气体电介质的击穿特点
2.3-气体电介质的击穿特性(均匀电场中-流注理论)
使流注得以形成。
流注理论对放电现象的解释
放电时间： 二次崩的起始电子是光子形成的，而光
子以光速传播，所以流注发展非常快。 放电外形：
二次崩的发展具有不同的方位，所以流 注的推进不可能均匀，而且具有分支。 阴极材料：
大气条件下的气体放电不依赖阴极表面 电离，而是靠空间光电离产生电子维持，因此与 阴极材料无关。
流注理论与汤逊理论的区别与联系： 相同点：
都有电子崩的产生 不同点：
流注的形成过程中有二次崩的形成、二 次电离在气体击穿过程中起了重要作用。
作业
P32 2-2 2-3
分枝的明细通道
因为汤逊理论没有考虑空间电荷对电场的畸变和光游 离对放电的影响，流注理论对标准大气压、一般间隙的 气体放电现象进行了解释。
以自然界的雷电为例，它发生在两块雷云之间或雷 云与大地之间，这时不存在金属阴极，因而与阴极上的二次 电子发射根本无关。因此，必须采用另外一种理论－－流注 理论来解释。
流注理论的认识
汤逊理论适用于低气压、短间隙、均匀电场。间 隙的划分：2cm以下的为短间隙、2—100cm为一般间隙、 100cm及以上的为长间隙。 汤逊理论解释不了一般间隙、标准大气压下气隙的放电：
1.按汤逊理论计算的击穿电压比实际值高； 2.按汤逊理论计算的击穿所需时间比实际值长； 3.一般间隙的击穿电压与阴极材料无关； 4.放电外形不同;均匀连续，如辉光放电
本节重点：
流注的形成过程、流注的条件 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畸变作用 空间光游离
气体固体液体电介质击穿过程的异同
气体固体液体电介质击穿过程的异同在我们生活中，气体、固体、液体和电介质都扮演着重要的角色，但当它们遇到电压时，情况就变得有趣了。
想象一下，就像我们在热锅上煮水，水分子一开始懒洋洋地呆着，突然加热之后，它们开始活跃，整个气氛瞬间就变得热烈起来。
这就像气体在电场下，随着电压的增加，气体分子们逐渐被激发，最终达到一种击穿的状态。
哇，这可是个激动人心的时刻，气体里的离子开始奔跑，像是聚会的年轻人，一下子就打破了原有的沉寂，形成了电流。
这种现象我们称为“气体击穿”，听起来是不是挺酷的？再说说固体，固体的击穿就像是在一个坚固的城堡里，原本安静的守卫突然发现外面来了敌人，固体中的电子并不容易被激发。
它们得先突破重重防线，经过一番苦战，才有可能进入击穿状态。
这时候，城堡里就会出现一条裂缝，电流也就趁机而入。
固体的击穿往往需要更高的电压，这就像打破坚冰，非得动用点“重武器”才能奏效。
而液体的情况又是另一番景象。
液体分子就像在水中游泳的鱼儿，一开始在电场的影响下，它们也会变得活跃。
但液体的击穿更像是一场聚会，朋友们在水里玩得正欢，电场的出现就像是一个闪亮的烟花，把大家的注意力吸引过去。
随着电压的增加，液体分子开始剧烈运动，最终形成了导电路径。
这种情况常常会让人联想到水电的奇妙联系，真是让人感叹大自然的神奇。
再来看看电介质，这可是一位非常特别的角色。
电介质就像是聚会中总是保持冷静的人，虽然它的结构相对复杂，但在电场作用下，它却能产生极大的极化效应。
当电场施加到它身上时，电介质内部的电偶极子开始排列，形成了一个隐秘的保护层。
可是，当电压足够高时，这层保护就会被打破，电流便会蜂拥而入，形成击穿现象。
这就像是终于忍不住加入舞池的朋友，一下子就把气氛推向了高兴。
说到这里，我们不得不提到这些击穿过程的异同。
气体、固体、液体和电介质都可以在电场的影响下发生击穿，但每种物质的“耐压能力”可不一样。
气体需要较低的电压，固体的耐压最高，液体则介于两者之间，而电介质则有自己独特的表现方式。
高铁高压供电设备之气体电介质的击穿特性—均匀电场中的气体放电
（d）
二次崩的电子与 正空间电荷汇合 成流注通道，其 端部又有二次崩 留下的正电荷， 加强局部电场产 生新电子崩使其 发展；
流注头部前方电 场很强，电离迅 速发展，放射出 大量光子，继续 引起空间光电离， 于是流注前方出 现新的二次崩， 延长流注通道；
流注通道贯通， 气隙击穿。
流注理论
这些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被称为流注。
