高电压技术(2)(1)讲课稿.ppt

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1、高电压技术(2)(1)第一章气体放电的基本物理过程一、几个基本概念气体放电气体中流通电流的各种形式。击穿电压Ub或闪络电压Uf发生击穿或闪络的最低临界电压。击穿场强Eb均匀电场中的击穿电压/间隙距离平均击穿场强Eb不均匀电场中的击穿电压/间隙距离辉光放电电弧放电火花放电二、带电粒子的产生和消失1、原子的激励和电离A.原子的能级：根据原子核外电子的能量状态，原子具有一系列可取的确定的能量状态。B.原子的激励原子在外界因素（电场、高温等）作用下，吸收外界能量使其内部能量增加，原子核外的电子将从离原子核较近的轨道跳到离原子核较远的轨道上去，此过程称

2、为原子的激励（或激发）。激励能（We，电子伏eV）C.原子的电离原子在外界因素作用下，使其一个或几个电子脱离原子核的束缚，而形成自由电子和正离子的过程。电离能（Wi，电子伏eV）二、带电粒子的产生和消失2、气体中带电粒子的产生A.光电离B.热电离二、带电粒子的产生和消失2、气体中带电粒子的产生C.碰撞电离气体中产生带电粒子的最重要的方式。主要是由电子完成。D.金属的表面电离逸出功产生的原因正离子撞击阴极表面/光电子发射/热电子发射/强场发射ABC为空间电离，D为表面电离，均有利于电离过程。二、带电粒子的产生和消失2、气体中带电粒子的产生E.负

3、离子的形成附着过程电负性气体氧/氟/氯等SF6抑制气体放电的发展二、带电粒子的产生和消失3、带电粒子在气体中的运动A.自由行程长度平均自由行程长度（λ）单位行程中的碰撞次数Z的倒数。粒子的自由行程长度等于或大于某一距离的概率定性分析：二、带电粒子的产生和消失3、带电粒子在气体中的运动B.带电粒子的迁移率带电粒子在单位场强（1kV/m）下沿电场方向的漂移速度。定性分析：电子的迁移率远大于离子。C.扩散带电粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小的区域。电子的扩散速度比离子快得多。气压越低，温度越高，扩散越快。二、带电粒子的产生和消失4、带电粒子的消失

4、A.在电场作用下定向运动B.带电粒子的扩散C.带电粒子的复合三、均匀电场中气体击穿的发展过程1、非自持放电和自持放电非自持放电——去掉外电离因素的作用后，放电随即停止。自持放电——仅由电场的作用而维持放电。三、均匀电场中气体击穿的发展过程2、汤逊气体放电理论A.α过程（1）电子崩的形成电子按几何级数不断增多，象雪崩式的发展，这种急剧增大的空间电子流被称为电子崩。三、均匀电场中气体击穿的发展过程2、汤逊气体放电理论A.α过程（2）α过程引起的电流电子碰撞电离系数α——一个电子沿着电场方向行经1cm的长度，平均发生碰撞电离次数平均值。如图为平板电

5、极气隙，板内电场均匀，设外界电离因子每秒钟使阴极表面发射出来的初始电子数为n0。由于碰撞电离和电子崩的结果，在它们到达x处时，电子数已增加为n，这n个电子在dx的距离中又会产生dn个新电子。三、均匀电场中气体击穿的发展过程2、汤逊气体放电理论A.α过程（2）α过程引起的电流电子碰撞电离系数α——一个电子沿着电场方向行经1cm的长度，平均发生碰撞电离次数平均值。根据α的定义：三、均匀电场中气体击穿的发展过程2、汤逊气体放电理论A.α过程（3）α的分析设电子的平均自由行程为λe，运动1cm碰撞1/λe，但不是每次碰撞都引起电离。三、均匀电场中气体

6、击穿的发展过程2、汤逊气体放电理论A.α过程（3）α的分析所以，在高气压和高真空下，气隙不易发生放电现象，具有较高的电气强度。可以看出：电场强度E增大时，α急剧增大；P很大或很小时，α都比较小。三、均匀电场中气体击穿的发展过程2、汤逊气体放电理论B.γ过程（1）正离子表面电离系数γ一个正离子在电场作用下由阳极向阴极运动，撞击阴极表面产生表面电离的电子数。（2）α过程和γ过程同时引起的电流三、均匀电场中气体击穿的发展过程2、汤逊气体放电理论B.γ过程（1）正离子表面电离系数γ一个正离子在电场作用下由阳极向阴极运动，撞击阴极表面产生表面电离的电子

7、数。（2）α过程和γ过程同时引起的电流若分母，即使除去了外界电离因子（I0=0），放电也能维持下去。因此α过程和γ过程同时作用，能达到自持放电。三、均匀电场中气体击穿的发展过程2、汤逊气体放电理论C.均匀场中的击穿电压（1）自持放电条件外界电离因子阴极表面电离气体空间电离气体中的自由电子在电场中加速碰撞电离电子崩（α过程）阴极表面二次发射(γ过程）正离子低气压、短气隙情况下气体的放电过程三、均匀电场中气体击穿的发展过程2、汤逊气体放电理论C.均匀场中的击穿电压（2）击穿电压和巴申定律均匀电场气体的击穿电压Ub=自持放电电压U0将代入可推得：这

8、条曲线称为巴申曲线。三、均匀电场中气体击穿的发展过程2、汤逊气体放电理论C.均匀场中的击穿电压（2）击穿电压和巴申定律左图给出了空气间隙的Ub与pd的关系曲线。从图