第2講-非均勻電場氣隙擊穿PPT課件

1、1 湯森德放電理論和流注理論的推導(dǎo)和分析是在均勻電場中進(jìn)行的，但這兩種理論湯森德放電理論和流注理論的推導(dǎo)和分析是在均勻電場中進(jìn)行的，但這兩種理論并不局限在均勻電場。并不局限在均勻電場。 S0.26cm時(shí)，按湯森進(jìn)行，否則按流注。時(shí)，按湯森進(jìn)行，否則按流注。 不均勻電場，分為稍不均勻電場和極不均勻電場，稍不均勻電場大部分，按流注不均勻電場，分為稍不均勻電場和極不均勻電場，稍不均勻電場大部分，按流注機(jī)理進(jìn)行，即不均勻電場幾乎全是按流注機(jī)理進(jìn)行。機(jī)理進(jìn)行，即不均勻電場幾乎全是按流注機(jī)理進(jìn)行。 極不均勻電場的分析電極采用棒極不均勻電場的分析電極采用棒棒、棒棒、棒板。稍不均勻一般指球狀電極。板。稍不均勻

2、一般指球狀電極。第1頁/共14頁2一、極不均勻電場中的放電過程（短間隙）1. 非自持放電階段n當(dāng)棒具有正極性時(shí) 棒極附近電場強(qiáng)度大，產(chǎn)生電子崩，崩頭的電子進(jìn)入棒極，崩尾的正空間電荷積聚在棒的前方，由于正電荷的作用，減少了緊貼棒極附近的電場，而加強(qiáng)了前方的電場。造成棒極附近難以造成流注，使得自持放電、即電暈放電難以形成；而前方卻容易產(chǎn)生新的電子崩。第2頁/共14頁3當(dāng)棒具有負(fù)極性時(shí)當(dāng)棒具有負(fù)極性時(shí)電子崩中電子離開強(qiáng)電電子崩中電子離開強(qiáng)電場區(qū)后，不再引起電離，正場區(qū)后，不再引起電離，正離子逐漸向棒極運(yùn)動(dòng)，在離子逐漸向棒極運(yùn)動(dòng)，在棒棒極附近出現(xiàn)了比較集中的正極附近出現(xiàn)了比較集中的正空間電荷空間電荷，

3、使電場畸變，使電場畸變棒極附近的電場得到增棒極附近的電場得到增強(qiáng)，因而自待放電條件就易強(qiáng)，因而自待放電條件就易于得到滿足、易于轉(zhuǎn)入流注于得到滿足、易于轉(zhuǎn)入流注而形成電暈放電；前方的電而形成電暈放電；前方的電場削弱使得前方產(chǎn)生電子崩場削弱使得前方產(chǎn)生電子崩的幾率減小。的幾率減小。第3頁/共14頁4n當(dāng)棒具有正極性時(shí)當(dāng)棒具有正極性時(shí)由于前方電場加強(qiáng)由于前方電場加強(qiáng)產(chǎn)生新產(chǎn)生新電子崩電子崩，其電子向正棒移動(dòng)，其電子向正棒移動(dòng)時(shí)要經(jīng)過電場減弱后的正電時(shí)要經(jīng)過電場減弱后的正電荷區(qū)，形成等離子通道；其荷區(qū)，形成等離子通道；其尾部的正離子構(gòu)成等離子通尾部的正離子構(gòu)成等離子通道前方的的正電荷區(qū)，于是道前方的的

4、正電荷區(qū)，于是在等離子通道前方與正電荷在等離子通道前方與正電荷區(qū)之間又形成弱電場區(qū)，以區(qū)之間又形成弱電場區(qū)，以及正電荷區(qū)前方的強(qiáng)電場區(qū)。及正電荷區(qū)前方的強(qiáng)電場區(qū)。 （曲線（曲線3 3）上述過程持續(xù)進(jìn)行，移促上述過程持續(xù)進(jìn)行，移促進(jìn)等離子通道進(jìn)一步發(fā)展，進(jìn)等離子通道進(jìn)一步發(fā)展，逐漸向板極推進(jìn)逐漸向板極推進(jìn)2. 流注發(fā)展階段第4頁/共14頁5棒極的強(qiáng)電場區(qū)產(chǎn)生大棒極的強(qiáng)電場區(qū)產(chǎn)生大量的電子崩，匯入圍繞棒極量的電子崩，匯入圍繞棒極的正空間電荷，由于此處的的正空間電荷，由于此處的電場強(qiáng)度大，等離子體形成電場強(qiáng)度大，等離子體形成困難，電子跑出正電荷區(qū)，困難，電子跑出正電荷區(qū)，消失在間隙中。消失在間隙中。

