高電壓技術(shù)第一章講稿氣體的絕緣特性課件

勤學(xué)修德明辨篤實(shí)勤學(xué)1高電壓技術(shù)(第二版）張一塵主編高電壓技術(shù)(第二版）張一塵主編2氣體的絕緣特性第一章氣體的絕緣特性第一章3主要內(nèi)容：氣體帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生和消失氣隙的放電特性和擊穿特性提高氣體間隙絕緣強(qiáng)度的方法氣體中的沿面放電重點(diǎn)和難點(diǎn)：氣體的放電和擊穿特性基本要求：熟悉概念，掌握特性的基本特征主要內(nèi)容：氣體帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生和消失41.空氣在強(qiáng)電場(chǎng)下放電特性一.氣體電介質(zhì)的放電特性氣體在正常狀態(tài)下是良好的絕緣體，在一個(gè)立方厘米體積內(nèi)僅含幾千個(gè)帶電粒子，但在高電壓下，氣體從少量電符會(huì)突然產(chǎn)生大量的電荷，從而失去絕緣能力而發(fā)生放電現(xiàn)象。一旦電壓解除后,氣體電介質(zhì)能自動(dòng)恢復(fù)絕緣狀態(tài)。1.空氣在強(qiáng)電場(chǎng)下放電特性一.氣體電介質(zhì)的放電特性5

輸電線路以氣體作為絕緣材料輸電線路以氣體作為絕緣材料6

變壓器相間絕緣以氣體作為絕緣材料變壓器相間絕緣以氣體作為絕緣材料72.帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生與消失(1)激發(fā)

原子在外界因素作用下,其電子躍遷到能量較高的狀態(tài)。(2)游離

原子在外界因素作用下,使其一個(gè)或幾個(gè)電子脫離原子核的束博而形成自由電子和正離子。(3)游離的方式

a.碰撞游離

b.光游離

c.熱游離

d.金屬表面游離2.帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生與消失(1)激發(fā)(2)游離(3)游離的方8碰撞游離

當(dāng)帶電質(zhì)點(diǎn)具有的動(dòng)能積累到一定數(shù)值后，在與氣體原子（或分子）發(fā)生碰撞時(shí)，可以使后者產(chǎn)生游離，這種由碰撞而引起的游離稱為碰撞游離。引起碰撞游離的條件：：氣體原子（或分子）的游離能。碰撞游離當(dāng)帶電質(zhì)點(diǎn)具有的動(dòng)能積累到一定數(shù)值后，在與9光游離

由光輻射引起氣體原子（或分子）的游離稱為光游離。產(chǎn)生光游離的條件：h:普朗克常數(shù)ν:光的頻率光游離由光輻射引起氣體原子（或分子）的游離產(chǎn)生光10熱游離氣體在熱狀態(tài)下引起的游離過程稱為熱游離。產(chǎn)生熱游離的條件：K:波茨曼常數(shù)T:絕對(duì)溫度，K熱游離氣體在熱狀態(tài)下引起的游離過程稱為熱游離。產(chǎn)生熱游離的條11金屬表面游離

電子從金屬電極表面逸出來的過程稱為表面游離。金屬表面游離電子從金屬電極表面逸出來的過程稱為表面游12(4)去游離a.擴(kuò)散

帶電質(zhì)點(diǎn)從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域運(yùn)動(dòng)。b.復(fù)合

正離子與負(fù)離子相遇而互相中和還原成中性原子。c.附著效應(yīng)

電子與原子碰撞時(shí),電子附著原子形成負(fù)離子。(4)去游離13二.氣體放電的兩個(gè)理論1.湯遜放電理論.適用條件:均勻電場(chǎng)，低氣壓，短間隙。實(shí)驗(yàn)裝置二.氣體放電的兩個(gè)理論1.湯遜放電理論.適用條件:均勻電場(chǎng)，14均勻電場(chǎng)中氣體的伏安特性分析：oa段:

隨著電壓升高，到達(dá)陽極的帶電質(zhì)點(diǎn)數(shù)量和速度也隨之增大。ab段：電流不再隨電壓的增大而增大。bc段：電流又再隨電壓的增大而增大。c點(diǎn):電流急劇突增。均勻電場(chǎng)中氣體的伏安特性分析：oa段:隨著電壓升高15(1).電子崩

在電場(chǎng)作用下電子從陰極向陽極推進(jìn)而形成的一群電子。(2).非自持放電

去掉外界游離因素的作用后,放電隨即停止。(3).自持放電

不需要外界游離因素存在,放電也能維持下去。(1).電子崩(2).非自持放電(3).自持放電16(4).自持放電條件a.電子的空間碰撞系數(shù)α

一個(gè)電子在電場(chǎng)作用下在單位行程里所發(fā)生的碰撞游離數(shù)。

b.正離子的表面游離系數(shù)γ一個(gè)正離子到達(dá)陰極,撞擊陰極表面產(chǎn)生游離的電子數(shù)。(4).自持放電條件b.正離子的表面游離系數(shù)γ一個(gè)正離17自持放電條件可表達(dá)為:自持放電條件可表達(dá)為:18

解釋氣體放電機(jī)制的最早理論。由英國物理學(xué)家J.S.E.湯森于1903年提出。湯森在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩平板電極之間所加電壓增大到一定值時(shí)，極板間隙的氣體中出現(xiàn)連接兩個(gè)電極的放電通道，使原來絕緣的氣體變成電導(dǎo)很高的氣體，有放電電流通過，間隙被擊穿。湯森用氣體電離的概念解釋這一現(xiàn)象。他設(shè)想有n0個(gè)自由電子在電場(chǎng)作用下由陰極向陽極運(yùn)動(dòng)，只要電場(chǎng)足夠強(qiáng)，電子在與氣體分子碰撞時(shí)會(huì)引起后者電離，發(fā)展成電子崩。若每個(gè)電子在電場(chǎng)中移動(dòng)單位距離時(shí)產(chǎn)生的電離次數(shù)為α(湯森電離系數(shù))，則可推知n0個(gè)自由電子在由陰極向陽極運(yùn)動(dòng)中經(jīng)過距離n后將增加到n0eas，而每個(gè)電子產(chǎn)生的正離子－電子對(duì)數(shù)為eas-1。正離子在電場(chǎng)作用下向陰極運(yùn)動(dòng)，設(shè)每個(gè)正離子撞擊陰極時(shí)引起的電子發(fā)射（稱二次電子發(fā)射）的概率為r，則n0個(gè)自由電子引起電離后產(chǎn)生的二次電子數(shù)為rn0(ead-1)。要使放電持續(xù)不斷，則需使rn0(eas-1)=n0或r(eas-1)=1，這就是湯森自持放電的條件，又稱湯森判別式。

湯森理論

Townsendtheory

解釋氣體放電機(jī)制的最早理論。由英國物理學(xué)家J.S.E.19

對(duì)于不同間隙介質(zhì)都有不同的臨界擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度Ec（大氣中約30kV·cm-1）。間隙中的電場(chǎng)E低于Ec時(shí)，間隙不會(huì)擊穿。在湯森判別式中，電離系數(shù)α隨外加電場(chǎng)強(qiáng)度E的增強(qiáng)而增大，因此電子的電離效應(yīng)也加強(qiáng)。α

