第一篇 電介質(zhì)的電氣強(qiáng)度

1、第一篇 電介質(zhì)的電氣強(qiáng)度第1頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日 電介質(zhì)是指通常條件下導(dǎo)電性能極差的物質(zhì)，云母、變壓器油等都是電介質(zhì)。 電介質(zhì)中正負(fù)電荷束縛得很緊，內(nèi)部可自由移動(dòng)的電荷極少，因此導(dǎo)電性能差。 電介質(zhì)在電氣設(shè)備中作為絕緣材料使用，按其物質(zhì)形態(tài)，可分為：氣體介質(zhì)液體介質(zhì)固體介質(zhì)第2頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日在電氣設(shè)備中：外絕緣：一般由氣體介質(zhì)（空氣）和固體介質(zhì)（絕緣子）聯(lián)合構(gòu)成內(nèi)絕緣： 一般由固體介質(zhì)和液體介質(zhì)聯(lián)合構(gòu)成第3頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日 在電氣作用下，電介質(zhì)中出現(xiàn)的電氣現(xiàn)象可分為兩類(lèi)：

2、弱電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度比擊穿場(chǎng)強(qiáng)小得多 極化、電導(dǎo)、介質(zhì)損耗等強(qiáng)電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度等于或大于放電起始場(chǎng)強(qiáng)或擊穿場(chǎng)強(qiáng) 放電、閃絡(luò)、擊穿等第4頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日高電壓絕緣及試驗(yàn)電介質(zhì)的基本電氣特性氣體放電的基本理論氣體電介質(zhì)的擊穿特性固體電介質(zhì)和液體電介質(zhì)的擊穿特性電氣設(shè)備絕緣特性的測(cè)試電氣設(shè)備絕緣的耐壓試驗(yàn)及高電壓測(cè)量第5頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日第一章 電介質(zhì)的基本電氣特性電介質(zhì)的極化電介質(zhì)的電導(dǎo)電介質(zhì)的損耗電介質(zhì)的擊穿第6頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日一、介質(zhì)的極化構(gòu)成電介質(zhì)分子的分類(lèi) （1）中性分子（原子

3、）：分子（或原子）中正負(fù)電荷的作用重心是重合的，對(duì)外不顯電性。（如固體無(wú)機(jī)化合物云母、陶瓷、玻璃等） （2）極性分子：分子中正、負(fù)電荷的作用重心不重合，而保持一定的距離，單個(gè)分子對(duì)外顯電性，由于熱運(yùn)動(dòng)的原因，各分子的排列雜亂無(wú)章，不同分子對(duì)外電性相互抵消，故對(duì)外不顯電性。（偶極分子）（如變壓器油、松香、橡膠、膠木、 聚氯乙烯、纖維素等）第7頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日一、介質(zhì)的極化電子位移極化離子位移極化轉(zhuǎn)向極化空間電荷極化第8頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日電子位移極化彈性的，不引起能量損耗；完成時(shí)間極短，約10-1410-15s；單元

4、粒子的電子位移極化與溫度無(wú)關(guān)第9頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日離子位移極化完成時(shí)間約10-1210-13s；極微量的能量損耗；離子位移極化率隨溫度的升高略有增加+-+-+-+-E=0E離子式極化第10頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日轉(zhuǎn)向極化固有偶極矩：極性電介質(zhì)中，即使沒(méi)有外加電場(chǎng)，由于分子中正、負(fù)電荷的作用中心不重合，就單個(gè)分子而言，就已具有偶極矩。由于分子不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，分子偶極矩的排列無(wú)序，不能體現(xiàn)合成電矩。轉(zhuǎn)向極化：電場(chǎng)作用下，定向排列。伴有能量損耗；需要較長(zhǎng)時(shí)間，約10-610-2s，甚至更長(zhǎng)；外電場(chǎng)越強(qiáng)，極性分子的轉(zhuǎn)向定向就越充分

5、，轉(zhuǎn)向極化就越強(qiáng)+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-E=0E第11頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日空間電荷極化極化機(jī)理電子位移極化離子位移極化轉(zhuǎn)向極化空間電荷極化帶電質(zhì)點(diǎn)的彈性位移或轉(zhuǎn)向帶電質(zhì)點(diǎn)的移動(dòng)第12頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日空間電荷極化設(shè)C1=1,C2=2,G1=2,G2=1,U=3注意：夾層界面上電荷的堆積是通過(guò)介質(zhì)電導(dǎo)G來(lái)完成的。由于高壓絕緣介質(zhì)的電導(dǎo)通常都很小，所以極化過(guò)程緩慢，幾十分之一秒幾分鐘。伴有能量損耗。這種極化只有在低頻時(shí)才有意義第13頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8

6、點(diǎn)12分，星期日空間電荷極化第14頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日注意1 當(dāng)兩層不同電介質(zhì)串聯(lián)構(gòu)成的復(fù)合絕緣時(shí)，剛開(kāi)始加壓時(shí)，各層介質(zhì)的極化程度不一樣，各層電介質(zhì)中極化產(chǎn)生的電荷量也不一樣，于是分界面顯示出電的極性來(lái)，稱為夾層極化。極化結(jié)束后，電荷要重新分配，就在兩層介質(zhì)的交界面形成一定的吸收電流。這種過(guò)程非常緩慢，那么在去掉電壓后介質(zhì)內(nèi)部的吸收電荷要釋放出來(lái)也非常緩慢。因此對(duì)于使用過(guò)的大電容設(shè)備，應(yīng)將兩極短接，徹底放電，以免過(guò)一定時(shí)間后吸收電荷陸續(xù)釋放出來(lái)危及人生安全。第15頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日注意2（1）是束縛電荷而不是自由電

