游離和空間光游離是形成自持放電的主要因素，并強(qiáng)調(diào)空間電荷畸變電場(chǎng)的作用！此理論目前主要只是對(duì)放電過(guò)程作定性的描述，定量計(jì)算尚不成熟。 較均勻電場(chǎng)1、分析過(guò)程（一） 空間電荷對(duì)原有電場(chǎng)的影響 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(chǎng)強(qiáng)在電子崩前方和尾部處都增強(qiáng)了，在這兩個(gè)強(qiáng)場(chǎng)區(qū)中間出現(xiàn)了一個(gè)電場(chǎng)強(qiáng)度很小但電子和正離子濃度卻最大的區(qū)域，使此處產(chǎn)生強(qiáng)烈的復(fù)合并發(fā)射出許多光子，成為引發(fā)新的空間光電離的輻射源。如下圖所示。x(a

16、)(b)EE0dE0（二）空間光電離的作用上面所說(shuō)的輻射源向氣隙空間各處發(fā)射光子而引起光電離。如果光子位于強(qiáng)場(chǎng)區(qū)，二次電子崩將以更大得多的電離強(qiáng)度向陽(yáng)極發(fā)展，或匯入崩尾。二次電子崩：當(dāng)外施電壓達(dá)到氣隙的最低擊穿電壓時(shí)，情況就發(fā)生了質(zhì)的變化。在此情況下電子崩的崩頭和崩尾將走完整個(gè)間隙，由于崩頭和崩尾的電子和正離子此時(shí)非常多，使得崩頭和崩尾的外圍的場(chǎng)強(qiáng)大為增加。同時(shí)，崩中部的合成場(chǎng)強(qiáng)很弱，故在此處會(huì)給電子和中性質(zhì)點(diǎn)結(jié)合形成負(fù)離子以很大的概率，當(dāng)負(fù)離子和正離子相復(fù)合時(shí)便會(huì)產(chǎn)生大量的光子。崩頭強(qiáng)烈的電離過(guò)程必然會(huì)伴隨著強(qiáng)烈的激勵(lì)和反激勵(lì)，強(qiáng)烈的反激勵(lì)會(huì)放出大量的光子。前面兩個(gè)過(guò)程中所產(chǎn)生的光子向空間周

17、圍發(fā)射，相比而言發(fā)射到陽(yáng)極的光子起不到什么作用直接進(jìn)入到陽(yáng)極。發(fā)射到崩尾的光子，造成了空間光電離，電離出的電子在崩尾局部強(qiáng)化了的電場(chǎng)中形成許多衍生的電子崩。正流注：衍生電子崩的崩頭部的電子匯合到主崩尾部正空間電荷區(qū)，使主崩本體區(qū)域成為正負(fù)質(zhì)點(diǎn)的混合通道，該處的場(chǎng)強(qiáng)較弱，此處不存在強(qiáng)烈的電離，這里的電子大多成為了負(fù)離子。主崩尾部外緣為衍生崩的崩尾正空間電荷區(qū)，這些正空間電荷大大加強(qiáng)了崩尾外圍的電場(chǎng)，使在此區(qū)域內(nèi)不斷造成新的衍生電子崩，并不斷的匯合到主崩的尾部來(lái)。就一個(gè)衍生電子崩的方向來(lái)看，其發(fā)展方向是向著陰極發(fā)展的，這一過(guò)程稱為正流注，意思是從正極出發(fā)的。當(dāng)流注通道發(fā)展到接近陰極時(shí)，通道端部與陰

18、極間的場(chǎng)強(qiáng)急劇增加。在此區(qū)域內(nèi)發(fā)生及其強(qiáng)烈的電離，電離出的大量電子沿流注通道流向陽(yáng)極，并從電場(chǎng)中獲得加速和動(dòng)能，在碰撞后又傳給通道中的氣體分子，使通道中的溫度上升達(dá)幾千度，通道內(nèi)部發(fā)生熱游離，整個(gè)通道就轉(zhuǎn)化為火花通道，氣隙的擊穿也就完成了。上述的描述是在外施電壓不是很高的情況下，電子崩需要經(jīng)過(guò)整個(gè)間隙，才能在其頭部聚集足夠的電子，達(dá)到火花擊穿時(shí)的這個(gè)電壓，就是間隙的最低擊穿電壓。當(dāng)外部電壓很高時(shí)，則主崩不需要經(jīng)過(guò)整個(gè)間隙，其頭部即已積累到足夠多的空間電荷以發(fā)展流注了，除了正流注，還有負(fù)流注。負(fù)流注：當(dāng)外加電壓足夠強(qiáng)時(shí)，主崩不需經(jīng)過(guò)整個(gè)間隙距離就可發(fā)展流注。主崩頭部局部電場(chǎng)最強(qiáng)，極易發(fā)展衍生電子

