第五章_高电压与绝缘ppt课件.ppt

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1、第五章高电压工程与绝缘技术电气工程概论第一节气体放电理论及应用一、气体放电的主要形式（1）火花放电：常压附近的放电行为（2）辉光放电：低气压下的放电行为（3）电晕放电：极不均匀电场下的放电行为（4）电弧放电：强放电行为第一节气体放电理论及应用二、强电场下气体中载流子输运行为（一）载流子的产生过程1.碰撞电离（1）气体中粒子的相互碰撞与四种碰撞效应1）激发：电子制动2）电离：电子产生3）复合：电子消失4）附着：电子消失第一节气体放电理论及应用（2）电子碰撞电离与电离系数：基本条件（核外电子所获能量大于克服原子核束缚所需能量）根据物理学原理可以知道在气体中所有粒子的

2、相互碰撞中，与自由电子的碰撞最容易引起碰撞电离，电子的碰撞电离是把外电场能量传递给气体的最有效过程第一节气体放电理论及应用几个物理参数汤逊第一电离系数α(电子碰撞电离系数）描述α与E/p的关系：其中A是与分子半径以及温度有关的参数；r是气体分子半径；Ui是气体分子电离能第一节气体放电理论及应用第一节气体放电理论及应用汤逊第二电离系数β(离子碰撞电离系数）离子的质量远大于电子，因此离子碰撞电离系数远小于电子碰撞电离系数，因此离子碰撞电离对载流子的增殖效应几乎可以忽略。第一节气体放电理论及应用其他载流子倍增机理及表征参数光致电离：光子的能量大于气体分子电离能热电离：

3、当气体分子的温度很高，原子或分子的热运动能量足够大，高速运动的原子或分子相互碰撞时，也可导致气体分子碰撞电离，称为热电离。实际上只有当温度在上万摄氏度以上才可能有显著的热电离发生，所以热电离是极高温度下的现象电极表面发射：在较高电场下电极表面将向气体中发射电子，根据电场大小的不同，又可分为热发射和场致发射。第一节气体放电理论及应用附着电子效应与附着系数一些电子亲和力大的元素，不仅在生成化合物时易于形成负离子而且当它们以原子或分子状态存在时，如果遇到电子，也会吸附电子而形成负离子。为定量描写附着电子的作用过程，定义一个电子附着系数η，附着系数的含义是指在电场力作用

4、下电子运动单位距离附着于中性粒子的电子数，即生成的负离子数或电子数的减少影响附着系数的因素：气体成分，气体压力和外施电场强度（图5-2）电负性气体：附着系数大的气体（SF6和氟利昂气体等）第一节气体放电理论及应用第一节气体放电理论及应用为什么要研究这些过程？自由电子的产生机理：碰撞电离、光致电离、热电离以及电极表面发射等与其对立过程如复合和附着效应等是气体放电理论的基础，研究这些过程可以了解气体间隙中电流的激增过程以及与外施电压的关系，解释气体放电的各种现象和探求控制放电电压的途径。第一节气体放电理论及应用气体放电的基本理论气体放电的电子碰撞电离理论（20世纪初

5、由汤逊提出）基本思想：电子碰撞电离作用是气体放电时电流倍增的主要过程，而电极表面电子发射是维持自持放电的必要条件。碰撞电离的基本过程分析第一节气体放电理论及应用电子雪崩与电流倍增电子雪崩的产生过程：当电场足够强时，由于碰撞电离作用，气体中电子数目将由一个增为两个，两个增为四个，从阴极出发的一个电子，运动单位距离后就增加为2n个电子。（如图5-3所示）第一节气体放电理论及应用崩头崩尾发生电子碰撞电离时，电子和正离子是成对产生的，但电子速度快，所以电子位于接近正极的一面，称为崩头，而正离子速度慢，近似看成留在其产生的位置上，称为崩尾。第一节气体放电理论及应用第二节液

6、体和固体介质的电气特性表征电介质的常用参数电导率γ或绝缘电阻率ρ介电常数ε介质损耗角正切tanδ击穿电场强度Eb空间电荷分布第二节液体和固体介质的电气特性液体和固体介质的极化、电导和损耗电介质的极化：电介质在电场作用下，其束缚电荷相应于电场方向产生弹性位移现象和偶极子的取向现象。电介质极化的强弱可用介电常数的大小来表示，它与该电介质的极性强弱有关，还受到温度、外加电场频率等因素的影响第二节液体和固体介质的电气特性第二节液体和固体介质的电气特性极化形式电子位移极化：在外电场的作用下，构成原子外围的电子云相对原子核发生位移形成的极化，建立和消除电子极化时间极短，约为

7、10-15-10-16s，与温度无关。第二节液体和固体介质的电气特性原子极化：在外电场E作用下，构成分子的原子或原子团或离子发生相对移动形成的极化，极化时间10-12-10-13s第二节液体和固体介质的电气特性偶极子转向极化：当极性分子受外电场作用时，偶极子与电场的作用就会发生转向，由于偶极矩与电场方向相同时，偶极子的位能最小，于是就电介质整体来看，偶极矩不再等于零而出现沿外施电场方向的宏观偶极矩。极化时间10-10-10-2s第二节液体和固体介质的电气特性极性电介质的εr值与外施电场频率有较大的关系，频率太高时偶极子将来不及转动，因而其值变小温度对极性电介质的

8、εr值有很大的影响，温度