高电压技术第一章课件.ppt

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1、高电压技术第一章高电压技术第一章第1页，此课件共94页哦1、气体放电概念及其主要形式气体放电概念及其主要形式气体放电气体放电气体击穿气体击穿沿面闪络沿面闪络气体放电气体放电气体的绝缘特性气体的绝缘特性气体的电气强度气体的电气强度辉光放电辉光放电电晕放电电晕放电火花放电火花放电电弧放电电弧放电气体放电的基本概念气体放电的基本概念气体放电的主要形式气体放电的主要形式气体放电气体放电主要形式主要形式第2页，此课件共94页哦1.1 气体放电的基本概念气体放电的基本概念1.1.1 气体放气体放电1.1.2 气体的气体的绝缘特性特性1.1.3 气体的气体的电气气强度度第3页，此课件共94页哦1.1.1 1

2、.1.1 气体放电气体放电气体放电：气体中流通电流的各种形式；气体放电：气体中流通电流的各种形式；气体击穿：气体电绝缘状态突变为良导电状态的气体击穿：气体电绝缘状态突变为良导电状态的过程；过程；沿面闪络：击穿发生在气体与液体、气体与固体沿面闪络：击穿发生在气体与液体、气体与固体交界面上的放电现象；交界面上的放电现象；工程上将击穿和闪络统称为放电。工程上将击穿和闪络统称为放电。第4页，此课件共94页哦1.1.2 1.1.2 气体的绝缘特性气体的绝缘特性气气体体指指高高压压电电气气设设备备中中常常用用的的空空气气、SFSF6 6、以以及及高高强强度混合气体等气态绝缘介质。度混合气体等气态绝缘介质。

3、v空气：架空线路、变压器外绝缘；空气：架空线路、变压器外绝缘；vSFSF6 6：SFSF6 6断路器和断路器和SFSF6 6全封闭组合电器；全封闭组合电器；气气体体失失去去绝绝缘缘后后，虽虽然然可可以以自自动动恢恢复复，但但其其放放电电所所造造成成的的事事故故已已经经发发生生，因因此此我我们们要要研研究究气气体体的的电气强度。电气强度。空空气气是是最最廉廉价价、应应用用最最广广、自自动动恢恢复复绝绝缘缘的的气气体体，因此我们主要研究空气的放电。因此我们主要研究空气的放电。第5页，此课件共94页哦1.1.3 1.1.3 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。气体的

4、电气强度表征气体耐受电压作用的能力。均均匀匀电电场场中中击击穿穿电电压压U Ub b与与间间隙隙距距离离之之比比称称为为击击穿穿场场强强E Eb b。我我们把均匀电场中气隙的击穿场强们把均匀电场中气隙的击穿场强E Eb b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;30kV/cm;注注意意：不不能能把把不不均均匀匀场场中中气气隙隙U Ub b与与间间隙隙距距离离之之比比称称为为气气体体的的电电气强度，通常称之为平均击穿场强。气强度，通常称之为平均击穿场强。第6页，此课件共94页哦1.2 气体放电的主要形式气体放电的主要形式v注

5、注意意：电电晕晕放放电电时时气气隙隙未未击击穿穿，而而辉辉光光放放电电、火火花花放放电电、电电弧弧放放电电均均指指击击穿穿后后的的放放电电现现象象，且且随随条条件件不不同同，这这些些放电现象可相互转换。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电弧放电电弧放电第7页，此课件共94页哦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电子碰撞电离电子碰撞电离 正离子碰撞电离正离子碰撞电离 碰撞电离碰撞电离光电离光电离热电离热电离空间电离空间电离表面电离表面电离正离子碰撞阴极正离子碰撞阴极光电效应光电效应强场发射强场发射热电子发射热电子发射电

6、场作用下气体中带电质点的定向运动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扩散带电质点的复合带电质点的复合2.1 带电质带电质点产生点产生2.2 带电质带电质点消失点消失气体放电气体放电发展过程发展过程第8页，此课件共94页哦2.1 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游离气体原子的激发和游离第9页，此课件共94页哦2.1 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游离气体原子的激发和游离激励：激励：原子外层电子跃迁到较远的轨道上去的现象。原子外层电子跃迁到较远的轨道上去的现象。激励激励能：能：产生激励需要的能量。产生激励需要的能量。电离：电离

7、：使原来的一个中性原子变成一个自由电子和一个带正使原来的一个中性原子变成一个自由电子和一个带正电荷的离子的现象。电荷的离子的现象。电离能：电离能：电离所需的电离所需的最小最小能量（能量（W Wi i）。）。分级电离：分级电离：先经过激励再产生电离的过程。先经过激励再产生电离的过程。第10页，此课件共94页哦2.2 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（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。电流。（二）带电质点的扩散（二）带电质点的扩散带电质点

