高電壓技術(shù)課件第二章課件

第二章氣體放電的物理過程

氣體放電

研究在電場作用下，氣體間隙中帶電粒子的形成和運動過程氣隙中帶電粒子是如何形成的氣隙中的導電通道是如何形成的氣隙中導電通道形成后是如何維持持續(xù)放電的內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系主要內(nèi)容

氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生和消失氣體放電機理電暈放電不均勻電場中氣體擊穿的發(fā)展過程雷電放電內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系電介質(zhì)的極化特點

電子位移極化

時間短，不引起能量損耗，在所有的電介質(zhì)內(nèi)都存在與溫度無關(guān)離子位移極化

時間較短，有極微量的能量損耗，在離子結(jié)合成的介質(zhì)內(nèi)，溫度升高極化率增大轉(zhuǎn)向極化

時間較長，伴有能量損耗，在極性電介質(zhì)，受溫度影響空間電荷極化

時間緩慢，伴隨能量損耗，帶電質(zhì)點（電子或正、負離子）的在層式結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)中移動形成內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系名詞解釋

激勵電離電子平均自由行程復合電子崩內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系原子激勵

原子能級以電子伏為單位1eV＝1V×1.6×10-19C＝1.6×10-19J原子激勵原子在外界因素作用下，其電子躍遷到能量較高的狀態(tài)，所需能量稱為激勵能We，原子處于激勵態(tài)激勵狀態(tài)恢復到正常狀態(tài)時，輻射出相應(yīng)能量的光子，光子（光輻射）的頻率υ，h普朗克常數(shù)

We=υh內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系原子激勵

原子處于激勵態(tài)的平均壽命只有10-7~10-8秒激勵電位：Ue=We/e幾種氣體和金屬蒸汽的第一激勵電位N：6.3V，N2：6.1VO：9.1V,，O2：沒有原子具有亞穩(wěn)激勵態(tài)，其壽命長10-4~10-2秒內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系質(zhì)點的平均自由行程

自由行程一個質(zhì)點在與氣體分子相鄰兩次碰撞之間自由地通過的行程平均自由行程（λ）自由行程具有統(tǒng)計性，λ定義為質(zhì)點自由行程的平均值內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系第一節(jié)氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生和消失

氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生（一）氣體分子本身的電離，可由下列因素引起：（1）電子或正離子與氣體分子的碰撞電離（2）各種光輻射（光電離）（3）高溫下氣體中的熱能（熱電離）（4）負離子的形成（二）氣體中的固體或液體金屬的表面電離內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系1、碰撞電離（撞擊電離）

必要條件：撞擊質(zhì)點所具有的總能量（包括動能和勢能）大于被撞擊質(zhì)點在該種狀態(tài)下所需的電離能需要一定的相互用用的時間和條件僅考慮動能，在電場作用下，撞擊質(zhì)點被加速而獲得動能。將可能引起碰撞電離的條件內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系1、碰撞電離（撞擊電離）

碰撞電離的形成與電場強度和平均自由行程的大小有關(guān)氣體放電中，碰撞電離主要是電子和氣體分子碰撞而引起的內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系2、光電離

光輻射引起的氣體分子的電離過程稱為光電離自然界、人為照射、氣體放電過程。光子能量滿足下面條件，將引起光電離，分解成電子（光電子）和正離子光輻射能夠引起光電離的臨界波長（即最大波長）：內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系2、光電離

銫蒸汽的電離電位最小（3.88V），產(chǎn)生直接光電離的波長應(yīng)小于318nm（紫外）對所有氣體來說，在可見光（400～750nm）的作用下，一般是不能發(fā)生直接光電離的分級電離（先激勵，再電離）光電離在氣體放電中起重要作用反激勵、復合釋放具有一定能量的光子(具有較大的初始速度)內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系3、熱電離

熱電離實質(zhì)上是熱狀態(tài)下碰撞電離和光電離的綜合例如：發(fā)生電弧放電時，氣體溫度可達數(shù)千度，氣體分子動能就足以導致發(fā)生明顯的碰撞電離，高溫下高能熱輻射光子也能造成氣體的電離內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系4、負離子的形成

