氣體放電（高電壓技術(shù)課件）

1-4不同電壓形式下空氣間隙的擊穿1-2均勻電場(chǎng)中的放電1-3不均勻電場(chǎng)中的放電1-1氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生與消失1-5大氣條件對(duì)空氣擊穿電壓的影響1-6提高氣隙擊穿電壓的措施1-7沿面放電與污穢放電1-8SF6氣體的絕緣特性第一章氣體放電1-1氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生與消失學(xué)習(xí)目標(biāo)1了解氣體放電的類(lèi)型、熟記電氣強(qiáng)度的概念2了解原子的結(jié)構(gòu)及電離的概念3熟知帶電質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生的形式及影響因素4熟知帶電質(zhì)點(diǎn)消失的形式及影響因素5領(lǐng)悟絕緣體與導(dǎo)體的辯證關(guān)系氣體絕緣？概述一、何謂絕緣（作用）？隔離電位（相當(dāng)于水庫(kù)的大壩）

二、絕緣的一般分類(lèi)二、絕緣的一般分類(lèi)二、絕緣的一般分類(lèi)二、絕緣的一般分類(lèi)對(duì)變壓器絕緣對(duì)有繞組設(shè)備二、絕緣的一般分類(lèi)1.氣體放電——?dú)怏w由絕緣狀態(tài)突變?yōu)榱己脤?dǎo)電狀態(tài)的過(guò)程2.擊穿電壓——擊穿時(shí)最低臨界電壓（kV）三、氣體放電及相關(guān)概念3.擊穿場(chǎng)強(qiáng)（電氣強(qiáng)度）——均勻電場(chǎng)中擊穿電壓與間隙距離之比(kV/cm)如:空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的電氣強(qiáng)度為30kV/cm,SF6氣體約為75-90kV/cm四、氣體放電的類(lèi)型

氣體放電

統(tǒng)稱(chēng)為放電（discharge)

1-1氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生與消失１、碰撞游離２、光游離３、熱游離４、表面游離一、氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生原子、原子核、激發(fā)、電離示意圖能量能量中性原子激發(fā)游離原子核外的電子從離原子核較近的軌道跳到離原子核較遠(yuǎn)的軌道上去原子中的一個(gè)或幾個(gè)電子完全脫離原子核的束縛而成為自由電子和正離子（即帶電質(zhì)點(diǎn)）1.碰撞游離自由行程λ:質(zhì)點(diǎn)兩次碰撞之間的距離。平均自由行程越大，越容易發(fā)生碰撞游離。平均自由行程與氣體間的壓力P成反比，與絕對(duì)溫度T成正比。碰撞電離動(dòng)畫(huà)各種短波長(zhǎng)的高能輻射線，如各種宇宙射線，紫外線、貝塔射線、X線等才有使氣體產(chǎn)生光游離的能力。由光游離產(chǎn)生的自由電子稱(chēng)為光電子。超新星爆發(fā)宇宙射線2、光游離電磁波與高能射線3.熱游離高溫下，氣體質(zhì)點(diǎn)熱運(yùn)動(dòng)所具有的動(dòng)能大于氣體的游離能，在互相碰撞中引起氣體質(zhì)點(diǎn)的游離。熱游離是在熱狀態(tài)下產(chǎn)生碰撞游離和光游離的綜合。4.表面游離金屬電極加熱（熱電子發(fā)射）正離子撞擊陰極短波光照射電極（光電效應(yīng)）強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)射4.表面電離：氣體中的金屬電極表面游離出自由電子的現(xiàn)象短波光照射正離子撞擊陰極強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射強(qiáng)電場(chǎng)（106V/cm數(shù)量級(jí)）一、氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生二、氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的消失1.漂移(定向運(yùn)動(dòng)消失于電極)從濃度較大的區(qū)域轉(zhuǎn)移到濃度較小的區(qū)域影響因素：氣體的壓力越高或溫度越低，擴(kuò)散過(guò)程也就越弱。2.擴(kuò)散

強(qiáng)烈的游離區(qū)總是強(qiáng)烈的復(fù)合區(qū)光輻射在一定條件下又可能成為導(dǎo)致光游離的因素3.復(fù)合正、負(fù)電荷的質(zhì)點(diǎn)相遇，發(fā)生電荷的傳遞、中和而還原成中性質(zhì)點(diǎn)的過(guò)程容易附著電子形成負(fù)離子的氣體稱(chēng)為電負(fù)性氣體，如氧氣、氯氣、氟氣、水蒸氣、六氟化硫等都屬于電負(fù)性氣體4.吸附效應(yīng)（負(fù)離子的形成，阻礙放電發(fā)展）在電場(chǎng)作用下，氣體中放電是不斷發(fā)展以致?lián)舸€是氣體尚能保持其電氣強(qiáng)度而起絕緣作用，就取決于上述兩種過(guò)程的發(fā)展情況。討論本節(jié)的意義高電壓技術(shù)—?dú)怏w中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生與消失氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生與消失

氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生2

氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的消失3氣氣體放電概述1了解原子的結(jié)構(gòu)及電離的概念學(xué)習(xí)目標(biāo)了解帶電質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生的形式及影響因素了解原子的結(jié)構(gòu)及電離的概念了解帶電質(zhì)點(diǎn)消失的形式及影響因素了解氣體放電的相關(guān)概念、類(lèi)型01氣體放電相關(guān)知識(shí)1、氣體放電—?dú)怏w由絕緣狀態(tài)突變?yōu)榱己脤?dǎo)電狀態(tài)的過(guò)程2、擊穿電壓（Ub）—擊穿時(shí)的最低臨界電壓（kV）3、擊穿場(chǎng)強(qiáng)或電氣強(qiáng)度（Eb）——在均勻電場(chǎng)中擊穿電壓與間隙距離之比(kV/cm)一.氣體放電的相關(guān)知識(shí)

空氣：在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的電氣強(qiáng)度為30kV/cm

SF6氣體：75-90kV/cm1.氣體放電的相關(guān)概念2.氣體放電的類(lèi)型輝光放電電暈放電火花放電電弧放電一.氣體放電的相關(guān)知識(shí)1.輝光放電2.火花放電3.電弧放電4.電暈放電5.刷狀放電氣體放電類(lèi)型各種放電類(lèi)型的特點(diǎn)：電源容量？氣體壓力？放電外形？溫度高低？一.氣體放電的相關(guān)知識(shí)3.氣體放電的兩種表現(xiàn)形式1.擊穿（breakdown）2.閃絡(luò)(flashover)一.氣體放電的相關(guān)知識(shí)02氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生與消失幾個(gè)名詞解釋?

激勵(lì)?

電離?

電子平均自由行程?

復(fù)合?

電子崩5原子激勵(lì)原子能級(jí)

以電子伏為單位1eV＝1V×1.6×10-19C＝1.6×10-19J原子激勵(lì)原子在外界因素作用下，其電子躍遷到能量較高的狀態(tài)，所需能量稱(chēng)為激勵(lì)能We，原子處于激勵(lì)態(tài)激勵(lì)狀態(tài)恢復(fù)到正常狀態(tài)時(shí)，輻射出相應(yīng)能量的光子，光子（光輻射）的頻率υ，h普朗克常數(shù)We

=

hυ6原子電離原子電離在外界因素作用下，其一個(gè)或幾個(gè)電子脫離原子核的束縛而形成自由電子和正離子電離過(guò)程所需要的能量稱(chēng)為電離能Wi

(ev)，也可用電離電位Ui（v）8二.氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生知識(shí)準(zhǔn)備：原子結(jié)構(gòu)；原子的激發(fā)與電離絕緣配合能量能量中性原子激發(fā)電離激發(fā)：電子從離原子核較近的軌道跳到離原子核較遠(yuǎn)的軌道上去電離：一個(gè)或幾個(gè)電子完全脫離原子核的束縛成為自由電子和正離子（即帶電質(zhì)點(diǎn)）知識(shí)準(zhǔn)備：原子結(jié)構(gòu)；原子的激發(fā)與電離二.氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生形式１、電子或正離子與氣體分子的碰撞電離２、各種光輻射（光電離）３、高溫下氣體中的熱能（熱電離）４、氣體中的固體或液體金屬的表面電離二.氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生1.碰撞電離必要條件：撞擊質(zhì)點(diǎn)所具有的能量不小于被撞擊質(zhì)點(diǎn)在該種狀態(tài)下所需的電離能m——電子的質(zhì)量ν——電子的運(yùn)動(dòng)速度Wi——?dú)怏w原子或分子的電離能二.氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生1.碰撞電離m——電子的質(zhì)量ν——電子的運(yùn)動(dòng)速度Wi——?dú)怏w原子或分子的電離能影響碰撞電離能力的因素：1.平均自由行程越大，越容易發(fā)生碰撞游離。自由行程λ——質(zhì)點(diǎn)兩次碰撞之間的距離。2.平均自由行程又與氣體間的壓力P成反比，與絕對(duì)溫度T成正比。一個(gè)重要概念：λ

