改第2章-气体击穿理论概要课件.ppt

1、山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室高电压绝缘技术高电压绝缘技术第二章气体击穿理论山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室概述概述1 1：电力系统和电气设备中常用气体作为绝缘介质：电力系统和电气设备中常用气体作为绝缘介质2 2：气体绝缘要解决的问题主要是如何选择合适的：气体绝缘要解决的问题主要是如何选择合适的绝缘距离以及如何提高气体间隙的击穿电压绝缘距离以及如何提高气体间隙的击穿电压3 3：气体击穿电压与电场分布、电压种类、气体状：气体击穿电压与电场分布、电压种类、气体状态有关态有关4 4：理论至今很不完善，工程设计问题常借助于各：理论至今很不完善，工程设计问题常借助于各种实验规律分析

2、解决或直接由试验决定种实验规律分析解决或直接由试验决定山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室名词解释名词解释气体放电气体放电：气体中流通电流的各种形式的统称：气体中流通电流的各种形式的统称击穿：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：发生在气体与液体或气体与固体的交界面发生在气体与液体或气体与固体的交界面上的击穿过程上的击穿过程（击穿和沿面闪络统称放电）（击穿和沿面闪络统称放电）击穿电压（闪络电压）击穿电压（闪络电压）：发生击穿（或闪络）的最低：发生击穿（或闪络）的最低临界电压临界电压（击穿电压与闪络电压统称放电电压）（击穿电压与闪

3、络电压统称放电电压）击穿场强：击穿场强：均匀电场中击穿电压与间隙距离之比：反均匀电场中击穿电压与间隙距离之比：反映了气体耐受电场作用的能力：介电强度映了气体耐受电场作用的能力：介电强度非自持放电：非自持放电：去掉外电离因素的作用后放电随即停止去掉外电离因素的作用后放电随即停止自持放电：自持放电：仅靠电场的作用而维持的放电。仅靠电场的作用而维持的放电。山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室第一节：气体放电主要形式第一节：气体放电主要形式辉光放电：辉光放电：整个空间发光，电流密度小；整个空间发光，电流密度小；低气压、电低气压、电源功率小；源功率小；霓虹灯霓虹灯火花放电：火花放电：有收细的发光放

4、电通道、贯穿两极的断续有收细的发光放电通道、贯穿两极的断续的明亮火花；的明亮火花；大气压下、电源功率小大气压下、电源功率小电晕放电：电晕放电：紧贴尖电极周围有一层晕光；紧贴尖电极周围有一层晕光；极不均匀场极不均匀场刷状放电：刷状放电：从电晕放电电极中伸出许多较明亮的细放从电晕放电电极中伸出许多较明亮的细放电通道；电通道；极不均匀场极不均匀场电弧放电：电弧放电：放电通道和电极的温度都很高，电流密度放电通道和电极的温度都很高，电流密度大，电路有短路特征；大，电路有短路特征；电源功率大电源功率大山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室山东省特高压输变电技术

5、与气体放电重点实验室碰撞电离使分子分解为电子和正离子；碰撞电离的条件：带电质点的平均自由行程：电子引起的碰撞电离占主导地位：电子与分子发生弹性碰撞，几乎不损失动能，易积聚能量；离子与分子碰撞损失能量大，则积聚起能量造成碰撞电离的概率小。iWqExmv221pT/山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室光电离的条件：光子能量引起光电离临界波长：阳光照射形成地球大气电离层，但由于大气层的阻挡作用，到达地面的最短波长大于290nm，不足以引起光电离。导致光电离的高频高能光子由外界供：人为X光照射iWhchfW/iWhc/0山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室热电离的本质：高速运动气体分子的碰

6、撞电离和光电离，能量源自热能，而非电场能。热电离的条件：常温气体分子平均动能小于空气电离能，不能引起热电离。热运动状态的气体也发生热辐射，高能光子也引起光电离热电离过程产生的电子高速运动，高自由能电子也会因碰撞作用导致分子电离。热电离实质上是热状态产生的光电离与碰撞电离的综合。imWKTW23山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室电极表面电离：气体放电中存在阴极发射电子的过程。逸出功：使阴极释放电子所需的能量。与金属的微观结构和表面状态有关，与温度基本无关。电极表面电离条件：光子能量大于金属表面逸出功。山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室正离子碰撞阴极，将能量传递给阴极电子。当正离子

