《高电压技术》(主编刘吉来黄瑞梅)教案1气体绝缘.ppt

高电压技术 气体的绝缘性能 目标 掌握气体带电质点的四种电离； 掌握汤逊德理论的要点和适用范围； 掌握流注理论的要点和适用范围； 掌握不均匀电场气隙击穿原理； 了解电晕放电机理。 ?重点 1.?四种电离型式的机理； 2.?汤逊德理论和流注理论的要点和各自的适用范围； 3.?不均匀电场气隙击穿中的极性效应原理。 难点 1.?电离和气体放电机理全是微观电子运动产生的现象，传统的教学方法很难表达清楚； 2.?不均匀电场气隙击穿中的极性效应主要是空间电荷畸变电场的作用，比较抽象，很难理解。 带电粒子的产生 产生带电粒子的物理过程称为电离，是气体放电的首要前提。 四种电离型式 ： 碰撞电离 光电离 热电离 表面电离 碰撞电离 电子获得加速后和气体分子碰撞，把动能传给后者，气体分子就有可能因碰撞而分裂为电子和正离子。 碰撞电离的形成与电场强度和平均自由行程的大小有关 光电离 光当气体分子受到光辐射作用时，如光子能量满足条件即可产生光电离。 导致气体光电离的光子可以由自然界（如空中的紫外线、宇宙射线等）或人为照射（如紫外线、x 射线等）提供，也可以由气体放电过程本身产生。 热电离 一切因气体热状态引起的电离过程称为热电离 。 常温下，气体分子发生热电离的概率极小。热电离可包括：随着温度升高气体分子动能增加引起的碰撞电离，高温下高能热辐射光子引起的光电离。  表面电离 阴极发射电子的过程，称为表面电离。 表面电离可在下列情况下发生： a、正离子碰撞阴极正离子碰撞阴极时使电子逸出金属。逸出的电子有一个和正离子结合成为原子，其余的成为自由电子。 b、光电效应???????? 金属表面受到光的照射。 c、强场放射（冷放射）当阴极附近所加外电场足够强时，使阴极放射出电子。 d、热电子放射当阴极被加热到很高温度时，其中的电子获得巨大动能，逸出金属。 汤逊放电理论 气体放电伏安特性 电子崩 自持放电 汤逊放电理论的适用范围 气体放电伏安特性 气体放电的现象与发 展规律与气体种类、 气压大小、气隙中的 电场形式、电源容量 等一系列因素有关。 电子崩 无论何种气体放电都一定有一个电子碰撞电离导致电子崩的阶段，它在所加电压达到一定数值时出现。 电子崩 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 多电子。 电子崩 依此，电子将按 照几何级数不断 增多，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。 自持放电 自持放电的形成 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。 但当正离子撞击阴极表面时却有可能引起表面电离而拉出电子，部分电子和正离子复合，其余部分则向着阳极运动和形成新的电子崩。 自持放电 自持放电的形成 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 ，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。 自持放电 自持放电的条件 自持放电 自持放电示意图 汤逊放电理论的适用范围 汤逊理论是在气压较低、pd值较小条件下进行的放电实验的基础上建立起来的，是一种辉光放电现象。pd过小或过大，即在高气压（101.3kPa或更高）、长气隙的情况[pd26.66kPa (200mmHg.cm]下，汤逊理论将不适用。 巴申定律 巴申定律的推导 巴申曲线 巴申定律 巴申定律的推导 巴申定律 巴申定律的推导 由于均匀电场气隙的击穿电压Ub等于它的自持放电起始电压，上式表明均匀电场气隙的击穿电压满足下式： 上式所示规律在汤逊理论提出之前就由物理学家巴申从实验中得出，称为巴申定律。 巴申定律 巴申曲线 巴申曲线表明，改 变极间距离d的同 时，也相应改变气 压p而使pd的乘积 不变，则极间距离 不等的气隙击穿电 压却彼此相等。 巴申定律 巴申曲线 由巴申曲线可知，当极间距离d不变时提高气压或降低气压到真空，都可以提高气隙的击穿电压，这一概念具有十分重要的实用意义。 流注理论 流注的形成过程 流注的条件 流注理论的适用范围 流注的形成过程 电子崩头部聚集大部分正离子 和全部电子，产生了电场畸变； 在电场很小的区域，电子和离子 浓度最大，有利于完成复合； 强烈的复合辐射出许多光子， 成为引发新的空间光电离辐射源。 流注的形成过程 这时产生的光子位于崩头 前方和崩尾附近的强场 强区，则造成的二次电子崩 将以更大的电离强度向 阳极发展或汇入崩尾的 正离子群中。 流注的形成过程 这些电离强度和发展速度远大于初始电子崩的二次电子崩不