尖-板放电和沿面放电尖-板放电和沿面放电.pdf

试验二 尖-板放电和沿面放电 一、实验目的 1． 掌握尖-板放电和沿面放电的基本概念。 2． 观察尖-板气隙放电击穿、气体沿面放电等现象及其特点。 3． 了解气体放电的原理和气体放电的现象和形式、影响因素及伴随的效应。 4． 认识其发展过程及影响击穿电压的各主要因素，加深对气体放电理论的理解。 二、实验预习 概念：电离；撞击电离；光电离；电晕；电子崩；流注；先导放电；自持放电；滑闪放电； 沿面放电；电击穿；热击穿，雷电放电。 判断：空气是绝缘介质；电晕放电的现象；尖板放电是不均匀电场造成的；沿面放电是特殊 的气体放电，沿面放电的三个阶段；沿面闪络电压小于气隙击穿电压。 相关知识点：电场、介质极化、偶极子、介电常数、气隙击穿、帕邢定律、汤森德放电理论、 流注放电理论、电晕放电、伏秒特性、大气过电压、内部过电压。 三、实验内容 1.测量尖-板放电中不同气隙间距的击穿电压，并观察气隙击穿的现象及伴随的效应。 2.观察固体绝缘介质（玻璃）表面气隙击穿实验现象、实验特性和伴随的实验效应。 1) 刷状放电的观察 2) 滑闪放电的观察 3) 沿面闪络的观察 四、实验仪器 1． 实验开关指示操作台。 2． 量程（0—600）V 电压表。 3． 接触调压器 TDGC-10/0.5，输入 220V，输出（0-250）V。 4． 试验变压器 YDJ-10（100/0.22）kV。 5． 50cm 绝缘水电阻。 6． 交流尖—板放电装置：尖极、板极、塑料屏障、滑轨、标尺。 7． 沿面放电实验装置：圆柱电极一对、玻璃板。 8． 接地线。 五、尖-板放电和沿面放电实验原理 1．气体带电质点的产生 纯净的中性状态的气体是不导电的,只有在气体中出现了带电质点(电子、离子等)以后， 才能导电，并在电场的作用下，发展成各种形式的气体放电现象。 气体中带电质点的来源为：一是气体分子本身发生电离；二是气体中的固体或液体金属 发生表面电离。 当外界加入的能??很大，使电子具有的能量超过最远轨道的能量时，电子就跳出原子轨 道之外，成为自由电子。这样，就使原来的一个中性原子变成一个自由电子和一个带正电荷 的离子，这种现象称为电离。达到电离所需要的最小能量称为电离能。 电离的形式有：撞击电离；光电离；热电离；表面电离；负离子的形成。 2.电子崩的形成 在气隙电场作用下，电子向阳极方向加速运动，动能增加。同时，电子在其运动过程中 不断和气体分子碰撞。当电场很强，电子所积累的能量达到能产生撞击电离时，就能引起撞 击电离。分子电离后新产生的电子和离子又将从气隙电场获得动能，继续参与到撞击电离过 程中，电离过程就像雪崩似地增长起来， 电子数目激增，形成电子崩，放电电流也随之有 较大的增长。 由于电子的迁移速率要比正离子的大两个数量级，因此在电子崩发展过程中，正离子相 对于电子来说可看成是静止的。同时由于电子的扩散用，电子崩在其发展过程中半径逐渐增 大。这样电子崩中出现了大量的空间电荷，崩头最前面集中着电子，其后直到尾部则是正离 子，形成球头状的锥体，如图4-1 所示： 图 4-1 电子崩形成示意图 在场强小于某临界值时，这种电子崩还必须有赖于外界因素所造成的原始电离才能持续 和发展，这种放电为非自持放电。 当场强超过临界值时，电子崩可以仅由电场的作用而自行维持和发展，不必再有赖于外 界电离因素了，这种放电称为自持放电。 由非自持放电转入自持放电的场强称为临界场强，相应的电压为临界电压。 在大体均匀的电场中，各处的场强差异不大，任意一处一旦形成自持放电，自持放电会 很快地发展到整个间隙，气隙即被击穿，击穿电压实际上就等于形成自持放电的临界电压。 在很不均匀的电场中，放电过程就相当复杂，下文将给出。 3．气体放电及击穿 ⑴．气体在正常情况下绝缘性能良好（带电粒子很少）； ⑵．气体质点获得足够的能量（大于其电离能）后，将会产生电离，生成正离子和电子； ⑶．气体质点获得能量的途径有：粒子撞击、光子激励、分子热碰撞