氣體擊穿理論精品課件

1、第1頁，共24頁，2022年，5月20日，7點38分，星期四概述1：電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備中常用氣體作為絕緣介質(zhì)2：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3：氣體擊穿電壓與電場分布、電壓種類、氣體狀態(tài)有關(guān)4：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第2頁，共24頁，2022年，5月20日，7點38分，星期四名詞解釋氣體放電：氣體中流通電流的各種形式的統(tǒng)稱擊穿：氣體由絕緣狀態(tài)突變?yōu)榱紝?dǎo)電狀態(tài)的過程沿面閃絡(luò)：發(fā)生在氣體與液體或氣體與固體的交界面上的擊穿過程（擊穿和沿面閃絡(luò)統(tǒng)稱放電）擊穿電壓（閃絡(luò)電壓）：發(fā)生擊穿（或閃絡(luò)）的最低臨

2、界電壓（擊穿電壓與閃絡(luò)電壓統(tǒng)稱放電電壓）擊穿場強(qiáng)：均勻電場中擊穿電壓與間隙距離之比：反映了氣體耐受電場作用的能力：介電強(qiáng)度自持放電：去掉外電離因素的作用后放電隨即停止非自持放電：僅靠電場的作用而維持的放電。第3頁，共24頁，2022年，5月20日，7點38分，星期四第一節(jié)：氣體放電主要形式輝光放電：整個空間發(fā)光，電流密度??；低氣壓、電源功率??；霓虹燈火花放電：有收細(xì)的發(fā)光放電通道、貫穿兩極的斷續(xù)的明亮火花；大氣壓下、電源功率小電暈放電：緊貼尖電極周圍有一層暈光；極不均勻場刷狀放電：從電暈放電電極中伸出許多較明亮的細(xì)放電通道；極不均勻場電弧放電：放電通道和電極的溫度都很高，電流密度大，電路有短路

3、特征；電源功率大第4頁，共24頁，2022年，5月20日，7點38分，星期四第四節(jié)：均勻電場中氣體擊穿的發(fā)展過程非自持放電：外施電壓小于U0 時，間隙內(nèi)電流數(shù)值很小，間隙還未被擊穿；自持放電：當(dāng)電壓達(dá)到U0 后，氣體中發(fā)生了強(qiáng)烈的電離，電流劇增（輝光放電、火花放電或電弧放電）放電發(fā)展過程：從UB 到 U0電流發(fā)展過程起始電壓： U0 ，在均勻電場中為擊穿電壓第5頁，共24頁，2022年，5月20日，7點38分，星期四過程：電子在運(yùn)動中碰撞電離： 是一個電子沿電場方向運(yùn)動1cm平均發(fā)生的碰撞電離次數(shù)4.1湯遜機(jī)理過程：正離子轟擊陰極產(chǎn)生表面電離： 是一個正離子從陰極轟擊出的自由電子個數(shù)擊穿過程：

4、上述兩個過程交替重復(fù)進(jìn)行，自由電子數(shù)目越來越多，最終導(dǎo)致?lián)舸┰撨^程具有普遍意義第6頁，共24頁，2022年，5月20日，7點38分，星期四自持放電條件：4.2湯遜機(jī)理的結(jié)論與巴申定律巴申定律：擊穿電壓是pd的函數(shù)： 擊穿電壓有最小值擊穿電壓：兩者在pd較小時相一致第7頁，共24頁，2022年，5月20日，7點38分，星期四4.3湯遜機(jī)理的適用范圍適用范圍：氣壓較低，pd較??；200（cm.133pa)工程上pd較大：實際與理論的差別： 放電外形：放電在整個間隙中均勻連續(xù)（輝光）而火花放電帶有分支的明亮細(xì)通道 放電時間：由正離子遷移率計算出的放電時間比實際火花放電時間長得多 擊穿電壓：pd較大時

5、計算結(jié)果與實際不符 陰極材料：理論上有關(guān)，實際中無關(guān)第8頁，共24頁，2022年，5月20日，7點38分，星期四4.4流注機(jī)理電子碰撞電離：形成電子崩，是維持自持放電的主要因素空間光電離：形成衍生電子崩，是維持自持放電的主要因素空間電荷畸變電場的作用：為衍生崩創(chuàng)造了條件流注：由大量正負(fù)離子混合形成的等離子體通道（導(dǎo)電性能良好） 擊穿過程：電子崩流注發(fā)展延伸擊穿第9頁，共24頁，2022年，5月20日，7點38分，星期四4.5電子崩空間電荷對電場的畸變第10頁，共24頁，2022年，5月20日，7點38分，星期四4.6正流注的產(chǎn)生當(dāng)外施電壓為氣隙最低擊穿電壓時第11頁，共24頁，2022年，5月

