高电压技术 第一章第五节 气体放电的流注理论
《高电压技术》复习纲要
《高电压技术》复习纲要第一篇 高电压绝缘及试验第一章 电介质的极化、电导和损毁高压（HV ）：10~220kV 超高压（EHV ）：330~750kV 特高压（UHV ）：1000kV 及以上电介质中的能量损耗：在电场的作用下，电介质由于电导引起的损耗和有损极化（如偶极子极化、夹层极化等）引起的损耗，总称为电介质的损耗。
介质损耗角 δ 为功率因数角 φ 的余角，其正切 tg δ 又可称为介质损耗因数，常用百分数（%）来表示。
定义δ 为介质损失角，是功率因数角ϕ 的余角 介质损失角正切值tg δ ，如同εr 一样，取决于材料的特性，而与材料尺寸无关，可以方便地表示介质的品质1-4电介质电导与金属电导的本质区别？电介质电导主要为离子式电导，即电解式电导；金属电导主要为自由电子电导。
R 3i 3 CI 2 RI 2 3I 1I CRIItg =δ第二章 气体放电的物理过程气体的电离形式：碰撞电离：气体放电中，碰撞电离主要是电子和气体分子碰撞而引起的 在电场作用下，电子被加速而获得动能。
当电子的动能满足如下条件时，将引起碰掩电离光电离：光辐射引起的气体分子的电离过程称为光电离 热电离：因气体热状态引起的电离过程称为热电离 负离子的形成：有时电子和气体分子碰撞非但没有电离出新电子，反而是碰撞电子附着分子，形成了负离子表面电离：气体中的电子也可能是从金属电极的表面电离出来的（逸出功：从金属表面电极表面逸出电子需要一定的能量，通常称为逸出功）汤逊气体放电理论：汤逊理论认为，当pS 较小时，电子的碰撞电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pS 的函数 流注气体放电理论：认为电子碰撞电离及空间光电离是维持自持放电的主要因素，并强调了空间电荷畸变电场的作用汤逊理论适用于均匀电场，流注理论适用于不均匀电场巴申曲线：假设S 保持不变，当P 增大时，电子的平均自由行程缩短了，相邻两次碰撞之间，电子积聚到足够动能的几率减小了。
高电压技术——(一)
《高电压技术》第一讲 30
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
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 31
第一章 气体放电的基本物理过程
实验分析结果
➢ 当U<Ua
2）定性分析： 气压越低， 温度越高，扩散越快。
结论：电子的热运动速度大、自由行程长度大，所以其 扩散速度比离子快得多。
《高电压技术》第一讲 16
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 1.1.2 带电粒子的产生
(1)原子的电离和激励
(2) 电离的四种形式
——按引起电离的外部能量形式不同，分为： 1）光电离 2）热电离 3）碰撞电离 4）电极表面电离
《高电压技术》第一讲 24
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
1.1.3 负离子的产生
➢ 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。 ➢ 负离子产生的作用
负离子的形成并未使气体中带电粒子的数目改变，但却能 使自由电子数减少，因而对气体放电的发展起抑制作用。
定义：电子或离子与气体分子碰撞，将电场能传递给气体分子
引起的电离。它是气体中产生带电粒子的最重要的方式，主要是 由电子完成。
条件：电子获得加速后和气体分子碰撞时，把动能传给后者，
如果动能大于或等于气体分子的电离能Wi，该电子就有足够的能 量完成碰撞电离。碰撞电离时应满足以下条件：
高电压技术第二版习题答案(部分)说课材料
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(赵智大)1-2章总结讲诉
绪论高电压技术是一门重要的专业技术基础课；随着电力行业的发展，高压输电问题越来越得到人们的重视；高电压、高场强下存在着一些特殊的物理现象；高电压试验在高电压工程中起着重要的作用。
气体的绝缘特性与介质的电气强度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。
气体放电是对气体中流通电流的各种形式统称。
由于空气中存在来自空间的辐射，气体会发生微弱的电离而产生少量的带电质点。
正常状态下气体的电导很小，空气还是性能优良的绝缘体；在出现大量带电质点的情况下，气体才会丧失绝缘性能。
自由行程长度单位行程中的碰撞次数Z的倒数λ即为该粒子的平均自由行程长度。
()λ-=xexP令x=λ，可见粒子实际自由行程长度大于或等于平均自由行程长度的概率是36.8%。
带电粒子的迁移率k=v/E它表示该带电粒子单位场强（1V/m）下沿电场方向的漂移速度。
电子的质量比离子小得多，电子的平均自由行程长度比离子大得多热运动中，粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小的区域，从而使分布均匀化，这种过程称为扩散。
