第一章 气体放电

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第1章 气体放电的基本物理过程

第1章 气体放电的基本物理过程
第一篇 电介质的电气强度
第一章 气体放电的基本 物理过程
主要内容
1 气体放电的主要形式 2 气体中带电粒子的产生和消失 3 汤逊理论和流注理论 4 不均匀电场中的放电过程 5 冲击电压下气隙的击穿特性 6 影响气体放电电压的因素 7 提高气体介质电气强度的方法 8 沿面放电
1 气体放电的主要形式
❖ 表面电离系数:γ 折合到每个碰撞阴极表面的正离子使阴极金属表面释 放出的自由电子数,汤逊第三电离系数。
2.1 气体中带电粒子的产生
(五)负离子的形成
附着:当电子与气体分子碰撞时,不但有可能引起碰撞 电离而产生出正离子和新电子,而且也可能会发生电子 与中性分子相结合形成负离子的情况。
电子附着系数η :电子行经单位距离时附着于中性原子 的电子数目。
均匀电场中的电子崩计算模型
3.1.2 低气压下均匀电场自持放电的 汤逊理论
由于碰撞电离和电子 崩的结果,在它们到 达x处时,电子数已 增加为n,这n个电子 在dx的距离中又会产 生dn个新电子。
均匀电场中的电子崩计算模型
3.1.2 低气压下均匀电场自持放电的 汤逊理论
根据碰撞电离系数的定义,可得:
1.2 气体放电的主要形式
常见放电形式
辉光放电 电晕放电 火花放电 电弧放电
❖ 注意:电晕放电时气隙未击穿,而辉光放电、火花放 电、电弧放电均指击穿后的放电现象,且随条件不同, 这些放电现象可相互转换。
2 气体中带电粒子的产生和消失
2.1 气体中带电粒子的产生
2. 2 气体中带电粒子的消失
3.1.1 非自持放电和自持放电
气体放电实验的伏安特性曲线
图表示实验所得平板 电极(均匀电场)气体 中的电流I与所加电 压的关系:即伏安特 性

第一章 气体放电的基本物理过程

第一章 气体放电的基本物理过程
② 光电子发射(光电效应)
高能辐射先照射阴极时,会引起光电子发射,其条件是光子的能 量应大于金属的逸出功。 同样的光辐射引起的电极表面电离要比引起空间光电离强烈得多
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掌握 气体放电时,带电粒子如何产生? of Electrical Engineering and Information SEEI School放电结束后,带电粒子又如何消失?
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第一节 带电粒子的产生和消失
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3 Wm kT≥Wi 2
式中:k—波尔茨曼常数; (k=1.38×10-23J/K) Wi—气体的电离能,eV; T—绝对温度,K;
绝对温度和摄氏温度的关系:
T绝对=273+T摄氏 School of Electrical Engineering and Information SEEI
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第一节 带电粒子的产生和消失
2. 高电压状态
电压升高 达到一定数值 达到一定 数值 气体中的带电粒 子大量增加 气体失去 绝缘 击穿(或 闪络)
电流增大
击穿——纯空气隙之间。(架空线相间的空气放电)
闪络——气体沿着固体表面击穿。(气体沿着悬挂架空线的绝
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第一节 带电粒子的产生和消失

第一章 气体放电

第一章 气体放电
第一章 气体放电
自持放电: 仅需外加电场就能维持的放电过程。 非自持放电: 需要外游离因素和外加电场共同作用 维持的放电过程。
由非自持放电转入自持放电的临界电压Uc称为起始放电电压
2、气体放电后的形式
辉光放电 火花放电
电弧放电
电晕放电 刷状放电
第一章 气体放电
二、气体放电理论
1、汤逊理论
1.漂移(定向运动消失于电极)
气体放电通道中的电子消失于电极形成回路电流,从而减少 了气体中的带电质点的过程,成为漂移
电流的大小取决于带电质点的浓度及其在电场方向的速度。
2.扩散
高浓度带电质点区域的带电质点向低浓度带电质点区域运动
的过程 气体的压力越高或温度越低,扩散过程也就越弱。
第一章 气体放电
3.复合
(4)自持段
当电压达到Uc后,气体中发生了强烈的电 离,电流剧增。同时(实验发现)气体中
电离过程只靠电场的作用已可自行维持,
而不再继续需要外游离因素了。因此Uc以 后的放电形式也称为自持放电 实验发现气体发生在0C曲线段的放电, 当外部游离因素撤除后,即使维持加在气隙上的电压不变放电现象也消失。这一 段需要外部游离因素存在才能实现气体放电的阶段,称为非自持放电阶段。这时 气体间隙仍维持绝缘状态。
电子崩的发展过程
如右图 设:从阴极发出一个电子,经多次碰撞电 离,在经过距离阴极x后,产生n个电子 这n个电子行过dx之后,又会产生dn个新的电子

dn ndx
dx nd n0e 0
d
d
对上式积分,可求得初始n0个电子在电场作用下, 经过距离d后因电子崩的发展而产生的电子数量nd, 如下式:
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第一节

