高电压新技术.ppt

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1、高电压新技术——气体放电与应用华中科技大学电气学院夏胜国2010.12引言Coulomb（1785）：研究孤立绝缘导体上电荷的消失现象。非自持放电现象。Petrov（1803）：发现电极接触-分离法形成电弧。Faraday（1831-1835）：发现低气压辉光放电，1Torr，1000V。CrookandThomson（19世纪末期到20世纪初）：阴极射线实验，电子e/m的测量，证实电子的存在。引发原子结构的研究，导致现代物理学的建立。Townsend（20世纪初）：建立气体放电汤生理论，标志着气体放电学科的建立。大量的研究者进行大量的汤生放电实验工作，积累大量的电子-原子碰撞截

2、面值，电子和离子的漂移速度值，电子-离子复合系数值等。正式这些实验成果形成了气体放电物理学研究的基础。LangmuirandTonks（1928）：提出“等离子体”这一名词：Plasma。从此与气体放电紧密相关的新的学科-等离子体科学登上了历史舞台。LoebandMeek：1940年建立流注放电理论。进一步完善了气体放电理论。迄止目前，越来越多的放电应用……第一部分气体放电基础典型的气体放电气体放电理论模型气体放电物理基础——元过程典型的气体放电实验装置气体放电的全伏安特性直流放电的类型辉光放电：低气压(1~10Torr)，外电路阻抗大，电流10-6～10-1A弧光放电：高气压(

3、~1atm)，外电路阻抗小，电流>1A火花放电：高气压(~1atm)，放电间隙较长(>10cm)电晕放电：强不均匀场中发生的特殊的放电汤生放电理论J.S.Townsend,1868~1957,英国α作用－电子产生的电离倍增（电子雪崩）γ作用－离子轰击阴极时二次电子的出射效应阴极阳极电场E电子分子离子二次电子发射电离倍增作用（α作用）（γ作用）汤生自持放电条件帕邢定律Paschen,1865~1947,德国帕邢定律的内容：气体击穿电压由气体压强p和电极间距d的乘积(pd)所决定，并有极小值。汤生理论对帕邢定律的解释9流注气体放电理论说明工程上感兴趣的压力较高和气隙间距较长气体的击穿

4、，如大气压力下空气的击穿特点：认为电子碰控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的作用流注理论的放电原理10流注理论的发展阶段电子崩阶段空间电荷畸变外电场流注阶段光电离形成二次电子崩，等离子体111.电子崩阶段电子崩外形：好似球头的锥体，空间电荷分布极不均匀例如，正常大气条件下，若E＝30kV／cm，则11cm-1，计算得随着电子崩向阳极推进，崩头中的电子数12空间电荷畸变外电场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电子崩头部：电场明显增强，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，放射出光子崩头内部正、负电

5、荷区域：电场大大削弱，有助于发生复合过程，发射出光子132.流注阶段当电子崩走完整个间隙后，大密度的头部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，在受到畸变而加强了的电场中，造成了新的电子崩，称为二次电子崩光电离、二次电子崩1—主电子崩2—二次电子崩3—流注14正流注的形成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1—主电子崩2—二次电子崩3—流注15正流注向阴极推进流注头部的电

6、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报进，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16自持放电条件一旦形成流注，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，即转入自持放电了。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自持放电的条件：17流注理论对pd很大时放电现象的解释1．放电外形Pd很大时，放电具有通道形式当某个流注由于

7、偶然原因发展更快时，将抑制其它流注的形成和发展，并且随着流注向前推进而越来越强烈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2．放电时间光子以光速传播，所以流注发展速度极快，这就可以说明pd很大时放电时间特别短的现象3．阴极材料的影响根据流注理论，维持放电自持的是空间光电离，而不是阴极表面的电离过程，这可说明为何很大Pd下击穿电压和阴极材料基本无关了18在电离室中得到的阳极流注发展过段的照片正流注的发展速度约为11082108cm/s气体放电元