高电压技术第二章-气体放电
高电压技术课件 第二章 气体放电的物理过程
有些气体形成负离子时可释放出能量。这类气体容易 形成负离子，称为电负性气体（如氧、氟、SF6等）
负离子的形成起着阻碍放电的作用
15
5、金属（阴极）的表面电离
阴极发射电子的过程 逸出功 ：金属的微观结构 、金属表面状态
41
4、击穿电压、巴申定律
根据自持放电条件推导击穿电压 ，先推导 的计算式
设电子在均匀电场中行经距离x而未发生碰撞，则此时电子 从电场获得的能量为eEx，电子如要能够引起碰撞电离， 必须满足条件
eEx Wi 或 Ex Ui
只有那些自由行程超过xi＝Ui／E的电子，才能与分子发生
碰撞电离
若电子的平均自由行程为，自由行程大于xi的概率为
正、负离子间的复合概率要比离子和电子间的复合概 率大得多。通常放电过程中离子间的复合更为重要
一定空间内带电质点由于复合而减少的速度决定于其 浓度
21
§2.2 气体放电机理
气体放电的概述 汤逊放电理论 流注放电理论
22
一、气体放电的概述
（一）气体放电的主要形式
根据气体压强、电源功率、电极形状等因素的不同 ，击穿后气体放电可具有多种不同形式。利用放电 管可以观察放电现象的变化
Ub
f
2
pS T
电子的质量远小于离子，所以电子的热运动速度很高 ，它在热运动中受到的碰撞也较少，因此，电子的扩 散过程比离子的要强得多
20
3、带电质点的复合
正离子和负离子或电子相遇，发生电荷的传递而互相 中和、还原为分子的过程
在带电质点的复合过程中会发生光辐射，这种光辐射 在一定条件下又可能成为导致电离的因素
高电压技术-第二章
δd 过大时，气压高，或距离大，这时气体击穿
的很多实验现象无法全部在汤逊理论范围内给以解 释：放电外形；放电时间；击穿电压；阴极材料。 因此，通常认为，δd ＞0.26 cm(pd＞200 cm •
mmHg)时，击穿过程将发生变化，汤逊理论的计算结
果不再适用，但其碰撞电离的基本原理仍是普遍有 效的。
电负性：一个无量纲的数，其值越大表明原子 在分子中吸引电子的能力越大 。
1.1.2 带电质点的消失
带电质点的消失可能有以下几种情况： 带电质点受电场力的作用流入电极 ；
带电质点因扩散而逸出气体放电空间；
带电质点的复合。
带电质点的复合 复合：当气体中带异号电荷的粒子相遇时，有可 能发生电荷的传递与中和，这种现象称为复合。 复合可能发生在电子和正离子之间，称为电子 复合，其结果是产生一个中性分子； 复合也可能发生在正离子和负离子之间，称为 离子复合，其结果是产生两个中性分子。
回正常态时，所产生的光子到达阴极表面都将引起
为此引入系数。 阴极表面电离，统称为 过程。
设外界光电离因素在阴极表面产生了一个自由电 子，此电子到达阳极表面时由于 α 过程，电子总数 增至 eαd 个。因在对α 系数进行讨论时已假设每次电 离撞出一个正离子，故电极空间共有 （ eαd-1）个 正离子。由系数 γ 的定义，此（ eαd-1）个正离子 在到达阴极表面时可撞出 γ（eαd-1） 个新电子，这
（2）汤逊放电理论的适用范围
汤逊理论是在低气压、 δd 较小的条件下在放电
实验的基础上建立的。 δd 过小或过大，放电机理将
出现变化，汤逊理论就不再适用了。
δd 过小时，气压极低( 过小在实际上是不可能
γ 远大于 d，碰撞电离来不及发生， 的)， d / λ 过小，
高电压技术复习大纲-2012 (1)
第四章 气体中沿固体绝缘表面的放电
• 第三节 极不均匀电场中的沿面放电 o 弱垂直电场分量情况下，提高沿面闪络电压的途径？具 体措施？ o 说明为什么加装均压环后绝缘子柱电压分布可以得到改 善 o 分析线路绝缘子串电压分布的等效电路？均压环如何改 善电压分布？
第四章 气体中沿固体绝缘表面的放电
• 第四节 受潮表面的沿面放电 o 名词解释：
• 第五节 脏污绝缘表面的沿面放电 o 名词解释：
o 污闪电压；污层等值附盐密度；单位爬电距离
o 干燥情况下绝缘子表面污层对闪络电压是否有影响？ o 什么情况下绝缘子表面污层对闪络电压有显著影响？为 什么？ o 为什么污闪事故对电力系统的危害特别大？ o 简单描述污闪的发展过程 o 污闪与其他沿面闪络过程的最大不同之处是？ o 污闪发展过程中，局部电弧能否发展成闪络取决于哪些 因素？ o 影响污闪电压的因素有哪些？ o 实验室进行人工污秽试验时，如何确定污闪电压？具体 步骤？对污闪试验所用电源的内阻抗有何要求？
o 湿闪络电压；
o 介质表面发生凝露时，沿面闪络电压降如何变化？是否 发生凝露与什么因素有关？ o 低温下为什么相对湿度增加不会显著降低闪络电压？ o 湿闪络电压与干闪络电压的关系？ o 提高绝缘子湿闪电压的措施？ o 为什么户外绝缘子都有伞裙？ o 为什么伞裙宽度进一步增大并不能提高湿闪电压？
第四章 气体中沿固体绝缘表面的放电
