气体的绝缘强学习教案.pptx

会计学1气体的绝缘强气体的绝缘强第一页，编辑于星期二：一点 二十五分。2主要内容主要内容1 1 气体放电的主要形式气体放电的主要形式气体放电的主要形式气体放电的主要形式2 2 气体中带电质点的产生和消失气体中带电质点的产生和消失气体中带电质点的产生和消失气体中带电质点的产生和消失3 3 汤逊理论和流注理论汤逊理论和流注理论汤逊理论和流注理论汤逊理论和流注理论4 4 不均匀电场长空气间隙的放电不均匀电场长空气间隙的放电不均匀电场长空气间隙的放电不均匀电场长空气间隙的放电5 5 冲击电压下气隙的击穿特性冲击电压下气隙的击穿特性冲击电压下气隙的击穿特性冲击电压下气隙的击穿特性6 6 影响气体放电电压的因素影响气体放电电压的因素影响气体放电电压的因素影响气体放电电压的因素7 7 提高气体介质电气强度的方法提高气体介质电气强度的方法提高气体介质电气强度的方法提高气体介质电气强度的方法8 8 沿面放电沿面放电沿面放电沿面放电第1页/共169页第二页，编辑于星期二：一点 二十五分。31 气体放电的主要形式第2页/共169页第三页，编辑于星期二：一点 二十五分。41 气体放电的主要形式气体放电的主要形式1.1 气体放电的基本概念1.2 气体放电的主要形式第3页/共169页第四页，编辑于星期二：一点 二十五分。51.1 气体放电的基本概念气体放电的基本概念1.1.1 1.1.1 气体放电气体放电1.1.2 1.1.2 气体的绝缘特性气体的绝缘特性1.1.3 1.1.3 气体的电气强度气体的电气强度第4页/共169页第五页，编辑于星期二：一点 二十五分。61.1 气体放电的基本概念气体放电的基本概念气体放电气体放电气体放电气体放电：气体中流通电流的各种形式；：气体中流通电流的各种形式；：气体中流通电流的各种形式；：气体中流通电流的各种形式；气体击穿气体击穿：气体由绝缘状态突变为良导电状态的过程；：气体由绝缘状态突变为良导电状态的过程；沿面闪络沿面闪络：击穿发生在气体与液体、气体与固体交界面上：击穿发生在气体与液体、气体与固体交界面上的放电现象；的放电现象；工程上将工程上将击穿击穿和和闪络闪络统称为统称为放电放电。第5页/共169页第六页，编辑于星期二：一点 二十五分。71.1 气体放电的基本概念气体放电的基本概念 这里所研究的气体是指高压电气设备中常用的空气、这里所研究的气体是指高压电气设备中常用的空气、这里所研究的气体是指高压电气设备中常用的空气、这里所研究的气体是指高压电气设备中常用的空气、N N2 2、SFSF6 6、以及高、以及高、以及高、以及高强度混合气体等气态绝缘介质。强度混合气体等气态绝缘介质。强度混合气体等气态绝缘介质。强度混合气体等气态绝缘介质。空气：架空线路、变压器外绝缘；空气：架空线路、变压器外绝缘；空气：架空线路、变压器外绝缘；空气：架空线路、变压器外绝缘；SFSF6 6：SFSF6 6断路器和断路器和断路器和断路器和SFSF6 6全封闭组合电器；全封闭组合电器；全封闭组合电器；全封闭组合电器；空气是最廉价、应用最广、自动恢复绝缘的气体，因此我们主要空气是最廉价、应用最广、自动恢复绝缘的气体，因此我们主要研究空气的放电。研究空气的放电。气体具有自恢复特性第6页/共169页第七页，编辑于星期二：一点 二十五分。81.1 气体放电的基本概念气体放电的基本概念气体的电气强度气体的电气强度气体的电气强度气体的电气强度表征气体耐受电压作用的能力。表征气体耐受电压作用的能力。表征气体耐受电压作用的能力。表征气体耐受电压作用的能力。均匀电场中击穿电压均匀电场中击穿电压Ub与间隙距离之比称为击穿场强与间隙距离之比称为击穿场强Eb。我们把均。我们把均匀电场中气隙的击穿场强匀电场中气隙的击穿场强Eb称为气体的电气强度。称为气体的电气强度。空气在标准状态下的电气强度为空气在标准状态下的电气强度为30kV/cm;注意注意：不能把不均匀场中气隙：不能把不均匀场中气隙Ub与间隙距离之比称为气体的电气强与间隙距离之比称为气体的电气强度，通常称之为平均击穿场强。度，通常称之为平均击穿场强。第7页/共169页第八页，编辑于星期二：一点 二十五分。91.2 气体放电的主要形式气体放电的主要形式vv注意：电晕放电、刷状放电时气隙未击穿，而辉光放电、注意：电晕放电、刷状放电时气隙未击穿，而辉光放电、注意：电晕放电、刷状放电时气隙未击穿，而辉光放电、注意：电晕放电、刷状放电时气隙未击穿，而辉光放电、火花放电、电弧放电均指击穿后的放电现象，且随条件火花放电、电弧放电均指击穿后的放电现象，且随条件火花放电、电弧放电均指击穿后的放电现象，且随条件火花放电、电弧放电均指击穿后的放电现象，且随条件不同，这些放电现象可相互转换。