华北电力大学高电压技术第1讲 均匀电场气隙击穿

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1、高电压技术李卫国+80798486，60105052lwglixi@tom.com第1讲均匀电场气隙击穿一、气体放电的一般描述（一）气体放电的主要形式根据气体压力、电源功率、电极形状等因素的不同，击穿后气体放电可具有多种不同形式。利用放电管可以观察放电现象的变化辉光放电电弧放电火花放电电晕放电刷状放电2辉光放电当气体压力不大，电源功率很小（放电回路中串入很大阻抗）时，外施电压增到一定值后，回路中电流突增至明显数值，管内阴极和阳极间整个空间忽然出现发光现象特点是放电电流密度较小，放电区域通常占据了整个电极间的空间。霓虹管中的放电就是辉光放电的例子。管中所充气体本同，发光颜色也不同电

2、弧放电减小外回路中的阻抗，则电流增大，电流增大到一定值后，放电通道收细，且越来越明亮，管端电压则更加降低，说明通道的电导越来越大电弧通道和电极的温度都很高，电流密度极大，电路具有短路的特征3火花放电在较高气压（例如大气压力）下，击穿后总是形成收细的发光放电通道，而不再扩散于间隙中的整个空间。当外回路中阻抗很大，限制了放电电流时，电极间出现贯通两极的断续的明亮细火花火花放电的特征是具有收细的通道形式，并且放电过程不稳定电晕放电电极曲率半径很小或电极间距离很远，即电场极不均匀，则当电压升高到一定值后，首先紧贴电极在电场最强处出现发光层，回路中出现用一般仪表即可察觉的电流。随着电压升高，发

3、光层扩大，放电电流也逐渐增大发生电晕放电时，气体间隙的大部分尚未丧失绝缘性能，放电电流很小，间隙仍能耐受电压的作用4刷状放电电场极不均匀情况下，如电压继续升高，从电晕电极伸展出许多较明亮的细放电通道，称为刷状放电电压再升高，根据电源功率而转入火花放电或电弧放电，最后整个间隙被击穿如电场稍不均匀，则可能不出现刷状放电，而由电晕放电直接转入击穿5（二）非自持放电和自持放电外施电压小于UA时，电流微小，电流值由空间的游离电荷的数量和外加电压决定。游离电荷与光照射（含宇宙射线）的强度有关，产生在阴极表面和间隙空间，阴极表面产生的是自由电子，空间产生的是正负离子，通常阴极表面的电子数量大于空间

4、电荷数；电压加高则电荷移动速度加快，表现出电流加大。6外施电压小于UB时，空间产生的电荷完全移动到极板，故电流的大小决定于空间电荷的产生速度，当光照不变时，电流为常数。外施电压小于U0时，气体中发生了电离，此时空间电荷增多，电流增大。外施电压等于U0时，电离产生的电荷靠电场的作用已可自行维持，而不再继续需要外电离因素了。因此U0以后的放电形式也称为自持放电。此时的电压称为放电起始电压。7二、均匀电场中气体击穿的发展过程（一）汤逊气体放电理论1、电子崩的形成（过程）一个起始电子自电场获得一定动能后，会碰撞电离出一个第二代电子；这两个电子作为新的第一代电子，又将电离出新的第二代电子；这

5、样一代一代不断增加的过程，会使电子数目迅速增加，如同冰山上发生雪崩一样，因此也称为电子崩理论。电离系数：一个电子沿着电场方向行经1cm长度，平均发生的碰撞电离次数8设：在外电离因素光辐射的作用下，单位时间内阴极单位面积产生n0个电子（忽略空间产生的正负电荷）；在距离阴极为x的横截面上，单位时间内单位面积有n个电子飞过这n个电子行过dx之后，又会产生dn个新的电子将此式积分，可得电子的增长规律为间隙碰撞电离的数学推导9对于均匀电场，不随空间位置而变相应的电子电流增长规律为令x＝d，得进入阳极的电子电流，此即外回路中的电流2、过程电离系数：正离子向阴极移动，依靠它所具有的动能及位

6、能，引起阴极表面电离，使阴极释放出自由电子。表示折算到每个碰撞阴极表面的正离子，阴极金属平均释放出的自由电子数10由前推导可知，从阴极飞出的n0个电子，到达阳极后，电子数将增加为（注意此时的电子数包含初始电子n0）正离子数正离子到达阴极，从阴极电离出的电子数如果此时电离出的电子数为n0,放电则由非自持转入自持,条件为一次过程产生的正电荷数11物理意义：阴极表面的一个电子在整个碰撞过程中产生的正离子，在阴极表面又作用出一个电子。当自持放电条件得到满足时，就会形成图解中闭环部分所示的循环不息的状态，放电就能自己维持下去123、击穿电压、巴申定律由自持放电条件及碰撞电离系数可得放电电压

7、13巴申（Paschen）定律击穿电压与pd的规律称为巴申定律，这是在碰撞电离学说提出之前，从实验中总结出来的规律注意到这里有个最小值，这是考虑平均只有行程所导致的动能与碰撞次数的关系。动能大则电离系数大；密度大则碰撞次数多，电离系数也大。144、汤逊放电理论的适用范围汤逊放电理论的适用于小于0.26cm。但电力工程上经常接触到的是气压较高的情况（从一个大气压到数十个大气压），间隙距离通常也很大此时有四个不相符合：1.放电外形：均匀连续，如辉光放电——分枝