高电压技术一章

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1、第一篇电介质的电气强度主讲人：吴广宁教授西南交通大学成都电介质在电气设备中作为绝缘材料使用，按其物质形态，可分为：¾气体介质¾液体介质¾固体介质在电气设备中:外绝缘:一般由气体介质(空气)和固体介质(绝缘子)联合构成。内绝缘:一般由固体介质和液体介质联合构成。在电气作用下，电介质中出现的电气现象可分为两大类:¾弱电场—电场强度比击穿场强小得多极化、电导、介质损耗等¾强电场—电场强度等于或大于放电起始场强或击穿场强放电、闪络、击穿等本篇内容©第一章气体的绝缘特性与介质的电气强度©第二章液体的绝缘特性与介质的

2、电气强度©第三章固体的绝缘特性与介质的电气强度第一章气体的绝缘特性与介质的电气强度研究气体放电的目的：¾了解气体在高电压（强电场）作用下逐步由电介质演变成导体的物理过程¾掌握气体介质的电气强度及其提高方法本章内容©1.1气体放电的基本物理过程©1.2气体介质的电气强度©1.3固体绝缘表面的气体沿面放电©习题与思考题返回1.1气体放电的基本物理过程高压电气设备中的绝缘介质有气体、液体、固体以及其它复合介质。由于气体绝缘介质不存在老化的问题，在击穿后也有完全的绝缘自恢复特性，再加上其成本非常廉价，因此气体成为

3、了在实际应用中最常见的绝缘介质。气体击穿过程的理论研究虽然还不完善，但是相对于其他几种绝缘材料来说最为完整。因此，高电压绝缘的论述一般都由气体绝缘开始。本节内容：¾1.1.1带电质点的产生¾1.1.2带电质点的消失¾1.1.3电子崩与汤逊理论¾1.1.4巴申定律与适用范围¾1.1.5不均匀电场中的气体放电返回1.1.1带电质点的产生气体放电是对气体中流通电流的各种形式统称。由于空气中存在来自空间的辐射，气体会发生微弱的电离而产生少量的带电质点。¾正常状态下气体的电导很小，空气还是性能优良的绝缘体；¾在出现

4、大量带电质点的情况下，气体才会丧失绝缘性能。1、气体中电子与正离子的产生电离是指电子脱离原子核的束缚而形成自由电子和正离子的过程。电离可一次完成，也可以是先激励再电离的分级电离方式。电离方式可分为：¾热电离¾光电离视频链接¾碰撞电离电子在电场中的运动轨迹¾分级电离（1）热电离常温下，气体分子发生热电离的概率极小。气体中发生电离的分子数与总分子数的比值m称为该气体的电离度。下图为不同温度下空气和SF6气体的热电离程度。图1-1不同温度下空气和气体的热电离程度（2）光电离当满足以下条件时，产生光电离hcλ≤(

5、1-2)Wi式中：¾λ：光的波长；¾c：光速；¾Wi：气体的电离能外界高能辐射线光子来源{气体放电本身（3）碰撞电离电子或离子在电场作用下加速所获得的动能12（mv）与质点电荷量(e)、电场强度（E）以2及碰撞前的行程()有关．即x12mv=eEx(1-3)2高速运动的质点与中性的原子或分子碰撞时，如原子或分子获得的能量等于或大于其电离能，则会发生电离。因此，电离条件为eExW≥(1-4)i式中：¾e：电子的电荷量；¾E：外电场强度；¾x：电子移动的距离为使碰撞能导致电离，质点在碰撞前必须经过的距离为：W

6、Uiix==(1-4)iqEEe式中Ui为气体的电离电位，在数值上与以eV为单位的Wi相等xi的大小取决于场强E，增大气体中的场强将使xi值减少。可见提高外加电压将使碰撞电离的概率和强度增大。（4）分级电离当逸出功<<电离能时，阴极表面电离可在下列情况下发生：¾正离子撞击阴极表面¾光电子发射¾强场发射¾热电子发射2、电极表面的电子逸出逸出功——使电子从金属表面逸出需要的能量。不同金属的逸出功不同，如表1-2所示：电子从电极表面逸出所需的能量可通过下述途径获得：（1）正离子撞击阴极（2）光电子发射（3）强场

7、发射（4）热电子发射3、气体中负离子的形成附着：电子与气体分子碰撞时，不但有可能引起碰撞电离而产生出正离子和新电子，也可能发生电子附着过程而形成负离子。负离子的形成并未使气体中带电粒子的数目改变，但却能使自由电子数减少，因而对气体放电的发展起抑制作用。电子亲合能：使基态的气体原子获得一个电子形成负离子时所放出的能量，其值越大则越易形成负离子。电子亲合能未考虑原子在分子中的成键作用，为了说明原子在分子中吸引电子的能力，在化学中引入电负性概念。电负性：一个无量纲的数，其值越大表明原子在分子中吸引电子的能力越大

8、。表l-3列出了卤族元素的电子亲合能与电负性数值返回1.1.2带电质点的消失带电质点的消失可能有以下几种情况：¾带电质点受电场力的作用流入电极；¾带电质点因扩散而逸出气体放电空间；¾带电质点的复合。带电质点的复合复合：当气体中带异号电荷的粒子相遇时，有可能发生电荷的传递与中和，这种现象称为复合。¾复合可能发生在电子和正离子之间，称为电子复合，其结果是产生一个中性分子；¾复合也可能发生在正离子和负离子之间，称为离子复合，其结果是