第2讲气体电介质的绝缘特性(一)zdd.ppt

高电压技术 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 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 （一）碰撞电离 气体放电中，碰撞电离主要是由电子和气体分子碰撞而引起的 在电场作用下，电子被加速而获得动能。当电子的动能满足如下条件时，将引起碰撞电离 碰撞电离的形成与电场强度和平均自由行程的大小有关 （二）光电离 光辐射引起的气体分子的电离过程称为光电离 自然界、人为照射、气体放电过程 当气体分子受到光辐射作用时，如光子能量满足下面条件，将引起光电离，分解成电子和正离子 光辐射能够引起光电离的临界波长（即最大波长）为 对所有气体来说，在可见光（400?750nm）的作用下，一般是不能直接发生光电离的 (三）热电离 因气体热状态引起的电离过程——热电离（碰撞电离与光电离的综合） 气体分子的平均动能和气体温度的关系为 在它们相互碰撞时，就可能引起激励或电离 在高温下，例如发生电弧放电时，气体温度可达数千度，气体分子动能就足以导致发生明显的碰撞电离 高温下高能热辐射光于也能造成气体的电离 （四）金属（阴极）的表面电离 阴极发射电子的过程 逸出功（1－5eV） ：与金属的微观结构 、金属表面状态有关 金属表面电离的多种方式 （1）正离子碰撞阴极 正离子碰撞阴极时使电子逸出金属（传递的能量要大于逸出功）。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。因此正离子必须碰撞出一个以上电子时才能出现自由电子 表面电离的形式 （2）光电效应 金属表面受到光的照射，当光子的能量大于选出功时，金属表面放射出电子 （3）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 （4）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 1.1.2 气体中带电粒子的运动与消失 （一）电场作用下气体中带电粒子的运动 （定向运动，消失） （二）带电粒子的扩散 （三）带电粒子的复合 （中和，空间或器壁） （四）附着效应 （ 一） 电场作用下气体中带电粒子的运动 带电粒子产生以后，在外电场作用下将作定向运动，形成电流 在气体放电空间 ，带电粒子在一定的电场强度下运动达到某种稳定状态 ，保持平均速度，即上述的带电粒子的驱引速度 b ——迁移率 电子迁移率比离子迁移率大得多，即使在很弱的电场中，电子迁移率也随场强而变 （二）带电粒子的扩散 带电粒子的扩散和气体分子的扩散一样，都是由于热运动造成，带电粒子的扩散规律和气体的扩散规律也是相似的 气体中带电粒子的扩散和气体状态有关，气体压力越高或者温度越低，扩散过程也就越弱 电子的质量远小于离子，所以电子的热运动速度很高，它在热运动中受到的碰撞也较少，因此，电子的扩散过程比离子的要强得多 （三）带电粒子的复合 正离子和负离子或电子相遇，发生电荷的传递而互相中和、还原为分子的过程 在带电粒子的复合过程中会发生光辐射，这种光辐射在一定条件下又可能