1气体放电的基本物理过程
气体放电物理过程1
1-2 简要论述汤逊放电理论。p49
• 答: 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γ（ eαd －1）≥1或γeαd ≥1 。
将 的计算式代入自持放电条件
Ap
Bp
dU eb
d1 ln( 1)
Bpd
击穿电压：
Ub
ln
Apd
ln(11/
)
U bf1pd
温度不变时，均匀电场中气体的击穿电压Ub是气体压强和电 极间距离的乘积pd的函数
• 实验求得均匀电场中几种气体击穿电压Ub与pd的关系
325V
Umin不是出 现在常压 下，而是 出现在低 气压，即 空气相对 密度很小 的情况下。
●自持放电条件
形成流注后，放电就可以由本身产生的空间光电离自行维持，即 转为自持放电。如果电场均匀，间隙就将被击穿。形成流注的条 件（即自持放电条件），在均匀电场中也就是导致击穿的条件：
●形成流柱的条件
初始电子崩头部的负电荷必须达到一定数量，造成必要的局部电 场的强化和足够的空间光电离。
实验得出
ad
1—主电子崩2—二次电子崩
24
3—流注
(3)主放电阶段： ——正流注向阴极推进
高电压技术第二章-气体放电
各种粒子在气体中运动时不断地互相碰撞，任一粒子在1cm的 行程中所遭遇的碰撞次数与气体分子的半径和密度有关。 单位行程中的碰撞次数n的倒数 长度。 即为该粒子的平均自由行程
处于电场中的带电质点，在电场E的作用下，沿电场方向不断得到加速并积 累动能。当具有的动能积累到一定数值后，在与其气体原子或分子发生碰撞时， 可以使后者产生游离。由碰撞而引起的游离称为碰撞游离。 电子在场强为E的电场中移过x距离时获得的动能为：
第二章 气体放电的基本物理过程
一、碰撞电离[ionization by collision] ：
4 火花放电[spark discharge ] 定义：放电间隙反复击穿时，在气体间隙中形成贯通两极的断断续续的不稳
定的明亮细线状火花，这种放电形式称为火花放电。
在通常气压下，当在曲率不太大的冷电极间加高电压时，若电源供给的功率不太 大，就会出现火花放电，火花放电时，碰撞电离并不发生在电极间的整个区域内， 只是沿着狭窄曲折的发光通道进行，并伴随爆裂声。由于气体击穿后突然由绝缘 体变为良导体，电流猛增，而电源功率不够，因此电压下降，放电暂时熄灭，待 电压恢复再次放电。所以火花放电具有间隙性。雷电就是自然界中大规模的火花 放电。
第二章 气体放电的基本物理过程
B. 放电[discharge] 定义：放电指的是电气设备绝缘有电流流过的现象，从带电到不带电的过程。
第1章 气体放电的基本物理过程
第一章 气体放电的基本 物理过程
主要内容
1 气体放电的主要形式 2 气体中带电粒子的产生和消失 3 汤逊理论和流注理论 4 不均匀电场中的放电过程 5 冲击电压下气隙的击穿特性 6 影响气体放电电压的因素 7 提高气体介质电气强度的方法 8 沿面放电
1 气体放电的主要形式
❖ 表面电离系数：γ 折合到每个碰撞阴极表面的正离子使阴极金属表面释 放出的自由电子数，汤逊第三电离系数。
2.1 气体中带电粒子的产生
（五）负离子的形成
附着：当电子与气体分子碰撞时，不但有可能引起碰撞 电离而产生出正离子和新电子，而且也可能会发生电子 与中性分子相结合形成负离子的情况。
电子附着系数η ：电子行经单位距离时附着于中性原子 的电子数目。
均匀电场中的电子崩计算模型
3.1.2 低气压下均匀电场自持放电的 汤逊理论
