高电压技术一PPT课件

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1、高电压技术第一讲1第一篇第一篇 电介质的电气强度电介质的电气强度电介质电介质（dielectric ）在电气设备中作）在电气设备中作为为绝缘材料绝缘材料使用。使用。 电气强度电气强度表征电介质耐受电压作用的能力。表征电介质耐受电压作用的能力。 均匀电场中击穿电压均匀电场中击穿电压Ub与间隙距离之比称为与间隙距离之比称为击穿场强击穿场强Eb。我们把均匀电场中气隙的击穿场强我们把均匀电场中气隙的击穿场强Eb称为气体的电气强度。称为气体的电气强度。 空气在标准状态下的电气强度为空气在标准状态下的电气强度为30kV/cm; 注意注意：不能把不均匀场中气隙：不能把不均匀场中气隙Ub与间隙距离之比称为气与

2、间隙距离之比称为气体的电气强度，通常称之为体的电气强度，通常称之为平均击穿场强平均击穿场强。 击穿电压击穿电压：电介质击穿时的最低临界电压。：电介质击穿时的最低临界电压。 击穿场强击穿场强是表征气体间隙绝缘性能的重要参数。是表征气体间隙绝缘性能的重要参数。高电压技术第一讲21 1、电介质的分类、电介质的分类 按按物质形态物质形态分：分：气体气体电介质电介质液体液体电介质电介质固体固体电介质电介质 其中其中气体气体最常见。气体介质同其它介质相比，具有最常见。气体介质同其它介质相比，具有在在击穿后完全的绝缘自恢复击穿后完全的绝缘自恢复特性，故应用十分广泛。特性，故应用十分广泛。 按在电气设备中按在

3、电气设备中所处位置所处位置分：分： 外绝缘外绝缘： 一般由一般由气体介质（空气）气体介质（空气）和和固体介质（绝缘子）固体介质（绝缘子）联合构成。联合构成。 内绝缘内绝缘： 一般由一般由固体介质固体介质和和液体介质液体介质联合构成。联合构成。高电压技术第一讲3 2 2、在电场的作用下，电介质中出现的电气现象：、在电场的作用下，电介质中出现的电气现象： 弱电场弱电场电场强度比击穿场强小得多电场强度比击穿场强小得多 如：极化、电导、介质损耗等。如：极化、电导、介质损耗等。 强电场强电场电场强度等于或大于放电起始场电场强度等于或大于放电起始场强或击穿场强强或击穿场强： 如：放电、闪络、击穿等。如：放

4、电、闪络、击穿等。 强电场下的放电、闪络、击穿等电气现象是强电场下的放电、闪络、击穿等电气现象是我们本篇所要研究的主要内容。我们本篇所要研究的主要内容。高电压技术第一讲43 3、几个基本概念、几个基本概念 放电放电：特指气体绝缘的击穿过程。：特指气体绝缘的击穿过程。 击穿击穿：在电场的作用下，电介质由绝缘状态突变为：在电场的作用下，电介质由绝缘状态突变为良导电状态的过程。良导电状态的过程。 闪络闪络：击穿发生在气体与液体、气体与固体交界面上：击穿发生在气体与液体、气体与固体交界面上的放电现象。的放电现象。 工程上将工程上将击穿击穿和和闪络闪络统称为统称为放电放电。 击穿、放电、闪络击穿、放电、

5、闪络都是在一定的电压作用下电都是在一定的电压作用下电介质的绝缘性能被破坏的过程。介质的绝缘性能被破坏的过程。高电压技术第一讲54 4、本篇的主要内容、本篇的主要内容 第一章、气体放电的基本物理过程第一章、气体放电的基本物理过程 第二章、气体介质的电气强度第二章、气体介质的电气强度 第三章、液体和固体介质的电气特性第三章、液体和固体介质的电气特性 高电压技术第一讲8电气设备中电气设备中常用常用的气体介质的气体介质 ： 空气空气、压缩的高电气强度气体（如、压缩的高电气强度气体（如SFSF6 6） 纯净的纯净的、中性状态中性状态的气体是的气体是不导电不导电的，只有气体中出现的，只有气体中出现了了带电

6、粒子带电粒子（电子、正离子、负离子）后，才可能导电，（电子、正离子、负离子）后，才可能导电，并在电场作用下发展成各种形式的并在电场作用下发展成各种形式的气体放电现象气体放电现象。 第一章第一章 气体放电的基本物理过程气体放电的基本物理过程 辉光放电 气压较低，电气压较低，电源功率很小时，放源功率很小时，放电充满整个间隙。电充满整个间隙。 电弧放电 大气压力下，大气压力下，电源功率较大时，电源功率较大时，放电具有明亮、放电具有明亮、持续的细致通道。持续的细致通道。火花放电（雷闪） 大气压力下。电大气压力下。电源功率较小时，间源功率较小时，间隙间歇性击穿，放隙间歇性击穿，放电通道细而明亮。电通道细

7、而明亮。 因因气体压力、电源功率、电极形状气体压力、电源功率、电极形状等因素的影响，放电具有多种形式等因素的影响，放电具有多种形式 电晕放电 极不均匀电极不均匀电场，高电场强度场，高电场强度电极附近出现发电极附近出现发光薄层。光薄层。第一章第一章 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技术第一讲9（2 2）本章主要内容）本章主要内容 1.1 1.1 带电粒子的产生和消失带电粒子的产生和消失 1.2 1.2 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程 1.3 1.3 不均匀电场中的放电过程不均匀电场中的放电过程 1.4 1.4 冲击电压下气隙的击穿特性冲击电压下气隙的击

8、穿特性 1.5 1.5 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故 第一章第一章 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技术第一讲101.1.1 1.1.1 带电粒子在气体中的运动带电粒子在气体中的运动 (1) (1) 自由行程长度自由行程长度运动引起的碰撞运动引起的碰撞 (2) (2) 带电粒子的迁移率带电粒子的迁移率沿电场方向漂移沿电场方向漂移 (3) (3) 扩散扩散与粒子浓度有关与粒子浓度有关第一节第一节 带电粒子的产生和消失带电粒子的产生和消失第一章第一章 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技术第一讲11 ( (1)1)自由行程长度自由行程长度 1 1）带带电电

9、粒粒子子在在电电场场中中的的运运动形式：动形式： 当当气气体体中中存存在在电电场场时时，带带电电粒粒子子进进行行热热运运动动和和沿沿电电场场定定向向运运动动（如图（如图1-11-1所示）所示）第一节第一节 带电粒子的产生和消失带电粒子的产生和消失第一章第一章 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技术第一讲12 2 2）自由行程长度和自由行程长度和平均自由行程长度平均自由行程长度 粒粒子子从从这这次次碰碰撞撞到到下下次次碰碰撞撞之之间间所所走走过过的的距距离离称称为为自由行程长度自由行程长度。 自自由由行行程程长长度度是是随随机机值值，具具有有分分散散性性，所所以以我我们们引入引入

10、平均值平均值的概念。的概念。 平均自由行程长度：平均自由行程长度： 单单位位行行程程中中的的碰碰撞撞次次数数Z Z的的倒倒数数即即为为该该粒粒子子的的平平均自由行程长度均自由行程长度。第一节第一节 带电粒子的产生和消失带电粒子的产生和消失第一章第一章 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技术第一讲13 粒子的自由行程等于或大于某一距离粒子的自由行程等于或大于某一距离x x的概率为：的概率为： ：粒子平均自由行程长度：粒子平均自由行程长度 令令x=x=，可见粒子实际自由行程长度大于或等，可见粒子实际自由行程长度大于或等于平均自由行程长度的概率是于平均自由行程长度的概率是36.8%3

11、6.8%。 由气体动力学可知，电子平均自由行程长度由气体动力学可知，电子平均自由行程长度 式中：式中： r r：气体分子半径气体分子半径 N N：气体分子密度气体分子密度第一节第一节 带电粒子的产生和消失带电粒子的产生和消失第一章第一章 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技术第一讲14 由于由于 代入上式得到：代入上式得到： 式中：式中： P P：气压：气压 T T：气温：气温 k k：波尔兹曼常数：波尔兹曼常数 大气压和常温下平均自由行程长度数量级为大气压和常温下平均自由行程长度数量级为1010-5-5cmcm 3 3）定性分析：）定性分析：第一节第一节 带电粒子的产生和消失

12、带电粒子的产生和消失第一章第一章 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技术第一讲15(2)(2)带电粒子的迁移率带电粒子的迁移率 1 1）迁移率的定义）迁移率的定义 迁移率迁移率表示单位场强下（表示单位场强下（1V/m)1V/m)带电粒子沿电场方带电粒子沿电场方向的漂移速度。向的漂移速度。 2 2）定性分析：）定性分析： 电子的平均自由行程长度比离子大得多电子的平均自由行程长度比离子大得多 而电子的质量比离子小得多而电子的质量比离子小得多 结论：电子更易加速，电子的迁移率远大于离结论：电子更易加速，电子的迁移率远大于离子。子。第一节第一节 带电粒子的产生和消失带电粒子的产生和消失

13、第一章第一章 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技术第一讲16(3) (3) 扩散扩散1 1）扩散的定义：）扩散的定义： 热运动中，粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小热运动中，粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小的区域，从而使分布均匀化，这种过程称为的区域，从而使分布均匀化，这种过程称为扩散扩散。 2 2）定性分析：）定性分析： 气压越低，气压越低， 温度越高，扩散越快温度越高，扩散越快。 结论：结论：电子的热运动速度大、自由行程长度大，所以电子的热运动速度大、自由行程长度大，所以其扩散速度比离子快得多。其扩散速度比离子快得多。第一节第一节 带电粒子的产生和消失带电粒子的产生和消

14、失第一章第一章 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技术第一讲171.1.2 1.1.2 带电粒子的产生带电粒子的产生 (1)(1)原子的电离和激励原子的电离和激励 (2) (2) 电离的四种形式电离的四种形式 按引起电离的外部能量形式不同，分为：按引起电离的外部能量形式不同，分为： 1 1）光电离）光电离 2 2）热电离）热电离 3 3）碰撞电离）碰撞电离 4 4）电极表面电离）电极表面电离 第一节第一节 带电粒子的产生和消失带电粒子的产生和消失第一章第一章 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技术第一讲18(1) (1) 原子的电离和激励原子的电离和激励第一节第

