1-气体的绝缘强度.ppt

第一篇第一篇高高 电电 压压 绝绝 缘缘 与与 试试 验验第一章第一章 气体的气体的绝缘绝缘强强度度1.主要内容主要内容1.1.气体放气体放电电的主要形式的主要形式2.2.气体中气体中带电质带电质点的点的产产生和消失生和消失3.3.汤逊汤逊理理论论和流注理和流注理论论4.4.不均匀不均匀电场电场中的放中的放电过电过程程5.5.冲冲击电压击电压下气隙的下气隙的击击穿特性穿特性6.6.影响气体放影响气体放电电压电电压的因素的因素7.7.提高气体介提高气体介质电质电气气强强度的方法度的方法8.8.沿面放沿面放电电2.1 气体放气体放电电的主要形式的主要形式气体放气体放电电气体气体击击穿穿沿面沿面闪络闪络1.1.1气体放气体放电电1.1.2气体的气体的绝缘绝缘特性特性1.1.3气体的气体的电电气气强强度度辉辉光放光放电电电晕电晕放放电电火花放火花放电电电电弧放弧放电电1.1 气体放气体放电电的基本概念的基本概念1.2 气体放气体放电电的主要形式的主要形式气体放气体放电电主要形式主要形式3.1.1 气体放气体放电电的基本概念的基本概念1.1.1 1.1.1 气体放气体放电电1.1.2 1.1.2 气体的气体的绝缘绝缘特性特性1.1.3 1.1.3 气体的气体的电电气气强强度度4.1.1.1 1.1.1 气体放气体放电电气体放气体放电电：气体中流通：气体中流通电电流的各种形式；流的各种形式；气体气体击击穿：气体穿：气体电绝缘电绝缘状状态态突突变为变为良良导电导电状状态态的的过过程；程；沿面沿面闪络闪络：击击穿穿发发生在气体与液体、气体与固生在气体与液体、气体与固体交界面上的放体交界面上的放电现电现象；象；工程上将工程上将击击穿和穿和闪络统闪络统称称为为放放电电。5.1.1.2 1.1.2 气体的气体的绝缘绝缘特性特性气气体体指指高高压压电电气气设设备备中中常常用用的的空空气气、SFSF6 6、以以及及高高强强度混合气体等气度混合气体等气态绝缘态绝缘介介质质。v空气：架空空气：架空线线路、路、变压变压器外器外绝缘绝缘；vSFSF6 6：SFSF6 6断路器和断路器和SFSF6 6全封全封闭组闭组合合电电器；器；气气体体失失去去绝绝缘缘后后，虽虽然然可可以以自自动动恢恢复复，但但其其放放电电所所造造成成的的事事故故已已经经发发生生，因因此此我我们们要要研研究究气气体的体的电电气气强强度。度。空空气气是是最最廉廉价价、应应用用最最广广、自自动动恢恢复复绝绝缘缘的的气气体，因此我体，因此我们们主要研究空气的放主要研究空气的放电电。6.1.1.3 1.1.3 气体的气体的电电气气强强度度气体的气体的电电气气强强度表征气体耐受度表征气体耐受电压电压作用的能力。作用的能力。均均匀匀电电场场中中击击穿穿电电压压U Ub b与与间间隙隙距距离离之之比比称称为为击击穿穿场场强强E Eb b。我我们们把把均均匀匀电电场场中中气气隙隙的的击击穿穿场场强强E Eb b称称为为气气体体的的电电气气强强度。度。v空气在空气在标标准状准状态态下的下的电电气气强强度度为为30kV/cm;30kV/cm;注注意意：不不能能把把不不均均匀匀场场中中气气隙隙U Ub b与与间间隙隙距距离离之之比比称称为为气体的气体的电电气气强强度，通常称之度，通常称之为为平均平均击击穿穿场场强强。7.1.2 气体放气体放电电的主要形式的主要形式v注注意意：电电晕晕放放电电时时气气隙隙未未击击穿穿，而而辉辉光光放放电电、火火花花放放电电、电电弧弧放放电电均均指指击击穿穿后后的的放放电电现现象象，且且随随条条件件不不同同，这这些放些放电现电现象可相互象可相互转换转换。常常见见放放电电形式形式l辉辉光放光放电电l电晕电晕放放电电l火花放火花放电电l电电弧放弧放电电8.2 气体中气体中带电质带电质点的点的产产生和消失生和消失电电子碰撞子碰撞电电离离 正离子碰撞正离子碰撞电电离离 碰撞碰撞电电离离光光电电离离热电热电离离空空间电间电离离表面表面电电离离负负离子的形成离子的形成正离子碰撞阴极正离子碰撞阴极光光电电效效应应强强场发场发射射热电热电子子发发射射电场电场作用下气体中作用下气体中带电质带电质点的定向运点的定向运动动带电质带电质点的点的扩扩散散带电质带电质点的复合点的复合2.1 带电质带电质点点产产生生2.2 带电质带电质点消失点消失气体放气体放电电发发展展过过程程9.2.1 气体中气体中带电质带电质点的点的产产生生气体原子的激气体原子的激发发和游离和游离10.2.1 气体中气体中带电质带电质点的点的产产生生气体原子的激气体原子的激发发和游离和游离激励：激励：原子外原子外层电层电子子跃跃迁到迁到较远较远的的轨轨道上去的道上去的现现象。