8气体放电的基本理论
气体放电
气体放电气体在正常状态下是良好的绝缘介质．但在电压的作用下，也会形成微弱的电流；气体在外加电压作用下产生导通电流的现象称为气体放电。
当加于气体上的电压达到一定数值时，通过气体的电流会突然剧增，气体失去绝缘的性能。
气体在外加电压作用下由绝缘状态转变为导电状态的过程称为击穿。
使气体击穿的最低电压称为击穿电压、气体发生击穿时，电导突增，并伴有光、声、热等现象。
通过实验观察，由于电源功率、电极形状、气体压力等的不同，气体放电现象存在以下几种主要形式： 1．辉光放电外加电压增加到一定值时，通过气体的电流明显增加，气体间隙整个空间突然出现发光现象，这种放电形式称为辉光放电。
辉光放电的电流密度较小，放电区域通常占据整个电极同的空间。
辉光放电是低气压下的放电形式，验电笔中的氖管、广告用霓虹灯管发光就是辉光放电的例子。
2．电晕放电对于电极很尖的极不均匀电场气隙，随外加电压的升高，在电极尖端附近会出现暗蓝色的晕光，并伴有咝咝声。
如电压不继续升高，放电就局限在这较小的菹围内，形成局部放电，称为电晕放电。
发生电晕放电时，气体间隙的大部分尚未丧失绝缘性能，放电电流很小。
电气设备带电的尖角和输电线路，在运行中时有发生这种电晕放电。
3．火花或电弧放电在气体间隙的两极，电压升高到一定值时，气体中突然产生明亮的树枝状放电火花，当电源功率不大时，这种树枝状火花会瞬时熄灭，接着又突然产生，这种现象称为火花放电；当电源功率足够大时，气体发生火花放电以后，树枝状放电火花立即发展至对面电极，出现非常明亮的连续弧光，形成电弧放电。
二、气体中带电质点的产生和消失我们已经知道，气体间隙在外加电压作用下会产生放电，甚至击穿，这说明气体中有大量带电质点产生；而气体间隙击穿后，若去掉外加电压，气体又能恢复到它原来的耐电强度，这说明气体中的带电质点会消失。
1．带电质点的产生气体原子由带正电荷的原子核和若干带负电荷的电子构成。
正常状态下，这些电子受原子核的吸引在各自的轨道上围绕原子核旋转，这时的气体原子是一个整体，呈中性，称为中性原子。
气体放电的基本物理过程
1 2
mv2
eEx
Wi
条件：x Ui E
高速运动的质点与中性的原子或分子碰撞时，如原 子或分子获得的能量等于或大于其电离能，则会发 生电离，这种由碰撞而引起的电离称为碰撞电离。
高电压工程基础
（1）碰撞电离
即使满足碰撞电离条件,也不一定每次碰撞都引起电离——引 入“自由行程”概念。
自由行程：一个质点在每两次碰撞间自由通过的平均距离。
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。 带电质点的复合率与正、负电荷的浓度有关，浓度越大则 复合率越高。
2.2 放电的电子崩阶段
阴极表面光电离 气体中的空间光电离
因此：气体空间中存在一定浓度的带电质点。 在气隙的电极间施加电压时，可检测到很微小的电流。
高电压工程基础
1、非自持放电和自持放电的不同特点
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
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）
内绝缘 一般由固体电介质和液体电介质联合构成
高电压工程基础
研究气体放电的目的： 了解气体在强电场(高电压)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。
电气设备中常用的气体介质： 空气、压缩的高电气强度气体(如SF6)
输电线路以空气 作为绝缘材料
变压器相间绝缘以 气体作为绝缘材料
n
均匀电场 α 不随x变化
气体放电物理知识要点总结2014-6-6
气体放电物理知识要点总结1．气体放电过程中一般存在六种基本粒子：电子，正离子，负离子，光子，基态原子（或分子），激发态原子（或分子）。
2．光子能量,其中为光的频率，h为普朗克常数。
3．原子能量由原子内部所有粒子共同决定，通常人们感兴趣的是原子最外层电子即价电子，因为气体放电过程主要是由最外层电子参加的。
原子通常处于稳定的能级，成为基态（基态能量E1），当价电子从外界获得额外能量时，它可以跳跃到更高能级，此时原子处于激发态（激发态能量E2），电子处于激发态的时间很短，然后会跃迁到基态或低激发态，并以光子形式释放出能量（）。
当电子获得的能量超过电离能时，电子就与原子完全脱离而成为自由电子，原子变为正离子。
4．正离子也可被电离，负离子是电子附着到某些原子或分子上而形成的。
负离子的能量等于原子或分子的基态能量加上电子的亲和能。
气体放电中的带电粒子是电子和各种离子（正离子和负离子）。
每种离子都将影响气体放电的电特性，电子的作用通常占主导地位。
5．波数等于波长的倒数，表示在真空中每厘米的波长个数。
即6. 原子所处的状态取决于其核外电子的运动状态，可用四个量子数来描述。
主量子数n(n=1,2,3…), 它是由电子轨道主轴的尺寸决定；轨道角量子数l，(l=0,1,2,3…n-1),它是由椭圆轨道的短轴和长轴之比决定。
轨道磁量子数m l,其取值范围为，它是由轨道相对于磁场的位置决定的；自旋磁量子数.7．在光谱中，将电子组态用规定的符号来标志，轨道角量子数用字母s,p,d,f等表示，相应的l值分别为0，1，2，3等。
电子组态所形成的原子态符号可以表示为第二章.气体放电的基本物理过程1．带电离子的产生方式：碰撞电离，光电离，热电离，金属表面电离2．电子与原子碰撞时，若碰撞不引起原子内部的变化，这种碰撞称为弹性碰撞，若电子能量足够大，电子与原子碰撞后，可引起原子内部发生变化，即引起原子的激发或电离，这种碰撞称为非弹性碰撞。
2023年国家电网招聘之电工类精选试题及答案二
2023年国家电网招聘之电工类精选试题及答案二单选题（共30题）1、线圈几何尺寸确定后，其互感电压的大小正比于相邻线圈中电流的（）A.大小B.变化量C.变化率【答案】 C2、在低于击穿电压的作用下，尖极发生的局部放电现象称为( )。
A.辉光放电B.余光放电C.非自持放电D.电晕放电【答案】 D3、瞬时电流速断保护在〈）保护范围最小A.最小运行方式B.最大运行方式C.正常运行方式D.与运行方式无关【答案】 A4、高频保护采用相一地制通道是因为( ）A.所需加工设备少，比较经济B.相一地制通道衰耗小C.减少对通信的干扰D.相一地制通道衰耗大【答案】 A5、谐波制动的变压器纵差保护中设置差动速断元件的主要原因是（）A.为了提高差动保护的动作速度B.为了防止在区内故障较高短路电流水平时，由于 TA 的饱和产生高次谐波量增加而导致差动元件据动C.保护装置的双重化，互为备用D.以上都不对【答案】 B6、波阻抗为Z的线路末端短路，入射电压U0到达末端时，将发生波的折射与反射，则（）。
