电介质的电气强度.ppt

（2）电晕放电的起始场强 电晕放电的起始场强一般由实验总结出的经验公式来计算，电晕的产生主要取决于电极表面的场强，所以研究电晕起始场强 和各种因素间的关系更直接。 对于输电线路的导线，在标准大气压下其电晕起始场强 的经验表达式为（此处指导线的表面场强，交流电压下用峰值表示）： 式中r－导线半径，cm。 (1-28) kV/cm 如图1-5为平板电极气隙，板内电场均匀，设外界电离因子每秒钟使阴极表面发射出来的初始电子数为n0。 图1－5 计算间隙中电子数增长的示意图 由于碰撞电离和电子崩的结果，在它们到达x处时，电子数已增加为n，这n个电子在dx的距离中又会产生dn个新电子。 根据碰撞电离系数 的定义，可得： 分离变量并积分之，可得： (1-7) (1-8) 对于均匀电场来说，气隙中各点的电场强度相同， 值不随x而变化，所以上式可写成： (1-9) 抵达阳极的电子数应为： (1-10) 将式(1-8)的等号两侧乘以电子的电荷 ，即得电流关系式： 途中新增加的电子数或正离子数应为： (1-11) 式(1-12)中， (1-12) 式(1-12) 表明：虽然电子崩电流按指数规律随极间距离d而增大，但这时放电还不能自持，因为一旦除去外界电离因子(令 )，即 变为零。 2、汤逊理论 前述已知，只有电子崩过程是不会发生自持放电的。要达到自持放电的条件，必须在气隙内初始电子崩消失前产生新的电子（二次电子）来取代外电离因素产生的初始电子。 （1） 过程与自持放电条件 由于阴极材料的表面逸出功比气体分子的电离能小很多，因而正离子碰撞阴极较易使阴极释放出电子。此外正负离子复合时，以及分子由激励态跃迁回正常态时，所产生的光子到达阴极表面都将引起阴极表面电离，统称为 过程。 为表面电离系数。 设外界光电离因素在阴极表面产生了一个自由电子，此电子到达阳极表面时由于 过程，电子总数增至 个。因在对 系数进行讨论时已假设每次电离撞出一个正离子，故电极空间共有（ －1）个正离子。由系数 的定义，此（ －1）个正离子在到达阴极表面时可撞出 （ －1）个新电子，这些电子在电极空间的碰撞电离同样又能产生更多的正离子，如此循环下去。 自持放电条件为 ：一个正离子撞击到阴极表面时产生出来的二次电子数 ：电子碰撞电离系数 ：两极板距离 此条件物理概念十分清楚，即一个电子在自己进入阳极后可以由 及 过程在阴极上又产生一个新的替身，从而无需外电离因素放电即可继续进行下去。 (1-21) 实验现象表明，二次电子的产生机制与气压和气隙长度的乘积（ ）有关。 值较小时自持放电的条件可用汤逊理论来说明； 值较大时则要用流注理论来解释。 （2）汤逊放电理论的适用范围 汤逊理论是在低气压、 较小的条件下在放电实验的基础上建立的。 过小或过大，放电机理将出现变化，汤逊理论就不再适用了。 很多实验现象无法全部在汤逊理论范围内给以解释：放电外形；放电时间；击穿电压；阴极材料。 1、汤逊理论没有考虑电离出来的空间电荷对电场的畸变作用 2、汤逊理念没有考虑光子在放电过程中的 作用。（发展成空间光电离和阴极表面光电离） 较小时，这两个因素影响不显著。 主要原因： 越大，电离总数越多，空间电荷数越多，电荷数按指数规律增加;因电离总数增加，电子及正离子的浓度很大，所以必然伴随着强烈的激发和复合过程 ，放出的光子数量急剧地增加 大量的空间电荷造成局部强场区。而电离系数对电场很敏感，在强场区，由光子游离出 来的电子容易形成二次电子崩。 因此，通常认为， ＞0.26 cm(pd＞200 cm ? mmHg)时，击穿过程将发生变化，汤逊理论的计算结果不再适用，但其碰撞电离的基本原理仍是普遍有效的。 1.1.4 巴申定律与适用范围 早在汤逊理论出现之前，巴申(Paschen)就于1889年从大量的实验中总结出了击穿电压 与 的关系曲线，称为巴申定律，即 (1-23) 1、巴申定律 图1-7给出了空气间隙的 与 的关系曲线。从图中可见，首先， 并不仅仅由 决定，而是 的函数；其次 不是 的单调函数，而是U型曲线，有极小值。 图1-7 实验求得的均匀场不同气体间隙 曲线 有一个极小值的原因是：为了使放电达到自持，电子从阴极到阳极的整个行程中必须有足够多次的碰撞电离。 当d一定时， δ 自由行程 碰