7、子。 （2）是有限位移而不是電荷流通，不產(chǎn)生電流 。（3）內(nèi)部電荷的總和仍為零，但由于外電場(chǎng)的作用對(duì)外顯現(xiàn)電場(chǎng)力 。第16頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日二、 電介質(zhì)的介電常數(shù)介電常數(shù)的物理意義氣體介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)液體介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)固體介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)第17頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日介電常數(shù)的物理意義真空-+-+-+-+-插入電介質(zhì)后第18頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日介電常數(shù)的物理意義相對(duì)介電常數(shù)以該物質(zhì)為介質(zhì)的電容器的電容與以真空中為介質(zhì)的同樣大小電容器電容量的比值，稱為相對(duì)介電常數(shù)，簡(jiǎn)稱介電系數(shù)

8、。它表征電介質(zhì)在電場(chǎng)的作用下極化程度的物理量。相對(duì)介電常數(shù)的物理意義：相對(duì)真空時(shí)感應(yīng)電荷（電容量）變化的倍數(shù)。第19頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日介電常數(shù)在工程應(yīng)用中的意義（1） 越大，電介質(zhì)極化作用越強(qiáng)，其絕緣性能越差。故要合理選用。 例如電容器：要求 大些，這樣電容器單位 容量的體積和質(zhì)量就會(huì)減小。 電力電纜：要求 小些，則工作時(shí)的充電 電流和極化損耗就會(huì)降低。（2）幾種串聯(lián)電介質(zhì)組合在一起使用時(shí)，有如下公式第20頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日介電常數(shù)在工程應(yīng)用中的意義即串聯(lián)電介質(zhì)的場(chǎng)強(qiáng)分布與 成反比。 越小其介質(zhì)中的場(chǎng)強(qiáng)越大， 越大

9、其介質(zhì)中的場(chǎng)強(qiáng)越小。故在串聯(lián)介質(zhì)中要合理考慮電場(chǎng)的分布，盡量使電場(chǎng)分布均勻。（3）通過(guò)測(cè)量 可以判斷電介質(zhì)是否受潮或所含氣體的多少。當(dāng)電介質(zhì)受潮及老化分解氣體時(shí)， 會(huì)明顯增大。第21頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日氣體介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)氣體的相對(duì)介電常數(shù)均隨溫度的升高而減小，隨壓力的增大而增大，但影響程度都很小。氣體物質(zhì)分子距離相對(duì)很大，即氣體密度很小氣體極化率很小一切氣體的相對(duì)介電常數(shù)都接近于1第22頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日液體介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)1.中性液體介質(zhì) 相對(duì)介電常數(shù)一般在1.82.8之間。 相對(duì)介電常數(shù)與溫度的關(guān)系與介質(zhì)分

10、子密度與溫度的關(guān)系接近一致。 舉例：石油、苯、四氯化碳、硅油第23頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日液體介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)2.極性液體介質(zhì) (1)介電常數(shù)與溫度的關(guān)系低溫時(shí)，分子間的黏附力強(qiáng)，轉(zhuǎn)向較難，轉(zhuǎn)向極化對(duì) 的貢獻(xiàn)較小；溫度升高，分子間的黏附力減弱，轉(zhuǎn)向極化對(duì) 的貢獻(xiàn)較大， 隨之增大；溫度進(jìn)一步升高，分子熱運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，對(duì)極性分子定向排列的干擾也隨之增強(qiáng)，阻礙轉(zhuǎn)向極化的完成， 反而減小。第24頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日液體介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)(2)介電常數(shù)與電場(chǎng)頻率的關(guān)系電場(chǎng)頻率對(duì)極性液體介電常數(shù)的影響很大頻率相當(dāng)?shù)蜁r(shí)，偶極分子來(lái)得及跟隨

11、電場(chǎng)交變轉(zhuǎn)向，介電常數(shù)較大，接近于直流電壓下的 ；頻率超過(guò)f0時(shí)，極性分子轉(zhuǎn)向跟不上電場(chǎng)的變化，介電常數(shù)開(kāi)始減小；隨著頻率的增高，介電常數(shù)最終接近于僅有電子位移極化所引起的介電常數(shù)值 。第25頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日固體介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)2.極性固體介質(zhì) 由于分子具有極性，相對(duì)介電常數(shù)都較大，一般為3-6。 極性固體介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)與溫度和頻率的關(guān)系類(lèi)似極性液體所呈現(xiàn)的規(guī)律。 舉例：樹(shù)脂、纖維、橡膠、蟲(chóng)膠、有機(jī)玻璃等第26頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日固體介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)1.中性或弱極性固體介質(zhì) 只具有電子式極化和離子式極化，其

12、介電常數(shù)較小。 介電常數(shù)與溫度之間的關(guān)系也與介質(zhì)密度與溫度的關(guān)系很接近。 舉例：石蠟、硫磺、聚乙烯 云母、石棉、無(wú)機(jī)玻璃等第27頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日三、電介質(zhì)的電導(dǎo)電介質(zhì)中的電流介質(zhì)加直流電壓后測(cè)得電流為 Ia 夾層極化的吸收電流 Ig 泄漏電流 Ic 位移極化電流 吸收現(xiàn)象的意義：對(duì)判斷絕緣是否受潮很有用。 第28頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日三、電介質(zhì)的電導(dǎo)電介質(zhì)的電導(dǎo)與金屬的電導(dǎo)的本質(zhì)區(qū)別電介質(zhì)電導(dǎo)是離子式，即電解式電導(dǎo)氣體介質(zhì)：電離出來(lái)的自由電子、正離子和負(fù)離子在電場(chǎng)作用下移動(dòng)而造成的；液體和固體：介質(zhì)的基本物質(zhì)（包括雜