15、一节 带电粒子的产生和消失带电粒子的产生和消失第一章第一章 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技术第一讲19(1)(1)原子的电离和激励原子的电离和激励原子的激励原子的激励l 当原子获得外部能量（电场、高温等）当原子获得外部能量（电场、高温等） ，一个或若，一个或若干个电子有可能转移到离核较远的轨道上去，该现象干个电子有可能转移到离核较远的轨道上去，该现象称为称为激励激励。l 激励能（激励能（We，电子伏，电子伏eV）原子的电离原子的电离l 原子在外界因素作用下，使其一个或几个电子脱离原原子在外界因素作用下，使其一个或几个电子脱离原子核的束缚，而形成自由电子和正离子的过程称为子

16、核的束缚，而形成自由电子和正离子的过程称为电电离离。l 电离能（电离能（Wi，电子伏，电子伏eV ）第一节第一节 带电粒子的产生和消失带电粒子的产生和消失第一章第一章 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技术第一讲20u电子要脱离原子核的束缚成为自由电电子要脱离原子核的束缚成为自由电子子,则必须给予其则必须给予其能量能量。能量来源的不。能量来源的不同带电粒子产生的方式就不同。同带电粒子产生的方式就不同。u因此，根据电子因此，根据电子获得能量方式获得能量方式的不同，的不同，带电粒子产生的方式可分为以下几种。带电粒子产生的方式可分为以下几种。第一节第一节 带电粒子的产生和消失带电粒子

17、的产生和消失(2)(2)电离的四种形式电离的四种形式第一章第一章 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技术第一讲211）光电离）光电离定义：定义：由由光辐射光辐射引起气体分子电离的过程，称为光电离。引起气体分子电离的过程，称为光电离。 条件：条件：当满足以下条件时，产生光电离：当满足以下条件时，产生光电离： 光子来源：外界高能辐射线；气体放电本身光子来源：外界高能辐射线；气体放电本身u紫外线、宇宙射线、紫外线、宇宙射线、x射线等；射线等；u异号带电粒子复合成中性粒子释放出光子；异号带电粒子复合成中性粒子释放出光子；u激励态分子回复到正常态释放出光子激励态分子回复到正常态释放出光子

18、第一节第一节 带电粒子的产生和消失带电粒子的产生和消失第一章第一章 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技术第一讲222 2）热电离）热电离定义：定义：气体分子气体分子高热状态高热状态引起的引起的碰撞碰撞导致电离过程，称为热电离。导致电离过程，称为热电离。条件：条件：常温下，气体分子发生热电离的概率极小。常温下，气体分子发生热电离的概率极小。 气体中发生电离的分子数与总分子数的比值气体中发生电离的分子数与总分子数的比值m m称为该气体的称为该气体的电电离度离度。 下图为空气的电离度下图为空气的电离度m m与温度与温度T T的关系：的关系： 由图所示：由图所示： 当当T 10T 1

19、04 4K K时，才需考虑热电离；时，才需考虑热电离； 当当T 2*10T 2*104 4K K 时，几乎全部的分子都处于热电离状态时，几乎全部的分子都处于热电离状态 第一节第一节 带电粒子的产生和消失带电粒子的产生和消失第一章第一章 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技术第一讲233 3）碰撞电离）碰撞电离 定义：定义：电子或离子与气体分子电子或离子与气体分子碰撞碰撞，将电场能传递给气体分，将电场能传递给气体分子引起的电离。子引起的电离。它是气体中产生带电粒子的最重要的方式，它是气体中产生带电粒子的最重要的方式，主要主要是由是由电子电子完成。完成。 条件：条件：电子获得加速后

20、和气体分子碰撞时，把动能传给后者，电子获得加速后和气体分子碰撞时，把动能传给后者，如果动能大于或等于气体分子的电离能如果动能大于或等于气体分子的电离能W Wi i，该电子就有足够的能，该电子就有足够的能量完成碰撞电离。碰撞电离时应满足以下条件：量完成碰撞电离。碰撞电离时应满足以下条件： X Xi i表示电子为表示电子为造成碰撞电离而必须飞越的最小距离造成碰撞电离而必须飞越的最小距离。它的大。它的大小取决于场强小取决于场强E E，增大气体中的场强将使，增大气体中的场强将使X Xi i值减少。可见值减少。可见提高外加提高外加电压将使碰撞电离的概率和强度增大电压将使碰撞电离的概率和强度增大。第一节第

21、一节 带电粒子的产生和消失带电粒子的产生和消失因素：因素： 外电场强弱；外电场强弱； 能量的积累（移动距离的大小）。能量的积累（移动距离的大小）。第一章第一章 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技术第一讲244 4）电极表面的电离）电极表面的电离定义：定义：金属阴极表面金属阴极表面发射电子的过程。发射电子的过程。逸出功逸出功：从金属电极表面逸出电子所需要的能量。：从金属电极表面逸出电子所需要的能量。 由于由于逸出功逸出功电离能电离能，因此阴极表面电离可在下列情，因此阴极表面电离可在下列情况下发生：况下发生：正离子撞击阴极表面正离子撞击阴极表面 光电子发射光电子发射 热电子发射热

22、电子发射 强场发射强场发射 光电离、热电离和碰撞电离均为光电离、热电离和碰撞电离均为空间电离空间电离，而电，而电极表面电离为极表面电离为表面电离表面电离，它们均，它们均有利于有利于电离过程。电离过程。第一节第一节 带电粒子的产生和消失带电粒子的产生和消失第一章第一章 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技术第一讲25附附 着着： 当电子与气体分子碰撞时，不但有可能引起碰撞电离当电子与气体分子碰撞时，不但有可能引起碰撞电离而产生出正离子和新电子，而且也可能会发生而产生出正离子和新电子，而且也可能会发生电子与中性电子与中性分子相结合分子相结合形成形成负离子负离子的情况。的情况。负离子

23、产生的作用负离子产生的作用 负离子的形成并未使气体中带电粒子的数目改变，但负离子的形成并未使气体中带电粒子的数目改变，但却能却能使自由电子数减少使自由电子数减少，因而对气体放电的发展起，因而对气体放电的发展起抑制抑制作作用。用。 电负性气体电负性气体氧氧/ /氟氟/ /氯等氯等SF6SF6 1.1.3 1.1.3 负离子的产生负离子的产生第一节第一节 带电粒子的产生和消失带电粒子的产生和消失第一章第一章 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技术第一讲261.1.4 1.1.4 带电粒子的消失带电粒子的消失带电粒子的消失可能有以下几种情况：带电粒子的消失可能有以下几种情况：带电粒子

24、在电场的驱动下做定向运动，在到达电极时，带电粒子在电场的驱动下做定向运动，在到达电极时，消失于电极上消失于电极上而形成外电路中的电流；而形成外电路中的电流； 带电粒子因带电粒子因扩散扩散而逸出气体放电空间；而逸出气体放电空间； 带电粒子的带电粒子的复合复合。 复合复合：当气体中带异号电荷的粒子相遇时，有可能发生：当气体中带异号电荷的粒子相遇时，有可能发生电荷的电荷的传递与中和传递与中和现象。现象。电离的逆过程电离的逆过程u复合过程要复合过程要阻碍放电的发展阻碍放电的发展，但在一定条件下又可因复合时的光辐，但在一定条件下又可因复合时的光辐射加剧放电的发展。射加剧放电的发展。u放电过程中的复合绝大

25、多数是放电过程中的复合绝大多数是正、负离子正、负离子之间的复合，参加复合的之间的复合，参加复合的电子绝大多数是先形成负离子再与正离子复合。电子绝大多数是先形成负离子再与正离子复合。第一节第一节 带电粒子的产生和消失带电粒子的产生和消失第一章第一章 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技术第一讲27本节内容小结本节内容小结第一节第一节 带电粒子的产生和消失带电粒子的产生和消失1.气体间隙中带电粒子的产生和消失是气体放电的一对气体间隙中带电粒子的产生和消失是气体放电的一对基本矛盾，基本矛盾，气体放电的发展和终止取决于这两个过程气体放电的发展和终止取决于这两个过程谁占主导地位谁占主导地

26、位。2.气体中带电粒子的产生形式可以分为气体中带电粒子的产生形式可以分为空间电离空间电离和和表面表面电离电离。它们都与。它们都与外界供给的能量外界供给的能量有关，能量的形式主有关，能量的形式主要是要是电场能、光辐射和热能电场能、光辐射和热能，而能量的传递靠电子、，而能量的传递靠电子、光子或气体分子的热运动，其光子或气体分子的热运动，其传递的过程主要是碰撞传递的过程主要是碰撞，它是造成气体分子电离的有效过程。它是造成气体分子电离的有效过程。第一章第一章 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技术第一讲28气气体体放放电电发发展展过过程程光电离光电离热电离热电离碰撞电离碰撞电离空间电离

27、空间电离表面电离表面电离负离子的形成负离子的形成正离子碰撞阴极正离子碰撞阴极光电效应光电效应强场发射强场发射热电子发射热电子发射电场作用下气体中带电粒子的定向运动电场作用下气体中带电粒子的定向运动带电粒子的扩散带电粒子的扩散带电粒子的复合带电粒子的复合带电粒子产生带电粒子产生带电粒子消失带电粒子消失第一章第一章 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技术第一讲29第二节第二节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程u1、非自持放电和自持放电、非自持放电和自持放电u2、汤逊气体放电理论、汤逊气体放电理论u3、气体放电的流注理论、气体放电的流注理论第一章第一章 气体放

28、电的基本物理过程气体放电的基本物理过程高电压技术第一讲30 所谓均匀电场，就是在电场中，电场所谓均匀电场，就是在电场中，电场强度处处相等，如两个平行平板电极的电强度处处相等，如两个平行平板电极的电场（当然还要考虑边缘效应），如图所示场（当然还要考虑边缘效应），如图所示 什么是均匀电场？什么是均匀电场？平行平板电极的电场第二节第二节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程第一章第一章 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技术第一讲31u1、非自持放电和自持放电、非自持放电和自持放电第二节第二节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程图图1-3 气

29、体中电流和电压的关气体中电流和电压的关系系伏安特性曲线伏安特性曲线图图1-2 测定气体中电测定气体中电流的回路示意图流的回路示意图第一章第一章 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技术第一讲32当当U U UaUa 在在曲曲线OaOa段段，I I随随U U的的提提高高而而增增大大。而而且且电流流随随电压按正比增按正比增长。图图1-3 1-3 气体放电的伏安特性曲线气体放电的伏安特性曲线实验分析结果实验分析结果第一章第一章 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技术第一讲33当当UaUaU U UbUb 在曲线在曲线abab段，电流段，电流I I0 0趋趋向于向于饱和饱

