高电压-气体放电的基本物理过程课件.ppt

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1、高电压工程基础第二章气体放电的基本物理过程任课教师：赵彤山东大学电气工程学院气体电介质液体电介质固体电介质电介质在电气设备中作为绝缘材料使用，按其物质形态，可分为三类：高电压工程基础外绝缘一般由气体电介质(空气)和固体介质(绝缘子)联合构成在电气设备中：高电压工程基础内绝缘一般由固体电介质和液体电介质联合构成了解气体在强电场(高电压)作用下逐步由电介质演变成导体的物理过程。研究气体放电的目的：高电压工程基础电气设备中常用的气体介质：空气、压缩的高电气强度气体(如SF6)掌握气体介质的电气强度及其提高方法。输电线路以空气作为绝缘材料高电压工程基础变压器相间绝缘以气体作为绝缘材料高电压工

2、程基础高电压工程基础空气在正常情况下导电率很小，为良绝缘体。但气体间隙上的电压过高时，气体会由绝缘状态转变为良导体，这种现象称为气体击穿。一旦电压解除后,气体电介质能自动恢复绝缘状态，且不存在老化现象。高电压工程基础击穿电压：气体间隙击穿时的最低临界电压。击穿场强是表征气体间隙绝缘性能的重要参数。击穿场强：均匀电场中击穿电压与间隙距离之比。平均击穿场强：不均匀电场中击穿电压与间隙距离之比。高电压工程基础气体放电:气体中流通电流的各种形式。因气体压力、电源功率、电极形状等因素的影响，放电具有多种形式：辉光放电：气压较低(远小于1大气压)，电源功率很小时，放电充满整个间隙。火花放电：大气

3、压下，电源功率很小时，间隙间歇性击穿，放电通道细而明亮时断时续。电弧放电：大气压下，电源功率较大时，放电具有明亮、持续的细致通道。电晕放电：极不均匀电场中，高电场强度电极附近出现发光薄层。刷状放电：由电晕电极伸出的明亮而细的断续的放电通道。高电压工程基础电晕放电高电压工程基础高电压工程基础一、带电质点的产生与消失二、放电的电子崩阶段三、自持放电条件四、不均匀电场中气体放电的特点高电压工程基础第二章气体放电的基本物理过程高电压工程基础激励(激发)：当原子获得外部能量，一个或若干个外层电子跃迁到离原子核较远的轨道上去的现象。激励需要外界给原子一定的能量，称为激励能。产生带电质点的物理过程

4、称为电离(游离)，是气体放电的首要前提。2.1带电质点的产生与消失电离(游离)：若原子从外界获得的能量足够大，以致使一个或几个电子摆脱原子核的束缚形成自由电子和正离子，这一过程称为电离。电离所需的能量称为电离能Wi，通常用电子伏(eV)表示，有时也用电离电位Ui表示，Ui=Wi/e(e为电子的电荷量)。高电压工程基础电离的方式：碰撞电离光电离热电离分级电离金属表面电离电极表面带电质点的产生电极空间带电质点的产生（空间电离）1、气体中电子与正离子的产生（空间电离）（1）碰撞电离高电压工程基础电子或离子在电场作用下加速所获得的动能与质点的电荷(e)、电场强度(E)以及碰撞前的行程(x)有

5、关，即：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，这种由碰撞而引起的电离称为碰撞电离。（1）碰撞电离高电压工程基础即使满足碰撞电离条件,也不一定每次碰撞都引起电离——引入“自由行程”概念。自由行程：一个质点在每两次碰撞间自由通过的平均距离。碰撞电离是气体放电过程中产生带电质点的最重要的方式，由电子引起的电离占主要地位。电子：自由行程大，获取的动能大；质量小，弹性碰撞时几乎不损失动能。离子：自由行程短，碰撞间获得的动能少；碰撞时损失动能。（2）光电离高电压工程基础由光辐射引起的气体分子的电离过程，称为光电离。即当气体分子受到光辐射时

6、，若光子能量大于气体分子电离能，则可能引起气体分子的光电离。普朗克常数6.63×10-34J·s频率为v的光子能量：因为大气层的阻挡，阳光到达地面的波长λ≥290nm（可见光波长为380~780nm），因此，普通阳光照射不足以引起气体分子的光电离。例如波长为300nm的紫外线，其光波能量为：（3）热电离高电压工程基础气体在热状态下引起的电离过程称为热电离。热电离本质：高速运动的气体分子的碰撞电离和光电离，只不过能量不是来自电场而是气体分子本身的热能。气体分子平均动能与分子温度的关系：常温下(T=300K)，不足以引起空气的热电离；当发生电弧放电时，气体温度达到数千度以上，可能导致热电

7、离。波尔茨曼常数1.38×10-23J/K热力学温度热电离实质上是热状态产生的碰撞电离和光电离的综合。（4）分级电离高电压工程基础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We。激励能比电离能小，原子或分子有可能在外界给予的能量小于Wi但大于We时发生激励。气体电离能激励能N215.56.1O212.57.9CO213.710.0SF615.66.8H2O12.77.6原子或分子在激励态再获得能量而发生电离称为