象。激励激励能：能：产产生激励需要的能量。生激励需要的能量。电电离：离：使原来的一个中性原子使原来的一个中性原子变变成一个自由成一个自由电电子和子和一个一个带带正正电电荷的离子的荷的离子的现现象。象。电电离能：离能：电电离所需的离所需的最小最小能量（能量（W Wi i）。）。分分级电级电离：离：先先经过经过激励再激励再产产生生电电离的离的过过程。程。11.2.1 气体中气体中带电质带电质点的点的产产生生带电带电粒子的运粒子的运动动当气体中存在当气体中存在电场时电场时，粒子，粒子进进行行热热运运动动和和沿沿电场电场定向运定向运动动。自由行程：一个自由行程：一个质质点在每两次碰点在每两次碰撞撞间间自由地通自由地通过过的距离。的距离。平均自由行程：众多平均自由行程：众多质质点自由行程的平均点自由行程的平均值值。p：气：气压压k：波：波尔尔兹兹曼常数曼常数T：气温：气温r：气体分子半径：气体分子半径 常温常常温常压压下空气中下空气中电电子平均自由行程在子平均自由行程在1010-5-5cmcm数量数量级级 。12.2.1 气体中气体中带电质带电质点的点的产产生生（一）碰撞（一）碰撞电电离离v电电子子或或离离子子与与气气体体分分子子碰碰撞撞，将将电电场场能能传传递递给给气气体体分子引起分子引起电电离的离的过过程。程。v因素：因素：外外电场电场强强弱；弱；能量的能量的积积累（移累（移动动距离的大小）。距离的大小）。电电子在子在场场强强为为E E的的电场电场中移中移过过x x距离距离时获时获得的得的动动能能为为 :m:电电子的子的质质量量V:电电子运子运动动速度速度E:外外电场电场强强度度x:电电子移子移动动距离距离13.2.1 气体中气体中带电质带电质点的点的产产生（生（续续1）v即使即使满满足上述条件，不是每次碰撞都能引起足上述条件，不是每次碰撞都能引起电电离。离。（一）碰撞（一）碰撞电电离离W Wi i为为气体分子的气体分子的电电离能离能碰撞碰撞电电离条件离条件当当电电子从子从电场获电场获得的得的动动能大于或等于气体分子的能大于或等于气体分子的电电离离能能时时，就可能使气体分子分裂，就可能使气体分子分裂为电为电子或正离子，即子或正离子，即14.2.1 气体中气体中带电质带电质点的点的产产生（生（续续1）（一）碰撞（一）碰撞电电离离 在在电场电场中，中，电电子的平均自由行程大，且与气体分子子的平均自由行程大，且与气体分子发发生生弹弹性性碰撞（未碰撞（未发发生生电电离），几乎不离），几乎不损损失能量。因此失能量。因此电电离的主要因素离的主要因素是是电电子引起的子引起的电电离。离。v 离子碰撞离子碰撞电电离系数：离系数：一个正离子沿一个正离子沿电场电场方向行方向行经单经单位距离（位距离（1cm1cm）时时平均平均发发生的生的碰撞碰撞电电离次数，离次数，汤逊汤逊第二第二电电离系数。离系数。v 电电子碰撞子碰撞电电离系数：离系数：一个一个电电子在子在电场电场力作用下，沿力作用下，沿电场电场方向行方向行经单经单位距离（位距离（1cm1cm）平均平均发发生碰撞生碰撞电电离的次数，离的次数，汤逊汤逊第一第一电电离系数。离系数。15.2.1 气体中气体中带电质带电质点的点的产产生（生（续续2）v含含义义：由光：由光辐辐射引起气体分子射引起气体分子电电离的离的过过程。程。光光电电离离产产生的生的电电子称子称为为光光电电子。子。v来源：来源：紫外紫外线线、宇宙射、宇宙射线线、x x射射线线等；等；异号异号带电质带电质点复合成中性点复合成中性质质点点释释放出光子；放出光子；激励激励态态分子回复到正常分子回复到正常态释态释放出光子放出光子v条件：条件：（二）光（二）光电电离离h：普朗克常数；C：光速：光频率；：光波长；或16.2.1 气体中气体中带电质带电质点的点的产产生（生（续续2）（三）（三）热电热电离离本本质质：气体分子：气体分子热热状状态态引起引起电电离，是碰撞离，是碰撞电电离和光离和光电电离的离的综综合。合。气体分子平均气体分子平均动动能能电电离度离度：气体中气体中发发生生电电离的分子数与离的分子数与总总分子数比分子数比值值称称为该为该气体的。气体的。常温下，气体分子常温下，气体分子发发生生热电热电离概率极小。