30、和。 因因为这时外界外界电离因素离因素所所产生的生的带电粒子几乎能全粒子几乎能全部抵达部抵达电极，极，电流的大小电流的大小仅仅取决于电离因素的强弱（光取决于电离因素的强弱（光照射）而与所加电压无关。照射）而与所加电压无关。图图1-3 1-3 气体放电的伏安特性曲线气体放电的伏安特性曲线实验分析结果实验分析结果第一章第一章 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技术第一讲34当当UbUbU U UcUc 在曲线在曲线bcbc段，段，电流又开电流又开始随电压的升高而增大。电始随电压的升高而增大。电流随电压的增加按指数规律流随电压的增加按指数规律增长增长。但当外电离因素消失，。但当外电离

31、因素消失，电流会迅速降低，这是由于电流会迅速降低，这是由于气隙中出现了气隙中出现了碰撞电离碰撞电离和和电电子崩子崩。图图1-3 1-3 气体放电的伏安特性曲线气体放电的伏安特性曲线实验分析结果实验分析结果过程过程第一章第一章 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技术第一讲35当当UcUcU U U0U0 在曲线在曲线cScS段，当气隙上段，当气隙上所加电压大于所加电压大于UcUc时，实测时，实测I随随电压电压U的增大不再遵循指数的增大不再遵循指数规律，而是更快一些规律，而是更快一些。这时。这时又出现了促进放电的新因素，又出现了促进放电的新因素，这就是受这就是受正离子正离子的影响。

32、的影响。图图1-3 1-3 气体放电的伏安特性曲线气体放电的伏安特性曲线实验分析结果实验分析结果过程过程+ + 过程过程第一章第一章 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技术第一讲36当当U0U0U U 在在S点以后点以后，电压，电压U U0时，电流急剧增加，无需时，电流急剧增加，无需外电离因素（光照射）就能外电离因素（光照射）就能维持间隙的放电过程，进入维持间隙的放电过程，进入自持放电自持放电阶段。阶段。图图1-3 1-3 气体放电的伏安特性曲线气体放电的伏安特性曲线实验分析结果实验分析结果第一章第一章 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技术第一讲37 当当U

33、U U U0 0nOAOA段段：电电流流随随电电压压升升高高而而升高升高nABAB段段：电电流流仅仅取取决决于于外外电电离因素与电压无关离因素与电压无关nBSBS段段：电电压压升升高高电电流流增增强强但但仍仍靠靠外外电电离离维维持持 ( (非非自自持放电阶段持放电阶段) )当当U U U U0 0nS S点点后后：电电流流急急剧剧增增加加，只只靠靠外外加加电电压压就就能能维维持持( (自持放电阶段自持放电阶段) )图图1-3 1-3 气体放电的伏安特性曲线气体放电的伏安特性曲线实验分析结果实验分析结果第一章第一章 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技术第一讲38uu非自持放电非

34、自持放电非自持放电非自持放电: :如果取消如果取消外电离因素，气体的外电离因素，气体的放电过程就会停止，放电过程就会停止，那么电流也将消失。那么电流也将消失。这是依靠这是依靠外电离因素外电离因素和和外电场因素外电场因素共同作共同作用而维持的放电。用而维持的放电。图图1-3 1-3 气体放电的伏安特性曲线气体放电的伏安特性曲线uu自持放电自持放电自持放电自持放电: :气隙中电离气隙中电离过程只靠过程只靠外施电压外施电压已已能维持，不再需要外能维持，不再需要外电离因素。电离因素。非自持放电和自持放电非自持放电和自持放电非自持非自持放电与放电与自持放自持放电的分电的分界点界点第一章第一章 气体放电的

35、基本物理过程气体放电的基本物理过程高电压技术第一讲39u由非自持放电转入自持放电的电压称为由非自持放电转入自持放电的电压称为起始电压起始电压u如电场比较如电场比较均匀均匀，则间隙将被击穿，此后根据气，则间隙将被击穿，此后根据气压、外回路阻抗等条件形成压、外回路阻抗等条件形成辉光放电、火花放电辉光放电、火花放电或电弧放电或电弧放电，而起始电压，而起始电压U0也就是间隙的也就是间隙的击穿电击穿电击穿电击穿电压压压压U Ub bu如电场如电场极不均匀极不均匀，则当放电由非自持转入自持时，则当放电由非自持转入自持时，在小曲率半径电极表面电场集中的区域发生在小曲率半径电极表面电场集中的区域发生电晕电晕放

36、电放电，这时起始电压是间隙的，这时起始电压是间隙的电晕起始电压电晕起始电压电晕起始电压电晕起始电压，而，而击穿电压可能比起始电压高很多。击穿电压可能比起始电压高很多。起始电压起始电压U0第一章第一章 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技术第一讲40 气体放电的现象与发展规律与气体放电的现象与发展规律与气体种类气体种类、气压大小气压大小、气隙中的气隙中的电场型式电场型式、电源容量电源容量等一系列因素有关。等一系列因素有关。 但无论何种气体放电都一定有一个电子碰撞电离导致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电子崩的阶段，它在所加电压达到一定数值时出现。的阶段，它在所

37、加电压达到一定数值时出现。第二节第二节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程u2、汤逊气体放电理论、汤逊气体放电理论（1）过程过程u1）电子崩的形成）电子崩的形成 各种高能辐射线（外界电离因素）引起：各种高能辐射线（外界电离因素）引起：阴极表面光电离阴极表面光电离 气体中的空间光电离气体中的空间光电离 因此：气体中存在一定浓度的带电粒子。因此：气体中存在一定浓度的带电粒子。第一章第一章 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技术第一讲41电子崩的形成电子崩的形成 外界电离因素在阴极外界电离因素在阴极附近产生了一个初始电子，附近产生了一个初始电子，如果空间电场强度

38、足够大，如果空间电场强度足够大，该电子在向阳极运动时就会该电子在向阳极运动时就会引起碰撞电离，产生一个新引起碰撞电离，产生一个新的电子，初始电子和新电子的电子，初始电子和新电子继续向阳极运动，又会引起继续向阳极运动，又会引起新的碰撞电离，产生更多电新的碰撞电离，产生更多电子。子。 依此，电子将按照几何依此，电子将按照几何级数不断增多，类似雪崩似级数不断增多，类似雪崩似地发展，这种急剧增大的空地发展，这种急剧增大的空间电子流被称为间电子流被称为电子崩电子崩。电子数电子数目将按目将按2、4、82n的指数的指数规律增规律增长长为什么？为什么？(a) (a) 电子崩的形成电子崩的形成(b) (b) 带

39、电粒子在电子崩中的分布带电粒子在电子崩中的分布第一章第一章 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技术第一讲42第二节第二节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程u2、汤逊气体放电理论、汤逊气体放电理论（1）过程过程u2） 过程引起的电流过程引起的电流电子崩的发展过程也称为电子崩的发展过程也称为过程过程 -电子碰撞电离系数：电子碰撞电离系数：一一个个电电子子沿沿着着电电场场方方向向运运动动1cm的的行行程程中中所所完完成成的的碰碰撞撞电离次数平均值。电离次数平均值。 第一章第一章 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技术第一讲43过程过程 如图为平

40、板电极气隙，如图为平板电极气隙，板内电场均匀，设外界电板内电场均匀，设外界电离因子每秒钟使阴极表面离因子每秒钟使阴极表面发射出来的初始电子数为发射出来的初始电子数为n n0 0。 由于碰撞电离和电子崩由于碰撞电离和电子崩的结果，在它们到达的结果，在它们到达x x处时，处时，电子数已增加为电子数已增加为n n，这，这n n个个电子在电子在dxdx的距离中又会产的距离中又会产生生dndn个新电子。个新电子。均匀电场中的电子崩计算模型均匀电场中的电子崩计算模型第一章第一章 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技术第一讲44过程引起的电流过程引起的电流均匀电场中的电子崩计算模型均匀电场中

41、的电子崩计算模型根据根据的定义：的定义：表明：电子崩电流按指数规律随表明：电子崩电流按指数规律随极间距离极间距离d d 而增大。而增大。因为一旦除去外界电离因素因为一旦除去外界电离因素( (令令 ) )，放电就会停止。，放电就会停止。-非非自持放电阶段自持放电阶段仅有仅有过程不能维持放电的自持。过程不能维持放电的自持。第一章第一章 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技术第一讲45第二节第二节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程u2、汤逊气体放电理论、汤逊气体放电理论（1）过程过程u3） 的分析的分析设电子的平均自由行程为设电子的平均自由行程为e e，运动，

42、运动1cm1cm碰撞碰撞1/1/e e。但不是每次碰撞都引起电离，只有电子累积的动能但不是每次碰撞都引起电离，只有电子累积的动能大于分子电离能时，才产生电离，此时电子至少运动大于分子电离能时，才产生电离，此时电子至少运动的距离为的距离为根据第一节公式，实际自由行程长度等于或大于根据第一节公式，实际自由行程长度等于或大于XiXi概率为概率为第一章第一章 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技术第一讲46第二节第二节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程u2、汤逊气体放电理论、汤逊气体放电理论（1）过程过程u3） 的分析的分析根据碰撞电力系数根据碰撞电力系数的定义

43、的定义 ，即可得出：，即可得出：第一章第一章 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技术第一讲47第二节第二节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程u2、汤逊气体放电理论、汤逊气体放电理论（1）过程过程u3） 的分析的分析由第一节内容可知，电子的平均自由长度由第一节内容可知，电子的平均自由长度式中式中A A、B B是两个与气体种类有关的常数。是两个与气体种类有关的常数。可以看出：可以看出：电场强度电场强度E E增大增大时，时，急剧增大急剧增大；P P很大或很小很大或很小时，时，都比较小都比较小。所以，在所以，在高气压和高真空高气压和高真空下，气隙不易发生放电现象