∝二.氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生超新星爆發(fā)宇宙射線2.光電離h——普朗克常數(shù)，4.14×10-15evsv——光的頻率各種短波長(zhǎng)的高能輻射線，如宇宙射線、貝塔射線、X線、紫外線等才有使氣體產(chǎn)生光游離的能力。由光游離產(chǎn)生的自由電子稱(chēng)為光電子。在氣體放電過(guò)程中，當(dāng)處于激勵(lì)狀態(tài)的原子回到常態(tài)，以及異號(hào)帶電質(zhì)點(diǎn)復(fù)合時(shí)，都以光子的形式放出多余的能量。光電離產(chǎn)生的自由電子稱(chēng)為光電子。超新星爆發(fā)二.氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生3.熱游離氣體在熱狀態(tài)下引起的電離過(guò)程稱(chēng)為熱電離。在高溫下的氣體，由于氣體分子運(yùn)動(dòng)加劇，可能發(fā)生電離現(xiàn)象。氣體溫度升高時(shí)，其熱輻射光子的能量及數(shù)量也隨著增大，光子與氣體分子碰撞也可能發(fā)生光電離。因此，熱電離實(shí)質(zhì)上是在熱狀態(tài)下產(chǎn)生碰撞電離和光電離的綜合。

K——玻爾茨曼常數(shù)1.38×10-23J/KT——熱力學(xué)溫度，K二.氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生4.表面電離

4.正離子撞擊陰極表面（二次發(fā)射）金屬電極的表面電離出電子的過(guò)程。逸出功—從金屬表面電離出電子所需要的最小能量。1.強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)射（冷發(fā)射）2.金屬電極加熱（熱電子發(fā)射）3.短波光照射電極（光電效應(yīng)）二.氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生1.漂移(定向運(yùn)動(dòng)消失于電極)二、氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的消失電場(chǎng)力作用下，帶電質(zhì)點(diǎn)作定向運(yùn)動(dòng)，流入電極后被中和。帶電質(zhì)點(diǎn)在電場(chǎng)中作定向移動(dòng)的平均速度稱(chēng)為驅(qū)引速度，驅(qū)引速度與電場(chǎng)強(qiáng)度、遷移率成正比。由于電子的質(zhì)量和半徑遠(yuǎn)小于離子，在定向移動(dòng)過(guò)程中，電子的遷移率比離子大兩個(gè)數(shù)量級(jí)，驅(qū)引速度也大兩個(gè)數(shù)量級(jí)。03氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的消失2.擴(kuò)散2.電子的質(zhì)量和直徑遠(yuǎn)小于離子，使得電子熱運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受到的碰撞的概率小得多，故電子的擴(kuò)散作用比離子要強(qiáng)得多。影響因素1.氣體的壓力越高或溫度越低，擴(kuò)散過(guò)程也就越弱。帶電質(zhì)點(diǎn)在空間各處有趨于均勻的過(guò)程，帶電質(zhì)點(diǎn)總是從濃度較大的區(qū)域向濃度較小的區(qū)域擴(kuò)散。擴(kuò)散與氣體熱運(yùn)動(dòng)有關(guān)。三.氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的消失3.復(fù)合1.異號(hào)電荷的濃度越大，復(fù)合的過(guò)程也越快速越強(qiáng)烈，強(qiáng)烈的電離區(qū)也是強(qiáng)烈的復(fù)合區(qū)。2.異號(hào)電荷的相對(duì)速度越小，相互作用的時(shí)間就越長(zhǎng)，復(fù)合的可能性也就越大。3.氣體中電子的運(yùn)動(dòng)速度比離子要大得多，故電子與正離子發(fā)生復(fù)合的概率很小，通常是先形成負(fù)離子，再發(fā)生正負(fù)離子的復(fù)合。氣體中異號(hào)電荷的粒子相遇時(shí)，由帶電質(zhì)點(diǎn)還原為中性質(zhì)點(diǎn)的過(guò)程稱(chēng)為復(fù)合。復(fù)合的過(guò)程是帶電質(zhì)點(diǎn)在接近時(shí)通過(guò)電磁力相互作用完成的（異號(hào)電荷間的靜電力）。復(fù)合過(guò)程總是釋放能量的。影響復(fù)合的因素三.氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的消失4.吸附效應(yīng)有些電子和氣體原子或分子碰撞時(shí)，非但沒(méi)有電離出新電子，碰撞電子反而被氣體分子吸附而形成了負(fù)離子，稱(chēng)為吸附效應(yīng)。容易吸附電子形成負(fù)離子的氣體稱(chēng)為電負(fù)性氣體，如氧、氯、氟、水蒸氣和六氟化硫氣體等。（負(fù)離子的形成，阻礙放電發(fā)展）三.氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的消失氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生與消失總結(jié)在電場(chǎng)作用下，氣體中放電是不斷發(fā)展以致?lián)舸?，還是氣體尚能保持其電氣強(qiáng)度而起絕緣作用，就取決于上述兩種過(guò)程的發(fā)展情況。環(huán)保型C4F7N混合氣體由于SF6氣體具有優(yōu)良的絕緣特性及穩(wěn)定的化學(xué)性能，在電力設(shè)備中獲得了廣泛的應(yīng)用。隨著社會(huì)的發(fā)展，自然環(huán)境面臨的壓力越來(lái)越高，人們需要把環(huán)境保護(hù)作為一個(gè)更加優(yōu)先的事項(xiàng)來(lái)處理，我國(guó)也提出了2030年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。而SF6的溫室效應(yīng)潛在值（GWP）是CO2的23500倍，SF6的大規(guī)模應(yīng)用，將會(huì)加劇全球變暖趨勢(shì)，因此，尋找一種能代替SF6的氣體顯得非常必要，在探索的過(guò)程中，一種名為全氟異丁腈（C4F7N）的氣體引起了人們的關(guān)注。C4F7N的分子量為195，沸點(diǎn)-4.7℃，凝固點(diǎn)-118℃，不可燃，化學(xué)性能穩(wěn)定。純凈的C4F7N絕緣性能為SF6的2倍以上，GWP值為2100。當(dāng)與CO2，N2等氣體混合應(yīng)用時(shí)，C4F7N的濃度為20%，即可達(dá)到與SF6相當(dāng)?shù)慕^緣性能，而GWP值僅為SF6的2%。目前，國(guó)內(nèi)外都已經(jīng)開(kāi)展了C4F7N在電力設(shè)備中的實(shí)踐應(yīng)用。拓展

C4F7N的分子結(jié)構(gòu)普朗克常數(shù)普朗克被譽(yù)為量子力學(xué)之父，于1918年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，和愛(ài)因斯坦并稱(chēng)為20世紀(jì)最重要的兩位物理學(xué)家。普朗克在研究熱體輻射時(shí)，發(fā)現(xiàn)在光波的發(fā)射和吸收過(guò)程中，物體的能量變化是不連續(xù)的，或者說(shuō)，物體通過(guò)分立的跳躍非連續(xù)地改變它們的能量，每一份能量值只能取某個(gè)最小能量元的整數(shù)倍，這份能量值等于hν，ν為輻射電磁波的頻率，h為一常量，這個(gè)常量h被稱(chēng)為普朗克常數(shù)。普朗克常數(shù)大小為6.63×10-34

J·s。除了普朗克常數(shù)外，還有一系列的普朗克常量，如普朗克時(shí)間、普朗克長(zhǎng)度等。普朗克長(zhǎng)度和普朗克時(shí)間，它們是指我們這個(gè)宇宙中存在的最小的尺度。其中普朗克長(zhǎng)度的大小為1.62×10-35m。普朗克時(shí)間為5.39×10-44s，這是宇宙中最短的時(shí)間。拓展愛(ài)因斯坦與光電效應(yīng)

