气体放电的基本物理过程教学课件22

气体放电的基本物理过程31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不穿。(名言网)32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者的牢骚，这是羊群中的瘟疫，我不能被它传染。我要尽量避免绝望，辛勤耕耘，忍受苦楚。我一试再试，争取每天的成功，避免以失败收常在别人停滞不前时，我继续拼搏。33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命就永远只能是死水一潭。34、当你眼泪忍不住要流出来的时候，睁大眼睛，千万别眨眼!你会看到世界由清晰变模糊的全过程，心会在你泪水落下的那一刻变得清澈明晰。盐。注定要融化的，也许是用眼泪的方式。35、不要以为自己成功一次就可以了，也不要以为过去的光荣可以被永远肯定。输电线路以空气输电线路以空气作为绝缘材料作为绝缘材料变压器相间绝缘以变压器相间绝缘以气体作为绝缘材料气体作为绝缘材料高电压工程基础空气在正常情况下导电率很小，为良空气在正常情况下导电率很小，为良绝缘体。但气体间隙上的电压过高时，气绝缘体。但气体间隙上的电压过高时，气体会由绝缘状态转变为良导体，这种现象体会由绝缘状态转变为良导体，这种现象称为称为气体击穿气体击穿。一旦电压解除后一旦电压解除后,气体电介质能气体电介质能自动恢复绝缘自动恢复绝缘状态，状态，且不存在老化现象。且不存在老化现象。高电压工程基础气体放电气体放电:气体中流通电流的各种形式。气体中流通电流的各种形式。因气体压力、电源功率、电极形状等因素的影因气体压力、电源功率、电极形状等因素的影响，放电具有多种形式：响，放电具有多种形式：辉光放电：辉光放电：气压较低气压较低(远小于远小于1大气压大气压)，电源，电源功率很小时，放电充满整个间隙。功率很小时，放电充满整个间隙。火花放电：火花放电：大气压下，电源功率很小时，间大气压下，电源功率很小时，间隙间歇性击穿，放电通道细而明亮时断时续。隙间歇性击穿，放电通道细而明亮时断时续。电弧放电：电弧放电：大气压下，电源功率较大时，放大气压下，电源功率较大时，放电具有明亮、持续的细致通道。电具有明亮、持续的细致通道。电晕放电：电晕放电：极不均匀电场中，高电场强度电极不均匀电场中，高电场强度电极附近出现发光薄层。极附近出现发光薄层。刷状放电：刷状放电：由电晕电极伸出的明亮而细的断由电晕电极伸出的明亮而细的断续的放电通道。续的放电通道。高电压工程基础电晕放电电晕放电高电压工程基础高电压工程基础一、带电质点的产生与消失一、带电质点的产生与消失二、放电的电子崩阶段二、放电的电子崩阶段三、自持放电条件三、自持放电条件四、不均匀电场中气体放电的特点四、不均匀电场中气体放电的特点高电压工程基础第二章第二章 气体放电的基本物理过程气体放电的基本物理过程高电压工程基础激励激励(激发激发)：当原子获得外部能量，一个或若干个当原子获得外部能量，一个或若干个外层电子跃迁到离原子核较远的轨道上去的现象。外层电子跃迁到离原子核较远的轨道上去的现象。激励需要外界给原子一定的能量，称为激励能。激励需要外界给原子一定的能量，称为激励能。产生带电质点的物理过程称为电离产生带电质点的物理过程称为电离(游离游离)，是气，是气体放电的首要前提。体放电的首要前提。一、带电质点的产生与消失一、带电质点的产生与消失电离电离(游离游离)：若原子从外界获得的能量足够大，以若原子从外界获得的能量足够大，以致使一个或几个电子摆脱原子核的束缚形成自由电致使一个或几个电子摆脱原子核的束缚形成自由电子和正离子，这一过程称为电离。电离所需的能量子和正离子，这一过程称为电离。电离所需的能量称为电离能称为电离能Wi，通常用电子伏，通常用电子伏(eV)表示。表示。