高电压技术电介质的电气强度

2.热电离 常温下，气体分子发生热电离的概率 很小，只有当温度超过10000K时（例如 电弧温度）才需要考虑热电离。 3.碰撞电离 显然，外加电压越高，电场强度越 强，自由电子沿着电场方向运动的速度 越快，就越有可能具有足够的能量完成 碰撞电离
一般只考虑电子所引起的碰撞电离 （因为离子碰撞中性分子使之电离的概 率比电子小得多） 4.电极表面电离 指电子从电极表面逸出。 ①正离子撞击阴极表面 ②光电子发射(高能辐射线照射阴极） ③热电子发射（阴极受高温） ④强场发射（阴极表面附近电场很强）
二、带电粒子的产生 产生带电粒子的物理过程称为电离。 当原子获得外加能量，电子就可能 从离核最近的轨道转移到较远的轨道， 甚至脱离原子核的约束成为自由电子， 即发生电离。 原子获得能量的形式有：光能、热 能、机械能等。
1.光电离 分析计算表明，各种可见光都不能使 气体直接发生光电离，只有那些波长很 短的高能辐射线（如x射线， 射线等） 才能使气体发生电离。 带电粒子复合的过程中，会发出辐射 能而引起光电离。
解释。
设单位距离碰撞电离数为α，则一个 电子走过x远的距离碰撞电离数为αx。 对于电子崩，分析表明：电子总数为 x x e ， 即碰撞电离数为 (e 1) 次。 （例如
x 10
e
x
2.2 10 ）
4
• 由于阴极材料的表面逸出功比气体分子的电离 能小很多，因而正离子碰撞阴极较易使阴极释 放出电子。 • 当极间距离为d，初始电子到达阳极时，
电压时，可检测到微小的电流。
（1）在I-U曲线的OA段： 气隙电流随外施电压的提高而增大， 这是因为带电质点向电极运动的速度加 UA 快导致复合率减小。当电压接近 时， 电流趋于饱和，因为此时由外电离因素 产生的带电质点全部进入电极，所以电 流值仅取决于外电离因素的强弱而与电 压无关
（2）在I-U曲线的B、C点： 电压升高至 U B 时，电流又开始增 大，这是由于电子碰撞电离引起的，因 为此时电子在电场作用下已积累起足以 引起碰撞电离的动能。电压继续升高至 U0 时，电流急剧上升，说明放电过程又 进入了一个新的阶段。此时气隙转入良 好的导电状态，即气体发生了击穿。
施电压达到U0后的放电称为自持放电，
U0称为放电的起始电压。
二、电子崩 外界电离因素在阴极附近产生了 一个初始电子，如果空间电场强度足够 大，该电子在向阳极运动时就会引起碰 撞电离，产生一个新的电子，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，产生更多电子。依此，电 子将按照几何级数不断增多，类似雪崩 似地发展，这种急剧增大的空间电子流 被称为电子崩。
（3）在I-U曲线的BC段： 虽然电流增长很快，但电流值仍很小， 一般在微安级，且此时气体中的电流仍 要靠外电离因素来维持，一旦去除外电 离因素，气隙电流将消失。 • 这种依靠外电离因素来维持的放电，称 为非自持放电。
电压达到 U 0 后，电流剧增，且此时
间隙中电离过程只靠电场本身的作用就
已能维持，不再需要外电离因素了。外
第三节 自持放电条件
前述已知，只有电子崩过程是不会发
生自持放电的。要达到自持放电的条件，
必须在气隙内初始电子崩消失前产生新
的电子（二次电子）来取代外电离因素
产生的初始电子。
实验现象表明，二次电子的产生机
制与气压和气隙长度的乘积（ pd ）有关。
值较小时自持放电的条件可用汤逊理论
来说明；pd 值较大时则要用流注理论来
第一节 带电粒子的产生和消失
一、带电粒子在气体中的运动 1.自由行程长度 某粒子在单位行程中的碰撞次数Z的 倒数λ称为该粒子的平均自由行程长度。 2.带电粒子的迁移率 v:粒子沿着电场方向 漂移的速度。 E: 电场强度。
v k E
3.扩散 在热运动的过程中，粒子会从浓度较大 的区域运动到浓度较小的区域，从而使每 一种粒子的浓度分布均匀化，这种物理过 程称为扩散。 气压越低或温度越高，扩散进行得越快。
质演变成导体的物理过程
掌握气体介质的电气强度及其提高方法
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高压电气设备中的绝缘介质有气体、液体、 固体以及其它复合介质。由于气体绝缘介质不 存在老化的问题，在击穿后也有完全的绝缘自 恢复特性，再加上其成本非常廉价，因此气体 成为了在实际应用中最常见的绝缘介质。 气体击穿过程的理论研究虽然还不完善， 但是相对于其他几种绝缘材料来说最为完整。 因此，高电压绝缘的论述一般都由气体绝缘开 始。
三、负离子的形成 电子与中性 分子相结合形成负离子称 为附着。 ●易于产生负离子的气体称为电负性气体 ●六氟化硫气体对电子有很强的亲合性， 称为高电气强度气体 ●负离子的形成对放电的发展有抑制作用， 可看作一种去电离因素
四、带电粒子的消失 1.带电粒子沿电场方向移动，到达电极， 消失于电极，形成外电路的电流。 2.带电粒子因扩散而逸出气体放电空间。 3.带电粒子复合。 气体中，带异号电荷的粒子相遇时， 有可能发生电荷传递与中和称为复合 正、负带电粒子浓度越大，复合进 行得越激烈
电介质在电气设备中作为绝缘材料使用，按其 物质形态，可分为： 气体介质 液体介质 固体介质
在电气设备中: 外绝缘: 一般由气体介质(空气)和固体介质(绝缘子) 联合构成。 内绝缘: 一般由固体介质和液体介质联合构成。
在电场作用下，电介质中出现的电气现象可分
为两大类:
弱电场—电场强度比击穿场强小得多
第二节
一、汤逊实验
电子崩
气体放电现象与规律因气体的种类、 气压和间隙中电场的均匀度而异。
但气体放电都有从电子碰撞电离开始
发展到电子崩的阶段。
宇宙射线和放射性物质的射线会使气体发
生微弱的电离而产生少量带电质点；另一方面，
带电质点又在不断复合，使气体空间存在一定
浓度的带电质点。因此，在气隙的电极间施加
主要有极化、电导、介质损耗等现象 强电场—电场强度等于或大于放电起始 场强或击穿场强 主要有放电、闪络、击穿等现象
本篇内容
第一章 气体放电的基本物理过程 第二章 气体介质的电气强度 第三章 液体和固体介质的电气特性
第一章 气体放电的基本物理过程
研究气体放电的目的： 了解气体在高电压（强电场）作用下逐步由电介