13、質(zhì)）分子發(fā)生化學(xué)分解或熱離解的帶電質(zhì)點(diǎn)沿電場(chǎng)方向移動(dòng)造成的。第29頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日電介質(zhì)的電導(dǎo)與金屬的電導(dǎo)的本質(zhì)區(qū)別 （2）數(shù)量級(jí)不同：電介質(zhì)的電導(dǎo)率小，泄漏電流??；金屬電導(dǎo)的電流很大。 （3）電導(dǎo)電流的受影響因素不同：電介質(zhì)中由離子數(shù)目決定，對(duì)所含雜質(zhì)、溫度很敏感；金屬中主要由外加電壓決定，雜質(zhì)、溫度不是主要因素。 第30頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日三、電介質(zhì)的電導(dǎo)氣體介質(zhì)的電導(dǎo)液體介質(zhì)的電導(dǎo)固體介質(zhì)的電導(dǎo)第31頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日氣體介質(zhì)的電導(dǎo)無(wú)電場(chǎng)時(shí)，離子的產(chǎn)生與復(fù)合達(dá)到平衡；存

14、在電場(chǎng)時(shí)，離子在電場(chǎng)力作用下，克服與氣體介質(zhì)分子碰撞的阻力而移動(dòng)，得到速度v離子的遷移率b=v/E E電場(chǎng)強(qiáng)度第32頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日氣體介質(zhì)的電導(dǎo)電場(chǎng)強(qiáng)度很小時(shí)，b接近于常數(shù)，即電流密度與電場(chǎng)強(qiáng)度幾乎成正比電場(chǎng)強(qiáng)度增大，外界因素造成的離子全部趨向于電極時(shí)，電流密度飽和，但其值仍很小場(chǎng)強(qiáng)超過(guò)E2時(shí)，氣體介質(zhì)中將發(fā)生撞擊電離，從而使電流密度迅速增大第33頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日液體介質(zhì)的電導(dǎo)中性液體介質(zhì)的電導(dǎo)主要由離解性的雜質(zhì)和懸浮于液體介質(zhì)中的荷電粒子所引起的極性液體介質(zhì)的電導(dǎo)不僅由雜質(zhì)引起，而且與本身分子的離解度有關(guān)。

15、極性液體介質(zhì)的介電常數(shù)越大，則其電導(dǎo)也越大。第34頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日液體介質(zhì)的電導(dǎo)1.溫度溫度升高，液體介質(zhì)的黏度降低，離子移動(dòng)所受阻力減小，離子遷移率增大，電導(dǎo)增大溫度升高，液體介質(zhì)分子的離解度增大，電導(dǎo)增大液體介質(zhì)的電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系可以近似地以下式表示式中 A、B常數(shù) T絕對(duì)溫度 電導(dǎo)率第35頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日液體介質(zhì)的電導(dǎo)當(dāng)溫度變化不大時(shí)，液體介質(zhì)的電導(dǎo)與溫度的關(guān)系也可以寫(xiě)成式中 常數(shù) 液體介質(zhì)的溫度， 時(shí)的電導(dǎo)率第36頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日液體介質(zhì)的電導(dǎo)2.電場(chǎng)強(qiáng)度 在

16、極純凈的液體介質(zhì)中，電導(dǎo)與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系與氣體介質(zhì)相近 一般工業(yè)用純凈液體介質(zhì)飽和電流這一段通常是觀察不到的電場(chǎng)強(qiáng)度小于某定值時(shí)，電導(dǎo)接近一常數(shù)；電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)某定值時(shí)，電場(chǎng)將使離解出來(lái)的離子數(shù)量迅速增加，電導(dǎo)也就迅速增加，電流密度隨場(chǎng)強(qiáng)呈指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)第37頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日固體介質(zhì)的電導(dǎo)中性分子的固體介質(zhì)的電導(dǎo)主要是由雜質(zhì)離子引起的離子式結(jié)構(gòu)的固體介質(zhì)的電導(dǎo)主要是由離子在熱運(yùn)動(dòng)影響下脫離晶格而移動(dòng)產(chǎn)生的，雜質(zhì)在離子式結(jié)構(gòu)的固體介質(zhì)中也是造成電導(dǎo)的原因之一第38頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日固體介質(zhì)的電導(dǎo)1.溫度 與液體介質(zhì)相似

17、2.電場(chǎng)強(qiáng)度 與液體介質(zhì)相似，可以近似地以下式表示式中 電導(dǎo)率與電場(chǎng)強(qiáng)度尚無(wú)關(guān)范圍內(nèi)的電導(dǎo)率 電導(dǎo)率與電場(chǎng)強(qiáng)度尚無(wú)關(guān)范圍時(shí)的最大電場(chǎng)強(qiáng)度 b 常數(shù)，由材料特性所決定第39頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日固體介質(zhì)的電導(dǎo)3.雜質(zhì)表面電導(dǎo)：由于介質(zhì)表面吸附一些水分、塵埃或?qū)щ娦缘幕瘜W(xué)沉淀物而形成的，其中水分起著特別重要的作用。因此，親水性介質(zhì)的表面電導(dǎo)要比憎水性介質(zhì)的表面電導(dǎo)大得多。一般，中性介質(zhì)的表面電導(dǎo)最小，極性介質(zhì)次之，離子性介質(zhì)最大。相當(dāng)于固體介質(zhì)中加入了強(qiáng)極性的雜質(zhì)第40頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日電介質(zhì)電導(dǎo)在工程上的意義 1、電介質(zhì)

18、電導(dǎo)的倒數(shù)即為介質(zhì)的絕緣電阻。通過(guò)測(cè)量絕緣電阻可以判斷絕緣是否受潮或有其它劣化現(xiàn)象。 2、多層介質(zhì)串聯(lián)時(shí)在直流電壓下各層的穩(wěn)態(tài)電壓分布與各層的電導(dǎo)成反比，故對(duì)直流設(shè)備應(yīng)注意電導(dǎo)率的合理配合。 3、電介質(zhì)的電導(dǎo)對(duì)電氣設(shè)備的運(yùn)行有重要影響。電導(dǎo)產(chǎn)生的能量損耗使設(shè)備發(fā)熱，為限制設(shè)備的溫度升高，有時(shí)必須降低設(shè)備的工作電流。在一定的條件下，電導(dǎo)損耗還可能導(dǎo)致介質(zhì)發(fā)生熱擊穿。第41頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日四、 電介質(zhì)中的能量損耗介質(zhì)損耗的基本概念氣體介質(zhì)中的損耗液體和固體介質(zhì)中的損耗第42頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日介質(zhì)損耗的基本概念電場(chǎng)的交

