第二章氣體放電的物理過程培訓(xùn)講學(xué)

1、第二章氣體放電的物理過程精品文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系管理員刪除第二章 氣體放電的物理過程本章節(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。 必要說明：1）常用高壓工程術(shù)語擊穿：在電場的作用下，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：由于電場不均勻，在電極附近發(fā)生的局部放電。擊穿電壓（放電電壓）U b （kV）:使絕緣擊穿的最低臨界電壓。擊穿場強(qiáng)（抗電強(qiáng)度，絕緣強(qiáng)度）E b （kV/cm）

2、:發(fā)生擊穿時(shí)在絕緣 中的最小平均電場強(qiáng)度。E b =Ub/S（S :極間距離）一般在常壓大氣中，Eb = 30kV/cm，當(dāng)S較小為cm且電場為均勻 分布時(shí)；Eb = 5 0 0kV/m，當(dāng)S較大接近m時(shí)。放電：（狹義與廣義）氣體絕緣的擊穿過程。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。火花放電：在大氣壓力或更高的壓力下，電源容量不大時(shí)變現(xiàn)出來的放電。 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?常常會(huì)瞬時(shí)熄滅，接著有突然出現(xiàn)。電暈放電：在不均勻電場中，曲率半徑很小的電極附近會(huì)出現(xiàn)紫蘭色的放電 暈

3、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，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）常見電場的結(jié)構(gòu)均勻場：板-板稍不均勻場：球-球極不均勻場:（分對(duì)稱與不對(duì)稱）棒-棒對(duì)稱場棒-板不對(duì)稱場線-線對(duì)稱場2

4、 1氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生和消失帶電粒子的產(chǎn)生（電離過程）氣體中出現(xiàn)帶電粒子，才可在電場作用下發(fā)展成各種氣體放電現(xiàn)象，其來 源有兩個(gè)：一是氣體分子本身發(fā)生電離，二氣體中的固體或液體金屬發(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

5、條件：撞擊粒子的總能量被撞粒子的電離能能量包括動(dòng)能與位能無電場時(shí)，動(dòng)能小有電場作用時(shí)，帶電粒子在電場方向加速，但離子體積大，易碰撞損失動(dòng)能，所以電場中造成碰撞電離的主要因素是電子。 一定的相互作用的時(shí)間和條件 通過復(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源：紫外線、倫琴射線、丫射線、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)

6、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），能量來自氣體分子的熱能。1000K數(shù)量級(jí)tT-分子動(dòng)能T-碰撞電離tT-熱輻射光子的能量、數(shù)量T-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。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)場發(fā)射：電極加上強(qiáng)電場 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

7、。將放出能量稱親和能E，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.中和受電場力作用流入電極，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 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 過程。復(fù)合時(shí)有能量釋放：光熱聲等。一空間光電離2 2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T,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)外加電場強(qiáng)度尚不能在氣隙中，產(chǎn)生碰撞游離時(shí)，氣

8、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，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強(qiáng)度足夠大，該電子在向陽極運(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。）MbEVE cr （臨界場強(qiáng)：由非自持放電轉(zhuǎn)入自持放電的場強(qiáng)）時(shí)，電子崩有賴 外界游離 因素，為非自持放電EE cr時(shí)，電子崩僅由電場的作用

9、 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。5 .此后的發(fā)展隨電場情況不同 分別表現(xiàn)為:1均勻電場各處的場強(qiáng)差異不大，任意一處一旦形成自持放電，氣體整個(gè)間隙擊穿2、不均勻電場：自持放電形成電暈（1）、若間距較小即（S?。簎T火花放電（2） 、若間距較大（S大）：uT刷形放電，uTT火花放電（電源功率大時(shí)，火花擊穿迅速變成電?。┒?、湯森德氣體放電理論（均勻電場）一、下面結(jié)合均勻電場氣隙的擊穿過程的說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)展的過程，條件不同（影響最大的是ss值。氣體的相對(duì)密度，S:極間距離），各種游離所起作用的 強(qiáng)弱不同，氣隙擊穿

10、的機(jī)理也就有不同。（1）當(dāng)S S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S S值的函數(shù)一一湯森德機(jī)理，S SVO .26cm（2）當(dāng)S S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 SS值較小時(shí)氣隙的擊穿過程（湯森德機(jī)理）【需畫圖說明，參見備課筆 記】湯森德氣體放電機(jī)理適用范圍：低氣壓、短間隙（S SV 0 .2 6 cm）;和湯森德氣體放電機(jī)理其相關(guān)的 3 個(gè)參數(shù)：a電子游離系數(shù)（電子，氣體分子，1cm,自由電子數(shù)）、B正離子游離系數(shù)（正離子，氣體分子，1cm,自由電子數(shù)）、丫表面游離系數(shù)（正離子，陰極表面，自由電子數(shù)），上述

