第二章-气体击穿理论.ppt

1、高电压绝缘技术,第二章气体击穿理论,概述,1：电力系统和电气设备中常用气体作为绝缘介质 2：气体绝缘要解决的问题主要是如何选择合适的绝缘距离以及如何提高气体间隙的击穿电压 3：气体击穿电压与电场分布、电压种类、气体状态有关 4：理论至今很不完善，工程设计问题常借助于各种实验规律分析解决或直接由试验决定,名词解释,气体放电：气体中流通电流的各种形式的统称 击穿：气体由绝缘状态突变为良导电状态的过程 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（击穿和沿面闪络统称放电） 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放电电压） 击穿场强：均匀电场中击穿

2、电压与间隙距离之比：反映了气体耐受电场作用的能力：介电强度 自持放电：去掉外电离因素的作用后放电随即停止 非自持放电：仅靠电场的作用而维持的放电。,第一节：气体放电主要形式,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 火花放电：有收细的发光放电通道、贯穿两极的断续的明亮火花；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 刷状放电：从电晕放电电极中伸出许多较明亮的细放电通道；极不均匀场 电弧放电：放电通道和电极的温度都很高，电流密度大，电路有短路特征；电源功率大,第四节：均匀电场中气体击穿的发展过程,非自持放电：外施电压小于U0 时，间隙内电流数值很小

3、，间隙还未被击穿； 自持放电：当电压达到U0 后，气体中发生了强烈的电离，电流剧增（辉光放电、火花放电或电弧放电） 放电发展过程：从UB 到 U0电流发展过程 起始电压： U0 ，在均匀电场中为击穿电压,过程：电子在运动中碰撞电离： 是一个电子沿电场方向运动1cm平均发生的碰撞电离次数,4.1汤逊机理,过程：正离子轰击阴极产生表面电离： 是一个正离子从阴极轰击出的自由电子个数,击穿过程：上述两个过程交替重复进行，自由电子数目越来越多，最终导致击穿,该过程具有普遍意义,自持放电条件：,4.2汤逊机理的结论与巴申定律,巴申定律：击穿电压是pd的函数： 击穿电压有最小值,击穿电压：,两者在pd较小时

4、相一致,4.3汤逊机理的适用范围,适用范围：气压较低，pd较小；200（cm.133pa),工程上pd较大：实际与理论的差别： 放电外形：放电在整个间隙中均匀连续（辉光）而火花放电带有分支的明亮细通道 放电时间：由正离子迁移率计算出的放电时间比实际火花放电时间长得多 击穿电压：pd较大时计算结果与实际不符 阴极材料：理论上有关，实际中无关,4.4流注机理,电子碰撞电离：形成电子崩，是维持自持放电的主要因素 空间光电离：形成衍生电子崩，是维持自持放电的主要因素 空间电荷畸变电场的作用：为衍生崩创造了条件 流注：由大量正负离子混合形成的等离子体通道（导电性能良好） 击穿过程：电子崩流注发展延伸击穿

5、,4.5电子崩空间电荷对电场的畸变,4.6正流注的产生,当外施电压为气隙最低击穿电压时,4.7负流注的产生,当外施电压比气隙最低击穿电压高出许多时,4.8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变电场造成足够的空间光电离,击穿电压：,两者在pd较大时相一致, 是一常数，工程上,4.9流注理论对pd很大时放电现象的解释,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“屏蔽”作用，因此最终只有一条通道；衍生崩随机性使其曲折分支。 放电时间：光子以光速传播，衍生崩跳跃式发展，因此放电发展时间很短。 阴极材料的影响：维持放电的是光电离而不是表面电离，因而与阴极材

6、料无关。,第五节：不均匀电场中气体击穿的发展过程,5.1电场是否均匀的划分标准,电场不均匀系数f：最大场强荷平均场强之比：f4为极不均匀场 若能够维持稳定的电晕放电，则为极不均匀场，否则为稍不均匀场,5.2稍不均匀电场的自持放电和击穿,与均匀电场类似：流注一旦形成就发生击穿；自持放电条件就是击穿条件,不再是常数，而是空间坐标的函数,击穿电压：联立求解三个公式：,5.3极不均匀电场中的电晕放电,电晕放电现象：尖极周围有发光层，可听到咝咝声，闻到臭氧气味。 空间电荷的作用：外层的空间电荷与尖极极性相同，使得电晕层中的场强基本不变，使放电趋于稳定。 两种形式：电子崩形式（电极很尖）和流注形式 脉冲现

7、象：外层空间电荷阻止放电发展，形成有规律的脉冲；进入刷状放电后，形成随机脉冲。 发展过程：无规律小电流=有规律重复脉冲=脉冲频率增大=转入持续电晕，无脉冲现象=进入刷状放电，出现随机脉冲,5.3极不均匀电场中的电晕放电,5.4极不均匀电场中的先导放电,在长间隙放电中，流注汇集，形成通道状且不断发展，称为先导放电 先导通道中由于电流较大，温度很高，出现热电离，因而电导更大，可以将电极的电位传到先导通道的端部。 先导发展的速度和回路中电阻有很大关系，发展越来越快 长间隙的平均击穿场强低于短间隙,5.5极不均匀电场中的主放电,当先导头部流注即将到达板极时，立刻有一个放电过程从板极向棒极发展，称为主放电。 主放电发展速度比先导快得多。 主放电通道温度更高，明亮得多，电导更大，回路具有短路性质。,5.6极不均匀电场中的击穿过程及极性效应,5.6.1流注形成阶段,正棒： 难以造成流注,负棒： 容易造成流注,5.6极不均匀电场中