不同，这些放电现象可相互转换。不同，这些放电现象可相互转换。不同，这些放电现象可相互转换。常见放电形式常见放电形式辉光放电辉光放电电晕放电电晕放电刷状放电刷状放电火花放电火花放电电弧放电电弧放电第8页/共169页第九页，编辑于星期二：一点 二十五分。102 2 气体中带电质点的产生和消失气体中带电质点的产生和消失气体中带电质点的产生和消失气体中带电质点的产生和消失第9页/共169页第十页，编辑于星期二：一点 二十五分。112.1 气体中带电质点的产生2.2 气体中带电质点的消失第10页/共169页第十一页，编辑于星期二：一点 二十五分。122.1 气体中带电质点的产生气体中带电质点的产生气体原子的激发和电离气体原子的激发和电离激发电子向高一能级轨道的跃迁。电离如如果果气气体体原原子子从从外外部部获获得得足足够够大大的的能能量量，使使外外层层电电子子摆摆脱脱原原子子核核的的束束缚缚成成为为自自由由电电子子。失失去去电电子子的的原原子子就就成成带带正正电电的的离离子子，称称为为正正离离子子。此过程就称为电离。此过程就称为电离。分级电离：分级电离：先经过激发再产生电离的过程。先经过激发再产生电离的过程。电离能产生电离需要的能量。第11页/共169页第十二页，编辑于星期二：一点 二十五分。132.1 气体中带电质点的产生气体中带电质点的产生气体原子的激发和电离气体原子的激发和电离第12页/共169页第十三页，编辑于星期二：一点 二十五分。142.1 气体中带电质点的产生气体中带电质点的产生l l电电电电子子子子要要要要脱脱脱脱离离离离原原原原子子子子核核核核的的的的束束束束缚缚缚缚成成成成为为为为自自自自由由由由电电电电子子子子,则则则则必必必必须须须须给给给给予予予予其其其其能能能能量量量量。能能能能量量量量来来来来源源源源的的的的不不不不同同同同带带带带电电电电质质质质点点点点产生的方式就不同。产生的方式就不同。产生的方式就不同。产生的方式就不同。l l因因因因此此此此，根根根根据据据据电电电电子子子子获获获获得得得得能能能能量量量量方方方方式式式式的的的的不不不不同同同同，带带带带电电电电带电质点产生的方式可分为以下几种。带电质点产生的方式可分为以下几种。带电质点产生的方式可分为以下几种。带电质点产生的方式可分为以下几种。第13页/共169页第十四页，编辑于星期二：一点 二十五分。152.1 气体中带电质点的产生气体中带电质点的产生（一）碰撞电离（一）碰撞电离（一）碰撞电离（一）碰撞电离电子或离子与气体分子碰撞，将电子或离子与气体分子碰撞，将电场能电场能传递给气体分子引起电离传递给气体分子引起电离的过程。的过程。因素：因素：外电场强弱；外电场强弱；能量的积累（移动距离的大小）。能量的积累（移动距离的大小）。电子在场强为E的电场中移过x距离时获得的动能为:m:电子的质量V:电子运动速度E:外电场强度x:电子移动距离带电质点产生的方式第14页/共169页第十五页，编辑于星期二：一点 二十五分。162.1 气体中带电质点的产生气体中带电质点的产生即使满足上述条件，不是每次碰撞都能引起电离。即使满足上述条件，不是每次碰撞都能引起电离。即使满足上述条件，不是每次碰撞都能引起电离。即使满足上述条件，不是每次碰撞都能引起电离。Wi为气体分子的电离能碰撞电离条件当电子从电场获得的动能大于或等于气体分子的电离能时，就可能使气体分子分裂为电子或正离子，即第15页/共169页第十六页，编辑于星期二：一点 二十五分。172.1 气体中带电质点的产生气体中带电质点的产生n n由光辐射引起气体分子电离的过程，称为光电离。由光辐射引起气体分子电离的过程，称为光电离。由光辐射引起气体分子电离的过程，称为光电离。由光辐射引起气体分子电离的过程，称为光电离。n n光电离产生的电子称为光电子。光电离产生的电子称为光电子。光电离产生的电子称为光电子。光电离产生的电子称为光电子。n n来源：来源：来源：来源：n n紫外线、宇宙射线、紫外线、宇宙射线、紫外线、宇宙射线、紫外线、宇宙射线、x x射线等；射线等；射线等；射线等；n n异号带电质点复合成中性质点释放出光子；异号带电质点复合成中性质点释放出光子；异号带电质点复合成中性质点释放出光子；异号带电质点复合成中性质点释放出光子；n n激励态分子回复到正常态释放出光子激励态分子回复到正常态释放出光子激励态分子回复到正常态释放出光子激励态分子回复到正常态释放出光子n n条件：条件：条件：条件：（二）光电离h：普朗克常数；C：光速：光频率；：光波长；或第16页/共169页第十七页，编辑于星期二：一点 二十五分。