7、能量大于阴极材料表面逸出功2倍以上时，才可能撞出自由电子。实际上，平均每100个正离子才能撞出一个有效自由电子金属表面逸出功一般小于气体分子电离能，因此，电极的表面电离对气体放电很重要。山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室光电效应：光照射金属表面而发射出自由电子。光电子发射条件：光子能量大于金属表面逸出功。实际上，一部分入射光子被反射，电极吸收的光能大部分化为金属的热能，平均每100个光子入射才能放射出一个有效自由电子。山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室加热后的阴极温度很高，其电子易克服金属材料的表面逸出功而射出阴极。场致效应：对阴极施加高场强（1MV/cm）而使其发射有效自由电

8、子。一般气体不会发生场致放射，而在高真空间隙的击穿时，强场放射非常重要。山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室气体发生放电时，既有形成带电质点的电离过程，同时也有带电质点的消失过程。电场作用下的气体放电能否发展到击穿，取决于两种过程的发展情况。山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室带电质点具有复杂运动轨迹：因碰撞引起散射与混乱热运动；沿电场方向作定向漂移。驱引速度v=bE，b为迁移率。电子的迁移率远大于离子，约两个数量级。E山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室带电质点由高浓度区向低浓度区移动，使空间各处浓度趋于均匀的过程。带电质点的扩散是由热运动造成的。电子的扩散作用远大于离子。

9、山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室带有异号电荷的质点相遇，发生电荷传递、中和而还原为中性质点的过程。复合率与正负电荷的浓度有关，浓度越大则复合率越高；强电离区亦即强复合区。放电过程的复合主要是正、负离子间的复合，要远强于电子与正离子之间的复合作用。电子与气体分子碰撞先形成负离子，后复合。负离子电离能力降低，对放电起抑制作用。带电质点的复合过程伴随着光辐射作用，重新成为导致光电离的因素。山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室电离过程吸收能量，产生电子等带电质点，促进放电发展，电气强度降低，不利于绝缘；复合过程释放能量，使带电质点减少消失，有利于保持绝缘强度，阻碍放电过程的发展。两种过

10、程在气体放电过程中同时存在，条件不同，强弱程度不同。电离主要发生在强电场区、高能量区；复合主要发生在低电场、低能量区。带电质点复合过程的光辐射效应，在一定条件下也会成为二次电离的条件。山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室第四节：均匀电场中气体击穿的发展过程第四节：均匀电场中气体击穿的发展过程非自持放电：非自持放电：外施电压小于外施电压小于U0 时，间隙内电流数值很小，时，间隙内电流数值很小，间隙还未被击穿；间隙还未被击穿；自持放电：自持放电：当电压达到当电压达到U0 后，气体中发生了强烈的电离，后，气体中发生了强烈的电离，电流剧增电流剧增（辉光放电、火花放电或电弧放电）（辉光放电、火花放

11、电或电弧放电）放电发展过程：放电发展过程：从从UB 到到 U0电流发展过程电流发展过程起始电压：起始电压：U0，在均匀电场中为击穿电压在均匀电场中为击穿电压山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室碰撞电离与电子崩l电子崩：连续多次碰撞电离使得电子数按几何级数增长，如雪连续多次碰撞电离使得电子数按几何级数增长，如雪崩状发展，电流急剧增加崩状发展，电流急剧增加。l电子碰撞电离系数：单个电子由阴极到阳极每经路程，单个电子由阴极到阳极每经路程，与气体质点相撞发生的碰撞电离次数，也即：单位行程内因碰与气体质点相撞发生的碰撞电离次数，也即：单位行程内因碰撞电离产生的自由电子数。撞电离产生的自由电子数。l

