高电压技术-第一章第五节-气体放电的流注理论PPT课件.ppt

We are located in CHENGDUSEEISEEISchool of Electrical Engineering and InformationSchool of Electrical Engineering and Information Sichuan University We are located in CHENGDUSEEISEEISchool of Electrical Engineering and InformationSchool of Electrical Engineering and Information Sichuan University 第一章第一章 气体放气体放电的基本物理的基本物理过程程1-We are located in CHENGDUSEEISEEISchool of Electrical Engineering and InformationSchool of Electrical Engineering and Information Sichuan University 第第一一节节 带电带电粒子的粒子的产产生和消失生和消失第第二二节节 电电子崩子崩第三第三节节 自持放自持放电电条件条件第四第四节节 起始起始电压电压与气与气压压的关系的关系第五第五节节 气体放气体放电电的流注理的流注理论电论电第六第六节节 不均匀不均匀电场电场中的放中的放电过电过程程第七第七节节 放放电时间电时间和冲和冲击电压击电压下的气隙下的气隙击击穿穿第八第八节节 沿面放沿面放电电和和污闪污闪事故事故本章主要内容2-We are located in CHENGDUSEEISEEISchool of Electrical Engineering and InformationSchool of Electrical Engineering and Information Sichuan University 汤逊理论的适用范围 适用范围均匀场、低气压、短气隙 pd36.66kPa cm(20mmHg cm)局限性pd较大时，解释现象与实际不符放电外形 汤逊理论解释：放电外形均匀，如辉光放电；pd大时的实际现象：外形不均匀，有细小分支；放电时间：Tpd大T汤逊击穿电压：Ubpd大Ub汤逊阴极材料影响 汤逊理论解释：阴极材料对放电有影响(过程）；pd大时的实际现象：阴极材料对放电无影响；第五节 气体放电的流注理论3-We are located in CHENGDUSEEISEEISchool of Electrical Engineering and InformationSchool of Electrical Engineering and Information Sichuan University 气体击穿的流注放电理论u对象：工程上感兴趣的压力较高的气体击穿，比如雷电放电并不存在金属电极，因而与阴极上的过程和二次电子发射根本无关。u特点：认为电子碰撞电离及空间光电离是维持自持放电的主要因素，并强调了空间电荷畸变电场（使原来均匀的电场变成了不均匀电场）的作用u放电过程 电子崩阶段流注阶段气体击穿电离形成二次电子崩，等离子体空间电荷畸变外电场第五节 气体放电的流注理论返回4-We are located in CHENGDUSEEISEEISchool of Electrical Engineering and InformationSchool of Electrical Engineering and Information Sichuan University 流注理论中的电子崩过程 电子崩外形x-+u电子崩外形 好似球头的锥体，空间电荷分布极不均匀，电子崩中的电子数：nexx(cm)0.20.30.40.50.60.70.80.91.0n92781245735220866341993059874p例如，正常大气条件下，若E30kVcm，则11cm-1，计算随着电子崩向阳极推进，崩头中的电子数电子崩中空间电荷的浓度分布 第五节 气体放电的流注理论返回5-We are located in CHENGDUSEEISEEISchool of Electrical Engineering and InformationSchool of Electrical Engineering and Information Sichuan University 空间电荷对原有电场的影响-+xx空间电荷的电场 合成电场 电子崩 均匀电场E0p电子崩头部 电场明显增强，电离过程强烈，有利于发生分子和离子的激励现象，当它们回复到正常状态时，发射出光子。p崩头内部正负电荷区域 电场大大削弱，但电子和正离子浓度却是最大，有助于发生复合过程，发射出光子。u大大加强了崩头及崩尾的电场，削弱了崩头内正、负电荷区域之间的电场第五节 气体放电的流注理论6-We are located in CHENGDUSEEISEEISchool of Electrical Engineering and InformationSchool of Electrical Engineering and Information Sichuan University 流注的形成u流注电离强度和发展速度远大于初始电子崩的新放电区（二次电子崩）以及它们不断汇入初崩通道的过程。