离概率极小。当当t10000Kt10000K时时才需考才需考虑热电虑热电离；离；当当t20000Kt20000K时时，几乎全部的分子都，几乎全部的分子都处处于于热电热电离状离状态态空气空气电电离度离度m m和温度和温度T T的关系的关系热电热电离条件：离条件：17.2.1 气体中气体中带电质带电质点的点的产产生（生（续续3）（四）表面（四）表面电电离离v含含义义：金属阴极表面金属阴极表面发发射射电电子的子的过过程。程。v逸出功：使阴极逸出功：使阴极释释放出放出电电子需要的能量。子需要的能量。（通常比气体（通常比气体电电离能小）离能小）v形式：形式：正离子碰撞阴极表面；（正离子能量大于正离子碰撞阴极表面；（正离子能量大于2 2倍金属倍金属逸出功）逸出功）光光电电效效应应；（光子能量大于金属逸出功）（光子能量大于金属逸出功）强强场发场发射；（射；（场场强强在在10103 3kv/cmkv/cm数量数量级级）热电热电子子发发射；射；（金属（金属电电子子动动能大于逸出功）能大于逸出功）18.2.1 气体中气体中带电质带电质点的点的产产生（生（续续3）表面表面电电离系数：离系数：折折合合到到每每个个碰碰撞撞阴阴极极表表面面的的正正离离子子使使阴阴极极金金属属表表面面释释放出的自由放出的自由电电子数，子数，汤逊汤逊第三第三电电离系数。离系数。（四）表面（四）表面电电离离19.2.1 气体中气体中带电质带电质点的点的产产生（生（续续3）（五）（五）负负离子的形成离子的形成附着：附着：电电子与中性分子相子与中性分子相结结合形成合形成负负离子的情况。离子的情况。电电子附着系数子附着系数 ：电电子行子行经单经单位距离位距离时时附着于中性原附着于中性原子的子的电电子数目。子数目。负负离子的形成使自由离子的形成使自由电电子数减少，因而子数减少，因而对对气体放气体放电电的的发发展起抑制作用。展起抑制作用。亲亲和能：中性分子或原子与和能：中性分子或原子与电电子子结结合生成合生成负负离子所放出离子所放出的能量。（的能量。（亲亲和能越大，越易与和能越大，越易与电电子子结结合行程合行程负负离子离子）20.2.2 气体中气体中带电质带电质点的消失点的消失（一）（一）电场电场作用下气体中作用下气体中带电质带电质点的定向运点的定向运动动带电质带电质点一旦点一旦产产生，在外生，在外电场电场作用下作定向运作用下作定向运动动，形成形成电导电电导电流。流。带电质带电质点的运点的运动动速度速度 电电子的迁移率比离子大子的迁移率比离子大2 2个数量个数量级级。b b为带电质为带电质点在点在电场电场中的迁移率中的迁移率（二）（二）带电质带电质点的点的扩扩散散带电质带电质点从点从浓浓度度较较大区域大区域转转移到移到浓浓度度较较小区域。小区域。（热热运运动动）电电子子扩扩散比离子散比离子扩扩散高散高3 3个数量个数量级级21.2.2 气体中气体中带电质带电质点的消失（点的消失（续续1）v正正离离子子和和负负离离子子或或电电子子相相遇遇时时，发发生生电电荷荷的的传传递递而而相互中和相互中和还还原原为为分子的分子的过过程，复合放出能量。程，复合放出能量。v复合的复合的质质点相点相对对速度越大，复合概率越小。速度越大，复合概率越小。v复复合合过过程程要要阻阻碍碍放放电电的的发发展展，但但在在一一定定条条件件下下又又可可因复合因复合时时的光的光辐辐射加射加剧剧放放电电的的发发展。展。v放放电电过过程程中中绝绝大大多多数数是是正正、负负离离子子之之间间复复合合，参参加加复合的复合的电电子子绝绝大多数先形成大多数先形成负负离子再与正离子复合。离子再与正离子复合。（三）（三）带电质带电质点的复合点的复合22.小小 结结1.1.气气体体间间隙隙中中带带电电质质点点的的产产生生和和消消失失是是气气体体放放电电的的一一对对基基本本矛矛盾盾，气气体体放放电电的的发发展展和和终终止止取取决决于于这这两个两个过过程程谁谁占主占主导导地位。地位。2.2.强强电电场场下下，气气体体中中带带电电质质点点的的产产生生形形式式可可以以分分为为空空间间电电离离和和表表面面电电离离。它它们们都都与与外外界界供供给给的的能能量量有有关关，能能量量的的形形式式主主要要是是电电场场能能、光光辐辐射射和和热热能能，而而能能量量的的传传递递靠靠电电子子、光光子子或或气气体体分分子子的的热热运运动动，其其传传递递的的过过程程主主要要是是碰碰撞撞，它它是是造成气体分子造成气体分子电电离的有效离的有效过过程。