o GIS的母线筒和测量电压用的球间隙属于什么类型的电 场？高压输电线路？套管？ o 如何描述电场的不均匀性？以稍不均匀场和极不均匀场 为例予以说明 o 极不均匀场区别于均匀场的放电现象是？ o 同样间隙距离下，稍不均匀场间隙的击穿电压比均匀场 间隙的要高还是低？ o 电晕放电是自持还是非自持放电？ o 极不均匀场间隙中自持放电条件是？ o 电晕放电的危害、降低电晕放电的措施与电晕放电的有 利之处？
《高压电技术》课程复习要点
《高压电技术》课程复习要点课程名称：《高压电技术》适用专业：2016级电力系统自动化（专科业余函授）辅导教材：《高电压技术（第三版）》常美生主编中国电力出版社复习要点：第一章绪论内容：电介质的极化、电导与损耗。
要求：掌握电介质的极化；了解质的介电常数；掌握电介质的电导和损耗。
第二章气体放电的基本物理过程内容：气体中带电质点的产生和消失；气体放电过程的一般描述；均匀电场气隙的击穿；不均匀电场气隙的击穿。
要求：了解带电粒子的产生和消失及电子崩；了解自持放电条件，掌握气体放电的汤逊理论和流注理论；熟悉不均匀电场中的放电过程及电晕放电；掌握沿面放电及污闪。
第三章气体介质的电气强度内容：气隙的击穿时间；气隙的伏秒特性；气隙的击穿电压；提高气隙击穿电压的方法；的电气特性。
要求：了解气体介质的电气强度的影响因素；掌握提高气体介质电气强度的方法。
第四章液体和固体介质的电气特性内容：固体、液体电介质击穿的机理；影响固体、液体电介质击穿电压的因素；提高固体、液体电介质击穿电压的方法。
要求：了解固体与液体介质的击穿和老化；掌握提高击穿电压的方法。
第五章电气设备绝缘预防性试验内容：绝缘预防性试验；在线监测和故障诊断技术概述。
要求：掌握绝缘电阻与吸收比的测量、泄漏电流的测量及介质损耗角正切的测量。
第六章绝缘的高电压试验内容：工频高压试验；直流高压试验；冲击电压发生器基本原理。
要求：掌握工频高压试验基本内容；冲击电压发生器基本原理；直流高压试验基本内容。
第七章输电线路和绕组中的波过程内容：单导线线路中的波过程；行波的折射与反射；行波通过串联电感和并联电容；行波的多次折反射。
要求：掌握波沿均匀无损单导线的传播；掌握行波的折射和反射；掌握波作用于单绕组时引起的振SF6气体荡、三相绕组的波过程及波在变压器绕组间的传播。
第八章雷电及防雷装置内容：雷电参数；避雷针与避雷器；接地装置。
要求：了解雷电参数和雷击过电压的基本分类；掌握各种防雷装置的基本原理和防雷性能；掌握防雷接地。
高电压技术
气体放电的研究与应用摘要：本文介绍了物理学中的一个现象——气体放电。
说明了气体放电的原理，气体放电的形式及特点以及高电压技术在气体放电中的应用。
气体放电现象不仅在人们的日常生活中有广泛的应用，在科学研究中更有重大意义。
关键词：气体放电；火花放电；电晕放电气体放电的基本理论气体放电的定义干燥气体通常是良好的绝缘体，但当气体中存在自由带电粒子时，它就变为电的导体。
这时如在气体中安置两个电极并加上电压，气体在强电场作用下，少量初始带电粒子与气体原子（或分子）相互碰撞，当碰撞能量足够大时，会使束缚电子脱离气体原子而成为自由电子。
逸出电子后的原子成为正离子，使气体中的带电粒子增殖，这时有电流通过气体，这个现象称为气体放电。
气体放电过程中会产生多种粒子，它们之间的相互作用过程是一个复杂的电、光、化学作用的系统。
气体放电的形式依气体压力、施加电压、电极形状、电源频率的不同，气体放电有多种多样的形式。
主要的形式有暗放电、辉光放电、电弧放电、电晕放电、火花放电、高频放电等。
20世纪70年代以来激光导引放电、电子束维持放电等新的放电形式，也日益受到人们的重视。
其中利用高电压放电的是火花放电与电晕放电。
火花放电这是在电源电压较高，足以击穿气体,但电源功率不够大，不能维持持续放电时产生的一种放电。
它仍然是一种自持放电，但瞬即熄灭，待电源电压恢复后，又重新放电。
放电时电极间有丝状火花跳过电极空间，其路程则是随机的。
自然界中的雷电，是一种大范围的火花放电，但在火花放电之前大多先出现电晕放电。
火花放电的过程比汤生放电还要迅速。
关于这种放电的理论，较为成功的是条带理论。
这种理论认为：在强电场作用下，由外界催离素所产生的某一个电子，向阳极运动时将引起强烈的电离及激发，并形成电子繁流。
这种单个电子形成的繁流称为负条带。
形成负条带的同时，出现强烈的短波辐射，在空间引起光电离；光电离产生的光电子，又能发展成一些较小的负条带。
当条带较多时，便汇成一个强大的负条带，迅速向阳极飞去。
高电压技术课后题答案详解
第一章电介质的极化、电导和损耗第二章气体放电理论1)流注理论未考虑的现象。
表面游离2)先导通道的形成是以的出现为特征。
C- C．热游离3)电晕放电是一种。
A--A．自持放电4)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C--C.热游离5)以下哪个不是发生污闪最危险的气象条件D-D.大雨6)以下哪种材料具有憎水性A--A.硅橡胶20)极性液体和极性固体电介质的相对介电常数与温度和电压频率的关系如何为什么极化液体相对介电常数在温度不变时，随电压频率的增大而减小，然后就见趋近于某一个值，当频率很低时，偶极分子来来得及跟随电场交变转向，介电常数较大，当频率接近于某一值时，极性分子的转向已经跟不上电场的变化，介电常数就开始减小。