值必須足夠大才能產(chǎn)生足夠的電離次數(shù)及離子數(shù)，滿足自持放電條件使間隙被擊穿。實(shí)際過程比這要復(fù)雜一些，例如間隙中空間電荷的積累會(huì)引起電場(chǎng)畸變；陰極表面還存在光電發(fā)射和其他粒子轟擊陰極表面的過程；間隙氣體中還有光電離和電附著作用等。雖然自持放電包括的過程比較復(fù)雜，但判別式的形式仍是其中rm為包括了各種陰極表面過程的二次電子發(fā)射概率，μ為氣體吸收系數(shù)。利用高速示波器可以測(cè)出放電發(fā)展過程中的電流變化。電流的周期性變化說明間隙中電離、陰極發(fā)射電子等一次次的循環(huán)。不滿足自持條件時(shí)的放電，電流逐步減為零，此時(shí)間隙中氣體未擊穿，仍保持絕緣狀態(tài)。湯森理論只適用于氣壓比較低、氣壓與極距的乘積(PS)比較小的情況。

對(duì)于不同間隙介質(zhì)都有不同的臨界擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度E20(5)Paschen定律a.表達(dá)式:P:氣體壓力S:極間距離(5)Paschen定律a.表達(dá)式:P:氣體壓力21b.均勻電場(chǎng)中幾種氣體的擊穿電壓與ps的關(guān)系b.均勻電場(chǎng)中幾種氣體的擊穿電壓與ps的關(guān)系22弗里德里?！づ列?/p>

弗里德里?！づ列希‵riedrichPaschen，1865.1.22—1947.2.25），德國物理學(xué)家，1908年發(fā)現(xiàn)了氫原子光譜的帕邢系[1]。

1865年1月22日生于德國什米林。1884年考人斯特拉斯堡大學(xué)。1888年在柏林大學(xué)由于發(fā)現(xiàn)火花放電的電壓只決定于氣壓和兩極之間距離的乘積而獲博士學(xué)位。1901年任蒂賓根大學(xué)教授和物理研究所所長(zhǎng)。1924～1933年任帝國物理技術(shù)研究所（柏林－夏洛騰堡）所長(zhǎng)，1925～1927年任德國物理學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)。1947年2月25日在德國波茨坦去世，終年82歲。

帕邢在物理學(xué)方面的主要貢獻(xiàn)是對(duì)光譜學(xué)進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)研究。從1890年起，帕邢系統(tǒng)地用測(cè)量熱輻射方法對(duì)光譜的紅外區(qū)進(jìn)行了大量的研究。1894年通過對(duì)太陽光譜的研究，把紅外線的波長(zhǎng)從5um拓寬到9.3um。1897年通過改進(jìn)儀器和采用新的測(cè)量方法，又把紅外線的波長(zhǎng)推至23pth。1908年，帕邢應(yīng)用光柵攝譜儀對(duì)元素的紅外區(qū)發(fā)射光譜進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)氫原子光譜的近紅外區(qū)存在附加的譜線，它恰好是氫光譜的Hα和Hβ之差得出的一個(gè)新譜線，從而證明了里茲（Wal－therRitz，1878～1909）提出的“從任何兩條譜線之和與差往往可以找到另一譜線”的預(yù)言，并進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了“帕邢線系”。

此外，帕邢還研究過光譜線在強(qiáng)磁場(chǎng)的分裂效應(yīng)、氦譜線的精細(xì)結(jié)構(gòu)、氖的復(fù)雜光譜等，在這些方面都取得了一定的成功。弗里德里?！づ列?/p>

232.流注理論(1).在ps乘積較大時(shí),用湯遜理論無法解釋的幾種現(xiàn)象a.擊穿過程所需時(shí)間,實(shí)測(cè)值比理論值小10--100倍。b.按湯遜理論,擊穿過程與陰極材料有關(guān),然而在大氣壓力下的空氣隙中擊穿電壓與陰極材料無關(guān)。c.按湯遜理論,氣體放電應(yīng)在整個(gè)間隙中均勻連續(xù)地發(fā)展,但在大氣中擊穿會(huì)出現(xiàn)有分枝的明亮細(xì)通道。2.流注理論(1).在ps乘積較大時(shí),用湯遜理論無法解釋的幾24高電壓技術(shù)第一章講稿氣體的絕緣特性課件25高電壓技術(shù)第一章講稿氣體的絕緣特性課件26(2).理論要點(diǎn):

認(rèn)為電子碰撞游離及空間光游離是維持自持放電的主要因素,流注形成便達(dá)到了自持放電條件,它強(qiáng)調(diào)了空間電符畸變電場(chǎng)的作用和熱游離的作用。(3)放電簡(jiǎn)單流程圖:有效電子(經(jīng)碰撞游離)電子崩(畸變電場(chǎng))發(fā)射光子(在強(qiáng)電場(chǎng)作用下)產(chǎn)生新的電子崩(二次崩)形成混質(zhì)通道(流注)由陽極向陰極(陽極流注)或由陰極向陽極(陰極流注)擊穿。(2).理論要點(diǎn):認(rèn)為電子碰撞游離及空間光游離是維持自持27流注理論

streamtheory

關(guān)于氣體電擊穿機(jī)理的一種理論。由R.瑞特與J.M.米克于1937年提出。湯森理論奠定了氣體放電的理論基礎(chǔ)，但是隨著氣體放電研究的發(fā)展，有些現(xiàn)象只由湯森理論難以解釋，例如放電發(fā)展的速度比碰撞電離快，放電通道是不均勻的而呈折線形狀，因此需要尋求其他理論。流注理論就是在總結(jié)這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的基礎(chǔ)上形成的。

流注理論streamtheory關(guān)28應(yīng)用流注理論描述放電過程如下。在外施電場(chǎng)作用下，電子崩由陰極向陽極發(fā)展，由于氣體原子（或分子）的激勵(lì)、電離、復(fù)合等過程產(chǎn)生光電離，在電子崩附近由光電子引起新的子電子崩，電子崩接近陽極時(shí)，電離最強(qiáng),光輻射也強(qiáng)。光電子產(chǎn)生的子電子崩匯集到由陽極生長(zhǎng)的放電通道，并幫助它的發(fā)展，形成由陽極向陰極前進(jìn)的流注（正流注），流注的速度比碰撞電離快。同時(shí)，光輻射是指向各個(gè)方向的，光電子產(chǎn)生的地點(diǎn)也是隨機(jī)的，這說明放電通道可能是曲折進(jìn)行的。正流注達(dá)到陰極時(shí)，正負(fù)電極之間形成一導(dǎo)電的通道，可以通過大的電流，使間隙擊穿。如果所加電壓超過臨界擊穿電壓（過電壓），電子崩電離加強(qiáng)，雖然電子崩還沒有發(fā)展到陽極附近，但在間隙中部就可能產(chǎn)生許多光電子及子電子崩,它們匯集到主電子崩,加速放電的發(fā)展，增加放電通道的電導(dǎo)率，形成由陰極發(fā)展的流注（負(fù)流注）。瑞特和米克認(rèn)為，當(dāng)電子崩頭部的電場(chǎng)比外加電壓在間隙中形成的均勻電場(chǎng)更強(qiáng)時(shí)，電子崩附近電場(chǎng)嚴(yán)重畸變，電離劇烈，放電可以自行發(fā)展成流注，從而導(dǎo)致間隙擊穿。根據(jù)這一基本思想，他們進(jìn)行了理論推演。雖然他們計(jì)算電子崩頭部電場(chǎng)的方法不盡相同，推導(dǎo)出不同的計(jì)算擊穿電壓的方程，但是計(jì)算得到的擊穿電壓很相近，與試驗(yàn)比較相符。應(yīng)用流注理論描述放電過程如下。在外施電場(chǎng)作用下，電子崩由陰極29對(duì)均勻電場(chǎng)：一旦形成流注，放電就能自持發(fā)展，直到整個(gè)間隙擊穿。形成流注的條件就是間隙擊穿的條件。擊穿電壓經(jīng)驗(yàn)公式（1-9）對(duì)均勻電場(chǎng)：一旦形成流注，放電就能自持發(fā)展，直到整個(gè)間隙擊穿30流注的特點(diǎn)：電離強(qiáng)度很大，傳播速度很快(3~4×108cm/s)。出現(xiàn)流注后，放電便獲得了獨(dú)立繼續(xù)發(fā)展的能力，出現(xiàn)流注的條件就是自持放電的條件！形成流注的條件：αs≈20流注的特點(diǎn)：電離強(qiáng)度很大，傳播速度很快(3~4×108cm/31三.不均勻電場(chǎng)中氣隙的放電特性1.電暈放電

