高電壓技術(shù)氣體放電的流注理論課件

第一章

氣體放電的基本物理過程第一章

氣體放電的基本物理過程第一節(jié)

帶電粒子的產(chǎn)生和消失第二節(jié)

電子崩第三節(jié)自持放電條件第四節(jié)起始電壓與氣壓的關(guān)系第五節(jié)氣體放電的流注理論電第六節(jié)不均勻電場中的放電過程第七節(jié)放電時(shí)間和沖擊電壓下的氣隙擊穿第八節(jié)沿面放電和污閃事故本章主要內(nèi)容第一節(jié)帶電粒子的產(chǎn)生和消失本章主要內(nèi)容湯遜理論的適用范圍⑴適用范圍均勻場、低氣壓、短氣隙［pd<36.66kPa·cm(20mmHg·cm)］⑵局限性pd較大時(shí)，解釋現(xiàn)象與實(shí)際不符放電外形湯遜理論解釋：放電外形均勻，如輝光放電；

pd大時(shí)的實(shí)際現(xiàn)象：外形不均勻，有細(xì)小分支；放電時(shí)間：Tpd大<<T湯遜擊穿電壓：Ub·pd大<<Ub·湯遜陰極材料影響湯遜理論解釋：陰極材料對放電有影響(γ過程）；

pd大時(shí)的實(shí)際現(xiàn)象：陰極材料對放電無影響；第五節(jié)氣體放電的流注理論湯遜理論的適用范圍⑴適用范圍均勻場、低氣壓、短氣隙［氣體擊穿的流注放電理論對象：工程上感興趣的壓力較高的氣體擊穿，比如雷電放電并不存在金屬電極，因而與陰極上的γ過程和二次電子發(fā)射根本無關(guān)。特點(diǎn)：認(rèn)為電子碰撞電離及空間光電離是維持自持放電的主要因素，并強(qiáng)調(diào)了空間電荷畸變電場（使原來均勻的電場變成了不均勻電場）的作用放電過程

