《气体击穿理论》ppt课件

1、高电压绝缘技术高电压绝缘技术第二章第二章气体击穿实际气体击穿实际齐齐 波波: 80798601: 80798601、1082752310827523办公室：教办公室：教5 5楼楼B413B413：lqicb163lqicb163HV & EMC Laboratory North China Electric Power University概述概述1 1：电力系统和电气设备中常用气体作为绝缘介质：电力系统和电气设备中常用气体作为绝缘介质2 2：气体绝缘要处理的问题主要是如何选择适宜的：气体绝缘要处理的问题主要是如何选择适宜的绝缘间隔以及如何提高气体间隙的击穿电压绝缘间隔以及如何提高气体间隙的击

2、穿电压3 3：气体击穿电压与电场分布、电压种类、气体形：气体击穿电压与电场分布、电压种类、气体形状有关状有关4 4：实际至今很不完善，对某些情况下的击穿电压：实际至今很不完善，对某些情况下的击穿电压无法实现准确的计算无法实现准确的计算5 5：工程设计问题常借助于各种实验规律分析处理：工程设计问题常借助于各种实验规律分析处理或直接由实验决议或直接由实验决议HV & EMC Laboratory North China Electric Power University名词解释名词解释气体放电：气体中流通电流的各种方式气体放电：气体中流通电流的各种方式的统称的统称击穿：气体由绝缘形状突变为良导电形

3、击穿：气体由绝缘形状突变为良导电形状的过程状的过程沿面闪络：发生在气体与液体或气体与沿面闪络：发生在气体与液体或气体与固体的交界面上的击穿过程击穿和沿固体的交界面上的击穿过程击穿和沿面闪络统称放电面闪络统称放电HV & EMC Laboratory North China Electric Power University沿沿 面面 放放 电电HV & EMC Laboratory North China Electric Power University名名 词词 解解 释释击穿电压闪络电压：发生击穿或闪络击穿电压闪络电压：发生击穿或闪络的最低临界电压击穿电压与闪络电压统称的最低临界电压击穿

4、电压与闪络电压统称放电电压放电电压击穿场强：均匀电场中击穿电压与间隙间隔击穿场强：均匀电场中击穿电压与间隙间隔之比：反映了气体耐受电场作用的才干：介之比：反映了气体耐受电场作用的才干：介电强度电强度自持放电：去掉外电离要素的作用后放电随自持放电：去掉外电离要素的作用后放电随即停顿即停顿非自持放电：仅靠电场的作用而维持的放电。非自持放电：仅靠电场的作用而维持的放电。HV & EMC Laboratory North China Electric Power University一、气体放电主要方式一、气体放电主要方式辉光放辉光放电电火花放火花放电电电晕放电晕放电电刷状放刷状放电电电弧放电弧放电电

5、HV & EMC Laboratory North China Electric Power University辉辉 光光 放放 电电 整个空间发光，电流密度小；整个空间发光，电流密度小；低气压、电源功率小；低气压、电源功率小；霓虹灯、荧光灯等。霓虹灯、荧光灯等。HV & EMC Laboratory North China Electric Power University火火 花花 放放 电电收细的发光放电通道、收细的发光放电通道、贯穿两极的断续的亮堂火花；贯穿两极的断续的亮堂火花；大气压下、电源功率小。大气压下、电源功率小。HV & EMC Laboratory North China

6、 Electric Power University重要运用：火花加工重要运用：火花加工HV & EMC Laboratory North China Electric Power University电电 晕晕 放放 电电紧贴尖电极周围有一层晕光；紧贴尖电极周围有一层晕光；极不均匀场极不均匀场HV & EMC Laboratory North China Electric Power University刷刷 状状 放放 电电从电晕放电电极中伸出许多较亮堂的细放电从电晕放电电极中伸出许多较亮堂的细放电通道；通道；极不均匀场极不均匀场HV & EMC Laboratory North Chin

7、a Electric Power University电电 弧弧 放放 电电放电通道和电极的温度都很高放电通道和电极的温度都很高; ;电流密度大，电路有短路特征；电流密度大，电路有短路特征；电源功率大电源功率大HV & EMC Laboratory North China Electric Power University气体放电主要方式的小结气体放电主要方式的小结辉光放电：整个空间发光，电流密度小；低气压、电辉光放电：整个空间发光，电流密度小；低气压、电源功率小；霓虹灯源功率小；霓虹灯火花放电：有收细的发光放电通道、贯穿两极的断续火花放电：有收细的发光放电通道、贯穿两极的断续的亮堂火花；大气

8、压下、电源功率小的亮堂火花；大气压下、电源功率小电晕放电：紧贴尖电极周围有一层晕光；极不均匀场电晕放电：紧贴尖电极周围有一层晕光；极不均匀场刷状放电：从电晕放电电极中伸出许多较亮堂的细放刷状放电：从电晕放电电极中伸出许多较亮堂的细放电通道；极不均匀场电通道；极不均匀场电弧放电：放电通道和电极的温度都很高，电流密度电弧放电：放电通道和电极的温度都很高，电流密度大，电路有短路特征；电源功率大大，电路有短路特征；电源功率大HV & EMC Laboratory North China Electric Power University四、均匀电场中气体击穿的开展过程四、均匀电场中气体击穿的开展过程非