電磁波高于某特定頻率時(shí)，照射金屬表面會(huì)產(chǎn)生電子，形成電流，這種現(xiàn)象稱(chēng)為光電效應(yīng)。德國(guó)物理學(xué)家赫茲在1887年發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)現(xiàn)象，而愛(ài)因斯坦是第一個(gè)對(duì)光電效應(yīng)提出正確解析的人(1905年，愛(ài)因斯坦奇跡年)。金屬表面在光輻照作用下發(fā)射電子，發(fā)射出來(lái)的電子叫做光電子。光頻率大于某一臨界值時(shí)方能發(fā)射電子，對(duì)應(yīng)的光的頻率為極限頻率。極限頻率取決于金屬材料，而發(fā)射電子的能量取決于光的波長(zhǎng)，與光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)。拓展1-4不同電壓形式下空氣間隙的擊穿1-2均勻電場(chǎng)中的放電1-3不均勻電場(chǎng)中的放電1-1氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生與消失1-5大氣條件對(duì)空氣擊穿電壓的影響1-6提高氣隙擊穿電壓的措施1-7沿面放電與污穢放電1-8SF6氣體的絕緣特性第一章氣體放電1-2均勻電場(chǎng)中的放電學(xué)習(xí)目標(biāo)1知曉電場(chǎng)的類(lèi)型（均勻、稍不均勻與不均勻）2了解氣體放電的過(guò)程（從非自持放電到自持放電）3理解電子碰撞及電子崩過(guò)程4了解湯生理論的理論特點(diǎn)及適用范圍5掌握巴申定律曲線并能定性說(shuō)明6一般了解流注理論的理論特點(diǎn)及適用范圍ABCO氣隙放電時(shí)的伏安特性曲線iu1-2均勻電場(chǎng)的放電(1)線性段(2)飽和段(3)游離段(4)自持段OA段：電流隨電壓升高而升高AB段：電流僅取決于外離因素與電壓無(wú)關(guān)BC段：電壓升高碰撞電離增強(qiáng)但仍靠外電離維持(非自持)C點(diǎn)后：只靠外加電壓就能維持(自持)一、氣體放電過(guò)程的一般描述自持放電——僅需外加電場(chǎng)就能維持的放電過(guò)程非自持放電——需要外游離因素和外加電場(chǎng)共同作用維持的放電過(guò)程一、氣體放電過(guò)程的一般描述ABCO

氣隙放電時(shí)的伏安特性曲線iuOA段:由于外界催離素宇宙射線地層發(fā)射性物質(zhì)的放射線太陽(yáng)光中的紫外線作用游離去游離氣體中保持平衡在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下3×1019個(gè)分子/cm3空氣中約500－1000對(duì)離子（）當(dāng)UV帶電質(zhì)點(diǎn)I即單位時(shí)間內(nèi)跑到電極的帶電質(zhì)點(diǎn)數(shù)ABC一、氣體放電過(guò)程的一般描述AB段：UI不變,呈飽和狀態(tài)電場(chǎng)已足夠?qū)挝粫r(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的離子運(yùn)到電極，故I僅取決于外界游離因素，與U無(wú)關(guān)。飽和電流密度數(shù)值極小10－19A/cm2數(shù)量級(jí)，一般表測(cè)不出來(lái)，仍是絕緣狀態(tài)。ABC一、氣體放電過(guò)程的一般描述自由電子e將按幾何級(jí)數(shù)迅猛增加，如雪崩一樣發(fā)展。這個(gè)不斷增加的電子流被形象地稱(chēng)為電子崩。此階段稱(chēng)為湯遜放電階段。BC段：但I(xiàn)仍很小，氣體仍保持為絕緣體一、氣體放電過(guò)程的一般描述當(dāng)外施電壓U＜Ub時(shí)，若取消外界游離因素，電子崩會(huì)消失，電流也將消失，這類(lèi)放電稱(chēng)為非自持放電。非自持放電ABC一、氣體放電過(guò)程的一般描述

C點(diǎn)后：當(dāng)外施電壓U≥Ub時(shí)，由于場(chǎng)強(qiáng)足夠大，正離子撞擊陰極會(huì)發(fā)生表面游離，釋放出的電子又會(huì)引起電子崩，這時(shí)氣體中的游離過(guò)程可只靠電場(chǎng)的作用自行維持，而不再需要外界游離因素，這就是自持放電。

自持放電非自持放電擊穿電壓ABC氣體間隙擊穿一、氣體放電過(guò)程的一般描述為了解釋上面試驗(yàn)結(jié)果，湯遜于1903年提出氣體擊穿機(jī)理，1910年提出氣體擊穿的判據(jù)。二、氣體放電理論AV光照射20世紀(jì)初英國(guó)物理學(xué)家湯遜在均勻電場(chǎng)、低氣壓、短間隙的條件下進(jìn)行了放電實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出了解釋氣體放電過(guò)程的理論，稱(chēng)為湯遜理論。（一）湯遜理論AV光照射電場(chǎng)類(lèi)型均勻電場(chǎng)：氣隙中各處電場(chǎng)強(qiáng)度相等（一）湯遜理論

γ——正離子的表面游離系數(shù)，表示一個(gè)正離子在電場(chǎng)作用下由陽(yáng)極向陰極運(yùn)動(dòng)，撞擊陰極表面產(chǎn)生表面游離的電子數(shù)（一）湯遜理論(1)電子崩及α過(guò)程

α——電子碰撞游離系數(shù)，表示一個(gè)電子沿著電場(chǎng)方向行進(jìn)的過(guò)程中，在單位距離內(nèi)平均發(fā)生碰撞游離的次數(shù)。α與氣體的種類(lèi)、相對(duì)密度和電場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)β——正離子碰撞游離系數(shù)，表示一個(gè)正離子沿電場(chǎng)方向行進(jìn)的過(guò)程中，在單位距離內(nèi)平均發(fā)生碰撞游離的次數(shù)。β值極小，在分析時(shí)可予忽略。(3)γ過(guò)程(2)β過(guò)程電子崩？外游離→初始電子→電子個(gè)數(shù)2－4－8…2n→電子崩→產(chǎn)生的正離子撞擊陰極發(fā)生表面游離→新的電子→(如果去掉外電離因素)仍有后繼電子→放電自持（4）湯遜自持放電條件γ（eas一1)≥1物理意義？（5）巴申定律巴申試驗(yàn)（1889年）Ub=f(pd)U形曲線，有極小值（5）巴申定律巴申定律曲線呈U型，可解釋如下：當(dāng)d一定時(shí)

P↑→

↑→λ↓→電子動(dòng)能↓→氣體游離能力↓→擊穿電壓Ub↑

反之

P↓→

↓→碰撞次數(shù)↓↓→擊穿電壓Ub↑（5）巴申定律--ˉ---ˉ-右半支-ˉ-ˉ左半支高氣壓、高真空都可以提高擊穿電壓，工程上已得到廣泛應(yīng)用（如：壓縮空氣開(kāi)關(guān)、真空開(kāi)關(guān)等）解釋低氣壓、短間隙、均勻電場(chǎng)中的放電現(xiàn)象，即pd較小時(shí)。

pd過(guò)大，湯遜理論就不再適用。pd過(guò)大時(shí)（氣壓高、距離大）湯遜理論無(wú)法解釋?zhuān)悍烹姇r(shí)間：很短放電外形：具有分支的細(xì)通道擊穿電壓：與理論計(jì)算不一致陰極材料：無(wú)關(guān)（6）湯遜理論的適用范圍