一定電壓作用下,在曲率半徑小的電極附近發(fā)生局部游離,并發(fā)出大量光輻射,有些像日月的暈光,稱為電暈放電。電暈起始場(chǎng)強(qiáng)：始出現(xiàn)電暈時(shí)電極表面的場(chǎng)強(qiáng)。電暈起始電壓：開始出現(xiàn)電暈時(shí)的電壓。電暈放電是極不均勻電場(chǎng)所特有的一種自持放電形式。三.不均勻電場(chǎng)中氣隙的放電特性1.電暈放電一定電壓32電暈放電的起始場(chǎng)強(qiáng)：大氣條件導(dǎo)線粗糙程度導(dǎo)線半徑經(jīng)驗(yàn)公式見（1-11）~1-13）電暈放電的起始場(chǎng)強(qiáng)：大氣條件332.極性效應(yīng)(1).正棒---負(fù)板2.極性效應(yīng)(1).正棒---負(fù)板34分析：a.由于捧極附近積聚起正空間電荷，削弱了電離，使電暈放電難以形成，造成電暈起始電壓提高。b.由于捧極附近積聚起正空間電荷在間隙深處產(chǎn)生電場(chǎng)加強(qiáng)了朝向板極的電場(chǎng)，有利于流注發(fā)展，故降低了擊穿電壓。分析：a.由于捧極附近積聚起正空間電荷，削弱了電離，使電暈放35(2).負(fù)棒---正板(2).負(fù)棒---正板36分析：a.捧附近正空間電荷產(chǎn)生附加電場(chǎng)加強(qiáng)了朝向棒端的電場(chǎng)強(qiáng)度，容易形成自持放電，所以其電暈起始電壓較低。b.在間隙深處，正空間電荷產(chǎn)生的附加電場(chǎng)與原電場(chǎng)方向相反，使放電的發(fā)展比較困難，因而擊穿電壓較高。分析：a.捧附近正空間電荷產(chǎn)生附加電場(chǎng)加強(qiáng)了朝向棒端的電場(chǎng)強(qiáng)37結(jié)論：在相同間隙下正捧-----負(fù)板負(fù)捧-----正板電暈起始電壓間隙擊穿電壓

高低低高結(jié)論：在相同間隙下正捧-----負(fù)板負(fù)捧-----正板電暈起38持續(xù)電壓作用下的不均勻電場(chǎng)氣隙擊穿特性直流電壓：圖1-11~1-12工頻電壓：圖1-13。棒-板間隙的擊穿總是在棒的極性為正、電壓達(dá)幅值時(shí)發(fā)生。?持續(xù)電壓作用下的不均勻電場(chǎng)氣隙擊穿特性直流電壓：圖1-11~39四.雷電沖擊電壓下氣隙的擊穿特性1.標(biāo)準(zhǔn)波形四.雷電沖擊電壓下氣隙的擊穿特性1.標(biāo)準(zhǔn)波形40幾個(gè)參數(shù)波頭時(shí)間T1：T1=(1.230%)μs波長(zhǎng)時(shí)間T2:T2=(5020%)μs標(biāo)準(zhǔn)波形通常用符號(hào)

表示幾個(gè)參數(shù)波頭時(shí)間T1：T1=(1.230%)μs波長(zhǎng)412.放電時(shí)延(1).間隙擊穿要滿足二個(gè)條件a.一定的電壓幅值b.一定的電壓作用時(shí)間2.放電時(shí)延(1).間隙擊穿要滿足二個(gè)條件a.一定的電壓幅值42高電壓技術(shù)第一章講稿氣體的絕緣特性課件43(2).統(tǒng)計(jì)時(shí)延ts

通常把電壓達(dá)間隙的靜態(tài)擊穿電壓開始到間隙中出現(xiàn)第一個(gè)有效電子為止所需的時(shí)間。(3).放電形成時(shí)延tf從第一個(gè)有效電子到間隙完成擊穿所需的時(shí)間。(4).放電時(shí)延tLtL=ts+tf(2).統(tǒng)計(jì)時(shí)延ts通常把電壓達(dá)間隙的靜態(tài)擊穿電壓開始44氣體間隙在沖擊電壓作用下?lián)舸┧枞繒r(shí)間：t=t1+ts+tf其中：ts+tf

就是放電時(shí)延tL氣體間隙在沖擊電壓作用下?lián)舸┧枞繒r(shí)間：t=t1+ts453.50%沖擊放電電壓U50%-反應(yīng)絕緣耐受沖擊電壓的能力放電概率為50%時(shí)的沖擊放電電壓。50%沖擊放電電壓與靜態(tài)放電壓的比值稱為絕緣的沖擊系數(shù)βpu擊u50%50%3.50%沖擊放電電壓U50%-反應(yīng)絕緣耐受沖擊電壓的能力46電場(chǎng)均勻性的影響：均勻和稍不均勻電場(chǎng)：β=1，放電時(shí)延較短，擊穿發(fā)生在波前峰值附近。極不均勻電場(chǎng)：β>1，放電時(shí)延較長(zhǎng)，擊穿電壓分散性大，擊穿發(fā)生在波前峰值附近。電場(chǎng)均勻性的影響：均勻和稍不均勻電場(chǎng)：β=1，放電時(shí)延較474.伏秒特性(1)定義

同一波形、不同幅值的沖擊電壓下，間隙上出現(xiàn)的電壓最大值和放電時(shí)間的關(guān)系曲線。問題的提出：氣隙擊穿的必備條件所致！4.伏秒特性(1)定義同一波形、不同幅值的沖擊48(2)曲線求取方法(2)曲線求取方法49(3)電場(chǎng)均勻程度對(duì)曲線的影響

不均勻電場(chǎng)由于平均擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度較低,而且流注總是從強(qiáng)場(chǎng)區(qū)向弱場(chǎng)區(qū)發(fā)展,放電速度受到電場(chǎng)分布的影響,所以放電時(shí)延長(zhǎng),分散性大,其伏秒特性曲線在放電時(shí)間還相當(dāng)大時(shí),便隨時(shí)間之減小而明顯地上翹,曲線比較陡。均勻或稍不均勻電場(chǎng)則相反,由于擊穿時(shí)平均場(chǎng)強(qiáng)較高,流注發(fā)展較快,放電時(shí)延較短,其伏秒特性曲線較平坦。(3)電場(chǎng)均勻程度對(duì)曲線的影響不均勻電場(chǎng)由于平均擊穿50高電壓技術(shù)第一章講稿氣體的絕緣特性課件51(4)實(shí)際意義S1被保護(hù)設(shè)備的伏秒特性曲線，S2保護(hù)設(shè)備的伏秒特性曲線(4)實(shí)際意義S1被保護(hù)設(shè)備的伏秒特性曲線，S2保護(hù)設(shè)備52