电子的热运动速度大、自由行程长度大，所以其扩散速度比离子快得多。
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。
光电离i W h ≥νc λν=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。
碰撞电离附着：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。
电子亲合能：使基态的气体原子获得一个电子形成负离子时所放出的能量，其值越大则越易形成负离子。
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带电粒子的消失1到达电极时，消失于电极上而形成外电路中的电流2带电粒子因扩散而逸出气体放电空间3带电粒子的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。
高电压技术第一章第五节气体放电的流注理论
均匀场、低气压、短气隙 ［pd<36.66kPa ·cm(20mmHg ·cm)］
⑵ 局限性
pd较大时，解释现象与实际不符
① 放电外形 汤逊理论解释：放电外形均匀，如辉光放电； pd大时的实际现象：外形不均匀，有细小分支； ② 放电时间：Tpd大<<T汤逊 ③ 击穿电压：Ub· pd大<<Ub· 汤逊 ④ 阴极材料影响 汤逊理论解释：阴极材料对放电有影响(γ过程）； pd大时的实际现象：阴极材料对放电无影响；
x(cm)
n
0.2
9
0.3
27
0.4
81
0.5
245
0.6
735
0.7
2208
0.8
6634
0.9
1.0
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第五节 气体放电的流注理论
⑵ 空间电荷对原有电场的影响
大大加强了崩头及崩尾的电场，削弱了崩头内正、 负电荷区域之间的电场 电子崩头部 电场明显增强，电离过程强烈，有利于发生分子和 离子的激励现象，当它们回复到正常状态时，发 射出光子。
⑵ 放电时间
现象： 放电时间极短
解释：光子以光速传播，所以流注发展速度极快，这就可以说明pd 很大时放电时间特别短的现象
⑶ 阴极材料的影响
现象： 放电与阴极材料无关
解释： pd很大时，维持放电自持的是空间光电离，而不是阴极表 面的电离过程 返回 返回
第五节 气体放电的流注理论
气体击穿的流注放电理论
对象：工程上感兴趣的压力较高的气体击穿，比如雷电 放电并不存在金属电极，因而与阴极上的γ过程和二次电 子发射根本无关。 特点：认为电子碰撞电离及空间光电离是维持自持放电 的主要因素，并强调了空间电荷畸变电场（使原来均匀 的电场变成了不均匀电场）的作用 放电过程
高电压技术_第1章_气体击穿理论分析和气体间隙绝缘187概论
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高电压技术
第一章 气体击穿理论分析和气体间隙绝缘
第二节 带电粒子的产生和消失
一．原子的激励和电离
⒈ 原子的能级
原子核（正电）
原子的结构可用行星系模型描述。
电子云（负电）
➢原子能量大小的衡量
能级——根据原子核外电子的能量状态，原子具有一系列可 取得确定的能量状态。
外围电子能量高
原子能量就高
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高电压技术
第一章 气体击穿理论分析和气体间隙绝缘
第二节 带电粒子的产生和消失
表 1-1
某些气体的激励能和电离能
气体 激励能We (eV) 电离能Wi (eV) 气体 激励能We (eV) 电离能Wi (eV)
N2
6.1
15.6
CO2
10.0
13.7
O2
7.9
12.5
H2O
7.6
12.8
第七节 操作冲击电压下气体的击穿特性
第八节 第九节
SF6和气体绝缘电气设备 大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正
第十节 提高气体介质电气强度的方法
第十一节 沿面放电和污闪事故
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高电压技术
第一章 气体击穿理论分析和气体间隙绝缘
第一节 气体放电的主要形式简介
一．气体放电的概念
气体放电——气体中流通电流的各种形式。 1. 正常状态：优良的绝缘体。
高电压技术
第一章 气体击穿理论分析和气体间隙绝缘
高电压技术
第一章 气体击穿理论分析和气体间隙绝缘
➢ 本章主要内容
第一节 气体放电的主要形式简介
第二节 带电粒子的产生和消失
第三节 均匀电场中气体击穿的发展过程
高电压技术简答题(重点理论)
③线路接好后，可按顺时针方向转动摇把，摇动的速度应由慢而快，当转速达到每分钟120转左右时（ZC-25型），保持匀速转动，并且要边摇边读数，不能停下来读数。
1.汤逊放电理论
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。
2.流注放电理论
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。