8、从浓度较大区域转移到浓度较小区域。带电质点从浓度较大区域转移到浓度较小区域。（热运动）（热运动）电子扩散比离子扩散高电子扩散比离子扩散高3 3个数量级个数量级第11页，此课件共94页哦2.2 气体中带电质点的消失气体中带电质点的消失v正正离离子子和和负负离离子子或或电电子子相相遇遇时时，发发生生电电荷荷的的传传递递而而相相互互中和还原为分子的过程，复合放出能量。中和还原为分子的过程，复合放出能量。v复合的质点相对速度越大，复合概率越小。复合的质点相对速度越大，复合概率越小。v复复合合过过程程要要阻阻碍碍放放电电的的发发展展，但但在在一一定定条条件件下下又又可可因因复复合时的光辐射加剧放电的发展

9、。合时的光辐射加剧放电的发展。v放放电电过过程程中中绝绝大大多多数数是是正正、负负离离子子之之间间复复合合，参参加加复复合合的电子绝大多数先形成负离子再与正离子复合。的电子绝大多数先形成负离子再与正离子复合。（三）带电质点的复合（三）带电质点的复合第12页，此课件共94页哦3 汤逊理论和流注理论汤逊理论和流注理论3.1.1 非自持放电和自持放电非自持放电和自持放电3.1.2 低气压下均匀电场自持放电的汤逊理论低气压下均匀电场自持放电的汤逊理论3.1.3 巴申定律巴申定律3.2.1 空间电荷对电场的畸变空间电荷对电场的畸变3.2.2 高气压下均匀电场自持放电的流注理论高气压下均匀电场自持放电的流

10、注理论3.2.3 流注理论对放电现象的解释流注理论对放电现象的解释3.1 汤逊理论和巴汤逊理论和巴申定律申定律3.2 流注理论流注理论汤逊理论和流汤逊理论和流注理论注理论3.1.4 汤逊理论的适用范围汤逊理论的适用范围第13页，此课件共94页哦3.1 汤逊理论和巴申定律汤逊理论和巴申定律3.1.1 3.1.1 非自持放电和自持放电非自持放电和自持放电3.1.2 3.1.2 低气压下均匀电场自持放电的汤逊理论低气压下均匀电场自持放电的汤逊理论3.1.3 3.1.3 巴申定律巴申定律3.1.4 3.1.4 汤逊理论的适用范围汤逊理论的适用范围第14页，此课件共94页哦3.1.1 非自持放电和自持放

11、电非自持放电和自持放电非自持放电与自持放电的分界点气体放电实验的伏安特性曲线气体放电实验的伏安特性曲线第15页，此课件共94页哦3.1.1 非自持放电和自持放电非自持放电和自持放电气体放电实验的伏安特性曲线气体放电实验的伏安特性曲线图表示实验所得平板电极图表示实验所得平板电极(均匀电场均匀电场)气体中的电流气体中的电流I I与所加电压的关系：即与所加电压的关系：即伏安特性伏安特性 气体放电伏安特性气体放电伏安特性 第16页，此课件共94页哦3.1.1 非自持放电和自持放电非自持放电和自持放电实验分析实验分析OAOA段：段：电流随电压升高而升高。这是由于电极空间的带电粒子向电电流随电压升高而升高

12、。这是由于电极空间的带电粒子向电极运动加速而导致复合数的减少所致极运动加速而导致复合数的减少所致(非自持非自持)。ABAB段：段：电流仅取决于外电离因素与电压无关。电流趋向于饱和值，电流仅取决于外电离因素与电压无关。电流趋向于饱和值，因为这时外界电离因子所产生的带电粒子几乎能全部抵达因为这时外界电离因子所产生的带电粒子几乎能全部抵达电极，所以电流值与所加电压无关电极，所以电流值与所加电压无关(非自持非自持)。BCBC段：段：当电压提高到时，电流又开始随电压的升高而增大，这是由于当电压提高到时，电流又开始随电压的升高而增大，这是由于气隙中出现碰撞电离和电子崩。气隙中出现碰撞电离和电子崩。电压升高

13、碰撞电离增强但仍靠外电压升高碰撞电离增强但仍靠外电离维持电离维持(非自持非自持)C C点后：当所加电压大于点后：当所加电压大于U0U0时，只靠外加电压就能维持时，只靠外加电压就能维持(自持自持)第17页，此课件共94页哦3.1.1 非自持放电和自持放电非自持放电和自持放电如果取消外电离因素，那么电流也将消失，这类依靠外电离如果取消外电离因素，那么电流也将消失，这类依靠外电离因素的作用而维持的放电叫因素的作用而维持的放电叫非自持放电非自持放电。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。外施电压到达因素。外施电压到达U U0 0后的放

