高电压技术(2).ppt

1、1，第二章瓦斯气体放电的物理过程，2，主要内容，瓦斯气体中带电质点的产生和消失瓦斯气体放电的一般描述均匀电场中的瓦斯气体破坏的发展过程，3，瓦斯气体放电，电场作用下，瓦斯气体间隙中的带电粒子的形成和运动过程，以及瓦斯气体间隙中的带电粒子是如何形成的？ 空气隙中的导电通路是怎么形成的？ 在空气隙中的导电通路形成后，如何维持持续放电？ 4、名词解释、电子平均自由程激发电离复合、5、原子激发和电离、原子能级是以电子伏特为单位的1eV1V1. 610-19C1.610-19J原子激发原子由于外在因素，其电子迁移到能量高的状态，激发所需能量的能量We激发状态恢复到正常状态时， 发射相应能量光子的光子(光

2、发射)的频率，6，原子电离：原子根据外在因素，使其一个或几个电子脱离原子核的束缚而与自由电子形成正络离子的过程称为原子电离电离电离过程所需的能量Wi(ev )，络离子化电位Ui(v ) 的几个气体和金属蒸汽的激发电位和电离电位，7，质点的平均自由程：一个质点在与气体分子相邻的两次碰撞之间自由通过的平均行程电子在该自由行程内从外加电场获得动能，能量不仅取决于电场强度，而且与其自由行程有关气体中的电子和络离子的自由行程与气体分子碰撞时的行程电子的平均自由行程比分子和络离子的许多气体分子密度大，其中质点的平均自由行程小。 对于同一类型的瓦斯气体，其分子密度与其瓦斯气体密度成正比，9，自由行程分布：有

3、统计规律。 质点的自由行程大于x的概率，在最初有n0质点的情况下(或一个质点的连续n0次碰撞)，超过其中的距离x后，未碰撞的质点数(或次数) n(x )为，10，2.1瓦斯气体中的带电质点的产生和消失，瓦斯气体中的带电质点的产生瓦斯气体中的带电质点的消失，11，12 瓦斯气体中带电质点的产生(1)瓦斯气体分子本身电离： (1)电子或正络离子与瓦斯气体分子的碰撞电离(2)各种光照射(光致电离) (3)高温下的瓦斯气体中的热能(焦电离) (4)还原离子的形成(2)气体中金属(阴极)的表面电离、12，1、碰撞电离、气体放电中，碰撞电离主要是电子和气当电子动能满足以下条件时，将引起碰撞屏蔽电离me电子

4、的质量ve电子的速度Wi瓦斯气体分子的电能。 碰撞电离的形成与电场强度和平均自由程的大小有关，13，2，瓦斯气体分子在光致电离、光照下的电离过程称为光致电离自然段、人为照射、瓦斯气体放电过程，瓦斯气体分子受到光照作用，光子能量满足下列条件，就会引起光电离， 分解为电子和正络离子光照射而引起光致电离的临界波长(即最大波长)对于所有的瓦斯气体来说在可见光(400750nm )的作用下，一般不直接发生光电分离，基于瓦斯气体热状态的电离过程被称为热电分离瓦斯气体分子的平均动能与瓦斯气体温度的关系，当它们发生冲突时， 有可能发生激发和电离，如产生弧光放电，瓦斯气体温度达数千度的气体分子动能在明显的碰撞电

5、离高温下产生高能热辐射光子也会引起气体电离，形成15、4个还原离子，有时电子与气体分子的碰撞不仅不电离新电子，还碰撞电子附着分子，形成还原离子这样的气体容易形成还原离子，被称为电负性气体(例如氧、氟、SF6等)的还原离子的形成在阻碍放电的作用上，在金属(阴极)的表面电离、阴极发射电子的过程中的工作：金属的微观结构、金属表面态金属表面电离方面存在各种方式， 释放金属所需的能量(1)正络离子与阴极正络离子冲撞时，使电子从金属中释放(传递的能量大于功能)。 逃跑的电子与正络离子结合成为原子，剩下的成为自由电子。 因此，如果正络离子不与2个以上的电子碰撞就不会出现自由电子，17， (2)在光照射到光电

6、效应金属表面、光子能量大于功函数的情况下，从金属表面发射电子(3)在强电场发射(冷发射)阴极附近施加的电场一盏茶强的情况下，从阴极发射电子(4)当热电子发射阴极被加热到高温时， 其中的电子得到大的动能而从金属中释放出的18，(1)通过电场瓦斯气体中的带电质点的运动(2)带电质点的扩散(3)带电质点的复合、2、瓦斯气体中的带电质点的消失、19， 1、通过电场产生了瓦斯气体中的带电质点的运动、带电质点后，通过外电场进行取向运动，电流瓦斯气体而形成放电空间，带电质点达到一定的电场强度即稳定状态，保持平均速率即，上述带电质点的驱动速度b移动率电子转移始终大于离子迁移率， 即使是弱电场，电子转移度也根据