有時電子和氣體分子碰撞非但沒有電離出新電子，反而是碰撞電子附著分子，形成了負離子形成負離子時可釋放出能量有些氣體容易形成負離子，稱為電負性氣體（如氧、氟、氯等），SF6在工業(yè)上有典型應(yīng)用負離子的形成起著阻礙放電的作用內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系光電效應(yīng)金屬表面受到短波光的照射。同樣的光輻射引起的電極表面電離要比引起空間光電離強烈得多強場放射（冷放射）當陰極附近所加外電場足夠強時，可使陰極發(fā)射出電子。場強在106V/cm左右，一般氣體擊穿場強遠低于此值此情況會出現(xiàn)在高氣壓間隙和高真空間隙放電中熱電子放射當陰極被加熱到很高溫度時，其中的電子獲得巨大動能，逸出金屬表面對于某些電弧放電的過程有重要的意義內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系正離子碰撞陰極正離子碰撞陰極時把能量（主要是勢能）傳遞給金屬中的電子，使其逸出金屬正離子必須碰撞出一個以上電子時才能產(chǎn)生自由電子正離子與電子復合時發(fā)出的勢能起作用逸出的電子有一個和正離子結(jié)合成為原子，其余的成為自由電子內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系1.帶電質(zhì)點電場作用下流入電極并中和電量帶電質(zhì)點產(chǎn)生以后，在外電場作用下將作定向運動，形成電流：帶電質(zhì)點在一定的電場強度下運動達到某種穩(wěn)定狀態(tài)，保持平均速度，即上述的帶電質(zhì)點的驅(qū)引速度電子遷移率比離子遷移率大兩個數(shù)量級內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系2、帶電質(zhì)點的擴散

帶電質(zhì)點的擴散是由于熱運動造成，帶電質(zhì)點的擴散規(guī)律和氣體的擴散規(guī)律相似氣體中帶電質(zhì)點的擴散和氣體狀態(tài)有關(guān)，氣體壓力越高或者溫度越低，擴散過程也就越弱電子的質(zhì)量遠小于離子，所以電子的熱運動速度很高，它在熱運動中受到的碰撞也較少，因此，電子的擴散過程比離子的要強得多內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系3、帶電質(zhì)點的復合

正離子和負離子或電子相遇，發(fā)生電荷的傳遞而互相中和、還原為分子的過程在帶電質(zhì)點的復合過程中會發(fā)生光輻射，這種光輻射在一定條件下又成為導致電離的因素參與復合的質(zhì)點的相對速度愈大，復合概率愈小。通常放電過程中離子間的復合更為重要帶電質(zhì)點濃度越大，復合速度越大，強烈的電離區(qū)也是強烈的復合區(qū)內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系1、電場作用下氣體中帶電質(zhì)點的運動

帶電質(zhì)點產(chǎn)生以后，在外電場作用下將作定向運動，形成電流：帶電質(zhì)點在一定的電場強度下運動達到某種穩(wěn)定狀態(tài)，保持平均速度，即上述的帶電質(zhì)點的驅(qū)引速度電子遷移率比離子遷移率大兩個數(shù)量級內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系2、帶電質(zhì)點的擴散

帶電質(zhì)點的擴散是由于熱運動造成，帶電質(zhì)點的擴散規(guī)律和氣體的擴散規(guī)律相似氣體中帶電質(zhì)點的擴散和氣體狀態(tài)有關(guān)，氣體壓力越高或者溫度越低，擴散過程也就越弱電子的質(zhì)量遠小于離子，所以電子的熱運動速度很高，它在熱運動中受到的碰撞也較少，因此，電子的擴散過程比離子的要強得多內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系3、帶電質(zhì)點的復合

正離子和負離子或電子相遇，發(fā)生電荷的傳遞而互相中和、還原為分子的過程在帶電質(zhì)點的復合過程中會發(fā)生光輻射，這種光輻射在一定條件下又成為導致電離的因素參與復合的質(zhì)點的相對速度愈大，復合概率愈小。通常放電過程中離子間的復合更為重要帶電質(zhì)點濃度越大，復合速度越大，強烈的電離區(qū)也是強烈的復合區(qū)內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系第二節(jié)氣體放電機理