但工程上更感興趣的是大氣壓下空氣中的放電1939年米克、雷澤等人在霧室里對(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，于1940年發(fā)表了流注理論——適合于pd較大的氣隙的擊穿過(guò)程（1）認(rèn)為：電子的碰撞游離和空間光游離是形成自持放電的主要因素，并且強(qiáng)調(diào)了空間電荷對(duì)電場(chǎng)的畸變作用（二）流注理論（2）過(guò)程：初崩產(chǎn)生大量空間電荷電場(chǎng)分布被畸變崩頭、崩尾電場(chǎng)增強(qiáng)（使游離更強(qiáng)烈），崩內(nèi)電場(chǎng)削弱（使復(fù)合更容易）向空間輻射大量光子光游離產(chǎn)生光電子被主崩正離子吸引二次崩產(chǎn)生與主崩匯合形成流注（導(dǎo)電性好）流注迅速發(fā)展流注貫穿兩極間隙擊穿（正流注的形成）流注理論認(rèn)為電子的碰撞游離和空間光游離是形成自持放電的主要因素，空間電荷對(duì)電場(chǎng)的畸變作用是產(chǎn)生光游離的重要原因。（二）流注理論空間電荷對(duì)電場(chǎng)的畸變作用由于電子崩中空間電荷的出現(xiàn)，原本均勻的電場(chǎng)被畸變得不均勻了。崩頭前方附近的場(chǎng)強(qiáng)得到了加強(qiáng)，而崩頭內(nèi)部正、負(fù)電荷交界處的場(chǎng)強(qiáng)則被削弱了。崩尾部分的場(chǎng)強(qiáng)雖然也加強(qiáng)的，但加強(qiáng)的程度要比崩頭前方附近的小得多。（二）流注理論外施電壓大于氣隙擊穿電壓時(shí)，首先形成主電子崩。當(dāng)主崩接近陽(yáng)極時(shí)，場(chǎng)強(qiáng)急劇增大，去游離過(guò)程增強(qiáng)，放射出大量光子。外圍氣體分子吸收光子能量后，發(fā)生光游離，產(chǎn)生二次電子崩。由于主崩頭部的電子已進(jìn)入陽(yáng)極，場(chǎng)強(qiáng)減弱，二次電子崩頭部的電子進(jìn)入時(shí)，形成負(fù)離子。正、負(fù)離子混合的通道稱(chēng)為流注，隨著崩尾場(chǎng)強(qiáng)的增大，不斷有新的電子崩匯合進(jìn)來(lái)，流注向陰極不斷發(fā)展，直至貫穿兩極。（二）流注理論流注的形成及發(fā)展過(guò)程（定性）流注發(fā)展速度較快：（1-2）×108cm/s電子崩為：1.25×107cm/s1-19（二）流注理論（3）流注自持放電條件初崩頭部的電荷達(dá)到一定的數(shù)量（一般認(rèn)為當(dāng)ad

20或eαd=108）時(shí)便可以形成流注，而流注一旦形成，放電就可以轉(zhuǎn)入自持（4）適用范圍及局限性適用于長(zhǎng)間隙、大氣壓，即pd較大的情況湯遜理論與流注理論互相補(bǔ)充，從而在廣闊的pd范圍內(nèi)說(shuō)明了不同的放電現(xiàn)象（二）流注理論放電時(shí)間二次崩的起始電子是光子形成的，而光子以光速傳播，所以流注發(fā)展非常快。放電外形二次崩的發(fā)展具有不同的方位，所以流注的推進(jìn)不可能均勻，而且具有分支。陰極材料大氣條件下的氣體放電不依賴陰極表面電離，而是靠空間光電離產(chǎn)生電子維持，因此與陰極材料無(wú)關(guān)。（二）流注理論高電壓技術(shù)—均勻電場(chǎng)中的氣體放電氣體放電過(guò)程的一般概述1

氣體放電理論（湯遜、流注）2目錄CONTENTS均勻電場(chǎng)中的氣體放電了解原子的結(jié)構(gòu)及電離的概念學(xué)習(xí)目標(biāo)知道巴申定律能定性說(shuō)明及懂得在工程上的應(yīng)用一般了解氣體放電過(guò)程（非自持放電與自持放電）領(lǐng)會(huì)電子崩過(guò)程了解湯遜理論的理論特點(diǎn)及適用范圍知曉電場(chǎng)的類(lèi)型（均勻、稍不均勻與不均勻）一般了解流注理論的理論特點(diǎn)及適用范圍01氣體放電過(guò)程的一般描述電子崩與非自持放電階段自持放電階段氣體放電一般過(guò)程氣體放電的一般過(guò)程AB段：由外界因素產(chǎn)生的帶電質(zhì)點(diǎn)已全部參與了導(dǎo)電過(guò)程，氣隙間電流趨于飽和，電壓增大時(shí)，電流增大的幅度很小。（飽和段）C點(diǎn)后：氣體介質(zhì)突然變?yōu)榱己玫膶?dǎo)電狀態(tài)，電流急劇突增。（自持段）BC段：電子積累的動(dòng)能已可引起碰撞電離，氣隙中的帶電質(zhì)點(diǎn)驟增，流過(guò)氣隙的電流隨外加電壓的增加而增大。（游離段）OA段：由外界因素催生電離，氣隙中電流與電壓成近似正比關(guān)系。（線性段）氣體放電的一般過(guò)程O(píng)A段:宇宙射線地層發(fā)射性物質(zhì)的放射線太陽(yáng)光中的紫外線作用游離去游離氣體中保持平衡在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下3×1019個(gè)分子/cm3空氣中約500－1000對(duì)離子（）當(dāng)UV帶電質(zhì)點(diǎn)I即單位時(shí)間內(nèi)跑到電極的帶電質(zhì)點(diǎn)數(shù)氣體放電的一般過(guò)程外界電離因素AB段：電流幾乎不變，呈飽和狀態(tài)電場(chǎng)已足夠?qū)挝粫r(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的離子運(yùn)到電極，故I僅取決于外界游離因素，與U無(wú)關(guān)。飽和電流密度數(shù)值極小10－19A/cm2數(shù)量級(jí)，一般表測(cè)不出來(lái)，仍是絕緣狀態(tài)。ABC氣體放電的一般過(guò)程自由電子e將按幾何級(jí)數(shù)迅猛增加，如雪崩一樣發(fā)展。這個(gè)不斷增加的電子流被形象地稱(chēng)為電子崩?！獪d放電階段BC段：但I(xiàn)仍很小，氣體仍保持為絕緣體！氣體放電的一般過(guò)程若取消外界游離因素，電子崩會(huì)消失，電流也將消失——非自持放電。非自持放電ABC氣體放電的一般過(guò)程外施電壓U＜Ub時(shí)

當(dāng)外施電壓U≥Ub時(shí)，由于場(chǎng)強(qiáng)足夠大，正離子撞擊陰極會(huì)發(fā)生表面游離，釋放出的電子又會(huì)引起電子崩，這時(shí)氣體中的游離過(guò)程可只靠電場(chǎng)的作用自行維持，而不再需要外界游離因素，這就是自持放電。

自持放電非自持放電擊穿電壓AC氣體間隙擊穿B氣體放電的一般過(guò)程C點(diǎn)后：非自持放電自持放電當(dāng)外界因素產(chǎn)生的電子崩到達(dá)陽(yáng)電極，電子崩產(chǎn)生的電子被中和，由于沒(méi)有后續(xù)電子崩，氣隙的放電發(fā)展過(guò)程中斷，放電隨之減小至消失。氣隙兩端外加電壓大于某值時(shí)，放電發(fā)生了質(zhì)的改變，電子崩的產(chǎn)生不再依賴于外界因素而能自行維持和發(fā)展，持續(xù)發(fā)展的電子崩使得氣隙間充滿了大量的帶電質(zhì)點(diǎn)，最終導(dǎo)致氣隙的擊穿。氣體放電的一般過(guò)程02氣體放電理論湯遜放電理論與巴申定律流注理論氣體放電理論氣體放電理論為了解釋上面試驗(yàn)結(jié)果，湯遜于1903年提出氣體擊穿機(jī)理，1910年提出氣體擊穿的判據(jù)。AV光照射20世紀(jì)初英國(guó)物理學(xué)家湯遜在均勻電場(chǎng)、低氣壓、短間隙的條件下進(jìn)行了放電實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出了解釋氣體放電過(guò)程的理論，稱(chēng)為湯遜理論。氣體放電理論——湯遜理論1.理論基礎(chǔ)AV光照射電場(chǎng)類(lèi)型1.理論基礎(chǔ)氣體放電理論——湯遜理論一個(gè)正離子撞擊陰極從陰極表面逸出的自由電子數(shù)電子數(shù)計(jì)算模型1.理論基礎(chǔ)氣體放電理論——湯遜理論第一電離系數(shù)α：一個(gè)電子向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)1cm路程中與質(zhì)點(diǎn)相碰撞平均產(chǎn)生的自由電子數(shù)第二電離系數(shù)β：一個(gè)正離子向陰極運(yùn)動(dòng)1cm路程中與質(zhì)點(diǎn)相碰撞產(chǎn)生的自由電子數(shù)（可忽略）第三電離系數(shù)γ：n0個(gè)電子在向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，行經(jīng)距離x時(shí)變成了n個(gè)電子，再行經(jīng)dx，增加的電子數(shù)為dn個(gè)，則：A、B—與氣體性質(zhì)有關(guān)的常數(shù);