A.折射系数α=1，反射系数β=0B.折射系数α=1，反射系数β=-1C.折射系数α=0，反射系数β=0D.折射系数α=0，反射系数β=-1【答案】 D7、纵差动保护使用于（）短线路。
A.短B.长C.所有D.中等长度线路【答案】 A8、当屋外油浸式变压器之间需要设置防火墙时，防火墙高度不直低于变压器油枕的顶端高程，其长度应大于变压器储油油两侧各（）A.0.5mB.1mC.1.5mD.3m【答案】 B9、中间继电器的固有动作时间，一般不应（）。
A.大于 20msB.大于 10msC.大于 0. 2sD.大于0.1s【答案】 B10、要保证良好的频率质量，（）必须保持平衡。
A.有功功率B.无功功率C.视在功率D.波形质量【答案】 A11、35kV及以上系统允许的电压偏移为（）。
A.一5%～+5%B.一7%～+7%C.-10%～+5%D.一10%～+7.5%【答案】 A12、220kV线路在空载时，线路各点电压（）。
高电压工程-第二章 气体放电的基本理论【】
第6节 沿面放电与污秽闪络
1）定义—当绝缘承受的电压超过一定值时，在固体介 质和空气交界面上出现的放电现象，叫沿面放电。
当沿面放电发展成为贯穿性的空气击穿时，叫沿面闪络。 沿面放电是气体放电，由于交界面上电压分布不均匀，
沿面闪络电压比气体单独存在时的击穿电压低 输电线路遭受雷击时绝缘子的闪络，处于大气脏污地区
的瓷瓶在雷雾天发生闪络，均属沿面放电。 为避免绝缘子发生不可恢复的击穿，在设计中让其击穿
电压高出闪络电压约50% 2）影响因素—绝缘表面状态、污秽程度、气候条件等
因素影响很大。
沿面闪络的几种形式
工频电压作用下
沿平板玻璃表面 滑闪放电照片
辽沈地区2001年2月22日遭遇最严重大面积停电事故，沈阳市区 停电面积超过70%。辽沈停电事故是从输电线路污闪开始的。 辽沈为重工业区，含盐的空气污染物附着在绝缘瓷瓶上，大雾 湿气使瓷瓶绝缘能力降低，电弧沿着瓷瓶表面爬升，出现闪烙
➢电晕造成的损耗可削弱输电线上的雷电冲击电压 波的幅值和陡度；
➢利用电晕制造除尘器、消毒柜和对废气、废水进 行处理及对水果、蔬菜进行保鲜等。
极不均匀电场中气隙放电的极性效应
对于“棒—板”间隙，将“棒”的极性定义为间隙的 极性
1）正极性--棒 起晕电压高 击穿电压低
2）负极性--棒 起晕电压低 击穿电压高
D54动车组山东出事撞死一人致车头裂开
2009年3月28日，青岛—北京南D54次动车 途经山东潍坊，列车撞上了一男性铁路工人 （当场死亡），导致车头部分裂开，留有暗 红色血迹。列车暂停约20分钟，最终晚点15 分到达北京。
当时D54路过潍坊站后，正处于加速阶段， 时速在200公里以上。
第三节 流注放电理论
沿面放电：气体介质与固体介质的交界面上沿着固体介质的表面 而发生在气体介质中的放电；当沿面放电发展到使整个极间发 生沿面击穿时称为沿面闪络。
气体放电理论
气体放电理论1)简要论述汤逊放电理论。
当外施电压足够高时，一个电子从阴极出发向阳极运动，由于碰撞游离形成电子崩，则到达阳极并进入阳极的电子数为eas个(α为一个电子在电场作用下移动单位行程所发生的碰撞游离数；s为间隙距离)。
因碰撞游离而产生的新的电子数或正离子数为(eas-1)个。
这些正离子在电场作用下向阴极运动，并撞击阴极．若1个正离子撞击阴极能从阴极表面释放r个(r 为正离子的表面游离系数)有效电子，则(eas-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电子，则放电达到自持放电。
即汤逊理论的自持放电条件可表达为r(eas-1)=1。
2)为什么棒－板间隙中棒为正极性时电晕起始电压比负极性时略高？（1）当棒具有正极性时，间隙中出现的电子向棒运动，进入强电场区，开始引起电离现象而形成电子崩。
随着电压的逐渐上升，到放电达到自持、爆发电晕之前，在间隙中形成相当多的电子崩。
当电子崩达到棒极后，其中的电子就进入棒极，而正离子仍留在空间，相对来说缓慢地向板极移动。
于是在棒极附近，积聚起正空间电荷，从而减少了紧贴棒极附近的电场，而略为加强了外部空间的电场。
这样，棒极附近的电场被削弱，难以造成流柱，这就使得自持放电也即电晕放电难以形成。
（2）当棒具有负极性时，阴极表面形成的电子立即进入强电场区，造成电子崩。
当电子崩中的电子离开强电场区后，电子就不再能引起电离，而以越来越慢的速度向阳极运动。
一部份电子直接消失于阳极，其余的可为氧原子所吸附形成负离子。
电子崩中的正离子逐渐向棒极运动而消失于棒极，但由于其运动速度较慢，所以在棒极附近总是存在着正空间电荷。
结果在棒极附近出现了比较集中的正空间电荷，而在其后则是非常分散的负空间电荷。
负空间电荷由于浓度小，对外电场的影响不大，而正空间电荷将使电场畸变。
棒极附近的电场得到增强，因而自持放电条件易于得到满足、易于转入流柱而形成电晕放电。
2.气体放电的基理论分析-均匀场与不均匀场的放电
3.流注理论
汤逊气体放电理论实在气压较低，pd值较小的条件下进行放电实验的 基础上建立起来的。pd过小或者过大，放电机理出现变化，汤逊理论就不 适用了。当气压是101.3kPa或更高、长气隙pd>>26.66kPa.cm。
电子崩在正常大气下发展若E=30kV/cm则α=11cm^-1我们可以推算出崩头 电子数的表
自由行程超过 平均自由程为λ，则
令
的电子才能与分子发生碰撞电离，若电子的
气体温度不变时，平均自由程与气压成反比
我们将之前推出的气隙击穿条件带入上式中可以推出击穿电压
1.3汤逊理论的核心理论及适用范围
1.汤逊原理中对实验的分析主要以碰撞电离为理论基础 2.汤逊原理的实验环境仅限于短间隙，低气压，大曲率电极， 均匀电场的条件下(pd<26.66kPa.cm[200mmHg.cm]) 3.达到自持放电后的放电型式和特性取决于所加电压的类型、 电场型式、外电路参数、气压和电源容量等条件。 4.汤逊实验中阴极材料对实验影响较大，γ系数会随材料的 变化而变化，因而击穿电压也受到阴极材料影响。
3.