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的距离中又会产 生dn个新电子。
均匀电场中的电子崩计算模型
3.1.2 低气压下均匀电场自持放电的 汤逊理论
根据碰撞电离系数的定义，可得：
1.2 气体放电的主要形式
常见放电形式
辉光放电 电晕放电 火花放电 电弧放电
❖ 注意：电晕放电时气隙未击穿，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 气体中带电粒子的产生和消失
2.1 气体中带电粒子的产生
2. 2 气体中带电粒子的消失
3.1.1 非自持放电和自持放电
气体放电实验的伏安特性曲线
图表示实验所得平板 电极(均匀电场)气体 中的电流I与所加电 压的关系：即伏安特 性
气体放电的基本物理过程
放电的电流与电压特性
电流特性
气体放电的电流大小和波形取决于放电条件，如气压、电流密度和电极形状等。在一定条件下，放电 电流会呈现脉冲或持续的波形。
电压特性
气体放电的电压特性与电流特性密切相关。在放电过程中，电压会随着电流的变化而变化，通常在放 电开始时电压较高，随着电流增大，电压逐渐降低。
放电的热效应与声效应
拓展气体放电的应用领域
能源领域
利用气体放电技术实现高 效、清洁的能源转化，如 燃料电池、太阳能电池等。
问题，如烟气脱硫 脱硝、废水处理等。
医疗领域
利用气体放电技术进行杀 菌消毒、病毒灭活等，保 障公共卫生安全。
THANKS
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电场与气体原子的相互作用
库仑相互作用
气体原子在电场中受到正负电荷的库 仑力作用，导致原子运动状态发生变 化。
电子与原子的碰撞
电场加速的电子与气体原子发生碰撞 ，传递能量，引起原子的激发和电离 。
电子的产生与运动
电子从气体原子或分子的束缚态跃迁 到自由态，形成自由电子和正离子。
电子在电场中受到加速或减速作用， 能量发生变化，运动轨迹发生偏转。
探索新型的气体放电技术
01
02
03
脉冲放电技术
利用脉冲电源产生高电压、 大电流的脉冲，实现高效 率、高稳定性的气体放电。
介质阻挡放电技术
通过在放电空间中设置绝 缘介质，降低放电的击穿 电压，实现低电压、高效 率的气体放电。
电晕放电技术
利用高电压电场产生电晕， 使气体发生局部电离，实 现低电流、低能耗的气体 放电。
电弧放电
另一种不稳定的气体放电状态是电弧放电。 电弧放电会产生强烈的弧光和高温，同时伴 随着较大的电流和电压波动。这种不稳定性 会对放电产生负面影响，甚至导致设备损坏。
高电压复习提纲(赵智大版)1-3章
一.电介质的电气强度「一」气体放电的基本物理过程㈠带电粒子的产生和消失⑴表征运动的物理量①平均自由行程长度:单位行程中的碰撞次数Z的倒数(电子最大)②带电粒子的迁移率:k=v/E (电子大于离子)③扩散:电子大于离子⑵带电粒子的产生(电离)①光电离②热电离③碰撞电离(主要由电子完成)④表面电离(金属表面电离比空间电离更容易发生)◇阴级表面电离可在下列情况发生:⒈正离子碰撞阴级表面⒉光电子发射⒊热电子发射⒋强场发射⑶附着:电子与中性分子结合成负离子。
气体中带电粒子数不变。