14、电称为后的放电称为自持放电自持放电。U U0 0称为称为起起始放电电压始放电电压。第18页，此课件共94页哦3.1.2 低气压下均匀电场自持放电的低气压下均匀电场自持放电的汤逊理论汤逊理论（一）电子崩（一）电子崩(a)(a)电子崩的形成电子崩的形成(b)(b)带电离子在电子崩中的分布带电离子在电子崩中的分布 外界电离因子在阴极附近产生外界电离因子在阴极附近产生了一个初始电子，如果空间电场了一个初始电子，如果空间电场强度足够大，该电子在向阳极运强度足够大，该电子在向阳极运动时就会引起碰撞电离，产生一动时就会引起碰撞电离，产生一个新的电子，初始电子和新电子个新的电子，初始电子和新电子继续向阳极运动

15、，又会引起新的继续向阳极运动，又会引起新的碰撞电离，产生更多电子。碰撞电离，产生更多电子。依此，电子将按照几何级数不断增依此，电子将按照几何级数不断增多，类似雪崩一样地发展，这种急剧增多，类似雪崩一样地发展，这种急剧增大的空间电子流被称为电子崩。大的空间电子流被称为电子崩。第19页，此课件共94页哦3.1.2 低气压下均匀电场自持放电的低气压下均匀电场自持放电的汤逊理论汤逊理论n是包括起始电子在内的电子崩中的电子数，是包括起始电子在内的电子崩中的电子数，它表征一个起始电子在向阳极运动过程到它表征一个起始电子在向阳极运动过程到达阳极时产生的电子数。达阳极时产生的电子数。汤逊理论中的汤逊理论中的过

16、程过程设外电离因素在阴极表面产生的设外电离因素在阴极表面产生的起始电子数为起始电子数为n n0 0，当起始电子到，当起始电子到达离阴极达离阴极x x处时，电子数为处时，电子数为n n，这，这n n个电子行经个电子行经dxdx后，又会产生后，又会产生dndn个个新电子新电子,即即第20页，此课件共94页哦3.1.2 低气压下均匀电场自持放电的低气压下均匀电场自持放电的汤逊理论汤逊理论 对对E E值敏感，值敏感，当当E/E/不变时，系数不变时，系数 与气体相对密度成正比；与气体相对密度成正比；汤逊理论中的汤逊理论中的过程过程经推导，得经推导，得 A,B 常数：空气相对密度，p E：场强 第21页，

17、此课件共94页哦3.1.2 低气压下均匀电场自持放电的低气压下均匀电场自持放电的汤逊理论汤逊理论汤逊理论中的汤逊理论中的过程过程 气气隙隙中中碰碰撞撞电电离离而而产产生生的的正正离离子子，即即从从阴阴极极产产生生的的一一个个电子消失在阳极前，由电子消失在阳极前，由过程形成的正离子数。即过程形成的正离子数。即第22页，此课件共94页哦3.1.2 低气压下均匀电场自持放电的低气压下均匀电场自持放电的汤逊理论汤逊理论 正正离离子子消消失失在在阴阴极极前前，由由过过程程在在阴阴极极上上释释放放出出二二次次电电子子数，即数，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电电子子，此此时

18、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电。放电。汤逊理论中的汤逊理论中的过程过程第23页，此课件共94页哦3.1.2 低气压下均匀电场自持放电的低气压下均匀电场自持放电的汤逊理论汤逊理论自持放电条件自持放电条件如自持放电条件满足时，会形成下图的闭环部分如自持放电条件满足时，会形成下图的闭环部分第24页，此课件共94页哦3.1.2 低气压下均匀电场自持放电的低气压下均匀电场自持放电的汤逊理论汤逊理论总结：总结：1.1.将将电电子子崩崩和和阴阴极极上上的的过过程程作作为为气气体体自自持持放放电电的的决决定定因因素素是是汤逊理论的基础。汤逊

19、理论的基础。2.2.汤汤逊逊理理论论的的实实质质是是电电子子碰碰撞撞电电离离是是气气体体放放电电的的主主要要原原因因，二二次次电电子子来来源源于于正正离离子子撞撞击击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，逸逸出出电电子是维持气体放电的必要条件。子是维持气体放电的必要条件。3.3.阴极逸出电子能否接替起始电子的作用是自持放电的判据。阴极逸出电子能否接替起始电子的作用是自持放电的判据。第25页，此课件共94页哦3.1.3 巴申定律巴申定律根据自持放电条件，导出击穿电压的表达式根据自持放电条件，导出击穿电压的表达式 A A、B B是是与与气气体体种种类类有有关关的的常常数数，u ub

