高电压技术..

§2-3 气体放电的基本过程
1、非自持放电和自持放 电
1 . 1、 非 自 持 放 电
如图 2.1 a）所示试验装置，在
平板空气间隙施加 电压 E，可测
得伏安特性如 b）所示 。由图可见，
初始 0a 段因外部游离因素，其 电
b）均 匀 电 场 中
流随外施 U 升高而增大。在 ab 段 ，
a）试验装置原理图
第2章 气体放电
电介质在电气设备中是作为绝缘材料使用的。按其物质形 态分有气体、液体、固体等介质。在实际的绝缘结构中，常由 它们的联合构成组合绝缘。气体是系统中应用十分广泛的绝缘 材料。 本章内容提要： 1、熟悉气体放电的基本物理过程。 2、掌握大气状态对气体击穿电压的影响。 3、掌握提高气体间隙击穿电压的措施。 4、熟悉沿面放电的概念。
产生的内因：气体中有 500～1000 对 正、负离子 / cm 3 ；外因：外部 电场作用下 — 使气体分子碰撞游离； 光辐射引起气体分子的 光游离； 气体热状态的热游离； 游离过程中可能产生负 离子（对放电阻碍）； 正离子撞击阴极、金属 表面受光照射、强电场 发射、热电子发射等使 金属表面产生电离。上 述原因使气体产生带电 质点。 3、气体中带电质点的消 失
系统中的电气设备，大 量应用各种电介质作为 它们的绝缘媒质， 构成各种形式和功能的 绝缘结构，确保设备工 况的安全。 2、研究气体介质的绝缘 性能是高电压技术的一 项基本任务 2.1、气体放电
常规状态下，因宇宙射 线和地下放射性物质的 作用，使气体中有 少量带电离子，约为 1000 对 / cm 3；它们在强电场作用下 ，沿电场方 向移动，在间隙中形成 电导电流。因此，气体 不是理想的绝缘材料。 但在电场较弱时，其电 导很小，则气体可视为 绝缘材料。
§2-1 概 述
1、电介质 电力系统中所有的电气 设备或元件，它们在各 种工况下的带电线 1、研究气体放电是高电压技术中的一项基本任务
间、线地间都是相互绝 缘的，以实现电能量的 发、变、配、用。这种 绝缘功能是由各种统称 作电介质的绝缘材料实 现的。
从物理学知，电介质是 不导电物质的学名；依 其物态分有气体、 液体固体介质。电介质 中存在束缚于分子内部 的电荷。
均 匀 电 场 气 隙程 的， 击就 穿是 过各 种持 形续 式发 游展 离的 过
在 不 同 情 况 下离 ，所 各起 种作 游用 的， 强气 弱隙 不击 同穿 的 机
气体放电产生游离过程 的同时，也产生相反的 带电质点的消失过 程。该过程中，带电质 点一部分消失于电极外 ，再通过扩散、复合作 用使带电质点消失。
气体中带电质与 点气 的体 扩（ 状 散压 态力、有 温关 度； ）而复 正负离子的相带 对电 速质 度点 、的浓在 度复 有合 关过 。程中会 辐射，且在一导 定致 条光 件游 下离。内 一带 定电 空质 间点复合 正负离子的浓其 度浓 有度 关愈 ，大，的 复速 合度 过就 程愈大， 质点消失的速。 度也愈大
当气体间隙上的电压升 高到一定值时，将在间 隙中突然形成一传 导性很高的通道，则气 体间隙击穿，也就是气 体放电。 2.2、击穿场强
1）均 匀 电 场 的 击 穿 场 强 称 击 穿 电 压 与 间 隙 距之离比 为 击 穿 场 强 。 显，然它 反 映 了 气 体 耐
受 电 场 作 用 的 能 力 ，也故称 作 气 体 的 电 气 强。度
2） 不 均 匀 电 场 的 平 均 击 穿 场 强 即 击 穿 电 压 与 间 隙 距之离比 。
2.3、 气 体 间 隙 击 穿 后 的电放形 式 与 电 源 功 率 、 电 极 形、式气 体 压 力 等 因 素 有，关表 现 为
2.3.1、 低 气 压 、 小 功 率 时满充间 隙 的 辉 光 放 电 。 2.3.2、 高 气 压 下 的 火 花 放或电电 弧 放 电 。 2.3.3、 极 不 均 匀 电 场 中 的晕电放 电 。 2.4、 气 体 沿 固 体 表 面 放—电闪 络 放 电 2.5、 短 时 冲 击 电 压
气体伏安特性
当 U U b I 不变 。当 U U b
图2.1 气体间隙的伏安特性
时，如 bc 段 所示，因电子碰撞游离 较强场强使气体开始出 现新的
碰撞游离 当场强很强，足以使气 体分子游离，再引起碰 撞游离
电子数像雪崩似增加， 形成电子崩 间隙中带电质点大增， I 增加 ，
仍为非自持放电 U U c（临界电压 ） I 间隙转入良好电导 状态，并伴有声、光等 现象。
2-2 气体中带电质点的产生与消失
1、气体原子的激发与游 离 1 .1、 气 体 原 子 激 发
具有最小位能的气体原 子接受外能时，引起内 能改变，使外层电 子跃至能级较高的轨道 ，称此过程为激发，这 时的原子呈激发状态。 1 .2、 游 离
若从外部获得足够大的 能量，使原子的一个或 几个电子脱离原子 核的束缚，成为自由电 子和正离子 （即带电质点） ，称此为原子游离。 2、气体中带电质点的产 生
若 U U c ，则间隙电导电流很小， 气体的绝缘性能未被破 坏，间 隙没有击穿，放电停止 。称这种需要外界游离 因素支持的放电为非
自持放电。
1 . 2、 自 持 放 电
当 UUc时无 ，需 外 界 游， 离间 因隙 素仅 作靠 用 可 电维 场 持 放 电 ， 则放 称电 此。 为 自 持
1.3、 起 始 放 —U 电 0 电 压 称 由 非 自 持 放 电 转持入放自电 的 电 压U为 0。 由 上 分 析，在 知较 均
匀 的 电 场 中 ， 间 隙电击压穿就 是 U0， 其 场 强 约3为 0kV cm， 此 后 依 气 压 、 电 源 容 量 等形条成件辉 光 放 电 、 火电花或放电 弧 放 电 。 若 电
场 不 均 匀 ， 则 放 电自由持非转 入 自 持 将 在率大电曲极 表 面 电 场 集 中
区 域 产 生 电 晕 放 电时，的这U0 就 是 电源自文库晕 起 始 电 压击，穿而电 压 可 能 比U0 高 得 多 。 2、 汤 逊 放 电 理 论 2.1、 概 述