子位于强场区，二次电子崩将以更大得多的电离强度向
削弱
增强
阳极发展，或汇入崩尾。
流注理论
2 空间电荷对原电场的畸变作用
起始电子发生 碰撞电离形成 初始电子崩
初崩发展到阳 极，空间电荷 畸变原电场， 在电场削弱的 区域复合增加， 放射出大量光 子；
光电离产生光 电子，在加强 的局部电场作 用下形成二次 电子崩；
真空断路器
巴申ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ律
电气强度的提高对于高压电力设备的安全稳定运行有着不可小觑的作用。在日常 的学习中我们要学会理论联系实际，通过理论指导实践，更好地服务社会的发展。
流注理论
流注理论
前面所介绍的汤逊理论是在低气压、短气隙的 条件下进行的。
大自然中的气体放电现象如雷电放电发生在两 块雷云或雷云与大地之间，此时放电时间很短； 具有明亮放电细通道；且与阴极材料无关。
巴申定律
巴申定律
早在汤逊理论出现之前，巴申(Paschen)就于1889年从大量的实验中总结出了 击穿电压Ub与pd的关系曲线，称为巴申定律，即
Ub =f（pd）
巴申定律：描述了气体的击穿电压Ub 与pd 的关系曲线
巴申定律
图1 实验求得的均匀场中不 同气体间隙曲线Ub =f（pd）
气体介质在冲击电压下的击穿特点
气体介质在冲击电压下的击穿特点在我们日常生活中，气体可谓是无处不在的“隐形战士”。
想象一下，空气就像一位默默无闻的朋友，随时陪伴在我们身边。
然而，当它遇到高压电的冲击，哇哦，那可是一个大场面！说起气体介质的击穿，真是一个神奇又刺激的话题。
就像是当你打开一瓶汽水，突然气泡四溅，空气和电的结合也能产生这样的奇妙现象。
好吧，先来聊聊什么叫“击穿”。
你可以把它想象成气体在电场作用下的一种“突破”。
就像一个小孩在游乐场看到超高的滑梯，心里想着：我也能去试试！结果，一瞬间，电场把气体的分子“鼓动”起来，让它们形成离子，哇！这时候，气体就不再安分守己了。
就像是空气突然变得兴奋不已，开始“发光发热”，形成可见的电弧。
看着那闪烁的光，谁不想拍个照留念呢？在这背后，气体的种类也会影响它的“表现”。
比如，干燥的空气和潮湿的空气，完全就是两个性格迥异的家伙。
干燥空气像个稳重的大叔，遇到冲击电压时总是慢半拍；而湿润的空气，嘿，就像个活泼的小姑娘，反应可是迅速得多。
一来二去，电场强度和气体的击穿特性就形成了一个微妙的关系网。
电压越高，气体越容易“失控”，结果就是击穿电压降临。
咱们不能只说气体的表现。
还有电场的强度、频率，甚至气体的温度，都是关键因素。
比如，温度高了，分子活跃了，容易让气体击穿；相反，低温的时候，分子就像是在冬天里打着冷战，动得可慢。
不过，大家也别太紧张，通常情况下，气体的击穿是有一个安全范围的，不会随便就乱来。
再说说气体击穿的那些“华丽丽”效果，真是让人叹为观止！当电弧形成时，那种蓝色的光芒闪烁，宛如星星在夜空中跳舞。
你想象一下，电弧穿过空气，瞬间形成的等离子体就像是在空中挥洒烟花。
那种美丽和神秘的感觉，简直让人流连忘返！然而，背后潜藏的危险可千万不能忽视，电流通过空气可不是什么玩笑，稍不注意，可能就会变得一发不可收拾。
有趣的是，科学家们也没闲着。
他们研究气体的击穿特性，不断在各个领域取得新突破。
比如，在高电压设备的设计中，了解气体击穿的特点能够帮助提高安全性。
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。
气体电介质的击穿 液体电介质的击穿 固体电介质的击穿
第5章电介质的击穿气体电介质的击穿液体电介质的击穿固体电介质的击穿¾电介质的击穿介质发生击穿时，通过介质的电流剧烈地增加，通常以介质伏安特性斜率趋向于∞（即dI/dU=∞）——击穿发生的标志。
¾击穿电压¾击穿场强：电介质的击穿场强是电介质的基本电性能之一，它决定了电介质在电场作用下保持绝缘性能的极限能力。
5.1 气体电介质的击穿¾正常气体中的载流子(离子和电子)在外电场作用下迁移，形成电流电流随电压增加而增加电离产生的载流子来不及复合，全部到达电极气体中出现碰撞电离，载流子浓度增大，电流不再保持恒定而迅速上升载流子数剧增，气体中的电流无限增大(dI/dU→∞)——丧失绝缘性能。