第1章 气体放电的基本物理过程

第1章 气体放电的基本物理过程

1.4起始电压与气压的关系
pd 值较小的情况(汤逊汤逊放电)
(1)汤逊自持放电判据
(ed 1) 1
U b f ( pd )
e 1
d
d ln
1

(3)气体密度对击穿的影响
为正离子表面电离系数 (2)气体击穿的巴申定律
1
Ub Bpd Apd ln 1 ln
0
x
dn dx n
n n0e x
n n0e d
n n n0 n0 (ed 1)
影响碰撞电离的因素

1cm长度内一个电子的 平均碰撞次数为1/λ λ: 电子平均自由行程
1

eUi
E
碰撞引起电离的概率 碰撞电离的条件 x Ui / E

T p
Ape Bp E
光子
自由电子
二、带电粒子的产生
• 气体原子的激发和电离 电离 外界以某种方式给处于某一能级轨道上的电子施 加一定的能量,该电子就可能摆脱原子核的束缚 成为自由电子。 电离能 产生游离需要的能量。 激发 电子向高一能级轨道的跃迁。 分级电离 先经过激发再产生游离的过程。
二、带电粒子的产生
(1)热电离
自持放电 起始电压
外施电压小于U0时的放电是非自持放电。电压到达U0后, 电流剧增,间隙中电离过程只靠外施电压已能维持,不再需 要外电离因素。
电子崩的形成(BC段电流剧增原因)
电子碰撞电离系数α:代表一个电子沿电力线 方向行经1cm时平均发生的碰撞电离次数。
dn n dx
0 dx nn e
对330kV及以上的线路应采用分裂导线,例如330,500 和750kV的线路可分别采用二分裂、四分裂和六分裂导线。

第1章 气体放电

第1章 气体放电

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2、负棒一正板
第一章 气体放电
a.由于捧极附近积聚起正空间电荷,削弱了电离, 使电晕放电难以形成,造成电晕起始电压提高。
b.由于捧极附近积聚起正空间电荷在间隙深处产生电 场加强了朝向板极的电场,有利于流注发展,故降低了击 穿电压。
第一章 气体放电
结论: 在间隙距离d相同时 虽然UC(+)>UC(-) 但 Ub(+)<Ub(-) 式中 UC——电晕起始电压 Ub——击穿电压 此称为极性效应。
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2、当P一定时 ↑→ 要维持足够的电场强度 →必须升高 d d↑→ ↑→要维持足够的电场强度 要维持足够的电场强度→ 电压 反之 ↓→ 当与平均 λ可比拟时 →电子走完全 d d↓→ ↓→当与平均 当与平均λ 可比拟时→ 程中的碰撞次数 ↓→ Ub↑ 程中的碰撞次数↓→ ↓→U
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第一节 气体中带电质点的产生与消失 一、气体中带电质点的产生(游离)
1、碰撞游离 自由行程:质点两次碰撞之间的距离。 平均自由行程越大,越容易发生碰撞游离。 平均自由行程与气体间的压力成反比,与绝对温 度成正比。
第一章 气体放电
2、光游离 各种短波长的高能辐射线,如宇宙射线,紫 外线、γ线、X线等才有使气体产生光游离的能力。 由光游离产生的自由电子称为光电子。 3、热游离 在热状态下产生碰撞游离和光游离的综合。 4 、表面游离 包括热电子发射、正离子撞击阴极、短波光 照射效应及强电场发射等,都可以使阴极发射电 子。
第一章 气体放电
二、绝缘的一般分类
1、按存在形式 � 气体介质 � 液体介质 � 固体介质 2、按是否可自行恢复绝缘 � 可恢复绝缘 � 不可恢复绝缘
第一章 气体放电

气体放电理论(一)

气体放电理论(一)