為了使被保護(hù)設(shè)備得到可靠的保護(hù),被保護(hù)設(shè)備絕緣的伏秒特性曲線的下包線必須始終高于保護(hù)設(shè)備的伏秒特性曲線的上包線。為了使被保護(hù)設(shè)備得到可靠的保護(hù),被保護(hù)設(shè)備53五.大氣條件對(duì)氣體間隙擊穿電壓的影響1.標(biāo)準(zhǔn)大氣條件大氣壓力：P0=101.3kpa溫度：濕度：f0=11g/m3五.大氣條件對(duì)氣體間隙擊穿電壓的影響1.標(biāo)準(zhǔn)大氣條件大542.相對(duì)密度的影響相對(duì)密度

p=0.289

T當(dāng)在0.95到1.05之間時(shí),空氣間隙的擊穿電壓U與成正比U=U02.相對(duì)密度的影響相對(duì)密度553.濕度的影響(1)

均勻或稍不均勻電場(chǎng)濕度的增加而略有增加,但程度極微,可以不校正。(2)

極不均勻電場(chǎng)由于平均場(chǎng)強(qiáng)較低,濕度增加后,水分子易吸附電子而形成質(zhì)量較大的負(fù)離子,運(yùn)動(dòng)速度,減慢游離能力大大降低,使擊穿電壓增大.因此需要校正。3.濕度的影響(1)均勻或稍不均勻電場(chǎng)濕度的增加而略有增564.高度的影響隨著高度增加,空氣逐漸稀薄,大氣壓力及空氣相對(duì)密度下降,間隙的擊穿電壓也隨之下降。U=ka

U0

4.高度的影響隨著高度增加,空氣逐漸稀薄,大氣57六.提高氣體間隙絕緣強(qiáng)度的方法兩個(gè)途徑:一個(gè)是改善電場(chǎng)分布,使之盡量均勻；另一個(gè)是削弱氣體間隙中的游離因素。六.提高氣體間隙絕緣強(qiáng)度的方法兩個(gè)途徑:581.改善電場(chǎng)分布的措施(1).改變電極形狀1.改善電場(chǎng)分布的措施(1).改變電極形狀59(2).利用空間電荷對(duì)電場(chǎng)的畸變作用(3).極不均勻電場(chǎng)中采用屏障(2).利用空間電荷對(duì)電場(chǎng)的畸變作用(3).極不均勻60當(dāng)屏障與棒極之間的距離約等于間隙的距離的15%~20%時(shí)，間隙的擊穿電壓提高得最多，可達(dá)到無屏障時(shí)的2~3倍。當(dāng)屏障與棒極之間的距離約等于間隙的距離的15%~2612.削弱游離因素的措施(1)采用高氣壓

氣體壓力提高后，氣體的密度加大，減少了電子的平均自由行程，從而削弱了碰撞游離的過程。如高壓空氣斷路器和高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器等。2.削弱游離因素的措施(1)采用高氣壓氣體6210kv高壓標(biāo)準(zhǔn)介損器10kv高壓標(biāo)準(zhǔn)介損器63(2)采用高真空

氣體間隙中壓力很低時(shí)，電子的平均自由行程已增大到極間空間很難產(chǎn)生碰撞游離的程度。如真空電容器、真空斷路器等。(2)采用高真空氣體間隙中壓力很低時(shí)，電子的平均64真空電容器真空斷路器真空電容器真空斷路器65(3)采用高強(qiáng)度氣體

SF6氣體屬強(qiáng)電負(fù)性氣體,容易吸附電子成為負(fù)離子,從而削弱了游離過程.提高壓力后可相當(dāng)于一般液體或固體絕緣的絕緣強(qiáng)度。它是一種無色、無味、無臭、無毒、不燃的不活潑氣體，化學(xué)性能非常穩(wěn)定，無腐蝕作用。它具有優(yōu)良的滅弧性能，其滅弧能力是空氣的100倍，故極適用于高壓斷路器中。(3)采用高強(qiáng)度氣體SF6氣體屬強(qiáng)電負(fù)性氣體,66七.氣體中的沿面放電1.什么叫沿面放電沿著固體介質(zhì)表面的氣體發(fā)生的放電。沿面放電電壓通常比純空氣間隙的擊穿電壓要低。七.氣體中的沿面放電1.什么叫沿面放電沿著固體介質(zhì)表面672.界面電場(chǎng)分布的三種典型情況氣體介質(zhì)與固體介質(zhì)的交界稱為界面。(1).固體介質(zhì)處于均勻電場(chǎng)中,且界面與電力線平行;2.界面電場(chǎng)分布的三種典型情況氣體介質(zhì)與固體介質(zhì)的交界稱68(2).固體介質(zhì)處于極不均勻電場(chǎng)中,且電力線垂直于界面的分量比平行于界面的分量大得多;類似套管(2).固體介質(zhì)處于極不均勻電場(chǎng)中,且電力線垂直于類似套69瓷套管瓷套管70變壓器用電容套管變壓器用電容套管71(3).固體介質(zhì)處于極不均勻電場(chǎng)中,且電力線平行于界面的分量以垂直于界面的分量大得多。類似支持絕緣子(3).固體介質(zhì)處于極不均勻電場(chǎng)中,且電力線平行于類似支72復(fù)合支持絕緣子復(fù)合支持絕緣子73戶外高壓支持絕緣子戶外高壓支持絕緣子743.均勻電場(chǎng)中的沿面放電放電特點(diǎn):(1).放電發(fā)生在沿著固體介質(zhì)表面,且放電電壓比純空氣間隙的放電電壓要低.其原因a.固體介質(zhì)與電極表面沒有完全密合而存在微小氣隙,或者介面有裂紋.b.介質(zhì)表面不可能絕對(duì)光滑,使表面電場(chǎng)不均勻.3.均勻電場(chǎng)中的沿面放電放電特點(diǎn):(1).放電發(fā)生在沿著75c.介質(zhì)表面電阻不均勻使電場(chǎng)分布不均勻d.介質(zhì)表面易吸收水分,形成一層很薄的膜,水膜中的離子在電場(chǎng)作用下向兩極移動(dòng),易在電極附近積聚電荷,使電場(chǎng)不均勻。c.介質(zhì)表面電阻不均勻使電場(chǎng)分布不均勻d.介質(zhì)表面易吸收水分764.極不均勻電場(chǎng)具有強(qiáng)法線分量時(shí)的沿面放電(套管型)(1)放電發(fā)展特點(diǎn):a.電暈放電4.極不均勻電場(chǎng)具有強(qiáng)法線分量時(shí)的沿面放電(套管型)(1)77b.線狀火花放電b.線狀火花放電78c.滑閃放電d.閃絡(luò)放電c.滑閃放電d.閃絡(luò)放電79(2)影響沿面放電因素分析等值電路圖(2)影響沿面放電因素分析等值電路圖80a.固體介質(zhì)厚度越小，則體積電容越大，沿介質(zhì)表面電壓分布越不均勻，其沿面閃絡(luò)電壓越低；b.同理，固體介質(zhì)的體積電阻越小，沿面閃絡(luò)電壓越低；c.固體介質(zhì)表面電阻減少，可降低沿面的最大電場(chǎng)強(qiáng)度，從而提高沿面閃絡(luò)電壓。a.固體介質(zhì)厚度越小，則體積電容越大，沿介質(zhì)表面電壓分布越不81(3).提高沿面閃絡(luò)電壓措施a.減少套管的體積電容。如增大固體介質(zhì)厚度，加大法蘭處套管的外經(jīng)；b.減少絕緣的表面電阻。如在套管近法蘭處涂半導(dǎo)體漆或半導(dǎo)體釉。(3).提高沿面閃絡(luò)電壓措施a.減少套管的體積電容。如增大固825.極不均勻電場(chǎng)具有強(qiáng)切線分量時(shí)的沿面放電(支柱絕緣子型)由于電極本身的形狀和布置己使電場(chǎng)很不均勻，故介質(zhì)表面積聚電荷使電壓重新分布不會(huì)顯著降低沿面閃絡(luò)電壓，為了提高沿面閃絡(luò)電壓，一般從改進(jìn)電極形狀，如采用屏蔽罩和均壓環(huán)。5.極不均勻電場(chǎng)具有強(qiáng)切線分量時(shí)的沿面放電(支柱絕緣子型836.絕緣子串的電壓分布6.絕緣子串的電壓分布84高電壓技術(shù)第一章講稿氣體的絕緣特性課件85高電壓技術(shù)第一章講稿氣體的絕緣特性課件86高電壓技術(shù)第一章講稿氣體的絕緣特性課件87分析結(jié)果：a.絕緣子片數(shù)越多，電壓分布越不均勻；b.靠近導(dǎo)線端第一個(gè)絕緣子電壓降最高，易產(chǎn)生電暈放電。在工作電壓下不允許產(chǎn)生電暈，故對(duì)330kv及以上電壓等級(jí)考慮使用均壓環(huán)。分析結(jié)果：a.絕緣子片數(shù)越多，電壓分布越不均勻；b.靠近導(dǎo)線887.絕緣子表面污穢時(shí)的沿面放電

