高电压-气体放电的基本物理过程.ppt

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1、第2章气体放电的基本物理过程高电压工程基础1第2章气体放电的基本物理过程高压电气设备绝缘的介质-----气体、液体、固体及其复合介质气体绝缘介质的优点:1.不存在老化问题2.击穿后具有完全的绝缘自恢复特性3.气体放电理论比液体与固体介质的击穿理论要完整得多高电压工程基础2主要内容气体中带电质点的产生和消失气体放电的两种理论两种理论自持放电的条件不均匀电场中气体放电的特点高电压工程基础3气体放电在电场作用下，气隙中带电粒子的形成和运动过程气隙中带电粒子是如何形成的？气隙中的导电通道是如何形成的？气隙中导电通道形成后是如何维持持续放电的？高电压工程基础4原子激励和电离原子能级以电子伏为单位

2、1eV＝1V×1.6×10-19C＝1.6×10-19J原子激励原子在外界因素作用下，其电子跃迁到能量较高的状态，所需能量称为激励能We激励状态恢复到正常状态时，辐射出相应能量的光子，光子（光辐射）的频率2.1带电质点的产生与消失5原子电离：原子在外界因素作用下，使其一个或几个电子脱离原子核的束缚而形成自由电子和正离子的过程称为原子的电离电离过程所需要的能量称为电离能Wi（ev），也可用电离电位Ui（v）Ui=Wi/e几种气体和金属蒸汽的激励电位和电离电位气体激励能We(eV)电离能Wi(eV)气体激励能We(eV)电离能Wi(eV)N2O2H26.17.911.215.612.515

3、.4CO2H2OSF610.07.66.813.712.815.66一、气体中带电质点的产生和消失气体中带电质点的产生（一）气体分子的电离可由下列因素引起：（1）高温下气体中的热能（热电离）（2）各种光辐射（光电离）（3）电子或正离子与气体分子的碰撞电离（二）金属（阴极）的表面电离（三）负离子的形成7热电离因气体热状态引起的电离过程称为热电离气体分子的平均动能和气体温度的关系为在它们相互碰撞时，就可能引起激励或电离室温下,气体分子平均动能十分小,热电离概率低在高温下(大于10000K时)，例如发生电弧放电时，气体温度可达数千度，气体分子动能就足以导致发生明显的碰撞电离波尔茨曼常数1.38

4、×10-23J/K热力学温度8光电离光辐射引起的气体分子的电离过程称为光电离自然界、人为照射、气体放电过程当气体分子受到光辐射作用时，如光子能量满足下面条件，将引起光电离，分解成电子和正离子光辐射能够引起光电离的临界波长（即最大波长）为对所有气体来说，在可见光（400750nm）的作用下，一般是不能直接发生光电离的;紫外线也只能使少数低电离电位的金属蒸气发生光电离;只有波长更短的X射线、γ射线才能使气体发生光电离普朗克常数6.63×10-34J·s9碰撞电离气体放电中，碰撞电离主要是电子和气体分子碰撞而引起的在电场作用下，电子被加速而获得动能。当电子的动能满足如下条件时，将引起碰掩电离

5、me——电子的质量；ve——电子的速度；Wi——气体分子的电离能。碰撞电离的形成与电场强度和平均自由行程的大小有关碰撞电离主要以电子为主10原子中电子在外界因素的作用下可跃迁到能级较高的外层轨道，称之为激励，所需的能量称为激励能原子或分子在激励态再获得能量而发生电离称为分级电离，此时所需能量为Wi-We通常分级电离的概率很小，因为激励态是不稳定的表2-1几种气体的电离能和激励能（eV）高电压工程基础分级电离气体电离能激励能N215.56.1O212.57.9CO213.710.0SF615.66.8H2O12.77.6潘宁电离——电光源11电极（阴极）表面电子逸出阴极发射电子的过程逸出功

6、：使电子从金属表面逸出需要一定的能量，称为逸出功(与金属的微观结构、金属表面状态有关)金属表面电离有多种方式，即可以有多种方法供给电子以逸出金属所需的能量表2-2一些金属的逸出功（eV）一些金属的逸出功金属逸出功铝1.8银3.1铜3.9铁3.9氧化铜5.312电极（阴极）表面电子逸出（1）正离子碰撞阴极正离子碰撞阴极时使电子逸出金属（传递的能量要大于逸出功）。逸出的电子有一个和正离子结合成为原子，其余的成为自由电子。因此正离子必须碰撞出两个及以上电子时才能出现自由电子（2）光电子发射金属表面受到光的照射，当光子的能量大于逸出功时，金属表面放射出电子（紫外光照射电极）（3）强场发射（冷发射

7、）阴极附近所加外电场足够强时，使阴极发射出电子（＞106V/cm）（4）热电子发射当阴极被加热到很高温度时，其中的电子获得巨大动能，逸出金属（1）正离子撞击阴极（2）光电子发射（3）强场发射（4）热电子发射13气体中负离子的形成高电压工程基础电子与气体分子或原子碰撞时，也有可能发生电子附着过程而形成负离子，并释放出能量，称为电子亲合能。电子亲合能的大小可用来衡量原子捕获一个电子的难易，越大则越易形成负离子。元素电子亲合能（eV）电负