高电压工程基础电离的方式：电离的方式：碰撞电离碰撞电离光电离光电离热电离热电离分级电离分级电离金属表面电离金属表面电离 电极表面带电质点的产生电极表面带电质点的产生电极空间带电质点的产生电极空间带电质点的产生1、气体中电子与正离子的产生、气体中电子与正离子的产生（1）碰撞）碰撞电离离高电压工程基础电子或离子在子或离子在电场作用下加速所作用下加速所获得的得的动能与能与质点的点的电荷荷(e)、电场强强度度(E)以及碰撞前的行程以及碰撞前的行程(x)有关，即：有关，即：高速运高速运动的的质点与中性的原子或分子碰撞点与中性的原子或分子碰撞时，如原子或分子，如原子或分子获得的能量等于或大于其得的能量等于或大于其电离能，离能，则会会发生生电离，离，这种由碰种由碰撞而引起的撞而引起的电离称离称为碰撞碰撞电离离。（1）碰撞）碰撞电离离高电压工程基础即使即使满足碰撞足碰撞电离条件离条件,也不一定每次碰撞都引起也不一定每次碰撞都引起电离离引引入入“自由行程自由行程”概念。概念。自由行程：自由行程：一个一个质点在每两次碰撞点在每两次碰撞间自由通自由通过的平均距离。的平均距离。碰撞碰撞电离是气体放离是气体放电过程中程中产生生带电质点的最重要的方式，点的最重要的方式，由由电子引起的子引起的电离占主要地位。离占主要地位。电子：自由行程大，子：自由行程大，获取的取的动能大；能大；质量小，量小，弹性碰撞性碰撞时几乎几乎不不损失失动能。能。离子：自由行程短，碰撞离子：自由行程短，碰撞间获得的得的动能少；碰撞能少；碰撞时损失失动能。能。（2）光）光电离离高电压工程基础由光由光辐射引起的气体分子的射引起的气体分子的电离离过程，称程，称为光光电离。离。即当气体分子受到光即当气体分子受到光辐射射时，若光子能量大于气体分子，若光子能量大于气体分子电离离能，能，则可能引起气体分子的光可能引起气体分子的光电离。离。普朗克常数6.6310-34Js 光波能量：光波能量：因因为大气大气层的阻的阻挡，阳光到达地面的波，阳光到达地面的波长 290nm，因此，因此，普通阳光照射不足以引起气体分子的光普通阳光照射不足以引起气体分子的光电离。离。例如波例如波长为300nm的紫外的紫外线，其光波能量，其光波能量为：（3）热电离离高电压工程基础气体在气体在热状状态下引起的下引起的电离离过程称程称为热电离。离。热电离本离本质：高速运高速运动的气体分子的碰撞的气体分子的碰撞电离和光离和光电离，只离，只不不过能量不是来自能量不是来自电场而是气体分子本身的而是气体分子本身的热能。能。气体分子平均气体分子平均动能与分子温度的关系：能与分子温度的关系：常温下常温下(T=300K)，不足以引起空气的，不足以引起空气的热电离；当离；当发生生电弧放弧放电时，气体温度达到数千度以上，可以，气体温度达到数千度以上，可以导致碰撞致碰撞电离。离。波尔茨曼常数1.3810-23J/K 热力学温度 热电离离实质上是上是热状状态产生的碰撞生的碰撞电离和光离和光电离的离的综合。合。（4）分）分级电离离高电压工程基础原子中原子中电子在外界因素的作用下可子在外界因素的作用下可跃迁到能迁到能级较高的外高的外层轨道，称之道，称之为激励，所需的能量称激励，所需的能量称为激励能激励能We。激励能比激励能比电离能小，原子或分子有可能在外界离能小，原子或分子有可能在外界给予的能量小予的能量小于于Wi但大于但大于We时发生激励。生激励。气体电离能激励能N215.56.1O212.57.9CO213.710.0SF615.66.8H2O12.77.6原子或分子在激励原子或分子在激励态再再获得能量而得能量而发生生电离称离称为分分级电离，离，此此时所需要能量所需要能量为Wi-We。激励激励态不不稳定，分定，分级电离概率小。离概率小。只有只有亚稳激励激励态才会引起分才会引起分级电离。离。（4）分）分级电离离高电压工程基础若混合气体中甲气体的若混合气体中甲气体的亚稳激励激励态能高于乙气体的能高于乙气体的电离能，离能，则会出会出现潘宁效潘宁效应，可使混合气体的，可使混合气体的击穿穿强强度低于度低于这两种气两种气体各自的体各自的击穿穿强强度。