19、變速度遠(yuǎn)低于極化建立速度時(shí)，介電常數(shù)可視為一實(shí)數(shù)，接近于靜態(tài)介電常數(shù)。電場(chǎng)的交變速度與極化建立速度相近時(shí)，極化就跟不上電場(chǎng)的變化，電通量密度 就滯后于電場(chǎng)強(qiáng)度 一個(gè)相位角 。第43頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日介質(zhì)損耗的基本概念介電常數(shù)將是一個(gè)復(fù)數(shù)介質(zhì)中的電流密度（不計(jì)漏導(dǎo)）電容性電流密度，超前場(chǎng)強(qiáng)90有功電流密度，與場(chǎng)強(qiáng)同相位，形成有功損耗實(shí)際上，還存在漏導(dǎo)，在電場(chǎng)作用下，形成與交變電場(chǎng)同相位的漏導(dǎo)電流密度 ，它是純有功損耗電流密度。第44頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日介質(zhì)損耗的基本概念 有損極化所引起的電流密度 真空和無(wú)損極化引起的電

20、流密度，純?nèi)菪?漏感引起的電流密度，純阻性通常用 來(lái)表征介質(zhì)中損耗的大小第45頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日直流電壓下的介質(zhì)損耗ic：無(wú)損極化造成的電流（電子式極化+離子式極化）衰減時(shí)間短。ia：有損極化所造成的電流（偶極式極化+夾層式極化）衰減時(shí)間較長(zhǎng)。ig：電導(dǎo)電流。（恒定電流即泄露電流）iiiaicig第46頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日吸收現(xiàn)象與吸收比由前面等值電路的分析可知，電介質(zhì)在直流電壓作用下泄露電流是逐漸衰減致穩(wěn)定值的。這一現(xiàn)象在絕緣中稱為吸收現(xiàn)象。依據(jù)吸收現(xiàn)象表現(xiàn)的情況也可以來(lái)判斷絕緣的好壞。當(dāng)絕緣干燥良好時(shí)，良好絕緣的

21、吸收現(xiàn)象明顯，故通常用加壓后60s和15s的電阻比值作為判斷依據(jù)，稱為吸收比K。一般規(guī)定吸收比K1.3，表明絕緣干燥良好第47頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日交流電壓下的介質(zhì)損耗Rlk泄漏電阻Ilk漏導(dǎo)電流Cp有損極化形成的電容Rp有損極化形成的等效電阻Cg介質(zhì)真空和無(wú)損極化形成的電容第48頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日介質(zhì)損耗的基本概念單位體積介質(zhì)中的損耗功率可用下式表示對(duì)于含有均勻介質(zhì)的平板電容器，總損耗功率為式中，V為介質(zhì)體積；U為所加電壓第49頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日氣體介質(zhì)中的損耗氣體介質(zhì)的極化率

22、很小。當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)小于氣體分子電力所需值時(shí)，氣體介質(zhì)的電導(dǎo)很小，損耗也很小，可以忽略不計(jì)。當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)超過(guò)氣體分子電力所需值時(shí)，氣體介質(zhì)將產(chǎn)生電離，介質(zhì)損耗增大，且隨著電壓升高，損耗增長(zhǎng)很快。第50頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日液體和固體介質(zhì)中的損耗中性液體和固體介質(zhì)中的損耗主要由漏導(dǎo)決定，介質(zhì)損耗與溫度、場(chǎng)強(qiáng)等因素的關(guān)系也就決定于電導(dǎo)與這些因素之間的關(guān)系。中性液體（固體）電介質(zhì)的 tg 與溫度的關(guān)系中性液體（固體）電介質(zhì)的 tg 與場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系第51頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日液體和固體介質(zhì)中的損耗溫度較低時(shí)，松香油的黏度大，偶極子的轉(zhuǎn)向較難，故t

23、g較小極性液體和固體介質(zhì)中的損耗主要包括電導(dǎo)式損耗和電偶式損耗兩部分溫度升高，松香油的黏度減小，偶極子轉(zhuǎn)向較易，故tg增大溫度再高時(shí)，偶極子回轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦損耗減小很多，所以tg反而減小溫度更高時(shí)，雖然黏度小，摩擦損耗減小，但電導(dǎo)迅速增大，電導(dǎo)損耗增大，所以tg也迅速增大第52頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日液體和固體介質(zhì)中的損耗頻率很低時(shí)，介質(zhì)中的損耗主要由電導(dǎo)決定，偶極式損耗很少，總損耗功率小頻率很低，電容電流小， tg比較大頻率增高，偶極子回轉(zhuǎn)頻率和偶極損耗增高；與此同時(shí)，偶極式極化不充分，介電常數(shù)減小，電容電流不能與頻率成比例增加， tg在某頻率范圍內(nèi)隨著頻率增高

24、而增大頻率更高時(shí)，偶極子回轉(zhuǎn)已完全跟不上電源頻率，損耗功率趨于穩(wěn)定，介電常數(shù)達(dá)到較低的穩(wěn)定值，電容電流與頻率成正比例增長(zhǎng)，tg近乎與頻率成反比例減小第53頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日液體和固體介質(zhì)中的損耗極性固體介質(zhì)的tg與溫度的關(guān)系如圖所示，其規(guī)律性類(lèi)似與極性液體介質(zhì)第54頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日液體和固體介質(zhì)中的損耗玻璃和石英在角頻率 時(shí)，tg隨著頻率而增大，即損耗功率的增長(zhǎng)比頻率增長(zhǎng)更快。第55頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日電介質(zhì)損耗在工程上的意義（1）選用絕緣介質(zhì)，必須注意材料的tg。介 質(zhì)的損