程。23.本本 节节 要要 点点1.1.激励、激励能、激励、激励能、电电离、离、电电离能、分离能、分级电级电离的概念；离的概念；2.2.带电质带电质点的点的产产生方式；生方式；3.3.电电离的主要方式、离的主要方式、电电离的原因及其条件；离的原因及其条件；4.4.自由行程和平均自由行程的概念；自由行程和平均自由行程的概念；5.5.异异号号带带电电质质点点复复合合成成中中性性原原子子（分分子子）时时，光光电电子子的的产产生生过过程；程；6.6.表面表面电电离比空离比空间电间电离更容易的原因；离更容易的原因；7.7.带电质带电质点消失的各种方式及其特点；点消失的各种方式及其特点；8.8.电电子子亲亲和能和和能和电负电负性性对对气体分子附着效气体分子附着效应应的影响。的影响。24.3 汤逊汤逊理理论论和流注理和流注理论论3.1.1 非自持放非自持放电电和自持放和自持放电电3.1.2 低气低气压压下均匀下均匀电场电场自持放自持放电电的的汤逊汤逊理理论论3.1.3 巴申定律巴申定律3.2.1 空空间电间电荷荷对电场对电场的畸的畸变变3.2.2 高气高气压压下均匀下均匀电场电场自持放自持放电电的流注理的流注理论论3.2.3 流注理流注理论对论对放放电现电现象的解象的解释释3.1 汤逊汤逊理理论论和巴和巴申定律申定律3.2 流注理流注理论论汤逊汤逊理理论论和和流注理流注理论论3.1.4 汤逊汤逊理理论论的适用范的适用范围围25.3.1 汤逊汤逊理理论论和巴申定律和巴申定律3.1.1 3.1.1 非自持放非自持放电电和自持放和自持放电电3.1.2 3.1.2 低气低气压压下均匀下均匀电场电场自持放自持放电电的的汤逊汤逊理理论论3.1.3 3.1.3 巴申定律巴申定律3.1.4 3.1.4 汤逊汤逊理理论论的适用范的适用范围围26.3.1.1 非自持放非自持放电电和自持放和自持放电电非自持放电与自持放电的分界点气体放气体放电实验电实验的伏安特性曲的伏安特性曲线线27.3.1.1 非自持放非自持放电电和自持放和自持放电电气体放气体放电实验电实验的伏安特性曲的伏安特性曲线线图图表示表示实验实验所得平板所得平板电电极极(均匀均匀电场电场)气体中的气体中的电电流流I I与所加与所加电压电压的关的关系：即伏安特性系：即伏安特性 气体放气体放电电伏安特性伏安特性 28.3.1.1 非自持放非自持放电电和自持放和自持放电电（续续1）实验实验分析分析OAOA段：段：电电流随流随电压电压升高而升高。升高而升高。这这是由于是由于电电极空极空间间的的带电带电粒子粒子向向电电极运极运动动加速而加速而导导致复合数的减少所致。致复合数的减少所致。ABAB段：段：电电流流仅仅取决于外取决于外电电离因素与离因素与电压电压无关。无关。电电流流趋趋向于向于饱饱和和值值，因，因为这时为这时外界外界电电离因子所离因子所产产生的生的带电带电粒子几乎能全粒子几乎能全部抵达部抵达电电极，所以极，所以电电流流值值与所加与所加电压电压无关。无关。BCBC段：段：当当电压提高到提高到时，电流又开始随流又开始随电压的升高而增大，的升高而增大，这是由于气隙中出是由于气隙中出现碰撞碰撞电离和离和电子崩。子崩。电压升高碰撞升高碰撞电离增离增强但仍靠外但仍靠外电离离维持持(非自持非自持)C C点后：只靠外加点后：只靠外加电压电压就能就能维维持持(自持自持)29.3.1.1 非自持放非自持放电电和自持放和自持放电电（续续1）起始电压U0（非自持自持）均匀场：击穿电压Ub不均匀场：电晕起始电压，气隙仍绝缘，UbU0如果取消外如果取消外电电离因素，那么离因素，那么电电流也将消失，流也将消失，这类这类依靠依靠外外电电离因素的作用而离因素的作用而维维持的放持的放电电叫叫非自持放非自持放电电。气隙中气隙中电电离离过过程只靠外施程只靠外施电压电压已能已能维维持，不再需要外持，不再需要外电电离因素。外施离因素。外施电压电压到达到达U U0 0后的放后的放电电称称为为自持放自持放电电。U U0 0称称为为起始放起始放电电压电电压。30.3.1.2 低气低气压压下均匀下均匀电场电场自持放自持放电电的的汤逊汤逊理理论论（一）（一）电电子崩子崩(a)(a)电电子崩的形成子崩的形成(b)(b)带电带电离子在离子在电电子崩中的分布子崩中的分布 外界外界电电离因子在阴极附近离因子在阴极附近产产生了一个初始生了一个初始电电子，如果空子，如果空间电间电场场强强度足度足够够大，大，该电该电子在向阳极子在向阳极运运动时动时就会引起碰撞就会引起碰撞电电离，离，产产生生一个新的一个新的电电子，初始子，初始电电子和新子和新电电子子继续继续向阳极运向阳极运动动，又会引起新，又会引起新的碰撞的碰撞电电离，离，产产生更多生更多电电子。