182.1 气体中带电质点的产生气体中带电质点的产生（三）热电离（三）热电离气体分子高热状态引起的碰撞电离过程，称为热电离。气体分子高热状态引起的碰撞电离过程，称为热电离。气体分子高热状态引起的碰撞电离过程，称为热电离。气体分子高热状态引起的碰撞电离过程，称为热电离。条件：条件：条件：条件：常温下，气体分子发生热电离概率极小。气体中发生电离的分子数与总分子数的比值m称为该气体的电离度。当T10000K时才需考虑热电离；当T20000K时，几乎全部的分子都处于热电离状态空气电离度m和温度T的关系第17页/共169页第十八页，编辑于星期二：一点 二十五分。192.1 气体中带电质点的产生气体中带电质点的产生n n金属阴极表面发射电子的过程。金属阴极表面发射电子的过程。n n形式：形式：n n正离子碰撞阴极表面；正离子碰撞阴极表面；正离子碰撞阴极表面；正离子碰撞阴极表面；n n光电效应；光电效应；光电效应；光电效应；n n强场发射；强场发射；强场发射；强场发射；n n热电子发射；热电子发射；热电子发射；热电子发射；（四）表面电离第18页/共169页第十九页，编辑于星期二：一点 二十五分。202.1 气体中带电质点的产生气体中带电质点的产生（五）负离子的形成附着：当电子与气体分子碰撞时，不但有可能引起碰撞电离而产生出正离子和新电子，而且也可能会发生电子与中性分子相结合形成负离子的情况。电子附着系数：电子行经单位距离时附着于中性原子的电子数目。负离子的形成并未使气体中带电粒子的数目改变，但却能使自由电子数减少，因而对气体放电的发展起抑制作用。第19页/共169页第二十页，编辑于星期二：一点 二十五分。212.1 2.1 气体中带电质点的产生气体中带电质点的产生气体中带电质点的产生气体中带电质点的产生2.2 2.2 气体中带电质点的消失气体中带电质点的消失气体中带电质点的消失气体中带电质点的消失第20页/共169页第二十一页，编辑于星期二：一点 二十五分。222.2 气体中带电质点的消失气体中带电质点的消失（一）电场作用下气体中带电质点的定向运动带电质点一旦产生，在外电场作用下作定向运动，形成电导电流。（二）带电质点的扩散带电质点从浓度较大区域转移到浓度较小区域的过程，称为带电质点的扩散。电子扩散比离子扩散高3个数量级第21页/共169页第二十二页，编辑于星期二：一点 二十五分。232.2 气体中带电质点的消失气体中带电质点的消失n n正离子和负离子或电子相遇时，发生电荷的传递而相互中和还原正离子和负离子或电子相遇时，发生电荷的传递而相互中和还原正离子和负离子或电子相遇时，发生电荷的传递而相互中和还原正离子和负离子或电子相遇时，发生电荷的传递而相互中和还原为分子的过程。为分子的过程。为分子的过程。为分子的过程。n n复合过程要阻碍放电的发展，但在一定条件下又可因复合时的光复合过程要阻碍放电的发展，但在一定条件下又可因复合时的光复合过程要阻碍放电的发展，但在一定条件下又可因复合时的光复合过程要阻碍放电的发展，但在一定条件下又可因复合时的光辐射加剧放电的发展。辐射加剧放电的发展。辐射加剧放电的发展。辐射加剧放电的发展。n n放电过程中的复合绝大多数是正、负离子之间的复合，参加复合放电过程中的复合绝大多数是正、负离子之间的复合，参加复合放电过程中的复合绝大多数是正、负离子之间的复合，参加复合放电过程中的复合绝大多数是正、负离子之间的复合，参加复合的电子绝大多数是先形成负离子再与正离子复合。的电子绝大多数是先形成负离子再与正离子复合。的电子绝大多数是先形成负离子再与正离子复合。的电子绝大多数是先形成负离子再与正离子复合。（三）带电质点的复合第22页/共169页第二十三页，编辑于星期二：一点 二十五分。24小小 结结气体间隙中带电质点的产生和消失是气体放电的一对基本矛盾，气体气体间隙中带电质点的产生和消失是气体放电的一对基本矛盾，气体气体间隙中带电质点的产生和消失是气体放电的一对基本矛盾，气体气体间隙中带电质点的产生和消失是气体放电的一对基本矛盾，气体放电的发展和终止取决于这两个过程谁占主导地位。放电的发展和终止取决于这两个过程谁占主导地位。放电的发展和终止取决于这两个过程谁占主导地位。