4流注放电.pptx

华北电力大学华北电力大学高电压绝缘技术王胜辉华北电力大学华北电力大学 电气与电子工程学院电气与电子工程学院高压教研室高压教研室 20122012年年2 2月月 工程中面对的往往是高气压、长气隙的情况。汤逊理论并工程中面对的往往是高气压、长气隙的情况。汤逊理论并不适用，应当用流注理论解释。不适用，应当用流注理论解释。三三.气体击穿流注理论（气体击穿流注理论（streamerstreamer）（一）、（一）、研究方法及实验现象研究方法及实验现象试验手段：试验手段：云室或高速摄影等技术云室或高速摄影等技术1 初始电子崩照片初始电子崩照片 电子崩在空气中的发展速度约为电子崩在空气中的发展速度约为 厘米厘米/秒。秒。（一）（一）、研究方法及实验现象研究方法及实验现象2 初始电子崩转变为流注瞬间的照片初始电子崩转变为流注瞬间的照片 这个新出现的电离特强的放电区域称为流注，它迅速由这个新出现的电离特强的放电区域称为流注，它迅速由阳极向阳极向阴极阴极发展，故称为正流注。发展，故称为正流注。流注流注的发展速度较同样条件下电子崩的发展速度要大一个数量的发展速度较同样条件下电子崩的发展速度要大一个数量级级(厘米厘米/秒秒)。2.若间隙上电压比击穿电压高很多，也观察到负流注若间隙上电压比击穿电压高很多，也观察到负流注(或阴极流或阴极流 注注)的形成。的形成。这时电子崩在间隙中经过很短一段距离后，立刻转入流注阶段，流注随即迅这时电子崩在间隙中经过很短一段距离后，立刻转入流注阶段，流注随即迅 速向阳极发展。速向阳极发展。1.电子崩是沿着电力线直线地发展的，而流注却会出现曲折的分支电子崩是沿着电力线直线地发展的，而流注却会出现曲折的分支。电子崩可以同时有多个互不影响地向前发展，但当某个流注由于偶然的电子崩可以同时有多个互不影响地向前发展，但当某个流注由于偶然的原因向前发展得更快时，其周围的流注会受到抑制原因向前发展得更快时，其周围的流注会受到抑制，火花击穿途径就具有细火花击穿途径就具有细通道的形式，并带有分支，而不是模糊的一片了。通道的形式，并带有分支，而不是模糊的一片了。1 流注特点流注特点（一）一）、研究方法及实验现象研究方法及实验现象3.间隙的放电过程先从间隙的放电过程先从电子崩电子崩开始，然后电子崩转为开始，然后电子崩转为流注流注，从而实现击穿。，从而实现击穿。工程中面对的往往是高气压、长气隙的情况。汤逊理论并工程中面对的往往是高气压、长气隙的情况。汤逊理论并不适用，应当用流注理论解释。不适用，应当用流注理论解释。（二）流注理论（二）流注理论2.强调了空间电荷对原有电场的影响强调了空间电荷对原有电场的影响适用条件为：适用条件为：流注理论的要点流注理论的要点 1.碰撞电离和空间光电离是维持自持碰撞电离和空间光电离是维持自持放电的主要因素放电的主要因素 1.空间电荷对原有电场的影响空间电荷对原有电场的影响 电子崩的头部集中着大部分的正离电子崩的头部集中着大部分的正离子和几乎全部电子。原有均匀场强在电子和几乎全部电子。原有均匀场强在电子崩前方和尾部处都增强了。子崩前方和尾部处都增强了。x(a)(b)EE0dE0（二）（二）.流注理论流注理论1.电子的迁移速度比正离子的要大两个数量级电子的迁移速度比正离子的要大两个数量级，出现了大量的空间电荷，崩头最前面集中着电子出现了大量的空间电荷，崩头最前面集中着电子,其后直到尾部则是正离子，而其外形则好似球头其后直到尾部则是正离子，而其外形则好似球头的锥体。的锥体。2.当电子崩发展到足够程度后，空间电荷将使外当电子崩发展到足够程度后，空间电荷将使外电场明显畸变，大大加强了崩头及崩尾的电场而电场明显畸变，大大加强了崩头及崩尾的电场而削弱了崩头内正、负电荷区域之间的电场削弱了崩头内正、负电荷区域之间的电场。3.崩头前后，电场明显增强，有利于发生分子和崩头前后，电场明显增强，有利于发生分子和离子的激励现象，当它们从激励状态回复到正常离子的激励现象，当它们从激励状态回复到正常状态时，就将放射出光子。崩头内部正、负电荷状态时，就将放射出光子。崩头内部正、负电荷区域之间电场大大削弱，则有助于发生复合过程区域之间电场大大削弱，则有助于发生复合过程,同样也将发射出光子。同样也将发射出光子。（二）（二）.流注理论流注理论 1.空间电荷对原有电场的影响空间电荷对原有电场的影响（二）（二）.