戶外絕緣子，會(huì)受到工業(yè)污穢或自然界鹽堿、飛塵等污染，在干燥時(shí)，由于污穢塵埃電阻很大，絕緣子表面泄漏電流很小，對(duì)絕緣子安全運(yùn)行無危險(xiǎn)；但下雨時(shí)，絕緣子表面容易沖掉，而大氣濕度較高，或在毛毛雨、霧等氣候下，污穢塵埃被潤(rùn)濕，表面電導(dǎo)劇增，使絕緣子的泄漏電流劇增，降低閃絡(luò)電壓。7.絕緣子表面污穢時(shí)的沿面放電戶外絕緣子，會(huì)受898.防止絕緣子的污閃，應(yīng)采取措施(1).對(duì)污穢絕緣子定期或不定期進(jìn)行清洗(2).絕緣子表面涂一層憎水性防塵材料(3).加強(qiáng)絕緣和采用防污絕緣子(4).采用半導(dǎo)體釉絕緣子8.防止絕緣子的污閃，應(yīng)采取措施(1).對(duì)污穢絕緣子定期或不90對(duì)瓷柱進(jìn)行清洗對(duì)瓷柱進(jìn)行清洗91高電壓技術(shù)第一章講稿氣體的絕緣特性課件92電子崩的形成.swf電子崩的形成.swf93電子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡.swf電子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡.swf94閃絡(luò).swf閃絡(luò).swf95第一章結(jié)束第一章結(jié)束961、字體安裝與設(shè)置如果您對(duì)PPT模板中的字體風(fēng)格不滿意，可進(jìn)行批量替換，一次性更改各頁面字體。在“開始”選項(xiàng)卡中，點(diǎn)擊“替換”按鈕右側(cè)箭頭，選擇“替換字體”。（如下圖）在圖“替換”下拉列表中選擇要更改字體。（如下圖）在“替換為”下拉列表中選擇替換字體。點(diǎn)擊“替換”按鈕，完成。972、替換模板中的圖片模板中的圖片展示頁面，您可以根據(jù)需要替換這些圖片，下面介紹兩種替換方法。方法一：更改圖片選中模版中的圖片（有些圖片與其他對(duì)象進(jìn)行了組合，選擇時(shí)一定要選中圖片本身，而不是組合）。單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“更改圖片”，選擇要替換的圖片。（如下圖）注意：為防止替換圖片發(fā)生變形，請(qǐng)使用與原圖長(zhǎng)寬比例相同的圖片。971、字體安裝與設(shè)置如果您對(duì)PPT模板中的字體風(fēng)格不滿意，可進(jìn)97贈(zèng)送精美圖標(biāo)贈(zèng)送精美圖標(biāo)98

勤學(xué)修德明辨篤實(shí)勤學(xué)99高電壓技術(shù)(第二版）張一塵主編高電壓技術(shù)(第二版）張一塵主編100氣體的絕緣特性第一章氣體的絕緣特性第一章101主要內(nèi)容：氣體帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生和消失氣隙的放電特性和擊穿特性提高氣體間隙絕緣強(qiáng)度的方法氣體中的沿面放電重點(diǎn)和難點(diǎn)：氣體的放電和擊穿特性基本要求：熟悉概念，掌握特性的基本特征主要內(nèi)容：氣體帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生和消失1021.空氣在強(qiáng)電場(chǎng)下放電特性一.氣體電介質(zhì)的放電特性氣體在正常狀態(tài)下是良好的絕緣體，在一個(gè)立方厘米體積內(nèi)僅含幾千個(gè)帶電粒子，但在高電壓下，氣體從少量電符會(huì)突然產(chǎn)生大量的電荷，從而失去絕緣能力而發(fā)生放電現(xiàn)象。一旦電壓解除后,氣體電介質(zhì)能自動(dòng)恢復(fù)絕緣狀態(tài)。1.空氣在強(qiáng)電場(chǎng)下放電特性一.氣體電介質(zhì)的放電特性103

輸電線路以氣體作為絕緣材料輸電線路以氣體作為絕緣材料104

變壓器相間絕緣以氣體作為絕緣材料變壓器相間絕緣以氣體作為絕緣材料1052.帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生與消失(1)激發(fā)

原子在外界因素作用下,其電子躍遷到能量較高的狀態(tài)。(2)游離

原子在外界因素作用下,使其一個(gè)或幾個(gè)電子脫離原子核的束博而形成自由電子和正離子。(3)游離的方式

a.碰撞游離

b.光游離

c.熱游離

d.金屬表面游離2.帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生與消失(1)激發(fā)(2)游離(3)游離的方106碰撞游離

當(dāng)帶電質(zhì)點(diǎn)具有的動(dòng)能積累到一定數(shù)值后，在與氣體原子（或分子）發(fā)生碰撞時(shí)，可以使后者產(chǎn)生游離，這種由碰撞而引起的游離稱為碰撞游離。引起碰撞游離的條件：：氣體原子（或分子）的游離能。碰撞游離當(dāng)帶電質(zhì)點(diǎn)具有的動(dòng)能積累到一定數(shù)值后，在與107光游離

由光輻射引起氣體原子（或分子）的游離稱為光游離。產(chǎn)生光游離的條件：h:普朗克常數(shù)ν:光的頻率光游離由光輻射引起氣體原子（或分子）的游離產(chǎn)生光108熱游離氣體在熱狀態(tài)下引起的游離過程稱為熱游離。產(chǎn)生熱游離的條件：K:波茨曼常數(shù)T:絕對(duì)溫度，K熱游離氣體在熱狀態(tài)下引起的游離過程稱為熱游離。產(chǎn)生熱游離的條109金屬表面游離

電子從金屬電極表面逸出來的過程稱為表面游離。金屬表面游離電子從金屬電極表面逸出來的過程稱為表面游110(4)去游離a.擴(kuò)散

帶電質(zhì)點(diǎn)從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域運(yùn)動(dòng)。b.復(fù)合

正離子與負(fù)離子相遇而互相中和還原成中性原子。c.附著效應(yīng)

電子與原子碰撞時(shí),電子附著原子形成負(fù)離子。(4)去游離111二.氣體放電的兩個(gè)理論1.湯遜放電理論.適用條件:均勻電場(chǎng)，低氣壓，短間隙。實(shí)驗(yàn)裝置二.氣體放電的兩個(gè)理論1.湯遜放電理論.適用條件:均勻電場(chǎng)，112均勻電場(chǎng)中氣體的伏安特性分析：oa段:

隨著電壓升高，到達(dá)陽極的帶電質(zhì)點(diǎn)數(shù)量和速度也隨之增大。ab段：電流不再隨電壓的增大而增大。bc段：電流又再隨電壓的增大而增大。c點(diǎn):電流急劇突增。均勻電場(chǎng)中氣體的伏安特性分析：oa段:隨著電壓升高113(1).電子崩