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电晕放电
电极曲率半径很小或电极间距离很远, 电极曲率半径很小或电极间距离很远, 即电场极 不均匀,则当电压升高到一定值后, 不均匀 ,则当电压升高到一定值后 ,首先紧贴电 极在电场最强处出现发光层, 极在电场最强处出现发光层 , 回路中出现用一般 仪表即可察觉的电流。随着电压升高, 仪表即可察觉的电流 。 随着电压升高, 发光层扩 大,放电电流也逐渐增大 发生电晕放电时, 发生电晕放电时 ,气体间隙的大部分尚未丧失绝 缘性能,放电电流很小, 缘性能 , 放电电流很小 , 间隙仍能耐受电压的作 用
气体放电理论
气体放电
在电场作用下, 在电场作用下,气隙中带电粒子的形成和运动过程 气隙中带电粒子是如何形成的? 气隙中带电粒子是如何形成的? 气隙中的导电通道是如何形成的? 气隙中的导电通道是如何形成的? 气隙中导电通道形成后是如何维持持续放电的? 气隙中导电通道形成后是如何维持持续放电的?
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均匀电场中气体击穿的发展过程
汤逊放电理论 流注放电理论 这两种理论互相补充,可以说明广阔的pd(压 这两种理论互相补充,可以说明广阔的 ( 强和极间距离的乘积) 强和极间距离的乘积)范围内气体放电的现象
26
(一)汤逊气体放电理论
汤逊理论认为, 较小时, 汤逊理论认为,当pd较小时,电子的碰撞电 较小时 离和正离子撞击阴极造成的表面电离起着主 要作用,气隙的击穿电压大体上是pd的函数 要作用,气隙的击穿电压大体上是 的函数
11
气体中带电质点的消失 (一)电场力作用下进入电极 (二)带电质点的扩散 (三)带电质点的复合
12
电场作用下气体中带电质点的运动
带电质点产生以后,在外电场作用下将作定向运动, 带电质点产生以后,在外电场作用下将作定向运动,形 成电流

第2讲 气体放电理论(一)

第2讲 气体放电理论(一)

气体中带电质点的 气体中带电质点的产生
气体分子本身的电离,可由下列因素引起: 气体分子本身的电离,可由下列因素引起: 分子本身的电离
(1)电子或正离子与气体分子的碰撞电离 电子或正离子与气体分子的碰撞电离 与气体分子的碰撞 (2)各种光辐射(光电离) 各种光辐射 光电离) 光辐射( (3)高温下气体中的热能(热电离) 高温下气体中的热能 热电离) 下气体中的热能( (4)负离子的形成 负离子的形成
9
几种气体的 几种气体的第一电离电位 N:14.5 V,N2 :15.5 V 14. 15. O:13.6 V, 13. O2 :12.2 V 12. Cs (铯) :3.88V 88V
10
1、碰撞电离 (撞击电离) 撞击电离)
撞击质点所具有的总能量( 所具有的总能量 必要条件 撞击质点 所具有的 总能量 ( 包 动能和势能)大于被撞击质点在该种状态 括动能和势能)大于被撞击质点在该种状态 所需的 下所需的电离能 需要一定的相互作用的时间和条件 需要一定的相互作用的时间和 相互作用 仅考虑动能, 电场作用下 仅考虑动能 , 在 电场作用 下 , 撞击质点被加 速而获得动能。可能引起碰撞电离 碰撞电离的条件 速而获得动能。可能引起碰撞电离的条件
14
光子, 原称光量子 光子 , 原称 光量子 ( light quantum) 。 光子 是光线中 光量子( quantum ) 光子是光线中 携带带能量的粒子 传递电磁相互作用 携带带能量的粒子,传递电磁相互作用的规范粒子 。 的粒子, 电磁相互作用的 能量、 按照质能方程, 光子具有 能量 、 动量和质量 , 按照质能方程 , 求出 M=hν /C2,光子由于无法静止,所以它没有静止质量。 M= 光子由于无法静止,所以它没有静止质量 没有静止质量。 能量为W= 。 能量为W=hν。 一个光子被分子吸收时 当一个光子被分子吸收时,就有一个电子获得足够的能 量从而从内轨 道跃迁到外轨 量从而从 内轨 道跃迁到 外轨 道 , 该分子就从 基态 变成 内轨道跃迁到 外轨道 该分子就从基态 基态变成 激发态或电离。 了激发态或电离。

第一章气体放电的基本物理过程

第一章气体放电的基本物理过程

平行平板电极的电场
《高电压技术》第一讲 29
第一章
气体放电的基本物理过程
第二节 均匀电场中气体击穿的发展过程

1、非自持放电和自持放电
光照射


A V
图1-2 测定气体中电 流的回路示意图
图1-3 气体中电流和电压的关 系——伏安特性曲线
《高电压技术》第一讲 30
第一章
气体放电的基本物理过程
实验分析结果
《高电压技术》第一讲 17
第一章
气体放电的基本物理过程
第一节 带电粒子的产生和消失
(1) 原子的电离和激励
施加能量 W > Wi 自由电子
施加能量 施加能量 激发 分级游离
激发
施加能量
光子
自由电子
《高电压技术》第一讲 18
第一章
气体放电的基本物理过程
第一节 带电粒子的产生和消失 (1)原子的电离和激励

图1-3 气体放电的伏安特性曲线
《高电压技术》第一讲 32
第一章
气体放电的基本物理过程
实验分析结果

当Ub≤U ≤ Uc
在曲线bc段,电流又开 始随电压的升高而增大。电 流随电压的增加按指数规律 增长。但当外电离因素消失, 电流会迅速降低,这是由于 气隙中出现了碰撞电离和电 子崩。 α过程
图1-3 气体放电的伏安特性曲线