δ—空氣相對(duì)密度,

E——電場(chǎng)強(qiáng)度，則有如下關(guān)系：電子數(shù)計(jì)算模型氣體放電理論——湯遜理論1.理論基礎(chǔ)n0個(gè)電子在電場(chǎng)作用下不斷產(chǎn)生碰撞游離，發(fā)展電子崩，經(jīng)距離d而進(jìn)入陽(yáng)極的電子數(shù)為：氣隙臨界擊穿電壓：自持放電條件可表達(dá)為：1.理論基礎(chǔ)氣體放電理論——湯遜理論物理意義？？？2.驗(yàn)證湯遜理論的巴申定律巴申試驗(yàn)（1889年）Ub=f（pd）即擊穿電壓與間隙距離及氣體壓力乘積的關(guān)系呈U形曲線，有一極小值。氣體放電理論——湯遜理論巴申定律實(shí)驗(yàn)曲線的解釋高氣壓、高真空都可以提高擊穿電壓，工程上已得到廣泛應(yīng)用（如：壓縮空氣開(kāi)關(guān)、真空開(kāi)關(guān)等）假設(shè)間隙距離d不變，改變間隙間的氣體壓力p時(shí)

P↓→

↓→碰撞次數(shù)（機(jī)會(huì)）↓↓（雖然λ↑）→擊穿電壓Ub↑P↑→

↑→λ↓→電子動(dòng)能W↓→氣體游離能力↓→擊穿電壓Ub↑對(duì)右半支：對(duì)左半支：適用于低氣壓、短間隙、均勻電場(chǎng)中的放電現(xiàn)象，即pd較小時(shí)。

3.湯遜理論的適用范圍1）放電時(shí)間：很短？2）放電外形：具有分支的細(xì)通道？3）擊穿電壓：與理論計(jì)算不一致？4）陰極材料：無(wú)關(guān)？氣體放電理論——湯遜理論無(wú)法解釋?zhuān)?.理論基礎(chǔ)：1939年米克、雷澤等人在霧室里對(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，于1940年發(fā)表了流注理論。電子的碰撞游離和空間光游離是形成自持放電的主要因素，并且強(qiáng)調(diào)了空間電荷對(duì)電場(chǎng)的畸變作用。氣體放電理論——流注理論（1）空間電荷對(duì)電場(chǎng)的畸變作用氣體放電理論——湯遜理論空間電荷的出現(xiàn)，原本均勻的電場(chǎng)被畸變得不均勻了,表現(xiàn)在：1.崩頭前方附近：場(chǎng)強(qiáng)得到了加強(qiáng)。2.崩頭內(nèi)部正、負(fù)電荷交界處：場(chǎng)強(qiáng)被削弱了。3.崩尾部分：場(chǎng)強(qiáng)加強(qiáng)，但加強(qiáng)的程度要比崩頭前方附近的小得多。外施電壓大于氣隙擊穿電壓時(shí)，首先形成主電子崩。當(dāng)主崩接近陽(yáng)極時(shí)，場(chǎng)強(qiáng)急劇增大，去游離過(guò)程增強(qiáng)，放射出大量光子。外圍氣體分子吸收光子能量后，發(fā)生光游離，產(chǎn)生二次電子崩。由于主崩頭部的電子已進(jìn)入陽(yáng)極，場(chǎng)強(qiáng)減弱，二次電子崩頭部的電子進(jìn)入時(shí)，形成負(fù)離子。正、負(fù)離子混合的通道稱(chēng)為流注，隨著崩尾場(chǎng)強(qiáng)的增大，不斷有新的電子崩匯合進(jìn)來(lái)，流注向陰極不斷發(fā)展，直至貫穿兩極。氣體放電理論——湯遜理論流注發(fā)展速度較快：（1-2）×108cm/s電子崩為：1.25×107cm/s氣體放電理論——湯遜理論（2）正流注的形成及發(fā)展過(guò)程（定性）（3）流注自持放電條件

初崩頭部的電荷達(dá)到一定的數(shù)量（一般認(rèn)為ad

20或eαd=108）時(shí)便可以形成流注。氣體放電理論——湯遜理論流注一旦形成，放電即轉(zhuǎn)入自持。2.適用范圍適用于長(zhǎng)間隙、大氣壓中，即pd較大的情況。1）放電時(shí)間二次崩的起始電子是光子形成的，而光子以光速傳播，所以流注發(fā)展非?？?。2）放電外形二次崩的發(fā)展具有不同的方位，所以流注的推進(jìn)具有概率性，而且具有分支。3）陰極材料大氣條件下的氣體放電不依賴陰極表面電離，而是靠空間光電離產(chǎn)生電子維持，因此與陰極材料無(wú)關(guān)。氣體放電理論——湯遜理論湯遜理論與流注理論互相補(bǔ)充，從而在廣闊的pd范圍內(nèi)說(shuō)明了不同的放電現(xiàn)象。氣體放電理論小結(jié)高電壓技術(shù)—不均勻電場(chǎng)中的氣體放電電場(chǎng)的分類(lèi)01

電暈放電02目錄CONTENTS

不均勻電場(chǎng)中氣隙的擊穿過(guò)程04不均勻電場(chǎng)中的氣體放電

極性效應(yīng)03

不均勻電場(chǎng)中氣隙的擊穿電壓05了解原子的結(jié)構(gòu)及電離的概念學(xué)習(xí)目標(biāo)一般了解極性效應(yīng)物理過(guò)程知曉電暈放電的現(xiàn)象熟知電暈放電的危害性熟練掌握限制電暈的思路與措施領(lǐng)會(huì)電暈放電的概念熟記極性效應(yīng)結(jié)論（兩個(gè)不等式）記住典型間隙擊穿場(chǎng)強(qiáng)之比較（DC、工頻AC下）01電場(chǎng)的分類(lèi)一.電場(chǎng)的類(lèi)型用電場(chǎng)不均勻程度f(wàn)衡量U——間隙上外加的電壓d——間隙間的最小距離棒-棒間隙棒-板間隙典型極不均勻間隙均勻電場(chǎng)：f=1稍不均勻電場(chǎng)：1<f<2極不均勻電場(chǎng)：f>4一.電場(chǎng)的類(lèi)型稍不均勻電場(chǎng)極不均勻電場(chǎng)1.與均勻電場(chǎng)類(lèi)似，間隙擊穿前沒(méi)有明顯放電跡象。2.微弱的極性效應(yīng)1.間隙擊穿前在高場(chǎng)強(qiáng)區(qū)會(huì)出現(xiàn)藍(lán)紫色光暈，并發(fā)出“咝咝”的響聲（電暈放電）。2.有明顯極性效應(yīng)02電暈放電二.電暈放電1.電暈放電的概念不均勻電場(chǎng)中，氣隙上電壓升高至某一臨界值時(shí)，在曲率半徑較小的尖電極附近空間，局部場(chǎng)強(qiáng)將首先達(dá)到引起強(qiáng)烈游離的數(shù)值，在這局部區(qū)域內(nèi)形成自持放電。二.電暈放電2.電暈放電的現(xiàn)象1.薄薄的淡淡的發(fā)光層2.伴有“咝咝”放電聲3.發(fā)出臭氧氣味均壓環(huán)毛刺放電導(dǎo)線斷股處放電電機(jī)槽部放電二.電暈放電3.電暈放電的危害1432引起能量損耗干擾周?chē)鸁o(wú)線電通信和測(cè)量腐蝕有機(jī)絕緣材料和金具噪聲干擾二.電暈放電4.電暈放電限制措施例如超（特）高壓線路采用分裂導(dǎo)線;有些高壓電器采用空心薄殼的，擴(kuò)大尺寸的球面或旋轉(zhuǎn)橢圓面等形式的電極;采用管型空心硬母線等。最有效的措施就是增大電極的曲率半徑，改進(jìn)電極形狀。500kV直流架空線路四分裂導(dǎo)線4.電暈放電限制措施二.電暈放電1100kV高壓斷路器4.電暈放電限制措施電暈放電在載流量不大的情況下,采用空心薄殼、擴(kuò)大尺寸的電極結(jié)構(gòu)4.電暈放電限制措施二.電暈放電我國(guó)設(shè)計(jì)要求：

1.220kV及以下輸電線路要求在惡劣天氣下也無(wú)可見(jiàn)電暈

2.500kV輸電線路要求在好天氣下夜間無(wú)可見(jiàn)電暈二.電暈放電電除塵消毒殺菌5.電暈放電的應(yīng)用二.電暈放電03極性效應(yīng)正棒—負(fù)板負(fù)棒—正板電子崩發(fā)展方向電子崩發(fā)展方向極性效應(yīng)是由棒的極性不同時(shí)，間隙中的空間電荷對(duì)外電場(chǎng)的畸變作用不同引起的。無(wú)論棒的極性如何，棒極附近總為強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)，該處氣體首先發(fā)生游離，形成電子崩。三.極性效應(yīng)0.空間電荷：電場(chǎng)畸變使棒附近電場(chǎng)減弱難于形成流注電場(chǎng)畸變使棒附近電場(chǎng)增強(qiáng)易于形成流注即易于轉(zhuǎn)入自持放電（電暈放電）即難于形成自持放電（電暈放電）