44、，下，气隙不易发生放电现象，具有具有较高的电气强度较高的电气强度。第一章第一章 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技术第一讲48第二节第二节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程u2、汤逊气体放电理论、汤逊气体放电理论（1）过程过程u小结小结所有气体放电都有一个电子碰撞电离导致电子崩的所有气体放电都有一个电子碰撞电离导致电子崩的阶段；阶段；电子崩将产生急剧增大的空间电子流；电子崩将产生急剧增大的空间电子流；在高气压和高真空下，气隙不易发生放电现象。在高气压和高真空下，气隙不易发生放电现象。第一章第一章 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技术第

45、一讲49第二节第二节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程u2、汤逊气体放电理论、汤逊气体放电理论（2） 过程过程u正离子表面电离系数正离子表面电离系数 - -一个正离子在电场作用下由阳极向阴极运动，一个正离子在电场作用下由阳极向阴极运动，撞击阴极表面产生表面电离的电子数。撞击阴极表面产生表面电离的电子数。空间电离空间电离表面电离表面电离从阴极飞出从阴极飞出n n0 0个电子，到达阳极后，电子数将增加为：个电子，到达阳极后，电子数将增加为：正离子数：正离子数：正离子到达阴极，从阴极电离出的电子数：正离子到达阴极，从阴极电离出的电子数：第一章第一章 气体放电的基本物理过程气体

46、放电的基本物理过程高电压技术第一讲50第二节第二节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程u2、汤逊气体放电理论、汤逊气体放电理论（3）自持放电条件（击穿条件）自持放电条件（击穿条件） 其其物理意义物理意义：由外电离因素从阴极产生的一个电子消失在阳：由外电离因素从阴极产生的一个电子消失在阳极前，由极前，由过程形成的正离子数为：过程形成的正离子数为： 正正离离子子消消失失在在阴阴极极时时，由由过过程程（表表面面电电离离）在在阴阴极极上上释释放放出出二二次电子数，即次电子数，即如如果果 表表示示由由过过程程在在阴阴极极上上重重新新产产生生一一个个(或或更更多多)电电子子，此此时时

47、不不再再需需要要外外电电离离因因素素就就能能使使电电离离维维持持发发展展，即即转转入入自持放电。自持放电。 设设n0=1，放电由非自持转入自持的条件为：，放电由非自持转入自持的条件为：第一章第一章 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技术第一讲51第二节第二节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程u2、汤逊气体放电理论、汤逊气体放电理论（4） 过程和过程和过程同时引起的电流过程同时引起的电流若分母若分母 ，即使除去了外界电离因，即使除去了外界电离因素（素（I0=0I0=0），放电也能维持下去。），放电也能维持下去。因此因此过程和过程和过程同时作用过程同时作用，

48、能达到，能达到自持放电自持放电。第一章第一章 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技术第一讲52低气压、短气隙情况下气体的放电过程低气压、短气隙情况下气体的放电过程第一章第一章 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技术第一讲53表表 电极空间及气体间隙中电离发展过程电极空间及气体间隙中电离发展过程 个电子进入个电子进入 个电子进入个电子进入 个电子进入个电子进入：形成形成 个正离子个正离子形成形成 个正离子个正离子形成形成 个正离子个正离子：1 1个电子逸出个电子逸出 个电子逸出个电子逸出 个电子逸出个电子逸出：第第1 1周期周期第第2 2周期周期第第3 3周期周期

49、：阳极表面气体间隙中阴极表面第一章第一章 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技术第一讲54第二节第二节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程u2、汤逊气体放电理论、汤逊气体放电理论n电子碰撞电离电子碰撞电离是气体电离的是气体电离的主要原因主要原因；n正正离离子子碰碰撞撞阴阴极极表表面面使使阴阴极极表表面面逸逸出出电电子子是是维持气体放电的维持气体放电的必要条件必要条件。n阴阴极极逸逸出出电电子子能能否否接接替替起起始始电电子子的的作作用用是是自自持放电的判据持放电的判据。汤逊理论的主要内容汤逊理论的主要内容第一章第一章 气体放电的基本物理过程气体放电的基本物

50、理过程高电压技术第一讲55第二节第二节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程u2、汤逊气体放电理论、汤逊气体放电理论（5）击穿电压和巴申定律）击穿电压和巴申定律u均匀电场气体的击穿电压均匀电场气体的击穿电压Ub=自持放电电压自持放电电压U0u将将 代入代入 可推得：可推得：u这条曲线称为这条曲线称为巴申曲线。巴申曲线。第一章第一章 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技术第一讲56第二节第二节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程u2、汤逊气体放电理论、汤逊气体放电理论（5）击穿电压和巴申定律）击穿电压和巴申定律 左图给出了空气间隙的左图给

51、出了空气间隙的U Ub b与与pdpd的关系曲线。从图中可见，首先，的关系曲线。从图中可见，首先，U Ub b并不仅仅由并不仅仅由d d决定，而是决定，而是pdpd的函数；的函数；其次其次U Ub b不是单调函数，而是不是单调函数，而是U U型曲线，型曲线，有极小值有极小值。巴申定律：描述了气体的击穿电压巴申定律：描述了气体的击穿电压U Ub b与与pdpd的关系曲线（亦即的关系曲线（亦即U Ub b与与 的关系曲线）的关系曲线）（1 1）击穿电压不仅由间）击穿电压不仅由间隙距离隙距离d d决定，而且也是决定，而且也是pdpd的函数；的函数；（）击击穿穿电电压压不不是是pdpd的的单单调调函函

52、数数，而而是是U U曲曲线线，存存在在击击穿穿电电压压的的极极小值；小值；（3 3）不不同同气气体体，其其巴巴申申曲曲线线上上的的最最低低击击穿穿电电压压不不同同，对对应应的的pdpd值值也也不不同；同；第一章第一章 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技术第一讲57第二节第二节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程u2、汤逊气体放电理论、汤逊气体放电理论 巴申定律的实际意义巴申定律的实际意义u从试验曲线上可以看出，存在一个从试验曲线上可以看出，存在一个最小值最小值，总有一个气，总有一个气压对碰撞电离最有利，此时击穿电压最小；压对碰撞电离最有利，此时击穿电压最

53、小；u气压很小时气压很小时，气体稀薄，虽然电子自由行程大，可以得，气体稀薄，虽然电子自由行程大，可以得到足够的动能，但碰撞总数小，所以击穿电压升高；到足够的动能，但碰撞总数小，所以击穿电压升高；u气压很大时气压很大时，电子自由行程变小，得到动能减小，所以，电子自由行程变小，得到动能减小，所以击穿电压升高；击穿电压升高；u故当极间距离故当极间距离d d不变时不变时提高气压或降低气压到真空提高气压或降低气压到真空，都可，都可以以提高气隙的击穿电压提高气隙的击穿电压，这一结论已被工程广泛使用（如：，这一结论已被工程广泛使用（如：压缩空气开关、真空开关等）压缩空气开关、真空开关等）第一章第一章 气体放

54、电的基本物理过程气体放电的基本物理过程高电压技术第一讲58第二节第二节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程u2、汤逊气体放电理论、汤逊气体放电理论（6）汤逊理论的适用范围）汤逊理论的适用范围u1） 适用范围适用范围低气压，短间隙（低气压，短间隙（pd值较小值较小pd200mmHg.cm (26.66kPa cm)）u2）局限性）局限性 Pd值较大时，解释现象与实际不符：值较大时，解释现象与实际不符： 放电时间：很短放电时间：很短 放电外形：具有分支的细通道放电外形：具有分支的细通道 击穿电压：与理论计算不一致击穿电压：与理论计算不一致 阴极材料：无关阴极材料：无关第一章第

55、一章 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技术第一讲59第二节第二节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程u3、气体放电的流注理论、气体放电的流注理论 气气体体放放电电流流注注理理论论仍仍以以电电子子的的碰碰撞撞电电离离过过程程为为基基础础，它它考考虑虑了了高高气气压压、长长气气隙隙情情况况下下不不容容忽忽视视的的若若干干因因素素对对气气体体放放电电的影响，主要有以下两方面的影响，主要有以下两方面: 空间电荷对原有电场的影响空间电荷对原有电场的影响 空间光电离的作用空间光电离的作用第一章第一章 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技术第一讲60第

56、二节第二节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程u3、气体放电的流注理论、气体放电的流注理论（1）二次电子崩）二次电子崩 u电子崩头部聚集大部分正离子和电子崩头部聚集大部分正离子和全部电子，产生了全部电子，产生了电场畸变电场畸变；u在电场很小的区域，电子和正离在电场很小的区域，电子和正离子浓度最大，子浓度最大，有利于完成复合有利于完成复合；u强烈的复合辐射出许多光子，成强烈的复合辐射出许多光子，成为引发新的为引发新的空间光电离辐射源空间光电离辐射源。u辐射源向气隙空间各处发射光子辐射源向气隙空间各处发射光子而引起光电离。如果光子位于强而引起光电离。如果光子位于强场区，场区，

57、二次电子崩二次电子崩将以更大得多将以更大得多的电离强度向阳极发展，或汇入的电离强度向阳极发展，或汇入崩尾。崩尾。第一章第一章 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技术第一讲61第二节第二节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程u3、气体放电的流注理论、气体放电的流注理论（2）流注的形成）流注的形成a)起始电子发生碰撞电离形成起始电子发生碰撞电离形成初始电子崩初始电子崩；b)初崩发展到阳极，正离子作为空间电荷畸变原电场，在电场削弱的区域复合初崩发展到阳极，正离子作为空间电荷畸变原电场，在电场削弱的区域复合增加，放射出大量光子；增加，放射出大量光子；c)光电离产生

58、光电子，在加强的局部电场（正离子与阴极间电场）作用下形成光电离产生光电子，在加强的局部电场（正离子与阴极间电场）作用下形成二次崩；二次崩；d)d)二次崩电子与正空间电荷汇合成流注通道，其端部又有二次崩留下的正电荷，二次崩电子与正空间电荷汇合成流注通道，其端部又有二次崩留下的正电荷，加强局部电场产生加强局部电场产生新电子崩新电子崩使其发展；使其发展；e) e) 流注头部前方电场很强，电离迅速发展，放射出大量光子，继续引起空间光流注头部前方电场很强，电离迅速发展，放射出大量光子，继续引起空间光电离，于是流注前方出现新的二次崩，电离，于是流注前方出现新的二次崩，延长流注通道延长流注通道；f)f)流注

