第二章气体击穿理论
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修改版-气体击穿理论
高电压技术
第二章—气体放电的物理过程
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
HV & EMC Laboratory
North China Electric Power University
5.1电子崩空间电荷对电场的畸变
崩头和崩尾电场被加强 崩中电场减弱：复合发光
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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（书上有数值） 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。
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常见的电场结构
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问题的提出
气体中的电流：在电场作用下，气隙中带电粒子 的形成和运动过程形成电流。 1、气隙中带电粒子是如何形成的？
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，其中的电离只靠电场的作用自行 维持，不再需要外电离因素。
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第二章—气体放电的物理过程
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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5.1电子崩空间电荷对电场的畸变
崩头和崩尾电场被加强 崩中电场减弱：复合发光
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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（书上有数值） 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。
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常见的电场结构
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问题的提出
气体中的电流：在电场作用下，气隙中带电粒子 的形成和运动过程形成电流。 1、气隙中带电粒子是如何形成的？
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，其中的电离只靠电场的作用自行 维持，不再需要外电离因素。
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气体击穿理论
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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：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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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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第五节：不均匀电场中气体击穿的发展过程
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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：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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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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第五节：不均匀电场中气体击穿的发展过程
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气体介质的击穿现象
气体介质的击穿现象气体介质的击穿现象是指在一定电压条件下，气体中产生了电击穿现象。
电击穿是指在高电场强度作用下，气体中原本绝缘的状态被突破，导致气体成为导电状态。
本文将从气体击穿的定义、机理、影响因素和应用等方面进行详细论述，并探讨当前相关研究和趋势。
一、气体击穿的定义气体击穿是指当电压达到一定临界值时，气体中的原子或分子被电场加速并与其他粒子碰撞，导致气体发生电离现象，产生局部的导电通道。
这个电离过程可以是从阴极向阳极的电子流（电子击穿）或者从阳极向阴极的离子流（离子击穿）。
二、气体击穿的机理气体击穿是由复杂的物理和化学过程导致的，其机理主要包括以下几个方面：1. 离子化机制：电场加速下，气体中的原子或分子产生离子化，形成自由电子和离子。
2. 碰撞机制：离子与原子、分子碰撞后产生电离级联形成更多的离子和自由电子。
3. 电子减速机制：自由电子与气体分子碰撞后产生电子减速，使其能量转移给其他分子。
4. 穿透机制：产生的离子和自由电子在电场作用下穿越气体并形成导电通道。
三、气体击穿的影响因素气体击穿现象受到多种因素的影响，主要包括以下几个方面：1. 电场强度：电场强度越高，气体击穿越早。
2. 气体性质：不同气体具有不同的击穿电压和击穿场强度。
例如，质子型气体（氢气、氦气）的击穿电压要比电子型气体（氮气、氧气）低。
3. 气体压力：气体的击穿电压随着压力的增加而降低。
当气体压力较低时，击穿电压较高。
4. 温度：温度对气体击穿电压的影响与气体性质有关。
一般情况下，温度越高，击穿电压越低。
四、气体击穿的应用气体击穿现象在科学研究和工程应用中具有重要作用，主要应用于以下领域：1. 电力系统：用于判断电力设备（变压器、绝缘子、电缆等）的耐压性能，以保证电力系统的安全运行。
2. 气体放电灯：例如氖灯、气体放电显示器等，利用气体击穿的特性来产生光电效应。
3. 气体保护：在工业生产过程中，气体击穿可用于保护设备和人员的安全，如气体绝缘断路器等。
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。
高电压工程1(气体击穿)..
Chapter 2. 气体放电的物理过程
研究气体放电的目的： ●了解气体在高电压（强电场）的作用下逐步由电介质
演变成导体的过程； ●掌握气体介质的电气强度及其提高的方法
气体放电的基本理论： ●汤逊理论 ●流注理论
基本概念回顾：
●电离 —原子在外界因素作用下，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
数量级：电介质的γ小，泄漏电流小；金属的电导电流很大 电导电流影响因素：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
3.液体和固体电介质的γ与温度的关系：
B/T
Ae
温度↑ ａ．热运动加剧→离子迁移率↑→γ↑ ｂ．介质分子或杂质热离解↑→γ↑
电介质的电阻率具有负的温度系数；金属的电阻率具有正的温 度系数。
bc段：I随着U的提高而增大，表明此时电场E足够大，使电 子积累足够的动能造成碰撞电离的发生，出现电子崩，E越 大，电子碰撞电离越激烈，产生的带电粒子越多；
cS段：随着外加电场的增大，碰撞电离愈激烈，带电粒子数 目呈指数增长，电流增大更快；
S点后：当电压增大到U0时， 过程产生的二次电子足够多，
能接替外界电离因子产生的初始电子的作用，即转为自持放 电阶段，气隙击穿，表现为电流急剧增大，并伴有发光、发 声等现象，气隙转入良好的导电状态。
1.碰撞电离：气体介质中粒子相撞，撞击粒子传给被 撞粒子能量，使其电离
是气体中产生带电粒子的 最重要的形式
动能、位能
条件：⑴ 撞击粒子的总能量＞被撞粒子的电离能
⑵ 一定的相互作用的时间和条件，通过复杂 的电磁力的相互作用达到两粒子间能量转换
主要的碰撞电离由电子完成
高电压技术-第二章.
