修改版氣體擊穿理論ppt課件

1、高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)第二章第二章氣體放電的物理過程氣體放電的物理過程HV & EMC Laboratory North China Electric Power University概述概述1 1：電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備中常用氣體作為絕緣介質(zhì)：電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備中常用氣體作為絕緣介質(zhì)2 2：氣體絕緣要解決的問題主要是如何選擇合適的：氣體絕緣要解決的問題主要是如何選擇合適的絕緣距離以及如何提高氣體間隙的擊穿電壓絕緣距離以及如何提高氣體間隙的擊穿電壓3 3：氣體擊穿電壓與電場分布、電壓種類、氣體狀：氣體擊穿電壓與電場分布、電壓種類、氣體狀態(tài)有關(guān)態(tài)有關(guān)4 4：理論至今很不完善，工程設(shè)計問題常借助

2、于各：理論至今很不完善，工程設(shè)計問題常借助于各種實驗規(guī)律分析解決或直接由試驗決定種實驗規(guī)律分析解決或直接由試驗決定HV & EMC Laboratory North China Electric Power University常見的電場結(jié)構(gòu)常見的電場結(jié)構(gòu)HV & EMC Laboratory North China Electric Power University氣體中的電流：在電場作用下，氣隙中帶電粒子氣體中的電流：在電場作用下，氣隙中帶電粒子的形成和運動過程形成電流。的形成和運動過程形成電流。1、氣隙中帶電粒子是如何形成的？、氣隙中帶電粒子是如何形成的？2、氣隙中的導(dǎo)電

3、通道是如何形成的？、氣隙中的導(dǎo)電通道是如何形成的？3、氣隙中導(dǎo)電通道形成后是如何維持持續(xù)放電的？、氣隙中導(dǎo)電通道形成后是如何維持持續(xù)放電的？HV & EMC Laboratory North China Electric Power University名詞解釋名詞解釋1：電子平均自由行程：電子平均自由行程 HV & EMC Laboratory North China Electric Power University名詞解釋名詞解釋2：鼓勵：鼓勵 HV & EMC Laboratory North China Electric Power University名詞解

4、釋名詞解釋3：電離游離）：電離游離）HV & EMC Laboratory North China Electric Power University第一節(jié)：氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生和消失第一節(jié)：氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生和消失產(chǎn)生：產(chǎn)生：1 1撞擊游離撞擊游離 2 2光游離光游離 3 3熱游離熱游離 4 4金屬表面游離：加熱、強電場、撞擊、光照金屬表面游離：加熱、強電場、撞擊、光照 5 5氣體分子俘獲自由電子形成負(fù)離子氣體分子俘獲自由電子形成負(fù)離子消逝：消逝：1 1流入電極流入電極 2 2分散分散 3 3復(fù)合復(fù)合HV & EMC Laboratory North China Elect

5、ric Power UniversityHV & EMC Laboratory North China Electric Power University2 2：光游離：光游離HV & EMC Laboratory North China Electric Power University3 3：熱游離：熱游離HV & EMC Laboratory North China Electric Power University4 4：表面游離：表面游離HV & EMC Laboratory North China Electric Power University5

6、 5：帶電質(zhì)點的復(fù)合：帶電質(zhì)點的復(fù)合HV & EMC Laboratory North China Electric Power University第二節(jié)：氣體放電過程一般描述第二節(jié)：氣體放電過程一般描述1: 電子崩電子崩HV & EMC Laboratory North China Electric Power University 設(shè)：一個電子從陰極行走設(shè)：一個電子從陰極行走 x x 距離產(chǎn)距離產(chǎn) 生的自由電子數(shù)為生的自由電子數(shù)為 n n n n 個電子前進(jìn)個電子前進(jìn) dx dx 產(chǎn)生的新電子數(shù)為：產(chǎn)生的新電子數(shù)為：dxndndxndn 或或,SdxeeNS 01 Se