20、 b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气体的自持放电起始电压等于气隙击穿电压。中气体的自持放电起始电压等于气隙击穿电压。巴申定律：巴申定律：当当气气体体成成份份和和电电极极材材料料一一定定时时，气气体体间间隙隙击击穿穿电电压压(u ub b)是是气压气压(p p)和极间距离和极间距离(d d)乘积的函数。乘积的函数。第26页，此课件共94页哦3.1.3 巴申定律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U Ub b与与pdpd的关系的关系 巴申曲线表明，改变极间距离巴申曲线表明，改变极间距离d d的同时，也相应改变的同时，也相应改变气压气压p p而使而使

21、pdpd的乘积不变，则极间距离不等的气隙击穿的乘积不变，则极间距离不等的气隙击穿电压却彼此相等。电压却彼此相等。第27页，此课件共94页哦3.1.3 巴申定律巴申定律原原因因：形形成成自自持持放放电电需需要要达达到到一一定定的的电电离离数数d d，而而这又取决于碰撞次数与电离概率的乘积。这又取决于碰撞次数与电离概率的乘积。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广泛应用（如：压缩空气开关、真空开关等）到广泛应用（如：压缩空气开关、真空开关等）第28页，此课件共94页哦3.1.4 汤逊理论的适用范围汤逊理论的适用范围汤汤逊逊理理论论是是在在低低气气压

22、压pdpd较较小小条条件件下下建建立立起起来来的的，pdpd过过大大，汤逊理论就不再适用。汤逊理论就不再适用。pdpd过大时（气压高、距离大）汤逊理论无法解释：过大时（气压高、距离大）汤逊理论无法解释：v放电时间：很短；放电时间：很短；v放电外形：具有分支的细通道；放电外形：具有分支的细通道；v击穿电压：与理论计算不一致；击穿电压：与理论计算不一致；v阴极材料：无关；阴极材料：无关；汤逊理论适用于汤逊理论适用于pd26.66kPa pd26.66kPa pd26.66kPa cmcm，汤逊理论将不适用。，汤逊理论将不适用。以自然界的雷电为例，它发生在两块雷云之间或雷云与以自然界的雷电为例，它发

23、生在两块雷云之间或雷云与大地之间，这时不存在金属阴极，因而与阴极上的大地之间，这时不存在金属阴极，因而与阴极上的过程和过程和二次电子发射根本无关。二次电子发射根本无关。气体放电流注理论以实验为基础，它考虑了高气压、长气体放电流注理论以实验为基础，它考虑了高气压、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。第31页，此课件共94页哦3.2.1 空间电荷对电场的畸变空间电荷对电场的畸变(d)(d)这些光子将导致空间光电离。这些光

24、子将导致空间光电离。(a)(a)电电子子崩崩崩崩头头集集中中着着电电子子，其其后后是是正离子，形状似半球形锥体；正离子，形状似半球形锥体；(b)(b)空空间间电电荷荷分分布布极极不不均均匀匀，大大大大加加强强了了崩崩头头及及崩崩尾尾的的电电场场，削削弱弱了了电电子崩内部的电场；子崩内部的电场；(c)(c)崩崩头头电电场场明明显显增增强强，有有利利于于分分子子和和离离子子的的激激励励现现象象，当当它它们们从从激激励励态态恢恢复复到到正正常常态态时时将将放放射射出出光光子子；电电子子崩崩内内部部电电场场削削弱弱，有有助助于复合将放射出光子；于复合将放射出光子；第32页，此课件共94页哦3.2.2

25、高气压下均匀电场自持放电的高气压下均匀电场自持放电的流注理论流注理论流注的形成和发展示意图第33页，此课件共94页哦3.2.2 高气压下均匀电场自持放电的高气压下均匀电场自持放电的流注理论（续流注理论（续1）a)a)起起始始电电子子发发生生碰碰撞撞电电离离形形成成初初始始电电子子崩崩；初初崩崩发发展展到到阳阳极极，正正离离子子作作为为空空间间电电荷荷畸畸变变原原电电场场，加加强强正正离离子子与与阴阴极极间间电电场场，放放射射出出大大量量光子；光子；b)b)光电离产生二次电子，在加强的局部电场下形成二次崩；光电离产生二次电子，在加强的局部电场下形成二次崩；c)c)二二次次崩崩电电子子与与正正空空

26、间间电电荷荷汇汇合合成成流流注注通通道道，其其端端部部有有二二次次崩崩留下的正电荷，加强局部电场产生新电子崩使其发展；留下的正电荷，加强局部电场产生新电子崩使其发展；流流注注头头部部电电离离迅迅速速发发展展，放放射射出出大大量量光光子子，引引起起空空间间光光电电离离，流流注注前方出现新的二次崩，延长流注通道；前方出现新的二次崩，延长流注通道；d)d)流注通道贯通，气隙击穿。流注通道贯通，气隙击穿。注：流注速度为注：流注速度为10108 810109 9cm/scm/s，而电子崩速度为，而电子崩速度为10107 7cm/scm/s。第34页，此课件共94页哦3.2.2 高气压下均匀电场自持放电的

