气体放电的基本物理过程2014PPT学习教案.pptx

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1、会计学 1气体(qt)放电的基本物理过程2014第一页，共21 页。高电压工程基础第2章 气体(qt)放电的基本物理过程 2.1 带电粒子的产生与消失 2.2 放电的电子崩阶段(jidun)2.3 自持放电条件 2.4 不均匀电场中放电的极性效应2第1 页/共21 页第二页，共21 页。高电压工程基础2.1 带电粒子的产生(chnshng)与消失 气体(qt)中电子与正离子的产生（1）热电离(dinl)波尔茨曼常数1.3810-23J/K 热力学温度（2）光电离普朗克常数6.6310-34Js（3）碰撞电离3第2 页/共21 页第三页，共21 页。高电压工程基础（4）分级(fn j)电离气体

2、电离能 激励能N215.5 6.1O212.5 7.9CO213.7 10.0SF615.6 6.8H2O 12.7 7.6潘宁效应，如下(rxi)图，混合气体的击穿强度低于这两种气体各自的击穿强度。4第3 页/共21 页第四页，共21 页。高电压工程基础 电极(dinj)表面的电子逸出 一些金属的逸出功金属 逸出功铝1.8银3.1铜3.9铁3.9氧化铜5.3（1）正离子撞击阴极(ynj)（2）光电子发射（3）强场发射（4）热电子发射5第4 页/共21 页第五页，共21 页。高电压工程基础 气体(qt)中负离子的形成 电子亲合能：可用来衡量原子捕获一个电子的难易(nn y)，越大则越易形成负离

3、子。元素电子亲合能（eV）电负性值F 3.45 4.0Cl 3.61 3.0Br 3.36 2.8I 3.06 2.5 负离子的形成使自由电子数减少(jinsho)，因而对放电发展起抑制作用。6第5 页/共21 页第六页，共21 页。高电压工程基础 带电(di din)质点的消失（1）带电质点的扩散 带电质点从浓度较大(jio d)的区域向浓度较小的区域的移动，从而使浓度变得均匀的过程，称为带电质点的扩散（2）带电质点的复合 带异号电荷的质点相遇，发生电荷的传递和中和而还原为中性质点的过程，称为复合。7第6 页/共21 页第七页，共21 页。高电压工程基础2.2 放电(fng din)的电子崩

4、阶段 非自持(zch)放电和自持(zch)放电的不同特点 电流(dinli)随外施电压的提高而增大，因为带电质点向电极运动的速度加快复合率减小 电流饱和，带电质点全部进入电极，电流仅取决于外电离因素的强弱（良好的绝缘状态）电流开始增大，由于电子碰撞电离引起的 电流急剧上升放电过程进入了一个新的阶段（击穿）外施电压小于U0时的放电是 非自持放电。电压到达U0后，电流剧增，间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。自持放电起始电压8第7 页/共21 页第八页，共21 页。高电压工程基础 电子崩的形成（BC段电流(dinli)剧增原因）电子碰撞电离系数：代表一个电子沿电力线方向行经1c

5、m 时平均发生的碰撞电离次数。9第8 页/共21 页第九页，共21 页。高电压工程基础 影响碰撞电离(dinl)的因素1cm 长度内一个电子的平均碰撞次数为1/：电子平均自由行程碰撞引起电离的概率碰撞电离的条件10第9 页/共21 页第十页，共21 页。高电压工程基础2.3 自持(zch)放电条件 pd 值较小的情况(qngkung)（汤逊）（1）汤逊自持放电(fng din)判据（2）气体击穿的巴申定律（3）气体密度对击穿的影响 11第10 页/共21 页第十一页，共21 页。高电压工程基础 pd 值较大的情况(qngkung)（流注）原电场(din chng)明显畸变 二次电子的主要来源(

6、liyun)是空间的光电离（1）流注的形成条件12流注 放电特点：第11 页/共21 页第十二页，共21 页。高电压工程基础（2）流注自持放电(fng din)条件（即形成流注的条件）汤逊放电(fng din)理论与流注放电(fng din)理论的比较：流注理论可以解释(jish)汤逊理论无法说明的pd 值大时的放电现象。两种理论各适用于一定条件的放电过程，不能用一种理论取代另一种理论。13第12 页/共21 页第十三页，共21 页。半径为r 的球间隙的放电特性与极间距d 的关系 高电压工程基础2.4 不均匀电场(din chng)中气体放电的特点 稍不均匀电场(din chng)和极不均匀电

7、场(din chng)的不同特点放电具有稍不均匀(jnyn)场间隙的特点击穿电压与电晕起始电压相同 放电具有极不均匀场间隙的特点电晕起始电压明显低于击穿电压 放电过程不稳定，分散属于过渡区 14第13 页/共21 页第十四页，共21 页。高电压工程基础极不均匀(jnyn)电场中的电晕放电（1）电晕(din yn)放电的起始场强 是气体相对密度；m1 表面(biomin)粗糙度系数，理想光滑导线取1，绞线0.80.9；好天气时m2=1，坏天气时m2 可按0.8 估算。15第14 页/共21 页第十五页，共21 页。高电压工程基础（2）电晕放电的危害(wihi)与对策危害：功率损耗、电磁干扰、噪声

8、污染对策：（限制导线的表面场强）采用分裂导线。对330kV 及以上的线路应采用分裂导线，例如330，500和750kV 的线路可分别采用二分裂、四分裂和六分裂导线。16第15 页/共21 页第十六页，共21 页。高电压工程基础（2）电晕放电(fng din)的利用 在某些情况下可以利用电晕放电(fng din)产生的空间电荷来改善极不均匀场的电场分布，以提高击穿电压。导线板电极的空气间隙击穿电压（有效值）与间隙距离的关系1 D=0.5mm 2 D=3mm 3 D=16mm 4 D=20mm 虚线尖-板电极间隙 点划线均匀场间隙17第16 页/共21 页第十七页，共21 页。高电压工程基础 不均

9、匀电场中放电(fng din)的极性效应负极性棒板间隙的电晕起始电压比正极性棒板电极(dinj)低负极性棒板间隙击穿电压比正极性棒板电极(dinj)高 18第17 页/共21 页第十八页，共21 页。高电压工程基础2.5 放电(fng din)等离子体等离子体：带正电荷粒子和带负电荷粒子几乎等量混合，整体(zhngt)呈电中性的一种集合体。等离子体的分类：（1）等温等离子体：电子温度与离子温度、气体温度相等时的等离子体称为等温等离子体。（2）不等温等离子体：电子温度与离子温度、气体温度不相等时的等离子体称为不等温等离子体。19第18 页/共21 页第十九页，共21 页。高电压工程基础2.5 放

10、电(fng din)等离子体等离子体的术语：（1）缓和时间(shjin)（2）德拜半径（3）电子等离子体振动（4）磁场中等离子体粒子（5）电导率20第19 页/共21 页第二十页，共21 页。高电压工程基础2.5 放电(fng din)等离子体平衡等离子体：等温等离子体中离子、电子和中性气体分子的平均热运动动能相等，与各自的成分无关，处于热平衡状态，称为平衡等离子体。非平衡等离子体：在电子和离子的碰撞过程中，由于电子与离子的质量相差很大，电子只能把很少一部分能量传给离子。电子虽然在碰撞过程中损失掉小部分能量，但很快又会从外电场获得(hud)能量。因此，电子温度高于离子温度，形成所谓的非平衡态等离子体。21第20 页/共21 页第二十一页，共21 页。