12、电子崩过程称过程（忽略过程：正离子碰撞）l电子平均自由行程T/P：每两次碰撞之间电子自由通过的距每两次碰撞之间电子自由通过的距离。单位长度内电子的平均碰撞次数：离。单位长度内电子的平均碰撞次数：1/4.1汤逊机理汤逊机理山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室电流随电极间距指数变化的数学描述lI0:外电离引起的饱和光电流。lId:外电路电流。l碰撞电离产生的正离子数等于新增电子数：lN0(d1)l过程电子崩放电不能自持：I0=0时，Id0000expexxdnndxdndxnnndxnn00eeddddnnII山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室碰撞电离系数的数学描述()1-()(1-

13、)()()()()(1-)iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiqExWxxxxxfxdxdxdxdxdxxdxxdxfxfxxxdxfxdxfxdxxdxfx碰 撞 电 离 条 件：（时，碰 撞 才 发 生 电 离)自 由 行 程（内 不 发 生 碰 撞）的 概 率：其 后内 发 生 碰 撞 的 概 率 为：其 后内 不 发 生 碰 撞 的 概 率 为：内 及 其 后内（内）不 发 生 碰 撞 的 概 率 为：自 由 行 程（）的 概 率：()()()()-()exp()iiiiiiiiifxfxdxxfxfxxxfx山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室碰撞电离系数的数学

14、描述000000001()ex p()11ex p()ex p()1ex p()()(1)eex p(1)(1iiiiiididxfxxWq EP TPPRRP TTTTkPAAWAq EEFAWAq EAWDIIIAdCq EE单 位 行 程 内 发 生 碰 撞 次 数：发 生 碰 撞 电 离 的 概 率 为：单 位 行 程 内 发 生 碰 撞 电 离 次 数：气 体 相 对 密 度：；)山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室过程与自持放电条件l过程：电子的空间碰撞电离，放电不能自持。l过程：正离子空间碰撞电离，可忽略。l过程：阴极材料表面的电子发射现象正离子撞击阴极复合过程的光辐射效应

15、（光电离）等。l：单个正离子撞击阴极平均发射出的自由电子数。山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室3.过程与自持放电条件l汤逊放电：过程（阴极效应）过程（空间效应）的综合；与阴极材料及其表面状态有关。适用范围有限。2200001(1)(1).1(1)1(1)(1)1(1)1(1)1(1)11 4(1)1?ddddddddddddddddddddZeeeeeeen eneI eI eIeeedeII eeedeI当较小时，自持放电条件：；间隙被击穿，ln。当较大时，山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室汤逊自持放电理论l一个电子从阴极到阳极因电子崩形成正离子数为 ead-1，正离子撞击阴

16、极形成二次自由电子数为(ead-1)，若它等于1，意味着阴极产生原电子的一个后继电子替身，使放电得以自持。山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室 过程：过程：电子在运动中碰撞电离：电子在运动中碰撞电离：是一个电子是一个电子沿电场方向运动沿电场方向运动1cm平均发生的碰撞电离次数平均发生的碰撞电离次数4汤逊机理汤逊机理xdxeeNx0 过程：过程：正离子轰击阴极产生表面电离：正离子轰击阴极产生表面电离：是是一个一个正离子从阴极轰击出的自由电子个数正离子从阴极轰击出的自由电子个数xeII0ddddeeIeeII1)1(100击穿击穿过程：过程：上述两个过程交替重复进行，自由电上述两个过程交替重

17、复进行，自由电子数目越来越多，最终导致击穿子数目越来越多，最终导致击穿该该过程具有过程具有普遍意义普遍意义山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室自持放电条件：自持放电条件：4汤逊机理的结论与巴申定律汤逊机理的结论与巴申定律巴申定律巴申定律：击穿电击穿电压是压是pdpd的函数：的函数：击击穿电压有最小值穿电压有最小值1)1(de击穿电压：击穿电压：两者在两者在pdpd较小时相较小时相一致一致山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室4汤逊机理的适用范围汤逊机理的适用范围适用范围：气压较低，适用范围：气压较低，pdpd较小；较小；200200（cm.133pa)cm.133pa)工程上工程上p