气体击穿（气体放电）：气体由绝缘状态变为良导电状态的过程。
击穿场强：均匀电场中击穿电压与气体间隙距离之比.击穿场强反映了气体耐受电场作用的能力，即气体的电气强度。
平均击穿场强：不均匀电场中击穿电压与间隙距离之比称¾气体发生击穿时除电流剧增外，通常还伴随有发光及发热等现象。
5.1.1 均匀电场中气体击穿的理论1.气体击穿的汤逊（Townsend）理论电子崩形成过程(电子倍增过程)（1）电子崩与电流倍增外界电离因子在阴极附近产生了一个初始电子，如果空间电场强度足够大，该电子在向阳极运动时就会引起碰撞电离，产生一个新的电子，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，产生更多的电子。
α如电离系数为，则从阴极出发的一个电子，行经单位距离后增加为2α个电子。
类似雪崩似地发展，这种急剧增大的空间电子流被称为电子崩。
电子崩模型右图所示，在电子崩发展过程中，崩头最前面集中着电子，其后直到崩尾是正离子。
在强电场中出现电子崩α的过程称为过程。
这样的放电依赖于外界条件的，也称为非自持放电.（2）气体的自持放电实验发现，当气隙不太宽时，放电与电极材料有关，因而导致考虑γ过程的作用，由γ过程和过程一起来决定气隙中的电流。
高电压工程基础(第3章)
• • • •
3. 采用高气压 • 巴申定律 • 需要设备外壳的密封性和机械强度提出很高的要求 4. 采用高抗电强度的气体 • 在气体电介质中，有一些含卤族元素的强电负件气 体，如六氟化硫(SF6)、氟里昂(CCl2F2)等，因其具有 强烈的吸附效应。所以在相同的压力下具有比空气高 得多的抗电强度．因此被称为高抗电强度的气体。 5. 采用高真空 • 真空间隙的击穿电压大致与间隙距离的平方根成正比
• 3.伏秒特性 • 工程上用气隙击穿期间出现的冲击电压的最大值和放电时 间的关系来表征气隙在冲击电压下的击穿特性，称为伏秒 特性。 • 实际上，由于放电时间的分散性．在每一电压下可得到 一系列放电时间。所以伏秒特性曲线是一个带状区域、通 常使用的是平均伏秒特性曲线。 • 均匀和稍不均匀电场气隙的伏秒特性曲线比较平坦，其放 电形成时延较短，比较稳定， • 极不均匀电场气隙的伏秒特性曲线比较陡峭。 • 保护设备（避雷器或间隙）需要伏秒特性曲线尽可能平坦， 并且位于被保护设备的伏秒特性之下且二者永不相交。
第三章 气体电介质的击穿特性
• 根据气体放电理论，可以说明气体放电的基本物 理过程．有助于分析各种气体间隙在各种高电压 下的放电机理和击穿规律。但由于气体放电的发 展过程比较复杂．影响因素较多，气隙击穿的分 散性较大，所以要想利用理论计算的方法来获取 各种气隙的击穿电压相当困难。因此通常都是采 用试验的方法来得到某些典型电极所构成的气隙 在各种电压下的击穿特性，以满足工程设计的需 要。 • 气隙的电场形式对气隙的击穿特性影响较大。此 外气隙所加电压的类型对气隙的击穿特性也有很 大关系。
三、极不均匀电场气隙在稳态电压下的击穿 特性 • 在极不均匀电场的气隙中，“棒一板”间 隙和“棒一棒”间隙具有典型意义。前者 具有最大的不对称性，后者则具有完全的 对称性。其他类型的极不均匀电场气隙的 击穿特性均介于这两种典型气隙的击穿特 性之间。
高压电技术1-5 冲击电压下气隙的击穿特性
放电时间构成
第一阶段---升压时间t1
u
（0→Us静态击穿电压）：击穿过程可能并
U
未开始
Us 对于持续电压（直流、工频电压）：此阶
段电压升到Us ，气隙即及被击穿；
t1 ts
tf
t
tlag
非持续电压下（雷电、操作冲击电压）：
tb
由于t1非常短，即使电压升到Us ，气隙也 不一定被击穿。
放电时间构成
对非持续作用的电压来说，一个气隙的耐电压性 能就不能单一地用“击穿电压”值来表达，须用电 压峰值和击穿时间这两者来共同表达，这就是该气 隙在该电压波形下的伏秒特性。
伏秒特性曲线——同一波形、不同幅值的冲击电压作用下，间 隙上出现的电压最大值和放电时间的关系曲线。
伏秒特性的制定方法（实验方ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ）
保持冲击电压波形不变，逐渐提高冲击电压的峰值
1.5 冲击电压下气隙的击穿特性
• 冲击电压标准波形 • 放电时延 • 伏秒特性