氣體放電的主要形式非自持放電和自持放電湯森德氣體放電理論流注放電理論內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系第二節(jié)氣體放電機理

1、氣體放電的主要形式外電離因數(shù)：宇宙線、地面上的放射性輻射、太陽光中的紫外線等1cm3氣體介質(zhì)中每秒產(chǎn)生一對離子，達到平衡狀態(tài)，離子濃度約為500~1000對/cm3內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系非自持放電

外施電壓小于U0時，間隙電流遠小于微安級，此階段氣體絕緣性能完好電流要依靠外電離因素來維持。如果取消外電離因素，那么電流也將消失U0以前的放電形式稱為非自持放電內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系自持放電

當電壓達到U0后，氣體中發(fā)生了強烈的電離，電產(chǎn)生電子崩，電流劇增氣體中電離過程只靠電場作用可自行維持，不再需要外電離因素了U0以后的放電形式稱為自持放電內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系非自持放電和自持放電由非持放電轉(zhuǎn)入自持放電的電場強稱為臨界場強(Ecr)，相應(yīng)的電壓稱為臨界電壓(Ucr)如電場比較均勻，則間隙將被擊穿，此后根據(jù)氣壓、外回路阻抗等條件形成輝光放電、火花放電或電弧放電，而間隙的擊穿電壓Ub也就是形成自持放電的臨界電壓Ucr如電場極不均勻，則當放電由非自持轉(zhuǎn)入自持時，在大曲率電極表面電場集中的區(qū)域發(fā)生電暈放電，這時臨界電壓是間隙的電暈起始電壓，而擊穿電壓可能比起始電壓高很多內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系1、氣體放電的主要形式根據(jù)氣體壓力、電源功率、電極形狀等因素的不同，擊穿后氣體放電可具有多種不同形式。利用放電管可以觀察放電現(xiàn)象的變化內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系

輝光放電電弧放電火花放電電暈放電刷狀放電輝光放電

當氣體壓力不大，電源功率很小（放電回路中串入很大阻抗）時，外施電壓增到一定值后，回路中電流突增至明顯數(shù)值，管內(nèi)陰極和陽極間整個空間忽然出現(xiàn)發(fā)光現(xiàn)象特點是放電電流密度較小，放電區(qū)域通常占據(jù)了整個電極間的空間。霓虹管中的放電就是輝光放電的例子，管中所充氣體不同，發(fā)光顏色也不同內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系火花放電

在較高氣壓（例如大氣壓力）下，擊穿后總是形成收細的發(fā)光放電通道，而不再擴散于間隙中的整個空間。當外回路中阻抗很大，限制了放電電流時，電極間出現(xiàn)貫通兩極的斷續(xù)的明亮細火花火花放電的特征是具有收細的通道形式，并且放電過程不穩(wěn)定內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系電弧放電

減小外回路中的阻抗，則電流增大，電流增大到一定值后，放電通道收細，且越來越明亮，管端電壓則更加降低，說明通道的電導越來越大電弧通道和電極的溫度都很高，電流密度極大，電路具有短路的特征內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系電暈放電

電極曲率半徑很小或電極間距離很遠（電場極不均勻），當電壓升高到一定值后，首先在緊貼電極電場最強處出現(xiàn)發(fā)光層，回路中出現(xiàn)用一般儀表即可察覺的電流。隨著電壓升高，發(fā)光層擴大，放電電流也逐漸增大發(fā)生電暈放電時，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內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系刷狀放電

電極間距較大、電場極不均勻情況下，如電壓繼續(xù)升高，從電暈電極伸展出許多較明亮的細線狀光束，稱為刷狀放電電壓再升高，根據(jù)電源功率而轉(zhuǎn)入火花放電或電弧放電，最后整個間隙被擊穿電場稍不均勻則可能不出現(xiàn)刷狀放電，而由電暈放電直接轉(zhuǎn)入擊穿內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系2、湯森德氣體放電理論