25、耗越大，交流下的發(fā)熱越嚴(yán)重，這不僅使介質(zhì)的容易劣化，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致介質(zhì)的熱擊穿。（2）絕緣受潮時(shí)其tg會(huì)增大，絕緣中存在氣隙或大量氣泡時(shí)在高電壓下tg也會(huì)顯著增大。因此通過(guò)測(cè)量tg或tgU曲線可發(fā)現(xiàn)絕緣是否存在受潮、開(kāi)裂等缺陷。（3）使用電氣設(shè)備時(shí)必須注意它們對(duì)頻率、溫度和電壓的要求，超出規(guī)定的范圍時(shí)，不僅對(duì)電氣設(shè)備本身絕緣不利，還可能給其它工作造成不良影響。第56頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日小 結(jié)電介質(zhì)的極化極化類(lèi)型極化機(jī)理極化速度有無(wú)能量損耗電子位移極化帶電質(zhì)點(diǎn)的彈性位移10-1410-15s與可見(jiàn)光周期相近無(wú)離子位移極化10-1210-13s低于紅外光頻率極微量

26、轉(zhuǎn)向極化帶電質(zhì)點(diǎn)的彈性轉(zhuǎn)向10-610-2s有空間電荷極化帶電質(zhì)點(diǎn)的移動(dòng)緩慢有第57頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日小 結(jié)電介質(zhì)的介電常數(shù)介電常數(shù)的物理意義結(jié)點(diǎn)常數(shù)與溫度和頻率的關(guān)系電介質(zhì)的電導(dǎo)氣體、液體和固體電介質(zhì)的電導(dǎo)與溫度、場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系電介質(zhì)中的能量損耗電介質(zhì)的等效電路介質(zhì)中的損耗與溫度和頻率的關(guān)系第58頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日第二章 氣體放電的基本理論研究氣體放電的目的 了解氣體在高電壓（強(qiáng)電場(chǎng)）作用下逐步由電介質(zhì)變成導(dǎo)體的物理過(guò)程 掌握氣體介質(zhì)的電氣強(qiáng)度及其提高方法電氣設(shè)備中常用氣體介質(zhì)空氣、壓縮的高電氣強(qiáng)度氣體（如SF6）第

27、59頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日氣體放電的主要形式1、輝光放電 （1）放電條件：當(dāng)電場(chǎng)均勻，氣壓較低，電源功率較小，外施電壓增加到一定值后。 （2）現(xiàn)象：通過(guò)氣體的電流明顯增加，氣體間隙兩極間整個(gè)空間忽然出現(xiàn)發(fā)光現(xiàn)象，這種放電形式稱為輝光放電。輝光放電的電流密度較小，放電區(qū)域通常占據(jù)整個(gè)電極間的空間。 （3）例子：霓虹管中的放電就是輝光放電第60頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日氣體放電的主要形式2、火花放電特點(diǎn)（1）條件：電場(chǎng)均勻，大氣條件下，電源功率較小時(shí)，電壓升高到一定值時(shí)。（2）現(xiàn)象：氣體突然發(fā)生明亮的火花，火花向?qū)γ骐姌O伸展出細(xì)光

28、束。這種火花會(huì)瞬時(shí)熄滅，接著又突然發(fā)生。 第61頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日氣體放電的主要形式3、電暈放電（1）條件：當(dāng)電極的曲率半徑很小時(shí)，電場(chǎng)很不均勻，大氣條件下，當(dāng)外施電壓的升高到一定數(shù)值時(shí)。（2）現(xiàn)象：在電極尖端附近會(huì)出現(xiàn)暗藍(lán)色的放電微光，并發(fā)出聲音。如不繼續(xù)提高電壓，放電就局限在較小的范圍內(nèi)，成為局部放電。發(fā)生電暈放電時(shí)，氣體間隙的大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用。（3）各種高壓裝置的電極尖端。常常發(fā)生這種電暈放電。第62頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日氣體放電的主要形式4、電弧放電（1）條件：當(dāng)氣體

29、間隙兩極的電源功率足夠大時(shí)（2）現(xiàn)象：氣體發(fā)生火花放電之后，便立即發(fā)展至對(duì)面電極，出現(xiàn)非常明亮的連續(xù)弧光。形成電弧放電。發(fā)生電弧放電時(shí)，電弧的溫度極高。第63頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日2.1 帶電粒子的產(chǎn)生和消失帶電粒子的產(chǎn)生負(fù)離子的形成帶電粒子的消失第64頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日原子的結(jié)構(gòu) 原子是由帶正電的原子核和繞核旋轉(zhuǎn)的電子組成。電子在原子核外是分層排布的，各層具有不同的軌道半徑。電子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑不同，其能量也不同。第65頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日原子的能量 （1）動(dòng)能：原子的動(dòng)能取決于原

30、子的質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)速度。 （2）位能：原子的位能則取決于其中電子的能量。當(dāng)電子從其正常軌道上躍遷到能量更高的軌道上時(shí)，原子的位能也相應(yīng)增加。 （3）能級(jí)：根據(jù)原子中電子的能量狀態(tài)，原子具有一系列可取的確定的位能，稱為原子的能級(jí)。原子的正常狀態(tài)相當(dāng)于最低的能級(jí)。第66頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日一、帶電粒子的產(chǎn)生 產(chǎn)生帶電粒子的物理過(guò)程稱為電離，是氣體放電的首要前提。激勵(lì) 當(dāng)原子獲得外部能量，一個(gè)或若干個(gè)電子有可能轉(zhuǎn)移到離核較遠(yuǎn)的軌道上去，該現(xiàn)象稱為激勵(lì)。電離能 使基態(tài)原子或分子中結(jié)合最松弛的那個(gè)電子電離出來(lái)所需要的最小能量稱為電離能。第67頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，