度。从从绝缘的的观点看，潘宁效点看，潘宁效应是很不利的；但在气体放是很不利的；但在气体放电应用用中，如在中，如在电光源和激光技光源和激光技术中，中，则常常利用潘宁效常常利用潘宁效应。2、电极表面的电子逸出、电极表面的电子逸出 一些金属的逸出功金属逸出功铝1.8银3.1铜3.9铁3.9氧化铜5.3高电压工程基础电子从金属电极电子从金属电极(阴极阴极)表面逸出来的过程称为电极表面电离。表面逸出来的过程称为电极表面电离。使阴极释放电子需要的能量使阴极释放电子需要的能量:逸出功。逸出功。逸出功与金属的微观结构和表面状态有关逸出功与金属的微观结构和表面状态有关,与金属温度无关。与金属温度无关。金属表面逸出功比气体电离能小很多，因此电极表面电离在气金属表面逸出功比气体电离能小很多，因此电极表面电离在气体放电过程中有相当重要的作用。体放电过程中有相当重要的作用。2、电极表面的电子逸出、电极表面的电子逸出 高电压工程基础正离子撞击阴极：正离子能量传递给阴极正离子撞击阴极：正离子能量传递给阴极,2 金属金属表面逸出功时发生电离。表面逸出功时发生电离。光电子发射：金属表面受到短波长光照时光电子发射：金属表面受到短波长光照时,光子能光子能量量金属表面逸出功时金属表面逸出功时,可造成电离。可造成电离。强场发射：在阴极附近施加强电场可使阴极释放强场发射：在阴极附近施加强电场可使阴极释放电子。高气压强电负气体的击穿过程起一定作用；电子。高气压强电负气体的击穿过程起一定作用；在真空的击穿过程中，具有决定性的作用。在真空的击穿过程中，具有决定性的作用。热电子发射：加热阴极，使电子获取足够动能，热电子发射：加热阴极，使电子获取足够动能，克服金属表面逸出功。仅对电弧放电有意义。克服金属表面逸出功。仅对电弧放电有意义。3、气体中负离子的形成、气体中负离子的形成 电子与中性气体分子或原子碰撞时，也有可能发生电子电子与中性气体分子或原子碰撞时，也有可能发生电子附着过程而形成负离子，并释放出能量，称为附着过程而形成负离子，并释放出能量，称为电子亲合能电子亲合能。电子亲合能的大小可用来衡量原子捕获一个电子的难易，越电子亲合能的大小可用来衡量原子捕获一个电子的难易，越大则越易形成负离子。大则越易形成负离子。元素电子亲合能（eV）电负性值F3.454.0Cl3.613.0Br3.362.8I3.062.5 负离子的形成使自由电子数减少，因而负离子的形成使自由电子数减少，因而对放电发展起对放电发展起抑制作用抑制作用。SF6气体含气体含F，其分子俘获电子的能力很强，属，其分子俘获电子的能力很强，属强电负性气体，因而具有很高的电气强度。强电负性气体，因而具有很高的电气强度。高电压工程基础4、带电质点的消失、带电质点的消失 与两电极的电量中和与两电极的电量中和带电质点受电场力的作用定向运动，在到达电极时，消失带电质点受电场力的作用定向运动，在到达电极时，消失于电极上而形成外电路中的电流。于电极上而形成外电路中的电流。带电质点的扩散带电质点的扩散 带电质点从浓度较大的区域向浓度较小的区域的移动，带电质点从浓度较大的区域向浓度较小的区域的移动，从而使浓度变得均匀的过程，称为带电质点的从而使浓度变得均匀的过程，称为带电质点的扩散扩散。电。电子的热运动速度高、自由行程大，其扩散比离子扩散快子的热运动速度高、自由行程大，其扩散比离子扩散快得多。得多。带电质点的复合带电质点的复合 带异号电荷的质点相遇，发生电荷的传递和中和而还带异号电荷的质点相遇，发生电荷的传递和中和而还原为中性质点的过程，称为原为中性质点的过程，称为复合复合。带电质点复合时会以。带电质点复合时会以光辐射的形式将电离时获得的能量释放出来，这种光辐光辐射的形式将电离时获得的能量释放出来，这种光辐射在一定条件下能导致间隙中其他中性原子或分子的电射在一定条件下能导致间隙中其他中性原子或分子的电离。带电质点的复合率与正、负电荷的浓度有关，浓度离。