電子崩階段流注階段氣體擊穿電離形成二次電子崩，等離子體空間電荷畸變外電場第五節(jié)氣體放電的流注理論返回氣體擊穿的流注放電理論對象：工程上感興趣的壓力較高的氣⒈流注理論中的電子崩過程⑴電子崩外形x-+電子崩外形好似球頭的錐體，空間電荷分布極不均勻，電子崩中的電子數(shù)：n＝eαxx(cm)0.20.30.40.50.60.70.80.91.0n92781245735220866341993059874例如，正常大氣條件下，若E＝30kV／cm，則α≈11cm-1，計(jì)算隨著電子崩向陽極推進(jìn)，崩頭中的電子數(shù)電子崩中空間電荷的濃度分布第五節(jié)氣體放電的流注理論返回⒈流注理論中的電子崩過程⑴電子崩外形x-+電子崩外形x(⑵空間電荷對原有電場的影響-+xx空間電荷的電場合成電場電子崩均勻電場E0電子崩頭部電場明顯增強(qiáng)，電離過程強(qiáng)烈，有利于發(fā)生分子和離子的激勵(lì)現(xiàn)象，當(dāng)它們回復(fù)到正常狀態(tài)時(shí)，發(fā)射出光子。崩頭內(nèi)部正負(fù)電荷區(qū)域電場大大削弱，但電子和正離子濃度卻是最大，有助于發(fā)生復(fù)合過程，發(fā)射出光子。大大加強(qiáng)了崩頭及崩尾的電場，削弱了崩頭內(nèi)正、負(fù)電荷區(qū)域之間的電場第五節(jié)氣體放電的流注理論⑵空間電荷對原有電場的影響-+xx空間電荷的電場合成電場⒉流注的形成流注—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）以及它們不斷匯入初崩通道的過程。1：主電子崩2：二次電子崩⑴二次電子崩的形成主崩走完整個(gè)間隙后，大密度的頭部正離子空間電荷大大加強(qiáng)了后部的電場，并向周圍放射出大量光子光子引起空間光電離，其中電子被主電子崩頭部的正空間電荷所吸引，在畸變而加強(qiáng)了的電場中，造成了新的電子崩，稱為二次電子崩光子第五節(jié)氣體放電的流注理論返回⒉流注的形成流注—電離強(qiáng)度和發(fā)展速度遠(yuǎn)大于初始電子崩的新放⑵正流注條件：當(dāng)外加電壓＝擊穿電壓二次電子崩中的電子進(jìn)入主電子崩頭部的正空間電荷區(qū)（電場強(qiáng)度較?。蠖嘈纬韶?fù)離子。大量的正、負(fù)帶電質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成了等離子體，這就是正流注①正流注體的形成1：主電子崩；2：二次電子崩；3：流注流注通道導(dǎo)電性良好，其頭部又是二次電子崩形成的正電荷，因此流注頭部前方出現(xiàn)了很強(qiáng)的電場第五節(jié)氣體放電的流注理論返回⑵正流注條件：當(dāng)外加電壓＝擊穿電壓二次電子崩中的電子進(jìn)入主②正流注向陰極推進(jìn)流注頭部的電離，放射出大量光子，繼續(xù)引起空間光電離。流注前方出現(xiàn)新的二次電子崩，它們被吸引向流注頭部，延長了流注通道流注不斷向陰極挺進(jìn)，且隨著流注接近陰極，其頭部電場越來越強(qiáng)，因而其發(fā)展也越來越快流注發(fā)展到陰極，間隙被導(dǎo)電良好的等離子通道所貫通，間隙的擊穿完成，這個(gè)電壓就是擊穿電壓第五節(jié)氣體放電的流注理論返回②正流注向陰極推進(jìn)流注頭部的電離，放射出大量光子，繼續(xù)引起⑶負(fù)流注1：主電子崩；2：二次電子崩；3：流注條件：當(dāng)外加電壓＞擊穿電壓電壓較低時(shí)，電子崩需經(jīng)過整個(gè)間隙才能積聚到足夠的電子數(shù)形成流注；電壓較高時(shí)，電子崩不需經(jīng)過整個(gè)間隙，其頭部電離程度已足以形成流注主電子崩頭部的電離很強(qiáng)烈，光子射到主崩前方，在前方產(chǎn)生新的電子崩，主崩頭部的電子和二次崩尾的正離子形成混合通道，形成向陽極推進(jìn)的流注，稱為負(fù)流注間隙中的正、負(fù)流注可以同時(shí)向兩極發(fā)展。第五節(jié)氣體放電的流注理論返回⑶負(fù)流注1：主電子崩；2：二次電子崩；3：流注條件：當(dāng)電子崩是沿著電力線直線發(fā)展，流注會(huì)出現(xiàn)曲折的分支電子崩可以同時(shí)有多個(gè)互不影響地向前發(fā)展湯遜放電是彌散的一片，流注放電有明亮的細(xì)通道第五節(jié)氣體放電的流注理論返回電子崩是沿著電力線直線發(fā)展，流注會(huì)出現(xiàn)曲折的分支第五節(jié)氣體⒊流注理論擊穿過程的總結(jié)由陽極向陰極(正流注)或由陰極向陽極(負(fù)流注)擊穿強(qiáng)電場作用下發(fā)生碰撞電離畸變電場發(fā)射光子流注高速的向電極挺進(jìn)電子崩氣隙間有效電子形成等離子通道（流注）產(chǎn)生新電子崩（二次崩）二次崩不斷匯入主崩第五節(jié)氣體放電的流注理論返回⒊流注理論擊穿過程的總結(jié)由陽極向陰極(正流注)或由陰極向陽⒋流注理論在均勻電場中的自持放電條件流注形成的條件就是自持放電條件初崩頭部空間電荷數(shù)必須達(dá)到某一臨界值既:eαd＝常數(shù)或αd＝常數(shù)（eαd為電子崩頭部的電子數(shù)）實(shí)驗(yàn)所得初崩頭部的電子數(shù)要達(dá)到108時(shí)，放電才能轉(zhuǎn)為自持。一旦形成流注，放電就進(jìn)入了新的階段，放電可以由本身產(chǎn)生的空間光電離而自行維持，即轉(zhuǎn)入自持放電；如果電場均勻，間隙就將被擊穿。所以流注形成的條件就是自持放電條件，在均勻電場中也就是導(dǎo)致?lián)舸┑臈l件。流注形成的條件第五節(jié)氣體放電的流注理論返回⒋流注理論在均勻電場中的自持放電條件流注形成的條件就是自持⒌流注理論對pd較大時(shí)放電現(xiàn)象的解釋⑴放電外形現(xiàn)象：

pd較大時(shí)，放電不均勻，有分支，有細(xì)小的通道解釋：二次電子崩在空間的形成和發(fā)展帶有統(tǒng)計(jì)性，所以火花通道常是曲折的，并帶有分枝⑵放電時(shí)間現(xiàn)象：