使自由电子数减少⑷带电粒子消失:①带电粒子定向运动②扩散现象③复合㈡气体放电过程＊电子碰撞电离系数α:一个电子沿电场方向运动1cm的行程中所完成的碰撞电离次数平均值＊γ过程:正离子碰撞阴级表面时产生的二次自由电子数自持放电条件:⑴巴申曲线: T恒定:Ub=f(pd)T非恒定:Ub=F(δd)⑵汤逊理论:⑶流注理论:＊初始阶段，气体放电以碰撞电离和电子崩的形式＊均匀电场，自持放电条件αd≈20◆汤逊理论与流注理论比较⑷不均匀电场放电过程①划分:电场不均匀系数f=E/Eavf=1 均匀电场f＜2稍不均匀电场f＞4极不均匀②电晕放电:＊现象:淡紫色辉光，嘶嘶噪声，臭氧气味＊危害:电晕损耗，谐波电流，非正弦电压，无线电干扰，可闻噪声，空气的有机合成＊预防途径:设法限制和降低导线表面场强扩径导线或空心导线或分裂导线③极性效应起晕电压:U正棒-负板>U负棒-正板击穿电压:U正棒-负板＜U负棒-正板＊输电线常处于不均匀电场中，击穿发生在正极性半周，进行外绝缘冲击高压实验时，施加正极性冲击电压「二」气体介质的电气强度㈠不同电场下气隙击穿特性⑴均匀电场:①放电即击穿，无电晕，无极性，击穿时间短②击穿场强约为30kv/cm③直流，工频，冲击电压作用下击穿电压均相同，分散性小，β≈1⑵稍不均匀电场:①放电即击穿，无稳定电晕，极性效应不明显②直流，工频，冲击电压作用下击穿电压近似相同，分散性小，β≈1③实例:＊球间隙:d<D/4 电场均匀d>D/4电场不均匀一般在d≦D/2范围内工作＊同轴圆筒r/R<0.1 不均匀r/R>0.1 稍不均匀⑶极不均匀电场:①直流电压:棒板:击穿电压:正棒-负板＜棒-棒<负棒-正板棒棒:无明显极性效应②工频交流:＊击穿在正极性半周峰值附近＊击穿电压:棒-棒（更均匀）>棒-板＊增加气隙长度能提高"棒-板"气隙平均击穿场强，但存在饱和现象③雷电冲击电压＊冲击系数β>1，分散性大＊击穿通常在波尾＊击穿电压:正棒-负板＜棒-棒<负棒-正板④操作冲击电压1.放电时间tb＊上升时间t1:所加电压从0-Us（静态击穿电压）＊统计时延ts:从t1到气隙中出现第一个有效电子＊放电形成时延tf:出现有效电子到间隙击穿tb=t1+ts+tftlag=ts+tf(放电时延)2.冲击电压波形标准化a标准雷电冲击电压全波:非周期性双指数衰减波(1.2/50μs)b标准雷电冲击电压截波:1.2/2~5μsc标准操作冲击电压波:非周期性双指数波(250/2500μs)3.50%冲击击穿电压＊均匀稍不均匀场:U50%≈Us β≈1＊极不均匀场β>14.伏秒特性＊电压不高，击穿在波尾，取峰值为冲击电压＊电压较高，击穿在波头，取瞬时值为冲击电压＊取50%伏秒特性曲线来表征气隙冲击击穿特性＊均匀电场伏秒特性平缓，不均匀电场伏秒特性陡峭5.击穿特性＊220kv的超高压输电系统，按操作过电压下电气特性进行绝缘设计＊各种类型电压中，以操作冲击电压下的电气强度为最小＊极不均匀电场长气隙的操作冲击击穿特性具有显著"饱和"特征(正棒负板最严重) ＊分散性远大于雷电冲击电压(伏秒特性带宽)㈡不同大气条件下击穿特性气压↑，空气密度↑，温度↓，湿度↑ Ub↑湿度越大，水电负性捕捉自由电子数越多，极不均匀场中影响明显㈢沿面放电与污闪事故⑴沿面放电:表面闪络电压要比固体介质本身击穿电压低。
高电压技术复习资料要点
第一章电介质的电气强度1.1气体放电的基本物理过程1.高压电气设备中的绝缘介质有气体、液体、固体以及其他复合介质。
2.气体放电是对气体中流通电流的各种形式统称。
3.电离：指电子脱离原子核的束缚而形成自由电子和正离子的过程。
4.带电质点的方式可分热电离、光电离、碰撞电离、分级电离。
5.带电质点的能量来源可分正离子撞击阴极表面、光电子发射、强场发射、热电子发射。
6.带电质点的消失可分带电质点受电场力的作用流入电极、带电质点的扩散、带电质点的复合。
7.附着：电子与气体分子碰撞时，不但有可能引起碰撞电离而产生出正离子和新电子，也可能发生电子附着过程而形成负离子。