带电质点的复合率与正、负电荷的浓度有关，浓度越大则复合率越高。越大则复合率越高。高电压工程基础二、放电的电子崩阶段二、放电的电子崩阶段气体放电的现象与发展规律与气体种类、气气体放电的现象与发展规律与气体种类、气压大小、气隙中的电场形式、电源容量等一系列压大小、气隙中的电场形式、电源容量等一系列因素有关。因素有关。但无论何种气体放电都一定有一个电子碰撞但无论何种气体放电都一定有一个电子碰撞电离导致电子崩的阶段，它在所加电压达到一定电离导致电子崩的阶段，它在所加电压达到一定数值时出现。数值时出现。高电压工程基础二、放电的电子崩阶段二、放电的电子崩阶段1、非自持放电和自持放电的不同特点、非自持放电和自持放电的不同特点 各种高能辐射射线（外界电离因素）引起：各种高能辐射射线（外界电离因素）引起：阴极阴极表面表面光电离光电离气体中的空间光电离气体中的空间光电离因此：气体空间中存在一定浓度的带电质点。因此：气体空间中存在一定浓度的带电质点。高电压工程基础1、非自持放电和自持放电的不同特点、非自持放电和自持放电的不同特点 电流随外施电压的提高而增大，因为带电质点向电极运动的速度加快复合率减小 电流饱和，带电质点全部进入电极，电流仅取决于外电离因素的强弱（良好的绝缘状态）电流开始增大，由于电子碰撞电离引起的 电流急剧上升放电过程进入了一个新的阶段（击穿）外施电压小于外施电压小于U0时的放电是时的放电是非自持放电非自持放电。电压到达。电压到达U0后，后，电流剧增，间隙中电离过程只靠外施电压已能维持，不再需电流剧增，间隙中电离过程只靠外施电压已能维持，不再需要外电离因素。要外电离因素。自持放电起始电压高电压工程基础2、电子崩的形成（、电子崩的形成（BC段电流剧增原因）段电流剧增原因）高电压工程基础放电由非自持向自持转化的机制与气体的压强和放电由非自持向自持转化的机制与气体的压强和气隙长度的乘积气隙长度的乘积(pd)有关：有关：汤逊理论汤逊理论(pd值较小值较小)流注理论流注理论(pd值较大值较大)共同理论基础：电子碰撞电离形成电子崩。共同理论基础：电子碰撞电离形成电子崩。2、电子崩的形成、电子崩的形成高电压工程基础外界电离因素在阴极附近产生了一个初始电外界电离因素在阴极附近产生了一个初始电子，如果空间电场强度足够大，该电子在向阳极子，如果空间电场强度足够大，该电子在向阳极运动时就会引起碰撞电离，产生一个新的电子，运动时就会引起碰撞电离，产生一个新的电子，初始电子和新电子继续向阳极运动，又会引起新初始电子和新电子继续向阳极运动，又会引起新的碰撞电离，产生更多电子。的碰撞电离，产生更多电子。2、电子崩的形成、电子崩的形成高电压工程基础依此，电子将按照几何级数不断增多，类似雪崩似依此，电子将按照几何级数不断增多，类似雪崩似地发展，这种急剧增大的空间电子流称为电子崩。地发展，这种急剧增大的空间电子流称为电子崩。电子崩形成示意图电子崩形成示意图电子崩电子崩高电压工程基础2、电子崩的形成、电子崩的形成电子碰撞电离系数电子碰撞电离系数：代表一个电子沿电力线方向行经1cm时平均发生的碰撞电离次数。高电压工程基础均匀电场 不随x变化新增电子数回路电流三、自持放电条件三、自持放电条件高电压工程基础汤逊理论汤逊理论(pd值较小值较小)流注理论流注理论(pd值较大值较大)要达到自持放电的条件，必须在气隙内初始电子崩消失要达到自持放电的条件，必须在气隙内初始电子崩消失前产生新的电子（二次电子）来取代外电离因素产生的前产生新的电子（二次电子）来取代外电离因素产生的初始电子。初始电子。实验现象表明，二次电子产生的机制与气压和气隙长度实验现象表明，二次电子产生的机制与气压和气隙长度的乘积的乘积(pd)有关：有关：1、pd 值较小的情况（汤逊理论）值较小的情况（汤逊理论）高电压工程基础1903年年,由英国人汤逊由英国人汤逊(J.S.Townsend)根据试验根据试验事实，提出了比较系统的气体放电理论，阐述了气事实，提出了比较系统的气体放电理论，阐述了气体放电过程，并确定出放电电流和击穿电压之间的体放电过程，并确定出放电电流和击穿电压之间的函数关系。