在電場(chǎng)作用下電子從陰極向陽極推進(jìn)而形成的一群電子。(2).非自持放電

去掉外界游離因素的作用后,放電隨即停止。(3).自持放電

不需要外界游離因素存在,放電也能維持下去。(1).電子崩(2).非自持放電(3).自持放電114(4).自持放電條件a.電子的空間碰撞系數(shù)α

一個(gè)電子在電場(chǎng)作用下在單位行程里所發(fā)生的碰撞游離數(shù)。

b.正離子的表面游離系數(shù)γ一個(gè)正離子到達(dá)陰極,撞擊陰極表面產(chǎn)生游離的電子數(shù)。(4).自持放電條件b.正離子的表面游離系數(shù)γ一個(gè)正離115自持放電條件可表達(dá)為:自持放電條件可表達(dá)為:116

解釋氣體放電機(jī)制的最早理論。由英國物理學(xué)家J.S.E.湯森于1903年提出。湯森在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩平板電極之間所加電壓增大到一定值時(shí)，極板間隙的氣體中出現(xiàn)連接兩個(gè)電極的放電通道，使原來絕緣的氣體變成電導(dǎo)很高的氣體，有放電電流通過，間隙被擊穿。湯森用氣體電離的概念解釋這一現(xiàn)象。他設(shè)想有n0個(gè)自由電子在電場(chǎng)作用下由陰極向陽極運(yùn)動(dòng)，只要電場(chǎng)足夠強(qiáng)，電子在與氣體分子碰撞時(shí)會(huì)引起后者電離，發(fā)展成電子崩。若每個(gè)電子在電場(chǎng)中移動(dòng)單位距離時(shí)產(chǎn)生的電離次數(shù)為α(湯森電離系數(shù))，則可推知n0個(gè)自由電子在由陰極向陽極運(yùn)動(dòng)中經(jīng)過距離n后將增加到n0eas，而每個(gè)電子產(chǎn)生的正離子－電子對(duì)數(shù)為eas-1。正離子在電場(chǎng)作用下向陰極運(yùn)動(dòng)，設(shè)每個(gè)正離子撞擊陰極時(shí)引起的電子發(fā)射（稱二次電子發(fā)射）的概率為r，則n0個(gè)自由電子引起電離后產(chǎn)生的二次電子數(shù)為rn0(ead-1)。要使放電持續(xù)不斷，則需使rn0(eas-1)=n0或r(eas-1)=1，這就是湯森自持放電的條件，又稱湯森判別式。

湯森理論

Townsendtheory

解釋氣體放電機(jī)制的最早理論。由英國物理學(xué)家J.S.E.117

對(duì)于不同間隙介質(zhì)都有不同的臨界擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度Ec（大氣中約30kV·cm-1）。間隙中的電場(chǎng)E低于Ec時(shí)，間隙不會(huì)擊穿。在湯森判別式中，電離系數(shù)α隨外加電場(chǎng)強(qiáng)度E的增強(qiáng)而增大，因此電子的電離效應(yīng)也加強(qiáng)。α

值必須足夠大才能產(chǎn)生足夠的電離次數(shù)及離子數(shù)，滿足自持放電條件使間隙被擊穿。實(shí)際過程比這要復(fù)雜一些，例如間隙中空間電荷的積累會(huì)引起電場(chǎng)畸變；陰極表面還存在光電發(fā)射和其他粒子轟擊陰極表面的過程；間隙氣體中還有光電離和電附著作用等。雖然自持放電包括的過程比較復(fù)雜，但判別式的形式仍是其中rm為包括了各種陰極表面過程的二次電子發(fā)射概率，μ為氣體吸收系數(shù)。利用高速示波器可以測(cè)出放電發(fā)展過程中的電流變化。電流的周期性變化說明間隙中電離、陰極發(fā)射電子等一次次的循環(huán)。不滿足自持條件時(shí)的放電，電流逐步減為零，此時(shí)間隙中氣體未擊穿，仍保持絕緣狀態(tài)。湯森理論只適用于氣壓比較低、氣壓與極距的乘積(PS)比較小的情況。

對(duì)于不同間隙介質(zhì)都有不同的臨界擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度E118(5)Paschen定律a.表達(dá)式:P:氣體壓力S:極間距離(5)Paschen定律a.表達(dá)式:P:氣體壓力119b.均勻電場(chǎng)中幾種氣體的擊穿電壓與ps的關(guān)系b.均勻電場(chǎng)中幾種氣體的擊穿電壓與ps的關(guān)系120弗里德里?！づ列?/p>

弗里德里?！づ列希‵riedrichPaschen，1865.1.22—1947.2.25），德國物理學(xué)家，1908年發(fā)現(xiàn)了氫原子光譜的帕邢系[1]。

1865年1月22日生于德國什米林。1884年考人斯特拉斯堡大學(xué)。1888年在柏林大學(xué)由于發(fā)現(xiàn)火花放電的電壓只決定于氣壓和兩極之間距離的乘積而獲博士學(xué)位。1901年任蒂賓根大學(xué)教授和物理研究所所長(zhǎng)。1924～1933年任帝國物理技術(shù)研究所（柏林－夏洛騰堡）所長(zhǎng)，1925～1927年任德國物理學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)。1947年2月25日在德國波茨坦去世，終年82歲。

帕邢在物理學(xué)方面的主要貢獻(xiàn)是對(duì)光譜學(xué)進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)研究。從1890年起，帕邢系統(tǒng)地用測(cè)量熱輻射方法對(duì)光譜的紅外區(qū)進(jìn)行了大量的研究。1894年通過對(duì)太陽光譜的研究，把紅外線的波長(zhǎng)從5um拓寬到9.3um。1897年通過改進(jìn)儀器和采用新的測(cè)量方法，又把紅外線的波長(zhǎng)推至23pth。1908年，帕邢應(yīng)用光柵攝譜儀對(duì)元素的紅外區(qū)發(fā)射光譜進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)氫原子光譜的近紅外區(qū)存在附加的譜線，它恰好是氫光譜的Hα和Hβ之差得出的一個(gè)新譜線，從而證明了里茲（Wal－therRitz，1878～1909）提出的“從任何兩條譜線之和與差往往可以找到另一譜線”的預(yù)言，并進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了“帕邢線系”。

此外，帕邢還研究過光譜線在強(qiáng)磁場(chǎng)的分裂效應(yīng)、氦譜線的精細(xì)結(jié)構(gòu)、氖的復(fù)雜光譜等，在這些方面都取得了一定的成功。弗里德里希·帕邢

1212.流注理論(1).在ps乘積較大時(shí),用湯遜理論無法解釋的幾種現(xiàn)象a.擊穿過程所需時(shí)間,實(shí)測(cè)值比理論值小10--100倍。b.按湯遜理論,擊穿過程與陰極材料有關(guān),然而在大氣壓力下的空氣隙中擊穿電壓與陰極材料無關(guān)。c.按湯遜理論,氣體放電應(yīng)在整個(gè)間隙中均勻連續(xù)地發(fā)展,但在大氣中擊穿會(huì)出現(xiàn)有分枝的明亮細(xì)通道。2.流注理論(1).在ps乘積較大時(shí),用湯遜理論無法解釋的幾122高電壓技術(shù)第一章講稿氣體的絕緣特性課件123高電壓技術(shù)第一章講稿氣體的絕緣特性課件124(2).理論要點(diǎn):

