气体中带电粒子产生与消失.ppt

高压电气设备实验的基本知识高压电气设备实验的基本知识电电气气试试验验绝缘的概念：将不同电位的导体分开，使之在电气上不相连接。具有绝缘作用的材料称为电介质或绝缘材料。电介质的分类：按状态分为气体、液体和固体三类。学习情境学习情境1 1：绝缘介质电气性能及击穿过程：绝缘介质电气性能及击穿过程在电场作用下电介质会产生许多物理现象，如极化、电导、游离、损耗和击穿放电等现象，正确理解和认识这些现象，对我们进行绝缘结构的合理设计、绝缘材料的合理利用以及对绝缘性能的准确评估有着非常重要的意义。1.2气体绝缘材料及其击穿特性学学习情境一情境一 绝缘介介质电气性能及气性能及击穿穿过程程子情境子情境1.1 绝缘材料的材料的电气性能气性能子情境子情境1.2 气体气体绝缘材料及其材料及其击穿特性穿特性子情境子情境1.3 液体液体绝缘材料及其材料及其击穿特性穿特性子情境子情境1.4 固体固体绝缘材料及其材料及其击穿特性穿特性1.2.2 均匀电场中气体的击穿过程均匀电场中气体的击穿过程1.2.3 不均匀电场中气体的击穿过程不均匀电场中气体的击穿过程子情境子情境 1.2 1.2 气体绝缘材料及其击穿特性气体绝缘材料及其击穿特性1.2.1 气体中带电质点的产生与消失气体中带电质点的产生与消失 1.2.4 冲击电压下气体的击穿过程冲击电压下气体的击穿过程1.2.5 沿面放电沿面放电1.2气体绝缘材料及其击穿特性气体是电气设备中重要的电介质。在一些设备中，气体作为主绝缘，其他固体电介质只起支撑作用，例如架空线、空气电容器、断路器、充气电力电缆等。气体也可与承担主绝缘的固体或液体电介质以串联或并联的形式存在。另外，在固体或液体绝缘中，都或多或少地存在一定量的气体空隙。因此，气体绝缘材料是绝缘技术中应用最广泛的绝缘材料。气体绝缘材料气体绝缘材料1.2气体绝缘材料及其击穿特性空气绝缘空气绝缘工程中常见的气体电介质SF6气体绝缘气体绝缘1.2气体绝缘材料及其击穿特性SF6气体是一种电负性气体，具有高的击穿场强，在均匀电场下大约为空气的2.5 倍，当气体压力为0.2MPa 时，其绝缘强度相当于绝缘油。同时SF6气体具有优良的灭弧性能，在高压灭弧室中，其灭弧能力约为空气的数10 倍。近30 年来，SF6气体在高压电气设备中的应用日益广泛，如充SF6气体的互感器和断路器已成为我国220500kV 电力系统中的主流设备。1.2气体绝缘材料及其击穿特性 研究气体放电的主要目的：研究气体放电的主要目的：1 1、认识在高电压强电场作用下，气体由电介质向导体演变的过程。、认识在高电压强电场作用下，气体由电介质向导体演变的过程。2 2、了解气体电介质的电气强度及提高方法。、了解气体电介质的电气强度及提高方法。1.2气体绝缘材料及其击穿特性n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.n击穿时最低临界电压称为击穿时最低临界电压称为击穿电压击穿电压.n均匀电场中击穿电压与间隙距离之比称为均匀电场中击穿电压与间隙距离之比称为击穿场强击穿场强，也称为气体的，也称为气体的电气强度电气强度 如:空气在标准状态下的电气强度为30kV/cmn不均匀电场中击穿电压与间隙距离之比称为不均匀电场中击穿电压与间隙距离之比称为平均击穿场强平均击穿场强.n击穿场强是表征气体间隙绝缘性能的重要参数。击穿场强是表征气体间隙绝缘性能的重要参数。1.2气体绝缘材料及其击穿特性【学习任务】了解气体中带电质点的产生与消失形式，理解游离和去游离的概念。