汤逊气体放电理论最早定量地解释了气函数关系。汤逊气体放电理论最早定量地解释了气体放电理论。体放电理论。适用条件：均匀电场，低气压，短间隙。适用条件：均匀电场，低气压，短间隙。1、pd 值较小的情况（汤逊理论）值较小的情况（汤逊理论）（1）汤逊自持放电判据）汤逊自持放电判据高电压工程基础在电场作用下，正离子向阴极运动，由于它的平均自由在电场作用下，正离子向阴极运动，由于它的平均自由行程长度较短，不易积累动能，所以很难使气体分子发生碰行程长度较短，不易积累动能，所以很难使气体分子发生碰撞电离。撞电离。但当正离子撞击阴极表面时却有可能引起表面电离而拉但当正离子撞击阴极表面时却有可能引起表面电离而拉出电子，部分电子和正离子复合，其余部分则向着阳极运动出电子，部分电子和正离子复合，其余部分则向着阳极运动形成新的电子崩。形成新的电子崩。电子碰撞子碰撞电离系数离系数：一个：一个电子沿子沿电力力线方向行方向行经1cm时平均平均发生的碰撞生的碰撞电离次数。离次数。阴极表面阴极表面电离离系数系数：一个正离子撞：一个正离子撞击阴极表明阴极表明时从阴从阴极表面平均逸出的自由极表面平均逸出的自由电子数。子数。1、pd 值较小的情况（汤逊理论）值较小的情况（汤逊理论）（1）汤逊自持放电判据）汤逊自持放电判据高电压工程基础如果电压足够大，初始电子崩中的正离子在阴极上产生如果电压足够大，初始电子崩中的正离子在阴极上产生出来的新电子等于或大于出来的新电子等于或大于n0，即使除去外界电离因子的作用，即使除去外界电离因子的作用，放电也不会停止，这就变成了自持放电。放电也不会停止，这就变成了自持放电。均匀电场中自持放电的条件：均匀电场中自持放电的条件：将电子崩和阴极上的将电子崩和阴极上的过程作为气体自持放电的决定因素是过程作为气体自持放电的决定因素是汤逊理论的基础。汤逊理论的基础。高电压工程基础汤逊理论的实质：汤逊理论的实质：气体间隙中发生的电子碰撞电离是气体放电的主气体间隙中发生的电子碰撞电离是气体放电的主要原因要原因(电子崩电子崩)。二次电子来源于正离子撞击阴极表面逸出电子，二次电子来源于正离子撞击阴极表面逸出电子，逸出电子是维持气体放电的必要条件。逸出电子是维持气体放电的必要条件。所逸出的电子能否接替起始电子的作用是自持放所逸出的电子能否接替起始电子的作用是自持放电的判据。电的判据。（2）气体击穿的巴申定律）气体击穿的巴申定律 高电压工程基础 1889年年,巴申（巴申（Paschen）从大量实验中总结了击）从大量实验中总结了击穿电压穿电压Ub与与pd的关系，称为巴申定律。的关系，称为巴申定律。当气体和电极材料一定时，气隙的击穿电压是气体当气体和电极材料一定时，气隙的击穿电压是气体压力压力p和气隙距离和气隙距离d乘积的函数，即：乘积的函数，即：高电压工程基础（2）气体击穿的巴申定律）气体击穿的巴申定律 对应于某一对应于某一pd值，空气间隙的击穿电压最低。值，空气间隙的击穿电压最低。即即Ub有极小值。有极小值。原因：为使放电达到自持，电子从阴极到阳极原因：为使放电达到自持，电子从阴极到阳极的整个行程中需完成足够多次数的碰撞电离。的整个行程中需完成足够多次数的碰撞电离。高电压工程基础（2）气体击穿的巴申定律）气体击穿的巴申定律 d值一定时：值一定时：p自由行程自由行程碰撞次数减少碰撞次数减少 Ubp自由行程自由行程碰撞电离可能碰撞电离可能 Ub因此，一定存在一个因此，一定存在一个p值对碰撞电离最有利，值对碰撞电离最有利，此时此时Ub最小。最小。高电压工程基础（2）气体击穿的巴申定律）气体击穿的巴申定律 p值一定时：值一定时：d当当d值过小时，碰撞次数已减到很少值过小时，碰撞次数已减到很少 UbdE须增加外加电压以维持放电所需电场须增加外加电压以维持放电所需电场强度强度 Ub因此，一定存在一个因此，一定存在一个d值对碰撞电离最有利，值对碰撞电离最有利，此时此时Ub最小。