冲击电压标准波形
冲击电压标准波形
作用时间短暂的电压称为冲击电压，在冲击电压作用下空气间隙的击 穿具有新的特性。
雷电在电力系统中造成的过电压是一种冲击电压，这是电力系统发生 事故的重要因素。
为了模拟雷电压，各国规定了试验用雷电冲击电压的标准波形，分为 全波和截波两种。
第二阶段--统计时延ts
u
（Us → 出现第一个有效电子）：击穿过程 U
开始，具有统计性。
由于有效电子的出现是一个随机事件，取 Us
决于很多偶然因素，ts具有分散性。
ts每次都不一样，要确定ts就要记录多个时 间值进行统计，故称为统计时延。
t1 ts
tf
tlag tb
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
气体放电基础知识
气体放电基础知识关于气体击穿常用气体绝缘介质：空气、 SF6、CO2、 N2、混合气 + CO2、 SF6 + N2）等。
体（SF6气体击穿：正常情况下气体是良好的绝缘介质，但当电场强度达到一定数值后，气体会失去绝缘能力（气体击穿）。
气体击穿是气体绝缘失败的最后表现形式，深入了解气体击穿的发展过程，对于提高分析问题、解决问题的能力更有意义。
平均电场强度与最大电场强度尖端效应或边缘效应电极表面的电场强度与其表面电荷密度成正比。
在电极尖端或边缘的曲率半径小，表面电荷密度大，电力线密集，电场强度高，容易发生局部放电。
这种现象称为尖端效应或边缘效应。
尖端效应或边缘效应是极不均匀电场的重要标志。
工程上常需改善电极形状，避免电极表面曲率过大或出现尖锐边缘。
分析绝缘结构的击穿电压时，不仅要考虑绝缘距离，而且还要考虑电场不均匀程度的影响。
对于同样距离的间隙，电场愈不均匀，通常击穿电压愈低。
茹柯夫斯基电极任一等位面上电场强度最大值：12211222C U U C C =+静电感应现象电容分压导体受邻近带电体的影响，在其表面不同部位出现正负电荷的现象称为静电感应。
气体放电的几个概念：气体放电：气体中出现电流的各种形式统称为气体放电。
气体击穿：由于外施电压升高，电流突然剧增，气体失去绝缘性能。
气体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。
气体放电的基本形式包括：1、电晕放电（局部放电）；2、辉光放电；3、电弧放电；4、火花放电。
气体击穿后的放电形式受气体压力、电源功率、电极形状等因素的影响。
1、电晕放电：随着电压升高，在电极附近电场最强处出现发光层。
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。
2、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），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。
电介质的击穿
④ 附着——电子与中性原子、分子碰撞，由于原子有 较大的电子亲合力而形成负离子，放出能 量。
A e A ui ( AB) e ( AB) ui
11
气体介质的电击穿
外电场使自由电子加速运动，动能增加并与原子（粒子） 发生碰撞，当核外电子所获能量大于克服原子核束缚所需 能量时，引起碰撞电离。
碰撞电离系数：一个电子在电场力作用下，走过单位距 离所产生的碰撞电离次数。又称汤逊第 一电离系数 单位：1/米
电子自由行程x：电子在两次碰撞间所走过的路程。 自由行程愈大电子获得能量愈大 碰撞电离次数增加碰撞电离系数增大
12
气体介质的电击穿
碰撞电离条件：
1 m 2
2
qEx ui
强度。Ap 为的极限值 离子碰撞电离系数——汤逊第二电离系数， 由于离子质量大， ，故对载流子贡献小。
14
气体介质的电击穿
光致电离
频率为的光照射气体时，当光子能量大于气体分
子电离能时：
h ui
可引起气体光致电离：
A h A e
光的来源： ①由外来射线产生，短波射线才有电离气体能力。 ②分子从激发态回到基态，或异性离子复合时产生光子。
X绝H缘4P改子）1-2剖善与40面措电耐图污施极型：的布置X缘，H子即P电1电-2场4场0分耐的布污图均型匀绝度有X绝关H缘P。子1-2电40位耐分污布型图 改善沿面电场分布，避免表面沾污，延长沿面距离。