在电压频率不变时，随温度的升高先增大后减小，因为分子间粘附力减小，转向极化对介电常数的贡献就较大，另一方面，温度升高时分子的热运动加强，对极性分子的定向排列的干扰也随之增强，阻碍转向极化的完成。
极性固体介质的相对介电常数与温度和频率的关系类似与极性液体所呈现的规律。
21)电介质电导与金属电导的本质区别为何１）带电质点不同：电介质为带电离子（固有离子，杂质离子）；金属为自由电子。
２）数量级不同：电介质的γ小，泄漏电流小；金属电导的电流很大。
３）电导电流的受影响因素不同：电介质中由离子数目决定，对所含杂质、温度很敏感；金属中主要由外加电压决定，杂质、温度不是主要因素。
22)简要论述汤逊放电理论。
设外界光电离因素在阴极表面产生了一个自由电子，此电子到达阳极表面时由于α过程，电子总数增至eαd 个。
假设每次电离撞出一个正离子，故电极空间共有（eαd －1）个正离子。
这些正离子在电场作用下向阴极运动，并撞击阴极．按照系数γ的定义，此（eαd －1）个正离子在到达阴极表面时可撞出γ（eαd －1）个新电子，则( eαd -1)个正离子撞击阴极表面时，至少能从阴极表面释放出一个有效电子，以弥补原来那个产生电子崩并进入阳极的αd电子，则放电达到自持放电。
2 气体放电的物理过程—均匀电场中气体击穿(高电压技术)
3）热电离
3热电离.exe
一切因气体热状态引起的电离过程称为热电离。 一切因气体热状态引起的电离过程称为热电离。 包括： 包括： •随着温度升高气体分子动能增加引起的碰撞电离， 随着温度升高气体分子动能增加引起的碰撞电离， •高温下高能热辐射光子引起的光电离。 高温下高能热辐射光子引起的光电离。
4）金属(阴极)的表面电离： 金属(阴极)的表面电离：
设：一个电子从阴极行走 x 距离产 生的自由电子数为 n 产生的新电子数为： n 个电子前进 dx 产生的新电子数为：
dn = nαdx, 或dn = αdx n 所以： 所以：一个电子从阴极到阳极产生 的电子数为： 的电子数为：
自持放电条件： 自持放电条件：
N =e 0
∫αdx
S
= eαS
γ (e
αS
− 1) ≥ 1
一个电子从阴极到阳极产生的正离子数为： 一个电子从阴极到阳极产生的正离子数为：
e
αS
−1
均匀电场中气体击穿的 发展过程
气体击穿的两个基本理论： 气体击穿的两个基本理论： 一、汤逊理论（巴申定律） 汤逊理论（巴申定律） 二、流注理论
一、巴申定律（汤逊理论）： 巴申定律（汤逊理论）：
δ一定：d小，d小于λ，U击 ↑
d大，U击 ↑ 大，U
d一定：δ小，碰撞机会少，U击 ↑
δ大，λ小，U击 ↑
汤逊理论中气隙的击穿过程是： 汤逊理论中气隙的击穿过程是： 电子崩——气隙击穿 电子崩——气隙击穿 仅适用于短间隙低气压的辉 仅适用于短间隙低气压的辉 光放电
二、流注理论： 流注理论： 流注：由正负离子构成的具有良好导电性的冷等离子体 流注： 放电的主要因素： 放电的主要因素： 电子的碰撞电离及空间光电离（光子、短波光射线 电子的碰撞电离及空间光电离（光子、 引起的空间电离），强调了空间电荷畸变电场的作用， ），强调了空间电荷畸变电场的作用 引起的空间电离），强调了空间电荷畸变电场的作用， 流注是由二次电子崩汇入主崩形成的。 流注是由二次电子崩汇入主崩形成的。
高电压技术 绪论 气体放电理论(一)
的短路电流约增加1.8kA，如果这些机组均装设在负荷
中心地区，对当地电网的短路电流水平有较大的影响。 通过特高压电网，实现分层分区布局，可以优化包 括超高压在内的系统结构，从根本上解决短路电流超标 问题。
13
7）加强联网能力
• 通过交流特高压同步联网，可以大幅度缩短电 网间的电气距离，提高稳定水平，发挥大同步 电网的各项综合效益。 • 通过直流特高压异步联网，满足长距离、大容 量送电的要求，沿线不需要提供电源支撑。
线路走廊约76米，单位走廊宽度输送容量为8.4万千
瓦/米，是±500kV、300万千瓦方案的1.29倍， ±620kV、380万千瓦方案的1.37倍。
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6）改善电网结构，降低短路电流
通过特高压实现长距离送电，可以减少在负荷中心
地区装设机组的需求，从而降低短路电流幅值。长距离
输入1000万千瓦电力，相当于减少本地装机17台60万千
3
2.中国电网发展历史
中国，1949年前，电力工业发展缓慢，输电电压按 具体工程决定，电压等级繁多： 1949年新中国成立