5、 （曲線（曲線2 2）升高電壓待前方電場足升高電壓待前方電場足夠強(qiáng)后，發(fā)展新電子崩，其夠強(qiáng)后，發(fā)展新電子崩，其正電荷密度增大，棒極附近正電荷密度增大，棒極附近的強(qiáng)電場區(qū)產(chǎn)生的大量電子，的強(qiáng)電場區(qū)產(chǎn)生的大量電子，與其混合，混合密度越大，與其混合，混合密度越大，導(dǎo)電性越好，電場下降，達(dá)導(dǎo)電性越好，電場下降，達(dá)到一定程度時(shí)，等離子體形到一定程度時(shí)，等離子體形成（曲線成（曲線3 3） ，相當(dāng)于棒極，相當(dāng)于棒極板極推進(jìn)。板極推進(jìn)。n當(dāng)棒具有負(fù)極性時(shí)第5頁/共14頁6n當(dāng)?shù)入x子通道向板極推進(jìn)時(shí)（不論正負(fù)，只是正極推當(dāng)?shù)入x子通道向板極推進(jìn)時(shí)（不論正負(fù)，只是正極推進(jìn)容易，負(fù)極推進(jìn)困難），由于通道的電壓降，前方

6、進(jìn)容易，負(fù)極推進(jìn)困難），由于通道的電壓降，前方的電場越來越弱，深入間隙一段距離后，就停止不前的電場越來越弱，深入間隙一段距離后，就停止不前了，形成電暈放電或刷狀放電，電壓越高，等離子通了，形成電暈放電或刷狀放電，電壓越高，等離子通道越長。道越長。n外電壓足夠高時(shí)，等離子通道逼近板極，電場逐步升外電壓足夠高時(shí)，等離子通道逼近板極，電場逐步升高，導(dǎo)致放電加劇，形成正反饋，從而導(dǎo)致間隙完全高，導(dǎo)致放電加劇，形成正反饋，從而導(dǎo)致間隙完全擊穿擊穿 n極性效應(yīng)極性效應(yīng) 正棒電暈起始電壓高，擊穿電壓低正棒電暈起始電壓高，擊穿電壓低 負(fù)棒電暈起始電壓低，擊穿電壓高負(fù)棒電暈起始電壓低，擊穿電壓高3. 放電及極性

7、效應(yīng)第6頁/共14頁7二、極不均勻電場中的放電過程（長間隙）1先導(dǎo)放電 1）由于場強(qiáng)逐漸減弱，放電停頓。2）空間電荷匯入等離子區(qū)，向根部流動(dòng)，造成根部熱游離。3）熱游離的根部電導(dǎo)加大，相當(dāng)于電阻更小的等離子通道電極代替了原通道的一部分。在頭部引起又一次放電過程。第7頁/共14頁8特點(diǎn)流注根部溫度升高熱電離過程先導(dǎo)通道電離加強(qiáng)，更為明亮電導(dǎo)增大軸向場強(qiáng)更低發(fā)展速度更快長空氣間隙的平均擊穿場強(qiáng)遠(yuǎn)低于短間隙 第8頁/共14頁92 2主放電主放電當(dāng)先導(dǎo)通道頭部極為當(dāng)先導(dǎo)通道頭部極為接近板極時(shí)，間隙接近板極時(shí)，間隙場強(qiáng)場強(qiáng)可可達(dá)極大數(shù)值，引起強(qiáng)烈的達(dá)極大數(shù)值，引起強(qiáng)烈的電離，間隙中出現(xiàn)離子濃電離，間隙中