最小。高电压工程基础（2）气体击穿的巴申定律）气体击穿的巴申定律 由巴申定律可知，当极间距离由巴申定律可知，当极间距离d不变时，提高气不变时，提高气压或降低气压到真空，都可以提高气隙的击穿电压或降低气压到真空，都可以提高气隙的击穿电压，这一概念具有十分重要的实用意义。压，这一概念具有十分重要的实用意义。巴申定律与汤逊理论的关系巴申定律与汤逊理论的关系前者为后者提供实验结果支持；后者为前者提供前者为后者提供实验结果支持；后者为前者提供理论依据理论依据.（3）气体密度对击穿的影响）气体密度对击穿的影响 高电压工程基础（4）汤逊理论的不足）汤逊理论的不足汤逊理论是在汤逊理论是在pd较小时在实验的基础上建立的，当较小时在实验的基础上建立的，当pd较大时，此理论就不再适用，一些实验现象无法较大时，此理论就不再适用，一些实验现象无法解释。解释。放电外形：放电外形：按汤逊理论，气体放电应在整个间按汤逊理论，气体放电应在整个间隙中均匀连续地发展，例如辉光放电，但在大隙中均匀连续地发展，例如辉光放电，但在大气压下击穿会出现有分支的明亮细通道。气压下击穿会出现有分支的明亮细通道。放电时间：放电时间：高气压下击穿过程所需时间，实测高气压下击穿过程所需时间，实测值比理论值小值比理论值小10100倍。倍。阴极材料：阴极材料：按汤逊理论，击穿过程与阴极材料按汤逊理论，击穿过程与阴极材料有关，然而在大气压力下的空气隙中击穿电压有关，然而在大气压力下的空气隙中击穿电压与阴极材料无关。与阴极材料无关。高电压工程基础主要原因：主要原因：汤逊理论没有考虑电离出来的空间电荷对电场汤逊理论没有考虑电离出来的空间电荷对电场的畸变作用。的畸变作用。汤逊理论没有考虑光子在放电过程中的作用汤逊理论没有考虑光子在放电过程中的作用（空间光电离和阴极表明光电离）。（空间光电离和阴极表明光电离）。高电压工程基础在在pd较小时这两个因素影响不显著的原因：较小时这两个因素影响不显著的原因：空间电荷是电子崩过程中气体分子电离的产物。空间电荷是电子崩过程中气体分子电离的产物。pd越大，电离总数越多，空间电荷数越多，电越大，电离总数越多，空间电荷数越多，电荷数按指数规律增加。荷数按指数规律增加。pd大时，因电离总数剧增，电子及正离子的浓大时，因电离总数剧增，电子及正离子的浓度很大，所以必然伴随着强烈的复合和激发过度很大，所以必然伴随着强烈的复合和激发过程，放出的光子数量急剧的增加。程，放出的光子数量急剧的增加。大量空间电荷造成局部强场区，而碰撞电离系大量空间电荷造成局部强场区，而碰撞电离系数数 对电场很敏感。在强场区，由光子电离出对电场很敏感。在强场区，由光子电离出来的电子容易形成二次电子崩。来的电子容易形成二次电子崩。2、pd 值较大的情况（流注理论）值较大的情况（流注理论）（1）电子崩中空间电荷对电场的畸变作用）电子崩中空间电荷对电场的畸变作用高电压工程基础a图：电子崩子崩发展展过程中，程中，电子移子移动速度速度快，正离子相快，正离子相对于于电子可看成静止的，子可看成静止的，崩崩头集中集中电子，后部子，后部为正离子；由于正离子；由于电子的子的扩散作用，散作用，电子崩横向半径逐子崩横向半径逐渐扩大大形成半球形成半球头的的锥体。体。b图：电子崩子崩过程中，程中，电子数子数 N 呈指数增呈指数增加。加。电子崩的子崩的电离离过程集中在程集中在头部，空部，空间电荷分布极不均匀。荷分布极不均匀。c图：当：当电子崩子崩发展到一定程度，其形成展到一定程度，其形成的空的空间电荷的荷的电场大大增大大增强强。d图：崩：崩头和崩尾的和崩尾的电场增增强强，电子崩内子崩内正正负电荷区域荷区域间电场削弱，合成削弱，合成电场发生明生明显的畸的畸变。高电压工程基础电子崩子崩头部部电荷密度大，荷密度大，电离离过程程强强烈烈，且且电场分布畸分布畸变，导致崩致崩头放射大量光子；放射大量光子；崩崩头前后前后电场增增强强，有利于分子离子，有利于分子离子发生激励生激励现象，其从象，其从激励状激励状态恢复正常状恢复正常状态时，放射出光子，放射出光子；电子崩内部正子崩内部正负电荷区域荷区域间电场削弱，有利于削弱，有利于发生复合生复合过程程，同同样发射出光子。