后，按电网发展统一电压等级，逐渐形成经济合 理的电压等级系列： 1989年建成±500kV葛洲坝上海高压直流输电线，实现了华中-华东两大区的 直流联网。 1984年，国家明确提出500kV以上的输电电压为 1000kV特高压、330kV以上的输电电压为750kV。 1）2005年9月，中国在西北地区（青海官厅—兰 州东）建成了一条750kV输电线路，长度为140.7 km。输、变电设备，除GIS外，全部为国产。 2）2010年1000kV晋东南～南阳～荆门输电线路 工程
量综合造价也约为±500kV直流输电
高电压技术-第02章-气体放电的物理过程
2.1 气体中带电质点的产生和消失 2.2 气体放电机理 2.3 电晕放电 2.4 不均匀电场气隙的击穿 2.5 雷电放电 2.6 气隙的沿面放电
2.1 气体中带电质点的产生和消失
1、气体中带电质点的产生： 纯净中性气体不导电，只有气体中出现带电质点后
才能导电，并在电场作用下发展成放电现象。 ① 基本概念： 玻尔理论：原子周围的电子按规律跃迁时，轨道越远，
域，从而使带电质点在空间各处浓度趋于平均的过程。 扩散是由杂乱的热运动造成的，与电场力无关，电
子扩散速度比离子快。 ③ 复合：
带有异号电荷质点相遇，还原为中性质点的过程称 为复合。
复合时，电离吸收的能量以光子形式放出。复合由 电场力作用，电子快，所以复合几率小，总是先变成负 离子再复合。
1、概述： ① 电子崩：
系数 ：1 个正离子撞击阴极表面，逸出的平均自由电 子数。
② n 0 为1，位置为阴极附近。
S
n0 n
x
dx
过程： dnndx dn dx lnnx nexes
n
S 路程上撞击电离出 e s 1 个正离子。 过程：可以忽略不计。
过程： e s 1 个正离子撞击阴极，电离出 es 1个电子。
2、气体中带电质点的消失： 气体中带电质点消失的方式有三种：中和、扩散、
复合。 ① 中和：
带电质点在电场力作用下，宏观上沿电场作定向运 动。带电质点受电场力作用而流入电极，中和电量。
由于电子质量和直径比离子小很多，加速情况和碰 撞情况也大不相同，电子迁移率比离子大两个数量级。
② 扩散： 扩散指质点从浓度较大的区域扩散到浓度较小的区
⑤ 表面电离： 概念：由金属表面逸出电子的电离形式。 逸出功：从金属电极表面逸出电子所需要的能量。 电离形式： ➢ 二次发射：用有足够能量的质点撞击金属表面。 ➢ 光电子发射：用短波光照射金属表面。 ➢ 热电子发射：加热金属电极。 ➢ 强场发射：在电极附近加强电场从电极拉出电子。
高电压技术复习总结
⾼电压技术复习总结第2章⽓体放点的基本物理过程（这章⽐较重要，要记得知识点很多，要认真看）在第⼆章标题下⾯有⼀句话“与固体和液体相⽐·········”（1.电离是指电⼦脱离原⼦的束缚⽽形成⾃由电⼦、正离⼦的过程．电离是需要能量的，所需能量称为电离能Wi(⽤电⼦伏eV表⽰，也可⽤电离电位Ui=Wi/e表⽰)2.根据外界给予原⼦或分⼦的能量形式的不同，电离⽅式可分为热电离、光电离、碰撞电离（最重要）和分级电离。
3.阴极表⾯的电⼦溢出：（1）正离⼦撞击阴极：正离⼦位能⼤于2倍⾦属表⾯逸出功。
（2）光电⼦发射：⽤能量⼤于⾦属逸出功的光照射阴极板。
光⼦的能量⼤于⾦属逸出功。
（3）强场发射：阴极表⾯场强达到106V/cm（⾼真空中决定性）（4）热电⼦发射：阴极⾼温4.⽓体中负离⼦的形成：电⼦与⽓体分⼦或原⼦碰撞时，也有可能发⽣电⼦附着过程⽽形成负离⼦，并释放出能量（电⼦亲合能）。
电⼦亲合能的⼤⼩可⽤来衡量原⼦捕获⼀个电⼦的难易，越⼤则越易形成负离⼦。
负离⼦的形成使⾃由电⼦数减少，因⽽对放电发展起抑制作⽤。
SF6⽓体含F，其分⼦俘获电⼦的能⼒很强，属强电负性⽓体，因⽽具有很⾼的电⽓强度。
5.带点质点的消失：（1）带电质点的扩散：带电质点从浓度较⼤的区域向浓度较⼩的区域的移动，使带电质点浓度变得均匀。
电⼦的热运动速度⾼、⾃由⾏程⼤，所以其扩散⽐离⼦的扩散快得多。
（2）带电质点的复合：带异号电荷的质点相遇，发⽣电荷的传递和中和⽽还原为中性质点的过程，称为复合。
带电质点复合时会以光辐射的形式将电离时获得的能量释放出来，这种光辐射在⼀定条件下能导致间隙中其他中性原⼦或分⼦的电离。
6.⽓体间隙中电流与外施电压的关系：第⼀阶段：电流随外施电压的提⾼⽽增⼤，因为带电质点向电极运动的速度加快复合率减⼩第⼆阶段：电流饱和，带电质点全部进⼊电极，电流仅取决于外电离因素的强弱（良好的绝缘状态）第三阶段：电流开始增⼤，由于电⼦碰撞电离引起的电⼦崩第四阶段⾃持放电：电流急剧上升放电过程进⼊了⼀个新的阶段（击穿）外施电压⼩于U0时的放电是⾮⾃持放电。
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。
第2章 气体放电的物理过程
图2-3-2 导线上流注性质的电晕
二. 电晕放电效应
（1）伴随着电离、复合、激励、反激励等过程而有 声、光、热等效应，表现是发出“丝丝”的声音，蓝色 的晕光以及使周围气体温度升高等。
阴极表面电离
放电过程
气体空间电离
气体中的自由电子
在电场中加速
碰撞电离
电子崩（α）过 程