27、高气压下均匀电场自持放电的流注理论（续流注理论（续2）流注条件：流注条件：必必要要条条件件是是电电子子崩崩发发展展到到足足够够的的程程度度，电电子子崩崩中中的的空空间间电电荷荷足足以以使使原原电电场场明明显显畸畸变变，加加强强电电子子崩崩崩崩头头和和崩崩尾尾处处的的电电场场；另另一一方方面面电电子子崩崩中中电电荷荷密密度度很很大大，所所以以复复合合频频繁繁，放放射射出出的的光光子子在在这这部部分分很很强强，电电场场区区很很容容易易成成为为引引发发新新的的空空间间光光电电离离的的辐辐射射源源，二二次次电电子子主主要要来来源源于于空空间间光光电电离离；气气隙隙中中一一旦旦形形成成流流注注，放放电电

28、就就可由空间光电离自行维持。可由空间光电离自行维持。流注自持放电条件：流注自持放电条件：初初崩崩头头部部电电子子数数要要达达到到108时时，放放电电才才能能转转为为自自持持，出出现现流注。流注。或或第35页，此课件共94页哦3.2.3 流注理论对放电现象的解释流注理论对放电现象的解释放电时间放电时间二二次次崩崩的的起起始始电电子子是是光光子子形形成成的的，而而光光子子以以光光速速传传播播，所以流注发展非常快。击穿时间比汤逊理论推算的小得多所以流注发展非常快。击穿时间比汤逊理论推算的小得多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

29、均匀，而且具有分支。能均匀，而且具有分支。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电离产生电子维持，因此与阴极材料无关。光电离产生电子维持，因此与阴极材料无关。第36页，此课件共94页哦小小 结结1.1.汤汤逊逊理理论论只只适适用用于于pdpd值值较较小小的的范范围围，流流注注理理论论只只适适用用于于pdpd值较大的范围，二者过渡值为值较大的范围，二者过渡值为pd=26.66kPapd=26.66kPacmcm；(1)(1)汤逊理论的基本观点：汤逊理论的基本观点：电电子子碰碰撞撞电电离离是是气气体体放放电电时时电电流流

30、倍倍增增的的主主要要过过程程，而而阴阴极极表面的电子发射是维持放电的必要条件。表面的电子发射是维持放电的必要条件。(2)(2)流注理论的基本观点：流注理论的基本观点：以以汤汤逊逊理理论论的的碰碰撞撞电电离离为为基基础础，强强调调空空间间电电荷荷对对电电场场的的畸畸变变作作用用，着着重于用气体空间光电离来解释气体放电通道的发展过程；重于用气体空间光电离来解释气体放电通道的发展过程；放放电电从从起起始始到到击击穿穿并并非非碰碰撞撞电电离离连连续续量量变变的的过过程程，当当初初始始电电子子崩崩中中离离子数达子数达10108 8以上时，引起空间光电离质变，电子崩汇合成流注；以上时，引起空间光电离质变，

31、电子崩汇合成流注；流注一旦形成，放电转入自持。流注一旦形成，放电转入自持。第37页，此课件共94页哦小小 结结2.2.引引起起气气体体放放电电的的外外部部原原因因有有两两个个，其其一一是是电电场场作用，其二是外电离因素。作用，其二是外电离因素。把把去去掉掉外外界界因因素素作作用用后后，放放电电立立即即停停止止的的放放电电形形式式称称为为非非自自持持放放电电；把把由由电电场场作作用用就就能能维维持持的的放放电电称称为为自持放电。自持放电。3.3.汤逊理论和流注理论自持放电条件的比较汤逊理论和流注理论自持放电条件的比较(1)(1)汤逊理论：自持放电由阴极过程来维持；汤逊理论：自持放电由阴极过程来维

32、持；流注理论：依赖于空间光电离。流注理论：依赖于空间光电离。(2)(2)系数的物理意义不同。系数的物理意义不同。第38页，此课件共94页哦流注发展过程流注发展过程 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）电场畸变和加强；电场畸变和加强；电子崩头部正负空间电荷复合；电子崩头部正负空间电荷复合；放射大量光子；放射大量光子；光电离；光电离；崩头处二次电子（光电子）；崩头处二次电子（光电子）；（向正空间电荷区运动）碰撞游离；（向正空间电荷区运动）碰撞游离；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

33、域）流注 。第39页，此课件共94页哦4 不均匀电场中的放电过程不均匀电场中的放电过程4.1 4.1 电场不均匀程度的划分电场不均匀程度的划分4.2 4.2 稍不均匀电场中的击穿过程稍不均匀电场中的击穿过程不均匀电场不均匀电场放电过程放电过程4.3 4.3 极不均匀电场中的击穿过程极不均匀电场中的击穿过程4.3.1 4.3.1 电晕放电电晕放电4.3.2 4.3.2 极性效应极性效应4.3.3 4.3.3 长间隙放电长间隙放电第40页，此课件共94页哦4.1 电场不均匀程度的划分电场不均匀程度的划分球隙的放电特性与极间距离的关系球隙的放电特性与极间距离的关系1-1-击穿电压击穿电压 2-2-电