9、自持放电：去掉外电离要素后放电随非自持放电：去掉外电离要素后放电随即停顿的放电；即停顿的放电；自持放电：能仅由电场的作用而维持的自持放电：能仅由电场的作用而维持的放电；放电；通常情况下，随着放电的开展，非自持通常情况下，随着放电的开展，非自持放电会逐渐转换为自持放电。放电会逐渐转换为自持放电。HV & EMC Laboratory North China Electric Power University非自持放电：外施电压小于非自持放电：外施电压小于U0 时，间隙内电流数时，间隙内电流数值很小，间隙还未被击穿；值很小，间隙还未被击穿；自持放电：当电压到达自持放电：当电压到达U0 后，气体中发

10、生了剧烈后，气体中发生了剧烈的电离，电流剧增辉光放电、火花放电或电弧放的电离，电流剧增辉光放电、火花放电或电弧放电电放电开展过程：从放电开展过程：从UB 到到 U0电流开展过程电流开展过程起始电压：起始电压： U0 ，在均匀电场中为击穿电压，在均匀电场中为击穿电压微安级微安级HV & EMC Laboratory North China Electric Power University 过程：电子在运动中碰撞电离：过程：电子在运动中碰撞电离： 是一个电子沿是一个电子沿电场方向运动电场方向运动1cm平均发生的碰撞电离次数平均发生的碰撞电离次数4.1 汤逊机理汤逊机理TownsendxdxeeN

11、x0 过程：正离子轰击阴极产生外表电离：过程：正离子轰击阴极产生外表电离： 是一个是一个正离子从阴极轰击出的自在电子个数正离子从阴极轰击出的自在电子个数xeII0ddddeeIeeII1) 1(100击穿过程：上述两个过程交替反复进展，自在电击穿过程：上述两个过程交替反复进展，自在电子数目越来越多，最终导致击穿子数目越来越多，最终导致击穿该过程具有该过程具有普遍意义普遍意义HV & EMC Laboratory North China Electric Power University自持放电条件：自持放电条件：4.2 汤逊机理的结论与巴申定律汤逊机理的结论与巴申定律巴申定律：击穿电巴申定律：

12、击穿电压是压是pd的函数：的函数： 击击穿电压有最小值穿电压有最小值1)1(de击穿电压：击穿电压：两者在两者在pd较小时相较小时相一致一致HV & EMC Laboratory North China Electric Power University4.3 汤逊机理的适用范围汤逊机理的适用范围适用范围：气压较低，适用范围：气压较低，pdpd较小；较小；200200cm.133pa)cm.133pa)或或0.260.26cm.0.001atmcm.0.001atm工程上工程上pdpd较大：实践与实际的差别：较大：实践与实际的差别： 放电外形：放电在整个间隙中均匀延续辉光放电外形：放电在整个间

13、隙中均匀延续辉光而火花放电带有分支的亮堂细通道而火花放电带有分支的亮堂细通道 放电时间：由正离子迁移率计算出的放电时间比放电时间：由正离子迁移率计算出的放电时间比实践火花放电时间长得多实践火花放电时间长得多 击穿电压：击穿电压：pdpd较大时计算结果与实践不符较大时计算结果与实践不符 阴极资料：实际上有关，大气压力中无关阴极资料：实际上有关，大气压力中无关HV & EMC Laboratory North China Electric Power University4.4流注机理流注机理流注：由正负离子构成的具有良好导电性的冷等流注：由正负离子构成的具有良好导电性的冷等离子体离子体放电的主要

14、要素：电子的碰撞电离及空间光电离放电的主要要素：电子的碰撞电离及空间光电离光子、短波光射线引起的空间电离是维持自光子、短波光射线引起的空间电离是维持自持放电的主要要素，强调了空间电荷畸变电场的持放电的主要要素，强调了空间电荷畸变电场的作用，流注是由二次电子崩汇入主崩构成的。作用，流注是由二次电子崩汇入主崩构成的。HV & EMC Laboratory North China Electric Power University4.4流注机理流注机理电子碰撞电离：构成电子崩，是维持自持放电的电子碰撞电离：构成电子崩，是维持自持放电的主要要素主要要素空间光电离：构成二次衍生电子崩，是维持空间光电离：

15、构成二次衍生电子崩，是维持自持放电的主要要素自持放电的主要要素空间电荷畸变电场的作用：为二次崩发明了条件空间电荷畸变电场的作用：为二次崩发明了条件放电过程：主电子崩放电过程：主电子崩二次电子崩二次电子崩流注流注气隙击穿气隙击穿击穿过程：电子崩击穿过程：电子崩流注开展延伸流注开展延伸击穿击穿HV & EMC Laboratory North China Electric Power University4.5电子崩空间电子崩空间电荷对电场的畸电荷对电场的畸变变-+HV & EMC Laboratory North China Electric Power University4.6正流注的产正流