2.2极性效应
正极性
•棒极附近强场区内的电晕 放电将在棒极附近空间留下 许多正离子
•这些正离子虽朝板极移动, 但速度很慢暂留在棒极附近
•这些正空但速度很慢而暂 留在棒极附近，如图间电 荷削弱了棒极附近的电场 强度，而加强了正离子群 外部空间的电场
•负极性
• 崩头的电子在离开强场（电晕）区 后，虽不能再引起新的碰撞电离，但仍 继续往板极运动，而留在棒极附近的也 是大批正离子 • 这时它们将加强棒极表面附近的电 场而削弱外围空间的电场 • 所以，当电压进一步提高时，电晕 区不易向外扩展，整个气隙的击穿将是 不顺利的，因而这时气隙的击穿电压要 比正极性时高得多，完成击穿过程所需 的时间也要比正极性时长得多。 输电线路和电气设备外绝缘的空气间隙大都 属于极不均匀电场的情况，所以在工频高电 压的作用下，击穿均发生在外加电压为正极 性的那半周内；在进行外绝缘的冲击高压试 验时，也往往施加正极性冲击电压，因为这 时的电气强度较低。
气体放电物理
气体放电物理试验原理（一）、气体放电特性及原理气体放电是指电流通过气体煤质时的放电现象。
电闪雷鸣为大气中的放电过程；电焊机也属气体放电。
气体放电种类很多，用得最多的是辉光放电和弧光放电两大类。
各种气体放电灯的基本结构大同小异。
见图一所示：等离子体说明书第7页图一直流放电管电路示意图在支流高压下工作的放电灯，分阴、阳极。
在交流高压下工作的放电灯无阴、阳极之分两极交替的作为阴、阳极之用。
灯内充有气体，它可以是惰性气体、金属或金属化合物的蒸气。
当电极两端加以高压时，灯内的自由电子被外电场加速，则运动的电子将与原子发生碰撞，碰撞后的电子将动能交给原子，原子获得能量后，便受激激发到高能态。
处于高能态（激发态）的原子是不稳定的，在大约810S -数量级的时间，就要自发的返回到基态。
此过程原子会以辐射的形式发射光辐射。
光辐射的频率和能量的关系为：hc E e V h νλ∆=∆== (1)式中V ∆为激发态和激态两能级间的距离，也称发生跃迁的两能级间的电位差，单位是伏特。
λ的单位是nm 。
徐强调的是原字的激发和跃迁在激发态之间也可进行。
（二）、气体放电的全伏安特性由图一可知，改变管压得大小，可得到系列放电电流值。
由管压和放电电流的关系画成的曲线，成为全伏安特性曲线。
见图二所示：图二气体放电伏安特性曲线OA段：在外加电场的作用下，灯观中所存在的带电粒子向电极运动，形成电流。
随电场的增加，带电粒子的运动速度增加，复合减少，是电流增大。
AB段：当电场继续增大时，所有电离产生的带电粒子全部到达电极，电流达饱和状态，形成BC段。
BC段:如果外加电压继续增高,则外电场将使初始的带电离子速度达到很大值.他们在和中性原子碰撞时,使之电离后产生的电子又被电场加速,又和另外的中性原子碰撞电离,形成更多的电子.这一过程会使电子数呈现雪崩式的增加.在BC段将发生汤生放电.CDEF段为为辉光放电区:当电压加大到C点以后管压降突然下降,通过放电管的电流却增加很快.同时在放电管中产生可见光.相应C点成为放电管的着火点,相对应的外加电压称为放电管的着火电压. 在C点以后所发生的各种放电称为自持放电.而在C点以前发生的各种非自持转为自持所需的电压就成为着火电压.自C点以后,无论如何增大外加电压,还是减少回路电阻R使电流增加,管压降基本不变,此段(EF)称为正常辉光放电.发生正常辉光放电时, 管压降维持不变,是因为在此范围内,阴极并没有全部用于发射电子,由于阴极发射的面积正比于发射电流,故此时阴极上的电流密度是一常数.FG段:当整个阴极表面都用于发射电子以后.(既F点以后),如还继续加大电流的话, 阴极电流密度就必须增加会造成管压升高.此时就进入异常辉光放电阶段(FG).当管压升高到一定数值后如(G)点,继续加大放电电流, 由于此时阴极温度升高而转入热电子发射,管压大幅降低,电流迅速增加.在一般情况下,放电管呈现负组效应.此时放电将转入较强的弧光放电区域,既GH 段.从图(1)可知,反常辉光放电的峰值电压就是弧光放电的启动电压,它是反常辉光放电和弧光放电的的转折点. (三)、帕型定律通常将放电管与电阻、电感串联,直接接于220伏的交流电网或其他电源上,放电管是不能发光的.我们必须施加更高的电压(或采用其他的启动方法)才能使放电管(或各种气体放电灯)发光.着火电压的大小与气体的压强、阴极的逸出功、电极间距、气体的种类与成分有关。
高电压习题及解答-章节
第一章气体放电的基本物理过程基本内容和知识点带电粒子的产生和消失电子崩自持放电及其条件汤逊理论和流注理论不均匀电场中的放电过程电子崩：设外界电离因子在阴极附近产生了一个初始电子，如果空间的电场强度足够大，那么该电子在向阳极运动时就会引起碰撞电离，产生一个新电子，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，产生出更多的电子。
依次类推，电子将按几何级数不断增多，像雪崩似地发展，因而这种急剧增大的空间电子流被称为电子崩。