8.复合：当气体中带异号电荷的粒子相遇时，有可能发生电荷的传递与中和，这种现象称为复合。
（1）复合可能发生在电子和正离子之间，称为电子复合，其结果是产生一个中性分子；（2）复合也可能发生在正离子和负离子之间，称为离子复合，其结果是产生两个中性分子。
9.1、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。
由图1-3可知：（1）在I-U 曲线的OA 段： 气隙电流随外施电压的提高而增大，这是因为带电质点向电极运动的速度加快导致复合率减小。
当电压接近 时，电流趋于饱和，因为此时由外电离因素产生的带电质点全部进入电极，所以电流值仅取决于外电离因素的强弱而与电压无关。
（2）在I-U 曲线的B 、C 点：电压升高至 时，电流又开始增大，这是由于电子碰撞电离引起的，因为此时电子在电场作用下已积累起足以引起碰撞电离的动能。
电压继续升高至 时，电流急剧上升，说明放电过程又进入了一个新的阶段。
此时气隙转入良好的导电状态，即气体发生了击穿。
（3）在I-U 曲线的BC 段：虽然电流增长很快，但电流值仍很小，一般在微安级，且此时气体中的电流仍要靠外电离因素来维持，一旦去除外电离因素，气隙电流将消失。
高电压1.1(2)
1.1.4 巴申定律与适用范围
1、巴申定律
当气体成份和电极材料一定时，气体间隙击穿电压(ub) 是气压(p)和极间距离(d)乘积的函数。
U b f ( pd)
•根据自持放电条件，导出：
B( pd ) ub f ( pd ) A( pd ) ln[ ] 1 ln( 1 )
•A、B是与气体种类有关的常数，
Eex
E
Eex
x
合成电场
光电离的作用：二次电子崩 当电子崩走完整个间 隙后，大密度的头部 空间电荷大大加强了 后部的电场，并向周 围放射出大量光子 光子引起空间光电离， 在受到畸变而加强了 的电场中，造成了新 的电子崩，称为二次 电子崩
1—主电子崩 2—二次电子崩 3—流注 23
（2） 流注阶段
•流注理论的解释
（1）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。 （2）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。 （3）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。
初崩 空间光电离 二次电子崩 汇入初崩 流注
在电离室中得到的阳极流注发展过段的照片
+
T1
<
t2
< t3 < t4
< t5
+
正流注的发展速度约为11082108cm/s
流注通道的直径一般不超过零点几毫米
-
流注通道内正负质点的复合，使通道发出微弱的光亮
29
交流长间隙放电中流注过程仿真
• 流注仿真计算结果与实验结果比较 – 日本东京大学学者Ryo Ono采用ICCD相 机拍摄0.5 cm棒板间隙流注放电过程的放 电图像，为了便于比较，仿真计算也采用 Ryo Ono实验中相同的条件。 – 由仿真结果看出，空间电荷畸变了空间电 场，使棒电极附近电场减小，电荷下方电 场增大这一强电场区域电离剧烈，并辐射 光子，造成光电离，形成二次电子崩，二 次电子崩被正电荷吸引，进入主电子崩， 空间电荷继续畸变空间电场，使电场强度 最大区域向前发展，从而流注通道向前发 展，经过7 ns时间流注到达负极板。 – 计算得到的流注发展时间、流注发展形状 都与实验结果吻合较好。验证了仿真计算 的可行性.