18、dpd较大较大：实际与理论的差别：实际与理论的差别：放电外形：放电外形：放电在整个间隙中均匀连续（辉光）放电在整个间隙中均匀连续（辉光）而火花放电带有分支的明亮细通道而火花放电带有分支的明亮细通道 放电时间：放电时间：由正离子迁移率计算出的放电时间比由正离子迁移率计算出的放电时间比实际火花放电时间长得多实际火花放电时间长得多 击穿电压：击穿电压：pdpd较大时计算结果与实际不符较大时计算结果与实际不符 阴极材料：阴极材料：理论上有关，实际中无关理论上有关，实际中无关山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室4流注机理流注机理电子碰撞电离：电子碰撞电离：形成电子崩，是维持自持放电的形成电子崩，是

19、维持自持放电的主要因素主要因素空间光电离：空间光电离：形成衍生电子崩，是维持自持放电形成衍生电子崩，是维持自持放电的主要因素的主要因素空间电荷畸变电场的作用：空间电荷畸变电场的作用：为衍生崩创造了条件为衍生崩创造了条件流注：流注：由大量正负离子混合形成的等离子体通道由大量正负离子混合形成的等离子体通道（导电性能良好）（导电性能良好）击穿过程：击穿过程：电子崩电子崩流注发展延伸流注发展延伸击穿击穿山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室4电子崩空间电电子崩空间电荷对电场的畸变荷对电场的畸变山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室4正流注的产生正流注的产生山东省特高压输变电技术与气体放电重点实

20、验室4负流注的产负流注的产生生山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室1初始电子崩照片初始电子崩照片 电子崩在空气中的发展速度约为电子崩在空气中的发展速度约为 厘米厘米/秒。秒。71.25 10山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室2 初始电子崩转变为流注瞬间的照片初始电子崩转变为流注瞬间的照片 这个新出现的电离特强的放电区域称为流注，它迅速由这个新出现的电离特强的放电区域称为流注，它迅速由阳极向阳极向阴极阴极发展，故称为正流注。发展，故称为正流注。流注流注的发展速度较同样条件下电子崩的发展速度要大一个数量的发展速度较同样条件下电子崩的发展速度要大一个数量级级(厘米厘米/秒秒)。881

21、102 10-山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室2.若间隙上电压比击穿电压高很多，也观察到负流注若间隙上电压比击穿电压高很多，也观察到负流注(或阴极流或阴极流 注注)的形成。的形成。这时电子崩在间隙中经过很短一段距离后，立刻转入流注阶段，流注随即迅这时电子崩在间隙中经过很短一段距离后，立刻转入流注阶段，流注随即迅 速向阳极发展。速向阳极发展。1.电子崩是沿着电力线直线地发展的，而流注却会出现曲折的分支电子崩是沿着电力线直线地发展的，而流注却会出现曲折的分支。电子崩可以同时有多个互不影响地向前发展，但当某个流注由于偶然的电子崩可以同时有多个互不影响地向前发展，但当某个流注由于偶然的原因向

22、前发展得更快时，其周围的流注会受到抑制原因向前发展得更快时，其周围的流注会受到抑制，火花击穿途径就具有细火花击穿途径就具有细通道的形式，并带有分支，而不是模糊的一片了。通道的形式，并带有分支，而不是模糊的一片了。1 流注特点流注特点3.间隙的放电过程先从间隙的放电过程先从电子崩电子崩开始，然后电子崩转为开始，然后电子崩转为流注流注，从而实现击穿。，从而实现击穿。山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室 工程中面对的往往是高气压、长气隙的情况。汤逊理论并工程中面对的往往是高气压、长气隙的情况。汤逊理论并不适用，应当用流注理论解释。不适用，应当用流注理论解释。2.强调了空间电荷对原有电场的影响强

23、调了空间电荷对原有电场的影响200(133)p dcmpa适用条件为：适用条件为：流注理论的要点流注理论的要点 1.碰撞电离和空间光电离是维持自持碰撞电离和空间光电离是维持自持放电的主要因素放电的主要因素山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室 1.空间电荷对原有电场的影响空间电荷对原有电场的影响 电子崩的头部集中着大部分的正离电子崩的头部集中着大部分的正离子和几乎全部电子。原有均匀场强在电子和几乎全部电子。原有均匀场强在电子崩前方和尾部处都增强了。子崩前方和尾部处都增强了。x(a)(b)EE0dE0山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室1.电子的迁移速度比正离子的要大两个数量级电子的迁

