高电压技术概述第2讲气体电介质的绝缘特性
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17
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
在带电粒子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
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
一定空间内带电粒子由于复合而减少的速度决定于其浓 度
18
（四）附着效应——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
有些气体形成负离子时可释放出能量。这类气体容易
形成 等）
负离
子，称
为电
负性
气体（
如氧
、氟
、氯，
SF6
质量大、速度小——阻碍放电，绝缘强度较高
19
第二节 均匀电场中气体的击穿
16
带电粒子的扩散和气体分子的扩散一样，都是由于热运 动造成，带电粒子的扩散规律和气体的扩散规律也是相 似的
气体中带电粒子的扩散和气体状态有关，气体压力越高 或者温度越低，扩散过程也就越弱
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
第2讲 1 气体电介质的绝缘特性（一）
2
在电场作用下，气隙中带电粒子的形成和运动过程
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放电的？
3
原子能级 以电子伏（eV）为单位 1eV＝1V×1. 6×10-19C＝1.6×10-19J
一、汤逊理论
1、实验结果及理论 （1）定性分析 （2）定量分析---自持放电条件、汤逊理论 （3）汤逊理论的中心思想 2、巴申定律 3、汤逊理论的弱点 二、流注理论
1、流注理论 （1）电子崩阶段
空间电荷影响 光游离
（2）流注阶段 （3）主放电阶段 2、流注理论的中心思想 3、流注理论对放电现象的解释
原子激励
原子在外界因素作用下，其电子跃迁到能量较高的状态， 所需能量称为激励能We
激励状态恢复到正常状态时，辐射出相应能量的光子，光
子（光辐射）的频率
W h
4
原子电离——
原子在外界因素作用下，获得能量，使其一个或几个电子 脱离原子核的束缚而形成自由电子和正离子的过程
电离过程所需要的能量——电离能Wi（10-15 eV），也可 用电离电位Ui（V）
13
（2）光电效应 金属表面受到光的照射，当光子的能量大于选出功时，
金属表面放射出电子 （3）强场放射（冷放射）
当阴极附近所加外电场足够强时，使阴极放射出电子 （4）热电子放射
当阴极被加热到很高温度时，其中的电子获得巨大动 能，逸出金属
14
（一）电场作用下气体中带电粒子的运动 失）
（定向运动，消
（二）带电粒子的扩散
（三）带电粒子的复合 （中和，空间或器壁）
（四）附着效应
15
带电粒子产生以后，在外电场作用下将作定向运动，形 成电流
j qnvd
在气体放电空间 ，带电粒子在一定的电场强度下运动达 到某种稳定状态 ，保持平均速度，即上述的带电粒子的 驱引速度
b —vd—迁b移E 率
▪ 电子迁移率比离子迁移率大得多，即使在很弱的电场中， 电子迁移率也随场强而变
5
（一）气体分子的电离可由下列因素引起： （1）电子或正离子与气体分子的碰撞电离 （2）各种光辐射（光电离） （3）高温下气体中的热能（热电离） （二） 金属（阴极）的表面电离
6
自由行程：粒子在两次碰撞之间的行程 电子的平均自由行程要比分子和离子的大得多 气体分子密度越大，其中粒子的平均自由行程越小。对于同一种气
20
气体放电的主要形式
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。利用放电管可 以观察放电现象的变化
辉光放电 电弧放电 火花放电 电晕放电 刷状放电
21
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忽 然出现发光现象
对所有气体来说0， 在qhUc可i 见12U光2i9（4n0m0750nm）的作用下， 一般是不能直接发生光电离的
11
因气体热状态引起的电离过程——热电离（碰撞电离 与光电离的综合） 气体分子的平均动能和气体温度的关系为
3
在它们相互碰撞W时m ， 2就K可T 能引起激励或电离 在高温下，例如发生电弧放电时，气体温度可达数千
：一个粒子在与气体分子相邻两次碰撞之间自由地通 过的平均行程
电子在其自由行程内从外电场获得动能 ，能量除决定 于电场强度外，还和其自由行程有关
9
来自百度文库
气体放电中，碰撞电离主要是由电子和气体分 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，将引起碰撞电离
Eq
1 2
m
2
Wi
碰撞电离的形成与电场强度和平均自由行程的
大小有关
10
光辐射引起的气体分子的电离过程称为光电离 自然界、人为照射、气体放电过程
当气体分子受到光辐射作用时，如光子能量满足下面条 件，将引起光电离，分解成电子和正离子
光辐射能够引起光h电 离 W的i临界波长（即最大波长）为
特点是放电电流密度较小，放电区域通常占据了整 个电极间的空间。霓虹管中的放电就是辉光放电的 例子。管中所充气体本同，发光颜色也不同
体，其分子密度和该气体的密度成正比
T
p
7
自由行程的分布： 具有统计性的规律。粒子的自由行程大于x的概 率为 x
f ( x) e 如果起始有n0个粒子（或一个粒子的 相继n0次碰撞），则其中行过
距离x后，尚未被碰撞的粒子数（或次数）n(x)应为
x
n(x) n0e
8
粒子的平均自由行程
度，气体分子动能就足以导致发生明显的碰撞电离 高温下高能热辐射光于也能造成气体的电离
12
阴极发射电子的过程 逸出功（1－5eV） ：与金属的微观结构 、金属表面 状态有关
金属表面电离的多种方式 （1）正离子碰撞阴极 正离子碰撞阴极时使电子逸出金属（传递的能量要 大于逸出功）。逸出的电子有一个和正离子结合成为 原子，其余的成为自由电子。因此正离子必须碰撞出 一个以上电子时才能出现自由电子
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
在带电粒子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
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
一定空间内带电粒子由于复合而减少的速度决定于其浓 度
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（四）附着效应——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