子。依此，依此，电电子将按照几何子将按照几何级级数数不断增多，不断增多，类类似雪崩似地似雪崩似地发发展，展，这这种急种急剧剧增大的空增大的空间电间电子流被称子流被称为电为电子崩。子崩。31.3.1.2 低气低气压压下均匀下均匀电场电场自持放自持放电电的的汤逊汤逊理理论论n是包括起始是包括起始电电子在内的子在内的电电子崩中的子崩中的电电子数，它表征一个起始子数，它表征一个起始电电子在向阳极子在向阳极运运动过动过程到达阳极程到达阳极时产时产生的生的电电子数。子数。汤逊汤逊理理论论中的中的过过程程设设外外电电离因素在阴极表面离因素在阴极表面产产生生的起始的起始电电子数子数为为n n0 0，当起始，当起始电电子到达离阴极子到达离阴极x x处时处时，电电子数子数为为n n，这这n n个个电电子行子行经经dxdx后，又会后，又会产产生生dndn个个新新电电子子,即即32.3.1.2 低气低气压压下均匀下均匀电场电场自持放自持放电电的的汤逊汤逊理理论论v 对对E E值值敏感，敏感，v 当当E/E/不不变时变时，系数，系数 与气体相与气体相对对密度成正比；密度成正比；汤逊汤逊理理论论中的中的过过程程经经推推导导，得，得 A,B 常数：空气相对密度，p E：场强 33.3.1.2 低气低气压压下均匀下均匀电场电场自持放自持放电电的的汤逊汤逊理理论论汤逊汤逊理理论论中的中的过过程程 气气隙隙中中碰碰撞撞电电离离而而产产生生的的正正离离子子，即即从从阴阴极极产产生生的的一一个个电电子消失在阳极前，由子消失在阳极前，由过过程形成的正离子数。即程形成的正离子数。即34.3.1.2 低气低气压压下均匀下均匀电场电场自持放自持放电电的的汤逊汤逊理理论论 正正离离子子消消失失在在阴阴极极前前，由由过过程程在在阴阴极极上上释释放放出出二二次次电电子数，即子数，即 表表示示由由过过程程在在阴阴极极上上重重新新产产生生一一个个电电子子，此此时时不不再再需需要要外外电电离离因因素素就就能能使使电电离离维维持持发发展，即展，即转转入自持放入自持放电电。汤逊汤逊理理论论中的中的过过程程35.3.1.2 低气低气压压下均匀下均匀电场电场自持放自持放电电的的汤逊汤逊理理论论自持放自持放电电条件条件如自持放如自持放电电条件条件满满足足时时，会形成下，会形成下图图的的闭环闭环部分部分36.3.1.2 低气低气压压下均匀下均匀电场电场自持放自持放电电的的汤逊汤逊理理论论总结总结：1.1.将将电电子子崩崩和和阴阴极极上上的的过过程程作作为为气气体体自自持持放放电电的的决决定定因素是因素是汤逊汤逊理理论论的基的基础础。2.2.汤汤逊逊理理论论的的实实质质是是电电子子碰碰撞撞电电离离是是气气体体放放电电的的主主要要原原因因，二二次次电电子子来来源源于于正正离离子子撞撞击击阴阴极极表表面面使使阴阴极极表表面面逸出逸出电电子，逸出子，逸出电电子是子是维维持气体放持气体放电电的必要条件。的必要条件。3.3.阴阴极极逸逸出出电电子子能能否否接接替替起起始始电电子子的的作作用用是是自自持持放放电电的的判据。判据。37.3.1.3 巴申定律巴申定律根据自持放根据自持放电电条件，条件，导导出出击击穿穿电压电压的表达式的表达式 A A、B B是是与与气气体体种种类类有有关关的的常常数数，u ub b为为气气温温不不变变的的条条件件下下，均均匀匀电电场场中气体的自持放中气体的自持放电电起始起始电压电压等于气隙等于气隙击击穿穿电压电压。巴申定律：巴申定律：当当气气体体成成份份和和电电极极材材料料一一定定时时，气气体体间间隙隙击击穿穿电电压压(u ub b)是气是气压压(p p)和极和极间间距离距离(d d)乘乘积积的函数。的函数。38.3.1.3 巴申定律巴申定律均匀均匀电场电场中几种气体中几种气体击击穿穿电压电压U Ub b与与pdpd的关系的关系 巴申曲巴申曲线线表明，改表明，改变变极极间间距离距离d d的同的同时时，也相，也相应应改改变变气气压压p p而使而使pdpd的乘的乘积积不不变变，则则极极间间距离不等的气隙距离不等的气隙击击穿穿电压电压却彼此相等。却彼此相等。