③防止雷击闪络后建立稳定的工频电弧；
④防止工频电弧后引起中断电力供应。
15.避雷线架设问题
35kV及以下线路一般不全线架设避雷线的原因：
①绝缘水平低，容易遭“反击”；
②35kV及以下系统采用中性点非有效接地方式，一相接地故障的后果并不严重；
③一相接地后，起相当于避雷线的作用。
16.发电厂、变电所防直击雷的基本原则
(4)引起波的衰减与变形。由于电晕要消耗能量，消耗能量的大小又与电压的瞬时值有关，故将使行波发生衰减的同时伴随有波形的畸变。
13.阀式避雷器的结构及作用
阀式避雷器是由装在密封瓷套中的多组火花间隙和多组非线性阀片电阻串联组成。它分普通型和磁吹型两大类。阀式避雷器是发电厂、变电所中设备对侵入波的主要防护装置。
防护措施：为了对付这种过电压，最根本的防护方法就是不让断续电弧出现，这可以通过改变中性点接地方式来实现。
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。
第五节 气体放电的流注理论
强烈的复合辐射出许多光子，成 为引发新的空间光电离辐射源。
（二）空间光电离的作用 汤逊理论没有考虑放电本身所引发的空间
光电离现象，而这一因素在高气压、长气隙的 击穿过程中起着重要的作用。
考虑初始电子崩头部成为辐射源，会向 气隙空间各处发射光子而引起光电离。
如图所示：如果这 时产生的光子位于崩头 前方和崩尾附近的强场 强区，则造成的二次电 子崩将以更大的电离强 度向阳极发展或汇入崩 尾的正离子群中。
这些电离强度和发展速度远大于初始电子崩的 二次电子崩不断汇入初崩通道的过程称为流注。
流注条件 流注的特点是电离强度很大和传播速度很快，
出现流注后，放电便获得独立继续发展的能力， 而不再依赖外界电离因子的作用，可见这时出现 流注的条件也就是自持放电的条件。
流注理论适用于高气压、长气隙下的放电
（本节完）
而与阴极上的 过程和二次电子发射根本无关。
气体放电流注理论以实验为基础，它考虑了高 气压、长气隙情况下不容忽视的若干因素对气体 放电的影响，主要有以下两方面：
空间电荷对原有电场的影响 空间光电离的作用
（一）空间电荷对原有电场的影响 如图所示： 电子崩头部聚集大部分正离子和 全部电子，产生了电场畸变；
流注时初崩头部的空间电荷必须达到某一个 临界值。对均匀电场来说，自持放电条件为：
ed 常数 或 d 常数
实验研究所得出的常数值为：
d 20
或
ed 108
可见初崩头部的电子数要达到108时，放电才能转 为自持，出现流注。
小结
流注理论考虑了以下因素 o空间电荷对原有电场的影响 o空间光电离的作用
第五节 气体放电的流注理论
高电压技术第二版知识题目解析(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。
气体放电的物理过程 高电压技术 教学PPT课件
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④ 强电场发射：当阴极表面附近空间存在很强 的电场时（106V/cm数量级），也能使阴极 发射电子。常态下气隙击穿完全不受强场发 射影响；在高气压、压缩的高强度气体的击 穿过程中会起一定的作用；真空中更起着决 定性作用。
3
第一节 气体中带电质点的产生与消失
一．带电质点的产生
碰撞游离
光游离
（气体本身）
热游离
表面游离 (气体中的金属)
二. 带电质点的消失
质点的扩散
质点的复合
4
波尔量子理论
低能级 ✓电子分布使原子的总能量趋向最小。
高能级 ✓高能级→低能级：发出单色光。
+
✓低能级→高能级：需要外部激励。
✓激励状态不稳定。
反激励：处于激励状态的质点，恢复到原来的
中性状态的现象称为质点的反激励。反激励将 把激励时所吸收的能量以光的状态释放出来。
6
表1-1 某些气体的激励能和游离能
气体 N2
激励能We (eV)
6.1
O2
7.9
H2
11.2
游离能Wi (eV) 气体 激励能We (eV) 游离能Wi (eV)
15.6
CO2
带电质点的消失是由于游离作用小于去游离的作用。
15
气体中带电粒子的消失有可有下述几种情 况：
1. 带电粒子在电场的驱动下作定向运动，在 到达电极时，消失于电极上而形成外电路 中的电流；
2. 带电粒子因扩散现象而逸出气体放电空间。 3. 气体中带异号电荷的粒子相遇时，可能发
生电荷的传递与中和，这种现象称为复合， 是与游离相反的一种过程。
高电压技术 第一章第五节 气体放电的流注理论讲解
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⑶ 负流注
条件：当外加电压＞击穿电压
1
电压较低时，电子崩需经过整个间 隙才能积聚到足够的电子数形成流 注；电压较高时，电子崩不需经过 整个间隙，其头部电离程度已足以 形成流注
主电子崩头部的电离很强烈，光子 射到主崩前方，在前方产生新的电 子崩，主崩头部的电子和二次崩尾 的正离子形成混合通道，形成向阳 极推进的流注，称为负流注 间隙中的正、负流注可以同时向两 极发展。 School of Electrical Engineering and Information