33
实验观察结果：
气体介质的电击穿
• 正电极附近形成分枝状通道 • 负电极附近形成直通道 • 放电脉冲宽度随电压增加而增大
气体介质的电击穿
气体电介质的击穿特性
开始出现电晕时电极表面的场强
输电线路的电晕起始场强与导线半径及空气密度 有关，一般用经验公式来推算，应用最广的是皮克 公式：
Ec3m 0(10r.3 )k( V/cm )
m：导线表面粗糙系数与气象系数的乘 积; δ:空气相对密度； r: 导线半径（cm）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3、电晕放电的效应 （1）电晕电流具有高频脉冲性质，对无线电通讯产生干扰。 （2）电晕使空气发生化学反应，产生O3、NO、NO2。 （3）产生能量损耗。电晕损耗是超高压输电线路设计时必须考虑的因
降低电晕的方法： 从根本上设法限制和降低导线的表面电场强度。
在极不均匀电场中，放电一定从曲率半径较小的 那个电极表面开始，与该电极极性无关。
对于电极形状不对称的不均匀电场气隙，如棒— —板间隙，棒电极的极性不同时，间隙的起晕电 压和击穿电压的大小也不同。这种现象称为极性 效应。
原因：棒电极的极性不同时，间隙中的空间电荷 对外电场的畸变作用不同。
和主放电三个阶段。 c、长间隙放电时，炽热的导电通道是在放电发展的过程中
建立的，而不是在整个间隙被流注通道贯穿后建立的，先 导过程与主放电过程就发展得越充分，所以长间隙的平均 击穿场强远小于短间隙的平均击穿场强。
持续电压作用下空气的击穿电压
空气间隙的击穿场强主要取决于外加电压的 种类、电场的均匀程度及气体的状态。 电力工程中的空气间隙一般会受到三种电压的作 用：
正棒—负板间隙 当电子崩发展到棒极时，电子进入棒极中和。正离子留在棒 极附近以较慢速度向板极运动，正空间电荷使紧贴棒极附近的 电场减弱，不易形成流注，放电难以自持，故起晕电压高。而 正空间电荷加强了朝向板极的电场，有利于流注向板发展，故 击穿电压较低。
负棒—正板 阴极表面游离产生的电子通过强场区形成电子崩，电子向板极运动进入 弱场区后不再引起游离，并大多形成负离子。因其浓度小，对电场影响小。 正空间电荷加强了棒极附近的电场，易形成自持放电，故起晕电压低。朝 向板极方向的电场被减弱，流注不易发展，故击穿电压较高。
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12/23/2019
8
正棒—负板间隙
当电子崩发展到棒极时，电子进入棒极中和。正离子留在棒
极附近以较慢速度向板极运动，正空间电荷使紧贴棒极附近的
电场减弱，不易形成流注，放电难以自持，故起晕电压高。而
正空间电荷加强了朝向板极的电场，有利于流注向板发展，故
稍不均匀电场中各处的场强差异不大，间隙中任何一处若出 现自持放电，必将立即导致整个间隙的击穿。所以对于稍不均 匀电场，任何一处自持放电的条件，就是整个间隙击穿的条件。 1. 电场不对称时，击穿电压有弱极性效应。 2. 击穿前有电晕发生，但不稳定，一旦出现电晕，立即导致整个 间隙击穿。 3. 间隙距离一般不很大，放电发展所需时间短。直流击穿电压、 交流击穿电压、正负50%冲击击穿电压几乎一致，且分散性不 大。
击穿电压较低。
12/23/2019
9
负棒—正板 阴极表面游离产生的电子通过强场区形成电子崩，电子向板极运动进入 弱场区后不再引起游离，并大多形成负离子。因其浓度小，对电场影响小。 正空间电荷加强了棒极附近的电场，易形成自持放电，故起晕电压低。朝 向板极方向的电场被减弱，流注不易发展，故击穿电压较高。
d>2cm,击穿电压具有“饱 和现象,导致间隙距离增大的 同时其平均击穿场强却随之 降低，这对输电电压等级的 提高不利，棒－板： d＝1m， 5 kV/cm d＝l０m，2 kV/cm
22
均匀电场的击穿特点 击穿前无电晕、无极性效应、各种电压作
用时其击穿电压（峰值）都相同。 稍不均匀电场的击穿特点
29
（b）二次电子崩
光子使附近的气体因光电离 而产生二次电子
它们在由正空间电荷 所 引 起 的畸变和加强了的局部 电 场
作用下，又形成新的电子崩
，即二次电子崩
（a ）