7、SNdxn01lnHV & EMC Laboratory North China Electric Power University第二節(jié)：氣體放電過程一般描述第二節(jié)：氣體放電過程一般描述2：氣體放電主要形式：氣體放電主要形式HV & EMC Laboratory North China Electric Power University第二節(jié)：氣體放電過程一般描述第二節(jié)：氣體放電過程一般描述 3：非自持放電和自持放電：非自持放電和自持放電HV & EMC Laboratory North China Electric Power University第二節(jié)：氣體放電過

8、程一般描述第二節(jié)：氣體放電過程一般描述 4：放電的發(fā)展過程：放電的發(fā)展過程HV & EMC Laboratory North China Electric Power University第三節(jié)第三節(jié) 均勻電場氣隙的擊穿均勻電場氣隙的擊穿1：湯遜機理：湯遜機理xdxeeNx0該過程具有該過程具有普遍意義普遍意義)1(SeHV & EMC Laboratory North China Electric Power University自持放電條件：自持放電條件：2.湯遜機理的結(jié)論湯遜機理的結(jié)論1)1(Se擊穿電壓：擊穿電壓：1：電子加速到氣體分子電離：電子加速到氣體分子電離能能U

9、y所需連續(xù)遷移距離：所需連續(xù)遷移距離：EUxyy/2：電子連續(xù)遷移：電子連續(xù)遷移xy而不碰撞的概率：而不碰撞的概率：eyxe/3：電子遷移：電子遷移1cm與氣體分子平均碰撞次數(shù)：與氣體分子平均碰撞次數(shù)：e/14：一電子遷移：一電子遷移1cm平均發(fā)生碰撞電離次數(shù)平均發(fā)生碰撞電離次數(shù)eyEUee/15：氣體相對密度與電子平均自由程成反比：氣體相對密度與電子平均自由程成反比eA/16：間隙電壓：間隙電壓UEdHV & EMC Laboratory North China Electric Power University3. 巴申定律巴申定律 擊擊擊擊大，大，小于小于小，小，一定：一定：US

10、USS 擊擊擊擊小小，大大，小小，碰碰撞撞機機會會少少，一一定定：UUS HV & EMC Laboratory North China Electric Power University4.湯遜機理的適用范圍湯遜機理的適用范圍適用范圍：氣壓較低，適用范圍：氣壓較低，pd200 cm.mmHg pd200 cm.mmHg 或或S0.26cmS0.26cmHV & EMC Laboratory North China Electric Power University超長間隙放電超長間隙放電HV & EMC Laboratory North China Electric

11、Power University5 .流注機理流注機理HV & EMC Laboratory North China Electric Power University5.1電子崩空間電荷對電場的畸變電子崩空間電荷對電場的畸變HV & EMC Laboratory North China Electric Power University5.2正流注的產(chǎn)生正流注的產(chǎn)生HV & EMC Laboratory North China Electric Power University5.3負(fù)流注的產(chǎn)生負(fù)流注的產(chǎn)生HV & EMC Laboratory North C

12、hina Electric Power University5.4流注機理的結(jié)論與巴申定律流注機理的結(jié)論與巴申定律自持放電條件：起始電子崩頭部電荷數(shù)量足以畸自持放電條件：起始電子崩頭部電荷數(shù)量足以畸變電場造成足夠的空間光電離變電場造成足夠的空間光電離1de1lnd擊穿電壓：擊穿電壓：兩者在兩者在pd較大時相一致較大時相一致 是一常數(shù)，工程上是一常數(shù)，工程上201lnHV & EMC Laboratory North China Electric Power University5.5流注理論對流注理論對pd很大時放電現(xiàn)象的解釋很大時放電現(xiàn)象的解釋l放電外形：流注電導(dǎo)很大，其中電場強度很

13、小，放電外形：流注電導(dǎo)很大，其中電場強度很小，對周圍其他流注有對周圍其他流注有“屏蔽作用，因此最終只屏蔽作用，因此最終只有一條通道；衍生崩隨機性使其曲折分支。有一條通道；衍生崩隨機性使其曲折分支。l放電時間：光子以光速傳播，衍生崩跳躍式發(fā)放電時間：光子以光速傳播，衍生崩跳躍式發(fā)展，因此放電發(fā)展時間很短書上有數(shù)值）展，因此放電發(fā)展時間很短書上有數(shù)值）l陰極材料的影響：維持放電的是光電離而不是陰極材料的影響：維持放電的是光電離而不是表面電離，因而與陰極材料無關(guān)。表面電離，因而與陰極材料無關(guān)。HV & EMC Laboratory North China Electric Power Uni

