华电高电压技术(3)
45页1、1,气体放电理论(二),2,主要内容,气体中带电质点的产生和消失 气体放电的一般描述 均匀电场中气体击穿的发展过程 不均匀电场中气体击穿的发展过程,3,三、均匀电场中气体击穿的发展过程,(二)流注气体放电理论 工程上感兴趣的是压强较高气体的击穿,如大气压强下空气的击穿 特点:认为电子碰撞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 通过大量的实验研究(主要在电离室中进行的)说明放电发展的机理,4,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,5,1. 电子崩阶段,电子崩外形: 电子崩中的电子数: nex 例如,正常大气条件下,若E30kVcm,则 11cm-1,计算得到随着电子崩向阳极推进,崩头中的电子数,6,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,有利于发生激励或电离现象,当它们回复到正常状态时,放射出光子 崩头内部正、负电荷区域:电场大大削弱,有助于发生复合过程,发射出光子,7,2. 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外部的电
2、场,并向周围放射出大量光子 光子引起空间光电离,其中的光电子被主电子崩头部的正空间电荷所吸引,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、二次崩,1主电子崩 2二次电子崩 3流注,8,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,9,正流注向阴极推进,流注头部的电离放射出大量光子,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 流注不断向阴极推进,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,10,在电离室中得到的初始电子崩照片 图a和图b的时间间隔为110-7秒 p=270毫米汞柱, E=10.5千伏/厘米,初始电子崩转变为 流注瞬间照片 p273毫米汞柱 E=12千伏/厘米,电子崩在空气中的发展速度
3、约为1.25107cm/s,11,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11082108cm/s,12,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,13,3.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 流注出现后,对周围空间内的电场有屏蔽作用 当某个流注由于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 电子崩不致影响到邻近空间内的电场,不会影响其它电子崩的发展,因此汤逊放电呈连续一片-辉光放电,14,2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。,15,四、不均匀电场中气体
4、击穿的发展过程,球间隙的工频放电电压的变动情况:,1 击穿电压 2 电晕起始电压 3 刷状放电电压 4 过渡区域 d0 2D;d0 4D,当dd0时;电场已不均匀,当电场还明显低于击穿电压时,出现电晕 放电、刷状放电 ; d0和d0 之间;过渡区域,放电过程不很稳定,击穿电压分散性很大 当dd0 时;电晕起始电压己开始变得低于击穿电压了,16,根据电场均匀程度和气体状态,可出现不同情况,电场比较均匀的情况 放电达到自持时,在整个间隙中部巳达到相当数值。这时和均匀电场中情况类似 电场不均匀程度增加但仍比较均匀的情况 当大曲率电极附近达到足够数值时,间隙中很大一部分区域也都已达相当数值,流注一经产生,随即发展至贯通整个间隙,导致间隙完全击穿 电场极不均匀的情况 当大曲率电极附近很小范围内已达相当数值时,间隙中大部分区域值都仍然很小,放电达到自持放电后,间隙没有击穿。电场越不均匀,击穿电压和电晕起始电压间的差别也越大,17,引入电场不均匀系数 f 表示各种结构的电场的均匀程度 f4后,极不均匀电场,18,特殊放电现象电晕放电,电晕放电现象 电离区的放电过程造成。咝咝的声音,臭氧的气味,回路电
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