湯森德（Townsend）放電理論流注（Streamer）放電理論這兩種理論互相補充，可以說明廣闊的δ?S（δ為氣體的相對密度，以標準大氣條件下的大氣密度為基準；S為氣隙距離）范圍內(nèi)氣體放電的現(xiàn)象內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系2、湯森德氣體放電理論

α過程（電子崩的形成）γ過程自持放電條件α過程和γ過程同時作用產(chǎn)生的電流擊穿電壓、帕邢定律湯森德放電理論的適用范圍內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系2、湯森德氣體放電理論20世紀初，湯森德根據(jù)大量的試驗研究結(jié)果，提出了較均勻電場和δ?S較小時氣體放電理論理論認為，電子的碰撞電離和正離子撞擊陰極造成的表面電離起主要作用提出氣隙放電電流和擊穿電壓的計算公式內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系α過程（電子崩的形成）

一個起始電子自電場獲得動能后，會碰撞電離出一個第二代電子這兩個電子作為新的第一代電子，又將電離出新的第二代電子，這時空間已存在四個自由電子這樣一代一代不斷增加的過程，會使電子數(shù)目迅速增加，如同冰山上發(fā)生雪崩一樣，形成了電子崩內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系電子崩內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系α過程α電離系數(shù)定義：一個電子沿著電場方向行經(jīng)1cm長度，與氣體分子發(fā)生碰撞所產(chǎn)生的自由電子數(shù)α即是一個電子在單位長度行程內(nèi)新電離出的電子數(shù)或正離子數(shù)內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系α過程設(shè)：在外電離因素光輻射的作用下，單位時間內(nèi)陰極單位面積產(chǎn)生n0個電子在距離陰極為x的橫截面上，

單位時間內(nèi)單位面積有n

個電子飛過這n個電子行過dx之后，又會產(chǎn)生dn個新的電子dn=nαdx將此式積分，可得電子的增長規(guī)律為內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系α過程對于均勻電場，α不隨空間位置而變相應(yīng)的電子電流增長規(guī)律為令x=S，得進入陽極的電子電流，即外回路中的電流內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系γ過程

正離子在間隙中造成的空間電離過程不可能具有顯著作用，一般不考慮β過程正離子向陰極移動，依靠它所具有的動能及位能，在撞擊陰極時能引起表面電離，使陰極釋放出自由電子γ電離系數(shù)定義一個正離子碰撞到陰極表面時使陰極金屬表面平均釋放出的自由電子數(shù)內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系γ過程從陰極飛出n0個電子，到達陽極后電子數(shù)將增加為正離子數(shù)為正離子到達陰極，從陰極電離出的電子數(shù)為內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系自持放電條件設(shè)＝1放電有非自持轉(zhuǎn)入自持的條件為在均勻電場中，這也就是間隙擊穿的條件，上式具有清楚的物理意義內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系當自持放電條件得到滿足時，就會形成圖解中閉環(huán)部分所

示的循環(huán)不息的狀態(tài)，放電就能自己維持下去內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系α過程和γ過程同時作用產(chǎn)生的電流設(shè)：n0表示在外電離因素作用下單位時間內(nèi)陰極單位面積產(chǎn)生的電子數(shù)Δn表示單位時間內(nèi)陰極單位面積由于γ過程產(chǎn)生的電子數(shù)則單位時間內(nèi)陰極單位面積上產(chǎn)生的電子總數(shù)從陰極出來的電子到達陽極后，電子數(shù)na成為內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系α過程和γ過程同時作用產(chǎn)生的電流產(chǎn)生的正離子數(shù)為陰極金屬平均釋放出的電子數(shù)得回路電流放電自持的條件為內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系擊穿電壓、帕邢定律擊穿電壓：根據(jù)自持放電條件推導擊穿電壓設(shè)電子在均勻電場中行經(jīng)距離x而未發(fā)生碰撞，電子從電場獲得的能量為eEx，電子如要能夠引起碰撞電離，必須滿足條件eEx≥Wi或Ex≥