流注理论流注理论空间电荷对电场的畸变作用：空间电荷对电场的畸变作用：1）大大加强了电子崩头部的电场）大大加强了电子崩头部的电场2）加强了崩尾的电场）加强了崩尾的电场3）消弱了崩头内正、负电荷区间的电场）消弱了崩头内正、负电荷区间的电场 由于崩头的前后的电场明显增强，有利于发生分子和离子由于崩头的前后的电场明显增强，有利于发生分子和离子的激励现象，当他们从的激励现象，当他们从激励态回复到正常状态激励态回复到正常状态时，将辐射出大时，将辐射出大量的量的光子光子；正、负电荷区间之间的电场大大消弱，有助于正、负电荷区间之间的电场大大消弱，有助于复合复合，也将，也将发射出发射出光子光子。上述电场对放电的影响上述电场对放电的影响光子光子空间光电离空间光电离（三（三)流注的形成流注的形成1.正流注的形成正流注的形成1）外电离因素从阴极释放出的电子向阳极运动，形成）外电离因素从阴极释放出的电子向阳极运动，形成电子崩。电子崩。2）随着电子崩向前发展，其头部的电离过程越来越强烈。当）随着电子崩向前发展，其头部的电离过程越来越强烈。当电子崩走完整个间隙后，头部空问电荷密度已如此之大，以电子崩走完整个间隙后，头部空问电荷密度已如此之大，以致大大加强了尾部的电场，并向周围致大大加强了尾部的电场，并向周围放射出大量光子放射出大量光子。3）这些光子引起了）这些光子引起了空间光电离空间光电离，新形成的光电子被主电子崩，新形成的光电子被主电子崩头部的正空间电荷所吸引，在受到畸变而加强了的电场中，头部的正空间电荷所吸引，在受到畸变而加强了的电场中，又激烈地造成了新的电子崩，称为又激烈地造成了新的电子崩，称为二次电子崩二次电子崩。二次电子崩。二次电子崩向主电子崩向主电子崩汇合汇合，其头部的电子进入主电子崩头部的正空间，其头部的电子进入主电子崩头部的正空间电荷区电荷区(主电子崩的电子已大部进入阳极了主电子崩的电子已大部进入阳极了)，由于这里电场，由于这里电场强度较小，电子大多形成负离子。强度较小，电子大多形成负离子。正流注的形成过程正流注的形成过程大量的正、负带电质点构成了等离子体，这就是所谓大量的正、负带电质点构成了等离子体，这就是所谓正流注正流注。4）流注通道）流注通道导电性良好导电性良好，其头部又是二次电子崩形成的，其头部又是二次电子崩形成的正正电荷电荷，因此流注头部前方出现了很强的电场。同时，由于，因此流注头部前方出现了很强的电场。同时，由于很多二次电子崩汇集的结果，流注头部电离过程蓬勃发展，很多二次电子崩汇集的结果，流注头部电离过程蓬勃发展，向周围放射出大量光子，向周围放射出大量光子，继续引起空间光电离继续引起空间光电离。于是在流。于是在流注前方出现了注前方出现了新的二次电子崩新的二次电子崩，它们被吸引向流注头部，它们被吸引向流注头部，从而延长了流注通道从而延长了流注通道。这样，。这样，流注不断向阴极推进流注不断向阴极推进，且随，且随着流注接近阴极，其头部电场越来越强，因而其发展也越着流注接近阴极，其头部电场越来越强，因而其发展也越来越快。来越快。5）当流注发展到阴极后，整个间隙就被电导良好的等离子）当流注发展到阴极后，整个间隙就被电导良好的等离子通道所贯通，于是间隙的击穿完成。通道所贯通，于是间隙的击穿完成。正流注的形成过程正流注的形成过程2.负流注的形成负流注的形成形成条件：如果外施电压比击形成条件：如果外施电压比击穿电压高，则电子崩穿电压高，则电子崩不需经过整不需经过整个间隙，个间隙，其头部电离程度已足于其头部电离程度已足于形成流注了，流注形成后，向阳形成流注了，流注形成后，向阳极发展，所以称为负流。极发展，所以称为负流。注意：负流注发展中，由于电注意：负流注发展中，由于电子的运动受到电子崩留下的正电子的运动受到电子崩留下的正电荷的牵制。所以其发展速度较正荷的牵制。所以其发展速度较正流注的要小。当流注贯通整个间流注的要小。当流注贯通整个间隙后，击穿就完成了。隙后，击穿就完成了。图图2-3 流柱形成过程流柱形成过程(a)(b)(c)2.负流注的形成负流注的形成 出现流注后，放电便获得独立继续发展的能力，而不在出现流注后，放电便获得独立继续发展的能力，而不在依赖外界电离因子的作用可见依赖外界电离因子的作用可见出现流注的条件也就是自持放出现流注的条件也就是自持放电条件。电条件。（五）均匀电场中的击穿条件（五）均匀电场中的击穿条件只有初始电子崩头部的电荷达到一定的数量，使得电场只有初始电子崩头部的电荷达到一定的数量，使得电场畸变到一定的程度，能造成足够的空间光电离后，方能转入流注。畸变到一定的程度，能造成足够的空间光电离后，方能转入流注。（四）流注理论对（四）流注理论对pd很大时的放电的解释很大时的放电的解释1.放电外形放电外形2.放电时间放电时间3.阴极材料的影响阴极材料的影响具有通道形式：流注的屏蔽作用具有通道形式：流注的屏蔽作用放电时间特别短：光子以光速传播，二次崩跳跃式发展放电时间特别短：光子以光速传播，二次崩跳跃式发展和阴极材料基本无关和阴极材料基本无关