电子崩过程是汤逊理论、流注理论的共同基础。
气体游离的类型主要有哪几种？试作解释。
答气体游离的类型有 4 种，具体为：（1）碰撞游离：电子在电场作用下加速向阳极运动的过程中，获得足够的能量，运动加快并不断与途中其他中性原子发生碰撞，从而激发出自由电子。
这种由于碰撞而产生游离的形式称为碰撞游离。
（2）光游离：正、负带电粒子复合时，都以光子的形式释放出能量，其他中性原子内的电子吸收此能量后变为自由电子。
这种由于光辐射而产生游离的形式称为光游离。
（3）热游离：在高温下，气体内的各种粒子动能增加，当动能超过一定值时，粒子相互碰撞而产生游离。
这种由气体热状态引起的游离方式称为热游离。
（4）表面游离气体中带电粒子的消失有哪几种形式？答气体中带电粒子的消失有以下几种形式：（1）在电场驱动下作定向运动，在到达电极时，消失于电极上而形成外电路中的电流；（2）因扩散现象而逸出气体放电空间；（3）复合。
气体放电的基本特点是什么？解释气体放电现象常用的理论有哪两个？答（1）气体放电的基本特点是：在外电场作用下，气体间隙中带电粒子数增加，气隙击穿时，其中带电粒子数剧增，而在撤去外电场后，气体间隙中带电粒子又消失并恢复其原有的绝缘强度。
（2）解释气体放电现象常用的理论是：汤逊理论和流注理论。
什么叫流注？流注形成的条件是什么？答（1）初始电子崩头部成为辐射源后，就会向气隙空间各处发射光子而引起光电离，如果这时产生的光电子位于崩头前和崩尾附近的强场区内，那么它们所造成的二次电子崩将以大得多的电离强度向阳极发展或汇入崩尾的正离子群中。
气体放电物理 4 汤森放电和帕邢定律
x
(nee )
(
)(nee )
i e
0
这其实是一个常微分方程
Y e Pdx (C Qe Pdxdx)
方程的解是
ie
enee
eCe( )x
i
其中C是积分常数，需要边界条件确定.即x=0处的电子流
事实上， 在阴极表面处点子流ie应该包括因外界电离源的作用而
产生的电子流（例如光电流）i0和因正离子撞击阴极以及其他 过
汤森曾经认为从阴极出发的电子是离子轰击阴极表面产生的。 其实还包括光电效应过程。
第一，第二电离系数与气体种类、气压，电子或者离子的能量有 关,第三电离系数则是与离子种类、离子能量和阴极材料有 关
汤森电离过程对放电现象的影响
• 研究平行板电极之间的电离现象，假定稳定放电已经建立
• 为了简化问题。电极间 的电场分布是均匀的
• 气体击穿现象和规律，也就是带电粒子的自持产生和消失过 程达到平衡的现象和规律，汤森最先发现和解释的，称为汤 森放电
汤森放电现象
• 气体放电后，发生导电现象，因此放电现象的认 识首先是伏安特性的认识
• 伏安曲线分为三个区域 1. T0是背景电离维持的放电 2. T1是电子碰撞电离起作用的
放电，但是非自持放电 3. T2是离子碰撞电离也发生作
• 气体放电时，带电粒子的产生和消失过程达到平衡， 放电才能稳定自持
自持放电是指去掉外致电离源的条件下放电仍能维持的现象。 在外致电离源的作用下，当放电管两端电压增加到某一足够之， 管内电流突然增大，此时若移去电离源，放电电流仍足够大， 即此刻放电的形成与外致电离源的存在与否无关，这种状态称 为自持放电。放电从非 自持放电转变到自持放电的过程称为 气体的击穿过程或着火过程，这种放电的现象与理论有科学家 汤生在二十世纪初首先研究并建立，故称为汤生放电
高电压知识点未整理版
Ch11、气体放电、气体放电的表现形式答：当加在气体间隙上的电场强度达到某一个临界值后，间隙中的电流会突然剧增，气体介质会失去绝缘性能而导致击穿，这种现象称为气体放电。
用U F表示。
气体放电的表现形式：火花放电、电弧放电、局部放电2、局部放电答：在极不均匀电场中，可能只有局部间隙中的场强达到临界值，在此局部处首先出现放电，叫做局部放电。
高压输电线导线周围出现的电晕放电就属于局部放电。
3、激发、游离答：气体原子在外界因素（电场、高温等）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去，此过程称为原子的激发，也称激励。
如果中性原子由外界获得足够的能量，以致使原子中的一个或者几个电子完全脱离原子核的束缚而成为自由电子和正离子（即带电质点），此过程称为原子的游离，也称电离。
4、按照外界能量来源的不同，游离的形式和形成条件答：①碰撞游离方式。
在这种方式下，游离能为与中性原子（分子）碰撞瞬时带电粒子所具有的功能。
虽然正、负带电粒子都有可能与中性原子（分子）发生碰撞，但引起气体发生碰撞游离而产生正、负带电质点的主要是自由电子而不是正、负离子。
②光游离方式。
在这种方式下，游离能为光能。
由于游离能需达到一定的数值，因此引起光游离的光主要是各种高能射线而非可见光。
③热游离方式。
在这种方式下，游离能为气体分子的内能。
由于内能和绝对温度成正比，因此只有温度足够高时才能引起热游离。
④金属表面游离方式。
严格地讲，应成为金属电极表面逸出电子，因这种游离的结果在气体中只得到带负电的自由电子。