（1） 过程与自持放电条件
由于阴极材料的表面逸出功比气体分子的电离能 小很多，因而正离子碰撞阴极较易使阴极释放出电 子。此外正负离子复合时，以及分子由激励态跃迁 回正常态时，所产生的光子到达阴极表面都将引起
阴极表面电离，统称为 过程。 为此引入系数。
设外界光电离因素在阴极表面产生了一个自由电
但气体放电都有从电子碰撞电离开始发展到 电子崩的阶段。
1、放电的电子崩阶段 （1）非自持放电和自持放电的不同特点
宇宙射线和放射性物质的射线会使气体发生 微弱的电离而产生少量带电质点；另一方面、负 带电质点又在不断复合，使气体空间存在一定浓 度的带电质点。因此，在气隙的电极间施加电压 时，可检测到微小的电流。
自持放电条件为 γ (eαd −1) =1
(1-21)
γ ：一个正离子撞击到阴极表面时产生出来的 二次电子数
α ：电子碰撞电离系数 d ：两极板距离
此条件物理概念十分清楚，即一个电子在自己进
入阳极后可以由α及γ过程在阴极上又产生一个新的替
身，从而无需外电离因素放电即可继续进行下去。
（2）汤逊放电理论的适用范围
为了分析碰撞电离和电子崩引起的电流，引入： 电子碰撞电离系数 α 。
α: 表示一个电子沿电场方向运动1cm的行程所完
成的碰撞电离次数平均值。
如图1-5为平板电极气 隙，板内电场均匀，设外 界电离因子每秒钟使阴极 表面发射出来的初始电子 数为n0。
由于碰撞电离和电子
崩的结果，在它们到达x处 时，电子数已增加为n，这 n个电子在dx的距离中又会 图1－5 计算间隙中电子数增长的示意图 产生dn个新电子。
1.1.1 带电质点的产生
气体放电是对气体中流通电流的各种形式统称。
气体击穿理论
一、原子的激励和电离 二、气体中质点的自由行程 三、气体中带电质点的产生 四、金属的表面电离
一、原子的激励和电离
（一）原子的能级
原子结构： 电子具有确定的能量（位能和动能），通常轨道半 径越小，能量越小；电子的能量只能取一系列不连续的确 定值（量子化）；原子的位能（内能）取决于其中电子的 能量，当各电子具有最小的能量，即位于离原子核最近的 各轨道上时，原子的位能最小；正常状态下原子具有最小 位能。当电子从其轨道跃迁到标志着能量更高的离原子核 较远的轨道上时，原子的位能也相应增加，反之亦然。
（一）原子的能级
能级：根据其中电子的能量状态，原子具有一系列 可取的确定的能量状态，称为原子的能级。
电子伏（eV）：微观系统中的能量单位为电子伏； 1 eV的能量相当于一个电子在电场作用下行经1V电位差 所获得的能量。电子的电荷为1.610-19C。所以：
（二）原子的激励
激励：在外界因素作用下，原子中的电子从较低能 级跃迁到较高能级的过程。
强的外电场使阴极放射出电子，称为场致发射或冷发射。 由于场致发射所需外电场极强，在107 V/cm数量级，
所以在一般气体间隙的击穿过程中不会发生。（高气压、 高真空） （四）热电子放射
热电子放射：阴极达到很高温度时，其中电子可获得 巨大动能而逸出金属，称为热电子放射。
第三节 带电质点的消失
三种方式： 1、带电质点在电场作用下作定向运动，从而消失于
生电荷的传递而互相中和，并还原为原子或分子的过 程称为复合。
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
第四节 均匀电场中气体击穿的发展过程
均匀电场中气体的击穿：汤逊气体放电理论；流注理 论。这两种理论互相补充，可以说明广阔的pd（压力和 极间距离的乘积）范围内气体放电的现象。
一、原子的激励和电离
（一）原子的能级
原子结构： 电子具有确定的能量（位能和动能），通常轨道半 径越小，能量越小；电子的能量只能取一系列不连续的确 定值（量子化）；原子的位能（内能）取决于其中电子的 能量，当各电子具有最小的能量，即位于离原子核最近的 各轨道上时，原子的位能最小；正常状态下原子具有最小 位能。当电子从其轨道跃迁到标志着能量更高的离原子核 较远的轨道上时，原子的位能也相应增加，反之亦然。
（一）原子的能级
能级：根据其中电子的能量状态，原子具有一系列 可取的确定的能量状态，称为原子的能级。
电子伏（eV）：微观系统中的能量单位为电子伏； 1 eV的能量相当于一个电子在电场作用下行经1V电位差 所获得的能量。电子的电荷为1.610-19C。所以：
（二）原子的激励
激励：在外界因素作用下，原子中的电子从较低能 级跃迁到较高能级的过程。
强的外电场使阴极放射出电子，称为场致发射或冷发射。 由于场致发射所需外电场极强，在107 V/cm数量级，
所以在一般气体间隙的击穿过程中不会发生。（高气压、 高真空） （四）热电子放射
热电子放射：阴极达到很高温度时，其中电子可获得 巨大动能而逸出金属，称为热电子放射。
第三节 带电质点的消失
三种方式： 1、带电质点在电场作用下作定向运动，从而消失于
生电荷的传递而互相中和，并还原为原子或分子的过 程称为复合。
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
第四节 均匀电场中气体击穿的发展过程
均匀电场中气体的击穿：汤逊气体放电理论；流注理 论。这两种理论互相补充，可以说明广阔的pd（压力和 极间距离的乘积）范围内气体放电的现象。
2 带电质点的产生和消失
1.原子的激励 原子的激励 激励：在常态下，电子受外界因素影响由低能量级轨道上跃 在常态下，
迁到高能量级轨道的现象称为激励。 迁到高能量级轨道的现象称为激励。 激励 原子能级 以电子伏为单位 1eV＝1V×1. 6×10-19C＝1.6×10-19J ＝ × × ＝ × 激励能：原子在外界因素作用下， 激励能：原子在外界因素作用下，其电子跃迁到能量较高的态 所需能量。 所需能量。 激励状态恢复到正常状态时，辐射出相应能量的光子。 激励状态恢复到正常状态时，辐射出相应能量的光子。