11、個(gè)各個(gè)數(shù)值均為平均值。放電過程描述：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)a (氣體性質(zhì)、大氣壓力、電場強(qiáng)度、均勻電場下為常數(shù))B作用小可 以忽略。初始激發(fā)電子數(shù)為No ;至9達(dá)陽極的電子數(shù)為 “ Neas若N。0,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No 1,則產(chǎn)生的電子數(shù)和正離子數(shù)均為(eas 1)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Uc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。

12、從上所述，一個(gè)電子在經(jīng) 過一段距離s后，產(chǎn)生的陽離子個(gè)數(shù)為(eas 1)個(gè)，這些正離子到達(dá)陰極以后， 又能產(chǎn)生新的電子(丫作用，1)則(eas 1)個(gè)正離子撞擊陰極產(chǎn)生的電子數(shù)為(eas 1)，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，氣隙中的游離過程也能夠進(jìn)行下去。這種只需要依靠電場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，均勻電場中由非自持放電轉(zhuǎn)入為自持放電的條件為：(eas 1)1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 (eas 1)達(dá)到陰極能由丫過程在陰極表面上至少逸出一個(gè)電

13、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 U 0。對(duì)于均勻電場，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Uo就是氣隙的擊穿電壓Ub。對(duì)于不均勻電場，則在大曲率電極周圍電場集中的區(qū)域發(fā)生電暈放電，而擊穿電壓Ub要比起始放電電壓Uo要高好多。以上所描述的均勻電場氣隙的擊穿放電的理論 稱為湯森德氣體放電 理論。由（eas 1）1推倒可得到U b f（ s）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S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)

14、驗(yàn)中總結(jié)出來了，故稱為帕邢 定律。JiZZ/”!*5 3 2 1 53 2 1 5 3 10 0 0圖均勻電場的帕邢曲線帕邢定律：擊穿電壓U b=f（SS）（與Ss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：a）設(shè)S不變短，聚能少，有效碰撞幾率小UbTSjf入e長，但氣體分子少，碰撞少 UbT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（UbT)b）設(shè)S不變ST EJ得一定的E,必須UbTSJE大,但電子在全程中的碰撞次數(shù)少，必須UbT有上述的介紹可以看出：當(dāng)S S出現(xiàn)的乘積為很大和很小時(shí)，Ub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Ubmin。

15、湯森德放電機(jī)理的局限性當(dāng)氣隙氣壓升高至大氣壓，SS過大時(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：陰極材料在放電過程中作用不大，即使沒有丫作用， 依然能自持放電。不能解釋的原因：1、沒有考慮到電離出來的空間電荷會(huì)使電場畸變，從而對(duì)放電過程產(chǎn)生影 響。2、沒有考慮到光子在放電過程中的作用。流注機(jī)理1939年，雷澤在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上建立起來了流注理論！流注形成的條件及自持 放電及空間光電離！SS值較大時(shí)氣隙的擊穿過程流注機(jī)

16、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)空間電荷畸變電場的作用！ 此理論目前主要只是對(duì)放電過程作定性的描 述，定量計(jì)算尚不成熟。較均勻電場1、分析過程（一）空間電荷對(duì)原有電場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)場區(qū)中間出現(xiàn)了一個(gè)電場強(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。(b)x（二）空間光電離的作用上面所說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)場區(qū)，二次電子崩將以更大得多的電離強(qiáng)度向陽極發(fā)

17、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強(qiáng)大為增加。同時(shí)，崩中 部的合成場強(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)過程中所產(chǎn)生的光子向空間周圍發(fā)射，相比而言發(fā)射到陽極的光子起不到什么 作用直接進(jìn)入到陽極。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)化了的電場中 形成許多

18、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，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。就一個(gè)衍生電子崩的方向來看， 其發(fā)展方向是向著陰極發(fā)展的，這一過程稱為正流注，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)，通道端部與陰極間的場強(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極，并從電 場中獲得加速和動(dòng)能，在碰撞后又傳給

19、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)，貝U主崩不需要經(jīng)過整個(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)過整個(gè)間隙距離就可發(fā)展流 注。主崩頭部局部電場最強(qiáng)，極易發(fā)展衍生電子崩，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極推 進(jìn)的流注，稱為負(fù)

20、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。一十ZT工工壬4工_4_4 F-+一丈+一+一+*4:工z+ZTTT工 蘭十一十工一+一+-H(a(b(c圖一一流柱的形成2 .流注放電過程的三

21、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。電子在崩頭并擴(kuò)散成球形，正離子滯后在崩尾?？臻g電荷將使電源電 場畸變。當(dāng)電場畸變嚴(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)，中部弱電場中的復(fù) 合也放出大量的光子，在崩尾強(qiáng)化了的電場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，周圍加強(qiáng)的電場中不斷產(chǎn)生新 衍生崩并匯入主崩尾部。就一個(gè)衍生電子