UC（負(fù)棒—正板）＜UC（正棒—負(fù)板）1.起暈電壓：正棒—負(fù)板負(fù)棒—正板三.極性效應(yīng)正空間電荷在間隙深處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)與外加電壓產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)方向一致，加強(qiáng)了朝向板極的電場(chǎng)，有利于流注向間隙深處發(fā)展，故其擊穿電壓較低。

間隙深處的電場(chǎng)被削弱，使流注不易向前發(fā)展

Ub（負(fù)棒—正板）＜Ub（正棒—負(fù)板）2.擊穿電壓：正棒—負(fù)板負(fù)棒—正板三.極性效應(yīng)起暈電壓UC負(fù)棒—正板＜正棒—負(fù)板

擊穿電壓Ub負(fù)棒—正板＞正棒—負(fù)板

在間隙距離d相同時(shí)三.極性效應(yīng)小結(jié)04極不均勻電場(chǎng)中氣隙的擊穿過(guò)程電子崩流注主放電電子崩流注主放電先導(dǎo)1.短間隙放電2.長(zhǎng)間隙放電四.極不均勻電場(chǎng)中的氣隙擊穿過(guò)程具有熱游離過(guò)程的通道稱(chēng)為先導(dǎo)通道1.長(zhǎng)間隙的放電通常分為電子崩、流注、先導(dǎo)放電和主放電四個(gè)階段。2.短間隙放電沒(méi)有先導(dǎo)放電階段，只分為電子崩、流注和主放電三個(gè)階段。電力工程系林建軍制作由于間隙越長(zhǎng)，先導(dǎo)過(guò)程與主放電過(guò)程就發(fā)展得越充分，所以長(zhǎng)間隙的平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)比短間隙的平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)低。四.極不均勻電場(chǎng)中的氣隙擊穿過(guò)程05極不均勻電場(chǎng)中氣隙的擊穿電壓五.不均勻電場(chǎng)中空氣間隙的擊穿電壓1.稍不均勻電場(chǎng)中空氣擊穿電壓

電場(chǎng)越均勻，同樣間隙距離下的擊穿電壓就越高（即電氣強(qiáng)度越高）。其極限就是均勻電場(chǎng)中的擊穿電壓（30kV/cm）典型電極結(jié)構(gòu)：球-球間隙2.極不均勻電場(chǎng)中的擊穿電壓1）直流電壓下的擊穿電壓直流擊穿電壓與間隙距離接近成正比正棒-負(fù)板間隙約為4.5kV/cm負(fù)棒-正板間隙約為10kV/cm棒-棒間隙約為5.4kV/cm五.不均勻電場(chǎng)中空氣間隙的擊穿電壓棒-板棒-棒在距離小于1m的范圍內(nèi)，擊穿電壓與間隙距離的關(guān)系接近成正比。當(dāng)間隙距離超過(guò)2m時(shí)，擊穿電壓與間隙距離的關(guān)系出現(xiàn)明顯的飽和趨向，特別是棒-板間隙，其飽和趨向尤甚。五.不均勻電場(chǎng)中空氣間隙的擊穿電壓2.極不均勻電場(chǎng)中的擊穿電壓2）工頻電壓下的擊穿電壓故在設(shè)計(jì)高壓裝置時(shí)，為了使結(jié)構(gòu)緊湊，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)棒-板型間隙案例例：試估算750kV工頻試驗(yàn)變壓器高壓出線端對(duì)墻的安全距離（安全系數(shù)取1.8）至少應(yīng)為多大?解：米五.不均勻電場(chǎng)中空氣間隙的擊穿電壓高電壓技術(shù)—不同電壓形式下的氣體擊穿特性沖擊電壓的標(biāo)準(zhǔn)波形1放電時(shí)延2目錄CONTENTS

U50%及沖擊系數(shù)

3伏秒特性4不同電壓形式下的氣體擊穿特性不同電壓形式下氣隙的擊穿電壓5了解原子的結(jié)構(gòu)及電離的概念學(xué)習(xí)目標(biāo)了解U50%及沖擊系數(shù)β的概念領(lǐng)會(huì)間隙擊穿的兩個(gè)必要條件（電壓與時(shí)間）知道雷電與操作沖擊電壓的標(biāo)準(zhǔn)波形了解放電時(shí)間的組成及影響因素知道按作用時(shí)間長(zhǎng)短的電壓分類(lèi)（持續(xù)與沖擊）了解伏秒特性的概念及不同電場(chǎng)類(lèi)型的V-t形狀理解伏秒特性曲線的意義及在工程中的應(yīng)用第一部分沖擊電壓的標(biāo)準(zhǔn)波形不同電壓形式下的氣體擊穿特性見(jiàn)過(guò)嗎？一.沖擊電壓的標(biāo)準(zhǔn)波形電壓波形持續(xù)作用電壓直流電壓工頻電壓沖擊電壓雷電沖擊操作沖擊一.沖擊電壓的標(biāo)準(zhǔn)波形《高電壓技術(shù)》課程林建軍編寫(xiě)標(biāo)準(zhǔn)操作沖擊電壓波形：250/2500μs標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓波形：1.2/50μs一.沖擊電壓的標(biāo)準(zhǔn)波形人工模擬雷電沖擊下空氣間隙的擊穿一.沖擊電壓的標(biāo)準(zhǔn)波形第二部分放電時(shí)延不同電壓形式下的氣體擊穿特性靜態(tài)擊穿電壓U0長(zhǎng)時(shí)間作用在氣隙上能擊穿氣隙的最低電壓。如果電壓的瞬時(shí)值是變化的，或者所加的電壓持續(xù)的時(shí)間很短，則擊穿電壓就不等于靜態(tài)擊穿電壓，一般要高于靜態(tài)擊穿電壓.間隙擊穿的必要條件：充分的時(shí)間間隙擊穿的必要條件：足夠的電壓二.放電時(shí)延放電時(shí)間tb=f(電場(chǎng)均勻程度、外加電壓、外界照射)二.放電時(shí)延全部放電時(shí)間組成：tb=t0+ts+tf=t0+tlagtb──放電時(shí)間;t0──升壓時(shí)間,電壓從零升高到U0所需的時(shí)間;ts──統(tǒng)計(jì)時(shí)延,從電壓升到U0的時(shí)刻起到氣隙中形成第一個(gè)有效電子的時(shí)間;tf──放電形成時(shí)延,從形成第一個(gè)有效電子的時(shí)刻起到氣隙完全被擊穿的時(shí)間;t1ag──放電時(shí)延,t1ag=ts+tf第三部分U50%及沖擊系數(shù)

不同電壓形式下的氣體擊穿特性對(duì)于沖擊電壓波形，其幅值和時(shí)間都有一定的分散性，尤其是作用時(shí)間。所以對(duì)同一氣隙加相同的沖擊電壓，有時(shí)候能擊穿，有時(shí)候則不能擊穿。保持沖擊電壓的波形不變，逐漸升高沖擊電壓的幅值，當(dāng)氣隙的擊穿概率為50%時(shí)，這個(gè)電壓稱(chēng)為“50%擊穿電壓”，是指氣隙被擊穿的概率為50%的沖擊電壓峰值，用U50%表示。1.50%沖擊放電電壓（U50%）U50%及沖擊系數(shù)

50%沖擊擊穿電壓與靜態(tài)擊穿電壓U0的比值稱(chēng)為絕緣的沖擊系數(shù)在均勻電場(chǎng)和稍不均勻電場(chǎng)中，β≈1，且擊穿通常在波頭附近在極不均勻電場(chǎng)中，β＞1，且擊穿通常在波尾部分2.沖擊系數(shù)

U50%及沖擊系數(shù)

第四部分伏秒特性不同電壓形式下的氣體擊穿特性1.伏秒特性的概念工程上用氣隙上出現(xiàn)的電壓最大值與放電時(shí)間的關(guān)系來(lái)表征氣隙在沖擊電壓下的擊穿特性。氣隙擊穿取決于兩個(gè)因素作用電壓U作用時(shí)間tbUtbUtb同樣擊穿因此沖擊擊穿特性必須用兩者來(lái)綜合表達(dá)！保持沖擊電壓波形不變，逐級(jí)升高電壓使氣隙發(fā)生擊穿，記錄擊穿電壓波形，讀取擊穿電壓值U與擊穿時(shí)間t當(dāng)擊穿發(fā)生在波前時(shí)，U與t均取擊穿時(shí)的值；當(dāng)擊穿發(fā)生在波尾時(shí)，U取波峰值，t取擊穿值四.伏秒特性2.伏秒特性的形狀均勻或稍不均勻電場(chǎng)：

