最新2高电压技术第二章解析ppt课件

增加间隙上的电压
自持放电 无需外界电离因素从阴极释放自由电子
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汤森德理论分析：
汤森德的解释：
电子崩中的正离子在返回阴极时，由于其具有的位能（电 离能）及动能而在阴极上产生的二次电离是取得二次电子使 放电转为自持的关键。
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汤森德理论分析：
如果每个正离子返回阴极时，由于其具有的位能及动能， 从阴极上释放出 个二次电子。（假设起始电子不参加电离过 程）
一旦电压解除后,气体电介质能自动恢复绝缘状态
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输电线路以气体作为绝缘材料
架空输电线 相与相之间 线路与铁塔之间
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变压器相间绝缘以气体作为绝缘材料
变压器引出 线之间
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液体与固体绝缘材料中的气体
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2.带电质点的产生
(1) 激发（激励）
原子在外界因素（电场、高温等）作用下,其电子 跃迁到能量较高的状态，但这一过程只有10-8S，非 常短暂。后回到正常状态并发射光子。
(2).非自持放电 去掉外界游离因素的作用后,放电随即停止。
(3).自持放电 不需要外界游离因素存在,放电也能维持下去。
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电子雪崩的示意图
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
d
+
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电子崩的电荷分布
-
+ +
+ +
+ +
+ +
+
+
+
+
++
+ +
+
+ +
+
+
+ +
+
-
-
-
-
+
d
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汤森德理论分析：
新产生的电子参加电离过程
叫自持放电。电子雪崩。
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试验图形分析：
电子在电场作用下从阴 极奔向阳极，并与中性分子 碰撞产生电离，由此产生的 新电子也加入其中，使电子 的数目迅速增加，这种迅猛 发展的碰撞电离过程被称为 电子雪崩。
均匀电场中气体的伏安特性
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相关的概念
(1).电子崩 在电场作用下电子从阴极向阳极推进而形成的一群电子。
原子
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气体中带电质点的产生与消失
中性的气体
能量 电离的方式 ➢ 激发
电离 去电离过程 ➢ 带电质点中和电量
➢ 游离
碰撞电离 光电离
➢ 带电质点的扩散
热电离
➢ 带电质点的复合
表面电离
负离子的形成
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2.2气体放电机理电子崩与流注
1.汤森德放电理论（又名电子崩理论）. 适用条件:
均匀电场,低气压,短间隙 实验装置：
1
es
If s=10 Then es=2.2×104
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汤森德理论分析：
碰撞电离系数
它表示电子在电场作用下由阴极移动过程中在单位行程里 所发生的碰撞游离系数
取决于
➢ 单位距离电子产生碰撞的次数 ➢ 每次碰撞产生电离的概率
自由行程 ：单位距离电子产生碰撞的次数等于平均自由行程 的倒数 （=距离/次数）。
如右图所示
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试验图形分析：
• 首先，大气中少量的正负离子存在；
• 其次，在极间加上电压后，带电离子 oa段:
分别向两极移动，形成电流；
随着电压升高，到达阳极 的带电质点数量和速度也随之 增大。
均匀电场中气体的伏安特性
ab段：
电流不再随电压的增大而 增大因为这时由外界电离因素 在极间产生的带电离子已全部 参加导电，所以电流趋于饱和 。电流密度是极小的，一般只 有10-19 A/cm2，间隙仍处于良 好的绝缘状态。
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2.带电质点的产生
（b）光电离 由光辐射引起气体原子（或分子）的电离称为光电离
产生光电离的条件： h Wi
从公式中可得出，：能量取决于光的波长
h:普朗克常数 ν:光的频率
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2.带电质点的产生
（c）热电离 气体在热状态下引起的电离过程称为热电离
产生热电ห้องสมุดไป่ตู้的条件：
3 2
KT
Wi
K:波茨曼常数
T:绝对温度
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汤森德理论分析： 碰撞电离系数
1
xi
e
wi
1 e qE
1 定义 AP
A is constant, P is pressure
Ae
APw i qE
P
Aw
i
q
定义
B
Ae Bp E P
P
f
E
P
/P 是E/P的函数
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汤森德理论分析：
汤森德的自持放电条件
非自持放电
1) 场强能保证出现有效的碰撞电离； 2) 依靠外界电离因素从阴极释放自由电子。
正常 原子
电场 高温等
激发 原子
+
正常 原子
光子
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2.带电质点的产生
(2) 游离
原子在外界因素作用下,使其一个或几个电子脱 离原子核的束博而形成自由电子和正离子。
中性 原子
外界能量
+
正离子 电子
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2.带电质点的产生
游离的方式 a.撞击电离（电子起主要作用） b.光电离 c.热电离 d. 表面电离 e. 负离子的形成
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2.带电质点的产生 （d）表面电离 电子从金属电极表面逸出来的过程称为表面电离
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2.带电质点的产生 （e）负离子的形成 中性分子或原子与电子的结合
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3.带电质点的消失 去电离
a.带电质点中和电量 b.扩散 带电质点从高浓度区域向低浓度区域运动. c.复合 正离子与负离子相遇而互相中和还原成中性
2 绝缘的击穿： 作用在绝缘材料上的电场强度超过某一临界值 而使其失去绝缘性能的现象。
3 气体介质的两大优点
❖ 不存在老化问题；
❖ 击穿后具有完全的绝缘自恢复特 性。
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2.1.气体中带电质点的产生和消失
1.空气在强电场下放电特性 气体在正常状态下是良好的绝缘体，在一个立方厘
米体积内仅含几千个带电粒子,但在高电压下,气体从少量 电荷会突然产生大量的电荷,从而失去绝缘能力而发生放 电现象.
新增加的es－1个正离子或电子 二次电离
(es＿1)个电子
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汤森德理论分析：
自持放电条件
由前面的计算结果可以得出此结论
e s 1 1
取决于
电极材料及表面状况 气体种类 E/P
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paschen定律
更普遍的形式是以气体的密度代替压力
表达式:
Ubf(S)
式中：δ: 气体压力 S: 极间距离
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试验图形分析：
bc段：
电流又再随电压的增大而增 大，到达b点后，电流又重新随电 压升高而增大。间隙中出现新的 电离因素，这就是电子的碰撞电 离。
c点:电流急剧突增
均匀电场中气体的伏安特性
随着电压的升高，电流越来
越大。最后达到c点时，电流更急
剧增加到必须依靠外电路的电阻
来限制的地步。放电的这一阶段
2高电压技术第二章解析
电气设备的一般特性
1. 设备可靠性随电压升高而下降 2. 设备的体积随电压升高而增大
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电气设备的一般特性
设备
可靠性
体积
电压 3
高电压技术 第二章
气体放电的物理过程
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概述
➢ 气体 如绝缘气体：空气 1 用于高压电气设备绝缘的介质 ➢ 液体 如油，变压器等
➢ 固体 如绝缘子等