光的来源：自然界、人为照射、 光的来源：自然界、人为照射、气体放电过程
3.电离的几种形式 电离的几种形式
(2)撞击电离 撞击电离 主要是电子碰撞电子。 主要是电子碰撞电子。 原因： 电子体积小 自由程长，可以加速到很大的速度。 电子体积小， 原因：1.电子体积小，自由程长，可以加速到很大的速度。 2.电子的质量小，易产生弹性碰撞，积累动能。 电子的质量小，易产生弹性碰撞，积累动能。 电子的质量小 产生条件 :
放 电 主 要 形 式
电弧 放电 火花 放电 电晕 放电 刷状 放电
贯穿于两级的细长明亮通道。 贯穿于两级的细长明亮通道。 特点：较高气压下，电导很大，电压降低。 特点：较高气压下，电导很大，电压降低。
贯通两级的断续明亮的细火花。 贯通两级的断续明亮的细火花。 原因：电流突增，导致外回路阻抗上压降增大， 原因：电流突增，导致外回路阻抗上压降增大，放电间隙电压 降低，火花熄灭；外回路电压降低， 降低，火花熄灭；外回路电压降低，放电间隙再形成火花
气体绝缘要解决的问题
如何选择合适 绝缘距离 如何提高气体 间隙击穿电压
气体放电： 气体放电：气体中流通电流的各种形式。 击穿：当提高气体间隙上的外施电压而大到一定数值后， 击穿： 电流突然剧增，从而气体失去绝缘性能，气体由绝缘突变 为良导体。 沿面闪络： 沿面闪络：击穿过程发生在气体和液体或气体与固体的交 界面上。
第二章气体放电的物理过程(1)
此理论目前主要只是对放电过程作定性的描述，定量计算尚不成熟。 较均匀电场 1、分析过程 （一） 空间电荷对原有电场的影响
电子崩的头部集中着大部分的正离子和几乎全部电子。原有均匀场强在电子崩前方和 尾部处都增强了，在这两个强场区中间出现了一个电场强度很小但电子和正离子浓度却最大 的区域，使此处产生强烈的复合并发射出许多光子，成为引发新的空间光电离的辐射源。如 下图所示。
2）常见电场的结构
均匀场：
板－板
稍不均匀场： 球－球
极不均匀场：（分对称与不对称）
棒－棒
对称场
棒－板
不对称场
线－线
对称场
§２－１气体中带电质点的产生和消失
一．带电粒子的产生（电离过程） 气体中出现带电粒子，才可在电场作用下发展成各种气体放电现象，其来源有两个：一
是气体分子本身发生电离，二气体中的固体或液体金属发生表面电离。 激励能：一个原子的外层电子跃迁到较远的轨道上去的现象称为激励，其值为两个能级
第二章 气体放电的物理过程
本章节教学内容要求： 气体分子的激发与游离，带电质点的产生与消失 汤森德气体放电理论：电子崩的形成，自持放电的条件，帕邢定律。 流注理论：长间隙击穿的放电机理，极性效应，先导放电，雷云放电及电晕。 必要说明：1）常用高压工程术语
击穿：在电场的作用下，由电介质组成的绝缘间隙丧失绝缘性能，形成导电通道。 闪络：沿固体介质表面的气体放电（亦称沿面放电）。 电晕：不均匀电场条件下的气体自持放电现象。 击穿电压（放电电压）Ｕb（ｋＶ）：使绝缘击穿的最低临界电压。 击穿场强（抗电强度，绝缘强度）Ｅb（ｋＶ／ｃｍ）：发生击穿时在绝缘中的最小平均 电场强度。 Ｅｂ ＝Ｕｂ／Ｓ（Ｓ：极间距离） 放电 辉光放电：当气体压力低，电源容量小时，放电表现为充满整个气体间隙两电极之间的 空间辉光，这种放电形式称为辉光放电。 火花放电：在大气压力或更高的压力下，电源容量不大时变现出来的放电。主要表现为： 从一电极向对面电极伸展的火花而不是充满整个空间。火花放电常常会瞬时熄灭，接着有突 然出现。 电晕放电：在不均匀电场中，曲率半径很小的电极附近会出现紫兰色的放电晕光，并发出 “兹兹”的可闻噪声，此种现象称为电晕放电。如不提高电压，则这种放电就局限在很小的 范围里，间隙中的大部分气体尚未失去绝缘性能。电晕放电的电流很小。 电弧放电：在大气压力下，当电源容量足够大时，气体发生火花放电之后，便立即发展 到对面电极，出现非常明亮的连续电弧，此称为电弧放放电。电弧放电时间长，甚至外加电 压降到比起始电压低时电弧依然还能维持。电弧放电电流大，电弧温度高。 电气设备常常以一个标准大气压作为绝缘的情况，这是可能发生的是电晕放电，火花放 电或者是电弧放电。
电子崩的头部集中着大部分的正离子和几乎全部电子。原有均匀场强在电子崩前方和 尾部处都增强了，在这两个强场区中间出现了一个电场强度很小但电子和正离子浓度却最大 的区域，使此处产生强烈的复合并发射出许多光子，成为引发新的空间光电离的辐射源。如 下图所示。
2）常见电场的结构
均匀场：
板－板
稍不均匀场： 球－球
极不均匀场：（分对称与不对称）
棒－棒
对称场
棒－板
不对称场
线－线
对称场
§２－１气体中带电质点的产生和消失
一．带电粒子的产生（电离过程） 气体中出现带电粒子，才可在电场作用下发展成各种气体放电现象，其来源有两个：一
是气体分子本身发生电离，二气体中的固体或液体金属发生表面电离。 激励能：一个原子的外层电子跃迁到较远的轨道上去的现象称为激励，其值为两个能级
第二章 气体放电的物理过程
本章节教学内容要求： 气体分子的激发与游离，带电质点的产生与消失 汤森德气体放电理论：电子崩的形成，自持放电的条件，帕邢定律。 流注理论：长间隙击穿的放电机理，极性效应，先导放电，雷云放电及电晕。 必要说明：1）常用高压工程术语