39.3.1.3 巴申定律巴申定律40.3.1.3 巴申定律巴申定律原原因因：形形成成自自持持放放电电需需要要达达到到一一定定的的电电离离数数d d，而而这这又取决于碰撞次数与又取决于碰撞次数与电电离概率的乘离概率的乘积积。高高气气压压、高高真真空空都都可可以以提提高高击击穿穿电电压压，工工程程上上已已得得到广泛到广泛应应用（如：用（如：压缩压缩空气开关、真空开关等）空气开关、真空开关等）41.3.1.4 汤逊汤逊理理论论的适用范的适用范围围汤汤逊逊理理论论是是在在低低气气压压pdpd较较小小条条件件下下建建立立起起来来的的，pdpd过过大，大，汤逊汤逊理理论论就不再适用。就不再适用。pdpd过过大大时时（气（气压压高、距离大）高、距离大）汤逊汤逊理理论论无法解无法解释释：v放放电时间电时间：很短；：很短；v放放电电外形：具有分支的外形：具有分支的细细通道；通道；v击击穿穿电压电压：与理：与理论计论计算不一致；算不一致；v阴极材料：无关；阴极材料：无关；汤逊汤逊理理论论适用于适用于pd26.66kPa pd26.66kPa cmpd26.66kPa cm，汤逊汤逊理理论论将不适用。将不适用。以自然界的雷以自然界的雷电为电为例，它例，它发发生在两生在两块块雷云之雷云之间间或或雷云与大地之雷云与大地之间间，这时这时不存在金属阴极，因而与阴极不存在金属阴极，因而与阴极上的上的过过程和二次程和二次电电子子发发射根本无关。射根本无关。气体放气体放电电流注理流注理论论以以实验为实验为基基础础，它考，它考虑虑了高气了高气压压、长长气隙情况下不容忽气隙情况下不容忽视视的若干因素的若干因素对对气体放气体放电电的影响，的影响，主要有以下两方面主要有以下两方面 空空间电间电荷荷对对原有原有电场电场的影响；的影响；空空间间光光电电离的作用。离的作用。44.3.2.1 空空间电间电荷荷对电场对电场的畸的畸变变(d)(d)这这些光子将些光子将导导致空致空间间光光电电离。离。(a)(a)电电子子崩崩崩崩头头集集中中着着电电子子，其其后后是正离子，形状似半球形是正离子，形状似半球形锥锥体；体；(b)(b)空空间间电电荷荷分分布布极极不不均均匀匀，大大大大加加强强了了崩崩头头及及崩崩尾尾的的电电场场，削削弱弱了了电电子崩内部的子崩内部的电场电场；(c)(c)崩崩头头电电场场明明显显增增强强，有有利利于于分分子子和和离离子子的的激激励励现现象象，当当它它们们从从激激励励态态恢恢复复到到正正常常态态时时将将放放射射出出光光子子；电电子子崩崩内内部部电电场场削削弱弱，有有助于复合将放射出光子；助于复合将放射出光子；45.3.2.2 高气高气压压下均匀下均匀电场电场自持放自持放电电的的流注理流注理论论流注的形成和发展示意图46.3.2.2 高气高气压压下均匀下均匀电场电场自持放自持放电电的的流注理流注理论论（续续1）a)a)起始起始电电子子发发生碰撞生碰撞电电离形成初始离形成初始电电子崩；子崩；b)b)初初崩崩发发展展到到阳阳极极，正正离离子子作作为为空空间间电电荷荷畸畸变变原原电电场场，加加强强正离子与阴极正离子与阴极间电场间电场，放射出大量光子；，放射出大量光子；c)c)光光电电离离产产生二次生二次电电子，在加子，在加强强的局部的局部电场电场下形成二次崩；下形成二次崩；d)d)二二次次崩崩电电子子与与正正空空间间电电荷荷汇汇合合成成流流注注通通道道，其其端端部部有有二二次次崩留下的正崩留下的正电电荷，加荷，加强强局部局部电场产电场产生新生新电电子崩使其子崩使其发发展；展；e)e)流流注注头头部部电电离离迅迅速速发发展展，放放射射出出大大量量光光子子，引引起起空空间间光光电电离，流注前方出离，流注前方出现现新的二次崩，延新的二次崩，延长长流注通道；流注通道；f)f)流注通道流注通道贯贯通，气隙通，气隙击击穿。穿。注：流注速度注：流注速度为为10108 810109 9cm/scm/s，而而电电子崩速度子崩速度为为10107 7cm/scm/s。47.3.2.2 高气高气压压下均匀下均匀电场电场自持放自持放电电的的流注理流注理论论（续续2）流注条件：流注条件：必必要要条条件件是是电电子子崩崩发发展展到到足足够够的的程程度度，电电子子崩崩中中的的空空间间电电荷荷足足以以使使原原电电场场明明显显畸畸变变，加加强强电电子子崩崩崩崩头头和和崩崩尾尾处处的的电电场场；另另一一方方面面电电子子崩崩中中电电荷荷密密度度很很大大，所所以以复复合合频频繁繁，放放射射出出的的光光子子在在这这部部分分很很强强，电电场场区区很很容容易易成成为为引引发发新新的的空空间间光光电电离离的的辐辐射射源源，二二次次电电子子主主要要来来源源于于空空间间光光电电离离；气气隙隙中中一一旦旦形形成成流流注注，放放电电就就可可由由空空间间光光电电离自行离自行维维持。