使电子从金属电极表面逸出的能量可以是各种形式的能。
5、去游离的形式答：导致带电质点从游离区域消失，或者削弱的相反过程，称为去游离过程。
形式为：①带电质点的扩散。
带电质点从浓度大的区域向浓度小的区域运动而造成原区域中带电质点的消失，扩散是一种自然规律。
②复合。
复合是正、负带电质点相互结合后成为中性原子（分子）的过程。
高电压知识点汇总
高电压知识点汇总一、气体放电的基本概念。
1. 气体放电。
- 气体中流通电流的各种形式统称为气体放电。
在正常状态下，气体是良好的绝缘体，但在一定条件下（如高电压、强电场等），气体中会出现导电现象。
- 气体放电可分为自持放电和非自持放电。
非自持放电需要依靠外界电离因素（如紫外线、宇宙射线等）才能维持导电；自持放电一旦形成，即使外界电离因素消失，放电仍能持续。
2. 汤逊理论。
- 适用于低气压、短间隙均匀电场中的气体放电。
- 主要观点：电子崩和正离子撞击阴极产生二次电子发射是气体自持放电的主要机制。
- 汤逊第一电离系数α：表示一个电子在沿电场方向运动1cm的过程中与气体分子发生碰撞电离的次数。
- 汤逊第二电离系数β：表示一个正离子撞击阴极表面时产生的二次电子数。
- 根据汤逊理论，自持放电的条件为：e^α d=1+(α)/(β)（d为电极间距）。
3. 流注理论。
- 适用于高气压、长间隙、不均匀电场中的气体放电。
- 主要观点：电子崩发展到足够强时，电子崩中的空间电荷会使电场发生畸变，产生局部强电场，从而引发光电离，形成流注。
流注不断发展贯穿两极间的间隙，导致气体击穿。
- 与汤逊理论的区别：汤逊理论没有考虑空间电荷对电场的畸变作用，而流注理论强调了空间电荷和光电离在放电过程中的重要性。
二、液体和固体介质的电气特性。
1. 液体介质的电气特性。
- 极化。
- 液体介质在电场作用下会发生极化现象。
极化类型主要有电子式极化、离子式极化和偶极子极化。
- 电子式极化：电子云相对于原子核的位移产生的极化，其特点是极化建立时间极短（10^-15sim10^-16s），极化过程中不消耗能量。
- 离子式极化：离子晶体中正负离子在电场作用下的相对位移产生的极化，建立时间约为10^-13s，极化过程中也基本不消耗能量。
- 偶极子极化：极性分子在电场作用下沿电场方向取向产生的极化，建立时间较长（10^-10sim10^-2s），极化过程中消耗能量。
气体放电 公式
气体放电公式
气体放电是一个复杂的过程，涉及多个因素，因此并没有一个通用的公式可以完全描述这一过程。
不过，有一些理论模型和特定条件下的公式可以用来理解和计算气体放电的一些特性。
例如，汤逊理论主要关注电离的主要因素是空间碰撞电离，以及正离子碰撞阴极导致表面放电是自持放电的必要条件。
这个理论适用于低气压、短间隙的情况，即Pd<27kPacm（d<）。
另外，非自持放电需依赖外界游离因素才能维持放电，当外界游离因素消失，放电就会停止。
自持放电则是指当外电场超过临界值E时，电子崩可由外电场作用自行维持和发展。
自持放电的条件是电压足够大，初始电子崩中的正离子在阴极产生的新电子大于等于初始电子密度n0（即除去外界游离因素
放电不会停止）。
对于气体温度不是恒定的情况，击穿电压与气体的相对密度有关。
为了使电子从阴极到阳极行程中发生足够多的碰撞游离，有着相对应的最佳气压和间隙。
具体来说，当d一定时：（1）δ↓→自由程↑→碰撞次数↓→击穿电压↑；（2）δ↑→自由程↓→碰撞游离的可能↓→击穿电压↑；当P一定时：（1）
d↓→碰撞次数↓→击穿电压↑；（2）d↑→电场↓→需增加外电压来维持自持放电场强→击穿电压↑。
以上内容仅供参考，如需更专业的解释，建议咨询物理学家或查阅物理专业书籍。
第一章气体放电基本物理过程
普通高等教育“十二五”国家规划教材电气工程及其自动化专业系列教材高电压技术第一篇电介质的电气强度绪论●高电压技术主要研讨高电压(强电场)下的各种电气物理问题。
●高电压技术的发展始终与大功率远距离输电的需求密切相关。
●对于电力类专业的学生来说，学习本课程的主要目的是学会正确处理电力系统中过电压与绝缘这一对矛盾。
●为了说明电力系统与高电压技术的密切关系，以高压架空输电线路的设计为例，在图0-1中列出了种种与高电压技术直接相关的工程问题。
●除了电力工业、电工制造业外，高电压技术目前还广泛应用于大功率脉冲技术、激光技术、核物理、等离子体物理、生态与环境保护、生物学、医学、高压静电工业应用等领域。
第一篇电介质的电气强度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第二节电子崩第三节自持放电条件第四节起始电压与气压的关系第五节气体放电的流注理论第六节不均匀电场中的放电过程第七节放电时间和冲击电压下的气隙击穿第八节沿面放电和污闪事故一、稍不均匀电场和极不均匀电场的放电特征电场的划分：电场不均匀系数：f=Emax Eavf=1为均匀电场；f<2为稍不均匀电场；f>4为极不均匀电场a v U dE=第六节不均匀电场中的放电过程二、电晕放电在220kV以上的超高压输电线路上，特别是在坏天气条件下，其导线表面会呈现一种淡紫色的辉光，并伴有咝咝作响的噪声和臭氧的气味。