24、移速度比正离子的要大两个数量级，出现了大量的空间电荷，崩头最前面集中着电子出现了大量的空间电荷，崩头最前面集中着电子,其后直到尾部则是正离子，而其外形则好似球头其后直到尾部则是正离子，而其外形则好似球头的锥体。的锥体。2.当电子崩发展到足够程度后，空间电荷将使外当电子崩发展到足够程度后，空间电荷将使外电场明显畸变，大大加强了崩头及崩尾的电场而电场明显畸变，大大加强了崩头及崩尾的电场而削弱了崩头内正、负电荷区域之间的电场削弱了崩头内正、负电荷区域之间的电场。3.崩头前后，电场明显增强，有利于发生分子和崩头前后，电场明显增强，有利于发生分子和离子的激励现象，当它们从激励状态回复到正常离子的激励现象

25、，当它们从激励状态回复到正常状态时，就将放射出光子。崩头内部正、负电荷状态时，就将放射出光子。崩头内部正、负电荷区域之间电场大大削弱，则有助于发生复合过程区域之间电场大大削弱，则有助于发生复合过程,同样也将发射出光子。同样也将发射出光子。山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室 1.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电荷对电场的畸变作用：空间电荷对电场的畸变作用：1）大大加强了电子崩头部的电场）大大加强了电子崩头部的电场2）加强了崩尾的电场）加强了崩尾的电场3）消弱了崩头内正、负电荷区间的电场）消弱了崩头内正、负电荷区间的电场 由于崩头的前后的电场明显增强，有利于发生分子和

26、离子由于崩头的前后的电场明显增强，有利于发生分子和离子的激励现象，当他们从激励态回复到正常状态时，将辐射出大的激励现象，当他们从激励态回复到正常状态时，将辐射出大量的光子；量的光子；正、负电荷区间之间的电场大大消弱，有助于复合，也将正、负电荷区间之间的电场大大消弱，有助于复合，也将发射出光子。发射出光子。上述电场对放电的影响上述电场对放电的影响光子光子空间光电离空间光电离山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室1.正流注的形成正流注的形成山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室1）外电离因素从阴极释放出的电子向阳极运动，形成电子）外电离因素从阴极释放出的电子向阳极运动，形成电子崩。崩。2）

27、随着电子崩向前发展，其头部的电离过程越来越强烈。）随着电子崩向前发展，其头部的电离过程越来越强烈。当电子崩走完整个间隙后，头部空问电荷密度已如此之大，当电子崩走完整个间隙后，头部空问电荷密度已如此之大，以致大大加强了尾部的电场，并向周围放射出大量光子。以致大大加强了尾部的电场，并向周围放射出大量光子。3）这些光子引起了空间光电离，新形成的光电子被主电子）这些光子引起了空间光电离，新形成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，又激烈地造成了新的电子崩，称为，又激烈地造成了新的电子崩，称为二次电子崩二次电子崩。二次电

28、子。二次电子崩向主电子崩崩向主电子崩汇合汇合，其头部的电子进入主电子崩头部的正空，其头部的电子进入主电子崩头部的正空间电荷区间电荷区(主电子崩的电子已大部进入阳极了主电子崩的电子已大部进入阳极了)，由于这里电，由于这里电场强度较小，电子大多形成负离子。场强度较小，电子大多形成负离子。正流注的形成过程正流注的形成过程大量的正、负带电质点构成了等离子体，这就是所谓正流注大量的正、负带电质点构成了等离子体，这就是所谓正流注。山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室4）流注通道导电性良好，其头部又是二次电子崩形成的）流注通道导电性良好，其头部又是二次电子崩形成的正正电荷电荷，因此流注头部前方出现了很