持。流注自持放流注自持放电电条件：条件：初初崩崩头头部部电电子子数数要要达达到到108时时，放放电电才才能能转转为为自自持持，出出现现流注。流注。或或48.3.2.3 流注理流注理论对论对放放电现电现象的解象的解释释放放电时间电时间二二次次崩崩的的起起始始电电子子是是光光子子形形成成的的，而而光光子子以以光光速速传传播，所以流注播，所以流注发发展非常快。展非常快。放放电电外形外形二二次次崩崩的的发发展展具具有有不不同同的的方方位位，所所以以流流注注的的推推进进不不可能均匀，而且具有分支。可能均匀，而且具有分支。阴极材料阴极材料大大气气条条件件下下的的气气体体放放电电不不依依赖赖阴阴极极表表面面电电离离，而而是是靠空靠空间间光光电电离离产产生生电电子子维维持，因此与阴极材料无关。持，因此与阴极材料无关。49.小小 结结1.1.汤汤逊逊理理论论只只适适用用于于pdpd值值较较小小的的范范围围，流流注注理理论论只只适适用用于于pdpd值值较较大大的的范范围围，二二者者过过渡渡值值为为pd=26.66kPacmpd=26.66kPacm；(1)(1)汤逊汤逊理理论论的基本的基本观观点：点：电电子子碰碰撞撞电电离离是是气气体体放放电电时时电电流流倍倍增增的的主主要要过过程程，而而阴极表面的阴极表面的电电子子发发射是射是维维持放持放电电的必要条件。的必要条件。(2)(2)流注理流注理论论的基本的基本观观点：点：以以汤汤逊逊理理论论的的碰碰撞撞电电离离为为基基础础，强强调调空空间间电电荷荷对对电电场场的的畸畸变变作作用用，着着重重于于用用气气体体空空间间光光电电离离来来解解释释气气体体放放电电通通道道的的发发展展过过程；程；放放电电从从起起始始到到击击穿穿并并非非碰碰撞撞电电离离连连续续量量变变的的过过程程，当当初初始始电电子子崩崩中中离离子子数数达达10108 8以以上上时时，引引起起空空间间光光电电离离质质变变，电电子崩子崩汇汇合成流注；合成流注；流注一旦形成，放流注一旦形成，放电转电转入自持。入自持。50.小小 结结2.2.引引起起气气体体放放电电的的外外部部原原因因有有两两个个，其其一一是是电电场场作用，其二是外作用，其二是外电电离因素。离因素。把把去去掉掉外外界界因因素素作作用用后后，放放电电立立即即停停止止的的放放电电形形式式称称为为非非自自持持放放电电；把把由由电电场场作作用用就就能能维维持的放持的放电电称称为为自持放自持放电电。3.3.汤逊汤逊理理论论和流注理和流注理论论自持放自持放电电条件的比条件的比较较(1)(1)汤逊汤逊理理论论：自持放：自持放电电由阴极由阴极过过程来程来维维持；持；流注理流注理论论：依：依赖赖于空于空间间光光电电离。离。(2)(2)系数的物理意系数的物理意义义不同。不同。51.流注流注发发展展过过程程 初始初始电电子崩（子崩（电电子崩子崩头头部部电电子数达到一定数量）子数达到一定数量）电场电场畸畸变变和加和加强强；电电子崩子崩头头部正部正负负空空间电间电荷复合；荷复合；放射大量光子；放射大量光子；光光电电离；离；崩崩头处头处二次二次电电子（光子（光电电子）；子）；（向正空（向正空间电间电荷区运荷区运动动）碰撞游离；）碰撞游离；二次二次电电子崩；子崩；（二次（二次电电子崩子崩电电子跑到初崩正空子跑到初崩正空间电间电荷区域）流注荷区域）流注 。52.本本 节节 重重 点点1.汤逊汤逊放放电电理理论论和流注理和流注理论论的使用范的使用范围围；2.汤逊汤逊放放电电描述的描述的电电子崩子崩发发展展过过程；程；3.电电子碰撞游离系数子碰撞游离系数；4.汤逊汤逊理理论论的自持放的自持放电电条件及其物理解条件及其物理解释释；5.巴申定律及其在巴申定律及其在实际实际中的中的应应用；用；6.流流注注理理论论与与汤汤逊逊理理论论在在考考虑虑放放电电发发展展因因素素上的不同；上的不同；7.流注及其放流注及其放电电的的发发展展过过程；程；8.流注及自持放流注及自持放电电的形成条件。的形成条件。