高电压是技术课件.ppt

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1、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：1.1.1带电质点的产生1.1.2带电质点的消失1.1.3电子崩与汤逊理论1.1.4巴申定律与适用范围1.1.5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

2、微弱的电离而产生少量的带电质点。正常状态下气体的电导很小，空气还是性能优良的绝缘体；在出现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：热电离光电离碰撞电离分级电离电子在电场中的运动轨迹视频链接（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，产生光电离式中：：光的波长；：

3、光速；：气体的电离能光子来源外界高能辐射线气体放电本身(1-2)（3）碰撞电离电子或离子在电场作用下加速所获得的动能（）与质点电荷量(e)、电场强度（）以及碰撞前的行程()有关．即(1-3)式中：：电子的电荷量；：外电场强度；：电子移动的距离(1-4)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，电离条件为为使碰撞能导致电离，质点在碰撞前必须经过的距离为：式中为气体的电离电位，在数值上与以eV为单位的相等的大小取决于场强E，增大气体中的场强将使值减少。可见提高外加电压将使碰撞电离的概率和强度增大。(1-4)（4）分级电离当逸出功<<电

4、离能时，阴极表面电离可在下列情况下发生：正离子撞击阴极表面光电子发射强场发射热电子发射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

5、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。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：带电质点受电场力的作用流入电极；带电质点因扩散而逸出气体放电空间；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。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；复合也可能发生在正离子和负离子之间，称为离子复合，其

6、结果是产生两个中性分子。带电质点的复合返回1.1.3电子崩与汤逊理论气体放电现象与规律因气体的种类、气压和间隙中电场的均匀度而异。但气体放电都有从电子碰撞电离开始发展到电子崩的阶段。（1）非自持放电和自持放电的不同特点宇宙射线和放射性物质的射线会使气体发生微弱的电离而产生少量带电质点；另一方面、负带电质点又在不断复合，使气体空间存在一定浓度的带电质点。因此，在气隙的电极间施加电压时，可检测到微小的电流。1、放电的电子崩阶段由图1-3可见，（1）在I-U曲线的OA段：气隙电流随外施电压的提高而增大，这是因为带电质点向电极运动的速度加快导致复合率减小。当电压接近时，电流趋于饱和，因为此时由外电

7、离因素产生的带电质点全部进入电极，所以电流值仅取决于外电离因素的强弱而与电压无关图1－3气体间隙中电流与外施电压的关系（2）在I-U曲线的B、C点：电压升高至时，电流又开始增大，这是由于电子碰撞电离引起的，因为此时电子在电场作用下已积累起足以引起碰撞电离的动能。电压继续升高至时，电流急剧上升，说明放电过程又进入了一个新的阶段。此时气隙转入良好的导电状态，即气体发生了击穿。图1－3气体间隙中电流与外施电压的关系（3）在I-