击穿：在电场的作用下，由电介质组成的绝缘间隙丧失绝缘性能，形成导电通道。 闪络：沿固体介质表面的气体放电（亦称沿面放电）。 电晕：不均匀电场条件下的气体自持放电现象。 击穿电压（放电电压）Ｕb（ｋＶ）：使绝缘击穿的最低临界电压。 击穿场强（抗电强度，绝缘强度）Ｅb（ｋＶ／ｃｍ）：发生击穿时在绝缘中的最小平均 电场强度。 Ｅｂ ＝Ｕｂ／Ｓ（Ｓ：极间距离） 放电 辉光放电：当气体压力低，电源容量小时，放电表现为充满整个气体间隙两电极之间的 空间辉光，这种放电形式称为辉光放电。 火花放电：在大气压力或更高的压力下，电源容量不大时变现出来的放电。主要表现为： 从一电极向对面电极伸展的火花而不是充满整个空间。火花放电常常会瞬时熄灭，接着有突 然出现。 电晕放电：在不均匀电场中，曲率半径很小的电极附近会出现紫兰色的放电晕光，并发出 “兹兹”的可闻噪声，此种现象称为电晕放电。如不提高电压，则这种放电就局限在很小的 范围里，间隙中的大部分气体尚未失去绝缘性能。电晕放电的电流很小。 电弧放电：在大气压力下，当电源容量足够大时，气体发生火花放电之后，便立即发展 到对面电极，出现非常明亮的连续电弧，此称为电弧放放电。电弧放电时间长，甚至外加电 压降到比起始电压低时电弧依然还能维持。电弧放电电流大，电弧温度高。 电气设备常常以一个标准大气压作为绝缘的情况，这是可能发生的是电晕放电，火花放 电或者是电弧放电。
第二章 气体击穿的理论分析和空气间隙绝缘
2.击穿电压、巴申定律
温度不变时，均匀电场
中气体击穿电压Ub是pd 的函数。
d
(e 1) 1
d
在均匀电场下，就是击穿的条件
Bpd Ub Apd ln ln 1 /
第四节 均匀电场中气体击穿的发展过程
(三)、均匀电场中的击穿电压
1.自持放电条件
对于空气，击穿电压极小值对应(pd)min=0.57(cm· 133Pa)
二、汤逊气体放电理论 (一) 过程引起的电流 1、电子崩的形成 崩头
崩尾
负极
正极
E
初始电子
碰撞电离
电子倍增
碰撞电离
电子崩
第四节 均匀电场中气体击穿的发展过程
2、 过程引起的电流
电子碰撞电离系数α 1 cm， 碰撞电离平均次数
dn
n0
n x
dx
I 0 exp( dx)
0 x
n n0 exp( 电子数：
第四节 均匀电场中气体击穿的发展过程
三、气体击穿的流注理论—火花击穿的发展
(三)、流注的形成
E
正极
负极
负流注：由负极向正极发展的流注放电过程 发展速度： 7-8×10E5 m/s
第四节 均匀电场中气体击穿的发展过程
三、气体击穿的流注理论—火花击穿的发展
(四)、均匀电场中的击穿电压 1、自持放电条件
电场比较均匀： 在整个间隙的数值都很大。 电场不均匀程度变大： 在间隙中大部分区域的 数值都很大。电子崩主要贴近内电极产生。 电场极不均匀： 的分布极不均匀。易在内电极 附近形成蓝紫色晕光(电晕)。电压继续提高，间 隙才能击穿。
可以用能否形成稳定的电晕放电来划分电场的不均匀程度
温度不变时，均匀电场
中气体击穿电压Ub是pd 的函数。
d
(e 1) 1
d
在均匀电场下，就是击穿的条件
Bpd Ub Apd ln ln 1 /
第四节 均匀电场中气体击穿的发展过程
(三)、均匀电场中的击穿电压
1.自持放电条件
对于空气，击穿电压极小值对应(pd)min=0.57(cm· 133Pa)
二、汤逊气体放电理论 (一) 过程引起的电流 1、电子崩的形成 崩头
崩尾
负极
正极
E
初始电子
碰撞电离
电子倍增
碰撞电离
电子崩
第四节 均匀电场中气体击穿的发展过程
2、 过程引起的电流
电子碰撞电离系数α 1 cm， 碰撞电离平均次数
dn
n0
n x
dx
I 0 exp( dx)
0 x
n n0 exp( 电子数：
第四节 均匀电场中气体击穿的发展过程
三、气体击穿的流注理论—火花击穿的发展
(三)、流注的形成
E
正极
负极
负流注：由负极向正极发展的流注放电过程 发展速度： 7-8×10E5 m/s
第四节 均匀电场中气体击穿的发展过程
三、气体击穿的流注理论—火花击穿的发展
(四)、均匀电场中的击穿电压 1、自持放电条件
电场比较均匀： 在整个间隙的数值都很大。 电场不均匀程度变大： 在间隙中大部分区域的 数值都很大。电子崩主要贴近内电极产生。 电场极不均匀： 的分布极不均匀。易在内电极 附近形成蓝紫色晕光(电晕)。电压继续提高，间 隙才能击穿。
可以用能否形成稳定的电晕放电来划分电场的不均匀程度
第二章 气体电介质的击穿特性
分析：
a.由于捧极附近积聚起正空间电荷，削弱了电离， 使电晕放电难以形成，造成电晕起始电压提高。
b.由于捧极附近积聚起正空间电荷在间隙深处产生 电场加强了朝向板极的电场，有利于流注发展，故 降低了击穿电压。
(2).负棒---正板
分析： a.捧附近正空间电荷产生附加电场加强了朝向棒端 的电场强度，容易形成自持放电，所以其电晕起 始电压较低。
分析： oa段: 随着电压升高，到达 阳极的带电质点数量 和速度也随之增大 ab段：
电流不再随电压的 增大而增大
bc段： 电流又再随电压 的增大而增大 c点:电流急剧突增
均匀电场中气体的 伏安特性
(1).电子崩 在电场作用下电子从阴极向阳极推进而形成的一群电子
(2).非自持放电 去掉外界游离因素的作用后,放电随即停止
电子从金属电极表面逸出来的过程 称为表面游离
(4)去游离 a.扩散 b.复合 子 c.附着效应 带电质点从高浓度区域向低浓度区域运动. 正离子与负离子相遇而互相中和还原成中性原 电子与原子碰撞时,电子附着原子形成负离子
二.气体放电的两个理论
1.汤逊放电理论. 适用条件:均匀电场,低气压,短间隙 实验装置
b.介质表面不可能绝对光滑,使表面电场不均 匀.
c.介质表面电阻不均匀使电场分布不均匀
d.介质表面易吸收水分,形成一层很薄的膜, 水膜中的离子在电场作用下向两极移动,易 在电极附近积聚电荷,使电场不均匀
4. 极不均匀电场具有强法线分量时的沿面放电 (套管型) (1) 放电发展特点:
a. 电晕放电
6. 绝缘子串的电压分布
分析结果：