Ui只有那些自由行程超過xi＝Ui／E的電子，才能與分子發(fā)生碰撞電離。若電子的平均自由行程為λe，自由行程大于xi的概率為內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系擊穿電壓、帕邢定律在lcm長度內(nèi)，一個電子的平均碰撞次數(shù)為l/λe是一個電子自由行程超過xi而發(fā)生的碰撞數(shù)，即碰撞電離次數(shù)根據(jù)系數(shù)α定義，有并令AUi＝B，可得內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系擊穿電壓、帕邢定律將α的計算式代入自持放電條件得到擊穿電壓Ub結(jié)論：均勻電場中氣體的擊穿電壓Ub是氣體相對密度和電極間距離的乘積δS的函數(shù)內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系擊穿電壓、帕邢定律系數(shù)A及B和溫度有關(guān)。當氣體溫度不變時擊穿電壓Ub溫度不變時，均勻電場中氣體的擊穿電壓Ub是氣體壓力和電極間距離的乘積pS的函數(shù)內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系大量的試驗證明，在δ?S較小的情況下，氣體的擊穿電壓與δ?S具有有穩(wěn)定的關(guān)系，計算值與實驗值較吻合試驗證明，在δ?S較小的情況下，擊穿電壓受γ（陰極材料）的影響內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系擊穿電壓、帕邢定律帕邢（Paschen）定律內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系擊穿電壓與δ?S的規(guī)律在湯遜碰撞電離學說提出之前，帕邢已從實驗中總結(jié)出來了，湯遜理論從理論上解釋了試驗結(jié)果帕邢定律從試驗曲線上可以看出，存在一個最小值氣壓很小時，氣體稀薄，雖然電子自由程大，可以得到足夠的動能，但碰撞總數(shù)小，所以擊穿電壓升高氣體增大時，電子自由程變小，得到的動能減小，所以擊穿電壓升高?？傆幸粋€氣壓對碰撞電離最有利，此時擊穿電壓最小內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系湯森德放電理論的適用范圍湯遜氣體放電模型只適用于δ?S較小的情況當δ?S過小或過大時，放電機理會出現(xiàn)變化例如δ?S極小時（氣壓極低時），電子的自由程遠大于間隙距離，碰撞電離不可能發(fā)生，按湯遜理論擊穿電壓應(yīng)無限大。事實上場致發(fā)射在真空中起作用例如電力工程上經(jīng)常接觸到的是氣壓較高的情況（從一個大氣壓到數(shù)十個大氣壓），間隙距離通常也很大，氣體擊穿的很多實驗現(xiàn)象和電壓值都無法在湯森德理論中得到解釋內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系兩者間的主要差異如下：1.放電外形湯森德：均勻連續(xù)，如輝光放電大氣壓：分枝的明細通道2.放電時間火花放電時間的實測值比湯森德理論的計算值（正離子到達陰極造成二次電子所用時間）要小得多內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系3.擊穿電壓湯森德自持放電條件求得的擊穿電壓和大氣壓實驗值有很大出入4.陰極材料的影響湯森德：和陰極材料有關(guān)大氣壓：實測擊穿電壓和陰極材料無關(guān)大氣壓下氣體放電有新的機制內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系3、流注放電理論

對象：工程上感興趣的壓力較高的氣體擊穿，如大氣壓力下空氣的擊穿特點：認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，并強調(diào)了空間電荷畸變電場的作用通過大量的實驗研究（主要在電離室中進行的）說明放電發(fā)展的機理內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系電離室內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系3、流注放電理論