59、通道贯通，气隙流注通道贯通，气隙击穿击穿第一章第一章 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技术第一讲62第二节第二节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程u3、气体放电的流注理论、气体放电的流注理论（2）流注的形成）流注的形成u这些电离强度和发展速度远大于初始电子崩的新放电这些电离强度和发展速度远大于初始电子崩的新放电区（二次电子崩）以及它们不断汇入初崩通道的过程区（二次电子崩）以及它们不断汇入初崩通道的过程被称为被称为流注流注。(a)(b)(c)流注理论认为：流注理论认为：在初始阶段，气体放在初始阶段，气体放电以碰撞电离和电子崩的形式出现，电以碰撞电离和电子

60、崩的形式出现，但当电子崩发展到一定程度后，某一但当电子崩发展到一定程度后，某一初始电子崩的头部积聚到初始电子崩的头部积聚到足够数量的足够数量的空间电荷空间电荷，就会引起新的强烈电离和，就会引起新的强烈电离和二次电子崩，这种强烈的电离和二次二次电子崩，这种强烈的电离和二次电子崩是由于空间电荷使局部电场大电子崩是由于空间电荷使局部电场大大增强以及发生空间光电离的结果，大增强以及发生空间光电离的结果，这时放电即转入新的流注阶段。这时放电即转入新的流注阶段。第一章第一章 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技术第一讲63第二节第二节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过

61、程u3、气体放电的流注理论、气体放电的流注理论（2）流注的形成）流注的形成(a)(b)(c) 流注的特点流注的特点是电离强度很大，是电离强度很大，传播速度很快（超过初崩发展速传播速度很快（超过初崩发展速度度1010倍以上）。倍以上）。 出现流注后放电便获得独立继出现流注后放电便获得独立继续发展的能力，而不再依赖外界续发展的能力，而不再依赖外界电离因子的作用可见电离因子的作用可见出现流注的出现流注的条件也就是自持放电条件条件也就是自持放电条件。 二次崩二次崩的电子进入初崩通道的电子进入初崩通道后，便与正离子群构成了导电的后，便与正离子群构成了导电的等离子通道，一旦等离子通道短等离子通道，一旦等离

62、子通道短接了两个电极，放电即转为火花接了两个电极，放电即转为火花放电或电弧放电。放电或电弧放电。第一章第一章 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技术第一讲64第二节第二节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程u3、气体放电的流注理论、气体放电的流注理论（2）流注的形成）流注的形成第一章第一章 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技术第一讲65第二节第二节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程u3、气体放电的流注理论、气体放电的流注理论（2）流注的形成）流注的形成流注形成条件：流注形成条件：初崩头部空间电荷数必须达初崩头部空间

63、电荷数必须达到某一临界值。到某一临界值。实验研究所得的常数值为实验研究所得的常数值为第一章第一章 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技术第一讲66第二节第二节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程u3、气体放电的流注理论、气体放电的流注理论（3）流注理论对）流注理论对pd很大时放电现象的解释很大时放电现象的解释u流注理论能够说明汤逊理论无法解释的一系列高气流注理论能够说明汤逊理论无法解释的一系列高气压、长气隙下出现的放电现象：压、长气隙下出现的放电现象：放电时间放电时间二次崩的起始电子是光子形成的，而光子以光速传播，所二次崩的起始电子是光子形成的，而光子以光

64、速传播，所以流注发展非常快。以流注发展非常快。放电外形放电外形二次崩的发展具有不同的方位，所以流注的推进不可能均二次崩的发展具有不同的方位，所以流注的推进不可能均匀，而且具有分支。匀，而且具有分支。阴极材料阴极材料大气条件下的气体放电不依赖阴极表面电离，而是靠空间大气条件下的气体放电不依赖阴极表面电离，而是靠空间光电离产生电子维持，因此与阴极材料无关。光电离产生电子维持，因此与阴极材料无关。第一章第一章 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技术第一讲67第二节第二节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程小小 结结u汤逊理论适用于汤逊理论适用于 均匀电场、低气压

65、、短间隙（均匀电场、低气压、短间隙（pdpd值较小值较小）气体的击穿；）气体的击穿；u流注理论适用于流注理论适用于 均匀电场、大气压、长空气间隙（均匀电场、大气压、长空气间隙（pdpd值较大值较大）气体的击穿。）气体的击穿。 以以pd=pd=26.66kPacm26.66kPacm作为分界参考；作为分界参考；注意：注意：这两种理论各适用一定条件下的放电过这两种理论各适用一定条件下的放电过程，不能用一种理论来代替另一种理论。程，不能用一种理论来代替另一种理论。第一章第一章 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技术第一讲68第二节第二节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿

66、的发展过程小小 结结u(1)(1)汤逊理论的基本观点：汤逊理论的基本观点： 电子碰撞电离是气体放电时电流倍增的主要过程，电子碰撞电离是气体放电时电流倍增的主要过程，而阴极表面的电子发射是维持放电的必要条件。而阴极表面的电子发射是维持放电的必要条件。u(2)(2)流注理论的基本观点：流注理论的基本观点：以汤逊理论的碰撞电离为基础，强调空间电荷对电以汤逊理论的碰撞电离为基础，强调空间电荷对电场的畸变作用，着重于用气体空间光电离来解释气场的畸变作用，着重于用气体空间光电离来解释气体放电通道的发展过程；体放电通道的发展过程；放电从起始到击穿并非碰撞电离连续量变的过程，放电从起始到击穿并非碰撞电离连续量

67、变的过程，当初始电子崩中离子数达当初始电子崩中离子数达10108 8以上时，引起空间光电以上时，引起空间光电离质变，电子崩汇合成流注；离质变，电子崩汇合成流注；流注一旦形成，放电转入自持。流注一旦形成，放电转入自持。第一章第一章 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技术第一讲69第二节第二节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程本节重点本节重点1.汤逊放电理论和流注理论的适用范围；汤逊放电理论和流注理论的适用范围；2.汤逊理论描述的电子崩发展过程；汤逊理论描述的电子崩发展过程；3.电子碰撞游离系数电子碰撞游离系数；4.汤逊理论的自持放电条件及其物理解释；汤逊理

68、论的自持放电条件及其物理解释；5.巴申定律及其在实际中的应用；巴申定律及其在实际中的应用；6.流注理论与汤逊理论在考虑放电发展因素上流注理论与汤逊理论在考虑放电发展因素上的不同；的不同；7.流注及其放电的发展过程；流注及其放电的发展过程；8.流注及自持放电的形成条件。流注及自持放电的形成条件。第一章第一章 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技术第一讲70练习题练习题 教材教材P300P300： 1-21-2、1-31-3第一章第一章 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技术第一讲71第三节第三节 不均匀电场中的放电过程不均匀电场中的放电过程u1、稍不均匀电场和极不

69、均匀电场的放电特征、稍不均匀电场和极不均匀电场的放电特征u2、电晕放电、电晕放电u3、极性效应、极性效应u4、长气隙放电、长气隙放电 电力系统中大多数的带电设备都处在电力系统中大多数的带电设备都处在长间隙不长间隙不均匀电场均匀电场中，如，变压器高压套管引出线对低压中，如，变压器高压套管引出线对低压套管及壳；高压输电线对地；实验室的试验变压套管及壳；高压输电线对地；实验室的试验变压器高压端对墙等。那么，关于长间隙不均匀电场器高压端对墙等。那么，关于长间隙不均匀电场气体放电的物理过程又是如何发展的呢？气体放电的物理过程又是如何发展的呢？第一章第一章 气体放电的基本物理过程气体放电的基本物理过程高电

70、压技术第一讲72第三节第三节 不均匀电场中的放电过程不均匀电场中的放电过程u1、稍不均匀电场和极不均匀电场的放电特征、稍不均匀电场和极不均匀电场的放电特征电场如何区分电场如何区分均匀电场均匀电场 放电达到自持，间隙即被击穿，击穿前看不到放电迹象放电达到自持，间隙即被击穿，击穿前看不到放电迹象稍不均匀电场稍不均匀电场 与均匀电场相似与均匀电场相似极不均匀电场极不均匀电场 场强高的空间先发生电晕放电场强高的空间先发生电晕放电第一章第一章 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技术第一讲73第三节第三节 不均匀电场中的放电过程不均匀电场中的放电过程u2、电晕放电、电晕放电 （1）电晕放电

71、的一般描述）电晕放电的一般描述定义：定义：电场极不均匀时，在电场极不均匀时，在小曲率半径电极小曲率半径电极附近很薄一层气附近很薄一层气体中具备自持放电条件，放电仅局限在小曲率半径电极周围很小体中具备自持放电条件，放电仅局限在小曲率半径电极周围很小范围内，而整个气隙尚未击穿。电晕放电也就是范围内，而整个气隙尚未击穿。电晕放电也就是局部流注局部流注。 特点：特点：极不均匀电场气隙击穿过程的极不均匀电场气隙击穿过程的第一阶段第一阶段。极不均匀电。极不均匀电场的自场的自持放电现象持放电现象，电晕起始电压，电晕起始电压低于低于击穿电压，电场越不均匀击穿电压，电场越不均匀其差值越大。其差值越大。u电晕放电

72、的现象电晕放电的现象u薄薄的发光层；薄薄的发光层；u伴有伴有“咝咝咝咝”放电声；放电声；u发出臭氧气味。发出臭氧气味。第一章第一章 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技术第一讲74第三节第三节 不均匀电场中的放电过程不均匀电场中的放电过程u2、电晕放电、电晕放电 （2）电晕起始电压和电晕起始场强）电晕起始电压和电晕起始场强 由于影响因素多，常利用实验方法求取，再利用表面电场强度和由于影响因素多，常利用实验方法求取，再利用表面电场强度和所加电压的关系推导出计算电晕起始场强所加电压的关系推导出计算电晕起始场强Ec的经验公式。的经验公式。 以输电线路导线为例：（以输电线路导线为例：（

73、皮克公式皮克公式） 在在雨、雪、雾雨、雪、雾天气时，导线表面会出现许多水滴，它们在强天气时，导线表面会出现许多水滴，它们在强电场和重力的作用下，将克服本身的表面张力而被拉成锥形，从电场和重力的作用下，将克服本身的表面张力而被拉成锥形，从而使导线表面的电场发生变化，结果在较低的电压和电场强度下而使导线表面的电场发生变化，结果在较低的电压和电场强度下就会出现就会出现电晕放电电晕放电。第一章第一章 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技术第一讲75第三节第三节 不均匀电场中的放电过程不均匀电场中的放电过程u2、电晕放电、电晕放电 （3）电晕放电的利弊）电晕放电的利弊 弊弊：电电晕晕放放