8、出現(xiàn)離子濃度遠(yuǎn)大于先導(dǎo)通道的等離度遠(yuǎn)大于先導(dǎo)通道的等離子體子體 新出現(xiàn)的通道大致具新出現(xiàn)的通道大致具有極板的電位，在它與先有極板的電位，在它與先導(dǎo)通道交界處保持極高的導(dǎo)通道交界處保持極高的電場強(qiáng)度，繼續(xù)引起強(qiáng)烈電場強(qiáng)度，繼續(xù)引起強(qiáng)烈的電離的電離高場強(qiáng)區(qū)（強(qiáng)電離區(qū)）高場強(qiáng)區(qū)（強(qiáng)電離區(qū)）迅速向陽極傳播，強(qiáng)電離迅速向陽極傳播，強(qiáng)電離通道也迅速向前推進(jìn)，這通道也迅速向前推進(jìn)，這就是主放電過程。就是主放電過程。 主放電通道 主放電和先導(dǎo)通道的交界區(qū) 先導(dǎo)通道 第9頁/共14頁10長短間隙放電過程的對(duì)比分析 均為等離子通道向棒極推進(jìn)，均在推進(jìn)到板極附近時(shí)由于電場增大的因素導(dǎo)致均為等離子通道向棒極推進(jìn)，均在

9、推進(jìn)到板極附近時(shí)由于電場增大的因素導(dǎo)致放電發(fā)展加速；放電發(fā)展加速； 長間隙時(shí)，由于根部的熱電離使得等離子體的密度增大，因而導(dǎo)致放電的二次長間隙時(shí)，由于根部的熱電離使得等離子體的密度增大，因而導(dǎo)致放電的二次發(fā)展，短間隙不足以產(chǎn)生根部的熱電離；發(fā)展，短間隙不足以產(chǎn)生根部的熱電離； 長間隙時(shí)產(chǎn)生的高密度等離子通道（先導(dǎo)）使得通道接近板及時(shí)的電場增大十長間隙時(shí)產(chǎn)生的高密度等離子通道（先導(dǎo)）使得通道接近板及時(shí)的電場增大十分顯著，從而發(fā)生強(qiáng)場電離（主放電），而短間隙時(shí)，由于通道的電阻大，壓分顯著，從而發(fā)生強(qiáng)場電離（主放電），而短間隙時(shí)，由于通道的電阻大，壓減大，接近板極時(shí)的前方電場不足以引起強(qiáng)場電離，只是

10、使流注發(fā)展加速，在減大，接近板極時(shí)的前方電場不足以引起強(qiáng)場電離，只是使流注發(fā)展加速，在貫穿電極后，電導(dǎo)電流才足以引起熱電離，發(fā)展成電弧。貫穿電極后，電導(dǎo)電流才足以引起熱電離，發(fā)展成電弧。第10頁/共14頁11三、電暈三、電暈電暈放電現(xiàn)象電暈放電現(xiàn)象 電離區(qū)的放電過程造成。咝咝的聲音，臭氧的氣電離區(qū)的放電過程造成。咝咝的聲音，臭氧的氣味，回路電流明顯增加味，回路電流明顯增加( (絕對(duì)值仍很小絕對(duì)值仍很小) )，可以測量到，可以測量到能量損失能量損失 脈沖現(xiàn)象脈沖現(xiàn)象 (a) 時(shí)間刻度T=125s(b) 0.7A電暈電流平均值(c) 2A電暈電流平均值第11頁/共14頁12n電暈起始電壓和電暈起始場強(qiáng)電暈起始電壓和電暈起始場強(qiáng) 電暈是一種自持放電形式，起始電壓在原理上可由電暈是一種自持放電形式，起始電壓在原理上可由自持放電條件求得自持放電條件求得 n對(duì)工程實(shí)踐有重要意義對(duì)工程實(shí)踐有重要意義 不利影響：能量損失；放電脈沖引起的高頻電磁波干不利影響：能量損失；放電脈沖引起的高頻電磁波干擾；化學(xué)反應(yīng)引起的腐蝕作用等擾；化學(xué)反應(yīng)引起的腐蝕作用等