这种现象就是电晕放电或简称电晕。
电晕是局部放电的一种，其特点在于它一定触及一个电极或两个电极，而一般所称的局部放电可以发生在电极表面，也可以存在于两极之间的某一空间而不触及任一电极。
电晕放电可以是极不均匀电场气隙击穿过程的第一阶段，也可以是长期存在的稳定放电形式。
存在稳定电晕放电是极不均匀电场中气体放电的一大特点，因为在均匀或稍不均匀电场中，一旦某处出现电晕，它将迅速导致整个气隙的击穿，而不可能长期稳定地存在电晕放电现象。
虽然也可从理论上求得，但由于它的开始出现电晕放电时的电晕起始电压Uc影响因素很多，这种推算相当繁复和不精确。
第一章-气体放电的基本物理过程PPT课件
：一个带电质点在向前行进1cm距离内，发生碰撞 次数的倒数 。
-
5
1.1.1 带电粒子在气体中的运动
质点的平均自由行程
的性质
λ∝ T P
受温度和气压影响
电子的要比分子和离子的大得多
反映了带电质点自由运动的能力
-
6
1.1.1 带电粒子在气体中的运动
带电质点的迁移率
正离子
负极
电子
E
-
61
1.5 电晕放电和沿面放电
1.5.1 电晕放电
1.概念 2.物理过程和效应 3.直流输电线上的电晕 4.交流输电线上的电晕 5.输电线路电晕的抑制方法 6.电晕的应用
1.5.2 沿面放电
1.概念
2.类型及特点
3.放电电压提高方法
4.湿闪现象
5.污闪放电
-
62
1.5.1 电晕放电
1、电晕放电的概念
-
32
1.2 汤逊理论
1.2.4.汤逊理论
汤逊的理论推导
击穿电压U表示为：
U
Bpd
f ( pd )
ln
Apd ln(1 1 )
汤逊理论的适用条件： 均匀电场 pd 26.66kPacm
-
33
1.2 汤逊理论
汤逊理论的不足：
放电时间较长 放电特征呈丝状
阴极的作用
无法解释长间隙放电的物理现象
-
34
1.3 流注放电
2、电晕放电的物理过程和效应 效应：
2)、电风的作用
电子和离子高速运动 与气体交换能量 形成电风
空气对电风的反作用 使电晕电极舞动
-
69
1.5.1 电晕放电
高电压气体放电基本物理过程
第八页，共86页。
碰撞(pènɡ zhuànɡ)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(yǐnqǐ)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(yǐnqǐ)碰掩电离
1 2
meve2
Wi
me——电子的质量；
ve ——电子的速度；
Wi——气体分子的电离能。
高电压工程基础
第2章 气体(qìtǐ)放电的基本物理过程
高压电气设备绝缘的介质 -----气体、液体、固体 及其复合介质
气体绝缘介质的优点(yōudiǎn) :
1. 不存在老化问题
2. 击穿后具有完全的绝缘自恢复特性
3. 气体放电理论比液体与固体介质的击穿理
论要完整得多
第一页，共86页。
高电压工程基础
第二十三页，共86页。
第二十四页，共86页。
电晕(diàn yūn)放电
电极曲率半径很小或电极间距离很远，即电场极不 均匀，则当电压升高到一定值后，首先紧贴电极在 电场最强处出现发光层，回路中出现用一般仪表即 可察觉的电流。随着电压升高，发光层扩大，放电 电流也逐渐增大
发生(fāshēng)电晕放电时，气体间隙的大部分尚未 丧失绝缘性能，放电电流很小，间隙仍能耐受电压 的作用
主要(zhǔyào)内容
气体中带电(dài diàn)质点的产生和消失 气体放电的两种理论 两种理论自持放电的条件 不均匀电场中气体放电的特点
第二页，共86页。
高电压工程基础
气体(qìtǐ)放电
在电场作用下，气隙中带电粒子的形成和运动 (yùndòng)过程
气隙中带电粒子是如何形成的？ 气隙中的导电通道是如何形成的？ 气隙中导电通道形成后是如何维持持续(chíxù)放
气体放电的机理
(3)当电子动能小于气体分子的电离能时，每次碰撞都不会 使分子发生电离，而当电子动能大于气体分子的电离能时 ，每次碰撞必定使分子电离。
自持放电条件如果电压电场强度足够大初始电子崩中的正离子能在阴极上产生出来的新电子数等于或大于n0那么即使除去外界电离因子的作用放电也不会停止即放电仅仅依靠已经产生出来的电子和正离子它们的数目取决于电场强度就能维持下去这就变成了自持放电
气体放电的机理
制作人： 朱胜
均匀电场中气体击穿的发展过程
一. 自持放电、非自持放电
②d很小时，自由电子直接从阴极运动到阳极（工程中 不会用到）。
应用：增加气体间隙的距离可提高间隙的击穿电压。
汤逊放电理论的适用范围
➢ 低气压、 短间隙的电场中，即 p d 200(cm 133pa)
汤逊放电理论不能解释的放电现象
1、放电外形 根据汤逊理论，气体放电应在整个间隙中均匀连续地发展.