34、晕起始电压电晕起始电压 3-3-放电不稳定区放电不稳定区第41页，此课件共94页哦4.1 电场不均匀程度的划分电场不均匀程度的划分电场越不均匀，击穿电压和电晕起始电压之间的差别越大；电场越不均匀，击穿电压和电晕起始电压之间的差别越大；从从放放电电观观点点看看：电电场场的的不不均均匀匀程程度度可可以以根根据据是是否否存存在在稳稳定定的的电晕放电来区分；电晕放电来区分；从电场均匀程度看：可用电场的不均匀系数划分从电场均匀程度看：可用电场的不均匀系数划分 f2 f4f4时为极不均匀电场。时为极不均匀电场。Emax：最大场强；Eav：平均场强第42页，此课件共94页哦4.2 稍不均匀电场中的击穿过程稍

35、不均匀电场中的击穿过程稍稍不不均均匀匀电电场场中中的的放放电电过过程程与与均均匀匀电电场场相相似似，属属于于流流注注击击穿穿，击穿条件就是自持放电条件，无电晕产生。击穿条件就是自持放电条件，无电晕产生。但稍不均匀电场中场强并非处处相等但稍不均匀电场中场强并非处处相等.第43页，此课件共94页哦4.3 极不均匀电场中的击穿过程极不均匀电场中的击穿过程4.3.1 电晕放放电4.3.2 极性效极性效应第44页，此课件共94页哦4.3.1 电晕放电电晕放电定定义义：由由于于电电场场强强度度沿沿气气隙隙的的分分布布极极不不均均匀匀，因因而而当当所所加加电电压压达达到到某某一一临临界界值值时时，曲曲率率半

36、半径径较较小小的的电电极极附附近近空空间间的的电电场场强强度度首首先先达达到到了了起起始始场场强强E E0 0，因因而而在在这这个个局局部部区区域域出出现现碰碰撞撞电电离离和和电电子子崩崩，甚甚至至出出现现流流注注，这这种种仅仅仅仅发发生生在在强强场场区区（小小曲曲率率半半径径电电极极附附近近空空间间）的的局局部部放放电电称称为为电电晕晕放放电电 。特特点点：电电晕晕放放电电是是极极不不均均匀匀电电场场特特有有的的自自持持放放电电形形式式，电电晕起始电压低于击穿电压，电场越不均匀其差值越大。晕起始电压低于击穿电压，电场越不均匀其差值越大。第45页，此课件共94页哦4.3.1 电晕放电电晕放电v

37、不良影响：不良影响：能量损耗；通信干扰等。能量损耗；通信干扰等。v解决方法：解决方法：增大电极曲率半径；采用分裂导线等。增大电极曲率半径；采用分裂导线等。v其它应用：其它应用：制造臭氧发生器、电晕除尘器等。制造臭氧发生器、电晕除尘器等。电晕放电的起始电压一般用经验公式来推算，应用电晕放电的起始电压一般用经验公式来推算，应用最广的是皮克公式，电晕起始场强近似为最广的是皮克公式，电晕起始场强近似为 m m：导线表面粗糙系数导线表面粗糙系数;:空气相对密度；空气相对密度；r:r:导线半径（导线半径（cmcm）第46页，此课件共94页哦4.3.2 极性效应极性效应极性效应极性效应 在极不均匀电场中，放

38、电一定从曲率半径较小的那个在极不均匀电场中，放电一定从曲率半径较小的那个电极表面开始，与该电极极性无关。但后来的发展过程、电极表面开始，与该电极极性无关。但后来的发展过程、气隙的电气强度、击穿电压等都与该电极的极性有密切的气隙的电气强度、击穿电压等都与该电极的极性有密切的关系。关系。极不均匀电场中的放电存在着明显的极性效应极不均匀电场中的放电存在着明显的极性效应。极性决定于表面电场较强的电极所具有的电位符号：极性决定于表面电场较强的电极所具有的电位符号：在两个电极几何形状不同时，极性取决于曲率半径较小的那个电极在两个电极几何形状不同时，极性取决于曲率半径较小的那个电极的电位符号，如的电位符号，

