高电压技术第一章第五节气体放电的流注理论.ppt

第一章 气体放电的基本物理过程,第一节 带电粒子的产生和消失 第二节 电子崩 第三节 自持放电条件 第四节 起始电压与气压的关系 第五节 气体放电的流注理论电 第六节 不均匀电场中的放电过程 第七节 放电时间和冲击电压下的气隙击穿 第八节 沿面放电和污闪事故,本章主要内容,汤逊理论的适用范围, 适用范围,均匀场、低气压、短气隙 pd36.66kPa cm(20mmHg cm), 局限性,pd较大时，解释现象与实际不符,放电外形 汤逊理论解释：放电外形均匀，如辉光放电； pd大时的实际现象：外形不均匀，有细小分支； 放电时间：Tpd大T汤逊 击穿电压：Ubpd大Ub汤逊 阴极材料影响 汤逊理论解释：阴极材料对放电有影响(过程）； pd大时的实际现象：阴极材料对放电无影响；,第五节 气体放电的流注理论,气体击穿的流注放电理论,对象：工程上感兴趣的压力较高的气体击穿，比如雷电放电并不存在金属电极，因而与阴极上的过程和二次电子发射根本无关。 特点：认为电子碰撞电离及空间光电离是维持自持放电的主要因素，并强调了空间电荷畸变电场（使原来均匀的电场变成了不均匀电场）的作用 放电过程,电子崩阶段,流注阶段,气体击穿,电离形成二次电子崩，等离子体,空间电荷畸变外电场,第五节 气体放电的流注理论,返回, 流注理论中的电子崩过程, 电子崩外形,电子崩外形 好似球头的锥体，空间电荷分布极不均匀，电子崩中的电子数：nex,例如，正常大气条件下，若E30kVcm，则11cm-1，计算随着电子崩向阳极推进，崩头中的电子数,电子崩中空间电荷的浓度分布,第五节 气体放电的流注理论,返回, 空间电荷对原有电场的影响,x,空间电荷的电场,合成电场,电子崩,均匀电场E0,电子崩头部 电场明显增强，电离过程强烈，有利于发生分子和离子的激励现象，当它们回复到正常状态时，发射出光子。,崩头内部正负电荷区域 电场大大削弱，但电子和正离子浓度却是最大，有助于发生复合过程，发射出光子。,大大加强了崩头及崩尾的电场，削弱了崩头内正、负电荷区域之间的电场,第五节 气体放电的流注理论, 流注的形成,流注电离强度和发展速度远大于初始电子崩的新放电区（二次电子崩）以及它们不断汇入初崩通道的过程。,1：主电子崩 2：二次电子崩, 二次电子崩的形成,主崩走完整个间隙后，大密度的头部正离子空间电荷大大加强了后部的电场，并向周围放射出大量光子 光子引起空间光电离，其中电子被主电子崩头部的正空间电荷所吸引，在畸变而加强了的电场中，造成了新的电子崩，称为二次电子崩,光子,第五节 气体放电的流注理论,返回, 正流注,条件：当外加电压击穿电压,二次电子崩中的电子进入主电子崩头部的正空间电荷区（电场强度较小），大多形成负离子。大量的正、负带电质点构成了等离子体，这就是正流注, 正流注体的形成,1：主电子崩； 2：二次电子崩； 3：流注,流注通道导电性良好，其头部又是二次电子崩形成的正电荷，因此流注头部前方出现了很强的电场,第五节 气体放电的流注理论,返回, 正流注向阴极推进,流注头部的电离，放射出大量光子，继续引起空间光电离。流注前方出现新的二次电子崩，它们被吸引向流注头部，延长了流注通道 流注不断向阴极挺进，且随着流注接近阴极，其头部电场越来越强，因而其发展也越来越快 流注发展到阴极，间隙被导电良好的等离子通道所贯通，间隙的击穿完成，这个电压就是击穿电压,第五节 气体放电的流注理论,返回, 负流注,1：主电子崩； 2：二次电子崩； 3：流注,条件：当外加电压击穿电压,电压较低时，电子崩需经过整个间隙才能积聚到足够的电子数形成流注；电压较高时，电子崩不需经过整个间隙，其头部电离程度已足以形成流注 主电子崩头部的电离很强烈，光子射到主崩前方，在前方产生新的电子崩，主崩头部的电子和二次崩尾的正离子形成混合通道，形成向阳极推进的流注，称为负流注 间隙中的正、负流注可以同时向两极发展。,第五节 气体放电的流注理论,返回,电子崩是沿着电力线直线发展，流注会出现曲折的分支 电子崩可以同时有多个互不影响地向前发展 汤逊放电是弥散的一片，流注放电有明亮的细通道,第五节 气体放电的流注理论,返回, 流注理论击穿过程的总结,由阳极向阴极(正流注)或由阴极向阳极(负流注)击穿,强电场作用下,发生碰撞电离,畸变电场,发射光子,流注高速的向 电极挺进,电子崩,气隙间有效电子,形成等离子通道（流注）,产生新电子崩（二次崩）,二次崩不断汇入主崩,第五节 气体放电的流注理论,返回, 流注理论在均匀电场中的自持放电条件,流注形成的条件就是自持放电条件,初崩头部空间电荷数必须达到某一临界值 既: ed常数 或d常数（ed为电子崩头部的电子数） 实验所得初崩头部的电子数要达到108时，放电才能转为自持。,一旦形成流注，放电就进入了新的阶段，放电可以由本身产生的空间光电离而自行维持，即转入自持放电； 如果电场均匀，间隙就将被击穿。所以流注形成的条件就是自持放电条件，在均匀电场中也就是导致击穿的条件。,流注形成的条件,第五节 气体放电的流注理论,返回, 流注理论对pd 较大时放电现象的解释, 放电外形,现象： pd 较大时，放电不均匀，有分支，有细小的通道 解释：二次电子崩在空间的形成和发展带有统计性，所以火花通道常是曲折的，并带有分枝, 放电时间,现象： 放电时间极短 解释：光子以光