19、崩，其后，主崩頭部的電子和衍生崩尾的正離子形成混合通道。這些新的衍生崩與主崩匯合成迅速向陽(yáng)極推進(jìn)的流注，稱為負(fù)流注。起源也是光電子。正負(fù)流注同時(shí)發(fā)展，還可出現(xiàn)分支。、流注：這些電離強(qiáng)度和發(fā)展速度遠(yuǎn)大于初始電子崩的新放電區(qū)（二次電子崩）不斷匯入初崩通道，這一過(guò)程稱為流注。流注理論認(rèn)為：在初始階段，氣體放電以碰撞電離和電子崩的形式出現(xiàn)，但當(dāng)電子崩發(fā)展到一定程度后，某一初始電子崩的頭部積聚到足夠數(shù)量的空間電荷，就會(huì)引起新的強(qiáng)烈電離和二次電子崩，這種強(qiáng)烈的電離和二次電子崩是由于空間電荷使局部電場(chǎng)大大增強(qiáng)以及發(fā)生空間光電離的結(jié)果，這是放電即轉(zhuǎn)入新的流注階段。 圖 流柱的形成(a)(b)(c)流注放電過(guò)程

20、的三個(gè)階段 電子崩階段 當(dāng)外加電壓不是很高時(shí)， 電子在奔向陽(yáng)極的途中，不斷地發(fā)生撞擊游離，形成電子崩，崩內(nèi)的電子數(shù)和正離子數(shù)隨電子崩發(fā)展的距離按指數(shù)規(guī)律急劇增長(zhǎng)。電子在崩頭并擴(kuò)散成球形，正離子滯后在崩尾。空間電荷將使電源電場(chǎng)畸變。 當(dāng)電場(chǎng)畸變嚴(yán)重時(shí)（電子崩快走完間隙時(shí)，崩頭電子和崩尾正離子總數(shù)很高），崩頭的強(qiáng)烈游離伴隨反激勵(lì)，放出光子，同時(shí)，中部弱電場(chǎng)中的復(fù)合也放出大量的光子，在崩尾強(qiáng)化了的電場(chǎng)中形成許多衍生電子崩。 流注階段 衍生電子崩和主崩匯合后，形成正負(fù)電荷的混合通道，稱為流注通道，這種現(xiàn)象稱為流注。其中的電子大多形成負(fù)離子，周?chē)訌?qiáng)的電場(chǎng)中不斷產(chǎn)生新衍生崩并匯入主崩尾部。就一個(gè)衍生電子

21、崩的方向來(lái)看是向著陽(yáng)極推進(jìn)的，但從整個(gè)間隙的放電發(fā)展來(lái)看，衍生電子崩卻是一個(gè)一個(gè)的向著陰極擴(kuò)展的，稱為正流注（從正極出發(fā)的）。 主放電階段 當(dāng)流注通道發(fā)展到接近陰極時(shí)，通道端部與陰極間的場(chǎng)強(qiáng)急劇升高，在這區(qū)域內(nèi)發(fā)生極強(qiáng)烈的游離，大量電子沿流注通道流向陽(yáng)極，在通道內(nèi)發(fā)生熱游離（幾千度），放電就由流注過(guò)渡到火花或電弧的形式（電源功率大小決定），間隙擊穿。 可見(jiàn)：流注過(guò)程是由于空間電荷的存在積累到一定數(shù)量，引起電場(chǎng)畸變，由光電子衍生出新的電子崩，流注發(fā)展，產(chǎn)生伴有強(qiáng)烈熱游離的主放電，最后導(dǎo)致間隙擊穿。 均勻電場(chǎng)中，一旦形成流注，放電就能自持發(fā)展，直到整個(gè)間隙擊穿。所以，在均勻電場(chǎng)中形成流注的條件，就

22、是間隙的擊穿條件。 3、不均勻電場(chǎng)（流注理論進(jìn)行解釋?zhuān)?、適用范圍： 當(dāng)時(shí)用湯森德理論，時(shí)用流注理論大氣壓、短間隙、不均勻、均勻電場(chǎng)中的放電過(guò)程 §3 電暈放電 電暈放電簡(jiǎn)介 1 電暈的形成及特點(diǎn) 在極不均勻電場(chǎng)中，最大場(chǎng)強(qiáng)與平均場(chǎng)強(qiáng)相差很大，當(dāng)外加電壓和平均場(chǎng)強(qiáng)還較低時(shí)，在電極尖端附近的局部場(chǎng)強(qiáng)已很大，足以產(chǎn)生強(qiáng)烈的游離。但由于電極較遠(yuǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)仍很小，所以次游離不能擴(kuò)展。伴隨著游離過(guò)程，存在著正負(fù)離子的復(fù)合和反激勵(lì)，發(fā)出大量的光輻射和“絲絲”的聲音以及蘭色的暈光，這就是電暈。 特點(diǎn)：自持放電;電流小(微安級(jí)）2電暈的危害 有聲、光的產(chǎn)生和能量損耗；產(chǎn)生的高頻脈沖電流含有許多高次諧波