31、5月20日，8點(diǎn)12分，星期日碰撞電離電子獲得加速后和氣體分子碰撞時(shí)，把動(dòng)能傳給后者引起碰撞電離。電子在場(chǎng)強(qiáng)為E的電場(chǎng)中移過(guò)x距離時(shí)獲得的動(dòng)能為：式中 m電子的質(zhì)量； e電子的電荷量。第68頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日 如果W大于或等于氣體分子的電離能Wi，該電子就有足夠的能量完成碰撞電離。 由此可得碰撞電離時(shí)應(yīng)滿足以下條件：第69頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日x表示為使碰撞導(dǎo)致電離，帶電粒子在碰撞前必須行徑的距離（行程）。增大E可以減小x。第70頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日自由行程 概念:任一帶電質(zhì)點(diǎn)每?jī)?/p>

32、次碰撞之間自由地走過(guò)的距離稱為自由行程。 影響因素：和氣體的密度成反比。 電子和離子的自由行程比較：電子的平均自由行程比離子的大得多。正因?yàn)殡娮拥钠骄杂尚谐檀螅陔妶?chǎng)作用下加速運(yùn)動(dòng)時(shí)能積聚到足夠的動(dòng)能。 碰撞游離主要由電子和氣體分子碰撞所引起，離子和氣體分子碰撞使其游離的概率很小。第71頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日光電離頻率為v的光子的能量為產(chǎn)生光電離的條件應(yīng)為式中 h普朗克常數(shù)，h=6.6310-34Js=4.1310-15eVs式中 光的波長(zhǎng)，m； C光速，3108m/s； Wi氣體的電離能，eV。光子的來(lái)源：氣體中的光子可來(lái)源于外界，也可由氣體放電過(guò)程本身

33、產(chǎn)生。第72頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日熱電離 常溫下，氣體分子發(fā)生熱電離的概率極小。 高溫下，熱輻射光子的能量達(dá)到一定數(shù)值即可造成氣體的熱電離?？諝獾碾婋x度m與溫度的關(guān)系T10000K時(shí)，才考慮熱電離；T20000K時(shí)，幾乎所有分子都處于熱電離狀態(tài)。第73頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日熱電離概念：由氣體的熱狀態(tài)引起的碰撞游離過(guò)程稱為熱游離。實(shí)質(zhì)：熱游離是熱狀態(tài)下碰撞游離和光游離的綜合。第74頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日表面電離逸出功：從金屬電極表面發(fā)射電子需要的能量。 當(dāng)逸出功電離能時(shí)，陰極表面可在下列情

34、況下發(fā)生：正離子撞擊陰極表面光電子發(fā)射（短波光照射）熱電子發(fā)射強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)射第75頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日二、負(fù)離子的形成附著：當(dāng)電子與氣體分子碰撞時(shí)，不但有可能引起碰撞電離而產(chǎn)生出正離子和新電子，而且也可能會(huì)發(fā)生電子與中性分子相結(jié)合形成負(fù)離子的情況。 負(fù)離子的形成并未使氣體中帶電粒子的數(shù)目改變，但卻能使自由電子數(shù)減小，因而對(duì)氣體放電的發(fā)展起抑制作用。第76頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日三、帶電粒子的消失帶電粒子在電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下做定向運(yùn)動(dòng)，在到達(dá)電極時(shí)，消失于電極上形成外電路中的電流；帶電粒子因擴(kuò)散而逸出氣體放電空間；帶電粒子的復(fù)合。第7

35、7頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日復(fù)合：當(dāng)氣體中帶異號(hào)電荷的粒子相遇時(shí)，有可能發(fā)生電荷的傳遞與中和，這種現(xiàn)象稱為復(fù)合。 復(fù)合可能發(fā)生在電子和正離子之間，稱為電子復(fù)合，其結(jié)果是產(chǎn)生一個(gè)中性分子； 復(fù)合也可能發(fā)生在正離子和負(fù)離子之間，稱為離子復(fù)合，其結(jié)果是產(chǎn)生兩個(gè)中性分子。第78頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日小 結(jié)帶電粒子產(chǎn)生和消失的物理過(guò)程光電離熱電離碰撞電離電極表面電離負(fù)離子的形成 電子的附著形成負(fù)離子帶電粒子的消失第79頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日2.2 湯遜氣體放電理論電子崩的形成過(guò)程碰撞電離和電子崩引起的

36、電流碰撞電離系數(shù)第80頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日 氣體放電的現(xiàn)象與發(fā)展規(guī)律與氣體種類(lèi)、氣壓大小、氣隙的電場(chǎng)形式、電源容量等一系列因素有關(guān)。 但無(wú)論何種氣體放電都一定有一個(gè)電子碰撞導(dǎo)致電子崩的階段，它在所加電壓達(dá)到一定數(shù)值時(shí)出現(xiàn)。第81頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日各種高能輻射線（外界電離因子）引起：陰極表面光電離氣體中的空間光電離因此：空氣中存在一定濃度的帶電離子第82頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日?qǐng)D中為實(shí)驗(yàn)所得平板電極（均勻電場(chǎng)）氣體中的電流I與所加電壓的關(guān)系，即伏安特性第83頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，

37、5月20日，8點(diǎn)12分，星期日在曲線0a段，I隨U的提高而增大，這是由于電極空間的帶電粒子向電極運(yùn)動(dòng)加速而導(dǎo)致復(fù)合數(shù)的減少所致。第84頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日當(dāng)電壓接近Ua時(shí)，電流趨向于飽和值I0，因?yàn)檫@時(shí)外界電離因子所產(chǎn)生的帶電粒子幾乎能全部抵達(dá)電極，所以電流值僅取決于電離因子的強(qiáng)弱而與所加電壓無(wú)關(guān)。第85頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日當(dāng)電壓提高到Ub時(shí)，電流又開(kāi)始隨電壓的升高而增大，這是由于氣隙中出現(xiàn)碰撞電離和電子崩。第86頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日一、電子崩的形成 外界電離因子在陰極附近產(chǎn)生了一