7、电场强度而变化，20，2，带电质点的扩散、带电质点的扩散和瓦斯气体分子的扩散相同，根据热运动，带电质点的扩散规则和瓦斯气体的扩散规则也越类似，与瓦斯气体中的带电质点的扩散和瓦斯气体状态有关的瓦斯气体的压力越高或温度越低， 扩散过程也变弱电子的质量远小于络离子，因此电子的热运动速度高，热运动中受到的碰撞也少，因此电子的扩散过程比络离子强得多，21，3，带电质点复合，正络离子与还原离子或电子相遇，产生电荷传递并相互中和， 还原为分子的过程是带电质点的复合过程中产生光辐射， 该光辐射在一定条件下还可能成为电离的原因的正还原离子和还原离子的复合概率比络离子和电子间的复合概率高的通常的放电过程中的络离子

8、间的复合更重要的一定空间内的带电质点在复合而减少的速度由其浓度决定，22， 瓦斯气体放电的概况汤姆森放电理论是流注放电理论，2.2瓦斯气体放电反应历程，23，(1)瓦斯气体放电的主要形式因气体压强力、电源电力、电极形状等因素而异，击穿后的瓦斯气体放电可以有多种不同的形式。 可以利用放电管观察放电现象的变化，如辉光放电弧光放电火花放电冠状病毒放电刷状放电，一、瓦斯气体放电概要、24、1、辉光放电、气体压强功率低、电源功率小(放电电路中有大阻抗)时，施加电压增加到一定值后，电路中电流急剧增加， 管内阴极与阳极之间的空间整体出现突然地发光现象的特征是放电电流密度小，放电区域通常占电极之间的空间整体。

9、 在霓虹灯的放电是辉光放电的例子。 管中填充的瓦斯气体不同，发光颜色也不同，如果降低25、2、弧光放电、外电路的阻抗，则电流增大，电流增大到一定值后，放电路径变细，进一步变亮，管的路端电压进一步降低，路径的电导变得越来越大，与电弧路径电流密度极大，电路具有短路的特点，26、3、火花放电，在高气压(如大气压强力)下，破坏后常形成细的发光放电路径，不再扩散到整个间隙空间。在外部电路中阻抗大，限制放电电流的情况下，电极间出现贯通两极的断续的明亮火花放电的特征具有细通路形式，放电过程不稳定，27、4、冠状病毒放电、电极曲率半径小或电极间距离远，即电场极不均匀，电压上升到一定值随着电压的升高，发光层扩大

10、，放电电流也逐渐变大，发生冠状病毒放电时，大部分瓦斯气体间隙没有失去绝缘性能，放电电流小，间隙能够承受电压的作用，28、5、刷放电、电场极不均匀时，电压持续上升， 从冠状病毒电极延伸出许多明亮而细的放电路径，电刷放电电压再次上升，通过电源电力向火花放电或弧光放电转移，最后间隙整体被破坏，如果电场稍微不均匀，则有可能不发生电刷状放电，但从冠状病毒放电向直接破坏转移，29、 (2)非自立放电和自立放电、30、1、非自立放电、施加电压小于U0时，间隙内有电流，但其数值非常小，通常远远小于微小水平，因此瓦斯气体自身的绝缘性能没有被破坏，即间隙尚未被破坏。 而且，此时的电流通过外部络离子化因素维持，如果

11、消除外部络离子化因素则电流也消失。 31、2、带脱落防止机构的放电，电压达到U0时，在瓦斯气体中发生强电离，电流激增。 在云同步中，瓦斯气体中的电离过程仅通过电场的作用就可以自我维持，不需要外部电离元件。因此，U0以后的放电形式也称为脱落防止机构放电，32、从非脱落防止机构放电转移到脱落防止机构放电的电压，在开始电压为电场比较均匀时间隙被破坏，之后，根据气压、外部电路阻抗等条件形成辉光放电、火花放电或弧光放电，开始电压U0， 即间隙破坏电压Ub电场极不均匀时，放电从非脱落防止机构放电转移到脱落防止机构放电时，在电场集中的区域发生局部放电的通称冠状病毒放电，此时的开始电压是间隙的冠状病毒开始电压

12、，破坏电压有可能比开始电压高很多汤姆森理论认为，pS小时，电子的碰撞电离和正络离子与阴极碰撞引起的表面电离起到主要作用，空气隙击穿电压几乎为pS的函数，34，1，在电子衰变的形成(过程)中，一个起始电子从电场得到一定的动能之后， 这两个电子被认为是碰撞电离一个第二代电子作为新的第一代电子，又电离出新的第二代电子，这个时空上已经存在四个自由电子，这种世代在不断增加的过程中，电子数迅速增加，如同冰山发生雪崩一样，35、 电离系数的电子沿电场方向经过1cm的长度，平均发生的碰撞电离次数为每碰撞电离一个电子和一个正络离子，即一个电子在单位长度的行程中新电离的电子数或正络离子数，为36、 单位时间内阴极