74、电电引引起起的的光光、声声、热热等等效效应应使使空空气气发发生生化化学学反反应应，都都会会消消耗耗一一定定的的能能量量。电电晕晕损损耗耗是是超超高高压压输输电电线线路路设设计计时时必必须须考考虑虑的的因因素素，坏坏天天气气时时电电晕晕损损耗耗要要比比好好天气时大得多。天气时大得多。 电电晕晕放放电电中中，由由于于电电子子崩崩和和流流注注不不断断消消失失和和重重新新出出现现所所造造成成的的放放电电脉脉冲冲会会产产生生高高频频电电磁磁波波，从从而而对对无无线线电电和电视广播产生干扰和电视广播产生干扰。 电电晕晕放放电电还还会会产产生生可可闻闻噪噪声声，并并有有可可能能超超出出环环境境保保护护所容许

75、的标准。所容许的标准。第一章第一章 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技术第一讲76第三节第三节 不均匀电场中的放电过程不均匀电场中的放电过程u2、电晕放电、电晕放电 （3）电晕放电的利弊）电晕放电的利弊 利利：在输电线上传播的雷电电压波因电晕放电而在输电线上传播的雷电电压波因电晕放电而衰减衰减其幅值其幅值和和降低降低其波前陡度。其波前陡度。 操作过电压的幅值也会受到电晕的抑制。操作过电压的幅值也会受到电晕的抑制。 电晕放电还在除尘器、静电喷涂装置、臭氧发生器等工电晕放电还在除尘器、静电喷涂装置、臭氧发生器等工业设施中得到广泛应用。业设施中得到广泛应用。 第一章第一章 气体放电

76、的基本物理过程气体放电的基本物理过程高电压技术第一讲77第三节第三节 不均匀电场中的放电过程不均匀电场中的放电过程u2、电晕放电、电晕放电 （4）防止和减轻电晕的方法）防止和减轻电晕的方法 根本的途径是设法限制和降低导线的表面电根本的途径是设法限制和降低导线的表面电场强度。场强度。u可采用扩径导线和空心导线，更加合适的措施可采用扩径导线和空心导线，更加合适的措施是采用是采用分裂导线分裂导线。u分裂导线的电场强度与分导线的直径和分导线分裂导线的电场强度与分导线的直径和分导线间的距离间的距离 d 有关。在某一最佳值有关。在某一最佳值d0 时最大电场时最大电场强度会产生一极小值。强度会产生一极小值。

77、330-750kV330-750kV的超高压线路，分裂数一般取的超高压线路，分裂数一般取2-42-4；1000kV1000kV及以上的特高压线路分裂数就更多，例如取及以上的特高压线路分裂数就更多，例如取8 8或更大。或更大。分裂导线分裂导线：每相都用若干：每相都用若干根直径较小的平行分导线根直径较小的平行分导线来替换大直径导线。分裂来替换大直径导线。分裂数超过两根时，这些分导数超过两根时，这些分导线通常被布置在一个圆的线通常被布置在一个圆的内接正多边形顶点上。内接正多边形顶点上。第一章第一章 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技术第一讲78第三节第三节 不均匀电场中的放电过程不

78、均匀电场中的放电过程u3、极性效应、极性效应 在在极极不不均均匀匀电电场场中中，放放电电一一定定从从曲曲率率半半径径较较小小的的那那个个电电极极表表面面开开始始，与与该该电电极极极极性性无无关关。但但放放电电的的发发展展过过程程、气气隙隙的的电电气气强强度度、放放电电电电压压等等都都与与该该电电极极的的极极性性有有密密切切的的关关系系。极极不不均均匀电场中的放电存在着明显的匀电场中的放电存在着明显的极性效应。极性效应。 第一章第一章 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技术第一讲79第三节第三节 不均匀电场中的放电过程不均匀电场中的放电过程u3、极性效应、极性效应 决决定定极极性

79、性要要看看表表面面电电场场较较强强的的那那个个电电极极所所具具有有的的电电位位符符号号： 在在两两个个电电极极几几何何形形状状不不同同时时，极极性性取取决决于于曲曲率率半半径径较较小小的的那个电极的电位符号，如那个电极的电位符号，如“棒棒- -板板”气隙。气隙。 在在两两个个电电极极几几何何形形状状相相同同时时，极极性性取取决决于于不不接接地地的的那那个个电电极上的电位，如极上的电位，如“棒棒- -棒棒”气隙气隙。 下面以典型的极不均匀电场下面以典型的极不均匀电场-“棒棒- -板板”气隙为例，从气隙为例，从流注流注的概念出发，说明放电的：的概念出发，说明放电的： 发展过程发展过程极性效应极性效

80、应 第一章第一章 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技术第一讲80第三节第三节 不均匀电场中的放电过程不均匀电场中的放电过程u3、极性效应、极性效应（1）正极性）正极性 空空间间电电荷荷削弱了棒极附近的电场强度削弱了棒极附近的电场强度阻止棒极附近流注形成阻止棒极附近流注形成使使电晕起始电压提高电晕起始电压提高加强了正离子群外部空间的加强了正离子群外部空间的电场电场当电压进一步提高，当电压进一步提高，随着电晕放电区的扩展，强随着电晕放电区的扩展，强场区亦将逐渐向板极方向推场区亦将逐渐向板极方向推进，因而进，因而放电的发展是顺利放电的发展是顺利的的。正极性正极性 棒极为棒极为正极性

81、正极性时，时，不容易不容易发生电晕放电发生电晕放电，但是起晕后，但是起晕后到完全到完全击穿电压低击穿电压低。第一章第一章 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技术第一讲81第三节第三节 不均匀电场中的放电过程不均匀电场中的放电过程u3、极性效应、极性效应（2）负极性）负极性 空空间间电电荷荷削弱了朝向板极方向的电场强削弱了朝向板极方向的电场强度度当电压进一步提高时，当电压进一步提高时，电晕区不易向外扩展，电晕区不易向外扩展，整个气整个气隙击穿将是不顺利隙击穿将是不顺利的。的。加强了朝向棒极端的电场强度加强了朝向棒极端的电场强度促进棒极附近流注形成使促进棒极附近流注形成使电晕起始电

82、压降低电晕起始电压降低。负极性负极性 棒极为棒极为负极性负极性时，时，容易发容易发生电晕放电生电晕放电，但起晕后，受，但起晕后，受空间电荷影响，使完全空间电荷影响，使完全击穿击穿电压升高电压升高。第一章第一章 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技术第一讲82第三节第三节 不均匀电场中的放电过程不均匀电场中的放电过程u3、极性效应、极性效应在进行外绝缘的冲击高压试验时往往加在进行外绝缘的冲击高压试验时往往加正极性冲击电压正极性冲击电压，因为这时电气强度较低。在工频高压作用下，击穿均发生因为这时电气强度较低。在工频高压作用下，击穿均发生在外加电压为在外加电压为正极性的那半周内正极性

83、的那半周内。工程实际中，输电线路外绝缘和高压电器的外绝缘都属于工程实际中，输电线路外绝缘和高压电器的外绝缘都属于极不均匀电场分布，在交流电压下的极不均匀电场分布，在交流电压下的击穿都发生在正半波击穿都发生在正半波。第一章第一章 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技术第一讲83第三节第三节 不均匀电场中的放电过程不均匀电场中的放电过程u4、长间隙放电、长间隙放电流注往往不能一次贯穿整个气隙，而出现逐级推流注往往不能一次贯穿整个气隙，而出现逐级推进的先导放电现象。进的先导放电现象。流注发展到足够长度后，会出现新的强电离过程，流注发展到足够长度后，会出现新的强电离过程，通道的电导大增

84、，形成先导通道，引起新的流注，通道的电导大增，形成先导通道，引起新的流注，导致先导进一步伸展。导致先导进一步伸展。所加电压达到或超过该气隙的击穿电压时，先导所加电压达到或超过该气隙的击穿电压时，先导贯通整个气隙，使气隙击穿。贯通整个气隙，使气隙击穿。热电离热电离在先导放电和主放电阶段均有重要的作用。在先导放电和主放电阶段均有重要的作用。电晕放电电晕放电先导放电先导放电主放电主放电第一章第一章 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技术第一讲84第三节第三节 不均匀电场中的放电过程不均匀电场中的放电过程本本 节节 重重 点点1.稍不均匀电场和极不均匀电场的划分；稍不均匀电场和极不均匀

85、电场的划分；2.极不均匀电场的放电特征；极不均匀电场的放电特征；3.电晕放电的概念和导线起晕场强的计算；电晕放电的概念和导线起晕场强的计算；4.极不均匀电场中的放电发展过程；极不均匀电场中的放电发展过程；5.极性定义和极性效应。极性定义和极性效应。6.习题：习题：P300 1-5第一章第一章 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技术第一讲85第四节第四节 冲击电压下的气隙击穿冲击电压下的气隙击穿u1、放电时间、放电时间u2、冲击电压波形的标准化、冲击电压波形的标准化u3、冲击电压下的气隙击穿特性、冲击电压下的气隙击穿特性第一章第一章 气体放电的基本物理过程气体放电的基本物理过程高

86、电压技术第一讲86第四节第四节 冲击电压下的气隙击穿冲击电压下的气隙击穿u1、放电时间、放电时间（1）气隙击穿必备条件）气隙击穿必备条件u足够大的足够大的电场强度电场强度或足够高的电压；或足够高的电压；u在气隙中存在能引起在气隙中存在能引起电子崩电子崩并导致并导致流注流注和和主放电的主放电的有效电子有效电子；u需要有一定的需要有一定的时间时间，让放电得以逐步发展，让放电得以逐步发展并完成击穿。并完成击穿。第一章第一章 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技术第一讲87第四节第四节 冲击电压下的气隙击穿冲击电压下的气隙击穿u1、放电时间、放电时间（2）放电时间的组成）放电时间的组成

87、u放电的总时间放电的总时间 tb 由三部分组成：由三部分组成： t tb b = = t tl l + + t ts s + + t tf ft t1 1 所加电压从所加电压从0 0上升到上升到UsUs的的时间；时间；t ts s 统计时延，指从统计时延，指从 t tl l 到气到气隙中出现第一个有效电子；隙中出现第一个有效电子；t tf f放电形成时延，从出现有放电形成时延，从出现有效电子到最终击穿。效电子到最终击穿。tst1tftlagtbUutUS t tlaglag = = t ts s + + t tf f t tlaglag放电时延放电时延U U越高，放电过程发展越快，越高，放电过