射出光子。光子的数量和能量取决于光子的数量和能量取决于电场畸畸变的程度。当外的程度。当外电场较弱弱时，上述上述过程并不程并不强强烈，没有烈，没有发生新的生新的现象；当外象；当外电场达到达到击穿穿场强强时，上述，上述过程十分程十分强强烈，空烈，空间电荷数量达到荷数量达到一定数一定数值时，放射出的光子数量和能量足以引起空，放射出的光子数量和能量足以引起空间光光电离，离，电子崩子崩头部形成流注部形成流注。（1）电子崩中空间电荷对电场的畸变作用）电子崩中空间电荷对电场的畸变作用（2）流注的形成）流注的形成高电压工程基础正流注的形成正流注的形成1初始电子崩初始电子崩(主电子崩主电子崩)；2二次电子崩；二次电子崩；3流注流注高电压工程基础正流注的形成正流注的形成外外电场因素使得从阴极因素使得从阴极释放的放的电子子向阳极运向阳极运动，形成，形成电子崩。子崩。电子崩的子崩的过程中程中头部部电离愈加离愈加强强烈，烈，走完整个走完整个间隙后，隙后，头部空部空间电荷密荷密度非常大，大大加度非常大，大大加强强了崩了崩头尾部尾部电场，放射大量光子。，放射大量光子。光子引起空光子引起空间光光电离，新形成的光离，新形成的光电子被主子被主电子崩子崩头部的正离子所吸部的正离子所吸引，在受到畸引，在受到畸变而加而加强强了的了的电场中，中，引起新的引起新的强强烈的烈的电子崩子崩(二次二次电子子崩崩)。（2）流注的形成）流注的形成高电压工程基础正流注的形成正流注的形成二次二次电子崩子崩头部的部的电子子进入主入主电子崩子崩头部的正空部的正空间电荷区（荷区（电场强强度度较小）小），电子大多形成子大多形成负离子。离子。大量的正、大量的正、负带电质点构成了等离子体，点构成了等离子体，这就是就是所所谓的正流注的正流注。流注通道流注通道导电性良好，其性良好，其头部又是由部又是由二次二次电子崩形成的正子崩形成的正电荷，因此流注荷，因此流注头部前方出部前方出现了很了很强强的的电场。（2）流注的形成）流注的形成高电压工程基础正流注的形成正流注的形成流注流注头部的部的电离放射出大量光子，离放射出大量光子，继续引起空引起空间光光电离。流注前方出离。流注前方出现新的二新的二次次电子崩，它子崩，它们被吸引向流注被吸引向流注头部，从部，从而延而延长了流注通道。了流注通道。流注不断向阴极推流注不断向阴极推进，且随着流注接近，且随着流注接近阴极，其阴极，其头部部电场越来越越来越强强，因而其，因而其发展越来越快。展越来越快。流注流注发展到阴极，整个展到阴极，整个间隙被隙被导电良好良好的等离子体通道所的等离子体通道所贯通，通，间隙的隙的击穿完穿完成，成，这个个电压就是就是击穿穿电压。（2）流注的形成）流注的形成高电压工程基础负流注的形成负流注的形成外施外施电压较低（低（击穿穿电压）时，电子崩子崩需需经过整个整个间隙方能形成流注；隙方能形成流注；电压较高高时，电子崩不需子崩不需经过整个整个间隙，其隙，其头部部电离程度已足以形成流注。离程度已足以形成流注。主主电子崩子崩头部的部的电离很离很强强烈，光子射向烈，光子射向头部前方，在前方部前方，在前方产生新的生新的电子崩，主子崩，主崩崩头部的部的电子和二次崩尾的正离子形成子和二次崩尾的正离子形成混合通道，形成向阳极推混合通道，形成向阳极推进的流注，称的流注，称为负流注。流注。主主电子崩子崩头部射向其后方的光子，引起部射向其后方的光子，引起光光电离后形成向阴极推离后形成向阴极推进的正流注。的正流注。间隙中正、隙中正、负流注可以同流注可以同时向两极向两极发展。展。（2）流注的形成）流注的形成高电压工程基础电离室中得到的正流注发展过程的照片电离室中得到的正流注发展过程的照片（3）流注自持放电条件）流注自持放电条件高电压工程基础流注的特点是流注的特点是电离离强强度很大和度很大和传播速度很快。