38、個(gè)初始電子，如果空間電場(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)生一個(gè)新的電子，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)生更多電子。第87頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日 依此，電子將按照幾何級(jí)數(shù)不斷增多，類(lèi)似雪崩似地發(fā)展，這種急劇增大的空間電子流被稱為電子崩。第88頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日電子崩形成的電流 為了分析碰撞電離和電子崩引起的電流，引入：電子碰撞電離系數(shù) 。：表示一個(gè)電子沿電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)1cm的行程所完成的碰撞電離次數(shù)平均值。：一個(gè)正離子沿著電場(chǎng)方向行進(jìn)單位長(zhǎng)度后平均發(fā)生的碰撞電離次數(shù)。：折合到每

39、個(gè)碰撞陰極表面的正離子，使陰極金屬表面平均釋放出的自由電子數(shù)。第89頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日 如圖為平板電極氣隙，板內(nèi)電場(chǎng)均勻，設(shè)外界電離因子每秒鐘使陰極表面發(fā)射出來(lái)的初始電子數(shù)為n0。第90頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日 由于碰撞電離和電子崩的結(jié)果，在它們到達(dá)x處時(shí)，電子數(shù)已增加為n，這n個(gè)電子在dx的距離中又會(huì)產(chǎn)生dn個(gè)新電子。第91頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日根據(jù)碰撞電離系數(shù)的定義，可得積分后得第92頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日 在均勻電場(chǎng)中，氣隙中各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度相同

40、，為常數(shù)抵達(dá)陽(yáng)極的電子數(shù)應(yīng)為：新增加的電子數(shù)為第93頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日 將上式的等號(hào)兩側(cè)乘以電子的電荷qe，即得電流關(guān)系式 雖然電子崩電流按指數(shù)規(guī)律隨極間距離x而增大，但這時(shí)放電還不能自持，因?yàn)橐坏┦ネ忾g電離因子，電離電流即變?yōu)榱恪５?4頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日二、碰撞電離系數(shù)電子在單位距離內(nèi)產(chǎn)生碰撞的次數(shù)，等于電子平均自由行程的倒數(shù)1/。每次碰撞產(chǎn)生電離的概率，電子能量必須大于氣體分子的電離能Wi第95頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日電子實(shí)際自由形成長(zhǎng)度等于或大于xi的概率為所以第96頁(yè)，共

41、142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日三、自持放電當(dāng)氣隙電壓大于Uc時(shí)，電流I隨電壓U的增大不在遵循II0ex的規(guī)律，而是更快一些，這時(shí)又出現(xiàn)了促進(jìn)放電的新因素，這就是受正離子的影響。第97頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日自持放電的形成 在電場(chǎng)作用下，正離子向陰極運(yùn)定，由于它的平均自由行程較短，不易積累動(dòng)能，所以很難使氣體分子發(fā)生碰撞電離。 但當(dāng)正離子撞擊陰極表面時(shí)卻又可能引起表面電離而拉出電子，部分電子和正離子復(fù)合，其余部分則向著陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)和形成新的電子崩。第98頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日 如果電壓足夠大，初始電子崩中的正

42、離子在陰極上產(chǎn)生出來(lái)的新電子等于或大于n0，即使出去外界電離因子的作用，放電也不會(huì)停止。這就變成了自持放電。第99頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日自持放電的條件 ：一個(gè)正離子撞擊到陰極表面時(shí)產(chǎn)生出來(lái)的二次電子數(shù)：電子碰撞電離系數(shù)d：兩極板距離第100頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日自持放電的條件 利用高速示波器可以測(cè)出放電發(fā)展過(guò)程中的電流變化。電流的周期性變化說(shuō)明間隙中電離、陰極發(fā)射電子等一次次的循環(huán)。不滿足自持條件時(shí)的放電，電流逐步減為零，此時(shí)間隙中氣體未擊穿，仍保持絕緣狀態(tài)。第101頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期

43、日四、擊穿電壓與氣壓的關(guān)系式中：A為常數(shù)，P為氣壓因此式中由碰撞系數(shù)定義可知第102頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日由可得場(chǎng)強(qiáng)與電壓的關(guān)系為自持放電條件下空氣間隙擊穿電壓為第103頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日巴申定律巴申就從試驗(yàn)中得出：當(dāng)氣體和電極材料一定時(shí)，氣隙的擊穿電壓是氣體的相對(duì)密度和氣隙距離d乘積的函數(shù)，即巴申定理可以由湯遜理論來(lái)解釋，但是使用起來(lái)卻有很大的局限性，只能解釋d0.26cm的空氣間隙。第104頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日巴申定律自持放電需要達(dá)到一定的電離數(shù)ad，而這又決定于碰撞次數(shù)與電離

44、概率的乘積。d一定，P較小，則氣體密度小，碰撞機(jī)率較小，所以擊穿電壓較高。d一定，P增大時(shí)，氣體相對(duì)密度較大，碰撞機(jī)率增大，電子自由行程縮短，不易積累動(dòng)能，擊穿電壓升高。第105頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日湯遜放電理論的適用范圍湯遜放電理論的核心（1）碰撞電離（2）自持放電是氣體間隙擊穿的必要條件湯遜理論的適用范圍：均勻電場(chǎng)低氣壓短間隙第106頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日湯遜理論的局限性 （1）實(shí)際測(cè)得的大氣擊穿過(guò)程所需的時(shí)間比按湯遜理論計(jì)算的時(shí)間小得多(要小10100倍)。 （2）按湯遜理論，氣體間隙的放電與陰極材料有很大關(guān)系。而實(shí)

