尖-板放电和沿面放电.pdf

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1、试验二尖-板放电和沿面放电一、实验目的1．掌握尖-板放电和沿面放电的基本概念。2．观察尖-板气隙放电击穿、气体沿面放电等现象及其特点。3．了解气体放电的原理和气体放电的现象和形式、影响因素及伴随的效应。4．认识其发展过程及影响击穿电压的各主要因素，加深对气体放电理论的理解。二、实验预习概念：电离；撞击电离；光电离；电晕；电子崩；流注；先导放电；自持放电；滑闪放电；沿面放电；电击穿；热击穿，雷电放电。判断：空气是绝缘介质；电晕放电的现象；尖板放电是不均匀电场造成的；沿面放电是特殊的气体放电，沿面放电的三个阶段；沿面闪络电压小于气隙击穿电压。相关

2、知识点：电场、介质极化、偶极子、介电常数、气隙击穿、帕邢定律、汤森德放电理论、流注放电理论、电晕放电、伏秒特性、大气过电压、内部过电压。三、实验内容1.测量尖-板放电中不同气隙间距的击穿电压，并观察气隙击穿的现象及伴随的效应。2.观察固体绝缘介质（玻璃）表面气隙击穿实验现象、实验特性和伴随的实验效应。1)刷状放电的观察2)滑闪放电的观察3)沿面闪络的观察四、实验仪器1．实验开关指示操作台。2．量程（0—600）V电压表。3．接触调压器TDGC-10/0.5，输入220V，输出（0-250）V。4．试验变压器YDJ-10（100/0.22）kV

3、。5．50cm绝缘水电阻。6．交流尖—板放电装置：尖极、板极、塑料屏障、滑轨、标尺。7．沿面放电实验装置：圆柱电极一对、玻璃板。8．接地线。五、尖-板放电和沿面放电实验原理1．气体带电质点的产生纯净的中性状态的气体是不导电的,只有在气体中出现了带电质点(电子、离子等)以后，才能导电，并在电场的作用下，发展成各种形式的气体放电现象。气体中带电质点的来源为：一是气体分子本身发生电离；二是气体中的固体或液体金属发生表面电离。当外界加入的能量很大，使电子具有的能量超过最远轨道的能量时，电子就跳出原子轨道之外，成为自由电子。这样，就使原来的一个中性原子

4、变成一个自由电子和一个带正电荷的离子，这种现象称为电离。达到电离所需要的最小能量称为电离能。电离的形式有：撞击电离；光电离；热电离；表面电离；负离子的形成。2.电子崩的形成在气隙电场作用下，电子向阳极方向加速运动，动能增加。同时，电子在其运动过程中不断和气体分子碰撞。当电场很强，电子所积累的能量达到能产生撞击电离时，就能引起撞击电离。分子电离后新产生的电子和离子又将从气隙电场获得动能，继续参与到撞击电离过程中，电离过程就像雪崩似地增长起来，电子数目激增，形成电子崩，放电电流也随之有较大的增长。由于电子的迁移速率要比正离子的大两个数量级，因此在

5、电子崩发展过程中，正离子相对于电子来说可看成是静止的。同时由于电子的扩散用，电子崩在其发展过程中半径逐渐增大。这样电子崩中出现了大量的空间电荷，崩头最前面集中着电子，其后直到尾部则是正离子，形成球头状的锥体，如图4-1所示：图4-1电子崩形成示意图在场强小于某临界值时，这种电子崩还必须有赖于外界因素所造成的原始电离才能持续和发展，这种放电为非自持放电。当场强超过临界值时，电子崩可以仅由电场的作用而自行维持和发展，不必再有赖于外界电离因素了，这种放电称为自持放电。由非自持放电转入自持放电的场强称为临界场强，相应的电压为临界电压。在大体均匀的电场

6、中，各处的场强差异不大，任意一处一旦形成自持放电，自持放电会很快地发展到整个间隙，气隙即被击穿，击穿电压实际上就等于形成自持放电的临界电压。在很不均匀的电场中，放电过程就相当复杂，下文将给出。3．气体放电及击穿⑴．气体在正常情况下绝缘性能良好（带电粒子很少）；⑵．气体质点获得足够的能量（大于其电离能）后，将会产生电离，生成正离子和电子；⑶．气体质点获得能量的途径有：粒子撞击、光子激励、分子热碰撞；⑷．气隙中除了有气体质点游离产生的带电粒子外，还存在金属电极表面的逸出电子；⑸．气隙加上电场，气隙中的带电粒子将顺电场方向加速运动，造成大量的粒子碰

7、撞，但产生气体质点游离的撞源粒子是电子；⑹．气隙上的电场足够强时，撞击电离产生的电子又会成为撞源粒子，从而形成电子崩；⑺．气隙之间存在的大量带电粒子会形成空间电荷区，空间电荷的存在会改变气隙间的电场分布；⑻．气隙在强电场作用下，产生强烈电离，并发展到自持放电，气隙就被击穿。4.气体放电的影响因素空气间隙的放电电压与电压性质、电极形状、大气条件等因素有关。间隙间施加交流电场或直流电场，所表现出的击穿特性及恢复特性都不相同；交流电场实际上是一个大小和极性都在不断变化的电场，如果是针板间隙，则肯定是在最容易击穿的极性下被击穿，交流快过零时气隙间电弧

8、熄灭，气隙绝缘的恢复至少存在半个周期的恢复时间；直流电场的极性不发生改变，如果施加于针板间隙，会随所加极性的不同而表现出强烈的极性效应。由于不同形状的电极间电场均匀