6、20日，7點38分，星期四4.7負(fù)流注的產(chǎn)生當(dāng)外施電壓比氣隙最低擊穿電壓高出許多時第12頁，共24頁，2022年，5月20日，7點38分，星期四4.8流注機(jī)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)量足以畸變電場造成足夠的空間光電離擊穿電壓：兩者在pd較大時相一致 是一常數(shù)，工程上第13頁，共24頁，2022年，5月20日，7點38分，星期四4.9流注理論對pd很大時放電現(xiàn)象的解釋放電外形：流注電導(dǎo)很大，其中電場強(qiáng)度很小，對周圍其他流注有“屏蔽”作用，因此最終只有一條通道；衍生崩隨機(jī)性使其曲折分支。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。陰極材料的影響：維持

7、放電的是光電離而不是表面電離，因而與陰極材料無關(guān)。第14頁，共24頁，2022年，5月20日，7點38分，星期四第五節(jié)：不均勻電場中氣體擊穿的發(fā)展過程第15頁，共24頁，2022年，5月20日，7點38分，星期四5.1電場是否均勻的劃分標(biāo)準(zhǔn)電場不均勻系數(shù)f：最大場強(qiáng)荷平均場強(qiáng)之比：f4為極不均勻場若能夠維持穩(wěn)定的電暈放電，則為極不均勻場，否則為稍不均勻場第16頁，共24頁，2022年，5月20日，7點38分，星期四5.2稍不均勻電場的自持放電和擊穿與均勻電場類似：流注一旦形成就發(fā)生擊穿；自持放電條件就是擊穿條件不再是常數(shù)，而是空間坐標(biāo)的函數(shù)擊穿電壓：聯(lián)立求解三個公式：第17頁，共24頁，202

8、2年，5月20日，7點38分，星期四5.3極不均勻電場中的電暈放電電暈放電現(xiàn)象：尖極周圍有發(fā)光層，可聽到咝咝聲，聞到臭氧氣味?？臻g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(qiáng)基本不變，使放電趨于穩(wěn)定。兩種形式：電子崩形式（電極很尖）和流注形式脈沖現(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(jī)脈沖。發(fā)展過程：無規(guī)律小電流=有規(guī)律重復(fù)脈沖=脈沖頻率增大=轉(zhuǎn)入持續(xù)電暈，無脈沖現(xiàn)象=進(jìn)入刷狀放電，出現(xiàn)隨機(jī)脈沖第18頁，共24頁，2022年，5月20日，7點38分，星期四5.3極不均勻電場中的電暈放電第19頁，共24頁，2022年，5月20日，7點38分，星期

9、四5.4極不均勻電場中的先導(dǎo)放電在長間隙放電中，流注匯集，形成通道狀且不斷發(fā)展，稱為先導(dǎo)放電先導(dǎo)通道中由于電流較大，溫度很高，出現(xiàn)熱電離，因而電導(dǎo)更大，可以將電極的電位傳到先導(dǎo)通道的端部。先導(dǎo)發(fā)展的速度和回路中電阻有很大關(guān)系，發(fā)展越來越快長間隙的平均擊穿場強(qiáng)低于短間隙第20頁，共24頁，2022年，5月20日，7點38分，星期四5.5極不均勻電場中的主放電當(dāng)先導(dǎo)頭部流注即將到達(dá)板極時，立刻有一個放電過程從板極向棒極發(fā)展，稱為主放電。主放電發(fā)展速度比先導(dǎo)快得多。主放電通道溫度更高，明亮得多，電導(dǎo)更大，回路具有短路性質(zhì)。第21頁，共24頁，2022年，5月20日，7點38分，星期四5.6極不均勻電場中的擊穿過程及極性效應(yīng)流注形成階段正棒：難以造成流注負(fù)棒：容易造成流注第22頁，共24頁，2022年，5月20日，7點38分，星期四5.6極不均勻電場中的擊穿過程及極性效應(yīng)流注發(fā)展階段