流注一播速度很快。流注一旦形成，放旦形成，放电可由自身可由自身产生的空生的空间光光电离自行离自行维持，持，进入入自持放自持放电阶段，即均匀段，即均匀电场间隙被隙被击穿。因此，均匀穿。因此，均匀电场间隙隙击穿条件，即自持放穿条件，即自持放电条件，即流注形成条件。条件，即流注形成条件。流注形成的主要因素是流注形成的主要因素是电子碰撞子碰撞电离及空离及空间光光电离。离。只有只有电子崩子崩头部部电荷达到一定数量，空荷达到一定数量，空间电荷畸荷畸变电场达达到一定程度，造成足到一定程度，造成足够的空的空间光光电离，才能离，才能转入流注。入流注。（4）流注理论对放电现象的解释）流注理论对放电现象的解释高电压工程基础 放放电外形外形pd很大很大时，适用流注理，适用流注理论。流注中。流注中电荷密度大，荷密度大，电导很大，很大，故其中的故其中的电场强强度小。随着流注的度小。随着流注的发展，周展，周围空空间电场被被减弱，抑制其他流注形成减弱，抑制其他流注形成发展。流注放展。流注放电具有具有细通道。通道。pd较小小时，适用，适用汤逊理理论。电子崩子崩电荷密度小，荷密度小，电场强强度大，度大，不影响周不影响周围空空间电场，不影响其他，不影响其他电子崩的子崩的产生。生。汤逊放放电呈呈连续一片。一片。放放电时间流注理流注理论：光子以光速：光子以光速传播，流注播，流注发展速度快，放展速度快，放电时间特特别短。短。（4）流注理论对放电现象的解释）流注理论对放电现象的解释高电压工程基础 阴极材料的影响阴极材料的影响流注理流注理论：维持自持放持自持放电是空是空间光光电离，不是阴极表面的离，不是阴极表面的电离，所以离，所以击穿穿电压与阴极材料基本无关。与阴极材料基本无关。汤逊理理论：自持放：自持放电与阴极表面与阴极表面电离有关，离有关，击穿穿电压与阴极与阴极材料有关。材料有关。结论：汤逊理理论与流注理与流注理论相互相互补充，充，说明不同的放明不同的放电现象。象。两个理两个理论都都还很粗糙，无法精确很粗糙，无法精确计算具体算具体绝缘材料的材料的击穿穿电压，要通，要通过实验方法方法获取。取。半径为r的球间隙的放电特性与极间距d的关系 2.4 不均匀电场中气体放电的特点不均匀电场中气体放电的特点 稍不均匀电场和极不均匀电场的不同特点稍不均匀电场和极不均匀电场的不同特点放电具有稍不均匀场间隙的特点击穿电压与电晕起始电压相同 放电具有极不均匀场间隙的特点电晕起始电压明显低于击穿电压 放电过程不稳定，分散属于过渡区 高电压工程基础极不均匀电场中的电晕放电极不均匀电场中的电晕放电（1）电晕放电的起始场强是气体相对密度；m1表面粗糙度系数，理想光滑导线取1，绞线0.80.9；好天气时m2=1，坏天气时m2可按0.8估算。（2）电晕放电的危害与对策危害：危害：功率损耗、电磁干扰、噪声污染对策对策：（：（限制导线的表面场强限制导线的表面场强）采用分裂导线。对330kV及以上的线路应采用分裂导线，例如330，500和750kV的线路可分别采用二分裂、四分裂和六分裂导线。（2）电晕放电的利用 在某些情况下可以利用电晕放电产生的空间电荷来改善极不均匀场的电场分布，以提高击穿电压。导线板电极的空气间隙击穿电压（有效值）与间隙距离的关系1D=0.5mm 2D=3mm 3D=16mm 4D=20mm 虚线尖-板电极间隙 点划线均匀场间隙 不均匀电场中放电的极性效应不均匀电场中放电的极性效应负极性棒板间隙的电晕起始电压比正极性棒板电极低负极性棒板间隙击穿电压比正极性棒板电极高 谢谢大家！41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。阿卜日法拉兹42、只有在人群中间，才能认识自己。德国43、重复别人所说的话，只需要教育；而要挑战别人所说的话，则需要头脑。玛丽佩蒂博恩普尔44、卓越的人一大优点是：在不利与艰难的遭遇里百折不饶。贝多芬45、自己的饭量自己知道。苏联