低气压下气体放电发光区确实占据了整个电极空间，如辉光放 电。但大气压力下气体击穿时出现的却是带有分枝的明亮细通 道。 2、放电时间
基于以上的原因提出了流注放电理论：
谢谢！
γ系数：一个正离子撞击阴极表面产生的二次自由电子量。 上述产生的二次电子同样可引起气体空间的电离。
nc n0 n
上式中： n ：阴极表面单位时间和单位面积上由于 过程而产生的自由
电子数。
nc ：阴极表面单位时间和单位面积上产生的自由电子数。
n0
：阴极表面单位时间和单位面积上由于外界电离因素而产 生的自由电子数。
气体放电基础知识
气体放电基础知识气体击穿理论气体介质是电力系统和电气设备中常用的绝缘介质。
如：空气、CO2、N2、SF6、混合气体等。
当电场强度达到一定数值后，气体会失去绝缘能力，从而造成事故。
为了能正确构成气体绝缘，就需要了解气体中的放电过程。
本章着重介绍气体击穿的一些理论分析，如：带电质点的产生、运动和消失的规律；气体击穿过程的发展等。
第一节气体放电主要形式什么是气体放电：气体中出现电流的各种形式统称为气体放电。
处于正常状态并隔绝各种外电离因素作用的气体是完全不导电的。
气体中存在少量带电质点（紫外线、宇宙射线作用，500-1000对/立方厘米正、负离子），在电场作用下，带电质点沿电场方向运动，形成电流，所以气体通常并不是理想绝缘介质。
由于带电质点极少，气体的电导也极小，仍为优良的绝缘体。
击穿：当提高气体间隙上的外施电压而达一定数值后，电流突然剧增，从而气体失去绝缘性能。
气体这种由绝缘状态突变为良导电态的过程，称为击穿。
沿面闪络：当击穿过程发生在气体与液体或气体与固体的交界面上时，称为沿面闪络。
击穿电压：气体击穿的最低临界电压称为击穿电压。
击穿场强：气体发生击穿时的电场强度称为击穿场强。
气体放电形式根据气体压力、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：1、辉光放电2、电弧放电3、火花放电4、电晕放电1、辉光放电当气体压力不大、电源功率很小（放电回路中串入很大阻抗）时，外施电压增到一定值后，回路中电流突增至明显数值，管内阴极和阳极间整个空间出现发光现象。
这种放电形式称为辉光放电。
辉光放电的特点：电流密度较小，放电区域通常占据整个空间；管端电压较高，不具有短路的特性。
注意：辉光放电仅发生在气压较低的情况下2、电弧放电随着外回路中的阻抗减小，电流增大。
当电流增大到一定值后，放电通道收细，且越来越明亮，管端电压则更加降低，说明通道的电导越来越大，这时的放电形式称为电弧放电。
电弧放电的特点：电流密度很大，管端电压很低，具有短路的特性。
气体放电
气体放电气体在正常状态下是良好的绝缘介质．但在电压的作用下，也会形成微弱的电流；气体在外加电压作用下产生导通电流的现象称为气体放电。
当加于气体上的电压达到一定数值时，通过气体的电流会突然剧增，气体失去绝缘的性能。
气体在外加电压作用下由绝缘状态转变为导电状态的过程称为击穿。
使气体击穿的最低电压称为击穿电压、气体发生击穿时，电导突增，并伴有光、声、热等现象。
通过实验观察，由于电源功率、电极形状、气体压力等的不同，气体放电现象存在以下几种主要形式： 1．辉光放电外加电压增加到一定值时，通过气体的电流明显增加，气体间隙整个空间突然出现发光现象，这种放电形式称为辉光放电。
辉光放电的电流密度较小，放电区域通常占据整个电极同的空间。
辉光放电是低气压下的放电形式，验电笔中的氖管、广告用霓虹灯管发光就是辉光放电的例子。
2．电晕放电对于电极很尖的极不均匀电场气隙，随外加电压的升高，在电极尖端附近会出现暗蓝色的晕光，并伴有咝咝声。
如电压不继续升高，放电就局限在这较小的菹围内，形成局部放电，称为电晕放电。
发生电晕放电时，气体间隙的大部分尚未丧失绝缘性能，放电电流很小。
电气设备带电的尖角和输电线路，在运行中时有发生这种电晕放电。
3．火花或电弧放电在气体间隙的两极，电压升高到一定值时，气体中突然产生明亮的树枝状放电火花，当电源功率不大时，这种树枝状火花会瞬时熄灭，接着又突然产生，这种现象称为火花放电；当电源功率足够大时，气体发生火花放电以后，树枝状放电火花立即发展至对面电极，出现非常明亮的连续弧光，形成电弧放电。
二、气体中带电质点的产生和消失我们已经知道，气体间隙在外加电压作用下会产生放电，甚至击穿，这说明气体中有大量带电质点产生；而气体间隙击穿后，若去掉外加电压，气体又能恢复到它原来的耐电强度，这说明气体中的带电质点会消失。
1．带电质点的产生气体原子由带正电荷的原子核和若干带负电荷的电子构成。
正常状态下，这些电子受原子核的吸引在各自的轨道上围绕原子核旋转，这时的气体原子是一个整体，呈中性，称为中性原子。
气体放电报告
气体放电的机理以及电力行业的应用一、气体放电基本理论1、气体放电的定义气体放电是人们在自然界与日常生活中常常碰到的现象，如闪电、日光灯等，它一般是指在电场作用下或其他激活方法使气体电离，形成能导电的电离气体。
气体放电是产生低温等离子体的主要途径。
所谓的低温等离子体是区别于核聚变中高温等离子体而言的。
低温等离子体物理与技术在经历了一个由20 世纪60 年代初的空间等离子体研究向80 年代和90 年代以材料及微电子为导向的研究领域的重大转变之后，现在已经成为具有全球影响的重要课题，其发展以及在电力行业中的应用对于高科技经济的发展有着巨大的影响。
2、气体放电的基本理论气体放电的经典理论主要有汤森放电理论和流注放电理论等。
1903 年，为了解释低气压下的气体放电现象，汤森(J．S．Townsend)提出了气体击穿理论，引入了三个系数来描述气体放电的机理，并给出了气体击穿判据。
汤森放电理论可以解释气体放电中的许多现象，如击穿电压与放电间距及气压之间的关系，二次电子发射的作用等。
但是汤森放电解释某些现象也有困难，如击穿形成的时延现象等；另外汤森放电理论没有考虑放电过程中空间电荷作用，而这一点对于放电的发展是非常重要的。
电子雪崩中的正离子随着放电的发展可以达到很高的密度，从而可以明显的引起电场的畸变，进而引起局部电子能量的加强，加剧电离。
针对汤森放电理论的不足，1940 年左右，H．Raether 及Loeb、Meek 等人提出了流注(Streamer)击穿理论，从而弥补了汤森放电理论中的一些缺陷，能有效地解释高气压下，如大气压下的气体放电现象，使得放电理论得到进一步的完善。
3、气体放电的主要类型通常，低气压、低温等离子体是在1~100Pa 的气体中进行直流、射频或微波放电产生的，而大气压下产生低温等离子体的主要方式有电晕放电、电弧放电和介质阻挡放电(DBD)。