阴极表面二次发
射 (γ过程）
正离子
图 2-1 低气压、短气隙情况下气体的放电过程
帕邢定律
Ub = f (δ ⋅S)
50 30 Ub(kV) 20 10
δ = P ⋅ Ts = 2.9 P
T Ps
T
5 3 2 1
0.5 0.3 0.2
电压再提高,刷状放电中的个别光束突发的前伸,形 成明亮的火花通道到达对面电极,气隙被就击穿了.当 电源功率足够时,火花击穿迅速的转变成电弧。
（三）电场不均匀系数
f = E max E av
式中， Emax 最大电场强度； Eav 平均电场 强度。
E av
=
U d
式中， U ——电极间的电 压；
d—— 极间距离。
0.1 0.10.20.30.51 2 3 5 10 20 30 50 100 300
1000 δS
图2-2 均匀电场中空气的帕邢曲线
帕邢定律：在均匀的电场中，击穿电压 Ub与气体的 相对密度 δ 、极间距离S的积有函数关系，只要 δ ⋅ S 的乘积不变，U b 也就不变。
汤森德放电机理的不足：
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，电子数将按几何级数不断增 多，像雪崩似的发展,这种急剧增大的空间电流被称为 电子崩。
高电压技术2流注理论
当大曲率电极附近很小范围内已达相当数值 时，间隙中大部分区域值都仍然很小，放电 达到自持放电后，间隙没有击穿。电场越不均 18
极不均匀电场的放电特征
• 1.存在有局部放电现象 • 2.放点存在明显的极性效应
19
1.局部放电现象—电晕
• 极不均匀电场所特有的一种局部放电现象 。它既可能是一种长期存在的局部放电， 也可能是间隙击穿的第一阶段。
20
实验室内观察到的电晕
21
电晕放电现象及危害
电晕放电现象
电离区的放电过程造成。咝咝的声音，臭氧 的气味，回路电流明显增加(绝对值仍很小)， 可以测量到能量损失
脉冲现象
(a) 时间刻度T=125s (b) 0.7A电晕电流平均值 (c) 2A电晕电流平均值
22
电晕放电会引起线路周围的物理效应和化学 反应
f<2时，稍不均匀电场 f>4后，极不均匀电场
17
根据电场均匀程度和气体状态，可出现不同 电场比较均匀的情况情况
放电达到自持时，在整个间隙中部巳达到相 当数值。这时和均匀电场中情况类似
电场不均匀程度增加但仍比较均匀的情况
当大曲率电极附近达到足够数值时，间隙中 很大一部分区域也都已达相当数值，流注一 经产生，随即发展至贯通整个间隙，导致间隙 完全击穿
二次电子崩中的电子进 入主电子崩头部的正空 间电荷区（电场强度较 小），大多形成负离子。 大量的正、负带电质点 构成了等离子体，这就 是正流注
流注通道导电性良好， 其头部又是二次电子崩 形成的正电荷，因此流 注头部前方出现了很强 的电场
1—主电子崩 2—二次电子崩 3—流注
6
正流注向阴极推进
流注不断向阴极推进，且 随着流注接近阴极，其头 部电场越来越强，因而其 发展也越来越快
高电压技术：冲击电压下空气的击穿电压
孩子的数字意识培养从数数到数学数字意识是指对数字和数量的理解、认知和运用能力。
它是孩子数学思维的基础，对他们日常生活和学习都具有重要的影响。
如何培养孩子的数字意识，让他们从简单的数数到具备一定的数学思维呢？下面我将探讨几个有效的培养方法。
一、通过数数游戏培养1. 数数物品：给孩子提供一些小巧物体，让他们逐个数数，并告诉他们每个物体代表一个数字。
可以使用豆子、糖果等小物品，引导他们运用手指逐个点数并说出数字。
逐渐增加物体的数量，让孩子练习更复杂的计数。
2. 数物体：让孩子观察一组物体，并要求他们数出其中的个数。
可以使用各种形状和颜色的积木或穿珠玩具等，逐渐提高难度，如要求孩子数出相同形状或颜色的数量。
3. 数数字：利用卡片或纸板上的数字卡片，让孩子按顺序数出数字，从1开始逐渐增加。
可以用很多种方式进行游戏，如让孩子按顺序贴卡片到黑板上，或者是把数字卡片放进一个小盒子里，让孩子摸出并说出数字。
二、通过数字与实际生活结合培养1. 数字图形：利用数字卡片或图形卡片，让孩子用对应的数字或图形组成形状。
可以用线连接数字，拼成各种形状，使孩子通过手脑协调锻炼数字和形状的对应关系。
2. 数字难题：提出一些简单的数学题目，让孩子利用数字意识解决问题。
例如，“桌子上有3个苹果，你拿走了2个，还剩几个？”通过这样的问题，让孩子在实际生活中运用数字思维，并培养他们的逻辑思维能力。
3. 数字游戏：利用数字游戏来培养孩子的数字理解能力。
例如，让孩子按照规定的顺序踩数字地板，或者玩数字接龙等游戏，通过游戏的方式巩固数字的记忆和理解。
三、通过书籍与媒体培养1. 绘本启蒙：通过绘本来引导孩子对数字的认识。
选择图文并茂的绘本，其中的图案和故事情节能够让孩子直观地感受到数字的含义和运用。
可以通过读绘本的方式，让孩子与数字产生联系并逐渐理解。
2. 数字歌曲和儿歌：学习数字可以通过听儿歌和数字歌曲来帮助。