有些气体形成负离子时可释放出能量。这类气体容易
形成 等）
负离
子，称
为电
负性
气体（
如氧
、氟
、氯，
SF6
质量大、速度小——阻碍放电，绝缘强度较高
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第二节 均匀电场中气体的击穿
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带电粒子的扩散和气体分子的扩散一样，都是由于热运 动造成，带电粒子的扩散规律和气体的扩散规律也是相 似的
气体中带电粒子的扩散和气体状态有关，气体压力越高 或者温度越低，扩散过程也就越弱
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
第2讲 1 气体电介质的绝缘特性（一）
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在电场作用下，气隙中带电粒子的形成和运动过程
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放电的？
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原子能级 以电子伏（eV）为单位 1eV＝1V×1. 6×10-19C＝1.6×10-19J
一、汤逊理论
1、实验结果及理论 （1）定性分析 （2）定量分析---自持放电条件、汤逊理论 （3）汤逊理论的中心思想 2、巴申定律 3、汤逊理论的弱点 二、流注理论
1、流注理论 （1）电子崩阶段
空间电荷影响 光游离
（2）流注阶段 （3）主放电阶段 2、流注理论的中心思想 3、流注理论对放电现象的解释
原子激励
原子在外界因素作用下，其电子跃迁到能量较高的状态， 所需能量称为激励能We
激励状态恢复到正常状态时，辐射出相应能量的光子，光
子（光辐射）的频率
W h
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原子电离——
原子在外界因素作用下，获得能量，使其一个或几个电子 脱离原子核的束缚而形成自由电子和正离子的过程
电离过程所需要的能量——电离能Wi（10-15 eV），也可 用电离电位Ui（V）
13
（2）光电效应 金属表面受到光的照射，当光子的能量大于选出功时，
金属表面放射出电子 （3）强场放射（冷放射）
当阴极附近所加外电场足够强时，使阴极放射出电子 （4）热电子放射
当阴极被加热到很高温度时，其中的电子获得巨大动 能，逸出金属
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（一）电场作用下气体中带电粒子的运动 失）
（定向运动，消
（二）带电粒子的扩散
（三）带电粒子的复合 （中和，空间或器壁）
（四）附着效应
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带电粒子产生以后，在外电场作用下将作定向运动，形 成电流
j qnvd
在气体放电空间 ，带电粒子在一定的电场强度下运动达 到某种稳定状态 ，保持平均速度，即上述的带电粒子的 驱引速度
b —vd—迁b移E 率
▪ 电子迁移率比离子迁移率大得多，即使在很弱的电场中， 电子迁移率也随场强而变
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（一）气体分子的电离可由下列因素引起： （1）电子或正离子与气体分子的碰撞电离 （2）各种光辐射（光电离） （3）高温下气体中的热能（热电离） （二） 金属（阴极）的表面电离
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自由行程：粒子在两次碰撞之间的行程 电子的平均自由行程要比分子和离子的大得多 气体分子密度越大，其中粒子的平均自由行程越小。对于同一种气
20
气体放电的主要形式
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。利用放电管可 以观察放电现象的变化
辉光放电 电弧放电 火花放电 电晕放电 刷状放电
21
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忽 然出现发光现象
对所有气体来说0， 在qhUc可i 见12U光2i9（4n0m0750nm）的作用下， 一般是不能直接发生光电离的
11
因气体热状态引起的电离过程——热电离（碰撞电离 与光电离的综合） 气体分子的平均动能和气体温度的关系为
3
在它们相互碰撞W时m ， 2就K可T 能引起激励或电离 在高温下，例如发生电弧放电时，气体温度可达数千
：一个粒子在与气体分子相邻两次碰撞之间自由地通 过的平均行程
电子在其自由行程内从外电场获得动能 ，能量除决定 于电场强度外，还和其自由行程有关
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来自百度文库
气体放电中，碰撞电离主要是由电子和气体分 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，将引起碰撞电离
Eq
1 2
m
2
Wi
碰撞电离的形成与电场强度和平均自由行程的
大小有关
10
光辐射引起的气体分子的电离过程称为光电离 自然界、人为照射、气体放电过程
当气体分子受到光辐射作用时，如光子能量满足下面条 件，将引起光电离，分解成电子和正离子
光辐射能够引起光h电 离 W的i临界波长（即最大波长）为
特点是放电电流密度较小，放电区域通常占据了整 个电极间的空间。霓虹管中的放电就是辉光放电的 例子。管中所充气体本同，发光颜色也不同
体，其分子密度和该气体的密度成正比
T
p
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自由行程的分布： 具有统计性的规律。粒子的自由行程大于x的概 率为 x
f ( x) e 如果起始有n0个粒子（或一个粒子的 相继n0次碰撞），则其中行过
距离x后，尚未被碰撞的粒子数（或次数）n(x)应为
x
n(x) n0e
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粒子的平均自由行程
度，气体分子动能就足以导致发生明显的碰撞电离 高温下高能热辐射光于也能造成气体的电离
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阴极发射电子的过程 逸出功（1－5eV） ：与金属的微观结构 、金属表面 状态有关
金属表面电离的多种方式 （1）正离子碰撞阴极 正离子碰撞阴极时使电子逸出金属（传递的能量要 大于逸出功）。逸出的电子有一个和正离子结合成为 原子，其余的成为自由电子。因此正离子必须碰撞出 一个以上电子时才能出现自由电子