《高电压技术》第一讲 19
第一章
气体放电的基本物理过程
第一节 带电粒子的产生和消失
(2)电离的四种形式 1)光电离 当满足以下条件时,产生光电离:
h Wi或 hc Wi
h 普朗克常数(6.63 10 34 J s )
频率 波长, m

1-1 气体放电基础知识

1-1 气体放电基础知识

高压电气设备绝缘预防试验及电气设备状态检修参考教材:电力系统状态检修技术气体放电基础知识关于气体击穿常用气体绝缘介质:空气、SF6、CO2、N2、混合气体(SF6+ CO2、SF6+N2)等。

气体击穿:正常情况下气体是良好的绝缘介质,但当电场强度达到一定数值后,气体会失去绝缘能力(气体击穿)。

气体击穿是气体绝缘失败的最后表现形式,深入了解气体击穿的发展过程,对于提高分析问题、解决问题的能力更有意义。

平均电场强度与最大电场强度尖端效应或边缘效应电极表面的电场强度与其表面电荷密度成正比。

在电极尖端或边缘的曲率半径小,表面电荷密度大,电力线密集,电场强度高,容易发生局部放电。

这种现象称为尖端效应或边缘效应。

尖端效应或边缘效应是极不均匀电场的重要标志。

工程上常需改善电极形状,避免电极表面曲率过大或出现尖锐边缘。

分析绝缘结构的击穿电压时,不仅要考虑绝缘距离,而且还要考虑电场不均匀程度的影响。

对于同样距离的间隙,电场愈不均匀,通常击穿电压愈低。

茹柯夫斯基电极任一等位面上电场强度最大值:12211222C UU C C =+静电感应现象电容分压导体受邻近带电体的影响,在其表面不同部位出现正负电荷的现象称为静电感应。

气体放电的几个概念:气体放电:气体中出现电流的各种形式统称为气体放电。

气体击穿:由于外施电压升高,电流突然剧增,气体失去绝缘性能。

气体由绝缘状态突变为良导电态的过程,称为击穿。

沿面闪络:当击穿过程发生在气体与液体或气体与固体的交界面上时,称为沿面闪络。

气体放电的基本形式包括:1、电晕放电(局部放电);2、辉光放电;3、电弧放电;4、火花放电。

气体击穿后的放电形式受气体压力、电源功率、电极形状等因素的影响。

1、电晕放电:随着电压升高,在电极附近电场最强处出现发光层。

发生电晕放电时,气体间隙的大部分尚未丧失绝缘性能,放电电流很小,间隙仍能耐受电压的作用。

2、辉光放电:当气体压力不大、电源功率很小(放电回路中串入很大阻抗),外施电压增到一定值后,回路中电流突增至明显数值,管内阴极和阳极间整个空间出现发光现象。

高电压习题及解答-章节

高电压习题及解答-章节

第一章气体放电的基本物理过程基本内容和知识点带电粒子的产生和消失电子崩自持放电及其条件汤逊理论和流注理论不均匀电场中的放电过程电子崩:设外界电离因子在阴极附近产生了一个初始电子,如果空间的电场强度足够大,那么该电子在向阳极运动时就会引起碰撞电离,产生一个新电子,初始电子和新电子继续向阳极运动,又会引起新的碰撞电离,产生出更多的电子。

依次类推,电子将按几何级数不断增多,像雪崩似地发展,因而这种急剧增大的空间电子流被称为电子崩。

电子崩过程是汤逊理论、流注理论的共同基础。

气体游离的类型主要有哪几种?试作解释。

答气体游离的类型有 4 种,具体为:(1)碰撞游离:电子在电场作用下加速向阳极运动的过程中,获得足够的能量,运动加快并不断与途中其他中性原子发生碰撞,从而激发出自由电子。

这种由于碰撞而产生游离的形式称为碰撞游离。

(2)光游离:正、负带电粒子复合时,都以光子的形式释放出能量,其他中性原子内的电子吸收此能量后变为自由电子。

这种由于光辐射而产生游离的形式称为光游离。

(3)热游离:在高温下,气体内的各种粒子动能增加,当动能超过一定值时,粒子相互碰撞而产生游离。

这种由气体热状态引起的游离方式称为热游离。

(4)表面游离气体中带电粒子的消失有哪几种形式?答气体中带电粒子的消失有以下几种形式:(1)在电场驱动下作定向运动,在到达电极时,消失于电极上而形成外电路中的电流;(2)因扩散现象而逸出气体放电空间;(3)复合。

气体放电的基本特点是什么?解释气体放电现象常用的理论有哪两个?答(1)气体放电的基本特点是:在外电场作用下,气体间隙中带电粒子数增加,气隙击穿时,其中带电粒子数剧增,而在撤去外电场后,气体间隙中带电粒子又消失并恢复其原有的绝缘强度。

