高电压工程02t浅析.ppt

* 4、长间隙击穿过程 在间隙距离较长时，存在某种新的、不同性质的放电过程，称为先导放电。长间隙放电电压的饱和现象可由先导放电现象作出解释。 长间隙的放电大致可分为先导放电和主放电两个阶段，在先导放电阶段中包括电子崩和流注的形成及发展过程。不太长间隙的放电没有先导放电阶段、只分为电子崩、流注和主放电阶段。 * * 如图所示为平板电极气隙，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。 计算间隙中电子数增长的示意图 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。 * 根据碰撞电离系数 的定义，可得： 分离变量并积分之，可得： 对于均匀电场来说，气隙中各点的电场强度相同， 值不随x而变化，所以上式可写成： * 抵达阳极的电子数应为： 将式中的等号两侧乘以电子的电荷 ， 可得电流关系式： 途中新增加的电子数或正离子数应为： 式中， * 式 表明：虽然电子崩电流按指数规律随极间距离d而增大，但这时放电还不能自持，因为一旦除去外界电离因子(令 )，即 变为零。 * 3、影响碰撞电离系数的因素 a）单位距离内产生碰撞的次数 若电子的平均自由行程为 ，则在1cm长度内一个电子的平均碰撞次数为 。 b）每次碰撞产生电离的概率 碰撞电离概率与电子在场强E作用下走过自由行程x所积累的能量qEx（q为电子的电荷量）有关，即要产生碰撞电离，此能量至少应等于或大于气体分子的电离能Wi * Ui为气体分子的电离电位 这就是说，一个电子走过的自由行程x至少应等于临界自由行程xi才能产生电离。电子的平均自由行程等于或大于xi的概率为 即 或 上式可改写为 * 根据碰撞电离系数α的定义，即可得出： * 当气体温度不变时，平均自由行程 与气压p成反比， 即 代入上式，并令AUi=B，可得 （A为与气体种类有关的比例常数） 由上式不难看出： 电场强度E增大时， 急剧增大; 很大或很小时， 都比较小。 * 所以，在高气压和高真空下，气隙不易发生放电现象，具有较高的电气强度。 高气压时， 很小，单位长度上的碰撞次数很多，但能引起电离的概率很小； 低气压和真空时， 很大，总的碰撞次数少，所以 也比较小。 * 4、汤逊理论 前述已知，只有电子崩过程是不会发生自持放电的。要达到自持放电的条件，必须在气隙内初始电子崩消失前产生新的电子（二次电子）来取代外电离因素产生的初始电子。 实验现象表明，二次电子的产生机制与气压和气隙长度的乘积（ ）有关。 值较小时自持放电的条件可用汤逊理论来说明； 值较大时则要用流注理论来解释。 * （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子，此电子到达阳极表面时由于 过程，电子总数增至 个。因在对 系数进行讨论时已假设每次电离撞出一个正离子，故电极空间共有（ －1）个正离子。由系数 的定义，此（ －1）个正离子在到达阴极表面时可撞出 （ －1）个新电子，这些电子在电极空间的碰撞电离同样又能产生更多的正离子，如此循环下去。 * 自持放电条件为 ：一个正离子撞击到阴极表面时产生出来的二次电子数 ：电子碰撞电离系数 ：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 及 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 汤逊理论是在低气压、 较小的条件下在放电实验的基础上建立的。 过小或过大，放电机理将出现变化，汤逊理论就不再适用了。 过小时，气压极低( 过小在实际上是不可能的)， 过小， 远大于 ，碰撞电离来不及发生，击穿电压似乎应不断上升，但实际上电压U上升到一定程度后，场致发射将导致击穿，汤逊的碰撞电离理论不再适用，击穿电压将不再增加。 * 过大时，气压高，或距离大，这时气体击穿的很多实验现象无法全部在汤逊理论范围内给以解释：放电外形；放电时间；击穿电压；阴极材料。 因此，通常认为， ＞0.26 cm(pd＞200 cm ? mmHg)时，击穿过程将发生变化，汤逊理论的计算结果不再适用，但其碰撞