放电的发展和终止取决于这两个过程谁占主导地位。强电场下，气体中带电质点的产生形式可以分为空间电离和表面电离。它强电场下，气体中带电质点的产生形式可以分为空间电离和表面电离。它强电场下，气体中带电质点的产生形式可以分为空间电离和表面电离。它强电场下，气体中带电质点的产生形式可以分为空间电离和表面电离。它们都与外界供给的能量有关，能量的形式主要是电场能、光辐射和热能，们都与外界供给的能量有关，能量的形式主要是电场能、光辐射和热能，们都与外界供给的能量有关，能量的形式主要是电场能、光辐射和热能，们都与外界供给的能量有关，能量的形式主要是电场能、光辐射和热能，而能量的传递靠电子、光子或气体分子的热运动，其传递的过程主要是碰而能量的传递靠电子、光子或气体分子的热运动，其传递的过程主要是碰而能量的传递靠电子、光子或气体分子的热运动，其传递的过程主要是碰而能量的传递靠电子、光子或气体分子的热运动，其传递的过程主要是碰撞，它是造成气体分子电离的有效过程。撞，它是造成气体分子电离的有效过程。撞，它是造成气体分子电离的有效过程。撞，它是造成气体分子电离的有效过程。第23页/共169页第二十四页，编辑于星期二：一点 二十五分。25气体放电发展过程碰撞电离光电离热电离空间电离表面电离负离子的形成正离子碰撞阴极光电效应强场发射热电子发射电场作用下气体中带电质点的定向运动带电质点的扩散带电质点的复合2.1 带电质点产生2.2 带电质点消失第24页/共169页第二十五页，编辑于星期二：一点 二十五分。263 汤逊理论和流注理论第25页/共169页第二十六页，编辑于星期二：一点 二十五分。273.1 低气压均匀电场下的汤逊理论和巴申定律第26页/共169页第二十七页，编辑于星期二：一点 二十五分。283.1.13.1.1 低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论一、气体放电实验及伏安特性曲线一、气体放电实验及伏安特性曲线一、气体放电实验及伏安特性曲线一、气体放电实验及伏安特性曲线气体中电流和电压的关系伏安特性曲线测定气体中电流的回路示意图第27页/共169页第二十八页，编辑于星期二：一点 二十五分。293.1.1 低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论 在曲线OA段，I随U的提高而增大。而且电流随电压按正比增长。气体放电伏安特性 第28页/共169页第二十九页，编辑于星期二：一点 二十五分。303.1.13.1.1 低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论在曲线AB段，当电压 UB U UA时，电流I0趋向于饱和。电流的大小仅取决于电离因素的强弱（光照射）而与所加电压无关。气体放电伏安特性 第29页/共169页第三十页，编辑于星期二：一点 二十五分。313.1.13.1.1 低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论在BC段:当电压提高到U0 U UB时，电流又开始随电压的升高而增大。电流随电压的增加按指数规律增长。气体放电伏安特性 第30页/共169页第三十一页，编辑于星期二：一点 二十五分。323.1.13.1.1 低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论在C点以后:电压U U0时，电流急剧增加。气体间隙击穿。而且无需外电离因素（光照射）就能维持间隙的放电过程气体放电伏安特性 第31页/共169页第三十二页，编辑于星期二：一点 二十五分。333.1.13.1.1 低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论实验分析实验分析实验分析实验分析 当当当当U U U U0 0n nOAOA段：电流随电压升高而升高段：电流随电压升高而升高段：电流随电压升高而升高段：电流随电压升高而升高n nABAB段：电流仅取决于外电离因素与电压无关段：电流仅取决于外电离因素与电压无关段：电流仅取决于外电离因素与电压无关段：电流仅取决于外电离因素与电压无关n nBCBC段：电压升高电流增强但仍靠外电离维持段：电压升高电流增强但仍靠外电离维持段：电压升高电流增强但仍靠外电离维持段：电压升高电流增强但仍靠外电离维持 (非自持放电阶段非自持放电阶段非自持放电阶段非自持放电阶段)当当当当U U U U0 0n nC C点点点点后后后后：电电电电流流流流急急急急剧剧剧剧增增增增加加加加，只只只只靠靠靠靠外外外外加加加加电电电电压压压压就就就就能能能能维维维维持持持持(自自自自持持持持放放放放电阶段电阶段电阶段电阶段)第32页/共169页第三十三页，编辑于星期二：一点 二十五分。