(2)解释气体放电现象常用的理论是:汤逊理论和流注理论。

什么叫流注?流注形成的条件是什么?答(1)初始电子崩头部成为辐射源后,就会向气隙空间各处发射光子而引起光电离,如果这时产生的光电子位于崩头前和崩尾附近的强场区内,那么它们所造成的二次电子崩将以大得多的电离强度向阳极发展或汇入崩尾的正离子群中。

高电压技术第二版习题答案(部分)

高电压技术第二版习题答案(部分)

第一章 气体放电的基本物理过程(1)在气体放电过程中,碰撞电离为什么主要是由电子产生的?答:气体中的带电粒子主要有电子和离子,它们在电场力的作用下向各自的极板运动,带正电荷的粒子向负极板运动,带负电荷的粒子向正极板运动。

电子与离子相比,它的质量更小,半径更小,自由行程更大,迁移率更大,因此在电场力的作用下,它更容易被加速,因此电子的运动速度远大于离子的运动速度。

更容易累积到足够多的动能,因此电子碰撞中性分子并使之电离的概率要比离子大得多。

所以,在气体放电过程中,碰撞电离主要是由电子产生的。

(2)带电粒子是由哪些物理过程产生的,为什么带电粒子产生需要能量 ?答:带电粒子主要是由电离产生的,根据电离发生的位置,分为空间电离和表面电离。

根据电离获得能量的形式不同,空间电离又分为光电离、热电离和碰撞电离,表面电离分为正离子碰撞阴极表面电离、光电子发射、热电子发射和强场发射。

原子或分子呈中性状态,要使原子核外的电子摆脱原子核的约束而成为自由电子,必须施加一定的外加能量,使基态的原子或分子中结合最松弛的那个电子电离出来所需的最小能量称为电离能。

(3)为什么SF6气体的电气强度高?答:主要因为SF6气体具有很强的电负性,容易俘获自由电子而形成负离子,气体中自由电子的数目变少了,而电子又是碰撞电离的主要因素,因此气体中碰撞电离的能力变得很弱,因而削弱了放电发展过程。

1-2 汤逊理论与流注理论对气体放电过程和自持放电条件的观点有何不同?这两种理论各适用于何种场合?答:汤逊理论的基本观点:电子碰撞电离是气体电离的主要原因;正离子碰撞阴极表面使阴极表面逸出电子是维持气体放电的必要条件;阴极逸出电子能否接替起始电子的作用是自持放电的判据。

它只适用于低气压、短气隙的情况。

气体放电流注理论以实验为基础,它考虑了高气压、长气隙情况下空间电荷对原有电场的影响和空间光电离的作用。

在初始阶段,气体放电以碰撞电离和电子崩的形式出现,但当电子崩发展到一定程度之后,某一初始电子的头部集聚到足够数量的空间电荷,就会引起新的强烈电离和二次电子崩,这种强烈的电离和二次电子崩是由于空间电荷使局部电场大大增强以及发生空间光电离的结果,这时放电即转入新的流注阶段。

高电压技术题库

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高电压技术题库第一章 气体放电的基本物理过程选择题 流注理论未考虑 _______ 的现象。

A .碰撞游离B .表面游离C.光游离D.电荷畸变电场先导通道的形成是以 __________ 的出现为特征。

A .碰撞游离B .表面游离C.热游离D.光游离电晕放电是一种 _________ 。

A •自持放电B •非自持放电C •电弧放电D •均匀场中放电气体内的各种粒子因高温而动能增加,发生相互碰撞而产生游离的形式称为_______ 。

A.碰撞游离B.光游离C.热游离D.表面游离_______ 型绝缘子具有损坏后“自爆”的特性。

A.电工陶瓷B.钢化玻璃C.硅橡胶D.乙丙橡胶以下哪个不是发生污闪最危险的气象条件?A.大雾B.毛毛雨C.凝露D.大雨污秽等级II 的污湿特征:大气中等污染地区,轻盐碱和炉烟污秽地区,离海岸盐场 3km~10km 地区,在污闪季节中潮湿多雾但雨量较少,其线路盐密为 _______________ mg/cmlA. w 0.03B.>0.03~0.06C.>0.06~0.10D.>0.10~0.25以下哪种材料具有憎水性? A.硅橡胶 B.电瓷 C.玻璃 D 金属填空题气体放电的主要形式: __________ 、 ________ 、 ________ 、 _______ 、 ________ 根据巴申定律,在某一 PS 值下,击穿电压存在 ______________ 值。

在极不均匀电场中,空气湿度增加,空气间隙击穿电压 _________________ 。

流注理论认为,碰撞游离和 ___________ 是形成自持放电的主要因素。

工程实际中,常用棒一板或 _____________ 电极结构研究极不均匀电场下的击穿特性。

1)2)3)4)5)6)7)8)9) 10) 11) 12) 13) 14) 15) 16)17)气体中带电质子的消失有___________ 、复合、附着效应等几种形式对支持绝缘子,加均压环能提高闪络电压的原因是 _________________________ 。