22、崩的方向來看是向著陽極推進(jìn)的，但 從整個(gè)間隙的放電發(fā)展來看，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極，在通道內(nèi)發(fā)生熱 游離（幾千度），放電就由流注過渡到火花或電弧的形式（電源功率大小決 定），間隙擊穿?？梢姡毫髯⑦^程是由于空間電荷的存在積累到一定數(shù)量，引起電場畸變， 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，在均勻電場中形成流注的條

23、件，就是間隙的擊穿條件。3、不均勻電場（流注理論進(jìn)行解釋）4、適用范圍：當(dāng)s 0.26cm時(shí)用湯森德理論，s 0.26cm時(shí)用流注理論大氣壓、短間隙、不均勻、均勻電場中的放電過程2-3電暈放電電暈放電簡介電暈的形成及特點(diǎn)在極不均勻電場中，最大場強(qiáng)與平均場強(qiáng)相差很大，當(dāng)外加電壓和平均場 強(qiáng)還較低時(shí)，在電極尖端附近的局部場強(qiáng)已很大，足以產(chǎn)生強(qiáng)烈的游離。但由 于電極較遠(yuǎn)處的場強(qiáng)仍很小，所以次游離不能擴(kuò)展。伴隨著游離過程，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)）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

24、多高次諧波，造 成無線電干擾；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)）?？刹捎脭U(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）。2七不均勻電場氣隙的擊穿電力工程中大多是不均勻電場，其氣隙的擊穿有顯著的極性效應(yīng)和較長的放電時(shí)延，因而與所加電壓波形有顯著關(guān)系。不均勻

25、電場中大多數(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)。高壓直流輸電過程中的諸多問題（直流輸電線路上的電暈，直流 電場效應(yīng)、直流架空線路絕緣等）都離不開極性效應(yīng)的基礎(chǔ)理論。一短間隙的擊穿如尖一板不均勻電場中氣隙的擊穿有很強(qiáng)的極性效應(yīng)形成過程1、電子崩，2、流注階段，3、主放電階段正棒一負(fù)板：電子崩是從場強(qiáng)小的區(qū)域向場強(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

26、步向陰極 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。(bEo負(fù)棒一正板:初崩是從負(fù)極棒向正極板發(fā)展的，因此電子崩先經(jīng)過強(qiáng)場區(qū)，場強(qiáng)愈來愈弱。初崩留下的正空間電荷雖然增強(qiáng)了負(fù)尖極電場，但削弱前方邙陽極方向） 空間電場，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

27、大，通道失去絕緣，氣隙擊穿。長間隙的擊穿長間隙擊穿的三個(gè)階段：1 電暈放電，2 先導(dǎo)放電，3 主放電1 電暈放電:當(dāng)外加電壓升高，棒電極附近的場強(qiáng)E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 勻電場中，U電暈VUb。.先導(dǎo)放電：先導(dǎo)通道：繼流注之后發(fā)展起來的二次過程，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、發(fā)展即為先導(dǎo)放電。先導(dǎo)過程有很強(qiáng)的極性效應(yīng) ，不同極性的先導(dǎo)過程有著不同的特 性，必須分別討論。1正先導(dǎo)過程（正棒-負(fù)板）當(dāng)間隙距

28、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 是極不均勻的，故正棒附近的場強(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。電離出來的自由電子循著 各流注通道最終都匯聚到棒極上來，越靠近棒極，流注的密度越大，電流密度 也越大，在強(qiáng)電場的作用下，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端一樣，這就使得通道前端的 場強(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

29、得通道前端的場強(qiáng)始 終保持著很強(qiáng)的場強(qiáng)，使得這樣過程繼續(xù)向前發(fā)展，直到對(duì)面的電極。先導(dǎo)過程實(shí)質(zhì)上是繼流注以后發(fā)展起來的二次過程。長間隙火花放電與短 間隙火花放電的本質(zhì)區(qū)別在于：長間隙熾熱的 導(dǎo)電通道是在放電發(fā)展過程中建 立的，而不是在整個(gè)間隙被流注通道貫穿后建立的，所以長間隙擊穿的平均場 強(qiáng)小于短間隙擊穿的平均場強(qiáng)。2、負(fù)先導(dǎo)過程（負(fù)棒-正板）負(fù)先導(dǎo)過程比正先導(dǎo)過程建立要復(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)了棒極附近的原來就已經(jīng)很強(qiáng)的電場，使得 該區(qū)域中產(chǎn)生非常強(qiáng)烈的電離。高場強(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 道前端的合成場強(qiáng)大為減弱，通道發(fā)展因而停