a.绝缘子片数越多，电压分布越不均匀 b.靠近导线端第一个绝缘子电压降最高，易 产生电晕放电。在工作电压下不允许产生电 晕，故对330kv及以上电压等级考虑使用均 压环
气体击穿理论分析和气体间隙绝缘
气体放电光源中的气体击穿和绝缘
气体放电光源是利用气体放电产生的光辐射的一种光源。在放电过程中，气体分 子被电离形成带电粒子，这些带电粒子在电场作用下加速运动并撞击其他气体分 子，使气体分子激发和电离，形成连续的放电电流。
为了维持稳定的放电状态并提高光源的光效和寿命，需要解决气体击穿和绝缘问 题。常用的方法包括优化电极结构、选择合适的气体介质和操作条件以及采用附 加的抑制电路等。
在气体中施加电压后，电场强 度逐渐增强。
电子崩发展
在电场作用下，气体中的电子 获得能量并碰撞气体分子，使 其电离产生更多的电子和离子 。
导电通道形成
随着电子崩和离子崩的发展， 丝状电流形成并扩展，最终导 致气体击穿。
放电现象
气体击穿后，电流在气体内流 动，产生放电现象。
03
气体间隙绝缘
气体间隙的绝缘性能
01
气体间隙的绝缘性能主要取决于气体的种类、压力、 温度和电场强度等参数。
02
在低气压下，气体分子的碰撞减少，导致电离率降 低，绝缘性能提高。
03
在高电场强度下，气体分子更容易发生电离，导致 绝缘性能降低。
气体间隙的击穿电压
气体间隙的击穿电压是指在一定条件下，气体能 够维持其绝缘性能的最大电压。
击穿电压与气体的种类、压力、温度和电场强度 等因素有关。
气体击穿和绝缘的基本概念
气体击穿
气体在电场的作用下，从绝缘状 态转变为导电状态的过程。
气体间隙绝缘
利用气体进行隔离，以实现不同 电位之间的电气隔离。
02
气体击穿理论
汤逊理论和流注理论
汤逊理论
该理论认为气体击穿是由电子崩发展而来的，当电子从电场中获得足够能量时， 会与气体分子碰撞并使其电离，产生更多的电子和离子，最终形成导电通道。
高电压技术(第二章)
工程用变压器油中含有水分和纤维等杂质，由于它们的 r 很大
容易沿电场方向极化定向，排列成杂质小桥：
1. 如果杂质小桥尚未接通电极，则纤维等杂质与油串联，由于
度显著增高并引起电离，于是油分解出气体，气泡扩大，电 离增强，这样发展下去必然会出现由气体小桥引起的击穿。
纤维的 r大以及含水分纤维的电导大，使其端部油中电场强
Emax
利用系数： Eav r0 R ＝ ln Emax R r0 r0
Emin
0
r0
三. 影响液体介质击穿电压的因素
1.电压形式的影响 击穿电压跟电压的作用时间和电压上升 率有关 2. 含水量、含气量 3. 温度
4. 杂质的影响
5. 油量的影响
水分和油温
Ub(kV)
悬浮状水滴在油中是十分有 40 害的，如右图，当含水量为 万 分之几时，它对击穿电压就有明 20 显的影响，这意味着油中已出现 悬浮状水滴；含水量达0.02%时 击穿电压已下降至约15kV，比 0 0.02 0.04 含水量(%) 不含水分时低很多 。含水量继 标准油杯实验 续增大击穿电压下降已不多，因为只有一定数量的水分能悬 浮于水中，多余的会沉淀到油底部。 潮湿的油由0℃开始 上升时，一部分水分从悬浮状态转为 害处较小的溶解状态，使击穿电压上升；超过80 ℃后，水开始 汽化，产生气泡，引起击穿电压下降，从而在60 ℃～80℃间出 现最大值
与周围环境温度无关。
2. 热击穿：由于固体介质内部热不稳定性造成。
电压作用下 介质损耗， 使介质发热 发热大于散 热时，介质温 度不断升高 介质分解、 熔化、碳化 或烧焦
热击穿
特点：
(1)在电压作用下，产生的电导电流和介质极化引起介质损耗， 使介质发热． (2)热击穿电压随环境温度的升高而下降,热击穿电压直接与 散热条件有关
容易沿电场方向极化定向，排列成杂质小桥：
1. 如果杂质小桥尚未接通电极，则纤维等杂质与油串联，由于
度显著增高并引起电离，于是油分解出气体，气泡扩大，电 离增强，这样发展下去必然会出现由气体小桥引起的击穿。
纤维的 r大以及含水分纤维的电导大，使其端部油中电场强
Emax
利用系数： Eav r0 R ＝ ln Emax R r0 r0
Emin
0
r0
三. 影响液体介质击穿电压的因素
1.电压形式的影响 击穿电压跟电压的作用时间和电压上升 率有关 2. 含水量、含气量 3. 温度
4. 杂质的影响
5. 油量的影响
水分和油温
Ub(kV)
悬浮状水滴在油中是十分有 40 害的，如右图，当含水量为 万 分之几时，它对击穿电压就有明 20 显的影响，这意味着油中已出现 悬浮状水滴；含水量达0.02%时 击穿电压已下降至约15kV，比 0 0.02 0.04 含水量(%) 不含水分时低很多 。含水量继 标准油杯实验 续增大击穿电压下降已不多，因为只有一定数量的水分能悬 浮于水中，多余的会沉淀到油底部。 潮湿的油由0℃开始 上升时，一部分水分从悬浮状态转为 害处较小的溶解状态，使击穿电压上升；超过80 ℃后，水开始 汽化，产生气泡，引起击穿电压下降，从而在60 ℃～80℃间出 现最大值
与周围环境温度无关。
2. 热击穿：由于固体介质内部热不稳定性造成。
电压作用下 介质损耗， 使介质发热 发热大于散 热时，介质温 度不断升高 介质分解、 熔化、碳化 或烧焦
热击穿
特点：
(1)在电压作用下，产生的电导电流和介质极化引起介质损耗， 使介质发热． (2)热击穿电压随环境温度的升高而下降,热击穿电压直接与 散热条件有关
浅谈气体击穿理论
中国校外教育下旬刊
教学研究
浅谈气体击穿理论
◆朱泳康
（湖北襄樊第四中学）