第一章:气体放电的基本物理过程PPT课件

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自持放电区
非自持放电区
c
I I oe d
Io
a
b
Ua
Ub
Uc
U0
电子碰撞电离系数
n0 -
n
na
x S
dx
+
抵达阳极的电子数为:
na noe d
改写成电流形式为:
I I oe d
电子碰撞电离系数的计算

1
e
e

e
xi

1
e
e

Ui e E
e
电子平均自由行程长度
Ui
电离电位
1 沿面放电的一般概念
绝缘子一般一极接地;一极接高电压
两极之间绝缘功能丧失的两种情况:
固体介质本身被击穿; 闪络;
2 沿面放电的类型与特点
界面电场分布的三种典型情况
(1). 固体介质处于均匀电场中, 且界面与电力线平行;
注:气体介质与固体介质的交界称 为界面
(2). 固体介质处于极不均匀电场中,且电力线垂直于 界面的分量比平行于界面的分量大得多; 类似套管
均匀或稍不均匀电场则相反,由于 击穿时平均场强较高,流注发展较 快,放电时延较短,其伏秒特性曲 线较平坦。
(4) 实际意义
S1被保护设备的伏秒特性曲线,S2保护设备的伏秒特性曲线
§1.8 沿面放电和污闪事故
什么叫沿面放电?
沿着固体介质表面的气体发生的放电(固 体介质表面干净)
闪络和污闪
沿面放电跨接了固体介质的两极,称为闪 络;沿污染表面发生的闪络称为污闪。

( 3 ) 1970~ 出现了 100kV 及以上特高压 美国 :1990 年建成了 1500kV ; 前苏联: 1984 年建成西伯利亚——乌拉尔 1150kV ; 日本: 1993 年建成了新泻——山梨的 1000kV 线路 ; 中国:特高压网络投入大规模商业运行(唯 一)

高电压 考试集锦

高电压  考试集锦

高电压技术总复习第一章气体的放电基本物理过程和电气强度一、气体放电的一般分类:(根据电源容量、气体压力、电极形状不同)•辉光放电:气体压力小,点与昂功率很小,电流密度较小,放电区域占据电极的整个空间。

如节日彩灯等•火花放电:在大气压力下,电源功率较小时,间隙间歇性击穿,放电通道细而明亮。

•电弧放电:大气压力下,电源功率较大时,放电具有明亮、持续的细致通道•电晕放电:极不均匀电场中,高电场强度电极附近出现发光薄层。

二、气体间隙中带电质点的产生(1)碰撞游离:气体中带电质点在电场中获得加速后和气体分子碰撞时,把动能传给后者引起游离。

自由行程:一个带电质点在两次碰撞之间自由通过的平均距离。

自由行程与分子密度有关,分子密度越大自由行程越长,越容易获得足够的动能发生碰撞游离。

(2)光游离:所谓光游离是指由于光辐射引起的原子或分子游离W=hv=hc/λh ——普朗克常熟v ——光子频率λ——波长通常我们看到的可见光不会发生光游离,只有一些短的才会发生光游离,比如:宇宙射线、γ射线等所谓热游离并不是一种新游离,它实质上是在热状态下发生的碰撞游离和热辐射下引起的光游离。

这两种游离结合起来形成热游离。

(3)热游离:气体在热状态下引起的游离过程称为热游离所谓热游离并不是一种新游离,它实质上是在热状态下发生的碰撞游离和热辐射下引起的光游离。

这两种游离结合起来形成热游离。

第一节汤逊理论和流注理论1、自持放电与非自持放电必须借助外力因素才能维持的放电称为非自持放电不需其他任何加外电离因素而仅由电场的作用就能自行维持的放电称为自持放电2、汤逊理论α过程:(1)电子崩的形成,电子数按几何级数不断增多,像雪崩似的发展,这种急剧增大的空间电子流——电子崩(2)α过程引起的电流:只有α过程,放电不能自持。

β过程:正离子碰撞游离系数β——一个正离子沿着电场方向行径1cm长度,平均发生的碰撞电离次数;也称之为汤逊第二游离系数。

正离子在运动时,不易积累能引起碰撞游离的能量,因而β值极小,在分析时可予忽略 γ过程:正离子表面电离系数γ——表示折合到每个碰撞阴极表面的正离子,使阴极金属释放出的自由电子数。