電子崩階段空間電荷畸變外電場流注階段電離形成二次電子崩，等離子體自持放電條件流注理論對δS較大時放電現(xiàn)象的解釋內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系電子崩階段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)：例如，正常大氣條件下，若E＝30kV／cm，則α≈11cm-1，計算隨著電子崩向陽極推進，崩頭中的電子數(shù)內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系空間電荷畸變了外電場大大加強了崩頭及崩尾的電場，削弱了崩頭內(nèi)正、負電荷區(qū)域之間的電場內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系電子崩頭部電場明顯增強，電離過程強烈，有利于發(fā)生分子和離子的激勵現(xiàn)象，當它們回復到正常狀態(tài)時，發(fā)射出光子崩頭內(nèi)部正負電荷區(qū)域電場大大削弱，有助于發(fā)生復合過程，發(fā)射出光子流注階段光電離、二次崩電子崩走完整個間隙后,大密度的頭部正離子空間電荷大大加強了后部的電場，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，在受到畸變而加強了的電場中，造成了新的電子崩，稱為二次電子崩內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系正流注的形成（外加電壓等于擊穿電壓時）二次電子崩中的電子進入主電子崩頭部的正空間電荷區(qū)（電場強度較?。蠖嘈纬韶撾x子。大量的正、負帶電質(zhì)點構(gòu)成了等離子體，這就是正流注流注通道導電性良好，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)了很強的電場內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系正流注向陰極推進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，且隨著流注接近陰極，其頭部電場越來越強，因而其發(fā)展也越來越快流注發(fā)展到陰極，間隙被導電良好的等離子通道所貫通，間隙的擊穿完成，這個電壓就是擊穿電壓內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系流注條件流注的特點是電離強度很大和傳播速度很快，出現(xiàn)流注后，放電便獲得獨立繼續(xù)發(fā)展的能力，而不再依賴外界電離因子的作用，可見這時出現(xiàn)流注的條件也就是自持放電的條件。流注時初崩頭部的空間電荷必須達到某一個臨界值。對均勻電場來說，自持放電條件為：常數(shù)常數(shù)或內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系實驗研究所得出的常數(shù)值為：或可見初崩頭部的電子數(shù)要達到108時，放電才能轉(zhuǎn)為自持，出現(xiàn)流注。負流注的形成（電壓高于擊穿電壓）電壓較低時，電子崩需經(jīng)過整個間隙才形成流注，電壓較高時，電子崩不需經(jīng)過整個間隙，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，形成向陽極推進的流注，稱為負流注間隙中的正、負流注可以同時向兩極發(fā)展。內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系正流注的分支（高電壓時）

在較高電壓下，正流注的發(fā)展可能出現(xiàn)分支均勻電場中形成流注的機制：初始電子崩頭部的電荷必須積累到一定的程度，使電場畸變并加強到一定程度，已造成足夠的空間光電離內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系試驗測量結(jié)果：電子崩電子崩在空氣中的發(fā)展速度約為1.25×107cm/s內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系試驗測量結(jié)果：正流注在電離室中得到的陽極流注發(fā)展過段的照片正流注的發(fā)展速度約為1×108～2×108cm/s內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系試驗測量結(jié)果

電子崩是沿著電力線直線發(fā)展，流注會出現(xiàn)曲折的分支電子崩可以同時有多個互不影響地向前發(fā)展當某個流注由于偶然的原因向前發(fā)展得更快時，其周圍的流注會受到抑制湯森德放電是彌散的一片，流注放電有明亮的細通道內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系3、流注放電理論自持放電條件一旦形成流注，放電就進入了新的階段，放電可以由本身產(chǎn)生的空間光電離而自行維持，即轉(zhuǎn)入自持放電了如果電場均勻，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致?lián)舸┑臈l件內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系流注理論對δS較大時放電現(xiàn)象的解釋

放電外形：δS較大時，放電具有通道形式流注中電荷密度很大，電導很大，其中電場強度很小。因此流注出現(xiàn)后，對周圍空間內(nèi)的電場有屏蔽作用，并且隨著其向前發(fā)展而更為增強當某個流注由于偶然原因發(fā)展更快時，將抑制其它流注的形成和發(fā)展，并且隨著流注向前推進而越來越強烈內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系二次電子崩在空間的形成和發(fā)展帶有統(tǒng)計性，所以火花通道常是曲折的，并帶有分枝電子崩則不然，由于其中電荷密度較小，故電場強度還很大，因而不致影響到鄰近空間內(nèi)的電場，所以不會影響其它電子崩的發(fā)展，如圖所示。這就可以說明，湯遜放電呈連續(xù)一片內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系流注理論對δS很大時放電現(xiàn)象的解釋

放電時間光子以光速傳播，所以流注發(fā)展速度極快，這就可以說明δS很大時放電時間特別短的現(xiàn)象陰極材料的影響根據(jù)流注理論，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，這可說明為何很大δS下?lián)舸╇妷汉完帢O材料基本無關(guān)了內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系流注理論現(xiàn)存的問題