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第五节 气体放电的流注理论
： 主 电 子 崩 ； ： 二 次 电 子 崩 ； ： 流 注
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⑵ 正流注
条件：当外加电压＝击穿电压 ① 正流注体的形成 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
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第五节 气体放电的流注理论
汤逊理论的适用范围
⑴ 适用范围
均匀场、低气压、短气隙 ［pd<36.66kPa ·cm(20mmHg ·cm)］
高电压工程基础概念总结10.21
第1章 气体放电的基本理论1、气体中带电粒子产生和消失的形式：碰撞电离（游离），光电离（游离），热电离（游离），表面电离（游离）。
注：电离==游离。
2、气体去电离的基本形式：(1)带电粒子向电极定向运动并进入电极形成回路电流，从而减少了气体中的带电离子。
(2)带电粒子的扩散。
(3)带电粒子的复合。
(4)吸附效应。
将吸附效应也看做是一种去电离的因素是因为：吸附效应能有效地减少气体中的自由电子数目，从而对碰撞电离中最活跃的电子起到强烈的束缚作用，大大抑制了电离因素的发展。
游离过程吸收能量产生电子等带电质点，不利于绝缘；复合过程放出能量，使带电质点减少消失，有利于绝缘。
两种过程在气体中同时存在，条件不同，强弱程度不同。
游离主要发生在强电场区、高能量区；复合发生在低电场、低能量区。
3、汤逊放电实验的过程：(1)线性段OA;(2)饱和段AB; (3)电离段BC;(4)自持放电段C 点以后。
4、电子崩：指电子在电场作用下从阴极奔向阳极的过程中与中性分子碰撞发生电离，电离的结果产生出新的电子，新生电子又与初始电子一起继续参加碰撞电离，从而使气体中的电子数目由1变2，又由2变4急剧增加，这种迅猛的发展的碰撞电离过程犹如高山上发生的雪崩，因此被形象的称之为电子崩。
5、自持放电条件：γ（ -1）≥1；巴申定律：Ub=f(pd)，假设d 或者p 任意一个不变，改变另外一个因素p 或者d ，都会导致气隙的击穿电压Ub 增大。
6、流注理论与汤逊理论的不同：流注理论认为电子的碰撞电离和空间光电离是形成自持放电的主要因素，并特别强调空间电荷对电场的畸变作用；而汤逊理论则没有考虑放电本身所引发的空间光电离对放电过程的重要作用。
汤逊理论：汤逊理论认为电子碰撞电离是气体放电的主要原因。
二次电子主要来源于正离子碰撞阴极，而阴极逸出电子。
二次电子的出现是气体自持放电的必要条件。
二次电子能否接替起始电子的作用是气体放电的判据。
汤逊理论主要用于解释短气隙、低气压的气体放电。
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。
高电压技术——第五讲-不均匀电场中气体放电的特点
45.72 0
45.72 45
（2）电晕放电的利用 在某些情况下可以利用电晕放电产生的空间电
荷来改善极不均匀场的电场分布，以提高击穿电 压。
导线－板电极的空气间隙击穿电压（有效值）与间隙距离的关系
1－D=0.5mm 2－D=3mm 3－D=16mm 4－D=20mm
虚线－尖-板电极间隙 点划线－均匀场间隙
量）
上节回顾：
4.巴申定律说明了哪两个变量之间的关系？ Ub=f(pd)
5.流注理论的适用条件？认为二次电子来源是？ Pd值较大时，空间的光电离。
6.均匀电场流注自持放电的条件？（定量）
上节回顾：
7.均匀电场强电负性气体自持放电的条件？
8.强电负性气体的K值与空气的K相比较大小？并分 析原因？ 强电负性气体的K较小，由于其虽然电子数少， 但带电质点多。
高 度 为 h 的 单 根 导 线 ： U cE crln2 rh
距 离 为 d 的 两 根 平 行 线 ： U c 2 E crlnd r
（2）电晕放电的危害与对策
危害： 功率损耗、电磁干扰、噪声污染
对策：（限制导线的表面场强 ）
采用分裂导线。对330k源自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。
➢ 不均匀电场中放电的极性效应
负极性棒－板间隙的电晕起始电压比正极性棒－板电极低 负极性棒－板间隙击穿电压比正极性棒－板电极高
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半径为r的球间隙的放电特性与极间距d的关系
电 场 不 均 匀 系 数 ： f Emax Ea
Ea
U d
➢极不均匀电场中的电晕放电
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⒈ 流注理论中的电子崩过程
⑴ 电子崩外形
电子崩外形
-
好似球头的锥体，空间电荷分布极不 均匀，电子崩中的电子数：n＝eαx
例如，正常大气条件下，若E＝30kV／ cm，则α≈11cm-1，计算随着电子崩向 阳极推进，崩头中的电子数
电 子
+崩
中 空 间 电 荷 的 浓 度 分
x布