343.1.1 低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论非自持放电：如果取消外电离因素，气体的放电过程就会停止，那么电流也将消失。这类依靠外电离因素和外电场因素共同作用而维持的放电。自持放电：气隙中电离过程只靠外施电压已能维持，不再需要外电离因素。非自持放电与自持放电的分界点第33页/共169页第三十四页，编辑于星期二：一点 二十五分。353.1.13.1.1 低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论二、电子崩的形成二、电子崩的形成二、电子崩的形成二、电子崩的形成(a)电子崩的形成(b)带电离子在电子崩中的分布为什么？电子数目将按2、4、82n的指数规律增长第34页/共169页第三十五页，编辑于星期二：一点 二十五分。363.1.1 低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论电子崩的发展过程也称为电子崩的发展过程也称为电子崩的发展过程也称为电子崩的发展过程也称为 过程过程过程过程-电子碰撞电离系数：一一个个电电子子在在电电场场力力作作用用下下，沿沿电电场场方方向向行行经经单单位位距距离离（1cm）平平均均发发生生碰碰撞撞电电离离的的次次数数，汤逊第一电离系数。汤逊第一电离系数。第35页/共169页第三十六页，编辑于星期二：一点 二十五分。373.1.13.1.1 低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论均匀电场中的电子崩计算模型过程dn0 xndxN-dn第36页/共169页第三十七页，编辑于星期二：一点 二十五分。383.1.1 低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论从而可得n0个电子，从阴极出发在电场的作用下，经距离d，到达阳极时由碰撞电离产生的电子数（用N表示）研究表明：对均匀电场而言，为常数，电子数N：根据碰撞电离系数的定义：分离变量并积分之，可得：第37页/共169页第三十八页，编辑于星期二：一点 二十五分。393.1.13.1.1 低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论上式等号两侧乘以电子的电荷qe，即得电流关系式：表明：电子崩电流按指数规律随极间距离d而增大。因为一旦除去外界电离因素(令 )，放电就会停止。-非自持放电阶段仅有过程不能维持放电的自持。第38页/共169页第三十九页，编辑于星期二：一点 二十五分。403.1.13.1.1 低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论过程过程在气体电离过程中起的作用很小。造成碰撞电离的主要因素是电子。-正离子碰撞电离系数一一个个正正离离子子沿沿电电场场方方向向行行经经单单位位距距离离（1cm）时时平平均均发发生生的的碰碰撞撞电电离离次次数数。汤汤逊逊第第二二电电离系数。离系数。第39页/共169页第四十页，编辑于星期二：一点 二十五分。413.1.1 3.1.1 低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论-表面电离系数表面电离系数 折合到每个碰撞阴极表面的正离子使阴极金属表面释放出的自由电子数。汤逊第三电离系数。过程空间电离表面电离第40页/共169页第四十一页，编辑于星期二：一点 二十五分。423.1.13.1.1 低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论由由外外电电离离因因素素从从阴阴极极产产生生的的一一个个电电子子消消失失在在阳阳极极前前，由由过过程程形形成的正离子数。即成的正离子数。即n0个电子消失在阳极前，由过程形成的正离子数。第41页/共169页第四十二页，编辑于星期二：一点 二十五分。