形狀較為陡峭，分散性較大由于放電時(shí)間具有分散性，所以在每級(jí)電壓下可得到一系列放電時(shí)間。實(shí)際上伏秒特性是以上、下包線為界的一個(gè)帶狀區(qū)域

形狀較為平坦，分散性較小極不均勻電場(chǎng)：四.伏秒特性四.伏秒特性3.伏秒特性的意義1）能全面反映間隙的沖擊擊穿特性2）電力系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)中絕緣配合的依據(jù)4.對(duì)絕緣配合的要求1）保護(hù)設(shè)備絕緣的伏秒特性曲線的上包線始終低于被保護(hù)設(shè)備的伏秒特性曲線的下包線2）保護(hù)設(shè)備絕緣的伏秒特性曲線應(yīng)平坦一些，即采用電場(chǎng)比較均勻的絕緣結(jié)構(gòu)t2t1S2S1S2t1t2S1：變壓器S2：避雷器s1第五部分不同電壓形式下氣隙的擊穿電壓不同電壓形式下的氣體擊穿特性1.均勻電場(chǎng)中（無(wú)極性效應(yīng)）在不同形式電壓下，其擊穿電壓相同（沖擊系數(shù)β等于1），分散性很小在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下，均勻電場(chǎng)中空氣的電氣強(qiáng)度約為30kV/cm五.不同電壓形式下氣隙的擊穿電壓2.稍不均勻電場(chǎng)中（有弱極性效應(yīng)）與均勻電場(chǎng)類(lèi)似，但在電場(chǎng)不對(duì)稱(chēng)時(shí)，有較弱的極性效應(yīng)，且與極不均勻電場(chǎng)中的極性效應(yīng)相反五.不同電壓形式下氣隙的擊穿電壓3.極不均勻電場(chǎng)中（1）直流電壓下（有極性效應(yīng)）同樣間隙距離下不同間隙類(lèi)型的擊穿電壓比較：負(fù)棒—正板>棒—棒>正棒—負(fù)板五.不同電壓形式下氣隙的擊穿電壓（2）工頻電壓下（有極性效應(yīng)）3.極不均勻電場(chǎng)中棒—板間隙的擊穿總是在棒極性為正、電壓達(dá)峰值時(shí)發(fā)生。擊穿電壓峰值稍低于直流擊穿電壓五.不同電壓形式下氣隙的擊穿電壓3.極不均勻電場(chǎng)中（3）雷電沖擊電壓下（有極性效應(yīng)）長(zhǎng)間隙時(shí)擊穿電壓與氣隙距離呈線性關(guān)系五.不同電壓形式下氣隙的擊穿電壓3.極不均勻電場(chǎng)中（4）操作沖擊電壓下（有極性效應(yīng)）長(zhǎng)間隙時(shí)呈現(xiàn)“飽和”效應(yīng)和“U”型關(guān)系對(duì)≥330KV超高壓系統(tǒng)的絕緣設(shè)計(jì)起主要的決定作用五.不同電壓形式下氣隙的擊穿電壓高電壓技術(shù)—大氣條件對(duì)空氣擊穿電壓的影響目錄一、大氣條件及對(duì)空氣擊穿電壓的影響二、不同大氣條件下空氣擊穿電壓的換算大氣條件及對(duì)擊穿電壓的影響知曉氣壓、溫度、濕度對(duì)擊穿電壓的影響目標(biāo)知道標(biāo)準(zhǔn)的大氣條件參數(shù)、領(lǐng)會(huì)記錄校正大氣條件的意義知曉海拔高度對(duì)擊穿電壓的影響大氣條件及對(duì)擊穿電壓的影響目標(biāo)培養(yǎng)正確的科學(xué)精神與世界觀樹(shù)立“四個(gè)自信”，激發(fā)家國(guó)情懷能科普電力工程中的一些做法大國(guó)工匠與時(shí)代楷模精神大氣條件及對(duì)擊穿電壓的影響

1.課前觀看《超級(jí)電網(wǎng)》視頻及思考大氣條件及對(duì)擊穿電壓的影響想一想：大氣條件有哪些基本狀態(tài)參數(shù)？(壓力、溫度與濕度)猜一猜：不同的壓力、溫度與濕度，對(duì)電網(wǎng)的設(shè)計(jì)、建設(shè)及運(yùn)行有無(wú)影響？若有，主要是哪方面的影響？頭腦風(fēng)暴：同樣電壓等級(jí)的輸電線路，高原地區(qū)與平原地區(qū)的占用空間會(huì)一樣大嗎？（A）一樣大（B）高原大（C）平原大大氣條件及對(duì)擊穿電壓的影響

2.課中大氣條件及對(duì)擊穿電壓的影響

一、大氣條件及對(duì)擊穿電壓的影響大氣條件及對(duì)擊穿電壓的影響1.我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)成就的偉大舉措充分證明美國(guó)、加拿大這樣的西方國(guó)家的電網(wǎng)企業(yè)僅考慮經(jīng)濟(jì)價(jià)值，而我國(guó)作為社會(huì)主義國(guó)家，偏遠(yuǎn)地區(qū)人民和發(fā)達(dá)地區(qū)擁有同等的用電權(quán)（社會(huì)服務(wù)價(jià)值）！2.只有我國(guó)的國(guó)家體制才能成功實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)扶貧、共同富裕！3.藏中聯(lián)網(wǎng)工程這一舉措充分說(shuō)明中國(guó)特色社會(huì)主義體制的優(yōu)越性：四個(gè)自信（道路自信、理論自信、制度自信和文化自信）

！

看完課前視頻后，你的第一念頭或感悟？一.大氣條件及對(duì)擊穿電壓的影響p0——標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的氣壓（101.3kPa）t0——標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的溫度（20℃）h0——標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的濕度（11g/m3）大氣條件的基本參數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)一.大氣條件及對(duì)擊穿電壓的影響1.氣壓、溫度對(duì)擊穿電壓的影響P↑

↑Ub↑t↓

p——實(shí)際大氣條件下的氣壓，kPa;t——實(shí)際大氣條件下的溫度，℃;p0——標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的氣壓(101.3kPa);t0——標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的溫度(20℃)。2.濕度對(duì)擊穿電壓的影響結(jié)論：在極不均勻電場(chǎng)中,濕度增大后，氣隙擊穿電壓隨之提高?。ɡ碚撆c實(shí)驗(yàn)均表明）是否很意外？反直覺(jué)？現(xiàn)實(shí)不是你所見(jiàn)！——科學(xué)是形而上（抽象與演繹）后的形而下（實(shí)驗(yàn)與歸納），科學(xué)是假設(shè)后的驗(yàn)證，要達(dá)到驗(yàn)證結(jié)果的統(tǒng)一性、普遍性與可重復(fù)性。Why(難點(diǎn))可想象在一個(gè)有粉塵的教室里打掃衛(wèi)生...3.海拔高度對(duì)擊穿電壓的影響海拔高度H↑P↓↓Ub↓在海拔1000-4000m的范圍內(nèi)，海拔每升高100m，空氣的絕緣強(qiáng)度約下降1%GB311.1-1997規(guī)定，對(duì)擬用于高海拔地區(qū)的外絕緣設(shè)備，在非高海拔地區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，其試驗(yàn)電壓U應(yīng)為U=KaU03.海拔高度對(duì)擊穿電壓的影響