x(cm) 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
放电过程
电子崩阶段
流注阶段
气体击穿
空间电荷畸变
电离形成二次电子崩，
外电场
等离子体
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第五节 气体放电的流注理论
光子
⑴ 二次电子崩的形成
主崩走完整个间隙后，大密度的头
部正离子空间电荷大大加强了后部
的电场，并向周围放射出大量光子
光子引起空间光电离，其中电子被
主电子崩头部的正空间电荷所吸引，
在畸变而加强了的电场中，造成了
新的电子崩，称为二次电子崩
1：主电子崩 2：二次电子崩
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第五节 气体放电的流注理论
汤逊理论的适用范围
⑴ 适用范围
均匀场、低气压、短气隙 ［pd<36.66kPa ·cm(20mmHg ·cm)］
⑵ 局限性
pd较大时，解释现象与实际不符
① 放电外形 汤逊理论解释：放电外形均匀，如辉光放电； pd大时的实际现象：外形不均匀，有细小分支；
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第五节 气体放电的流注理论
1
2
⑶ 负流注
条件：当外加电压＞击穿电压
电压较低时，电子崩需经过整个间 隙才能积聚到足够的电子数形成流 注；电压较高时，电子崩不需经过 整个间隙，其头部电离程度已足以 形成流注
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合 成 电 场
均匀电场E0
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第五节 气体放电的流注理论
⒉ 流注的形成
流注—电离强度和发展速度远大于初始电 子崩的新放电区（二次电子崩）以及它们 不断汇入初崩通道的过程。
：
构成了等离子体，这就是正流注
二
次
电
子
崩
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
： 流
注
3
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第五节 气体放电的流注理论
1
2
⑵ 正流注
条件：当外加电压＝击穿电压
： 主
① 正流注体的形成
电 子
崩
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
大大加强了崩头及崩尾的电场，削弱了崩头内正、 -
负电荷区域之间的电场
电
+子
崩
电子崩头部 电场明显增强，电离过程强烈，有利于发生分子和 离子的激励现象，当它们回复到正常状态时，发 射出光子。
场空
间
电
荷
x
的 电
崩头内部正负电荷区域 电场大大削弱，但电子和正离子浓度却是最大，有 助于发生复合过程，发射出光子。
n
9
27 81 245 735 2208 6634 19930 59874
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第五节 气体放电的流注理论
⑵ 空间电荷对原有电场的影响
带电粒子的产生和消失 电子崩 自持放电条件 起始电压与气压的关系 气体放电的流注理论电 不均匀电场中的放电过程 放电时间和冲击电压下的气隙击穿 沿面放电和污闪事故
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第五节 气体放电的流注理论
气体击穿的流注放电理论
对象：工程上感兴趣的压力较高的气体击穿，比如雷电 放电并不存在金属电极，因而与阴极上的γ过程和二次电 子发射根本无关。
特点：认为电子碰撞电离及空间光电离是维持自持放电 的主要因素，并强调了空间电荷畸变电场（使原来均匀 的电场变成了不均匀电场）的作用
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② 正流注向阴极推进
第五节 气体放电的流注理论
流注头部的电离，放射出大量光子，继续引 起空间光电离。流注前方出现新的二次电子 崩，它们被吸引向流注头部，延长了流注通 道
流注不断向阴极挺进，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
流注发展到阴极，间隙被导电良好的等离子 通道所贯通，间隙的击穿完成，这个电压就 是击穿电压
② 放电时间：Tpd大<<T汤逊 ③ 击穿电压：Ub·pd大<<Ub·汤逊 ④ 阴极材料影响
汤逊理论解释：阴极材料对放电有影响(γ过程）； pd大时的实际现象：阴极材料对放电无影响；
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第一章 气体放电的基本物理过程
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Sichuan University 本章主要内容
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节