只有放電的定性描述，沒有定量描述缺少數(shù)學模型太依賴于實驗小結(jié)（本節(jié)完）流注理論考慮了以下因素空間電荷對原有電場的影響空間光電離的作用流注理論適用于高氣壓、長氣隙下的放電內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系第三節(jié)電暈放電

1.發(fā)生電暈放電現(xiàn)象的條件2.電暈放電效應(yīng)3.對工程實踐的重要意義內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系不均勻系數(shù)f

引入電場不均勻系數(shù)f表示各種結(jié)構(gòu)的電場的均勻程度f<2，稍不均勻電場f>4，極不均勻電場內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系1、發(fā)生電暈放電現(xiàn)象的條件電場比較均勻的情況放電達到自持時，α在整個間隙中部巳達到相當數(shù)值。這時和均勻電場中情況類似電場不均勻程度增加但仍比較均勻的情況大曲率電極附近α達到足夠數(shù)值，間隙中很大一部分區(qū)域α也都已達相當數(shù)值，流注一經(jīng)產(chǎn)生，隨即發(fā)展至貫通整個間隙，導致間隙完全擊穿內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系1、發(fā)生電暈放電現(xiàn)象的條件電場極不均勻的情況大曲率電極附近很小范圍內(nèi)α已達相當數(shù)值時，間隙中大部分區(qū)域值α都仍然很小，放電達到自持放電后，間隙沒有擊穿電場越不均勻，擊穿電壓和電暈起始電壓間的差別也越大局部強場區(qū)的放電過程造成------自持放電內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系2、電暈放電的效應(yīng)

咝咝的聲音、臭氧的氣味、電極附近空間藍色的暈光化學反應(yīng)產(chǎn)生新物質(zhì)回路電流明顯增加(絕對值仍很小)，可以測量到能量損失產(chǎn)生高頻脈沖電流-----干擾源內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系高頻脈沖電流尖極為負的電暈1.到一定值時，有規(guī)律的重復電流脈沖，平均電流為μA2.升高脈沖幅值基本不變，頻率增高，平均電流增大3.再升高，電暈電流為持續(xù)電流，平均值繼續(xù)增大4.繼續(xù)升高，出現(xiàn)不規(guī)則的電流脈沖，幅值大得多---流注型(a)時間刻度T=125μs(b)0.7μA電暈電流平均值(c)2μA電暈電流平均值內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系高頻脈沖電流

尖極為正的電暈1.電壓達到一定值，電暈電流為無規(guī)律的重復電流脈沖2.電壓升高，脈沖特性愈來愈不顯著，電暈電流轉(zhuǎn)變?yōu)槌掷m(xù)電流3.電壓繼續(xù)升高，出現(xiàn)幅值大得多的不規(guī)則的流注型電暈電流脈沖內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系2、電暈放電的效應(yīng)

對工程實踐有重要意義不利影響：能量損失；放電脈沖引起的高頻電磁波干擾；化學反應(yīng)引起的腐蝕作用等有利方面：電暈可削弱輸電線上雷電沖擊電壓波的幅值及陡度；利用電暈放電改善電場分布，提高擊穿電壓；利用電暈放電除塵等內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系3、直流輸電線上的電暈

單導線表面電暈的臨界場強皮克實驗：同心圓筒r0：起暈導線的半徑，cm：空氣的相對密度適用導線與平行平面電極之間的電暈放電內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系3、直流輸電線上的電暈

雙平行導線表面電暈的臨界場強皮克實驗Ucor：導線相對零電位平面的電壓2H：兩平行起暈導線間的距離，cm雙平行導線的起暈電壓比單導線的要低，原因：導線周圍空間電荷對電場的影響內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系3、交流輸電線上的電暈

單導線表面電暈的臨界場強皮克實驗r0：起暈導線的半徑，δ：空氣的相對密度；m1：氣象系數(shù)，0.8-1.0m2

：導線表面狀態(tài)系數(shù)，0.8-1.0內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系3、交流輸電線上的電暈