这些歌曲旋律优美，节奏明快，既可以让孩子轻松愉快地学习数字，又能够巩固他们的记忆。
高电压技术中的气体放电及其应用探析
高电压技术中的气体放电及其应用探析高电压技术随着不少工业和研究领域的发展需要而发展在电力工程中有最广泛的应用。
国外随着电力供应及可靠性要求的不断提高，刺激着高电压技术的发展。
我国的电力发展要求逐步建设大量的超高压电网和输变电设备，无论从制造或从引进消化国外设备和技术来看，积极研究、发展高电压技术都是必不可少的由于气体放电在材料处理、热核聚变、环境净化以及等离子体推力器等各个前沿科学领域中具有广泛的应用。
分析了直流辉光放电、介质阻挡放电、大气压辉光放电、电子回旋共振放电、容性耦合射频放电的国内外研究现状，最后介绍了气体放电等离子体的应用领域。
1 绪论1.1 研究目的和意义1.1.1 气体放电研究目的我国国土辽阔水力、煤炭、石油资源虽十分丰富，但其分布偏离用电中心很远，因而大力发展大容量远距离输电是必然的趋势传统的交流电力系统作为主要对象的“高电压技术，根本没有或很少涉及这些间题，严格地说，只能称之为“交流高电压技术”，这种状况显然不能适应今后直流输电技术加速发展的现实。
我认为条件正在逐渐成熟，现在已经是让“高电压技术”这门学科全面包括交流和直流两个部分的时候了。
1.2 气体放电研究意义由于所用材料上的变革，已经出现了一些可使结构更紧凑、技术经济上更好的产品。
SFe气体绝缘变电站、SP。
断路器、真空断路器、可控硅换流阀、金属氧化物避雷器等。
这些设备中的放电机理、在各种工作条件下的特性，它们的测试和与它们有关的过电压问题等都尚待进一步研究。
合成绝缘子的应用可缩小线路尺寸，但它在户外的长期绝缘特性问题、机械强度和防水问题等都有待研究。
塑料电缆应用日广，但尚需对绝缘中的树枝（水、电）发展机理、防水、防杂质问题进行研究。
此外，在环境方面如高海拔、污秽等外界因素对外绝缘的影响仍需研究。
高压试验对测量技术也要求改进，如要求能测量更快速的暂态，要求广泛应用数字化技术。
与此有关，随着电子设备增多的弱电和强电设备间的电磁兼容问题也更为迫切了。
高电压技术中的气体放电及其应用
高电压技术中的气体放电及其应用摘要：由于气体放电在材料处理、热核聚变、环境净化以及等离子体推力器等各个前沿科学领域中具有广泛的应用。
为了推动气体放电及等离子体理论与应用技术的研究和发展，综述了近年来各种典型气体放电机理的发展。
分析了直流辉光放电、介质阻挡放电、大气压辉光放电、电子回旋共振放电、容性耦合射频放电的国内外研究现状，最后介绍了气体放电等离子体的应用领域。
关键词：高电压；气体放电；应用1前言在自然状态下，气体通常处于绝缘状态，但是在外加电场时，气体分子就被电离成电子和离子，因此，气体放电是产生低温等离子体的主要方式。
气体放电等离子体可分为自然等离子体和实验室等离子体，如大气中的闪电现象就是一种特殊的气体放电，为自然界中的一种常见的现象，人类很早之前就对其有所认识。
而人工状态下的气体放电早在1673年就由威廉在旋转硫磺球上首次产生了电火花放电，1802年彼得罗夫发现了电弧放电，然而由于人类的认识有限，对气体放电理论的研究进展非常缓慢，直到19世纪末20世纪初，电磁场理论的完善，使得气体放电的步伐加快。
2气体放电的类型及分类获取等离子体的方法有很多种，根据所加的频率不同，可以分为直流放电、低频放电、高频放电、微波放电等多种类型。
2.1直流辉光放电目前国内主要有电子科技大学课题组基于粒子网格方法（PIC）和蒙特卡罗方法（MCC）开展对辉光放电的数值模拟研究，仿真模拟了直流辉光放电的电离过程，得到了放电过程中电子与离子的相空间分布、速度分布、能量分布及自洽场分布等随时间演化的热性，很好的解释了直流辉光放电等离子体的电离特性。
同时对氩气的直流辉光放电的阴极鞘层区域进行了研究，提出了一种新的氩气辉光放电阴极鞘层区域自洽模型，研究了不同气体密度、不同极间电压的条件下阴极鞘层区域的自洽电场，并研究了该区域内离子的能量分布、电子能量分布和电子碰撞分散角分布等微观特性。
大连理工大学采用漂移扩散的流体模型研究了辉光放电的电离过程，将电子和离子分别看做流体，采用有限体积法进行求解，研究了一定的气体压力变化范围内，电子和离子的密度随着压力变化而变化的规律，并研究了各个放电区域内的电子密度、离子密度、电场和电势等随压力的变化规律，数值模拟结果对实验具有一定的指导意义。
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各种粒子在气体中运动时不断地互相碰撞，任一粒子在1cm的 行程中所遭遇的碰撞次数与气体分子的半径和密度有关。 单位行程中的碰撞次数n的倒数 长度。 即为该粒子的平均自由行程
处于电场中的带电质点，在电场E的作用下，沿电场方向不断得到加速并积 累动能。当具有的动能积累到一定数值后，在与其气体原子或分子发生碰撞时， 可以使后者产生游离。由碰撞而引起的游离称为碰撞游离。 电子在场强为E的电场中移过x距离时获得的动能为：