認(rèn)為電子碰撞游離及空間光游離是維持自持放電的主要因素,流注形成便達(dá)到了自持放電條件,它強(qiáng)調(diào)了空間電符畸變電場(chǎng)的作用和熱游離的作用。(3)放電簡(jiǎn)單流程圖:有效電子(經(jīng)碰撞游離)電子崩(畸變電場(chǎng))發(fā)射光子(在強(qiáng)電場(chǎng)作用下)產(chǎn)生新的電子崩(二次崩)形成混質(zhì)通道(流注)由陽極向陰極(陽極流注)或由陰極向陽極(陰極流注)擊穿。(2).理論要點(diǎn):認(rèn)為電子碰撞游離及空間光游離是維持自持125流注理論

streamtheory

關(guān)于氣體電擊穿機(jī)理的一種理論。由R.瑞特與J.M.米克于1937年提出。湯森理論奠定了氣體放電的理論基礎(chǔ)，但是隨著氣體放電研究的發(fā)展，有些現(xiàn)象只由湯森理論難以解釋，例如放電發(fā)展的速度比碰撞電離快，放電通道是不均勻的而呈折線形狀，因此需要尋求其他理論。流注理論就是在總結(jié)這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的基礎(chǔ)上形成的。

流注理論streamtheory關(guān)126應(yīng)用流注理論描述放電過程如下。在外施電場(chǎng)作用下，電子崩由陰極向陽極發(fā)展，由于氣體原子（或分子）的激勵(lì)、電離、復(fù)合等過程產(chǎn)生光電離，在電子崩附近由光電子引起新的子電子崩，電子崩接近陽極時(shí)，電離最強(qiáng),光輻射也強(qiáng)。光電子產(chǎn)生的子電子崩匯集到由陽極生長(zhǎng)的放電通道，并幫助它的發(fā)展，形成由陽極向陰極前進(jìn)的流注（正流注），流注的速度比碰撞電離快。同時(shí)，光輻射是指向各個(gè)方向的，光電子產(chǎn)生的地點(diǎn)也是隨機(jī)的，這說明放電通道可能是曲折進(jìn)行的。正流注達(dá)到陰極時(shí)，正負(fù)電極之間形成一導(dǎo)電的通道，可以通過大的電流，使間隙擊穿。如果所加電壓超過臨界擊穿電壓（過電壓），電子崩電離加強(qiáng)，雖然電子崩還沒有發(fā)展到陽極附近，但在間隙中部就可能產(chǎn)生許多光電子及子電子崩,它們匯集到主電子崩,加速放電的發(fā)展，增加放電通道的電導(dǎo)率，形成由陰極發(fā)展的流注（負(fù)流注）。瑞特和米克認(rèn)為，當(dāng)電子崩頭部的電場(chǎng)比外加電壓在間隙中形成的均勻電場(chǎng)更強(qiáng)時(shí)，電子崩附近電場(chǎng)嚴(yán)重畸變，電離劇烈，放電可以自行發(fā)展成流注，從而導(dǎo)致間隙擊穿。根據(jù)這一基本思想，他們進(jìn)行了理論推演。雖然他們計(jì)算電子崩頭部電場(chǎng)的方法不盡相同，推導(dǎo)出不同的計(jì)算擊穿電壓的方程，但是計(jì)算得到的擊穿電壓很相近，與試驗(yàn)比較相符。應(yīng)用流注理論描述放電過程如下。在外施電場(chǎng)作用下，電子崩由陰極127對(duì)均勻電場(chǎng)：一旦形成流注，放電就能自持發(fā)展，直到整個(gè)間隙擊穿。形成流注的條件就是間隙擊穿的條件。擊穿電壓經(jīng)驗(yàn)公式（1-9）對(duì)均勻電場(chǎng)：一旦形成流注，放電就能自持發(fā)展，直到整個(gè)間隙擊穿128流注的特點(diǎn)：電離強(qiáng)度很大，傳播速度很快(3~4×108cm/s)。出現(xiàn)流注后，放電便獲得了獨(dú)立繼續(xù)發(fā)展的能力，出現(xiàn)流注的條件就是自持放電的條件！形成流注的條件：αs≈20流注的特點(diǎn)：電離強(qiáng)度很大，傳播速度很快(3~4×108cm/129三.不均勻電場(chǎng)中氣隙的放電特性1.電暈放電

一定電壓作用下,在曲率半徑小的電極附近發(fā)生局部游離,并發(fā)出大量光輻射,有些像日月的暈光,稱為電暈放電。電暈起始場(chǎng)強(qiáng)：始出現(xiàn)電暈時(shí)電極表面的場(chǎng)強(qiáng)。電暈起始電壓：開始出現(xiàn)電暈時(shí)的電壓。電暈放電是極不均勻電場(chǎng)所特有的一種自持放電形式。三.不均勻電場(chǎng)中氣隙的放電特性1.電暈放電一定電壓130電暈放電的起始場(chǎng)強(qiáng)：大氣條件導(dǎo)線粗糙程度導(dǎo)線半徑經(jīng)驗(yàn)公式見（1-11）~1-13）電暈放電的起始場(chǎng)強(qiáng)：大氣條件1312.極性效應(yīng)(1).正棒---負(fù)板2.極性效應(yīng)(1).正棒---負(fù)板132分析：a.由于捧極附近積聚起正空間電荷，削弱了電離，使電暈放電難以形成，造成電暈起始電壓提高。b.由于捧極附近積聚起正空間電荷在間隙深處產(chǎn)生電場(chǎng)加強(qiáng)了朝向板極的電場(chǎng)，有利于流注發(fā)展，故降低了擊穿電壓。分析：a.由于捧極附近積聚起正空間電荷，削弱了電離，使電暈放133(2).負(fù)棒---正板(2).負(fù)棒---正板134分析：a.捧附近正空間電荷產(chǎn)生附加電場(chǎng)加強(qiáng)了朝向棒端的電場(chǎng)強(qiáng)度，容易形成自持放電，所以其電暈起始電壓較低。b.在間隙深處，正空間電荷產(chǎn)生的附加電場(chǎng)與原電場(chǎng)方向相反，使放電的發(fā)展比較困難，因而擊穿電壓較高。分析：a.捧附近正空間電荷產(chǎn)生附加電場(chǎng)加強(qiáng)了朝向棒端的電場(chǎng)強(qiáng)135結(jié)論：在相同間隙下正捧-----負(fù)板負(fù)捧-----正板電暈起始電壓間隙擊穿電壓

高低低高結(jié)論：在相同間隙下正捧-----負(fù)板負(fù)捧-----正板電暈起136持續(xù)電壓作用下的不均勻電場(chǎng)氣隙擊穿特性直流電壓：圖1-11~1-12工頻電壓：圖1-13。棒-板間隙的擊穿總是在棒的極性為正、電壓達(dá)幅值時(shí)發(fā)生。?持續(xù)電壓作用下的不均勻電場(chǎng)氣隙擊穿特性直流電壓：圖1-11~137四.雷電沖擊電壓下氣隙的擊穿特性1.標(biāo)準(zhǔn)波形四.雷電沖擊電壓下氣隙的擊穿特性1.標(biāo)準(zhǔn)波形138幾個(gè)參數(shù)波頭時(shí)間T1：T1=(1.230%)μs波長(zhǎng)時(shí)間T2:T2=(5020%)μs標(biāo)準(zhǔn)波形通常用符號(hào)

表示幾個(gè)參數(shù)波頭時(shí)間T1：T1=(1.230%)μs波長(zhǎng)1392.放電時(shí)延(1).間隙擊穿要滿足二個(gè)條件a.一定的電壓幅值b.一定的電壓作用時(shí)間2.放電時(shí)延(1).間隙擊穿要滿足二個(gè)條件a.一定的電壓幅值140高電壓技術(shù)第一章講稿氣體的絕緣特性課件141(2).統(tǒng)計(jì)時(shí)延ts