【摘要】高压电技术在能源、电力、医疗器 械、环 境 保 护 等 国 民 经 济 中 起 着 非 常 重 要 的 作 用，尤 其 在 国 民 经 济 迅 速发展的பைடு நூலகம்天，高压电技术的重要性就显得更加突出。 在电力工业中，可以说没有高压电技术就谈不上电力工 业，因 为 当 今 电 力 的 传 输 必 须 要 依 靠 提 高 电 压 的 方 法 才 能 将 电 能 传 送 到 不 同 的 用 户，否 则 就 会 造 成 电 能 传 输 过 程 中大量的损耗。 高压电技术的应用不仅仅在电力工程中，在社会生活其他领域也得到了广泛的应用。 对于高压 电技术的理论也是越来越完善，对于各种电介质的击穿理论，至今为止人们已经做了很多研究。 所谓击穿，对于 气体而言，就是所谓的放电现象。 在高压放电技术中，气体击穿的理论是其他理论的基础，因为气体对于电力工 业来说，是应用最为广泛的，比如高压输电。 目前，几乎国内所有的输电线都是利用空气来绝缘，变压器相间绝 缘也以气体作为绝缘材料。 对气体击穿的理论做出介绍和分析。 【关键词】电介质 气体 击穿 自持放电 非自持放电
03/2018 ９１
中国校外教育下旬刊
教学研究
两种来源。 热电离是指由分子的热运动而引发的气体分子的电
离。 热电离的本质是气体分子的热状态引起的碰撞电 离和光电离的综合。 在常温下，气体分子发生热电离 的概率是极小的。 当温度大于１００００K 的时候，才需要 去考虑热电离，而 当 温 度 大 于 ２００００K 的 时 候，几 乎 全 部的分子都是出于热电离状态的。
３．火 花 放 电 在 较 高 的 气压 下，比 如 大 气 压 力 下，气 体 击 穿 后 总 是 形 成 收 窄 的 发 光 通 道，而 非 分 散 到 整 个 区 域，此 时 称 之为火花放电。 火花放电的产生分为两种情况：当外 回路中阻抗较大的时候或者当外回路中阻抗很小且电源 功率足够大的时候。 ４．电 晕 放 电 随 着 电 压 的 增 大，在 电 极 周 围 电 场 最 强 的 地 方 出 现 发光 层，随 着 电 压 的 继 续 提 高，发 光 层 随 之 变 大， 放 电 电流也逐渐增强。 这种现象叫做电晕放电。 电晕放电 时，气 体 间 隙 中 只 有 小 部 分 尚 丧 失 绝 缘 性 能，放 电 电 流 微弱，间隙依 然 可 以 耐 受 管 端 电 压。 此 时 继 续 增 大 电 压，从 电 晕 电 极 中 延 伸 出 来 很 多 的 比 较 明 亮 的 细 放 电 通 道，叫做刷 状 放 电。 电 压 再 增 大，最 后 气 体 间 隙 整 个 被 击 穿，根 据 电 源 功 率 的 强 弱 而 转 换 成 电 弧 放 电 或 者 是 火花放电。 三、带电质点的产生与消失 普通状态下的气体是中性不导电的，气体导电并产 生放电现象是因为气体分子发生了电离，产生了充足的 带电粒子。 １．带 电 质 点 的 产 生 带电质点的产生气体放电现象发生的前提。 空气 介质中带电质点的形成主要有气体分子的电离和金属的 表面电离两种形式。 气体分子 的 电 离 可 以 由 碰 撞 电 离、 光 电 离、 热 电 离、电极表面电离这四种方式产生。 碰撞电离主要由电子和分子的碰撞所引发。 电子 在 电 场 下 被 加 速 而 获 得 动 能，使 其 获 得 摆 脱 原 子 核 束 缚 的能量。 当电子从电场获得的动能大于气体分子的电 离 能 时，就 有 可 能 因 为 碰 撞 而 使 得 气 体 分 子 发 生 电 离， 产生电子与正离子。 光电离是指由光辐射引发的气体分子的电离。 由 异号带电粒子复合而成中性粒子释放出光子，或者由激 励态分子回复到正常态释放出光子，这是光游离发生的
教学研究
浅谈气体击穿理论
◆朱泳康
（湖北襄樊第四中学）
【摘要】高压电技术在能源、电力、医疗器 械、环 境 保 护 等 国 民 经 济 中 起 着 非 常 重 要 的 作 用，尤 其 在 国 民 经 济 迅 速发展的பைடு நூலகம்天，高压电技术的重要性就显得更加突出。 在电力工业中，可以说没有高压电技术就谈不上电力工 业，因 为 当 今 电 力 的 传 输 必 须 要 依 靠 提 高 电 压 的 方 法 才 能 将 电 能 传 送 到 不 同 的 用 户，否 则 就 会 造 成 电 能 传 输 过 程 中大量的损耗。 高压电技术的应用不仅仅在电力工程中，在社会生活其他领域也得到了广泛的应用。 对于高压 电技术的理论也是越来越完善，对于各种电介质的击穿理论，至今为止人们已经做了很多研究。 所谓击穿，对于 气体而言，就是所谓的放电现象。 在高压放电技术中，气体击穿的理论是其他理论的基础，因为气体对于电力工 业来说，是应用最为广泛的，比如高压输电。 目前，几乎国内所有的输电线都是利用空气来绝缘，变压器相间绝 缘也以气体作为绝缘材料。 对气体击穿的理论做出介绍和分析。 【关键词】电介质 气体 击穿 自持放电 非自持放电
03/2018 ９１
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教学研究
两种来源。 热电离是指由分子的热运动而引发的气体分子的电
离。 热电离的本质是气体分子的热状态引起的碰撞电 离和光电离的综合。 在常温下，气体分子发生热电离 的概率是极小的。 当温度大于１００００K 的时候，才需要 去考虑热电离，而 当 温 度 大 于 ２００００K 的 时 候，几 乎 全 部的分子都是出于热电离状态的。