高电压技术第二版知识题目解析(部分)
第一章气体放电的基本物理过程（1）在气体放电过程中，碰撞电离为什么主要是由电子产生的？答：气体中的带电粒子主要有电子和离子，它们在电场力的作用下向各自的极板运动，带正电荷的粒子向负极板运动，带负电荷的粒子向正极板运动。
电子与离子相比，它的质量更小，半径更小，自由行程更大，迁移率更大，因此在电场力的作用下，它更容易被加速，因此电子的运动速度远大于离子的运动速度。
更容易累积到足够多的动能，因此电子碰撞中性分子并使之电离的概率要比离子大得多。
所以，在气体放电过程中，碰撞电离主要是由电子产生的。
（2）带电粒子是由哪些物理过程产生的，为什么带电粒子产生需要能量？答：带电粒子主要是由电离产生的，根据电离发生的位置，分为空间电离和表面电离。
根据电离获得能量的形式不同，空间电离又分为光电离、热电离和碰撞电离，表面电离分为正离子碰撞阴极表面电离、光电子发射、热电子发射和强场发射。
原子或分子呈中性状态，要使原子核外的电子摆脱原子核的约束而成为自由电子，必须施加一定的外加能量，使基态的原子或分子中结合最松弛的那个电子电离出来所需的最小能量称为电离能。
（3）为什么SF6气体的电气强度高？答：主要因为SF6气体具有很强的电负性，容易俘获自由电子而形成负离子，气体中自由电子的数目变少了，而电子又是碰撞电离的主要因素，因此气体中碰撞电离的能力变得很弱，因而削弱了放电发展过程。
1-2 汤逊理论与流注理论对气体放电过程和自持放电条件的观点有何不同？这两种理论各适用于何种场合？答：汤逊理论的基本观点：电子碰撞电离是气体电离的主要原因；正离子碰撞阴极表面使阴极表面逸出电子是维持气体放电的必要条件；阴极逸出电子能否接替起始电子的作用是自持放电的判据。
它只适用于低气压、短气隙的情况。
气体放电流注理论以实验为基础，它考虑了高气压、长气隙情况下空间电荷对原有电场的影响和空间光电离的作用。
在初始阶段，气体放电以碰撞电离和电子崩的形式出现，但当电子崩发展到一定程度之后，某一初始电子的头部集聚到足够数量的空间电荷，就会引起新的强烈电离和二次电子崩，这种强烈的电离和二次电子崩是由于空间电荷使局部电场大大增强以及发生空间光电离的结果，这时放电即转入新的流注阶段。
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
气体放电的基本物理过程
气体放电的基本物理过程气体放电是指在气体中一些条件下产生的电流和光辐射现象。
它是由于电流穿过气体时，气体分子与电子碰撞而产生的。
1.电离阶段：当气体中存在电场时，电场的作用下，电子受到电场力的作用而受激，能量增加，然后具有足够的能量与气体分子发生碰撞。
这些高能电子与气体分子碰撞后会将气体分子中的电子击出，产生自由电子和正离子。
这个过程称为电离。
2.生长阶段：在电离阶段后，自由电子会与气体分子重新碰撞形成新的电子和正离子。
这个过程称为复合。
而新产生的电子又与其他气体分子发生碰撞，形成更多的正离子和自由电子。
这种电子的产生和复合的过程不断重复，直到达到一个动态平衡，产生了足够的自由电子和离子。
3.暴击阶段：当电子和正离子的数量进一步增加时，电子会与正离子再次碰撞，使其能量增加。
而当电子进一步与气体分子发生碰撞时，能量超过分子的离解能，就会导致气体分子的电离和激发，产生更多的自由电子和离子。
这个过程会导致电流和电压的增加。
4.衰减阶段：当电压继续升高时，电离和激发的过程会不断增强，导致放电区域中电子和气体分子的密度变得非常高。
这会使得电子和离子发生更多的碰撞，将能量转移给气体分子并使其激发或电离。
然而，当电子和正离子的能量损失超过其再激发或电离的能量时，放电区域中电子和离子的数量会逐渐减少，最终放电将停止。
这个过程称为电流的衰减。
总体来说，气体放电的基本物理过程是通过电场的作用将气体分子电离，产生自由电子和正离子。