1：主电子崩 2：二次电子崩 二次电子崩的形成u主崩走完整个间隙后，大密度的头部正离子空间电荷大大加强了后部的电场，并向周围放射出大量光子u光子引起空间光电离，其中电子被主电子崩头部的正空间电荷所吸引，在畸变而加强了的电场中，造成了新的电子崩，称为二次电子崩光子第五节 气体放电的流注理论返回7-We are located in CHENGDUSEEISEEISchool of Electrical Engineering and InformationSchool of Electrical Engineering and Information Sichuan University 正流注u条件：当外加电压击穿电压u二次电子崩中的电子进入主电子崩头部的正空间电荷区（电场强度较小），大多形成负离子。大量的正、负带电质点构成了等离子体，这就是正流注 正流注体的形成1：主电子崩；2：二次电子崩；3：流注p流注通道导电性良好，其头部又是二次电子崩形成的正电荷，因此流注头部前方出现了很强的电场第五节 气体放电的流注理论返回8-We are located in CHENGDUSEEISEEISchool of Electrical Engineering and InformationSchool of Electrical Engineering and Information Sichuan University 正流注向阴极推进u流注头部的电离，放射出大量光子，继续引起空间光电离。流注前方出现新的二次电子崩，它们被吸引向流注头部，延长了流注通道u流注不断向阴极挺进，且随着流注接近阴极，其头部电场越来越强，因而其发展也越来越快u流注发展到阴极，间隙被导电良好的等离子通道所贯通，间隙的击穿完成，这个电压就是击穿电压第五节 气体放电的流注理论返回9-We are located in CHENGDUSEEISEEISchool of Electrical Engineering and InformationSchool of Electrical Engineering and Information Sichuan University 负流注1：主电子崩；2：二次电子崩；3：流注u条件：当外加电压击穿电压u电压较低时，电子崩需经过整个间隙才能积聚到足够的电子数形成流注；电压较高时，电子崩不需经过整个间隙，其头部电离程度已足以形成流注u主电子崩头部的电离很强烈，光子射到主崩前方，在前方产生新的电子崩，主崩头部的电子和二次崩尾的正离子形成混合通道，形成向阳极推进的流注，称为负流注u间隙中的正、负流注可以同时向两极发展。第五节 气体放电的流注理论返回10-We are located in CHENGDUSEEISEEISchool of Electrical Engineering and InformationSchool of Electrical Engineering and Information Sichuan University u电子崩是沿着电力线直线发展，流注会出现曲折的分支u电子崩可以同时有多个互不影响地向前发展u汤逊放电是弥散的一片，流注放电有明亮的细通道第五节 气体放电的流注理论返回11-We are located in CHENGDUSEEISEEISchool of Electrical Engineering and InformationSchool of Electrical Engineering and Information Sichuan University 流注理论击穿过程的总结由阳极向阴极(正流注)或由阴极向阳极(负流注)击穿强电场作用下发生碰撞电离畸变电场发射光子流注高速的向电极挺进电子崩气隙间有效电子形成等离子通道（流注）产生新电子崩（二次崩）二次崩不断汇入主崩第五节 气体放电的流注理论返回12-We are located in CHENGDUSEEISEEISchool of Electrical Engineering and InformationSchool of Electrical Engineering and Information Sichuan University 流注理论在均匀电场中的自持放电条件u流注形成的条件就是自持放电条件u初崩头部空间电荷数必须达到某一临界值既:ed常数 或d常数（ed为电子崩头部的电子数）p实验所得初崩头部的电子数要达到108时，放电才能转为自持。p一旦形成流注，放电就进入了新的阶段，放电可以由本身产生的空间光电离而自行维持，即转入自持放电；p如果电场均匀，间隙就将被击穿。所以流注形成的条件就是自持放电条件，在均匀电场中也就是导致击穿的条件。u流注形成的条件第五节 气体放电的流注理论返回13-We are located in CHENGDUSEEISEEISchool of Electrical Engineering and InformationSchool of Electrical Engineering and Information Sichuan University 流注理论对pd 较大时放电现象的解释 放电外形u现象：pd 较大时，放电不均匀，有分支，有细小的通道u解释：二次电子崩在空间的形成和发展带有统计性，所以火花通道常是曲折的，并带有分枝 放电时间u现象：放电时间极短u解释：光子以光速传播，所以流注发展速度极快，这就可以说明pd很大时放电时间特别短的现象 阴极材料的影响u现象：放电与阴极材料无关u解释：pd很大时，维持放电自持的是空间光电离，而不是阴极表面的电离过程返回第五节 气体放电的流注理论返回14-