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包括热电子发射、正离子撞击阴极、短波光照射效 应及强电场发射等,都可以使阴极发射电子。
第一章 气体放电
高电压技术
二、气体中带电质点的消失(去游离)
1.漂移(定向运动消失于电极) 电流的大小取决于带电质点的浓度及其在电场方向 的速度。 2.扩散 气体的压力越高或温度越低,扩散过程也就越弱。
第一章 气体放电
一般地,对均匀电场f=1,对稍不均匀电场1<f<2,对
极不均匀电场f>4。
第一章 气体放电
高电压技术
一、电晕放电
1.电晕放电的概念
不均匀电场中,气隙上电压升高至某一临界值时,
在曲率半径较小的尖电极附近空间,局部场强将
首先达到引起强烈游离的数值,在这局部区域内
形成自持放电。
第一章 气体放电
高电压技术
方向行进的过程中,在单位距离内平均发生碰撞游
离的次数。
β值极小,在分析时可予忽略。
(3)γ过程
γ——正离子的表面游离系数,表示一个正离子在电
场作用下由阳极向阴极运动,撞击阴极表面产生表
面游离的电子数。
第一章 气体放电
高电压技术
(4)汤逊自持放电条件
γ(eas一1)≥1
物理意义?P6
(5)巴申定律
Ub=f(pd) 式中 P——气压(Pa) d——极间距(cm)
高电压技术
第一节
气体中带电质点的产生与消失
一、气体中带电质点的产生(游离)
1、碰撞游离
自由行程:质点两次碰撞之间的距离。
平均自由行程越大,越容易发生碰撞游离。
平均自由行程与气体间的压力成反比,与绝对温
度成正比。
第一章 气体放电
高电压技术
2、光游离 各种短波长的高能辐射线,如宇宙射线,紫外线、 线、X线等才有使气体产生光游离的能力。 由光游离产生的自由电子称为光电子。 3、热游离 在热状态下产生碰撞游离和光游离的综合。 4.表面游离
高电压技术
3.复合 强烈的游离区总是强烈的复合区。通常以异性离子 间的复合更为重要。 值得注意的是:光辐射在一定条件下又可能成为导 致光游离的因素。 4.吸附效应 容易吸附电子形成负离子的气体称为电负性气体, 如氧、氯、氟、水蒸气、六氟化硫等都属于电负 性气体。
第一章 气体放电
高电压技术


气体中带电质电的产生形式有碰撞游离、光游离、
性效应,且与极不均匀电场中的极性效应相反。
第一章 气体放电
高电压技术
3、极不均匀电场中 (1)直流电压下(有极性效应) 同样间隙距离下不同间隙类型的击穿电压比较: 负棒—正板 > 棒—棒 > 正棒—负板 (2)工频电压下(有极性效应,击穿电压峰值稍低 于直流击穿电压) 棒—板间隙的击穿总是在棒极性为正、电压达峰值 时发生。
电场中)
(1)线性段
(2)饱和段
(3)游离段
(4)自持段
第一章 气体放电
高电压技术
自持放电: 仅需外加电场就能维持的放电过程。 需要外游离因素和外加电场共同 非自持放电: 作用维持的放电过程。
2、气体放电后的形式
辉光放电 火花放电
电弧放电
电晕放电 刷状放电
第一章 气体放电
高电压技术
(二)长间隙的击穿(d>1m时) 1.先导放电阶段 具有热游离过程的通道称为先导通道。 2.主放电阶段 温度更高、电导更大,轴向电场更小的等离子体火 花通道。此时,间隙接近于短路状态,气隙完全 丧失了绝缘性能。
第一章 气体放电
高电压技术
第一章 气体放电
高电压技术
结论: a、长间隙的放电通常分为电子崩、流注、先导放电 和主放电四个阶段。 b、短间隙的放电没有先导放电阶段,只分为电子崩、 流注和主放电三个阶段。 c、由于间隙越长,先导过程与主放电过程就发展得 越充分,所以长间隙的平均击穿场强比短间隙的 平均击穿场强低。
第一章 气体放电
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巴申定律实验曲线图
第一章 气体放电
高电压技术
巴申定律曲线呈U型,可解释如下:
1、当d一定时
P↑→↑→λ↓→电子动能↓→气体游离能力
↓→击穿电压Ub ↑
反之
P↓→↓→碰撞次数↓↓→击穿电压Ub ↑
第一章 气体放电
高电压技术
2、当P一定时 d↑→要维持足够的电场强度→必须升高电压 反之 d↓→当与平均λ可比拟时→电子走完全程中的碰 撞次数↓→Ub↑
第一章 气体放电
高电压技术
1-4
不同电压形式下空气间隙的击穿
一、冲击电压作用下气隙的击穿特性及相关 概念
1、放电时间
间隙击穿的必要条件
足够的电压
充分的时间
放电时间tb=f(电场均匀程度、外加电压、外界照射)
第一章 气体放电
高电压技术
第一章 气体放电
高电压技术
2、冲击电压的标准波形(IEC规定)
第一章 气体放电
高电压技术
二、绝缘的一般分类
1、按存在形式
气体介质
液体介质
固体介质
2、按是否可自行恢复绝缘
可恢复绝缘
不可恢复绝缘
第一章 气体放电
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3、对有绕组设备
主绝缘
纵绝缘 4、对变压器绝缘 全绝缘 半绝缘 5、按是否与大气直接接触 外绝缘 内绝缘
第一章 气体放电
持放电的主要因素,并且强调了空间电荷对电场的
畸变作用。
(1)空间电荷对电场的畸变
(2)流注的形成
第一章 气体放电
高电压技术
正流注的形成
初崩产生大量空间电荷电场分布被畸变崩头、崩尾
电场增强(使游离更强烈),崩内电场削弱(使复合更容易) 向空间辐射大量光子光游离产生光电子被主崩正离 子吸引二次崩产生与主崩汇合形成流注(导电性好) 流注迅速发展流注贯穿两极间隙击穿
高电压技术
第一章
气体放电
一、气体放电的一般分类
根据电源容量、气体压力、电极形状不同,分为 辉光放电 火花放电 电弧放电 电晕放电 刷状放电
第一章 气体放电
高电压技术
根据放电是否沿着固体介质表面发展,分为
击穿(breakdown)
闪络(flashover)
两者统称为放电(discharge)
第一章 气体放电
高电压技术
(3)雷电冲击电压下(有极性效应,长间隙时击
穿电压与气隙距离呈线性关系)
(4)操作冲击电压下(有极性效应,长间隙时呈
现“饱和”效应和“U”型关系,对≥330KV超高
压系统的绝缘设计起主要的决定作用)
第一章 气体放电
高电压技术