88、程发展越快， t tb b和和t tlaglag越短越短UsUs-间隙在工频或直间隙在工频或直流电压作用下的击流电压作用下的击穿电压称为穿电压称为静态击静态击穿电压穿电压第一章第一章 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技术第一讲88第四节第四节 冲击电压下的气隙击穿冲击电压下的气隙击穿u2、冲击电压波形的标准化、冲击电压波形的标准化（1）标准雷电冲击电压波）标准雷电冲击电压波u用来模拟电力系统中的雷电过电压波，采用非周期性双指用来模拟电力系统中的雷电过电压波，采用非周期性双指数波。数波。0.30.50.9100T1T2 u / Umt国际电工委员会国际电工委员会(IEC)(IE

89、C)和我国国家标准规定为：和我国国家标准规定为：T T1 1=1.2s=1.2s，容许偏差，容许偏差30% 30% ；T T2 2=50s=50s，容许偏差，容许偏差20%20%；通常写成通常写成1.2/50s1.2/50s，可在前面加上正、负号表示极性。，可在前面加上正、负号表示极性。第一章第一章 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技术第一讲89第四节第四节 冲击电压下的气隙击穿冲击电压下的气隙击穿u2、冲击电压波形的标准化、冲击电压波形的标准化（2）标准雷电截波）标准雷电截波u用来模拟雷电过电压引起气隙击穿或外绝缘闪络后出现的用来模拟雷电过电压引起气隙击穿或外绝缘闪络后出现

90、的截尾冲击波截尾冲击波 。国际电工委员会国际电工委员会(IEC)(IEC)和我国国家标准规定为：和我国国家标准规定为：T T1=1.2s1=1.2s，容许偏差，容许偏差30% 30% ；T Tc c=2=25s5s，容许偏差，容许偏差20%20%；通常写成通常写成1.2/21.2/25s5s，可在前面加上正、负号表示极性。，可在前面加上正、负号表示极性。0.900.31 u / Um0T1Tct第一章第一章 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技术第一讲90第四节第四节 冲击电压下的气隙击穿冲击电压下的气隙击穿u2、冲击电压波形的标准化、冲击电压波形的标准化（3）标准操作冲击电压

91、波）标准操作冲击电压波u用来等效模拟电力系统中操作过电压波，一般也用非周期用来等效模拟电力系统中操作过电压波，一般也用非周期性双指数波。性双指数波。波前时间波前时间T Tcrcr=250s, =250s, 容许偏差容许偏差20%20%；半峰值时间半峰值时间T T2 2=2500s, =2500s, 容许偏差容许偏差60% 60% 。可写成可写成250/2500s250/2500s冲击波。冲击波。0.510 u / UmTcrT2tu0UmTcrtTcr=1000 1500us衰减震荡波，第一个半波的持续时间衰减震荡波，第一个半波的持续时间在在200020003000s3000s之间，极性相反的

92、之间，极性相反的第二个半波的峰值约为第一个半波峰第二个半波的峰值约为第一个半波峰值的值的80%80%第一章第一章 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技术第一讲91第四节第四节 冲击电压下的气隙击穿冲击电压下的气隙击穿u3、冲击电压下的气隙击穿特性、冲击电压下的气隙击穿特性（1） 50%冲击击穿电压冲击击穿电压u工程实际中广泛采用工程实际中广泛采用击穿概率百分比为击穿概率百分比为50%时时的的电压电压U50%来表征气隙的冲击击穿特性。来表征气隙的冲击击穿特性。uU50%与与Us之比称为之比称为冲击系数冲击系数均匀和稍不均匀电场下冲击击穿电压的分散性均匀和稍不均匀电场下冲击击穿电压

93、的分散性很小，很小， 冲击系数冲击系数 1。极不均匀电场中由于放电时延较长，冲击系数极不均匀电场中由于放电时延较长，冲击系数均大于均大于1，冲击击穿电压的分散性也较大，其标，冲击击穿电压的分散性也较大，其标准偏差可取准偏差可取 3% 。第一章第一章 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技术第一讲92第四节第四节 冲击电压下的气隙击穿冲击电压下的气隙击穿u3、冲击电压下的气隙击穿特性、冲击电压下的气隙击穿特性（2）伏秒特性）伏秒特性u同一波形，不同幅值的冲击电压作用下，空气间隙同一波形，不同幅值的冲击电压作用下，空气间隙上出现的上出现的电压最大值电压最大值和和放电时间放电时间的关系

94、曲线。的关系曲线。u伏秒特性的制订方法：伏秒特性的制订方法：保持冲击电压的波形不变（例如保持冲击电压的波形不变（例如1.2/501.2/50s s标准标准雷电冲击电压），改变冲击电压幅值；雷电冲击电压），改变冲击电压幅值；当作用电压幅值不很高时，放电所需时间较长，当作用电压幅值不很高时，放电所需时间较长，放电发生在波尾；如曲线；放电发生在波尾；如曲线；当作用电压幅值较高时，放电所需时间较短，放当作用电压幅值较高时，放电所需时间较短，放电发生在波前或波幅处，如曲线电发生在波前或波幅处，如曲线2 2、3 3。把这种作用在间隙上的电压最大值与放电时把这种作用在间隙上的电压最大值与放电时间的关系曲线，

95、称为绝缘的伏秒特性。间的关系曲线，称为绝缘的伏秒特性。（即，图中（即，图中1 1、2 2、3 3点所连的光滑曲线）点所连的光滑曲线）u0t123t1t2t3第一章第一章 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技术第一讲93第四节第四节 冲击电压下的气隙击穿冲击电压下的气隙击穿u3、冲击电压下的气隙击穿特性、冲击电压下的气隙击穿特性（2）伏秒特性）伏秒特性U50%u0t231实际上伏秒特性具有统计分实际上伏秒特性具有统计分散性，是一个以上下包线为散性，是一个以上下包线为界的带状区域，为了方便的界的带状区域，为了方便的解决工程实际问题，通常采解决工程实际问题，通常采用将平均放电时间各点

96、相连用将平均放电时间各点相连所得的平均伏秒特性或所得的平均伏秒特性或 50% 50% 伏秒特性曲线来表征一个气伏秒特性曲线来表征一个气隙的隙的冲击击穿电压冲击击穿电压。第一章第一章 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技术第一讲94第四节第四节 冲击电压下的气隙击穿冲击电压下的气隙击穿u3、冲击电压下的气隙击穿特性、冲击电压下的气隙击穿特性（2）伏秒特性）伏秒特性u电场均匀程度对曲线的影响电场均匀程度对曲线的影响不均匀电场不均匀电场由于平均击穿电场强度较低由于平均击穿电场强度较低, ,而且流注总是从强场区向弱场区发展而且流注总是从强场区向弱场区发展, ,放放电速度受到电场分布的影

97、响电速度受到电场分布的影响, ,所以放电时所以放电时延长延长, ,分散性大分散性大, ,其伏秒特性曲线在放电时其伏秒特性曲线在放电时间还相当大时间还相当大时, ,便随时间之减小而明显地便随时间之减小而明显地上翘上翘, ,曲线比较陡曲线比较陡. .均匀或稍不均匀电场均匀或稍不均匀电场则相反则相反, ,由于击穿由于击穿时平均场强较高时平均场强较高, ,流注发展较快流注发展较快, ,放电时延放电时延较短较短, ,其伏秒特性其伏秒特性曲线较平坦曲线较平坦. .第一章第一章 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技术第一讲95第四节第四节 冲击电压下的气隙击穿冲击电压下的气隙击穿u3、冲击电

98、压下的气隙击穿特性、冲击电压下的气隙击穿特性（2）伏秒特性）伏秒特性u实际意义实际意义S1S1被保护设备的伏秒特性曲线被保护设备的伏秒特性曲线S2S2保护设备的伏秒特性曲线保护设备的伏秒特性曲线为了使被保护设备得为了使被保护设备得到可靠的保护到可靠的保护, ,被保被保护设备护设备绝缘的伏秒特绝缘的伏秒特性曲线的下包线必须性曲线的下包线必须始终始终高于高于保护设备保护设备的的伏秒特性曲线的上包伏秒特性曲线的上包线线. .第一章第一章 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技术第一讲96第四节第四节 冲击电压下的气隙击穿冲击电压下的气隙击穿本本 节节 重重 点点1.放电时间的组成为：放

99、电时间的组成为：tb = tl + ts + tf，放电时间和放电，放电时间和放电时延的概念；时延的概念；2. 雷电、雷电截波、操作波标准波形；雷电、雷电截波、操作波标准波形；3.50冲击击穿电压；冲击击穿电压；4.伏秒特性的定义、求取伏秒特性的方法和伏秒特性的配伏秒特性的定义、求取伏秒特性的方法和伏秒特性的配合。合。第一章第一章 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技术第一讲97第五节第五节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故u1、沿面放电的一般概念、沿面放电的一般概念u2、沿面放电的类型与特点、沿面放电的类型与特点u3、沿面放电电压的影响因素和提高方法、沿面放电电压的影响因

100、素和提高方法u4、固体表面有水膜时的沿面放电、固体表面有水膜时的沿面放电u5、绝缘子污染状态下的沿面放电、绝缘子污染状态下的沿面放电u6、污闪事故的对策、污闪事故的对策第一章第一章 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技术第一讲98第五节第五节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故u1、沿面放电的一般概念、沿面放电的一般概念（1）沿面放电）沿面放电u沿着固体介质表面发展的沿着固体介质表面发展的气体放电气体放电现象。现象。电力系统中电力系统中绝缘子、套管绝缘子、套管等固体绝缘在机械上起固定作用，等固体绝缘在机械上起固定作用，又在电气上起绝缘作用，绝缘子和它所固定的带电导体绝大又在电

101、气上起绝缘作用，绝缘子和它所固定的带电导体绝大部分处在空气中，在绝缘子和空气的分界面上有时会出现放部分处在空气中，在绝缘子和空气的分界面上有时会出现放电现象，即沿面放电。电现象，即沿面放电。（2）闪络）闪络u若沿面放电发展到贯穿性的空气击穿，称为闪络。若沿面放电发展到贯穿性的空气击穿，称为闪络。u沿面闪络电压比气体或固体单独存在时的沿面闪络电压比气体或固体单独存在时的击穿电击穿电压都低压都低。 电力设备的电力设备的绝缘事故绝缘事故中很多是沿面放电造成的，因而，中很多是沿面放电造成的，因而，其绝缘状况关系到整个电力系统的可靠运行。其绝缘状况关系到整个电力系统的可靠运行。第一章第一章 气体放电的基