14、versityHV & EMC Laboratory North China Electric Power Universityl1 1：顯著的極性效應(yīng)：施加電壓的極性對放電：顯著的極性效應(yīng)：施加電壓的極性對放電過程和擊穿電壓影響很大。過程和擊穿電壓影響很大。l2 2：較長的放電時延：需要足夠的發(fā)展時間：較長的放電時延：需要足夠的發(fā)展時間電壓要持續(xù)一定時間才可擊穿）電壓要持續(xù)一定時間才可擊穿）l3 3：短間隙、長間隙、超長間隙各不相同：短間隙、長間隙、超長間隙各不相同l4 4：可能出現(xiàn)各種放電形式：電暈、刷狀放電：可能出現(xiàn)各種放電形式：電暈、刷狀放電l5 5：只能用流注機理來解釋：只能

15、用流注機理來解釋HV & EMC Laboratory North China Electric Power University間隙擊穿刷狀放電電暈HV & EMC Laboratory North China Electric Power University正正棒：棒：難難以以形形成成流流注注負(fù)負(fù)棒：棒：容容易易形形成成流流注注HV & EMC Laboratory North China Electric Power University正正棒：棒：流流注注順順利利持持續(xù)續(xù)發(fā)發(fā)展展負(fù)負(fù)棒：棒：流流注注逐逐步步頓頓挫挫發(fā)發(fā)展展HV & EMC Labora

16、tory North China Electric Power University3 長間隙中的先導(dǎo)放電長間隙中的先導(dǎo)放電l在長間隙放電中，流注匯在長間隙放電中，流注匯集，形成通道狀且不斷發(fā)集，形成通道狀且不斷發(fā)展，稱為先導(dǎo)放電展，稱為先導(dǎo)放電l先導(dǎo)通道中由于電流較大，先導(dǎo)通道中由于電流較大，溫度很高，出現(xiàn)熱電離，溫度很高，出現(xiàn)熱電離，因而電導(dǎo)更大，可以將電因而電導(dǎo)更大，可以將電極的電位傳到先導(dǎo)通道的極的電位傳到先導(dǎo)通道的端部。端部。l先導(dǎo)發(fā)展的速度和回路中先導(dǎo)發(fā)展的速度和回路中電阻有很大關(guān)系，發(fā)展越電阻有很大關(guān)系，發(fā)展越來越快來越快HV & EMC Laboratory North

17、 China Electric Power UniversityHV & EMC Laboratory North China Electric Power UniversityHV & EMC Laboratory North China Electric Power University6.極不均勻電場中的主放電極不均勻電場中的主放電HV & EMC Laboratory North China Electric Power University6.極不均勻電場中的電暈放電極不均勻電場中的電暈放電l電暈放電現(xiàn)象：尖極周圍有發(fā)光層，可聽到咝咝聲，電暈放電現(xiàn)象：尖極周圍有發(fā)光層，可聽到咝咝聲，聞到臭氧氣味。聞到臭氧氣味。l空間電荷的作用：外層的空間電荷與尖極極性相同，空間電荷的作用：外層的空間電荷與尖極極性相同，使得電暈層中的場強基本不變，使放電趨于穩(wěn)定。使得電暈層中的場強基本不變，使放電趨于穩(wěn)定。l兩種形式：電子崩形式電極很尖和流注形式兩種形式：電子崩形式電極很尖和流注形式l脈沖現(xiàn)象：外層空間電荷阻止放電發(fā)展，形成有規(guī)律脈沖現(xiàn)象：外層空間電荷阻止放電發(fā)展，形成有規(guī)律的脈沖；進(jìn)入刷狀放電后，形成隨機脈沖。的脈沖；進(jìn)入