第二章-气体击穿理论

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第四节:均匀电场中气体击穿的发展过程
非自持放电:外施电压小于U0 时,间隙内电流数值很小, 间隙还未被击穿; 自持放电:当电压达到U0 后,气体中发生了强烈的电离, 电流剧增(辉光放电、火花放电或电弧放电) 放电发展过程:从UB 到 U0电流发展过程 起始电压: U0 ,在均匀电场中为击穿电压
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4.5电子崩空间电 荷对电场的畸变
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4.6正流注的产生
当外施电压为气隙最低 击穿电压时
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4.4流注机理

电子碰撞电离:形成电子崩,是维持自持放电的 主要因素 空间光电离:形成衍生电子崩,是维持自持放电 的主要因素 空间电荷畸变电场的作用:为衍生崩创造了条件 流注:由大量正负离子混合形成的等离子体通道 (导电性能良好) 击穿过程:电子崩——流注发展延伸——击穿
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4.7负流注的产 生
当外施电压比气隙最低 击穿电压高出许多时
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4.8流注机理的结论与巴申定律
5.6极不均匀电场中的击穿过程及极性效应

5.6.2流注发展阶段
正 棒:
持 续 顺 利 发 展
负 棒:
流 注 发 展 困 难
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5.6极不均匀电场中的击穿过程及极性效应

5.6.3极性效应 正棒负板的电晕起始电压高,而击穿电压低 负棒正板的电晕起始电压低,而击穿电压高
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5.3极不均匀电场中的电晕放电
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5.4极不均匀电场中的先导放电

在长间隙放电中,流注汇集, 形成通道状且不断发展,称为 先导放电 先导通道中由于电流较大,温 度很高,出现热电离,因而电 导更大,可以将电极的电位传 到先导通道的端部。 先导发展的速度和回路中电阻 有很大关系,发展越来越快 长间隙的平均击穿场强低于短 间隙

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5.5极不均匀电场中的主放电

当先导头部流注即将到 达板极时,立刻有一个 放电过程从板极向棒极 发展,称为主放电。 主放电发展速度比先导 快得多。 主放电通道温度更高, 明亮得多,电导更大, 回路具有短路性质。
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第五节:不均匀电场中气体击穿的发展过程
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Байду номын сангаас
5.1电场是否均匀的划分标准

电场不均匀系数f:最大场强荷平均场强之比: f<2 为稍不均匀场,f>4为极不均匀场 若能够维持稳定的电晕放电,则为极不均匀场, 否则为稍不均匀场
ed ed I I0 I0 d 1 (e 1) 1 ed
击穿过程:上述两个过程交替重复进行,自由电 子数目越来越多,最终导致击穿
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4.2汤逊机理的结论与巴申定律
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4.1汤逊机理
过程:电子在运动中碰撞电离: 是一个电子 沿电场方向运动1cm平均发生的碰撞电离次数
N e dx
0 x
ex
I I 0e
x
该过程具有 普遍意义
过程:正离子轰击阴极产生表面电离: 是一个 正离子从阴极轰击出的自由电子个数


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5.6极不均匀电场中的击穿过程及极性效应

5.6.1流注形成阶段
正 棒:
难 以 造 成 流 注
负 棒:
容 易 造 成 流 注
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第一节:气体放电主要形式
辉光放电:整个空间发光,电流密度小;低气压、电 源功率小;霓虹灯 火花放电:有收细的发光放电通道、贯穿两极的断续 的明亮火花;大气压下、电源功率小 电晕放电:紧贴尖电极周围有一层晕光;极不均匀场 刷状放电:从电晕放电电极中伸出许多较明亮的细放 电通道;极不均匀场 电弧放电:放电通道和电极的温度都很高,电流密度 大,电路有短路特征;电源功率大
4.9流注理论对pd很大时放电现象的解释

放电外形:流注电导很大,其中电场强 度很小,对周围其他流注有“屏蔽”作 用,因此最终只有一条通道;衍生崩随 机性使其曲折分支。
放电时间:光子以光速传播,衍生崩跳 跃式发展,因此放电发展时间很短。


阴极材料的影响:维持放电的是光电离 而不是表面电离,因而与阴极材料无关。
自持放电条件:起始电子崩头部电荷数量足以畸 变电场造成足够的空间光电离 1 d d ln e 1 1 是一常数,工程上 ln 20 击穿电压:
两者在pd较大时相一致
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名词解释
气体放电:气体中流通电流的各种形式的统称 击穿:气体由绝缘状态突变为良导电状态的过程
沿面闪络:发生在气体与液体或气体与固体的交界 面上的击穿过程(击穿和沿面闪络统称放电)
击穿电压(闪络电压):发生击穿(或闪络)的最 低临界电压(击穿电压与闪络电压统称放电电压) 击穿场强:均匀电场中击穿电压与间隙距离之比: 反映了气体耐受电场作用的能力:介电强度 自持放电:去掉外电离因素的作用后放电随即停止 非自持放电:仅靠电场的作用而维持的放电。
自持放电条件: 击穿电压:
(ed 1) 1
巴申定律:击穿电 压是pd的函数: 击 穿电压有最小值 两者在pd较小时相 一致
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4.3汤逊机理的适用范围
适用范围:气压较低,pd较小;200(cm.133pa) 工程上pd较大:实际与理论的差别: 放电外形:放电在整个间隙中均匀连续(辉光) 而火花放电带有分支的明亮细通道 放电时间:由正离子迁移率计算出的放电时间比 实际火花放电时间长得多 击穿电压:pd较大时计算结果与实际不符 阴极材料:理论上有关,实际中无关

d
0
dx ln
E U / f ( x)
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20
Ape Bp / E
5.3极不均匀电场中的电晕放电

电晕放电现象:尖极周围有发光层,可听到咝咝声, 闻到臭氧气味。 空间电荷的作用:外层的空间电荷与尖极极性相同, 使得电晕层中的场强基本不变,使放电趋于稳定。 两种形式:电子崩形式(电极很尖)和流注形式 脉冲现象:外层空间电荷阻止放电发展,形成有规律 的脉冲;进入刷状放电后,形成随机脉冲。 发展过程:无规律小电流=》有规律重复脉冲=》脉冲 频率增大=》转入持续电晕,无脉冲现象=》进入刷状 放电,出现随机脉冲

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5.2稍不均匀电场的自持放电和击穿

与均匀电场类似:流注一旦形成就发生击穿; 自持放电条件就是击穿条件


d
0
dx ln
1

1
20

不再是常数,而 是空间坐标的函 数
击穿电压:联立求解三个公式:
高电压绝缘技术
第二章—气体击穿理论
概述
1:电力系统和电气设备中常用气体作为绝缘介质 2:气体绝缘要解决的问题主要是如何选择合适的 绝缘距离以及如何提高气体间隙的击穿电压
3:气体击穿电压与电场分布、电压种类、气体状 态有关
4:理论至今很不完善,工程设计问题常借助于各 种实验规律分析解决或直接由试验决定
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