[工学]高电压技术2.ppt

《高电压技术》 主讲人：黄力 工作单位：三峡大学 第一篇电介质的电气强度 第一章气体放电的基本物理过程 一、几个基本概念 气体放电 气体中流通电流的各种形式。 击穿电压Ub或闪络电压Uf 发生击穿或闪络的最低临界电压。 击穿场强Eb 均匀电场中的击穿电压/间隙距离 平均击穿场强Eb 不均匀电场中的击穿电压/间隙距离 辉光放电 电弧放电 火花放电 二、带电粒子的产生和消失 1、原子的激励和电离 A.原子的能级： 根据原子核外电子的能量状态，原子具有一系列可取的确定的能量状态。 B.原子的激励 原子在外界因素（电场、高温等）作用下，吸收外界能量使其内部能量增加，原子核外的电子将从离原子核较近的轨道跳到离原子核较远的轨道上去，此过程称为原子的激励（或激发）。 激励能（We，电子伏eV） C.原子的电离 原子在外界因素作用下，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。 电离能（Wi，电子伏eV） 二、带电粒子的产生和消失 2、气体中带电粒子的产生 A.光电离 B.热电离 二、带电粒子的产生和消失 2、气体中带电粒子的产生 C.碰撞电离 气体中产生带电粒子的最重要的方式。 主要是由电子完成。 D.金属的表面电离 逸出功 产生的原因 正离子撞击阴极表面/光电子发射/热电子发射/强场发射 二、带电粒子的产生和消失 2、气体中带电粒子的产生 E.负离子的形成 附着过程 电负性气体 氧/氟/氯等 SF6 抑制气体放电的发展 二、带电粒子的产生和消失 3、带电粒子在气体中的运动 A.自由行程长度 平均自由行程长度（λ） 单位行程中的碰撞次数Z的倒数。 粒子的自由行程长度等于或大于某一距离的概率 定性分析： 二、带电粒子的产生和消失 3、带电粒子在气体中的运动 B.带电粒子的迁移率 带电粒子在单位场强（1kV/m）下沿电场方向的漂移速度。 定性分析：电子的迁移率远大于离子。 C.扩散 带电粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小的区域。 电子的扩散速度比离子快得多。 气压越低，温度越高，扩散越快。 二、带电粒子的产生和消失 4、带电粒子的消失 A.在电场作用下定向运动 B.带电粒子的扩散 C.带电粒子的复合 三、均匀电场中气体击穿的发展过程 1、非自持放电和自持放电 非自持放电——去掉外电离因素的作用后，放电随即停止。 自持放电——仅由电场的作用而维持放电。 三、均匀电场中气体击穿的发展过程 2、汤逊气体放电理论 A.α过程 （1）电子崩的形成 电子按几何级数不断增多，象雪崩式的发展，这种急剧增大的空间电子流被称为电子崩。 三、均匀电场中气体击穿的发展过程 2、汤逊气体放电理论 A.α过程 （2） α过程引起的电流 电子碰撞电离系数α——一个电子沿着电场方向行经1cm的长度，平均发生碰撞电离次数平均值。 三、均匀电场中气体击穿的发展过程 2、汤逊气体放电理论 A.α过程 （2） α过程引起的电流 电子碰撞电离系数α——一个电子沿着电场方向行经1cm的长度，平均发生碰撞电离次数平均值。 三、均匀电场中气体击穿的发展过程 2、汤逊气体放电理论 A.α过程 （3） α的分析 设电子的平均自由行程为λe，运动1cm碰撞1/ λe，但不是每次碰撞都引起电离。 三、均匀电场中气体击穿的发展过程 2、汤逊气体放电理论 A.α过程 （3） α的分析 三、均匀电场中气体击穿的发展过程 2、汤逊气体放电理论 B.γ过程 （1） 正离子表面电离系数γ 一个正离子在电场作用下由阳极向阴极运动，撞击阴极表面产生表面电离的电子数。 （2） α过程和γ过程同时引起的电流 三、均匀电场中气体击穿的发展过程 2、汤逊气体放电理论 B.γ过程 （1） 正离子表面电离系数γ 一个正离子在电场作用下由阳极向阴极运动，撞击阴极表面产生表面电离的电子数。 （2） α过程和γ过程同时引起的电流 若分母 ，即使除去了外界电离因子（I0=0），放电也能维持下去。 因此α过程和γ过程同时作用，能达到自持放电。 三、均匀电场中气体击穿的发展过程 2、汤逊气体放电理论 C.均匀场中的击穿电压 （1） 自持放电条件 三、均匀电场中气体击穿的发展过程 2、汤逊气体放电理论 C.均匀场中的击穿电压 （2） 击穿电压和巴申定律 均匀电场气体的击穿电压Ub=自持放电电压U0 将 代入 可推得： 这条曲线称为巴申曲线。 三、均匀电场中气体击穿的发展过程 2、汤逊气体放电理论 C.均匀场中的击穿电压 （2） 击穿电压和巴申定律 三、均匀电场中气体击穿的发展过程 2、汤逊气体放电理论 D.汤逊理论的适用范围 （1） 适用范围 均匀电场，低气压，pd值较小（pd200m