39、如“棒棒-板板”气隙。气隙。在两个电极几何形状相同时，极性取决于不接地的那个电极上在两个电极几何形状相同时，极性取决于不接地的那个电极上的电位，如的电位，如“棒棒-棒棒”气隙。气隙。第47页，此课件共94页哦4.3.2 极性效应极性效应（1 1）自持放电前阶段）自持放电前阶段 正空间电荷削弱棒极附近场强而加正空间电荷削弱棒极附近场强而加强外部电场，阻止棒极附近流注形成强外部电场，阻止棒极附近流注形成使电晕起始电压提高；使电晕起始电压提高；（2 2）自持放电阶段）自持放电阶段 空间电荷加强放电区外部空间的空间电荷加强放电区外部空间的电场，因此当电压进一步提高时，电场，因此当电压进一步提高时，强场

40、区将逐渐向极板推进至击穿。强场区将逐渐向极板推进至击穿。正极性正极性第48页，此课件共94页哦4.3.2 极性效应极性效应（1 1）自持放电前阶段：正空间）自持放电前阶段：正空间电荷加强棒极附近场强而削弱电荷加强棒极附近场强而削弱外部电场，促进棒极附近流注外部电场，促进棒极附近流注形成使电晕起始电压降低。形成使电晕起始电压降低。（2 2）自持放电阶段：空间电荷）自持放电阶段：空间电荷削弱放电区外部空间的电场，削弱放电区外部空间的电场，因此当电压进一步提高时，电因此当电压进一步提高时，电晕区不易向外扩展，气隙击穿晕区不易向外扩展，气隙击穿将不顺利，因此负极性击穿电将不顺利，因此负极性击穿电压比正

41、极性高很多，完成击穿压比正极性高很多，完成击穿所需时间也长得多。所需时间也长得多。负极性负极性第49页，此课件共94页哦4.3.2 极性效应极性效应工工程程实实际际中中，输输电电线线路路外外绝绝缘缘和和高高压压电电器器的的外外绝绝缘缘都都属属于于极极不不均均匀匀电电场场分分布布，在在交交流流电电压压下下的的击击穿穿都都发发生在正半波。生在正半波。因因此此，考考核核绝绝缘缘冲冲击击特特性性时时应应施施加加正正极极性性的的冲冲击电压。击电压。因此：因此：第50页，此课件共94页哦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5.1 5.1 雷电冲击电压下的击穿雷电冲击电压下的击穿5.2 5.

42、2 操作冲击电压下的击穿操作冲击电压下的击穿冲击电压下冲击电压下冲击电压下冲击电压下气隙的击穿气隙的击穿气隙的击穿气隙的击穿特性特性特性特性5.2.1 5.2.1 操作冲击电压的形成操作冲击电压的形成5.1.1 5.1.1 雷电冲击电压标准波形雷电冲击电压标准波形5.1.2 5.1.2 冲击放电时延冲击放电时延5.1.3 5.1.3 雷电冲击雷电冲击5050击穿电压击穿电压5.1.4 5.1.4 伏秒特性伏秒特性5.2.2 5.2.2 操作冲击电压标准波形操作冲击电压标准波形5.2.3 5.2.3 操作冲击放电电压的特点操作冲击放电电压的特点第51页，此课件共94页哦5.1 雷电冲击电压下的击

43、穿雷电冲击电压下的击穿5.1.1 5.1.1 雷电冲击电压标准波形雷电冲击电压标准波形5.1.2 5.1.2 冲击放电时延冲击放电时延5.1.3 5.1.3 雷电冲击雷电冲击5050击穿电压击穿电压5.1.4 5.1.4 伏秒特性伏秒特性第52页，此课件共94页哦5.1.1 雷电冲击电压标准波形雷电冲击电压标准波形第53页，此课件共94页哦5.1.2 冲击放电时延冲击放电时延冲冲击击电电压压变变化化速速度度很很快快，作作用用时时间间很很短短（ss），与与稳稳态态电电压压作作用用时时气气隙隙相相比比，它它的的放放电电时时间间就就成成为为关关注注的重要因素。的重要因素。实实验验表表明明：对对气气隙

44、隙施施加加冲冲击击电电压压使使其其击击穿穿不不仅仅需需要要足足够够幅幅值值的的电电压压，有有引引起起电电子子崩崩并并导导致致流流注注和和主主放放电电的的有效电子，而且需要一定的电压作用时间。有效电子，而且需要一定的电压作用时间。第54页，此课件共94页哦5.1.2 冲击放电时延（续冲击放电时延（续1）冲击放电的总时间为：第55页，此课件共94页哦5.1.2 冲击放电时延（续冲击放电时延（续2）短气隙中（1cm以下），特别是电场均匀时，tfts，放电时延主要取决于ts。为减小ts：v可提高外施电场使气隙中出现有效电子的概率增加v可采用人工光源照射，使阴极释放出更多的电子较长气隙时，放电时延主要决