这些电子和离子通过与气体分子的碰撞产生更多的电离和激发，导致电流和电压的增加。
最终放电区域中电子和离子的能量损失超过再激发或电离的能量，导致电流的衰减。
气体放电的基本物理过程
高电压工程基础
电介质在电气设备中作为绝缘材料使用，按其 物质形态，可分为三类：
➢ 气体电介质 ➢ 液体电介质 ➢ 固体电介质
高电压工程基础
在电气设备中：
➢ 外绝缘 一般由气体电介质(空气)和固体介质(绝缘子)联 合构成
➢ 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
➢ 阴极表面电离系数γ ：一个正离子撞击阴极表明时从 阴极表面平均逸出的自由电子数。
高电压工程基础
1、pd 值较小的情况（汤逊理论） （1）汤逊自持放电判据
如果电压足够大，初始电子崩中的正离子在阴极上产生 出来的新电子等于或大于n0，即使除去外界电离因子的作用， 放电也不会停止，这就变成了自持放电。
从绝缘的观点看，潘宁效应是很不利的；但在气体放电应用 中，如在电光源和激光技术中，则常常利用潘宁效应。
高电压工程基础
2、电极表面的电子逸出
电子从金属电极(阴极)表面逸出来的过程称为电极表面电离。 使阴极释放电子需要的能量: 逸出功。 逸出功与金属的微观结构和表面状态有关, 与金属温度无关。 金属表面逸出功比气体电离能小很多，因此电极表面电离在气 体放电过程中有相当重要的作用。
自持放电 起始电压
外施电压小于U0时的放电是非自持放电。电压到达U0后， 电流剧增，间隙中电离过程只靠外施电压已能维持，不再需
要外电离因素。
高电压工程基础
2、电子崩的形成（BC段电流剧增原因）
放电由非自持向自持转化的机制与气体的压强和 气隙长度的乘积(pd)有关：
➢ 汤逊理论(pd值较小) ➢ 流注理论(pd值较大) 共同理论基础：电子碰撞电离形成电子崩。
在电场作用下，正离子向阴极运动，由于它的平均自由 行程长度较短，不易积累动能，所以很难使气体分子发生碰 撞电离。
第1章11气体放电的基本物理过程
电气设备的绝缘分为内绝缘和外绝缘
概念
击穿：电介质（绝缘体）在电场的作用下发生剧 烈放电或导电的现象叫击穿。
绝缘强度：绝缘本身耐受电压的能力，一般用绝 缘发生击穿时作用在绝缘材料上的临界电压值来 表示。电力设备的绝缘强度用击穿电压表示；而 绝缘材料的绝缘强度则用平均击穿电场强度。
自持放电：电压大于U0时，取消外电离因素，间隙电流靠 电场作用能自行维持。
电子崩：场强高达某一定值后，气体发生连续的碰撞电离， 如雪崩状发展过程，电流急剧增加。U0为击穿电压。
电子碰撞电离系数α：一个电子由阴极到阳极行程中，每１ cm路程与气体质点发生碰撞电离平均次数。即：单位行程 内因碰撞电离而产生的自由电子数。
下计算值远大于实测值。 • 击穿电压： pd大时，计算值与实验值差别大。 • 阴极材料的影响：汤逊放电及击穿电压与阴极材料有关，而
高气压下间隙击穿电压基本与电极材料无关
1.1.3 流注理论
➢ pd 值较大的情况（流注）
实测的放电时延远小于正离子穿越间隙所需的时间，这表 明汤逊理论不适用于pd值较大的情况。
•电晕放电：高场强附近出现发光薄层，通道仍是绝缘状态； •刷状放电：电晕极伸出细亮断续放电通道，通道未击穿； •火花放电：贯通两极细亮断续放电通道，间歇击穿； •电弧放电：持续贯通两极细亮放电通道，完全击穿；（闪电）
气体放电的起因？
气体是由气体分子组成的，气体中气体分子是由正电 的原子核和围绕原子核高速旋转的外层电子组成。由 于原子所带正、负电荷相等，故正常情况呈中性。
2、金属电极表面游离——电子逸出
一些金属的逸出功
金属
逸出功
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。