３．火 花 放 电 在 较 高 的 气压 下，比 如 大 气 压 力 下，气 体 击 穿 后 总 是 形 成 收 窄 的 发 光 通 道，而 非 分 散 到 整 个 区 域，此 时 称 之为火花放电。 火花放电的产生分为两种情况：当外 回路中阻抗较大的时候或者当外回路中阻抗很小且电源 功率足够大的时候。 ４．电 晕 放 电 随 着 电 压 的 增 大，在 电 极 周 围 电 场 最 强 的 地 方 出 现 发光 层，随 着 电 压 的 继 续 提 高，发 光 层 随 之 变 大， 放 电 电流也逐渐增强。 这种现象叫做电晕放电。 电晕放电 时，气 体 间 隙 中 只 有 小 部 分 尚 丧 失 绝 缘 性 能，放 电 电 流 微弱，间隙依 然 可 以 耐 受 管 端 电 压。 此 时 继 续 增 大 电 压，从 电 晕 电 极 中 延 伸 出 来 很 多 的 比 较 明 亮 的 细 放 电 通 道，叫做刷 状 放 电。 电 压 再 增 大，最 后 气 体 间 隙 整 个 被 击 穿，根 据 电 源 功 率 的 强 弱 而 转 换 成 电 弧 放 电 或 者 是 火花放电。 三、带电质点的产生与消失 普通状态下的气体是中性不导电的，气体导电并产 生放电现象是因为气体分子发生了电离，产生了充足的 带电粒子。 １．带 电 质 点 的 产 生 带电质点的产生气体放电现象发生的前提。 空气 介质中带电质点的形成主要有气体分子的电离和金属的 表面电离两种形式。 气体分子 的 电 离 可 以 由 碰 撞 电 离、 光 电 离、 热 电 离、电极表面电离这四种方式产生。 碰撞电离主要由电子和分子的碰撞所引发。 电子 在 电 场 下 被 加 速 而 获 得 动 能，使 其 获 得 摆 脱 原 子 核 束 缚 的能量。 当电子从电场获得的动能大于气体分子的电 离 能 时，就 有 可 能 因 为 碰 撞 而 使 得 气 体 分 子 发 生 电 离， 产生电子与正离子。 光电离是指由光辐射引发的气体分子的电离。 由 异号带电粒子复合而成中性粒子释放出光子，或者由激 励态分子回复到正常态释放出光子，这是光游离发生的
气体击穿理论
气体击穿理论影响气体击穿的主要因素：1、电场分布2、电压种类3、气体状态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。
2、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。
3、火花放电气体击穿后总是形成收细的发光放电通道，而不再扩散于间隙中的整个空间，称为火花放电。
4、电晕放电电极附近电场最强处出现放电现象称为电晕放电。
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，间隙仍能耐受电压的作用。
气体中带电质点的产生气体分子的电离：碰撞电离；光电离；热电离碰撞电离：在电场作用下，电子被加速而获得动能，当电子从电场获得的动能等于或大于气体分子的电离能时，就有可能因碰撞而使气体分子发生电离，分裂为电子和正离子。
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：由分子热运动引起的气体分子的电离。
负离子的形成和电负性气体负离子的形成：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于分子，形成了负离子。
电负性气体：能够在电子碰撞过程中形成负离子气体，称为电负性气体。
金属的表面电离金属表面电离：电子从金属表面逸出的过程。
金属表面电离的主要形式：1、正离子碰撞阴极；2、光电效应；3、场致发射；4、热电子放射。
带电质点的消失1、带电质点在电场作用下作定向运动，从而消失于电极（造成电流）；2、带电质点的扩散；3、带电质点的复合气体击穿的发展过程（汤逊气体放电理论）图2-5 气体放电试验电路示意图图2-6 气体放电过程中电流与电压的关系为了比较各种结构的电场的不均匀程度，引入电场不均匀系数f，它是最大场强Emax 和平均场强Eav的比值。
根据放电的特征，大致可以做如下区分：不均匀系数f<2 时，属于稍不均匀电场；不均匀系数f>4 后，属于极不均匀电场；不均匀系数2<f<4 时，稍不均匀到极不均匀的过渡区域，属于不均匀电场。
高电压技术课后题答案知识总结
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。
武大电气2019年高电压绝缘复习
2019年高电压绝缘复习一．题型1填空（30空30分）2简答（7题70分）二．题库第二章：气体击穿理论分析和气体间隙绝缘1．气体放电的五种形式及其特点：辉光放电：电弧放电：火花放电：电晕放电：刷状放电：注意：电晕放电、刷状放电时气隙未击穿，而辉光放电、火花放电、电弧放电均指击穿后的放电现象，且随条件不同，这些放电现象可相互转换。
2．质点产生四种形式：（1）气体分子本身发生电离①光电离:光辐射引起的气体分子的电离过程。
外光源(紫外线照射)/激励态原子回到基态/正负离子的复合。
②碰撞电离：由于质点碰撞所引起的电离过程。
（主要是电子碰撞电离）。
是气体中产生带电粒子的最重要的方式。
分级电离时能量小于上式。
分析气体放电发展过程时，往往只考虑电子所引起的碰撞电离。
③热电离：因气体热状态引起的电离过程。
热电离实质上是热状态下碰撞电离和光电离的综合。
(2）气体中的固体或液体金属发生表面电离④表面电离：金属表面电离比气体空间电离更易发生。
阴极表面电离在气体放电过程中起着相当重要的作用。
电极表面电离按外加能量形式的不同，可分为四种形式：①正离子撞击阴极表面②光电子发射（光电效应）③热电子发射④强场发射（冷发射）3.质点消失三种形式：①电场作用定向移动消失于电极形成电流。
②扩散：在热运动的过程中，粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小的区域，从而使每种粒子的浓度分布均匀化的物理过程。
特点：气压越低，温度越高，扩散进行的越快。
电子的热运动速度大、自由行程长度大，其扩散速度也要比离子快得多。
③带电粒子的复合，气体中带异号电荷的粒子相遇而发生电荷的传递与中和，还原为分子的过程。
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成为导致电离的因素参与复合的粒子的相对速度越大，复合概率越小。
通常放电过程中离子间的复合更为重要带电粒子浓度越大，复合速度越大，强烈的电离区也是强烈的复合区。
4．汤逊放电：特点：电子的碰撞电离（α过程）和正离子（γ过程）撞击阴极造成的表面电离起主要作用。
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d
0
dx ln
E U / f ( x)
HV & EMC Laboratory
North China Electric Power University
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
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
HV & EMC Laboratory
North China Electric Power University
HV & EMC Laboratory
North China Electric Power University
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
HV & EMC Laboratory
North China Electric Power University
Байду номын сангаас
第五节：不均匀电场中气体击穿的发展过程
HV & EMC Laboratory
North China Electric Power University
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
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
HV & EMC Laboratory
North China Electric Power University
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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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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4.7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
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
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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。
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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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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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4.1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
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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精品课件！
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5.6极不均匀电场中的击穿过程及极性效应
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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。
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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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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：
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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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5.3极不均匀电场中的电晕放电
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