比较而言，电晕放电比较微弱且产生的活性粒子效率较低而难以应用于工业生产。
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吸附的一个电子。
14
第 复合过程的影响因素：
八
与游离过程相似，复合的过程也是带电质点在接近时
章 通过电磁力的相互作用而完成的，需要一定的相互作用时
间和条件。在复合过程中，异号质点间的静电力起着重要
气 体 放 电
作用，这一点与扩散过程不同。 ①参加复合的质点的相对速度愈大，复合的几率就愈
小，气体中电子的速度比离子的速度大得多，所以电子与 正离子复合的几率比负离子与正离子复合的几率小得多 （小几千倍）。参加复合的电子中绝大多数是先形成负离
放 下的气隙击穿具有重要意义。
电
④光电子发射：
基
用短波光照射金属表面也能产生表面游离（称为光电
本 子发射）。当然，此时光子的能量必须大于逸出功，但满
理 足这个条件的光子并不都能产生光电子发射，因为一部分
论
光子会被金属表面反射，金属所吸收的光能中，大部分也 是转化为金属的热能，只有小部分用以使电子逸出。
章 金属电极表面逸出电子，需要一定的能量，通常称为逸出
功。金属的逸出功一般要比气体的游离能小得多，所以，
气 表面游离在气体放电过程中有重要作用。
体
金属电极表面游离所需的能量（逸出功）可以通过下
放 电 基
述途径获得： ①热电子发射：即把金属电极加热，使金属中电子的
动能增加到超过逸出功时，电子即能克服金属表面的位能 壁垒而逸出，称为热电子发射。在强电领域，热电子发射
基 子再与正离子复合的。
本
②异号质点的浓度愈大，复合就愈强烈。因此，强烈
理 的游离区通常也总是强烈的复合区，这个区的光亮度也就
论 较高。
1
15
§8-2 气体放电过程的一般描述
第
八 章
气体放电过程描述框图
2007年3月13日
气
电
弱电场
较强电场
弧
体
放
放
电 源
电
气隙
微弱游离
1
11
第 5.负离子的形成
八
章
分子或原子对电子的亲合能E：一个中性分 子或原子与一个电子结合生成一价负离子所释放
气 体 放 电 基
出的能量。E的值越大，就越容易与电子相结合 而成为负离子。
卤素元素的E值比其它元素大的多，因此很 容易俘获一个电子而成为负离子。
如前面所述，离子的游离能力比电子小得多，
本 主要是对某些电弧放电的过程有重要的意义。
理
②二次发射：用某些具有足够能量的质点（例如正离
论 子）撞击金属电极表面，也可能产生表面游离（称为二次
1 发射）。
10
第
八
章
③强场发射： 在电极附近加上很强的外电场，也能从金属电极中拉 出电子，称为强场发射或冷发射。这种发射所需的外电场
气 体
极高，其数量级在106V/cm 左右。一般气隙的击穿场强远 低于此数值，所以，在一般气隙的击穿过程中还不会出现 强场发射。强场发射对某些高压强下的气隙击穿或高真空
放 应不小于气体的游离能。光游离也可以分级游离的方式来完成。
紫外线、X射线，α、β和γ等短波射线都可以引起光游离。在气
电 体击穿过程中异号带电质点不断复合为中性质点而放出的光子，激发 基 状态的原子还原时放出的光子也有产生光游离的作用，并且是重要的
本 光游离因素。
光游离产生的自由电子称为光电子。宇宙射线中的光子可造成气
理 体游离，并且使游离出来的电子具有很大的动能，可以再造成撞击游 论 离。
7
第
八
3.热游离
章
自由气体的热状态造成的游离称为热游离。热游离实
质上并不是另外一种独立的形式，实质上仍是撞击游离与
气 体 放
光游离，只是其能量来源于气体分子本身的热能。 在室温(20℃) 时，气体分子平均动能仅约0. 038eV，
2、光游离
第 短波射线的光子具有很大能量、它以光速运动，当它射到中性原 于(或分子)上时所产生的游离称为光游离，光子的能量与其频率成正
八 比，即
章
Ｗ＝hγ (1—1)
式中 h——普朗克常量，等于6.6260755X10-34J·s；
气
γ——光的频率，Hz。
体
当气体受到光辐射作用时，产生光游离的必要条件是光子的能量
本 因此俘获电子而成为离子这一现象能对气体放电
理 的发展起抑制作用，有助于气体耐电强度的提高。
论
1
12
第 二、气体中带电质点的消失
八
气体中带电质点的消失主要有下列三种方式：带电质
章 点受电场力的作用流入电极并中和电量；带电质点的扩散；
带电质点的复合。
气 1.带电质点受电场力的作用而流入电极，中和电量
放 程度。电子的直径比离子的直径小很多，在运动中受到
电 的碰撞也比离子少得多，因此电子的扩散比离子的扩散
基 快得多。
本 3.带电质点的复合
理
带有异号电荷的质点相遇，发生电荷的传递、中和而
论 还原为中性质点的过程称为复合。复合时，质点原先在
1
游离时所吸取的游离能通常将以光子的形式如数放出。 对负离子来说，复合的过程就是从负离子上游离出原先
体 这种光子与气体分子相遇时就可能产生光游离。
放 电 基
由上述热状态的撞击游离和光游离所游离出来的带电 粒子，在高温下具有较高的热运动速度，在与分子碰撞时， 还可能产生撞击游离。
由此可见，热游离实质上是热状态产生的撞击游离和
本 光游离的综合。
理
论
1
9
第 4.表面游离
八
气体中的电子也可能来源于金属电极的表面游离。从
体
带电质点在电场力的作用下受到加速，在向电场方向
放 电 基
运动途中会不断地与气体分子相碰撞，碰撞后会发生散射， 但从宏观来看，是向电场方向作定向运动的。其平均速度 开始是逐渐增加的（因受电场力的加速），但随着速度的 增加，碰撞时失去的动能也增加，最后，在一定的电场强
本 度下，其平均速度将达到某个稳定值。这一平均速度称为
这比任何气体的游离能都要小得多，虽然由于气体分子热 运动的统计性质，某些分子的动能远超过此平均值，但
电 其几率是极其微小的，温度升到很高时，气体分子的平均
基 动能增加很多，在互相碰撞时，就可能产生撞击游离。
本
理
论
1
8
第
八
章
在一定热状态下的物质都能发出热辐射，气体也不例
气 外。物体温度升高时，其热辐射光子的能量大，数量多，
理 带电质点的驱引速度。
论1Leabharlann 13第八章
2.带电质点的扩散
带电质点的扩散就是指这些质点会从浓度较大的区
域转移到浓度较小的区域，从而使带电质点在空间各处 的浓度趋于均匀的过程。
气 体
带电质点的扩散是由杂乱的热运动造成的，而不是 由于同号电荷的电场斥力造成的，因为即使在很大的浓 度下，离子之间的距离仍大到静电力起不到什么作用的