高鐵高壓供電設(shè)備之氣體電介質(zhì)的擊穿特性-均勻電場(chǎng)中的氣體放電

巴申定律巴申定律早在湯遜理論出現(xiàn)之前，巴申(Paschen)就于1889年從大量的實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出了擊穿電壓Ub與pd的關(guān)系曲線，稱為巴申定律，即Ub=f（pd）巴申定律：描述了氣體的擊穿電壓Ub與pd的關(guān)系曲線巴申定律圖1實(shí)驗(yàn)求得的均勻場(chǎng)中不同氣體間隙曲線Ub=f（pd）圖1給出了幾種氣體間隙的Ub與pd的關(guān)系曲線。其次，Ub不是pd的單調(diào)函數(shù)，而是U型曲線，有極小值。從圖中可見(jiàn)，首先，Ub并不僅僅由d決定，而是pd的函數(shù)；巴申定律極小值1巴申曲線呈U形，分為左右兩半支，在某一pd值時(shí)曲線有極小值。2保持d不變：極小值左側(cè)：P↓→電子的自由行程↑→碰撞電離次數(shù)↓→Ub↑極小值右側(cè)：P↑→電子的自由行程↓→碰撞次數(shù)↑→碰撞電離次數(shù)↓→Ub↑巴申定律極小值3保持d不變：極小值左側(cè)：d↓→d值過(guò)小時(shí)，碰撞次數(shù)已經(jīng)減到很小→Ub↑極小值右側(cè)：d↑→E↓→需增加電壓以維持放電所需的電場(chǎng)強(qiáng)度→Ub↑巴申定律巴申定律的實(shí)際意義當(dāng)極間距離d不變時(shí)提高氣壓或降低氣壓到真空，都可以提高氣隙的擊穿電壓，這一結(jié)論已被工程廣泛使用。SF6斷路器真空斷路器巴申定律電氣強(qiáng)度的提高對(duì)于高壓電力設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著不可小覷的作用。在日常的學(xué)習(xí)中我們要學(xué)會(huì)理論聯(lián)系實(shí)際，通過(guò)理論指導(dǎo)實(shí)踐，更好地服務(wù)社會(huì)的發(fā)展。流注理論流注理論前面所介紹的湯遜理論是在低氣壓、短氣隙的條件下進(jìn)行的。大自然中的氣體放電現(xiàn)象如雷電放電發(fā)生在兩塊雷云或雷云與大地之間，此時(shí)放電時(shí)間很短；具有明亮放電細(xì)通道；且與陰極材料無(wú)關(guān)。因此，Pd值較大時(shí)，利用湯遜理論解釋的現(xiàn)象與實(shí)際不符。流注理論

1939年勒布和米克等人在霧室里對(duì)放電過(guò)程中帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡拍照進(jìn)行研究，并于1940年發(fā)表流注放電理論。流注理論能很好地解釋高氣壓、長(zhǎng)氣隙，以及不均勻電場(chǎng)中的氣體放電現(xiàn)象。流注理論仍以電子的碰撞電離過(guò)程為基礎(chǔ)，它考慮了高氣壓、長(zhǎng)氣隙情況下不容忽視的若干因素對(duì)氣體放電的影響，主要有以下兩方面:空間電荷對(duì)原有電場(chǎng)的影響空間光電離的作用流注理論1空間電荷對(duì)原電場(chǎng)的畸變作用增強(qiáng)削弱電子崩頭部聚集大部分正離子和全部電子，產(chǎn)生了電場(chǎng)畸變；在電場(chǎng)很小的區(qū)域，電子和正離子濃度最大，有利于完成復(fù)合；強(qiáng)烈的復(fù)合輻射出許多光子，成為引發(fā)新的空間光電離輻射源。輻射源向氣隙空間各處發(fā)射光子而引起光電離。如果光子位于強(qiáng)場(chǎng)區(qū)，二次電子崩將以更大得多的電離強(qiáng)度向陽(yáng)極發(fā)展，或匯入崩尾。流注理論2空間電荷對(duì)原電場(chǎng)的畸變作用起始電子發(fā)生碰撞電離形成初始電子崩初崩發(fā)展到陽(yáng)極，空間電荷畸變?cè)妶?chǎng)，在電場(chǎng)削弱的區(qū)域復(fù)合增加，放射出大量光子；光電離產(chǎn)生光電子，在加強(qiáng)的局部電場(chǎng)作用下形成二次電子崩；（d）二次崩的電子與正空間電荷匯合成流注通道，其端部又有二次崩留下的正電荷，加強(qiáng)局部電場(chǎng)產(chǎn)生新電子崩使其發(fā)展；流注頭部前方電場(chǎng)很強(qiáng)，電離迅速發(fā)展，放射出大量光子，繼續(xù)引起空間光電離，于是流注前方出現(xiàn)新的二次崩，延長(zhǎng)流注通道；流注通道貫通，氣隙擊穿。流注理論(a)(b)(c)這些電離強(qiáng)度和發(fā)展速度遠(yuǎn)大于初始電子崩的新放電區(qū)（二次電子崩）以及它們不斷匯入初崩通道的過(guò)程被稱為流注。流注的特點(diǎn)是電離強(qiáng)度很大，傳播速度很快（超過(guò)初崩發(fā)展速度10倍以上）。出現(xiàn)流注后放電便獲得獨(dú)立繼續(xù)發(fā)展的能力，而不再依賴外界電離因子的作用，可見(jiàn)出現(xiàn)流注的條件也就是自持放電條件。流注理論(a)(b)(c)這些電離強(qiáng)度和發(fā)展速度遠(yuǎn)大于初始電子崩的新放電區(qū)（二次電子崩）以及它們不斷匯入初崩通道的過(guò)程被稱為流注。二次崩的電子進(jìn)入初崩通道后，便與正離子群構(gòu)成了導(dǎo)電的等離子通道，一旦等離子通道短接了兩個(gè)電極，放電即轉(zhuǎn)為火花放電或電弧放電。流注理論反思利用流注理論我們可以解釋大自然中的雷電放電現(xiàn)象。這就提示我們?cè)谄綍r(shí)的學(xué)習(xí)中要善于總結(jié)規(guī)律，理論聯(lián)系實(shí)際，學(xué)以致用。湯遜放電理論01湯遜放電理論02均勻電場(chǎng)中氣體的擊穿過(guò)程湯遜放電試驗(yàn)：湯遜放電理論一、湯遜放電理論實(shí)驗(yàn)原理圖光照射平行板電級(jí)湯遜放電試驗(yàn)：湯遜放電理論氣體的伏安特性湯遜放電理論二、均勻電場(chǎng)中氣體的擊穿過(guò)程電流隨外施電壓的提高而增大，因?yàn)閹щ娰|(zhì)點(diǎn)向電極運(yùn)動(dòng)的速度加快電流飽和，帶電質(zhì)點(diǎn)全部進(jìn)入電極，電流僅取決于外電離因素的強(qiáng)弱（良好的絕緣狀態(tài)）電流開(kāi)始增大，由于電子碰撞電離引起的電流急劇上升放電過(guò)程進(jìn)入了一個(gè)新的階段（擊穿）湯遜放電理論二、均勻電場(chǎng)中氣體的擊穿過(guò)程電流飽和帶電質(zhì)點(diǎn)全部進(jìn)入電極，電流僅取決于外電離因素的強(qiáng)弱（良好的絕緣狀態(tài)）湯遜放電理論激勵(lì)、電離和復(fù)合飽和段（氣體仍處于良好的絕緣狀態(tài)）碰撞電離段OAAB