放電時(shí)間極短解釋：光子以光速傳播，所以流注發(fā)展速度極快，這就可以說明pd很大時(shí)放電時(shí)間特別短的現(xiàn)象⑶陰極材料的影響現(xiàn)象：

放電與陰極材料無關(guān)解釋：pd很大時(shí)，維持放電自持的是空間光電離，而不是陰極表面的電離過程返回第五節(jié)氣體放電的流注理論返回⒌流注理論對pd較大時(shí)放電現(xiàn)象的解釋⑴放電外形現(xiàn)象：第一章

氣體放電的基本物理過程第一章

氣體放電的基本物理過程第一節(jié)

帶電粒子的產(chǎn)生和消失第二節(jié)

電子崩第三節(jié)自持放電條件第四節(jié)起始電壓與氣壓的關(guān)系第五節(jié)氣體放電的流注理論電第六節(jié)不均勻電場中的放電過程第七節(jié)放電時(shí)間和沖擊電壓下的氣隙擊穿第八節(jié)沿面放電和污閃事故本章主要內(nèi)容第一節(jié)帶電粒子的產(chǎn)生和消失本章主要內(nèi)容湯遜理論的適用范圍⑴適用范圍均勻場、低氣壓、短氣隙［pd<36.66kPa·cm(20mmHg·cm)］⑵局限性pd較大時(shí)，解釋現(xiàn)象與實(shí)際不符放電外形湯遜理論解釋：放電外形均勻，如輝光放電；

pd大時(shí)的實(shí)際現(xiàn)象：外形不均勻，有細(xì)小分支；放電時(shí)間：Tpd大<<T湯遜擊穿電壓：Ub·pd大<<Ub·湯遜陰極材料影響湯遜理論解釋：陰極材料對放電有影響(γ過程）；

pd大時(shí)的實(shí)際現(xiàn)象：陰極材料對放電無影響；第五節(jié)氣體放電的流注理論湯遜理論的適用范圍⑴適用范圍均勻場、低氣壓、短氣隙［氣體擊穿的流注放電理論對象：工程上感興趣的壓力較高的氣體擊穿，比如雷電放電并不存在金屬電極，因而與陰極上的γ過程和二次電子發(fā)射根本無關(guān)。特點(diǎn)：認(rèn)為電子碰撞電離及空間光電離是維持自持放電的主要因素，并強(qiáng)調(diào)了空間電荷畸變電場（使原來均勻的電場變成了不均勻電場）的作用放電過程