433.1.13.1.1 低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论正正正正离离离离子子子子消消消消失失失失在在在在阴阴阴阴极极极极时时时时，由由由由 过过过过程程程程（表表表表面面面面电电电电离离离离）在在在在阴阴阴阴极极极极上上上上释放出二次电子数，即释放出二次电子数，即释放出二次电子数，即释放出二次电子数，即表表示示由由过过程程在在阴阴极极上上重重新新产产生生一一个个(或或更更多多)电电子子，此此时时不不再再需需要要外外电电离离因因素素就就能能使使电电离离维维持持发发展展，即即转转入入自自持持放放电电。如果第42页/共169页第四十三页，编辑于星期二：一点 二十五分。443.1.13.1.1 低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论自持放电条件（击穿条件）自持放电条件（击穿条件）自持放电条件（击穿条件）自持放电条件（击穿条件）如自持放电条件满足时，放电过程就如下图所示如自持放电条件满足时，放电过程就如下图所示循环第43页/共169页第四十四页，编辑于星期二：一点 二十五分。453.1.1 3.1.1 低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论表 电极空间及气体间隙中碰撞电离发展过程阴极表面阴极表面气体间隙中气体间隙中阳极表面阳极表面第1周期第2周期第3周期：1个电子逸出 个电子逸出 个电子逸出：形成 个正离子形成 个正离子形成 个正离子：个电子进入 个电子进入 个电子进入：第44页/共169页第四十五页，编辑于星期二：一点 二十五分。463.1.13.1.1 低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论低气压均匀电场下的汤逊理论n n电电子子碰碰撞撞电电离离是是气气体体电电离离的的主主要要原原因因；正正离离子子碰碰撞撞阴阴极极表表面面使使阴阴极极表表面面逸逸出出电电子子是是维持气体放电的必要条件。维持气体放电的必要条件。n n阴阴极极逸逸出出电电子子能能否否接接替替起起始始电电子子的的作作用用是是自自持持放放电电的的判判据。据。汤逊理论的主要内容第45页/共169页第四十六页，编辑于星期二：一点 二十五分。473.1.2 3.1.2 低气压均匀电场下巴申定律低气压均匀电场下巴申定律低气压均匀电场下巴申定律低气压均匀电场下巴申定律均匀电场中几种气体击穿电压均匀电场中几种气体击穿电压均匀电场中几种气体击穿电压均匀电场中几种气体击穿电压U Ub b与与与与pdpd的关系的关系的关系的关系巴申定律：描述了气体的击穿电压Ub与pd的关系曲线（亦即Ub与的关系曲线）（1）击穿电压不仅由间隙距离d决定，而且也是pd的函数；（）击穿电压不是pd的单调函数，而是U曲线，存在击穿电压的极小值；（3）不同气体，其巴申曲线上的最低击穿电压不同，对应的pd值也不同；第46页/共169页第四十七页，编辑于星期二：一点 二十五分。48式式中中，A、B是是与与气气体体种种类类有有关关的的常常数数，ub为为气气温温不不变变的的条条件件下下，均均匀匀电电场场中中气气体的自持放电起始电压体的自持放电起始电压=气隙击穿电压。气隙击穿电压。3.1.2 3.1.2 低气压均匀电场下巴申定律低气压均匀电场下巴申定律低气压均匀电场下巴申定律低气压均匀电场下巴申定律击穿电压汤逊理论的自持放电条件电子碰撞电离系数的表达式第47页/共169页第四十八页，编辑于星期二：一点 二十五分。493.1.2 3.1.2 低气压均匀电场下巴申定律低气压均匀电场下巴申定律低气压均匀电场下巴申定律低气压均匀电场下巴申定律巴申定律汤逊理论第48页/共169页第四十九页，编辑于星期二：一点 二十五分。503.1.2 3.1.2 低气压均匀电场下巴申定律低气压均匀电场下巴申定律低气压均匀电场下巴申定律低气压均匀电场下巴申定律巴申曲线的右半支：巴申曲线的左半支第49页/共169页第五十页，编辑于星期二：一点 二十五分。513.1.2低气压均匀电场下巴申定律低气压均匀电场下巴申定律低气压均匀电场下巴申定律低气压均匀电场下巴申定律n由由巴巴申申曲曲线线可可知知，当当极极间间距距离离d不不变变时时提高气压或或降低气压到真空，都都可可以以提高气隙的击穿电压，这这一结论已被工程广泛使用一结论已被工程广泛使用n高高气气压压、高高真真空空都都可可以以提提高高击击穿穿电电压压，工工程程上上已已得得到到广广泛泛应应用用（如如：压压缩缩空空气气开开关关、真真空空开开关关等）等）第50页/共169页第五十一页，编辑于星期二：一点 二十五分。