高电压技术第二版习题答案(部分)
第一章 气体放电的基本物理过程（1）在气体放电过程中，碰撞电离为什么主要是由电子产生的？答：气体中的带电粒子主要有电子和离子，它们在电场力的作用下向各自的极板运动，带正电荷的粒子向负极板运动，带负电荷的粒子向正极板运动。
电子与离子相比，它的质量更小，半径更小，自由行程更大，迁移率更大，因此在电场力的作用下，它更容易被加速，因此电子的运动速度远大于离子的运动速度。
更容易累积到足够多的动能，因此电子碰撞中性分子并使之电离的概率要比离子大得多。
所以，在气体放电过程中，碰撞电离主要是由电子产生的。
（2）带电粒子是由哪些物理过程产生的，为什么带电粒子产生需要能量 ？答：带电粒子主要是由电离产生的，根据电离发生的位置，分为空间电离和表面电离。
根据电离获得能量的形式不同，空间电离又分为光电离、热电离和碰撞电离，表面电离分为正离子碰撞阴极表面电离、光电子发射、热电子发射和强场发射。
原子或分子呈中性状态，要使原子核外的电子摆脱原子核的约束而成为自由电子，必须施加一定的外加能量，使基态的原子或分子中结合最松弛的那个电子电离出来所需的最小能量称为电离能。
（3）为什么SF6气体的电气强度高？答：主要因为SF6气体具有很强的电负性，容易俘获自由电子而形成负离子，气体中自由电子的数目变少了，而电子又是碰撞电离的主要因素，因此气体中碰撞电离的能力变得很弱，因而削弱了放电发展过程。
1-2 汤逊理论与流注理论对气体放电过程和自持放电条件的观点有何不同？这两种理论各适用于何种场合？答：汤逊理论的基本观点：电子碰撞电离是气体电离的主要原因；正离子碰撞阴极表面使阴极表面逸出电子是维持气体放电的必要条件；阴极逸出电子能否接替起始电子的作用是自持放电的判据。
它只适用于低气压、短气隙的情况。
气体放电流注理论以实验为基础，它考虑了高气压、长气隙情况下空间电荷对原有电场的影响和空间光电离的作用。
在初始阶段，气体放电以碰撞电离和电子崩的形式出现，但当电子崩发展到一定程度之后，某一初始电子的头部集聚到足够数量的空间电荷，就会引起新的强烈电离和二次电子崩，这种强烈的电离和二次电子崩是由于空间电荷使局部电场大大增强以及发生空间光电离的结果，这时放电即转入新的流注阶段。
高电压技术题库
高电压技术题库第一章 气体放电的基本物理过程选择题 流注理论未考虑 _______ 的现象。
A .碰撞游离B .表面游离C.光游离D.电荷畸变电场先导通道的形成是以 __________ 的出现为特征。
A .碰撞游离B .表面游离C.热游离D.光游离电晕放电是一种 _________ 。
A •自持放电B •非自持放电C •电弧放电D •均匀场中放电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_______ 。
A.碰撞游离B.光游离C.热游离D.表面游离_______ 型绝缘子具有损坏后“自爆”的特性。
A.电工陶瓷B.钢化玻璃C.硅橡胶D.乙丙橡胶以下哪个不是发生污闪最危险的气象条件？A.大雾B.毛毛雨C.凝露D.大雨污秽等级II 的污湿特征：大气中等污染地区，轻盐碱和炉烟污秽地区，离海岸盐场 3km~10km 地区，在污闪季节中潮湿多雾但雨量较少，其线路盐密为 _______________ mg/cmlA. w 0.03B.>0.03~0.06C.>0.06~0.10D.>0.10~0.25以下哪种材料具有憎水性？ A.硅橡胶 B.电瓷 C.玻璃 D 金属填空题气体放电的主要形式： __________ 、 ________ 、 ________ 、 _______ 、 ________ 根据巴申定律，在某一 PS 值下，击穿电压存在 ______________ 值。
在极不均匀电场中，空气湿度增加，空气间隙击穿电压 _________________ 。
