《汤逊放电理论》PPT课件

《《汤逊放电理论》PPT课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、华北电力大学高电压绝缘技术王胜辉华北电力大学电气与电子工程学院高压教研室2012年2月§4均匀电场中气体击穿的发展过程一.自持放电、非自持放电1.非自持放电：如去掉外电离因素的作用后放电随即停止的放电。UU0时，气体发生了强烈的电离，电流剧增，气体的电离仅靠电场的作用可自行维持，而不再继续需要外部的电离因素了。1）在OA阶段：间隙中的电流随着电压的升高而逐渐增加。其原因在于电压上升，电场增加，带电质点的运动速度较快，

2、复合的几率减小，故更多的带电质点落入到极板间，所以电流上升。2）AB阶段：电流基本保持不变。其原因在于，这是间隙中几乎所有的带电质点都落入到了极板中，而外界电离因素单位时间内产生的自由电子数是一定的，所以电流并不随电压的增加而增加。3）BC阶段：电流随这电压的上升而上升。此时出现了新的电离因素，因为此时的电压已经较高，在高场强下产生了碰撞电离，产生了新的带电质点，所以电流增加。4）C阶段以后：电流急剧增加，这时由于电场强度很高，间隙发生了击穿，放电达到了自持。放电过程分析二.汤逊气体放电理论汤逊放电理论的理论

3、要点电子碰撞电离和正离子撞击阴极产生的金属表面电离是使带电质点激增，并导致击穿的主要因素。击穿电压大体上是的函数.两种气体放电理论汤逊放电理论：低气压短间隙流注放电理论：高气压长间隙（一）电子崩（electronavalanche）外界电离因子在阴极附近产生一个初始电子如果空间的电场强度足够大，该电子在向阳极运动时就会引起碰撞电离，产生出一个新电子，初始电子和新电子继续向阳极运动，又会引起新的碰撞电离，产生出更多的电子。依次类推，电子数将按几何级数不断增多，象雪崩似的发展,这种急剧增大的空间电流被称为电子崩。

4、ddxxn0nna（二）电子碰撞电离系数α根据碰撞电离系数α的定义，可得分离变量并积分，可得均匀电场，α不随x变化抵达阳极的电子数1.α过程引起的电流将的两边都乘以电子电荷及电极的面积，得到相应的电子电流增长的规律为：式中，------外电离因素引起的起始光电流；则外回路中的电流为：●对上式的分析：①在仅有α过程时，若，则。也即去掉外电离因素，放电随即停止，该放电是非自持放电。②在α不变的情况下（电极间的电场和气体的状态不变），则电极间的电流与极间距离为指数关系。1.α过程引起的电流当电极间距离在一定范围内时

5、，在单对数坐标系中，电流和极间距离的关系为一倾斜的直线，此直线的斜率就是。2.α系数的计算3.电子电离系数α的分析影响α的因素：气体的种类、电场的强度、电子的自由行程（气体的状态）有关。为便于分析，进行如下的假设：(1)每次碰撞时电子失去自己的全部动能，然后从速度为零的起始状态重新被电场加速。(2)在电场作用下，电子的驱引速度比热运动速度大得多，故忽略后者。又由于已假定每次碰撞时电子都失去全部动能，所以可认为，在均匀电场中，两次碰撞之间，电子均沿电场方向作直线运动。(3)当电子动能小于气体分子的电离能时，每次

6、碰撞都不会使分子发生电离，而当电子动能大于气体分子的电离能时，每次碰撞必定使分子电离。推导：①若使得气体分子发生电离，则自由电子运动的距离后所积累的动能必须大于气体分子的电离能，也即：或也即只有那些自由行程大于的电子才能引起碰撞电离的过程②而电子的自由行程大于的概率为：，而在1cm的长度内，一个自由电子的平均碰撞（注意不一定引起电离）的次数为③因而电离碰撞的次数为：，也即电离系数α。④因而有：⑤气体的温度不变时，平均自由程和气体的压力成反比，，并令，可得：写出更一般的表达式：上式的意义：α系数与电场强度以及气

7、体的压力有关。实验结果（三）α及γ过程同时引起的电流1.γ过程β系数：一个正离子沿着电场方向行经1厘米长度，平均发生的碰撞电离次数。因而和电子相比，正离子在间隙中造成的空间电离过程(β过程)不可能具有显著的作用。γ过程：2.α过程和γ过程同时引起的电流γ系数：一个正离子撞击阴极表面产生的二次自由电子量。上述产生的二次电子同样可引起气体空间的电离。上式中：：阴极表面单位时间和单位面积上由于过程而产生的自由电子数。：阴极表面单位时间和单位面积上产生的自由电子数。：阴极表面单位时间和单位面积上由于外界电离因素而产生

8、的自由电子数。则阴极表面的个自由电子，到达阳极后，电子数将增加为：上述过程中产生的正离子的数量为：，因为除去从阴极上释放出的自由电子，每个新增的自由电子都伴随产生一个正离子，因而有由上述的三式可得：因此回路中的电流为：由于，注意：将该式与仅考虑α过程的电流表达式进行对比分析。2.α过程和γ过程同时引起的电流计算方法：①先由d较小的直线部分得到α系数，然后由上式从d较大时电流增加更快的这个部分来决定γ