電子崩階段流注階段氣體擊穿電離形成二次電子崩，等離子體空間電荷畸變外電場第五節(jié)氣體放電的流注理論返回氣體擊穿的流注放電理論對象：工程上感興趣的壓力較高的氣⒈流注理論中的電子崩過程⑴電子崩外形x-+電子崩外形好似球頭的錐體，空間電荷分布極不均勻，電子崩中的電子數(shù)：n＝eαxx(cm)0.20.30.40.50.60.70.80.91.0n92781245735220866341993059874例如，正常大氣條件下，若E＝30kV／cm，則α≈11cm-1，計(jì)算隨著電子崩向陽極推進(jìn)，崩頭中的電子數(shù)電子崩中空間電荷的濃度分布第五節(jié)氣體放電的流注理論返回⒈流注理論中的電子崩過程⑴電子崩外形x-+電子崩外形x(⑵空間電荷對原有電場的影響-+xx空間電荷的電場合成電場電子崩均勻電場E0電子崩頭部電場明顯增強(qiáng)，電離過程強(qiáng)烈，有利于發(fā)生分子和離子的激勵(lì)現(xiàn)象，當(dāng)它們回復(fù)到正常狀態(tài)時(shí)，發(fā)射出光子。崩頭內(nèi)部正負(fù)電荷區(qū)域電場大大削弱，但電子和正離子濃度卻是最大，有助于發(fā)生復(fù)合過程，發(fā)射出光子。大大加強(qiáng)了崩頭及崩尾的電場，削弱了崩頭內(nèi)正、負(fù)電荷區(qū)域之間的電場第五節(jié)氣體放電的流注理論⑵空間電荷對原有電場的影響-+xx空間電荷的電場合成電場⒉流注的形成流注—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）以及它們不斷匯入初崩通道的過程。1：主電子崩2：二次電子崩⑴二次電子崩的形成主崩走完整個(gè)間隙后，大密度的頭部正離子空間電荷大大加強(qiáng)了后部的電場，并向周圍放射出大量光子光子引起空間光電離，其中電子被主電子崩頭部的正空間電荷所吸引，在畸變而加強(qiáng)了的電場中，造成了新的電子崩，稱為二次電子崩光子第五節(jié)氣體放電的流注理論返回⒉流注的形成流注—電離強(qiáng)度和發(fā)展速度遠(yuǎn)大于初始電子崩的新放⑵正流注條件：當(dāng)外加電壓＝擊穿電壓二次電子崩中的電子進(jìn)入主電子崩頭部的正空間電荷區(qū)（電場強(qiáng)度較?。?，大多形成負(fù)離子。大量的正、負(fù)帶電質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成了等離子體，這就是正流注①正流注體的形成1：主電子崩；2：二次電子崩；3：流注流注通道導(dǎo)電性良好，其頭部又是二次電子崩形成的正電荷，因此流注頭部前方出現(xiàn)了很強(qiáng)的電場第五節(jié)氣體放電的流注理論返回⑵正流注條件：當(dāng)外加電壓＝擊穿電壓二次電子崩中的電子進(jìn)入主②正流注向陰極推進(jìn)流注頭部的電離，放射出大量光子，繼續(xù)引起空間光電離。流注前方出現(xiàn)新的二次電子崩，它們被吸引向流注頭部，延長了流注通道流注不斷向陰極挺進(jìn)，且隨著流注接近陰極，其頭部電場越來越強(qiáng)，因而其發(fā)展也越來越快流注發(fā)展到陰極，間隙被導(dǎo)電良好的等離子通道所貫通，間隙的擊穿完成，這個(gè)電壓就是擊穿電壓第五節(jié)氣體放電的流注理論返回②正流注向陰極推進(jìn)流注頭部的電離，放射出大量光子，繼續(xù)引起⑶負(fù)流注1：主電子崩；2：二次電子崩；3：流注條件：當(dāng)外加電壓＞擊穿電壓電壓較低時(shí)，電子崩需經(jīng)過整個(gè)間隙才能積聚到足夠的電子數(shù)形成流注；電壓較高時(shí)，電子崩不需經(jīng)過整個(gè)間隙，其頭部電離程度已足以形成流注主電子崩頭部的電離很強(qiáng)烈，光子射到主崩前方，在前方產(chǎn)生新的電子崩，主崩頭部的電子和二次崩尾的正離子形成混合通道，形成向陽極推進(jìn)的流注，稱為負(fù)流注間隙中的正、負(fù)流注可以同時(shí)向兩極發(fā)展。第五節(jié)氣體放電的流注理論返回⑶負(fù)流注1：主電子崩；2：二次電子崩；3：流注條件：當(dāng)電子崩是沿著電力線直線發(fā)展，流注會(huì)出現(xiàn)曲折的分支電子崩可以同時(shí)有多個(gè)互不影響地向前發(fā)展湯遜放電是彌散的一片，流注放電有明亮的細(xì)通道第五節(jié)氣體放電的流注理論返回電子崩是沿著電力線直線發(fā)展，流注會(huì)出現(xiàn)曲折的分支第五節(jié)氣體⒊流注理論擊穿過程的總結(jié)由陽極向陰極(正流注)或由陰極向陽極(負(fù)流注)擊穿強(qiáng)電場作用下發(fā)生碰撞電離畸變電場發(fā)射光子流注高速的向電極挺進(jìn)電子崩氣隙間有效電子形成等離子通道（流注）產(chǎn)生新電子崩（二次崩）二次崩