第23讲气体电介质的绝缘特性(一).ppt

* 汤逊理论认为，当均匀电场、低气压、短间隙（pd较小）条件下，电子的碰撞电离和正离子撞击阴极造成的表面电离起这主要作用，气隙的击穿电压大体上是pd的函数 * （1）电子崩的形成 （? 过程 ） UUb后，一个起始电子自电场获得一定动能后，会碰撞电离出一个第二代电子；这两个电子作为新的第一代电子，又将电离出新的第二代电子，这时空间已存在四个自由电子；这样一代一代不断增加的过程——形成电子崩 * ? 系数——一个电子沿着电场方向行经单位长度后，平均发生的碰撞电离次数（形成电子崩） 如设每次碰撞电离只产生一个电子和一个正离子， ? 即是一个电子在单位长度行程内新电离出的电子数或正离子数 β系数——一个正离子沿着电场方向行经单位长度后平均发生的碰撞电离次数 （离子崩）——可以忽略 γ系数——碰撞阴极表面的正离子，使阴极金属表面平均释放出的自由电子数 （阴极发射电子） * ?系数 设：从阴极发出一个电子，经多次碰撞电离，在经过距离阴极x后，产生n个电子 这n个电子行过dx之后，又会产生dn个新的电子 * 对于均匀电场，? 不随空间位置而变 新产生的电子数和正离子数为 * （2）?系数 到达阴极的正离子数 从阴极电离出的电子数 * （3）自持放电条件 放电由非自持转入自持的条件为 * 物理意义 引起碰撞电离的必要条件 只有那些自由行程超过xi＝Ui／E的电子，才能与分子发生碰撞电离 若电子的平均自由行程为?，自由行程大于xi的概率为 * 在单位长度内，一个电子的平均碰撞次数为1／? 其中 是电离碰撞次数， 气体温度不变时，1／? ＝Ap * 代入自持放电的临界条件 及 得 * 影响击穿电压的因素 均匀电场中气体的自持放电的起始电压， 等于气隙的击穿电压U0。 U0＝f(Pd) * 1.2.3 巴申（Paschen）定律 巴申曲线 * P0＝101.3（kPa) δ—空气的相对密度 * 1.2.4 汤逊放电理论的适用范围 适用于低气压、短间隙（Pd比较小） 电力工程上经常接触到的是气压较高的情况（从一个大气压到数十个大气压），间隙距离通常也很大 两者间的主要差异可概述如下 （1） 放电外形 均匀连续，如辉光放电 分枝的明细通道 * 辉光放电 * * * （2） 放电时间 电子崩的形成需要时间，火花放电时间的计算值比大气压下放电的实测值要大得多 （3） 击穿电压 Pd较大时，计算值与实验值有很大出入 （4） 阴极材料的影响 实测得到的大气压下的击穿电压和阴极材料无关 当Pd26.66kPacm时，汤逊理论不再适用 高电压技术 高电压工程系 李黎 leeli@mail.hust.edu.cn * 第2讲 1 气体电介质的绝缘特性（一） * 1.1 气体中带电粒子的产生和消失 在电场作用下，气隙中带电粒子的形成和运动过程 气隙中带电粒子是如何形成的？ 气隙中的导电通道是如何形成的？ 气隙中导电通道形成后是如何维持持续放电的？ * 原子激励和电离 原子能级 以电子伏（eV）为单位 1eV＝1V×1. 6×10-19C＝1.6×10-19J 原子激励 原子在外界因素作用下，其电子跃迁到能量较高的状态，所需能量称为激励能We 激励状态恢复到正常状态时，辐射出相应能量的光子，光子（光辐射）的频率? * 原子电离—— 原子在外界因素作用下，获得能量，使其一个或几个电子脱离原子核的束缚而形成自由电子和正离子的过程 电离过程所需要的能量——电离能Wi（10-15 eV），也可用电离电位Ui（V） * 1.1.1 气体中带电粒子的产生 （一）气体分子的电离可由下列因素引起： （1）电子或正离子与气体分子的碰撞电离 （2）各种光辐射（光电离） （3）高温下气体中的热能（热电离） （二） 金属（阴极）的表面电离 * （一）碰撞电离 自由行程：粒子在两次碰撞之间的行程 电子的平均自由行程要比分子和离子的大得多 气体分子密度越大，其中粒子的平均自由行程越小。对于同一种气体，其分子密度和该气体的密度成正比 * 自由行程的分布： 具有统计性的规律。粒子的自由行程大于x的概率为 如果起始有n0个粒子（或一个粒子的相继n0次碰撞），则其中行过距离x后，尚未被碰撞的粒子数（或次数）n(x)应为 * 粒子的平均自由行程 ?