29、强的电场。同时，由于，因此流注头部前方出现了很强的电场。同时，由于很多二次电子崩汇集的结果，流注头部电离过程蓬勃发展很多二次电子崩汇集的结果，流注头部电离过程蓬勃发展，向周围放射出大量光子，继续引起空间光电离。于是在，向周围放射出大量光子，继续引起空间光电离。于是在流注前方出现了流注前方出现了新的二次电子崩新的二次电子崩，它们被吸引向流注头部，它们被吸引向流注头部，从而延长了流注通道从而延长了流注通道。这样，。这样，流注不断向阴极推进流注不断向阴极推进，且，且随着流注接近阴极，其头部电场越来越强，因而其发展也随着流注接近阴极，其头部电场越来越强，因而其发展也越来越快。越来越快。5）当流注发展到

30、阴极后，整个间隙就被电导良好的等离子）当流注发展到阴极后，整个间隙就被电导良好的等离子通道所贯通，于是间隙的击穿完成。通道所贯通，于是间隙的击穿完成。正流注的形成过程正流注的形成过程山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室2.负流注的形成负流注的形成形成条件：如果外施电压比击形成条件：如果外施电压比击穿电压高，则电子崩不需经过整穿电压高，则电子崩不需经过整个间隙，其头部电离程度已足于个间隙，其头部电离程度已足于形成流注了，流注形成后，向阳形成流注了，流注形成后，向阳极发展，所以称为负流。极发展，所以称为负流。山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室流柱形成过程流柱形成过程(a)(b)(c)

31、2.负流注的形成负流注的形成山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室（四）流注理论对（四）流注理论对pd很大时的放电的解释很大时的放电的解释1.放电外形放电外形2.放电时间放电时间3.阴极材料的影响阴极材料的影响具有通道形式：流注的屏蔽作用具有通道形式：流注的屏蔽作用放电时间特别短：光子以光速传播，二次崩跳跃式发展放电时间特别短：光子以光速传播，二次崩跳跃式发展和阴极材料基本无关和阴极材料基本无关山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室4流注机理的结论与巴申定律流注机理的结论与巴申定律自持放电条件：自持放电条件：起始电子崩头部电荷数量足以畸起始电子崩头部电荷数量足以畸变电场造成足够的空间光

32、电离变电场造成足够的空间光电离1de1lnd击穿电压：击穿电压：两者在两者在pdpd较大时相一致较大时相一致 是一常数，工程上是一常数，工程上201ln山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室4流注理论对流注理论对pd很大时放电现象的解很大时放电现象的解释释l放电外形：放电外形：流注电导很大，其中电场强流注电导很大，其中电场强度很小，对周围其他流注有度很小，对周围其他流注有“屏蔽屏蔽”作作用，因此最终只有一条通道；用，因此最终只有一条通道；衍生崩随衍生崩随机性使其曲折分支。机性使其曲折分支。l放电时间：放电时间：光子以光速传播，衍生崩跳光子以光速传播，衍生崩跳跃式发展，因此放电发展时间很短。

33、跃式发展，因此放电发展时间很短。l阴极材料的影响：阴极材料的影响：维持放电的是光电离维持放电的是光电离而不是表面电离，因而与阴极材料无关。而不是表面电离，因而与阴极材料无关。山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室长间隙放电的一般过程 正流注向前发展时的示意图1.当将棒-板之间电压升高到一定程度时，出现电晕放电。2.电压再升高，棒顶端处的放电会演变成沿一细通道传输的流注。3.在流注头部强电场作用下，出现大量向着流注头部发展的电子崩。4.流注头的正电荷与电子崩的负电荷发生中和，电子崩尾部的正电荷汇集成新的流注头，流注以这样的形式向前传输。5.大量流注汇集形成先导，直到击穿。先导发展示意图山东省

34、特高压输变电技术与气体放电重点实验室先导高速摄像照片及先导过程示意图 左图是一间隙为10 m、棒与板之间加正极性开关电压时产生放电的高速摄像照片。右图是根据分析照片得到的放电过程示意图，时间是从左至右。先导顶端伴随着众多丝状流注。先导通道除其头部发光较强之外，其他地方发光很弱。山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室标称电压750KV的特高压冲击户外场 正在进行的长空气间隙放电试验 山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室第五节：不均匀电场中气体击穿的发展过程第五节：不均匀电场中气体击穿的发展过程山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室5.1电场是否均匀的划分标准电场是否均匀的划分标准l