23、，造成無(wú)線電干擾；使空氣局部游離，產(chǎn)生的臭氧和氧化氮等會(huì)腐蝕金屬器具；電風(fēng)的產(chǎn)生及影響等。 有利的一面：可削弱輸電線上雷電沖擊電壓波的幅值和陡度，除塵，負(fù)氧離子發(fā)生器 3輸電線路的電暈與防治措施根本的途徑是設(shè)法限制和降低導(dǎo)線的表面電場(chǎng)強(qiáng)度（改進(jìn)電極的形狀，增大電極曲率半徑均壓環(huán)、屏蔽環(huán)）。可采用擴(kuò)徑導(dǎo)線和空心導(dǎo)線，更加合適的措施是采用分裂導(dǎo)線（同時(shí)分裂導(dǎo)線還可以降低線路電抗，我國(guó)330千伏線路采用雙分裂導(dǎo)線，架設(shè)的500千伏線路將采用4分裂導(dǎo)線）。§3不均勻電場(chǎng)氣隙的擊穿 電力工程中大多是不均勻電場(chǎng)，其氣隙的擊穿有顯著的極性效應(yīng)和較長(zhǎng)的放電時(shí)延，因而與所加電壓波形有顯著關(guān)系。 不均勻

24、電場(chǎng)中大多數(shù)為不對(duì)稱：棒板，線板 少數(shù)為對(duì)稱分布：棒棒，線線 分析方法應(yīng)采用流注機(jī)理極性效應(yīng)：當(dāng)電極的正負(fù)電性不同時(shí)，氣體擊穿電壓值也不相同，這種現(xiàn)象叫極性效應(yīng)。高壓直流輸電過(guò)程中的諸多問(wèn)題（直流輸電線路上的電暈，直流電場(chǎng)效應(yīng)、直流架空線路絕緣等）都離不開(kāi)極性效應(yīng)的基礎(chǔ)理論。一短間隙的擊穿 如尖板不均勻電場(chǎng)中 氣隙的擊穿有很強(qiáng)的極性效應(yīng) 形成過(guò)程1、電子崩，2、流注階段，3、主放電階段1 正棒負(fù)板： 電子崩是從場(chǎng)強(qiáng)小的區(qū)域向場(chǎng)強(qiáng)大的區(qū)域發(fā)展，此時(shí)對(duì)電子崩發(fā)展是很有利的。電子崩的電子立即進(jìn)入正棒極，使前方電場(chǎng)被留下的正離子加強(qiáng)，造成發(fā)展正流注的有利條件。流注形成后，頭部仍為正電荷，使流注進(jìn)一步向

25、陰極發(fā)展。正流注的發(fā)展是連續(xù)的，速度很快 ，與負(fù)棒極相比，擊穿同一間隙所需要的電壓要小。E0(c)Ecom=E0+EqE0EEqx(a)(b)Ecom=E0+Eq+ Eq-(c) E0EEq+x(a)(b)Eq- E02 負(fù)棒正板： 初崩是從負(fù)極棒向正極板發(fā)展的，因此電子崩先經(jīng)過(guò)強(qiáng)場(chǎng)區(qū)，場(chǎng)強(qiáng)愈來(lái)愈弱。初崩留下的正空間電荷雖然增強(qiáng)了負(fù)尖極電場(chǎng)，但削弱前方（陽(yáng)極方向）空間電場(chǎng)，使流注的向前發(fā)展受到了抑制。必須升高電壓，使初崩通道發(fā)展成流注通道，才能產(chǎn)生二次電子崩。負(fù)流注的發(fā)展是階段式的，平均速度比正尖極流注小，同時(shí)同一氣隙所需要的電壓也比正流注高很多。主放電階段： 當(dāng)正負(fù)流注發(fā)展到對(duì)面電極時(shí)，間隙