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电四个阶段。 b、短间隙的放电没有先导放电阶段，只分为电子崩、流注
和主放电三个阶段。 c、长间隙放电时，炽热的导电通道是在放电发展的过程中
建立的，而不是在整个间隙被流注通道贯穿后建立的，先 导过程与主放电过程就发展得越充分，所以长间隙的平均 击穿场强远小于短间隙的平均击穿场强。
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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的作 用
电子崩阶段 空间电荷畸变外电场
流注阶段 光电离形成二次电子崩
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（1） 电子崩阶段
（a）初始电子崩 阳极侧电子崩数目多 正空间电荷加强了原电场， 同时向周围放射出大量光子
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间隙距离对击穿电压的影响增大。可以选择电场极不均匀的极端情况，
棒－板和棒－棒作为典型电极结构，它们得击穿电压具有代表性。
工程上遇到极不均匀电场时，可根据典型电极的击穿电压数据做简单的
估算。
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（1）直流电压下（有极性效应）图2-13 同样间隙距离下不同间隙类型的击穿电压比较： 负棒—正板 > 棒—棒 > 正棒—负板
降低电晕的方法： 从根本上设法限制和降低导线的表面电场强度。
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在极不均匀电场中，放电一定从曲率半径较小的 那个电极表面开始，与该电极极性无关。
对于电极形状不对称的不均匀电场气隙，如棒— —板间隙，棒电极的极性不同时，间隙的起晕电 压和击穿电压的大小也不同。这种现象称为极性 效应。
击穿前无稳定电晕、极性效应不明显、各 种电压作用时其击穿电压（峰值）几乎一致。 极不均匀电场的击穿特点
击穿前有稳定电晕、有明显的极性效应、 外加电压波形对击穿电压影响很大。
阴极表面游离γ 系数：表示一个正离子撞击 阴极表面时使阴极平均逸出的自由电子数。
n ed 1
到达阴极的正离子数
(ed 1)
交流电压：波形接近正弦波，正、负两半波相同，峰值
与有效值之比为 2，偏差不超过 5%。
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一、均匀电场中的击穿电压
1. 因电场对称，所以击穿电压无极性效应。 2. 因击穿前间隙各处场强相等，击穿前无电晕发生，起
始放电电压等于击穿电压。 3. 不论何种电压（直流、交流、正负50%冲击电压）作
1
引入新课
不均匀电场中气体的击穿过程
持续电压作用下的击穿电压
雷电冲击电压下空气的击穿电压 操作冲击电压下空气的击穿电压
提高气体间隙击穿场强的方法
沿面放电
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知识点
电晕放电 极性效应 先导 主放电 雷击冲击电压的波形 伏秒特性 流注的形成和发展 沿面放电
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SF6
空气
氢 氦
1 2 3 5 10 20 30 50 100
300
pd / 133.3Pa cm
1000
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巴申曲线解释
电离次数=
碰撞次数
距离d不变，气压P增加 距离d不变，气压P降低
* 电离概率
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: 流注理论 (δd>0.26cm时的放电过程)
在高气压长间隙条件下的气体放电理论
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三、极不均匀电场中的击穿电压
1. 对电极形状不对称的不均匀电场，有明显的极性效应。