流注理论认为，碰撞游离和 ___________ 是形成自持放电的主要因素。
工程实际中，常用棒一板或 _____________ 电极结构研究极不均匀电场下的击穿特性。
1)2)3)4)5)6)7)8)9) 10) 11) 12) 13) 14) 15) 16)17)气体中带电质子的消失有___________ 、复合、附着效应等几种形式对支持绝缘子，加均压环能提高闪络电压的原因是 _________________________ 。
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1气体放电的基本物理
过程
-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
第一章 气体放电的基本物理过程
一、选择题
1) 流注理论未考虑 的现象。
2) A ．碰撞游离 B ．表面游离 C ．光游离 D ．电荷畸变电场
3) 先导通道的形成是以 的出现为特征。
4) A ．碰撞游离 B ．表面游离 C ．热游离 D ．光游离
5) 电晕放电是一种 。
6) A ．自持放电 B ．非自持放电 C ．电弧放电 D ．均匀场中放电
7) 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 。
8) A.碰撞游离 B.光游离 C.热游离 D.表面游离
9) ______型绝缘子具有损坏后“自爆”的特性。
10) A.电工陶瓷 B.钢化玻璃 C.硅橡胶 D.乙丙橡胶
11) 以下哪个不是发生污闪最危险的气象条件？
12) A.大雾 B.毛毛雨 C.凝露 D.大雨
13) 污秽等级II 的污湿特征：大气中等污染地区，轻盐碱和炉烟污秽地区，离
海岸盐场3km~10km 地区，在污闪季节中潮湿多雾但雨量较少，其线路盐
密为 2/cm mg 。
14) A.≤0.03 B.>0.03~0.06 C.>0.06~0.10 D.>0.10~0.25
15) 以下哪种材料具有憎水性？
16) A. 硅橡胶 B.电瓷 C. 玻璃 D 金属
二、填空题
17) 气体放电的主要形式： 、 、 、 、
18) 根据巴申定律，在某一PS 值下，击穿电压存在 值。
19) 在极不均匀电场中，空气湿度增加，空气间隙击穿电压 。
20) 流注理论认为，碰撞游离和 是形成自持放电的主要因素。
21) 工程实际中，常用棒－板或 电极结构研究极不均匀电场下的击穿特性。
22) 气体中带电质子的消失有 、复合、附着效应等几种形式
23) 对支持绝缘子，加均压环能提高闪络电压的原因是 。
24) 沿面放电就是沿着 表面气体中发生的放电。
25) 标准参考大气条件为：温度
C t 200=，压力=0b kPa ，绝对湿度30/11m g h = 26)
越易吸湿的固体，沿面闪络电压就越______ 27) 等值盐密法是把绝缘子表面的污秽密度按照其导电性转化为单位面积上
__________含量的一种方法
28)
常规的防污闪措施有： 爬距，加强清扫，采用硅油、地蜡等涂料
三、计算问答题
29) 简要论述汤逊放电理论。
30) 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？ 31)
32)
影响套管沿面闪络电压的主要因素有哪些？ 33) 某距离4m 的棒-极间隙。
在夏季某日干球温度C t 03=干
，湿球温度C t 25=湿，气压kPa 8.99b =的大气条件下，问其正极性50%操作冲击击穿
电压夏50U 为多少kV （空气相对密度95.0=δ）
34) 某母线支柱绝缘子拟用于海拔4500m 的高原地区的35kV 变电站，问平原地区的制造厂在标准参考大气条件下进行1min 工频耐受电压试验时，其试验电压应为多少kV ？。