45、測(cè)的情況表明，大氣壓力下的氣體放電幾乎與陰極材料無(wú)關(guān)。 （3）按湯遜理論，氣體間隙的放電是均勻連續(xù)發(fā)展的，但在大氣中的氣體擊穿時(shí)，會(huì)出現(xiàn)有分枝的明亮通道（發(fā)光）。第107頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日湯遜放電理論的適用范圍高氣壓、長(zhǎng)間隙的放電現(xiàn)象無(wú)法用湯遜理論加以解釋（1）放電外形（2）放電時(shí)間（3）擊穿電壓（4）陰極材料的影響主要原因：沒(méi)有考慮電離出來(lái)的的空間電荷會(huì)使電場(chǎng)畸變沒(méi)有考慮光子在放電過(guò)程中的作用第108頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日2.3 流注放電理論1.空間電荷對(duì)電場(chǎng)的畸變電子崩中出現(xiàn)大量空間電荷，崩頭最前面集中著電子，其后

46、直到尾部是正離子。電子崩的電離過(guò)程集中于頭部，空間電荷的分布極不均勻電子崩頭部電離過(guò)程強(qiáng)烈，加上電場(chǎng)畸變，崩頭放射出大量光子。崩頭前后，電場(chǎng)增強(qiáng)，有利于激勵(lì)，反激勵(lì)過(guò)程又會(huì)釋放出光子。電子崩內(nèi)部電場(chǎng)大大削弱，有助于復(fù)合，同樣是釋放出光子。第109頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日2.流注的形成發(fā)展速度11082108cm/s放電的三個(gè)階段：電子崩流注主放電第110頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日負(fù)流注的形成 當(dāng)外加電壓比擊穿電壓還高時(shí)，電子崩不需經(jīng)過(guò)整個(gè)間隙，其頭部電離程度已足以形成流注。 發(fā)展速度 11082108cm/s第111頁(yè)，共142

47、頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日流注放電理論 關(guān)于氣體電擊穿機(jī)理的一種理論。由R.瑞特與J.M.米克于1937年提出。湯森理論奠定了氣體放電的理論基礎(chǔ)，但是隨著氣體放電研究的發(fā)展，有些現(xiàn)象只由湯森理論難以解釋，例如放電發(fā)展的速度比碰撞電離快，放電通道是不均勻的而呈折線形狀，因此需要尋求其他理論。流注理論就是在總結(jié)這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的基礎(chǔ)上形成的。 第112頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日流注放電理論 應(yīng)用流注理論描述放電過(guò)程。在外施電場(chǎng)作用下，電子崩由陰極向陽(yáng)極發(fā)展，由于氣體原子（或分子）的激勵(lì)、電離、復(fù)合等過(guò)程產(chǎn)生光電離，在電子崩附近由光電子引起新的子電子崩

48、,電子崩接近陽(yáng)極時(shí)，電離最強(qiáng),光輻射也強(qiáng)。光電子產(chǎn)生的子電子崩匯集到由陽(yáng)極生長(zhǎng)的放電通道，并幫助它的發(fā)展，形成由陽(yáng)極向陰極前進(jìn)的流注（正流注），流注的速度比碰撞電離快。同時(shí)，光輻射是指向各個(gè)方向的，光電子產(chǎn)生的地點(diǎn)也是隨機(jī)的，這說(shuō)明放電通道可能是曲折進(jìn)行的。 第113頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日流注放電理論 正流注達(dá)到陰極時(shí),正負(fù)電極之間形成一導(dǎo)電的通道，可以通過(guò)大的電流，使間隙擊穿。如果所加電壓超過(guò)臨界擊穿電壓（過(guò)電壓），電子崩電離加強(qiáng)，雖然電子崩還沒(méi)有發(fā)展到陽(yáng)極附近，但在間隙中部就可能產(chǎn)生許多光電子及子電子崩,它們匯集到主電子崩,加速放電的發(fā)展，增加放電通道的

49、電導(dǎo)率，形成由陰極發(fā)展的流注（負(fù)流注）。 第114頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日流注放電理論 瑞特和米克認(rèn)為，當(dāng)電子崩頭部的電場(chǎng)比外加電壓在間隙中形成的均勻電場(chǎng)更強(qiáng)時(shí)，電子崩附近電場(chǎng)嚴(yán)重畸變，電離劇烈，放電可以自行發(fā)展成流注，從而導(dǎo)致間隙擊穿。根據(jù)這一基本思想，他們進(jìn)行了理論推演。雖然他們計(jì)算電子崩頭部電場(chǎng)的方法不盡相同，推導(dǎo)出不同的計(jì)算擊穿電壓的方程，但是計(jì)算得到的擊穿電壓很相近，與試驗(yàn)比較相符。 20世紀(jì)60年代后期，納秒照相技術(shù)發(fā)展，使對(duì)放電通道的研究有了更深入的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)電子崩進(jìn)行到一定距離之后，放電通道分別向陽(yáng)極和陰極發(fā)展，其速度比電子崩快。 第115頁(yè)，

50、共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日形成流注的必要條件：電子崩發(fā)展到足夠的程度后，電子崩中的空間電荷足以使原電場(chǎng)明顯畸變，大大加強(qiáng)電子崩頭和尾部的電場(chǎng)；另一方面，電子崩中電荷密度很大，復(fù)合過(guò)程頻繁，放射出光子在這部分強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)很容易引發(fā)光電離。流注理論認(rèn)為：二次電子的主要來(lái)源是光電離第116頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日2.3 流注放電理論3.均勻電場(chǎng)中的自持放電條件 流注的形成直接取決于起始電子崩頭部的電荷數(shù)量，而電子崩頭部的電荷數(shù)量又主要取決于電子崩中全部電荷的數(shù)量eSeS常數(shù)（S）min20適用于不均勻電場(chǎng)第117頁(yè)，共142頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)12分，星期日2.4 電暈放電（）電暈現(xiàn)象： 極不均勻電場(chǎng)中，間隙中的最大場(chǎng)強(qiáng)與平均場(chǎng)強(qiáng)相差很大。距曲率大的電極越近，場(chǎng)強(qiáng)也越大。當(dāng)間隙