45、定于形成延时tf，且电场越不均匀，tf越大第56页，此课件共94页哦5.1.3 雷电冲击雷电冲击50击穿电压击穿电压定义：在多次施加同一电压时，其中半数导致气隙击穿，以此反映气隙的耐受冲击电压的能力。特点：(1)在均匀和稍不均匀场中，击穿电压分散性小，冲击系数 (2)在极不均匀电场中，由于放电时延较长，其冲击系数 击穿电压分散性也较大。第57页，此课件共94页哦5.1.4 伏秒特性伏秒特性第58页，此课件共94页哦5.1.4 伏秒特性（续伏秒特性（续1）绘制伏秒特性的方法保持冲击电压波形不变，逐级升高电压使气隙发生击穿，记录击穿电压波形，读取击穿电压值U与击穿时间t。当电压不很高时击穿一般在波

46、长发生；当电压很高时，击穿百分比将达100，放电时延大大缩短，击穿可能发生在波前发生当击穿发生在波前时，U与t均取击穿时的值；当击穿发生在波长时，U取波峰值，t取击穿值50伏秒特性的绘制第59页，此课件共94页哦5.1.4 伏秒特性（续伏秒特性（续2）极不均匀：平均击穿场强低，放电时延长，曲线上翘；稍不均匀：平均击穿场强高，放电时延短，曲线平坦。因此在避雷器等保护装置中，保护间隙采用均匀电场，确保在各种电压下保护装置伏秒特性低于被保护设备。第60页，此课件共94页哦5.1.4 伏秒特性（续伏秒特性（续3）伏秒特性在绝缘配合中的应用第61页，此课件共94页哦5.2 操作冲击电压下的击穿操作冲击电

47、压下的击穿5.2.1 操作冲操作冲击电压的形成的形成5.2.2 操作冲操作冲击电压标准波形准波形5.2.3 操作冲操作冲击放放电电压的特点的特点第62页，此课件共94页哦5.2.1 操作冲击电压的形成操作冲击电压的形成电力系统的输电线及电气设备都有各自的电感和电容，由于系统运行状态的突变（正常或故障）将导致电感和电容元件间电磁能的互相转换，引起振荡性的过渡过程过渡过程会在电气设备或局部电网上造成远远超过正常运行的电压，称为操作过电压操作过电压幅值与波形跟电力系统的参数有密切关系，由于其过渡过程的振荡基值是系统运行电压，因此电压等级越高，操作过电压幅值越高，最高可达到最大相电压峰值的34倍第63

48、页，此课件共94页哦5.2.2 操作冲击电压标准波形操作冲击电压标准波形第64页，此课件共94页哦5.2.3 操作冲击放电电压的特点操作冲击放电电压的特点均匀场和稍不均匀场中v操作冲击电压的作用时间介于工频电压与雷电冲击电压之间。v操作冲击50%冲击放电电压U50、直流放电电压、工频放电电压等峰值几乎相同，分散性不大，击穿发生在波前部分，与半峰时间无关。极不均匀场中 操作冲击表现出许多不同的特点第65页，此课件共94页哦5.2.3 操作冲击放电电压的特点（续操作冲击放电电压的特点（续1）vU形曲线左半支：波前放电时延Ub 右半支：波前空间电荷迁移范围电极附近电场Ub 第66页，此课件共94页哦

49、5.2.3 操作冲击放电电压的特点（续操作冲击放电电压的特点（续2）v极性效应 在不同的电场结构中，正操作冲击50%击穿电压比负极性低，一般均讨论正极性的情况。操作冲击击穿电压不仅远低于雷电冲击击穿电压，在某些波前时间内，甚至比工频击穿电压还低。在同极性的雷电冲击标准波作用下，棒-板间隙的击穿电压比棒-棒间隙时低得不多，而在操作过电压下，前者比后者低得多 启示：在设计高压电气设备时应尽量 避免出现棒-板间隙第67页，此课件共94页哦5.2.3 操作冲击放电电压的特点（续操作冲击放电电压的特点（续3）v饱和现象 原因：长间隙下先导形成后，放电更易发展，这对于发展特高压输电技术是不利的；而雷电冲击

50、作用时间太短，其饱和不明显，放电电压与间隙距离一般呈线性关系。v分散性大 操作冲击电压下的气隙击穿电压和放电时间的分散性都比雷电冲击电压大得多。第68页，此课件共94页哦6 影响气体放电电压的因素影响气体放电电压的因素6.1 电场形式对放电电压的影响电场形式对放电电压的影响6.2 电压波形对放电电压的影响电压波形对放电电压的影响影响气体放电影响气体放电影响气体放电影响气体放电电压的因素电压的因素电压的因素电压的因素6.3 大气条件对放电电压的影响大气条件对放电电压的影响均匀电场均匀电场稍不均匀电场稍不均匀电场极不均匀电场极不均匀电场直流电压直流电压工频电压工频电压冲击电压冲击电压空气密度空气密