与持续电压作用下相比,冲击电压作用下的气体放电具有 一些新的特点,比如放电过程中所需要的时间就不得不考 虑在内了。因此,为了描述在冲击电压作用下的气体放电 特性,还需要引入一些新的概念,如U50%、冲击系数β、
第一章 气体放电
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(3)伏秒特性的意义 能够全面反映间隙在冲击电压作用下的击穿特 性。
是电力系统防雷设计中绝缘配合的依据。
第一章 气体放电
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(4)对绝缘配合的要求 保护设备绝缘的伏秒特性曲线的上包线始终低于被 保护设备的伏秒特性曲线的下包线。 保护设备绝缘的伏秒特性曲线应平坦一些,即采用 电场比较均匀的绝缘结构。
二、气体放电理论 1、汤逊理论 (1) 电子崩及α过程 α——电子碰撞游离系数,表示一个电子沿着电场 方向行进的过程中,在单位距离内平均发生碰撞游 离的次数。 α与气体的种类、相对密度和电场强度有关。
第一章 气体放电
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第一章 气体放电
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(2)β过程
β——正离子碰撞游离系数,表示一个正离子沿电场
负流注的形成(略)
当外加电压特别高时,流注可由阴极向阳极发展。由于受到 电子崩留下的正电荷的牵制,负流注的发展速度较正流注的 要小。
第一章 气体放电
高电压技术
第一章 气体放电
高电压技术
(3)流注自持放电条件
当初崩头部的电荷达到一定的数量(一般认为当
ad20或eαd=108)时便可以形成流注,而流注一旦形
成,放电就可以转入自持。
(4)适用范围及局限性
适用于长间隙、大气压,即pd较大的情况。
汤逊理论与流注理论互相补充,从而在广阔的pd范围
内说明了不同的放电现象。
第一章 气体放电
高电压技术



无论是均匀电场还是不均匀电场,放电都是逐渐发展的, 都是由非自持放电转入自持放电。

解释维持自持放电的气体放电理论有汤逊理论与流注 理论。前者强调表面游离的作用;后者强调空间电荷对电场 的畸变与空间光游离的作用。前者可定量分析(巴申定 律);后者只是定性分析。前者适用于解释均匀电场、短间 隙、低气压的情况;后者适用于解释长间隙、不均匀电场, 大气压下的情况。
采用空心薄壳的,扩大尺寸的球面或旋转椭圆面
等形式的电极;采用管型空心硬母线等。
第一章 气体放电
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二、极不均匀电场中气隙的击穿和极性效应
(一)短间隙的击穿
1、正棒—负板
第一章 气体放电
高电压技术
2、负棒一正板
第一章 气体放电
高电压技术
a.由于捧极附近积聚起正空间电荷,削弱了电离,使
电晕放电难以形成,造成电晕起始电压提高。
2、电晕放电的现象
薄薄的发光层;伴有“咝咝”放电声;发出臭氧气味。
3、电晕放电的危害
①引起能量损耗;
②干扰周围无线电通信和测量;
③腐蚀有机绝缘材料和金具
④噪声干扰。
第一章 气体放电
高电压技术
4、限制措施
——最有效的措施就是增大电极的曲率半径,改进
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