1-气体放电的物理过程-1.pdf

气体放电基本物理过程 李华伟 北京交通大学电气工程学院 电气楼307室 hwli@bjtu.edu.cn 参考华中科大李黎老师以及华北电力大学高压课件，特此致谢！ 研究气体放电的目的：  了解气体在高电压 （强电场）作用下逐步由电 介质演变成导体的物理过程  掌握气体介质的电气强度及其提高方法  学会如何选择合适的绝缘距离以及如何提高气 体间隙的击穿电压  了解气体击穿电压与电场分布、电压种类、气 体状态的关系 电气设备中常用气体作为绝缘介质：空气、SF6 及其混合气体 一、带电粒子的产生、运动与消失 气体放电过程：在电场作用下，气隙中带电粒子 的形成和运动过程。 问题的提出： 1、气隙中带电粒子是如何形成的？ 2、气隙中的导电通道是如何形成的？ 3、气隙中导电通道形成后是如何维持持续放电的？ 一、带电粒子的产生、运动与消失 1.带电粒子的产生—— 电离 原子在外界因素作用下，其电子从处在距原子 核较近的低能态轨道跃迁到离核较远的较高能态 的轨道，这个过程称为激励。 如果原子获得的外加能量足够大，其电子将摆 脱原子核的约束而成为自由电子。这一现象称为 电离。 原子被分解成两种带电粒子— 电子和正离子。 使电子电离出来所需的最小能量称为电离能，Wi 。 电离形式一：光电离 当气体分子受到光辐射时，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： hν ≥W i h — 普朗克常数 h ＝6.62 ×10-27尔格·秒。 ν — 频率 （光是频率不同的电磁辐射，也具有 粒子性，称为光子） 光子的产生 导致气体光电离的光子可以由紫外线、x 射线等 提供，也可以由气体放电过程本身产生。 电磁波谱 1：X射线；2 ：紫外线；3：可见光；4 ：红外线；5：微波；6 ：无线电波 电离形式二：热电离 一切因气体热状态引起的电离过程称为热电离。 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。 电离形式三：碰撞电离 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： 1 2 U m v q Ex =≥W 或 x ≥ i 2 e e e i i E m —— 电子的质量；v —— 电子的速度； e e W ——气体分子的电离能。 i 提高气体场强，可以加速电离。 碰撞电离是气体产生带电粒子的主要方式。 电离形式四：金属(阴极)的表面电离 —— 阴极发射 金属表面发射臂气体电离更易发生，在气体放电中起 重要作用。页6表1-2 a、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。 b 、光电效应 金属表面受到光的照射，当光子的能量大 于逸出功时，金属表面放射出电子。 电离形式四：金属(阴极) 的表面电离（续） 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