13、的单位面积产生的n0个电子，在从阴极开始x的横截面上，单位时间内单位面积产生的n个电子通过该n个电子线dx之后，产生dn个新的电子过程，过程， 络离子化系数正络离子给间隙带来的空间络离子化过程是正络离子不能向阴极移动，由于其具有的动能与能量，在与阴极碰撞时能够引起表面络离子化，从阴极发射自由电子，换算成每个与阴极表面碰撞的正络离子， 阴极金属平均放出的自由电子数，39，从阴极飞出n0个电子，到达阳极后，电子数增加到正络离子数，正络离子到达阴极，从阴极电离的电子数，40，3，带脱落防止机构的放电条件是， n01放电是带有非脱落防止机构的带有放电机构的带有放电机构的带有放电机构的带有放电机构的带有

14、放电机构的带有放电机构的带有放电机构的带有放电机构的带有放电机构的带有放电机构的带有放电机构的放电机构的情况图解中的闭环部分所示的循环处于不断的状态，放电可以用自各儿维持，根据42、4、破坏电压、帕邢定律、带脱落防止机构的放电条件导出破坏电压，如果先前导出的计算式是电子在均匀电场中通过距离x不冲突，则电子从电场得到的能量是如果电子能够发生碰撞电离，则必须满足条件：仅是自由行程超过xiUiE的电子，如果能够与分子碰撞电离，则电子的平均自由程，自由行程超过xi的概率，43，在lcm长度内，电子的平均碰撞次数，其中电子的自由行程超过xi的碰撞， 即电离碰撞次数的瓦斯气体温度不变化的情况下，将1 Ap

15、、AUiB、44、的计算式代入独立放电条件破坏电压Ub的温度时，均匀电场中的瓦斯气体的破坏电压Ub是气体压强与电极间距离的积pS的函数，45、帕申(Paschen )的法则破坏电压和pS的法则碰撞电离系数a和绝对温度成反比pT和瓦斯气体密度成正比，p是兆帕斯卡，t是用绝对温度表现巴申定律的更普遍的形式，47，物理说明：假设s不变，p变大，电子的平均自由程变短，相邻的两次碰撞之间，电子在一盏茶动能中积蓄的概率减少了相反，当p变小时，电子碰撞前在一盏茶动能中蓄积的概率变高，但瓦斯气体稀薄，在电子完全移动过程中与瓦斯气体分子碰撞的总次数变小，Ub也变大。 类似地，可以假定p不会改变。 s值变大时，为

16、了得到一定的电场强度，必须增大电压。 s的值过小时，电场强度增大，但电完全走路时遇到的碰撞次数减小，因此要求施加电压增大，能够破坏。 u形曲线、48、5、汤姆森放电理论的适用范围是，在电力工程中经常接触的是气压高的情况(从1个标准大气压到数十气压)， 间隙距离通常也很大，两者之间的主要差异可以概括如下：辉光放电分支的详细内容为2 .放电时间火花放电时间的计算值远大于实测值3 .破坏电压汤姆森在独立放电条件下求得的破坏电压与实验值有很大差异4 .阴极材料的影响实测得到的破坏电压与阴极材料无关，为49，5 汤森放电理论的适用范围是汤森德放电机制的不足(1)在一定范围内有效(2)在不均匀的电场中，该

17、理论不适用。 原因：无视带电质点使电场分布和光电分离发生变化，流过50，3，瓦斯气体放电理论，工序上关注的是高压力瓦斯气体的破坏，如大气压强力下的空气破坏特征：电子碰撞电离和空间光电分离是维持防脱机构放电的主要因素，并且， 强调空间电荷形变电场的作用可以通过大量实验研究(主要在络离子化室进行)来说明放电发展的反应历程，51 )，电子衰变阶段在空间电荷形变外场注入阶段光电分离形成二次电子衰变，等离子体，52，1 .电子衰变阶段，电子衰变外形：电子衰变中的电子数： nex，例如， 在正常大气条件下，如果是E30kVcm，则11cm-1随着电子衰变阳极进行，衰变中的电子数，53，空间电荷畸变的外加电场大大增强衰变与衰变之间的电场，削弱衰变内的正、负电荷区域间的电场，电子衰变头部：电场明显增强，有利于激发和电离现象的发生发射光子衰变内部的正、负电荷的区域：电场大大减弱，有助于复合过程的发生，发射光子54，55， 2 .在流动注射阶段，电子衰变完全穿过间隙后，高密度的头部空间电荷大大增强外部电场，向周围发射大量光子引起空间光电分离，其中光电子被主电子衰变头部的正空间电荷所吸引，在变形增强的电场中，引起新的电子衰变被称为光