第二章-气体击穿的理论分析和空气间隙绝缘.pptx

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1、气体击穿的理论分析和空气间隙绝缘主讲人：高宇高电压与绝缘技术实验室天津大学电气与自动化工程学院主要内容2.1气体放电主要形式简介2.2带电质点的产生2.3带电质点的消失2.4均匀电场中气体击穿的发展过程2.5不均匀电场中气体击穿的发展过程2.6持续作用电压下空气的击穿电压2.7雷电冲击电压下空气间隙的击穿电压及伏秒特性2.8操作冲击电压下空气间隙的击穿电压2.9提高气体间隙击穿电压的措施空气中存在带电粒子（宇宙射线等辐射电离作用）。击穿：气体由绝缘态变为良导电态的过程。沿面闪络：气体-液体，气体-固体界面的击穿过程。击穿电压

2、：发生击穿的临界电压。击穿场强：击穿电压与间隙距离的比（介电强度）。第一节气体放电主要形式简介气体中流通电流的各种形式气体放电第一节气体放电主要形式简介辉光放电电弧放电火花放电电弧放电第一节气体放电主要形式简介第一节气体放电主要形式简介电晕放电刷形放电火花/电弧放电不均匀电场下第一节气体放电主要形式简介第二节带电质点的产生带电质点的产生是形成放电的基础。一、原子的激励和电离(一)原子的能级能级：根据原子中电子的能量状态，原子具有一系列可取的确定能量状态，称为能级。第二节带电质点的产生(二)原子的激励和电离原子核基态电子能量激

3、励电离电离能复合一次电离：中性原子失去最外层电子。第二节带电质点的产生(二)原子的激励和电离气体电离能N215.5O212.5CO213.7SF615.6H215.4H2O12.7第二节带电质点的产生二、气体中质点的自由行程：一个带电质点在向前行进1cm距离内，发生碰撞次数的倒数。第二节带电质点的产生二、气体中质点的自由行程受温度和气压影响电子的要比分子和离子的大得多的性质反映了带电质点自由运动的能力空气中电子平均自由行程0.1微米第二节带电质点的产生三、气体中带电质点的产生带电粒子的来源源于气体内部源于电极碰撞电离热

4、电离光电离正离子碰撞光电子发射热电子发射强场发射第二节带电质点的产生三、气体中带电质点的产生(一)碰撞电离中性原子电子E电子动能电离能气体中产生带电粒子的最主要原因第二节带电质点的产生三、气体中带电质点的产生(二)光电离中性原子光子能量电离能光子X射线、γ线第二节带电质点的产生三、气体中带电质点的产生(三)热电离—本质上与碰撞电离、光电离一致中性原子电子电子动能电离能高温在大电弧的情况下发生第二节带电质点的产生三、气体中带电质点的产生(四)负离子的形成E负极正极气体分子要有很高的电负性第二节带电质点的产生三、气体中带电质点的

5、产生(四)负离子的形成电子亲和能元素电子亲合能（eV）电负性值F4.034.0Cl3.743.0Br3.652.8I3.302.5第二节带电质点的产生四、金属表面电离(一)正离子碰撞阴极E负极正极正离子电子正离子的能量与金属电极的逸出功的关系第二节带电质点的产生四、金属表面电离(一)正离子碰撞阴极一些金属的逸出功金属逸出功（eV)铝4.08银4.73铜4.7铁4.48氧化铜5.34正离子从金属中释放自由电子的概率为0.01数量级第二节带电质点的产生四、金属表面电离(二)光电效应光子也可能被反射、吸收(热能)，仅一小部分使电子

6、逸出E负极正极第二节带电质点的产生四、金属表面电离(三)场致发射一般气隙中不会发生，在高气压、高真空条件下可能存在E负极正极电场阈值第二节带电质点的产生四、金属表面电离(三)热电子发射E负极正极加热第三节带电质点的消失E负极正极带电粒子消失的三条途径：复合、扩散和中和复合中和扩散第四节均匀电场中气体击穿的发展过程一、非自持放电和自持放电非自持放电：去掉外电离因素后放电随即停止。自持放电：仅由电场的作用而维持的放电自持放电起始电压第四节均匀电场中气体击穿的发展过程二、汤逊气体放电理论(一)过程引起的电流1、电子崩的形成E负极正

7、极初始电子碰撞电离电子倍增碰撞电离电子崩崩头崩尾第四节均匀电场中气体击穿的发展过程2、过程引起的电流电子碰撞电离系数α1cm，碰撞电离平均次数电子数：电流：第四节均匀电场中气体击穿的发展过程3、的分析α的定义E增大，α急剧增大；p很大或很小时，α均很小。第四节均匀电场中气体击穿的发展过程3、的分析第四节均匀电场中气体击穿的发展过程3、的分析第四节均匀电场中气体击穿的发展过程(二)、及过程同时引起的电流1.过程过程:正离子沿电场方向行经1cm时，平均发生的碰撞电离次数。过程:正离子碰撞阴极，气体空间形成的光子引发的电极表面光电

8、离。第四节均匀电场中气体击穿的发展过程2、及过程同时引起的电流单位时间内阴极单位面积产生电子总数：到达阳极后的电子总数为：于是可建立关系式：第四节均匀电场中气体击穿的发展过程3、系数的大致数值于是可得：第四节均匀电场中气体击穿的发展过程(三)、均匀电场中的击穿电压1.自持放电条件在均匀电场