52汤逊理论的适用范围汤逊理论的适用范围汤逊理论的适用范围汤逊理论的适用范围n n汤逊理论是在汤逊理论是在汤逊理论是在汤逊理论是在均匀电场、低气压、短间隙均匀电场、低气压、短间隙均匀电场、低气压、短间隙均匀电场、低气压、短间隙（pdpd较小）条件下建立较小）条件下建立较小）条件下建立较小）条件下建立起来的。起来的。起来的。起来的。n n当电场均匀，但当电场均匀，但当电场均匀，但当电场均匀，但pdpd过大时（气压高、距离大）的放电，用汤逊理论无过大时（气压高、距离大）的放电，用汤逊理论无过大时（气压高、距离大）的放电，用汤逊理论无过大时（气压高、距离大）的放电，用汤逊理论无法解释以下现象：法解释以下现象：法解释以下现象：法解释以下现象：n n放电时间：很短放电时间：很短放电时间：很短放电时间：很短n n放电外形：具有分支的细通道放电外形：具有分支的细通道放电外形：具有分支的细通道放电外形：具有分支的细通道n n击穿电压：与理论计算不一致击穿电压：与理论计算不一致击穿电压：与理论计算不一致击穿电压：与理论计算不一致n n阴极材料：无关阴极材料：无关阴极材料：无关阴极材料：无关n n汤逊理论适用于汤逊理论适用于汤逊理论适用于汤逊理论适用于pdpd26.66kPa cm26.66kPa cm第51页/共169页第五十二页，编辑于星期二：一点 二十五分。533.2 大气压均匀电场下的流注理论第52页/共169页第五十三页，编辑于星期二：一点 二十五分。54 气体放电流注理论仍以电子的碰撞电离过程为基础，它考虑了大气压、长气隙情况下不容忽视的若干因素对气体放电的影响，主要有以下两方面:空间电荷对原有电场的影响空间电荷对原有电场的影响 空间光电离的作用空间光电离的作用3.2 3.2 大气压下均匀电场的流注理论大气压下均匀电场的流注理论大气压下均匀电场的流注理论大气压下均匀电场的流注理论第53页/共169页第五十四页，编辑于星期二：一点 二十五分。55n n电电电电子子子子崩崩崩崩头头头头部部部部聚聚聚聚集集集集大大大大部部部部分分分分正正正正离离离离子子子子和和和和全全全全部部部部电电电电子子子子，产生了电场畸变；产生了电场畸变；产生了电场畸变；产生了电场畸变；n n在在在在电电电电场场场场很很很很小小小小的的的的区区区区域域域域，电电电电子子子子和和和和离离离离子子子子浓浓浓浓度度度度最最最最大大大大，有有有有利利利利于于于于完完完完成成成成复合；复合；复合；复合；n n强强强强烈烈烈烈的的的的复复复复合合合合辐辐辐辐射射射射出出出出许许许许多多多多光光光光子子子子，成成成成为为为为引引引引发发发发新新新新的的的的空空空空间间间间光光光光电离辐射源。电离辐射源。电离辐射源。电离辐射源。（一）空间电荷作用3.2 3.2 大气压下均匀电场的流注理论大气压下均匀电场的流注理论大气压下均匀电场的流注理论大气压下均匀电场的流注理论第54页/共169页第五十五页，编辑于星期二：一点 二十五分。56汤逊理论没有考虑放电本身所引发的空间光电离现象，而这一因素在大气压、长气隙的击穿过程中起着重要的作用。考虑初始电子崩头部成为辐射源，会向气隙空间各处发射光子而引起光电离。（二）空间光电离的作用3.2 3.2 大气压下均匀电场的流注理论大气压下均匀电场的流注理论第55页/共169页第五十六页，编辑于星期二：一点 二十五分。573.2 大气压下均匀电场的流注理论大气压下均匀电场的流注理论起始电子发生碰撞电离形成初始电子崩；初崩发展到阳极，正离子作为空间电荷畸变原电场，在电场削弱的区域复合增加，放射出大量光子；光电离产生光电子，在加强的局部电场（正离子与阴极间电场）作用下形成二次崩；（三）流注的形成和发展示意图（三）流注的形成和发展示意图（三）流注的形成和发展示意图（三）流注的形成和发展示意图第56页/共169页第五十七页，编辑于星期二：一点 二十五分。583.2 3.2 大气压下均匀电场的流注理论大气压下均匀电场的流注理论d)二次崩电子与正空间电荷汇合成流注通道，其端部又有二次崩留下的正电荷，加强局部电场产生新电子崩使其发展；e)流注头部前方电场很强，电离迅速发展，放射出大量光子，继续引起空间光电离，于是流注前方出现新的二次崩，延长流注通道；f)流注通道贯通，气隙击穿新电子崩不断产生的电子形成负离子与原始电子崩的正离子互相渗透，形成正负离子混合的等离子体通道-流注。