v1.2.2 1.2.2 气体中带电质点的产生与消失气体中带电质点的产生与消失1.2气体绝缘材料及其击穿特性1.2.2 1.2.2 气体中带电质点的产生与消失气体中带电质点的产生与消失在标准状态下在标准状态下 3 310101919个分子个分子/cm/cm3 3空气中约空气中约50050010001000对离子对离子（）绝缘绝缘1.2气体绝缘材料及其击穿特性一、气体中带电质点的产生一、气体中带电质点的产生能量能量能量能量中性原子中性原子激发激发游离游离原子核外的电子从离原子原子核外的电子从离原子核较近的轨道跳到离原子核较近的轨道跳到离原子核较远的轨道上去核较远的轨道上去原子中的一个或几个电原子中的一个或几个电子完全脱离原子核的束子完全脱离原子核的束缚而成为自由电子和正缚而成为自由电子和正离子（即带电质点）离子（即带电质点）1.2气体绝缘材料及其击穿特性游离形式游离形式1、碰撞游离、碰撞游离高速运动的电子与气体质点发生碰撞后，如果其动能大于气体质点的游离能，就可能使气体质点产生游离。一、气体中带电质点的产生一、气体中带电质点的产生1.2气体绝缘材料及其击穿特性2、光游离、光游离宇宙射线、射线、x射线等短波长的高能射线可以引起气体质点产生游离。游离形式游离形式一、气体中带电质点的产生一、气体中带电质点的产生1.2气体绝缘材料及其击穿特性3、热游离、热游离高温下，气体质点热运动所具有的动能大于气体的游离能，在互相碰撞中，也可引起气体质点的游离。高温气体的热辐射光子也能导致气体质点的光游离。游离形式游离形式一、气体中带电质点的产生一、气体中带电质点的产生1.2气体绝缘材料及其击穿特性4、表面游离、表面游离放在气体中的金属电极表面游离出自由电子的现象。短波光照射短波光照射正离子撞击阴极正离子撞击阴极强场发射强场发射强电场（强电场（10106 6V/cmV/cm数量级）数量级）游离形式游离形式一、气体中带电质点的产生一、气体中带电质点的产生1.2气体绝缘材料及其击穿特性气体发生放电时，除了不断形成带电质点的游离过程外，还存在相反气体发生放电时，除了不断形成带电质点的游离过程外，还存在相反的过程，即带电质点的消失的过程，即带电质点的消失,也称之为也称之为去游离去游离。在电场作用下，气体中放电是不断发展以致击穿，还是气体尚能保持在电场作用下，气体中放电是不断发展以致击穿，还是气体尚能保持其电气强度而起绝缘作用，就取决于上述两种过程的发展情况。其电气强度而起绝缘作用，就取决于上述两种过程的发展情况。二、气体中带电质点的消失二、气体中带电质点的消失1.2气体绝缘材料及其击穿特性1、带电质点受电场力的作用流入电极在外电场的作用下，气体间隙中的正、负电荷分别向两电极做定向运动，到达两电极后发生电荷的中和。二、气体中带电质点的消失二、气体中带电质点的消失1.2气体绝缘材料及其击穿特性2、带电质点的扩散带电质点的扩散是指带电质点从浓度较大的区域转移到浓度较小的区域，从而使带电质点在空间各处的浓度趋于均匀的过程。二、气体中带电质点的消失二、气体中带电质点的消失1.2气体绝缘材料及其击穿特性3、带电质点的复合带正、负电荷的质点相遇，发生电荷的传递、中和而还原成中性质点的过程，称为复合。复合的过程是释放能量的过程，以光子的形式向外释放能量。二、气体中带电质点的消失二、气体中带电质点的消失1.2气体绝缘材料及其击穿特性4附着效应某些气体中的中性分子（或原子）具有较大的电子亲和力，当电子与其相碰撞时，便被其吸附而成为负离子，同时释放出能量，这个过程成为气体的附着效应。容易附着电子形成负离子的气体称为电负性气体，如氧气、氯气、氟气、水蒸气、六氟化硫等都属于电负性气体。电子被电负性气体俘获而形成质量大、速度小的负离子后，游离能力大为降低。因此，附着效应起着阻碍放电的作用，电负性气体具有较高的绝缘强度。二、气体中带电质点的消失二、气体中带电质点的消失1.2气体绝缘材料及其击穿特性【实例分析实例分析】用气体吹弧是高压断路器熄弧的基本措施之一，吹弧为什么能使电弧尽快熄灭？电弧温度很高,电弧中的热游离是维持电弧燃烧的主要因素，用气体介质进行吹弧，既能带走电弧中的部分带电质点，又可对电弧进行强烈的冷却，加强电弧中的复合过程，从而使电弧中的带电质点减少，故吹弧有利于电弧熄灭。1.2气体绝缘材料及其击穿特性