通常把電壓達(dá)間隙的靜態(tài)擊穿電壓開始到間隙中出現(xiàn)第一個(gè)有效電子為止所需的時(shí)間。(3).放電形成時(shí)延tf從第一個(gè)有效電子到間隙完成擊穿所需的時(shí)間。(4).放電時(shí)延tLtL=ts+tf(2).統(tǒng)計(jì)時(shí)延ts通常把電壓達(dá)間隙的靜態(tài)擊穿電壓開始142氣體間隙在沖擊電壓作用下?lián)舸┧枞繒r(shí)間：t=t1+ts+tf其中：ts+tf

就是放電時(shí)延tL氣體間隙在沖擊電壓作用下?lián)舸┧枞繒r(shí)間：t=t1+ts1433.50%沖擊放電電壓U50%-反應(yīng)絕緣耐受沖擊電壓的能力放電概率為50%時(shí)的沖擊放電電壓。50%沖擊放電電壓與靜態(tài)放電壓的比值稱為絕緣的沖擊系數(shù)βpu擊u50%50%3.50%沖擊放電電壓U50%-反應(yīng)絕緣耐受沖擊電壓的能力144電場(chǎng)均勻性的影響：均勻和稍不均勻電場(chǎng)：β=1，放電時(shí)延較短，擊穿發(fā)生在波前峰值附近。極不均勻電場(chǎng)：β>1，放電時(shí)延較長(zhǎng)，擊穿電壓分散性大，擊穿發(fā)生在波前峰值附近。電場(chǎng)均勻性的影響：均勻和稍不均勻電場(chǎng)：β=1，放電時(shí)延較1454.伏秒特性(1)定義

同一波形、不同幅值的沖擊電壓下，間隙上出現(xiàn)的電壓最大值和放電時(shí)間的關(guān)系曲線。問題的提出：氣隙擊穿的必備條件所致！4.伏秒特性(1)定義同一波形、不同幅值的沖擊146(2)曲線求取方法(2)曲線求取方法147(3)電場(chǎng)均勻程度對(duì)曲線的影響

不均勻電場(chǎng)由于平均擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度較低,而且流注總是從強(qiáng)場(chǎng)區(qū)向弱場(chǎng)區(qū)發(fā)展,放電速度受到電場(chǎng)分布的影響,所以放電時(shí)延長(zhǎng),分散性大,其伏秒特性曲線在放電時(shí)間還相當(dāng)大時(shí),便隨時(shí)間之減小而明顯地上翹,曲線比較陡。均勻或稍不均勻電場(chǎng)則相反,由于擊穿時(shí)平均場(chǎng)強(qiáng)較高,流注發(fā)展較快,放電時(shí)延較短,其伏秒特性曲線較平坦。(3)電場(chǎng)均勻程度對(duì)曲線的影響不均勻電場(chǎng)由于平均擊穿148高電壓技術(shù)第一章講稿氣體的絕緣特性課件149(4)實(shí)際意義S1被保護(hù)設(shè)備的伏秒特性曲線，S2保護(hù)設(shè)備的伏秒特性曲線(4)實(shí)際意義S1被保護(hù)設(shè)備的伏秒特性曲線，S2保護(hù)設(shè)備150

為了使被保護(hù)設(shè)備得到可靠的保護(hù),被保護(hù)設(shè)備絕緣的伏秒特性曲線的下包線必須始終高于保護(hù)設(shè)備的伏秒特性曲線的上包線。為了使被保護(hù)設(shè)備得到可靠的保護(hù),被保護(hù)設(shè)備151五.大氣條件對(duì)氣體間隙擊穿電壓的影響1.標(biāo)準(zhǔn)大氣條件大氣壓力：P0=101.3kpa溫度：濕度：f0=11g/m3五.大氣條件對(duì)氣體間隙擊穿電壓的影響1.標(biāo)準(zhǔn)大氣條件大1522.相對(duì)密度的影響相對(duì)密度

p=0.289

T當(dāng)在0.95到1.05之間時(shí),空氣間隙的擊穿電壓U與成正比U=U02.相對(duì)密度的影響相對(duì)密度1533.濕度的影響(1)

均勻或稍不均勻電場(chǎng)濕度的增加而略有增加,但程度極微,可以不校正。(2)

極不均勻電場(chǎng)由于平均場(chǎng)強(qiáng)較低,濕度增加后,水分子易吸附電子而形成質(zhì)量較大的負(fù)離子,運(yùn)動(dòng)速度,減慢游離能力大大降低,使擊穿電壓增大.因此需要校正。3.濕度的影響(1)均勻或稍不均勻電場(chǎng)濕度的增加而略有增1544.高度的影響隨著高度增加,空氣逐漸稀薄,大氣壓力及空氣相對(duì)密度下降,間隙的擊穿電壓也隨之下降。U=ka

U0

4.高度的影響隨著高度增加,空氣逐漸稀薄,大氣155六.提高氣體間隙絕緣強(qiáng)度的方法兩個(gè)途徑:一個(gè)是改善電場(chǎng)分布,使之盡量均勻；另一個(gè)是削弱氣體間隙中的游離因素。六.提高氣體間隙絕緣強(qiáng)度的方法兩個(gè)途徑:1561.改善電場(chǎng)分布的措施(1).改變電極形狀1.改善電場(chǎng)分布的措施(1).改變電極形狀157(2).利用空間電荷對(duì)電場(chǎng)的畸變作用(3).極不均勻電場(chǎng)中采用屏障(2).利用空間電荷對(duì)電場(chǎng)的畸變作用(3).極不均勻158當(dāng)屏障與棒極之間的距離約等于間隙的距離的15%~20%時(shí)，間隙的擊穿電壓提高得最多，可達(dá)到無屏障時(shí)的2~3倍。當(dāng)屏障與棒極之間的距離約等于間隙的距離的15%~21592.削弱游離因素的措施(1)采用高氣壓

氣體壓力提高后，氣體的密度加大，減少了電子的平均自由行程，從而削弱了碰撞游離的過程。如高壓空氣斷路器和高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器等。2.削弱游離因素的措施(1)采用高氣壓氣體16010kv高壓標(biāo)準(zhǔn)介損器10kv高壓標(biāo)準(zhǔn)介損器161(2)采用高真空

氣體間隙中壓力很低時(shí)，電子的平均自由行程已增大到極間空間很難產(chǎn)生碰撞游離的程度。如真空電容器、真空斷路器等。(2)采用高真空氣體間隙中壓力很低時(shí)，電子的平均162真空電容器真空斷路器真空電容器真空斷路器163(3)采用高強(qiáng)度氣體

SF6氣體屬強(qiáng)電負(fù)性氣體,容易吸附電子成為負(fù)離子,從而削弱了游離過程.提高壓力后可相當(dāng)于一般液體或固體絕緣的絕緣強(qiáng)度。它是一種無色、無味、無臭、無毒、不燃的不活潑氣體，化學(xué)性能非常穩(wěn)定，無腐蝕作用。它具有優(yōu)良的滅弧性能，其滅弧能力是空氣的100倍，故極適用于高壓斷路器中。(3)采用高強(qiáng)度氣體SF6氣體屬強(qiáng)電負(fù)性氣體,164七.氣體中的沿面放電1.什么叫沿面放電沿著固體介質(zhì)表面的氣體發(fā)生的放電。沿面放電電壓通常比純空氣間隙的擊穿電壓要低。七.氣體中的沿面放電1.什么叫沿面放電沿著固體介質(zhì)表面1652.界面電場(chǎng)分布的三種典型情況氣體介質(zhì)與固體介質(zhì)的交界稱為界面。(1).固體介質(zhì)處于均勻電場(chǎng)中