三相導線對稱排列，導線表面電暈的臨界場強r0：起暈導線的半徑，δ：空氣的相對密度；m1：氣象系數(shù)，0.8-1.0m2

：導線表面狀態(tài)系數(shù)，0.8-1.0內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系第四節(jié)不均勻電場中氣體擊穿的發(fā)展過程

1.短間隙的放電過程2.長間隙的放電過程內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系1、極不均勻電場中的放電過程（短間隙）

非自持放電階段流注發(fā)展階段內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系1、極不均勻電場中的放電過程（短間隙）

以棒－板間隙為例非自持放電階段當棒具有正極性時在棒極附近，積聚起正空間電荷，減少了緊貼棒極附近的電場，而略微加強了外部空間的電場，棒極附近難以造成流注，使得自持放電、即電暈放電難以形成Eex—外電場Esp—空間電荷的電場內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系當棒具有負極性時電子崩中電子離開強電場區(qū)后，不再引起電離，正離子逐漸向棒極運動，在棒極附近出現(xiàn)了比較集中的正空間電荷，使電場畸變棒極附近的電場得到增強，因而自待放電條件就易于得到滿足、易于轉(zhuǎn)入流注而形成電暈放電Eex—外電場Esp—空間電荷的電場內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系實驗表明：棒—板間隙中棒為正極性時電暈起始電壓比負極性時略高極性效應(yīng)

內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系當棒具有正極性時電子崩進入棒電極，正電荷留在棒尖加強了前方（板極方向）的電場（曲線2）電場的加強對形成流注發(fā)展有利。頭部前方產(chǎn)生新電子崩，吸引入流注頭部正電荷區(qū)內(nèi)，加強并延長流注通道流注及其頭部的正電荷使強電場區(qū)更向前移（曲線3），促進流注通道進一步發(fā)展，逐漸向陰極推進，形成正流注流注發(fā)展階段內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系當棒具有負極性時電子崩由強場區(qū)向弱場區(qū)發(fā)展，對電子崩發(fā)展不利。棒極前的正電荷區(qū)消弱了前方（陽極方向）空間的電場，使流注發(fā)展不利（曲線2）等離子體層前方電場足夠強后，發(fā)展新電子崩，形成了大量二次電子崩，匯集起來后使得等離子體層向陽極推進，形成負流注內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系實驗表明：棒—板間隙中棒為負極性時擊穿電壓比正極性時高極性效應(yīng)

內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系外電壓較低時，流注通道深入間隙一段距離后，就停止不前了，形成電暈放電或刷狀放電外電壓足夠高時，流注通道將一直達到另一電極，從而導致間隙完全擊穿放電進一步發(fā)展

內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系非自持放電階段流注發(fā)展階段先導放電??熱電離過程主放電階段2、極不均勻電場中的放電過程（長間隙）

內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系先導通道流注通道發(fā)展到足夠的長度后，將有較多的電子循通道流向電極，通過通道根部的電子最多，于是流注根部溫度升高，出現(xiàn)了熱電離過程,這個具有熱電離過程的通道稱為先導通道先導放電內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系負棒—正板，正空間電荷大大加強棒極附近原已很強的電場，該區(qū)域發(fā)生強烈的電離，高場強和大電流密度，使棒極附近產(chǎn)生熱電離，形成負先導負空間電荷在通道前端形成反向電場—電場屏蔽，屏蔽減弱后，發(fā)展新負流注、新負先導，因此，負先導具有分級的特性前伸的平均速度是正先導的1/5~1/3負先導

內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系條件：上電極為正先導，下電極的幾何結(jié)構(gòu)能提供局部強場上電極為負先導，下電極的幾何結(jié)構(gòu)無特殊要求，平板、尖端雷電放電多為負先導，接地的建筑物上可產(chǎn)生向上的迎面先導，其影響到下行先導的發(fā)展路線及雷擊點迎面先導

內(nèi)蒙古科技大學電氣工程系主放電當先導通道頭部極為接近板極時，間隙場強可達極大數(shù)值，引起強烈的電離，間隙中出現(xiàn)離子濃度遠大于先導通道的等離子體新出現(xiàn)的通道大致具有極板