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1、高电压工程基础第第2 2章章 气体放电的基本物理过程气体放电的基本物理过程 2.1 带电粒子的产生与消失 2.2 放电的电子崩阶段 2.3 自持放电条件 2.4 不均匀电场中放电的极性效应1第1页/共21页高电压工程基础2.1 带电粒子的产生与消失带电粒子的产生与消失 气体中电子与正离子的产生气体中电子与正离子的产生 （1）热电离）热电离波尔茨曼常数1.3810-23J/K 热力学温度（2）光电离）光电离普朗克常数6.6310-34Js （3）碰撞电离）碰撞电离2第2页/共21页高电压工程基础（4）分级电离）分级电离气体电离能激励能N215.56.1O212.57.9CO213.710.0SF
2、615.66.8H2O12.77.6潘宁效应，如下图，混合气体的击穿强度低于这两种气体各自的击穿强度。3第3页/共21页高电压工程基础 电极表面的电子逸出电极表面的电子逸出 一些金属的逸出功金属逸出功铝1.8银3.1铜3.9铁3.9氧化铜5.3（1）正离子撞击阴极 （2）光电子发射（3）强场发射 （4）热电子发射4第4页/共21页高电压工程基础 气体中负离子的形成气体中负离子的形成 电子亲合能：可用来衡量原子捕获一个电子的难易，越大则越易形成负离子。元素电子亲合能（eV）电负性值F3.454.0Cl3.613.0Br3.362.8I3.062.5 负离子的形成使自由电子数减少，因而对放电发展起
3、抑制作用。5第5页/共21页高电压工程基础 带电质点的消失带电质点的消失 （1）带电质点的扩散）带电质点的扩散 带电质点从浓度较大的区域向浓度较小的区域的移动，从而使浓度变得均匀的过程，称为带电质点的扩散（2）带电质点的复合）带电质点的复合 带异号电荷的质点相遇，发生电荷的传递和中和而还原为中性质点的过程，称为复合。6第6页/共21页高电压工程基础2.2 放电的电子崩阶段放电的电子崩阶段 非自持放电和自持放电的不同特点非自持放电和自持放电的不同特点 电流随外施电压的提高而增大，因为带电质点向电极运动的速度加快复合率减小 电流饱和，带电质点全部进入电极，电流仅取决于外电离因素的强弱（良好的绝缘状
4、态）电流开始增大，由于电子碰撞电离引起的 电流急剧上升放电过程进入了一个新的阶段（击穿）外施电压小于U0时的放电是非自持放电。电压到达U0后，电流剧增，间隙中电离过程只靠外施电压已能维持，不再需要外电离因素。自持放电起始电压7第7页/共21页高电压工程基础 电子崩的形成（电子崩的形成（BC段电流剧增原因）段电流剧增原因）电子碰撞电离系数电子碰撞电离系数：代表一个电子沿电力线方向行经1cm时平均发生的碰撞电离次数。8第8页/共21页高电压工程基础 影响碰撞电离的因素影响碰撞电离的因素1cm长度内一个电子的平均碰撞次数为1/：电子平均自由行程碰撞引起电离的概率碰撞电离的条件9第9页/共21页高电压
5、工程基础2.3 自持放电条件自持放电条件 pd 值较小的情况（汤逊）值较小的情况（汤逊）（1）汤逊自持放电判据（2）气体击穿的巴申定律（3）气体密度对击穿的影响 10第10页/共21页高电压工程基础 pd 值较大的情况（流注）值较大的情况（流注）原电场明显畸变 二次电子的主要来源是空间的光电离（1）流注的形成条件11流注放电特点：第11页/共21页高电压工程基础（2）流注自持放电条件（即形成流注的条件）汤逊放电理论与流注放电理论的比较：汤逊放电理论与流注放电理论的比较：流注理论可以解释汤逊理论无法说明的pd值大时的放电现象。两种理论各适用于一定条件的放电过程，不能用一种理论取代另一种理论。12
6、第12页/共21页半径为r的球间隙的放电特性与极间距d的关系 高电压工程基础2.4 不均匀电场中气体放电的特点不均匀电场中气体放电的特点 稍不均匀电场和极不均匀电场的不同特点稍不均匀电场和极不均匀电场的不同特点放电具有稍不均匀场间隙的特点击穿电压与电晕起始电压相同 放电具有极不均匀场间隙的特点电晕起始电压明显低于击穿电压 放电过程不稳定，分散属于过渡区 13第13页/共21页高电压工程基础极不均匀电场中的电晕放电极不均匀电场中的电晕放电（1）电晕放电的起始场强是气体相对密度；m1表面粗糙度系数，理想光滑导线取1，绞线0.80.9；好天气时m2=1，坏天气时m2可按0.8估算。14第14页/共2
7、1页高电压工程基础（2）电晕放电的危害与对策危害：危害：功率损耗、电磁干扰、噪声污染对策对策：（：（限制导线的表面场强限制导线的表面场强）采用分裂导线。对330kV及以上的线路应采用分裂导线，例如330，500和750kV的线路可分别采用二分裂、四分裂和六分裂导线。15第15页/共21页高电压工程基础（2）电晕放电的利用 在某些情况下可以利用电晕放电产生的空间电荷来改善极不均匀场的电场分布，以提高击穿电压。导线板电极的空气间隙击穿电压（有效值）与间隙距离的关系1D=0.5mm 2D=3mm 3D=16mm 4D=20mm 虚线尖-板电极间隙 点划线均匀场间隙16第16页/共21页高电压工程基础
8、 不均匀电场中放电的极性效应不均匀电场中放电的极性效应负极性棒板间隙的电晕起始电压比正极性棒板电极低负极性棒板间隙击穿电压比正极性棒板电极高 17第17页/共21页高电压工程基础2.5 放电等离子体放电等离子体等离子体：带正电荷粒子和带负电荷粒子几乎等量混合，整体呈电中性的一种集合体。等离子体的分类：（1）等温等离子体：电子温度与离子温度、气体温度相等时的等离子体称为等温等离子体。（2）不等温等离子体：电子温度与离子温度、气体温度不相等时的等离子体称为不等温等离子体。18第18页/共21页高电压工程基础2.5 放电等离子体放电等离子体等离子体的术语：（1）缓和时间（2）德拜半径（3）电子等离子体振动（4）磁场中等离子体粒子（5）电导率19第19页/共21页高电压工程基础2.5 放电等离子体放电等离子体平衡等离子体：等温等离子体中离子、电子和中性气体分子的平均热运动动能相等，与各自的成分无关，处于热平衡状态，称为平衡等离子体。非平衡等离子体：在电子和离子的碰撞过程中，由于电子与离子的质量相差很大，电子只能把很少一部分能量传给离子。电子虽然在碰撞过程中损失掉小部分能量，但很快又会从外电场获得能量。因此，电子温度高于离子温度，形成所谓的非平衡态等离子体。20第20页/共21页21感谢您的观看。第21页/共21页