二、不同大氣條件下空氣擊穿電壓的換算不同大氣條件下空氣擊穿電壓的換算同一氣隙的擊穿電壓，在不同的大氣壓力、溫度與濕度條件下，也有所不同。假設(shè)在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的擊穿電壓為U0，則不同的大氣條件下的校正公式：Kd——空氣相對(duì)密度校正系數(shù);Kh——空氣濕度校正系數(shù)不同大氣條件下空氣擊穿電壓的換算p——實(shí)際大氣條件下的氣壓，kPa;t——實(shí)際大氣條件下的溫度，℃;p0——標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的氣壓(101.3kPa);t0——標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的溫度(20℃)。參數(shù)Kd及Kh的求取不同大氣條件下空氣擊穿電壓的換算m值、w值和K值可以從以下兩圖中求取不同大氣條件下空氣擊穿電壓的換算現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)設(shè)備不同大氣條件下空氣擊穿電壓的換算現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)設(shè)備不同大氣條件下空氣擊穿電壓的換算對(duì)于按照高度超過(guò)1000m，低于4000m氣隙，其擊穿電壓U應(yīng)按規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的試驗(yàn)電壓乘以系數(shù)kaH——安裝地點(diǎn)的海拔高度，m。不同大氣條件下空氣擊穿電壓的換算這就帶來(lái)了另一個(gè)問(wèn)題，高等級(jí)意味著工程材料的幾何數(shù)增長(zhǎng)和翻倍，僅工程物料就超過(guò)100萬(wàn)噸，相當(dāng)于10艘世界最大的航母及其10000架艦載機(jī)滿載的總重量。而狹窄險(xiǎn)峻的318國(guó)道重型物資的有效通行時(shí)間只有短短兩個(gè)月的夏季窗口，不少路段只能單邊通行。山體滑坡、路基塌陷更是家常便飯。要把100萬(wàn)噸的工程物料在有限的時(shí)間窗口內(nèi)安全送上高原，這個(gè)運(yùn)輸過(guò)程的本身就是一次巨大的挑戰(zhàn)。請(qǐng)問(wèn)：藏中電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)工程所有的設(shè)計(jì)施工調(diào)試人員偉大不偉大？名副其實(shí)的大國(guó)工匠?。。r(shí)代楷模?。?！不同大氣條件下空氣擊穿電壓的換算3.課后

1.本節(jié)課堂反思2.下節(jié)課程預(yù)習(xí)220kV復(fù)合外套避雷器環(huán)形電極國(guó)產(chǎn)1000kV套管雙環(huán)形屏蔽電極國(guó)產(chǎn)1000kV套管雙環(huán)形屏蔽電極國(guó)產(chǎn)1200kV沖擊電壓發(fā)生器花格預(yù)習(xí)——如何提高氣體擊穿電壓?高壓套管預(yù)習(xí)——如何提高氣體擊穿電壓?10kV真空斷路器預(yù)習(xí)——如何提高氣體擊穿電壓?氣體（SF6）絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備預(yù)習(xí)——如何提高氣體擊穿電壓?高電壓技術(shù)—提高氣體擊穿電壓的措施影響氣體擊穿電壓的因素1目錄CONTENTS提高氣隙擊穿電壓的措施2提高氣體擊穿電壓的措施了解原子的結(jié)構(gòu)及電離的概念學(xué)習(xí)目標(biāo)能學(xué)以致用，解釋電力工程中的許多做法掌握并靈活應(yīng)用改善電場(chǎng)分布的具體措施掌握并靈活應(yīng)用削弱氣體電離過(guò)程的具體措施知曉提高氣體擊穿電壓的兩個(gè)途徑01影響氣體擊穿電壓的因素不均勻電場(chǎng)的氣隙平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)遠(yuǎn)低于均勻電場(chǎng)的平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)。1.電場(chǎng)形式（電場(chǎng)均勻程度）一.影響氣體擊穿電壓的因素一.影響氣體擊穿電壓的因素2.電壓波形一是要有足夠高的外施電壓，二是要有充分的電壓作用時(shí)間。電壓波形不同，施加在氣體間隙上的作用時(shí)間不同，氣隙擊穿電壓幅值也不同。一.影響氣體擊穿電壓的因素2.電壓波形一是要有足夠高的外施電壓，二是要有充分的電壓作用時(shí)間。電壓波形不同，施加在氣體間隙上的作用時(shí)間不同，氣隙擊穿電壓幅值也不同。一.影響氣體擊穿電壓的因素2.氣體的性質(zhì)和狀態(tài)相同條件下，不同的氣體其絕緣特性一般是不相同的。對(duì)于同一種氣體介質(zhì)，不同狀態(tài)下，其電氣強(qiáng)度也是不一樣的。02提高氣隙擊穿電壓的措施二.提高氣體擊穿電壓的措施途徑一是改善電場(chǎng)分布，使之盡量均勻二是削弱氣隙中的游離過(guò)程二.提高氣體擊穿電壓的措施1.改善電場(chǎng)分布，使之盡量均勻1）改變電極形狀最常用的方法是增大曲率半徑。如在變壓器套管端部加球形屏蔽罩，避雷器端部加環(huán)形屏蔽罩等。另外，還要改善電氣設(shè)備電極的表面及其邊緣狀況，應(yīng)盡量光滑，盡量避免毛刺及棱角等。220kV復(fù)合外套避雷器環(huán)形電極國(guó)產(chǎn)1000kV套管雙環(huán)形屏蔽電極國(guó)產(chǎn)1000kV套管雙環(huán)形屏蔽電極國(guó)產(chǎn)1200kV沖擊電壓發(fā)生器花格特高壓分裂導(dǎo)線1）改變電極形狀1.改善電場(chǎng)分布，使之盡量均勻均壓環(huán)與分裂導(dǎo)線1）改變電極形狀1.改善電場(chǎng)分布，使之盡量均勻500kV管型母線與避雷器均壓環(huán)1）改變電極形狀1.改善電場(chǎng)分布，使之盡量均勻高壓套管1）改變電極形狀1.改善電場(chǎng)分布，使之盡量均勻“細(xì)線效應(yīng)”就是當(dāng)導(dǎo)線直徑減小到一定程度后，氣隙的工頻擊穿電壓反而會(huì)隨導(dǎo)線直徑的減小而提高。因?yàn)榧?xì)線周?chē)l(fā)生了電暈放電，細(xì)線周?chē)木鶆蚩臻g電荷層相當(dāng)于擴(kuò)大了細(xì)線的等效半徑，從而改善了氣隙中的電場(chǎng)分布。2）細(xì)線效應(yīng)1.改善電場(chǎng)分布，使之盡量均勻3）采用絕緣屏障+電極d1屏障-電極無(wú)屏障有屏障屏障布置圖在氣隙中加入絕緣屏障后，屏障阻止了正離子的運(yùn)動(dòng)，使正離子聚集在屏障向著棒的一面，且由于同性電荷相互排斥，使其比較均勻地分布在屏障上，從而在屏障前方形成了比較均勻的電場(chǎng)，改善了整個(gè)間隙中的電場(chǎng)分布。1.改善電場(chǎng)分布，使之盡量均勻2.削弱氣體的游離過(guò)程1)采用高氣壓2)采用高真空3)采用高電氣強(qiáng)度SF6氣體高電壓技術(shù)—沿面放電沿面放電的一般物理過(guò)程1

懸式絕緣子串的電壓分布2絕緣子的污閃及防范措施4絕緣子的干閃與濕閃3沿面放電了解原子的結(jié)構(gòu)及電離的概念學(xué)習(xí)目標(biāo)熟悉外絕緣電氣性能指標(biāo)：干閃濕閃污閃知曉電力系統(tǒng)絕緣事故的放電性質(zhì)統(tǒng)計(jì)了解均勻電場(chǎng)中的沿面放電機(jī)理（Uf<Ub的原因）了解懸式絕緣子中的沿面放電并掌握提高Uf措施知曉內(nèi)絕緣與外絕緣，擊穿與閃絡(luò)的區(qū)別（概念）明白污閃的條件及污閃的危害性了解附鹽等值密度及爬電比距的概念了解高壓套管中的沿面放電并掌握提高Uf措施了解支柱絕緣子中的沿面放電并掌握提高Uf措施熟練掌握提高污閃電壓的措施擊穿閃絡(luò)：沿著固體表面的氣體放電（沿面放電）：?jiǎn)我粴怏w間隙的絕緣被破壞放電形式《高電壓技術(shù)》林建軍編寫(xiě)0.沿面放電概述電力系統(tǒng)中的絕緣事故大多表現(xiàn)為閃絡(luò)形式極間距相同時(shí)擊穿電壓(Ub)與閃絡(luò)電壓(Uf)比較Uf<Ub,氣體<Ub,固體沿面放電概述01沿面放電的一般物理過(guò)程一.沿面放電的一般物理過(guò)程1.均勻電場(chǎng)氣隙的擊穿總是發(fā)生在固體介質(zhì)的表面，且Uf<Ub，這是因?yàn)椋ā铮?）固體介質(zhì)表面不光滑→電場(chǎng)不均勻→Eb↓（2）固體介質(zhì)表面吸潮→水分中的離子向兩極移動(dòng)→電場(chǎng)畸變→Eb↓（3）固體介質(zhì)與電極接觸存在小氣隙→氣隙先游離→局部放電→電場(chǎng)畸變→Eb↓思考:如何解釋下