53.4 不均匀不均匀电场电场中的放中的放电过电过程程4.1 4.1 电场电场不均匀程度的划分不均匀程度的划分4.2 4.2 稍不均匀稍不均匀电场电场中的中的击击穿穿过过程程不均匀不均匀电场电场放放电过电过程程4.3 4.3 极不均匀极不均匀电场电场中的中的击击穿穿过过程程4.3.1 4.3.1 电晕电晕放放电电4.3.2 4.3.2 极性效极性效应应4.3.3 4.3.3 长间长间隙放隙放电电54.4.1 电场电场不均匀程度的划分不均匀程度的划分球隙的放球隙的放电电特性与极特性与极间间距离的关系距离的关系1-1-击击穿穿电压电压 2-2-电晕电晕起始起始电压电压 3-3-放放电电不不稳稳定区定区55.4.1 电场电场不均匀程度的划分（不均匀程度的划分（续续1）电电场场越越不不均均匀匀，击击穿穿电电压压和和电电晕晕起起始始电电压压之之间间的的差差别别越大；越大；从从放放电电观观点点看看：电电场场的的不不均均匀匀程程度度可可以以根根据据是是否否存存在在稳稳定的定的电晕电晕放放电电来区分；来区分；从从电场电场均匀程度看：可用均匀程度看：可用电场电场的不均匀系数划分的不均匀系数划分 f2 f4 f4时为时为极不均匀极不均匀电场电场。Emax：最大场强；Eav：平均场强56.4.2 稍不均匀稍不均匀电场电场中的中的击击穿穿过过程程稍稍不不均均匀匀电电场场中中的的放放电电过过程程与与均均匀匀电电场场相相似似，属属于于流流注注击击穿，穿，击击穿条件就是自持放穿条件就是自持放电电条件，无条件，无电晕产电晕产生。生。但但稍稍不不均均匀匀电电场场中中场场强强并并非非处处处处相相等等，电电离离系系数数是是空空间间坐坐标标x x的函数，因此自持放的函数，因此自持放电电条件条件为为:57.4.3 极不均匀极不均匀电场电场中的中的击击穿穿过过程程4.3.1 4.3.1 电晕电晕放放电电4.3.2 4.3.2 极性效极性效应应4.3.3 4.3.3 长间长间隙放隙放电电58.4.3.1 电晕电晕放放电电定定义义：由由于于电电场场强强度度沿沿气气隙隙的的分分布布极极不不均均匀匀，因因而而当当所所加加电电压压达达到到某某一一临临界界值值时时，曲曲率率半半径径较较小小的的电电极极附附近近空空间间的的电电场场强强度度首首先先达达到到了了起起始始场场强强E E0 0，因因而而在在这这个个局局部部区区域域出出现现碰碰撞撞电电离离和和电电子子崩崩，甚甚至至出出现现流流注注，这这种种仅仅仅仅发发生生在在强强场场区区（小小曲曲率率半半径径电电极极附附近近空空间间）的局部放的局部放电电称称为为电晕电晕放放电电。特特点点：电电晕晕放放电电是是极极不不均均匀匀电电场场特特有有的的自自持持放放电电形形式式，电电晕晕起起始始电电压压低低于于击击穿穿电电压压，电电场场越越不不均均匀匀其其差差值值越越大。大。59.4.3.1 电晕电晕放放电电v不良影响：不良影响：能量能量损损耗；通信干耗；通信干扰扰；化学腐；化学腐蚀蚀等。等。v解决方法：解决方法：增大增大电电极曲率半径；采用极曲率半径；采用扩扩径径导线导线等。等。v其它其它应应用：用：削削弱弱输输电电线线路路雷雷电电冲冲击击或或操操作作冲冲击击电电压压幅幅值值陡陡度度；制造臭氧；制造臭氧发发生器、生器、电晕电晕除除尘尘器等。器等。电晕电晕放放电电的起始的起始电压电压一般用一般用经验经验公式来推算，公式来推算，应应用最广的是皮克公式，用最广的是皮克公式，电晕电晕起始起始场场强强近似近似为为 m m：导线导线表面粗糙系数表面粗糙系数;:空气相空气相对对密度；密度；R:R:导线导线半径（半径（cmcm）60.4.3.2 极性效极性效应应极性效极性效应应 在极不均匀在极不均匀电场电场中，放中，放电电一定从曲率半径一定从曲率半径较较小的小的那个那个电电极表面开始，与极表面开始，与该电该电极极性无关。但后来的极极性无关。但后来的发发展展过过程、气隙的程、气隙的电电气气强强度、度、击击穿穿电压电压等都与等都与该电该电极的极的极性有密切的关系。极性有密切的关系。极不均匀极不均匀电场电场中的放中的放电电存在着明存在着明显显的极性效的极性效应应。极性决定于表面极性决定于表面电场较电场较强强的的电电极所具有的极所具有的电电位符号：位符号：v在两个在两个电电极几何形状不同极几何形状不同时时，极性取决于曲率半径，极性取决于曲率半径较较小的那小的那个个电电极的极的电电位符号，如位符号，如“棒棒-板板”气隙。气隙。v在两个在两个电电极几何形状相同极几何形状相同时时，极性取决于不接地的那个，极性取决于不接地的那个电电极极上的上的电电位，如位，如“棒棒-棒棒”气隙。气隙。