第二章 气体放电的基本物理过程
一、碰撞电离[ionization by collision] ：
4 火花放电[spark discharge ] 定义：放电间隙反复击穿时，在气体间隙中形成贯通两极的断断续续的不稳
定的明亮细线状火花，这种放电形式称为火花放电。
在通常气压下，当在曲率不太大的冷电极间加高电压时，若电源供给的功率不太 大，就会出现火花放电，火花放电时，碰撞电离并不发生在电极间的整个区域内， 只是沿着狭窄曲折的发光通道进行，并伴随爆裂声。由于气体击穿后突然由绝缘 体变为良导体，电流猛增，而电源功率不够，因此电压下降，放电暂时熄灭，待 电压恢复再次放电。所以火花放电具有间隙性。雷电就是自然界中大规模的火花 放电。
第二章 气体放电的基本物理过程
B. 放电[discharge] 定义：放电指的是电气设备绝缘有电流流过的现象，从带电到不带电的过程。
放电根据其放电时产生的现象特 征可以区分为一下几种：
辉光放电 电晕放电 局部放电 火花放电 沿面放电 等等
根据放电强度和放电阶段可分为
非自持放电； 自持放电
第二章 气体放电的基本物理过程
2.1.4 带电粒子的消失[去游离] 带电粒子的消失可能有以下几种情况：
1. 带电粒子在电场的驱动下做定向运动，在到达电极时，消失于电极上而形成 外电路中的电流； 2. 3. 带电粒子因扩散而逸出气体放电空间； 带电粒子的复合。
复合：
当气体中带异号电荷的粒子相遇时，有可能发生电荷的传递与中和，这种现象称为复合。 复合可能发生在电子和正离子之间，称为电子复合，其结果是产生一个中性分子； 复合也可能发生在正离子和负离子之间，称为离子复合，其结果是产生两个中性分子。
电离能（Wi，单位：电子伏eV）： 使基态原子或分子中最松弛的那个电子电 离出来所需要的最小能量称为电离（游离）能。
游离是激励的极限状态，气体分子或原子游离所需要的能量称为游离（电离）能， 游离能随气体种类而不同，一般约在10~15eV之间。
第二章 气体放电的基本物理过程
一、碰撞电离[ionization by collision]：
第一节 带电质点的产生与消失
2.1.2 带电粒子的产生 气体中产生带电粒子的物理过程称为电离，是气体放 电的首要前提。在介绍本节内容之前，首先大家要掌握几 个重要的名词。
第二章 气体放电的基本物理过程
第一节 带电质点的产生与消失
常用名词
第二章 气体放电的基本物理过程
A.电介质[dielectric] 定义：电工中一般认为电阻率超过10欧/厘米的物质便归于电介质。一般情
第二章 气体放电的基本物理过程
2.1.5 带电粒子在气体中的运动 1 粒子的自由行程长度
当气体中存在电场时，粒子进行热运动和沿电场定向运动（如 图所示）
第二章 气体放电的基本物理过程
1 粒子的自由行程 一个粒子(质点)在每两次碰撞之间自由通过的距离叫 自由行程。
第二章 气体放电的基本物理过程
2 粒子的平均自由行程
况下，电介质的带电粒子是被原子、分子的内力或分子间的力紧密束缚着，因 此这些粒子的电荷为束缚电荷。在外电场作用下，这些电荷也只能在微观范围 内移动，产生极化。在静电场中，电介质内部可以存在电场，这是电介质与导 体的基本区别。不导电的物质，如空气、玻璃、云母片、胶木等。一切绝缘体 统称为电介质；或者是在外电场的作用下内部结构发生变化，并且反过来影响 外电场的物质。
内绝缘[internal insulation ]:
设备内部绝缘的固体、液体、气体部分，基本不受大气、污秽、潮湿、 异物等外界条件影响。一般由固体介质、液体介质和（或）气体介质联合构 成。
第二章 气体放电的基本物理过程
A.电介质[dielectric]
在电气作用下，电介质中出现的电气现象可分为两大类: 1. 弱电场—电场强度比击穿场强小得多，会出现：极化、电导、 介质损耗等电气现象 2. 强电场—电场强度等于或大于放电起始场强或击穿场强，这会 出现：放电、闪络、击穿等电气现象
第二章 气体放电的基本物理过程
2 电晕放电[corona discharge] 定义：导线或电极表面的电场强度超过碰撞游离阈值时发生的气体局部自持
放电现象。因在黑暗中会看到蓝色的晕光形同月晕一样，因而得名。
电力系统中的高压及超高压输电线路导线上发生电晕（见图），会引起电晕功率 损失、无线电干扰、电视干扰以及噪声干扰。进行线路设计时，应选择足够的导 线截面积，或采用分裂导线降低导线表面电场的方式,以避免发生电晕。对于高 电压电气设备,发生电晕放电会逐渐破坏设备绝缘性能。
由光辐射引起原子或分子电离的现象称为光游[电]离。当满足以下条件时， 产生光电离：
第二章 气体放电的基本物理过程
三、热游离：
气体在热状态下引起的游离过程称为热游离。常温下，气体分子发生热电 离的概率极小。 气体中发生电离的分子数与总分子数的比值m称为该气体的电离度。
下图为空气的电离度m与温度T的关系：
击穿是指纯气隙放电; 闪络是沿着固体表面的气 体放电; 击穿和闪络统称为放电.