35、电场不均匀系数电场不均匀系数f f：最大场强荷平均场强之比：最大场强荷平均场强之比：f2 f4f4为极不均匀场为极不均匀场l若能够维持稳定的电晕放电，则为极不均匀场，若能够维持稳定的电晕放电，则为极不均匀场，否则为稍不均匀场否则为稍不均匀场山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室5.2稍不均匀电场的自持放电和击穿稍不均匀电场的自持放电和击穿l与与均匀电场类似：流注一旦形成就发生击穿；均匀电场类似：流注一旦形成就发生击穿；自持放电条件就是击穿条件自持放电条件就是击穿条件201ln0ddxl 不再是常数，而不再是常数，而是空间坐标的函是空间坐标的函数数l击穿电压：联立求解三个公式：击穿电压：联立

36、求解三个公式：201ln0ddxEBpApe/)(/xfUE 山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室5.3极不均匀电场中的电晕放电极不均匀电场中的电晕放电l电晕放电现象：尖极周围有发光层，可听到咝咝声，电晕放电现象：尖极周围有发光层，可听到咝咝声，闻到臭氧气味。闻到臭氧气味。l空间电荷的作用：外层的空间电荷与尖极极性相同，空间电荷的作用：外层的空间电荷与尖极极性相同，使得电晕层中的场强基本不变，使放电趋于稳定。使得电晕层中的场强基本不变，使放电趋于稳定。l两种形式：电子崩形式（电极很尖）和流注形式两种形式：电子崩形式（电极很尖）和流注形式l脉冲现象：外层空间电荷阻止放电发展，形成有规律脉冲

37、现象：外层空间电荷阻止放电发展，形成有规律的脉冲；进入刷状放电后，形成随机脉冲。的脉冲；进入刷状放电后，形成随机脉冲。l发展过程：无规律小电流发展过程：无规律小电流=有规律重复脉冲有规律重复脉冲=脉冲脉冲频率增大频率增大=转入持续电晕，无脉冲现象转入持续电晕，无脉冲现象=进入刷状进入刷状放电，出现随机脉冲放电，出现随机脉冲山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室5.3极不均匀电场中的电晕放电极不均匀电场中的电晕放电山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室5.4极不均匀电场中的先导放电极不均匀电场中的先导放电l在长在长间隙放电中，流注汇集，间隙放电中，流注汇集，形成通道状且不断发展，称为形成

38、通道状且不断发展，称为先导放电先导放电l先导通道中由于电流较大，温先导通道中由于电流较大，温度很高，出现热电离，因而电度很高，出现热电离，因而电导更大，可以将电极的电位传导更大，可以将电极的电位传到先导通道的端部。到先导通道的端部。l先导发展的速度和回路中电阻先导发展的速度和回路中电阻有很大关系，发展越来越快有很大关系，发展越来越快l长间隙的平均击穿场强低于短长间隙的平均击穿场强低于短间隙间隙山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室5.5极不均匀电场中的主放电极不均匀电场中的主放电山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室5.6极不均匀电场中的击穿过程及极性效应极不均匀电场中的击穿过程及极性

39、效应l5.6.1流注形成阶段流注形成阶段正正棒：棒：难难以以造造成成流流注注负负棒：棒：容容易易造造成成流流注注山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室5.6极不均匀电场中的击穿过程及极性效应极不均匀电场中的击穿过程及极性效应l5.6.2流注发展阶段流注发展阶段正正棒：棒：持持续续顺顺利利发发展展负负棒：棒：流流注注发发展展困困难难山东省特高压输变电技术与气体放电重点实验室5.6极不均匀电场中的击穿过程及极性效极不均匀电场中的击穿过程及极性效应应l正棒正棒负板的电晕起始电压高，而击穿电压低负板的电晕起始电压高，而击穿电压低l负棒正板的电晕起始电压低，而击穿电压高负棒正板的电晕起始电压低，而击穿电压高l5.6.3极性效应极性效应