102、本物理过程气体放电的基本物理过程高电压技术第一讲99第一章第一章 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技术第一讲100第五节第五节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故u2、沿面放电的类型与特点、沿面放电的类型与特点b)界面上垂直分量很弱界面上垂直分量很弱的极不均匀电场的极不均匀电场c)界面上有强垂直分量界面上有强垂直分量的极不均匀电场的极不均匀电场a)均匀电场均匀电场第一章第一章 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技术第一讲101第五节第五节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故u2、沿面放电的类型与特点、沿面放电的类型与特点（1）均匀和稍不均匀电场中的沿面放电

103、）均匀和稍不均匀电场中的沿面放电u放电发生在沿着固体介质表面放电发生在沿着固体介质表面,且放电电压比纯且放电电压比纯空气间隙的放电电压要低很多。空气间隙的放电电压要低很多。u原因：原因：固体介质与电极表面没有完全密合而存在微小气隙，固体介质与电极表面没有完全密合而存在微小气隙，或者介面有裂纹；或者介面有裂纹；介质表面易吸收水分，形成一层很薄的膜，水膜中的介质表面易吸收水分，形成一层很薄的膜，水膜中的离子在电场作用下向两极移动，易在电极附近积聚电离子在电场作用下向两极移动，易在电极附近积聚电荷荷,使电场不均匀，使电场不均匀，介质表面电阻不均匀和表面的粗糙不平也使电场分布介质表面电阻不均匀和表面的

104、粗糙不平也使电场分布不均匀。不均匀。Ea)均匀电场均匀电场第一章第一章 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技术第一讲102第五节第五节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故u2、沿面放电的类型与特点、沿面放电的类型与特点（2）极不均匀电场具有强垂直分量时的沿面放电）极不均匀电场具有强垂直分量时的沿面放电电晕放电电晕放电细线状辉光放电细线状辉光放电滑闪放电滑闪放电闪络闪络局部温升局部温升热电离热电离滑闪放电滑闪放电导杆法兰第一章第一章 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技术第一讲103第五节第五节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故u2、沿面放电的类型与特点、沿

105、面放电的类型与特点（3）极不均匀电场垂直分量很弱时的沿面放电）极不均匀电场垂直分量很弱时的沿面放电不出现热电离和滑闪放电。不出现热电离和滑闪放电。平均闪络场强大于前一种有滑闪放电时的情况。平均闪络场强大于前一种有滑闪放电时的情况。第一章第一章 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技术第一讲104第五节第五节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故u3、沿面放电电压的影响因素和提高方法、沿面放电电压的影响因素和提高方法（1）影响因素）影响因素固体介质材料固体介质材料主要取决于该材料的主要取决于该材料的亲水性或憎水性。亲水性或憎水性。电场形式电场形式同样的表面闪络距离下同样的表面闪络距

106、离下均匀与稍不均匀电场均匀与稍不均匀电场闪络电压最高。闪络电压最高。界面电场主要为界面电场主要为强切线分量的极不均匀电场强切线分量的极不均匀电场中，闪络电压比同样距离的纯空气间隙的击中，闪络电压比同样距离的纯空气间隙的击穿电压低的较少；（距离，绝缘子）穿电压低的较少；（距离，绝缘子）强垂直分量极不均匀电场强垂直分量极不均匀电场的闪络电压则低得的闪络电压则低得很多。（电场最强处厚度，套管）很多。（电场最强处厚度，套管）第一章第一章 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技术第一讲105第五节第五节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故u3、沿面放电电压的影响因素和提高方法、沿面放电电

107、压的影响因素和提高方法（2）提高方法）提高方法以套管为例。以套管为例。加大法兰处瓷套的外直径和壁加大法兰处瓷套的外直径和壁厚；厚；在法兰处电场较强的瓷套外表在法兰处电场较强的瓷套外表面涂半导体漆或半导体物；面涂半导体漆或半导体物；额定电压大于额定电压大于35kV的高压套管，的高压套管，还必须采用能调节径向和轴向还必须采用能调节径向和轴向电场分布的电容式套管和绝缘电场分布的电容式套管和绝缘性能更好的充油式套管。性能更好的充油式套管。第一章第一章 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技术第一讲106第五节第五节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故u4、固体表面有水膜时的沿面放电、固

108、体表面有水膜时的沿面放电（1）湿闪电压）湿闪电压u洁净的瓷面或玻璃表面被雨水淋湿时的沿面放洁净的瓷面或玻璃表面被雨水淋湿时的沿面放电，相应的电压称为电，相应的电压称为湿闪电压湿闪电压。（2）放电的三个途径）放电的三个途径u绝缘子表面的水膜是不均匀和不连续的；绝缘子表面的水膜是不均匀和不连续的；u沿湿表面沿湿表面AB和干表面和干表面BCA发展；发展；u沿湿表面沿湿表面AB和空气间隙和空气间隙BA发展；发展；u沿湿表面沿湿表面AB和水流和水流BB发展。发展。ABCAB在设计时对各级电压的绝缘子应有的伞裙数、在设计时对各级电压的绝缘子应有的伞裙数、伞的倾角、伞裙直径、伞裙伸出长度与伞裙伞的倾角、伞裙

109、直径、伞裙伸出长度与伞裙间气隙长度的比均应仔细考虑、合理选择。间气隙长度的比均应仔细考虑、合理选择。第一章第一章 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技术第一讲107第五节第五节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故u5、绝缘子污染状态下的沿面放电、绝缘子污染状态下的沿面放电u污闪电压污闪电压绝缘子表面有湿污层时的闪络电压称为绝缘子表面有湿污层时的闪络电压称为污闪电压污闪电压。u放电过程放电过程通常可分为通常可分为积污、受潮、干区形成、局部电弧积污、受潮、干区形成、局部电弧的出现和发展的出现和发展等四个阶段。等四个阶段。采取措施抑制或阻止其中任何一个阶段的完成就能防止污闪采取措施

110、抑制或阻止其中任何一个阶段的完成就能防止污闪事故的发生。事故的发生。u污闪的根本原因污闪的根本原因积污积污u污闪的气象条件污闪的气象条件毛毛雨、雾、露、霜、雪等毛毛雨、雾、露、霜、雪等u污闪的特点污闪的特点次数没有雷击闪络那样多，但后果却要严重得多次数没有雷击闪络那样多，但后果却要严重得多第一章第一章 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技术第一讲108第五节第五节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故u5、绝缘子污染状态下的沿面放电、绝缘子污染状态下的沿面放电u污秽度污秽度外绝缘表面污层的外绝缘表面污层的导电程度导电程度。污秽度除了与积污量有关，还与污秽的化学成分有关。污秽度除

111、了与积污量有关，还与污秽的化学成分有关。通常采用通常采用“等值附盐密度等值附盐密度”（简称（简称“等值盐密等值盐密”）来表征来表征绝绝缘子表面的污秽度缘子表面的污秽度，它指的是每平方厘米表面所沉积的等效，它指的是每平方厘米表面所沉积的等效氯化钠（氯化钠（NaCl）毫克数。）毫克数。等值的方法：等值的方法：把表面沉积的污秽刮下，溶于把表面沉积的污秽刮下，溶于300ml300ml蒸馏水，测出其在蒸馏水，测出其在2020水温时的电导率；然后在另一杯水温时的电导率；然后在另一杯2020、300ml300ml的蒸馏水中加入的蒸馏水中加入NaClNaCl，直到其电导率等于混合盐溶液的电导率时，所加入的，直

112、到其电导率等于混合盐溶液的电导率时，所加入的NaClNaCl毫毫克数，即为等值盐量，再除以绝缘子的表面积，即可得出克数，即为等值盐量，再除以绝缘子的表面积，即可得出“等值盐等值盐密密” ” (mg/cm2)(mg/cm2)第一章第一章 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技术第一讲109第五节第五节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故u6、污闪事故的对策、污闪事故的对策（1）调整爬距（增大泄露距离）调整爬距（增大泄露距离）u爬电比距爬电比距，指外绝缘，指外绝缘“相相地地”之间的爬电距之间的爬电距离离(cm) 与系统最高工作（线）电压（与系统最高工作（线）电压（kv,有效值）有效

113、值）之比。之比。u一定要遵循规定的爬电比距来选择绝缘子串的总一定要遵循规定的爬电比距来选择绝缘子串的总爬电距离和片数。爬电距离和片数。（2）定期或不定期的清扫）定期或不定期的清扫（3）涂料）涂料（4）半导体釉绝缘子）半导体釉绝缘子（5）新型合成绝缘子）新型合成绝缘子第一章第一章 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技术第一讲1103.10(3.41)3.10(3.57)2.91 3.45(3.20 3.80)2.78 3.30(3.20 3.80)2.50(2.75)2.50(2.88)2.27 2.91(2.50 3.20)2.17 2.78(2.50 3.20)2.00(2.

114、20)2.00(2.30)1.82 2.27(2.00 2.50)1.74 2.17(2.00 2.50)1.60(1.76)1.60(1.84)1.45 1.82(1.60 2.00)1.39 1.74(1.60 2.00)_1.45(1.60)1.39(1.60)0330kv及以下及以下220kv及以下及以下330kv及以下及以下220kv及及以下以下 发电厂、变电所发电厂、变电所 线线 路路爬爬 电电 比比 距距 (cm/kv)污秽等级污秽等级 注注 括号内的数据为以系统额定电压为基准的爬电比距值。 第一章第一章 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技术第一讲111第一章第一章 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技术第一讲112本本 节节 重重 点点1.沿面放电是沿着固体介质表面发展的气体放电沿面放电是沿着固体介质表面发展的气体放电现象；现象；2. 污闪是沿着污染表面发展的闪络；污闪是沿着污染表面发展的闪络；3.沿面放电电压的影响因素和提高方法；沿面放电电压的影响因素和提高方法；4.减少绝缘子污闪的对策。减少绝缘子污闪的对策。习题习题:P301 1-10:P301 1-10、1-111-11 第五节第五节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故