2. 由于存在局部强场区，故间隙击穿前有稳定的电晕发生，间隙的起始
放电电压小于击穿电压。
3. 因间隙距离长，放电发展所需时间长。故外加电压的波形对击穿电压
影响大，击穿电压的分散性大。
极不均匀电场击穿电压的特点：
电场不均匀程度对击穿电压的影响减弱（由于电场已经极不均匀），
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短间隙不均匀电场中的放电过程
指间隙距离不超过1m的间隙，以棒板间隙为 例。
由于正流注所形成的空间电荷总是加强流注 通道头部前方的电场，所以正流注的发展是 连续的，速度很快。
棒极为负时流注的发展实际上是阶段式的， 其平均速度比正棒极流注小得多，击穿同小。
Ub＝24.22 d＋6.08 d (kV )
在标准大气条件下（d为1cm左右时)，均匀电场中 空气的电气强度约为30kV/cm（峰值）。
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二、稍不均匀电场中的击穿电压
不均匀系数：间隙中的最大场强与平均场强之比， 稍不均匀电场<4
(b)
(c
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（2）流注的形成和发展
二次电子 崩 中的电子＋初
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持续电压指直流电压或工频交流电压
特点：电压变化的速度和间隙中放电发展的速度相比极 小，故放电发展所需的时间可以忽略不计，只要作用于 间隙的电压达到击穿电压，间隙就会发生击穿。
直流电压：直流中所含脉动分类的脉动系数（脉动幅值 与直流电压的平均值之比）不大于3%。直流电压的大型 指直流电压的平均值。
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巴申定律：（适用于δd<0.26cm时的放电过程）
当气体和电极材料一定时，气隙的击穿电 压是气体的相对密度δ和气隙距离d乘积 的函数
Ub=f(δd)
U 0 / kV
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pd /(Pa cm)
50 30 20
10
5 3 2
1
0.5
0.3 0.2
0.3 0.1
0.1 0.2 0.5
素，坏天气时电晕损耗要比好天气时大得多。
对于500－750kV的超高压输电线路，在天气好时电晕损耗一般不超
过几个W/km，而在坏天气时，可以达到100 W/km以上。
因此在设计超高压线路时，需要根据不同天气条件下电晕损耗的实测
数据和线路参数，以及沿线路各种气象条件的出现概率等对线路的电
晕损耗进行估算
始电子崩 的 正空间电荷—
— 注
混合通 道 通道和二
（ 次
流 崩
留注下）的。正流
电
荷，大大
加
强
了
流注发
展方向的 电场，产生新电
子崩，从而使流注向前发
m：导线表面粗糙系数与气象系数的乘积; δ:空气相对密度； r: 导线半径（cm）
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3、电晕放电的效应 （1）电晕电流具有高频脉冲性质，对无线电通讯产生干扰。 （2）电晕使空气发生化学反应，产生O3、NO、NO2。 （3）产生能量损耗。电晕损耗是超高压输电线路设计时必须考虑的因
（2）工频电压下（有极性效应）图2-14 (d<2cm)棒—板间隙的击穿总是发生在棒极性为正 时的半个周期且电压达峰值时，击穿电压（峰值 ）和直流下正棒负板时的击穿电压相近。
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•棒—棒间隙的平均击穿场强约为 5.36kV/cm(幅值)，棒—板间隙的约 为4.8kV/cm(幅值)
展
（a ）
(b)
(c)
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（3）间隙的击穿
流部发流导贯展通注电注电也—不场发良—越断越展好间快向来到的隙阴越阴等击极强极离 穿报 子， ，进 通因 间道而 隙， 所其 被头