第57页/共169页第五十八页，编辑于星期二：一点 二十五分。593.2 3.2 大气压下均匀电场的流注理论大气压下均匀电场的流注理论大气压下均匀电场的流注理论大气压下均匀电场的流注理论 初始电子崩（电子崩头部电子数达到一定数量）初始电子崩（电子崩头部电子数达到一定数量）初始电子崩（电子崩头部电子数达到一定数量）初始电子崩（电子崩头部电子数达到一定数量）电场畸变；电场畸变；电场畸变；电场畸变；电子崩头部附近正负空间电荷复合；电子崩头部附近正负空间电荷复合；电子崩头部附近正负空间电荷复合；电子崩头部附近正负空间电荷复合；放射大量光子放射大量光子放射大量光子放射大量光子光辐射；光辐射；光辐射；光辐射；光电离，释放出的电子称为光电子；光电离，释放出的电子称为光电子；光电离，释放出的电子称为光电子；光电离，释放出的电子称为光电子；崩崩崩崩头头头头处处处处光光光光电电电电子子子子处处处处在在在在了了了了被被被被加加加加强强强强了了了了的的的的电电电电场场场场附附附附近近近近，会会会会迅迅迅迅速速速速产产产产生生生生新新新新的的的的碰碰碰碰撞撞撞撞电电电电离；离；离；离；二次电子崩；二次电子崩；二次电子崩；二次电子崩；（二次电子崩电子跑到初崩正空间电荷区域）流注（二次电子崩电子跑到初崩正空间电荷区域）流注（二次电子崩电子跑到初崩正空间电荷区域）流注（二次电子崩电子跑到初崩正空间电荷区域）流注 。流注发展过程第58页/共169页第五十九页，编辑于星期二：一点 二十五分。603.2 3.2 大气压下均匀电场的流注理论大气压下均匀电场的流注理论大气压下均匀电场的流注理论大气压下均匀电场的流注理论（四）流注条件（四）流注条件（四）流注条件（四）流注条件形成流注的必要条件是：形成流注的必要条件是：形成流注的必要条件是：形成流注的必要条件是：电电电电子子子子崩崩崩崩发发发发展展展展到到到到足足足足够够够够的的的的程程程程度度度度后后后后，电电电电子子子子崩崩崩崩中中中中的的的的空空空空间间间间电电电电荷荷荷荷足足足足以以以以使原电场使原电场使原电场使原电场明显畸变明显畸变明显畸变明显畸变，大大加强电子崩崩头和崩尾处的电场；，大大加强电子崩崩头和崩尾处的电场；，大大加强电子崩崩头和崩尾处的电场；，大大加强电子崩崩头和崩尾处的电场；电电电电子子子子崩崩崩崩头头头头部部部部附附附附近近近近电电电电荷荷荷荷密密密密度度度度很很很很大大大大，复复复复合合合合频频频频繁繁繁繁，释释释释放放放放出出出出引引引引发发发发新新新新的空间光电离的辐射源，二次电子崩主要来源于的空间光电离的辐射源，二次电子崩主要来源于的空间光电离的辐射源，二次电子崩主要来源于的空间光电离的辐射源，二次电子崩主要来源于空间光电离空间光电离空间光电离空间光电离；气隙中一旦气隙中一旦气隙中一旦气隙中一旦形成流注形成流注形成流注形成流注，放电就可由空间光电离自行维持。，放电就可由空间光电离自行维持。，放电就可由空间光电离自行维持。，放电就可由空间光电离自行维持。第59页/共169页第六十页，编辑于星期二：一点 二十五分。613.2 3.2 大气压下均匀电场的流注理论大气压下均匀电场的流注理论大气压下均匀电场的流注理论大气压下均匀电场的流注理论流注自持放电条件：流注自持放电条件：或或标标准准大大气气条条件件下下，初初崩崩头头部部电电子子数数要要达达到到108时时，出出现现流流注注，放放电才能转为自持。电才能转为自持。也可写为：也可写为：注意：此处的区别于汤逊理论中第60页/共169页第六十一页，编辑于星期二：一点 二十五分。62流注理论对放电现象的解释流注理论对放电现象的解释流注理论对放电现象的解释流注理论对放电现象的解释pp放电时间放电时间放电时间放电时间二二二二次次次次崩崩崩崩的的的的起起起起始始始始电电电电子子子子是是是是光光光光子子子子形形形形成成成成的的的的，而而而而光光光光子子子子以以以以光光光光速速速速传传传传播播播播，所所所所以以以以流流流流注发展非常快。注发展非常快。注发展非常快。注发展非常快。p放电外形放电外形二二次次崩崩的的发发展展具具有有不不同同的的方方位位，所所以以流流注注的的推推进进不不可可能能均均匀匀，而而且且具有分支。具有分支。p阴极材料阴极材料大大气气条条件件下下的的气气体体放放电电不不依依赖赖阴阴极极表表面面电电离离，而而是是靠靠空空间间光光电离产生电子维持，因此与阴极材料无关。电离产生电子维持，因此与阴极材料无关。第61页/共169