根据绝缘所处的环境可分为
沿面放电 污秽放电
第二章 气体放电的基本物理过程
C. 原子的激励 定义：气体原子在外界因素的作用下，吸收外界能量使其内部能量增加，这
时气体原子核外的电子将从离原子核较近的轨道跳到离原子核较远的轨道上，此 过程称为原子的激励。或者说：当原子获得外部能量，一个或若干个电子有可能 转移到离核较远的轨道上去，该现象称为激励。
第二章 气体放电的基本物理过程
6 空气间隙击穿的类型 1. 当u>u0气体介质击穿 2. 由于击穿时的条件不同而出现各 种放电形式 3. 击穿时最低临界电压称为击穿电 压
1. 当u>u0沿固体介质表面的气体放 电称为沿面放电（闪络） 2. 闪络时最低临界电压称为闪络电 压
第二章 气体放电的基本物理过程
第二章 气体放电的基本物理过程
三、热游离：
由图所示： 当T > 104K时，才需考虑热电离；[摄氏度=开氏度-273.15 ] 当T > 2*104K 时，几乎全部的分子都处于热电离状态
第二章 气体放电的基本物理过程
四、金属电极表面游离[Secondary Ionization Processes]:
金属表面发射电子的过程，称为金属电极表面游离。
由于逸出功<<电离能，因此阴极表面电离可在下列情况下发生： 正离子撞击阴极表面 光电子发射 热电子发射 强场发射 逸出功：从金属电极表面逸出电子所需要的能量。
第二章 气体放电的基本物理过程
第一节 带电质点的产生与消失
2.1.3 负离子的形成
第二章 气体放电的基本物理过程
主要内容
第二章 气体放电的基本物理过程
第一节 带电质点的产生与消失
2.1.1 气体放电形式
气体中没有电流流通时为绝缘介质（起绝缘作用） 气体中流通电流的各种形式统称为气体放电
纯气体间隙的放电主要有以下几种类型：ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1.辉光放电（气压低、电源功率小、电流密度小1－5mA/cm2 ） 2.电晕放电（极不均匀电场中，局部电场最强处） 3.刷状放电（明亮且细断续放电通道，间隙仍未被击穿） 4.火花放电（贯串两极明亮而细、断续的放电通道） 5.电弧放电
第二章 气体放电的基本物理过程
5 电弧放电[arc discharge ] 定义：在电源能持续提供大电流的条件下，因热电离在间隙中形成明亮、高
电导、高温通道的一种强烈自持放电。
电弧放电（arc discharge）是气体放电中最强烈的一种自持放电。当电源提供 较大功率的电能时，若极间电压不高（约几十伏），两极间气体或金属蒸气中可 持续通过较强的电流（几安至几十安）,并发出强烈的光辉,产生高温（几千至上 万度），这就是电弧放电。电弧是一种常见的热等离子体（见等离子体应用）。
A.电介质[dielectric]
外绝缘和内绝缘 在电气设备的绝缘结构中， 我们主要分为: 外绝缘[external insulation ]:
暴露在大气环境中的空气间隙及设备固体绝缘的外露表面的绝缘。其 绝缘耐受强度随大气环境条件(如气压、温度、湿度、淋雨、污秽、覆冰等) 的变化而变化。一般由气体介质(空气)和固体介质(绝缘子)联合构成。
第二章 气体放电的基本物理过程
纯净的、中性状态的气体是不导电的，只有气体中出现了带电 质点（电子、正离子、负离子）后，才可能导电，并在电场作用下 发展成各种形式的气体放电现象。 在自然界中，气体放电[gas discharge ]是一种很普遍的自然现 象，比如大气层中的闪电和极光；在日常生活中，利用气体放电原 理制成的电光源器具也是琳琅满目，比如荧光灯、钠灯、气体放电 管等；在电力工业中，气体放电更是经常要涉及和研究的课题。
第二章 气体放电的基本物理过程
原子的激励状态是不稳定状态，经过极短时间就会回复到正常状态， 激励原子回到正常状态时将以光的形式放出能量。