26、被充滿正負(fù)離子混合質(zhì)的、具有較大電導(dǎo)的通道所貫穿。在電源電壓作用下，間隙內(nèi)發(fā)生更強(qiáng)烈的游離，通道的電導(dǎo)和溫度急劇增大，通道失去絕緣，氣隙擊穿。 二長(zhǎng)間隙的擊穿 長(zhǎng)間隙擊穿的三個(gè)階段：電暈放電，先導(dǎo)放電，主放電電暈放電：當(dāng)外加電壓升高，棒電極附近的場(chǎng)強(qiáng)足夠大時(shí)，棒極附近出現(xiàn)局部自持放電現(xiàn)象，稱為電暈，此時(shí)的間隙電壓稱為電暈起始電壓（起暈電壓）。不均勻電場(chǎng)中，電暈 。先導(dǎo)放電：先導(dǎo)通道：繼流注之后發(fā)展起來(lái)的二次過(guò)程，通道中伴有熱游離。在通道前方由于熱游離而形成炙熱的等離子體通道，其電導(dǎo)極大，但軸向場(chǎng)強(qiáng)很小，可看作棒極向板極的延伸。 先導(dǎo)通道的形成及不斷伸長(zhǎng)、發(fā)展即為先導(dǎo)放電。先導(dǎo)過(guò)程有很強(qiáng)的極性效

27、應(yīng) ，不同極性的先導(dǎo)過(guò)程有著不同的特性，必須分別討論。1、 正先導(dǎo)過(guò)程（正棒-負(fù)板）當(dāng)間隙距離較大時(shí)，欲使得間隙被擊穿，必須將電壓升的很高，由于電場(chǎng)是極不均勻的，故正棒附近的場(chǎng)強(qiáng)將達(dá)到很大的數(shù)值，使得棒前方廣闊的范圍里都同時(shí)出現(xiàn)強(qiáng)烈的電離，發(fā)展成為電子崩和流注。電離出來(lái)的自由電子循著各流注通道最終都匯聚到棒極上來(lái)，越靠近棒極，流注的密度越大，電流密度也越大，在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下，攜帶了大量的能量，使得該處氣體的溫度升到104K的數(shù)量級(jí)，造成熱電離，在棒極前方形成了熾熱的等離子通道，稱為先導(dǎo)通道。由于熱電離，通道具有相當(dāng)高的電導(dǎo)和很小的軸向場(chǎng)強(qiáng)，近似把棒極電位帶到通道的前端，好像把棒極延伸到通道的前

28、端一樣，這就使得通道前端的場(chǎng)強(qiáng)大增，在此區(qū)域內(nèi)引起新的強(qiáng)流注。這樣循環(huán)往復(fù)使得通道前端的場(chǎng)強(qiáng)始終保持著很強(qiáng)的場(chǎng)強(qiáng)，使得這樣過(guò)程繼續(xù)向前發(fā)展，直到對(duì)面的電極。先導(dǎo)過(guò)程實(shí)質(zhì)上是繼流注以后發(fā)展起來(lái)的二次過(guò)程。長(zhǎng)間隙火花放電與短間隙火花放電的本質(zhì)區(qū)別在于：長(zhǎng)間隙熾熱的導(dǎo)電通道是在放電發(fā)展過(guò)程中建立的，而不是在整個(gè)間隙被流注通道貫穿后建立的，所以長(zhǎng)間隙擊穿的平均場(chǎng)強(qiáng)小于短間隙擊穿的平均場(chǎng)強(qiáng)。2、 負(fù)先導(dǎo)過(guò)程（負(fù)棒-正板）負(fù)先導(dǎo)過(guò)程比正先導(dǎo)過(guò)程建立要復(fù)雜，對(duì)負(fù)先導(dǎo)的研究也不如正先導(dǎo)清楚，故只能描述一下大致的過(guò)程。當(dāng)很高的電壓加到間隙上，在負(fù)棒前方的寬廣區(qū)域中，立即發(fā)展大量散射的負(fù)流注。負(fù)流注中的電子遠(yuǎn)離棒極，直到離棒極較遠(yuǎn)處（該處的場(chǎng)強(qiáng)已減弱到不足以使電子產(chǎn)生碰撞電離的程度，在該處電離已經(jīng)停止），電子便會(huì)逐漸被氣體分子所俘獲，形成大量的負(fù)離子。原來(lái)的流注區(qū)中則留下大量的正空間電荷。這些正空間電荷大大的加強(qiáng)了棒極附近的原來(lái)就已經(jīng)很強(qiáng)的電場(chǎng)，使得該區(qū)域中產(chǎn)生非常強(qiáng)烈的電離。高場(chǎng)強(qiáng)和大電流密度使得棒極附近氣體加熱到很高的溫度，產(chǎn)生熱電離，形成具有高電導(dǎo)和低軸向場(chǎng)強(qiáng)的負(fù)先導(dǎo)通道。所以就近似把棒極電位傳到通道的前端。但前方空間中大量的負(fù)空間電荷，使得通道前端的合成場(chǎng)強(qiáng)大為減弱，通道發(fā)展因而停頓下來(lái)。待通道前端的負(fù)空間電荷被電場(chǎng)力驅(qū)散，先導(dǎo)通道的前方場(chǎng)強(qiáng)再次增強(qiáng)，進(jìn)