均匀电场中的气体击穿

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1、高电压技术李化leehua@mail.hust.edu.cn第1篇电介质的电气特性1气体电介质的绝缘特性1.1气体中带电粒子的产生和消失1.2均匀电场中气体的击穿1.3不均匀电场中气体的击穿1.4气体间隙的稳态击穿电压1.5雷电冲击作用下气体间隙的击穿1.6操作冲击作用下气体间隙的击穿1.7大气条件对间隙击穿电压的影响1.8提高气体间隙击穿电压的措施1.9沿面放电2课程回顾31.1气体中带电粒子的产生和消失气体电离的条件？种类？W>Wi,碰撞电离；光电离；热电离；表面电离电极表面逸出电子的条件？途径？W>Wi，正离子撞击阴极，光电子发射，强场发射，热电子发射电负性气体？电负性与电气强度的

2、关系？电负性表征分子吸引电子的能力，分子吸附电子成为负离子；电负性越好，吸引电子能力越好，电子越少，对放电越不利，所以电气强度好，即绝缘性能好。课程回顾气体放电的主要形式辉光放电电晕放电刷状放电电弧放电火花放电注：辉光放电、电晕放电、刷状放电时间隙未击穿，火花放电和电弧放电均是间隙击穿后的放电现象1气体电介质的绝缘特性1.1气体中带电粒子的产生和消失1.2均匀电场中气体的击穿1.3不均匀电场中气体的击穿1.4气体间隙的稳态击穿电压1.5雷电冲击作用下气体间隙的击穿1.6操作冲击作用下气体间隙的击穿1.7大气条件对间隙击穿电压的影响1.8提高气体间隙击穿电压的措施1.9沿面放电51.2均匀

3、电场中气体的击穿61.2.1非自持放电和自持放电外电离因素：天然辐射或人工光源电场作用气体中的电压和电流关系非自持放电——去掉外电离因素的作用后放电随即停止；自持放电——不需要外界因素，仅由电场作用而维持的放电过程。71.2均匀电场中气体的击穿1.2.1非自持放电和自持放电试验分析：当U

4、始电压81.2均匀电场中气体的击穿1.2.2汤逊放电理论-低气压短间隙均匀电场E阴极阳极崩头大、崩尾小初始电子碰撞电离电子倍增碰撞电离电子崩崩头崩尾光照射一、电子崩的形成9α系数电子沿电场方向行进单位长度，发生的平均碰撞电离次数β系数γ系数正离子碰撞阴极表面，逸出的自由电子平均数正离子沿电场方向行进单位长度，发生的平均碰撞电离次数电子崩离子崩阴极发射电子离子体积、质量大，平均自由行程短，发生碰撞电离可能性比电子小得多，可忽略该过程。α对应单位长度内新电离的自由电子数1.2均匀电场中气体的击穿1.2.2汤逊放电理论-电子崩的形成一、电子崩的形成101.2均匀电场中气体的击穿1.2.2汤逊放

5、电理论-α过程n个电子行过dx之后，会产生dn个新的电子对于均匀电场，不随空间位置而变新产生的电子数和正离子数为放电可否自持？111.2均匀电场中气体的击穿1.2.2汤逊放电理论-过程新产生电子数：过程到达阴极的正离子数从阴极电离出的电子数121.2均匀电场中气体的击穿1.2.2汤逊放电理论-自持放电的条件⑴汤逊理论的自持放电条件物理意义：一个电子从阴极到阳极途中因碰撞电离（α过程）而产生的正离子数为eαd－1，这批正离子在阴极上造成的二次自由电子数（γ过程）应为γ(eαd－1)，如果它等于1，就意味着那个初始电子有了一个后继电子，从而使放电得以自持。γ(eαd－1)＝1131.2

6、均匀电场中气体的击穿1.2.2汤逊放电理论-自持放电的条件不够直观，不适合工程直接应用外界电离因子阴极表面电离气体空间电离碰撞电离电子崩α过程气体中的自由电子在电场中加速阴极表面二次发射(γ过程）正离子14物理意义引起碰撞电离的必要条件只有那些自由行程超过xi＝Ui/E的电子，才能与分子发生碰撞电离。自由行程大于xi的概率为电离碰撞次数Wi、Ui分别为气体分子的电离能和电离电位若电子的平均自由行程为，在单位长度内，一个电子的平均碰撞次数为1/。x=0处，n0个电子沿电力线运动，前进x后，剩余n个电子未发生碰撞，则在（x,x+dx）内发生碰撞的电子数为自由行程分布15气体温度不变时，1

7、/＝AP代入自持放电的临界条件式中，16由于对取了两次对数，Ub对的变化不敏感，因此Ub取决于P与d的乘积。结论：均匀电场中气体的击穿电压Ub是气压和电极间距离的乘积（pd）的函数。击穿电压与Pd的规律在汤逊碰撞电离学说提出之前，巴申已从实验中总结出来了，汤逊理论从理论上解释了试验结果。从曲线可以看出，存在一个最小值，此时击穿电压最低。1889年，巴申完成了他的著名实验。1.2均匀电场中气体的击穿1.2.2巴申定律-巴申曲线1