16、注的产生生构成电子崩构成电子崩发射光子发射光子二次电子崩二次电子崩正流注的开展正流注的开展完成间隙击穿完成间隙击穿HV & EMC Laboratory North China Electric Power University4.7负流注的产生负流注的产生HV & EMC Laboratory North China Electric Power University4.8流注机理的结论与巴申定律流注机理的结论与巴申定律自持放电条件：起始电子崩头部电荷数量足以畸自持放电条件：起始电子崩头部电荷数量足以畸变电场呵斥足够的空间光电离变电场呵斥足够的空间光电离1de1lnd击穿电压：击穿电压：两者

17、在两者在pd较大时相一致较大时相一致 是一常数，工程上是一常数，工程上201lnHV & EMC Laboratory North China Electric Power University4.9流注实际对流注实际对pd很大时放电景象的很大时放电景象的解释解释l放电外形：流注电导很大，其中电场强放电外形：流注电导很大，其中电场强度很小，对周围其他流注有度很小，对周围其他流注有“屏蔽作屏蔽作用，因此最终只需一条通道；衍生崩随用，因此最终只需一条通道；衍生崩随机性使其曲折分支。机性使其曲折分支。l放电时间：光子以光速传播，衍生崩腾放电时间：光子以光速传播，衍生崩腾跃式开展，因此放电开展时间很短

18、。跃式开展，因此放电开展时间很短。l阴极资料的影响：维持放电的是光电离阴极资料的影响：维持放电的是光电离而不是外表电离，因此与阴极资料无关。而不是外表电离，因此与阴极资料无关。HV & EMC Laboratory North China Electric Power University第五节：不均匀电场中气体击穿的开展过程第五节：不均匀电场中气体击穿的开展过程HV & EMC Laboratory North China Electric Power University5.1电场能否均匀的划分规范电场能否均匀的划分规范l电场不均匀系数电场不均匀系数f f：最大场强荷平均场强之比：最大场强

19、荷平均场强之比：f2 f4f4为极不均匀场为极不均匀场l假设可以维持稳定的电晕放电，那么为极不均假设可以维持稳定的电晕放电，那么为极不均匀场，否那么为稍不均匀场匀场，否那么为稍不均匀场HV & EMC Laboratory North China Electric Power University5.2稍不均匀电场的自持放电和击穿稍不均匀电场的自持放电和击穿l与均匀电场类似：流注一旦构成就发生击穿；与均匀电场类似：流注一旦构成就发生击穿；自持放电条件就是击穿条件自持放电条件就是击穿条件201ln0ddxl 不再是常数，而不再是常数，而是空间坐标的函是空间坐标的函数数l击穿电压：联立求解三个公式

20、：击穿电压：联立求解三个公式：201ln0ddxEBpApe/)(/xfUE HV & EMC Laboratory North China Electric Power University5.3极不均匀电场中的电晕放电极不均匀电场中的电晕放电l电晕放电景象：尖极周围有发光层，可听到咝咝电晕放电景象：尖极周围有发光层，可听到咝咝声，闻到臭氧气味。声，闻到臭氧气味。l空间电荷的作用：外层的空间电荷与尖极极性一空间电荷的作用：外层的空间电荷与尖极极性一样，使得电晕层中的场强根本不变，使放电趋于样，使得电晕层中的场强根本不变，使放电趋于稳定。稳定。l两种方式：电子崩方式电极很尖和流注方式两种方式：

21、电子崩方式电极很尖和流注方式l脉冲景象：外层空间电荷阻止放电开展，构成有脉冲景象：外层空间电荷阻止放电开展，构成有规律的脉冲；进入刷状放电后，构成随机脉冲。规律的脉冲；进入刷状放电后，构成随机脉冲。l开展过程：无规律小电流开展过程：无规律小电流-有规律反复脉冲有规律反复脉冲-脉脉冲频率增大冲频率增大-转入继续电晕，无脉冲景象转入继续电晕，无脉冲景象-进入进入刷状放电，出现随机脉冲刷状放电，出现随机脉冲HV & EMC Laboratory North China Electric Power University5.3电晕放电景象的研讨安装电晕放电景象的研讨安装-电晕电晕笼笼HV & EMC Laboratory North China Electric Power University5.4极不均匀电场中的先导放电极不均匀电场中的先导放电l在长间隙放电中，流注聚集，在长间隙放电中，流注聚集，构成通道状且不断开展，称为构成通道状且不断开展，称为先导放电先导放电l先导通道中由于电流较大，温先导通道中由于电流较大，温度很高，出现热电离，因此电度很高，出现热电离，因此电导更大，可以将电极的电位传导更大，可以将电极的电位传到先导通道的端部