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1、会计学1气体气体(qt)的绝缘强的绝缘强第一页，共170页。2主要主要(zhyo)内容内容1 1 气体放电的主要形式气体放电的主要形式气体放电的主要形式气体放电的主要形式2 2 气体中带电质点的产生和消失气体中带电质点的产生和消失气体中带电质点的产生和消失气体中带电质点的产生和消失3 3 汤逊理论和流注理论汤逊理论和流注理论汤逊理论和流注理论汤逊理论和流注理论4 4 不均匀电场长空气间隙的放电不均匀电场长空气间隙的放电不均匀电场长空气间隙的放电不均匀电场长空气间隙的放电5 5 冲击电压下气隙的击穿特性冲击电压下气隙的击穿特性冲击电压下气隙的击穿特性冲击电压下气隙的击穿特性6 6 影响气体放电电
2、压的因素影响气体放电电压的因素影响气体放电电压的因素影响气体放电电压的因素7 7 提高气体介质电气强度提高气体介质电气强度提高气体介质电气强度提高气体介质电气强度(qingd)(qingd)的方法的方法的方法的方法8 8 沿面放电沿面放电沿面放电沿面放电第1页/共169页第二页，共170页。31 气体放电(fng din)的主要形式第2页/共169页第三页，共170页。41 1 气体气体气体气体(qt)(qt)放电的主要形式放电的主要形式放电的主要形式放电的主要形式1.1 气体(qt)放电的基本概念1.2 气体放电的主要(zhyo)形式第3页/共169页第四页，共170页。51.1 气体气体(
3、qt)放电的基本概念放电的基本概念1.1.1 气体放电(fng din)1.1.2 气体的绝缘特性1.1.3 气体的电气强度第4页/共169页第五页，共170页。61.1 气体气体(qt)放电的基本概念放电的基本概念气体放电：气体中流通电流气体放电：气体中流通电流气体放电：气体中流通电流气体放电：气体中流通电流(dinli)(dinli)(dinli)(dinli)的各种形式；的各种形式；的各种形式；的各种形式；气体击穿：气体由绝缘状态气体击穿：气体由绝缘状态(zhungti)(zhungti)突变为良导电状突变为良导电状态态(zhungti)(zhungti)的过程；的过程；沿面闪络沿面闪络
4、：击穿发生在气体与液体、气体与固体交界面：击穿发生在气体与液体、气体与固体交界面上的放电现象；上的放电现象； 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。第5页/共169页第六页，共170页。71.1 气体气体(qt)放电的基本概念放电的基本概念 这里所研究的气体是指高压电气设备中常用的空气、这里所研究的气体是指高压电气设备中常用的空气、这里所研究的气体是指高压电气设备中常用的空气、这里所研究的气体是指高压电气设备中常用的空气、N2N2、SF6SF6、以及高强度混、以及高强度混、以及高强度混、以及高强度混合气体等气态绝缘介质。合气体等气态绝缘介质。合气体等气态绝缘介质。合气体等气
5、态绝缘介质。空气：架空线路、变压器外绝缘；空气：架空线路、变压器外绝缘；空气：架空线路、变压器外绝缘；空气：架空线路、变压器外绝缘；SF6SF6： SF6 SF6断路器和断路器和断路器和断路器和SF6SF6全封闭组合全封闭组合全封闭组合全封闭组合(zh)(zh)电器；电器；电器；电器； 空气是最廉价、应用最广、自动恢复绝缘的气体，因此我们空气是最廉价、应用最广、自动恢复绝缘的气体，因此我们(w men)主主要研究空气的放电。要研究空气的放电。气体具有自恢复特性第6页/共169页第七页，共170页。81.1 气体气体(qt)放电的基本概念放电的基本概念气体的电气气体的电气气体的电气气体的电气(d
6、inq)(dinq)强度表征气体耐受电压作用的能力。强度表征气体耐受电压作用的能力。强度表征气体耐受电压作用的能力。强度表征气体耐受电压作用的能力。 均匀电场均匀电场(din chng)中击穿电压中击穿电压Ub与间隙距离之比称为击穿场强与间隙距离之比称为击穿场强Eb。我们。我们把均匀电场把均匀电场(din chng)中气隙的击穿场强中气隙的击穿场强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体的电与间隙距离之比称为气体的电气强度，通常称之为平均击
7、穿场强。气强度，通常称之为平均击穿场强。第7页/共169页第八页，共170页。91.2 1.2 气体放电气体放电气体放电气体放电(fng din)(fng din)的主要形式的主要形式的主要形式的主要形式vv注意：电晕放电、刷状放电时气隙未击穿注意：电晕放电、刷状放电时气隙未击穿注意：电晕放电、刷状放电时气隙未击穿注意：电晕放电、刷状放电时气隙未击穿(j chun)(j chun)，而辉光放电、，而辉光放电、，而辉光放电、，而辉光放电、火花放电、电弧放电均指击穿火花放电、电弧放电均指击穿火花放电、电弧放电均指击穿火花放电、电弧放电均指击穿(j chun)(j chun)后的放电现象，且随条件后
8、的放电现象，且随条件后的放电现象，且随条件后的放电现象，且随条件不同，这些放电现象可相互转换。不同，这些放电现象可相互转换。不同，这些放电现象可相互转换。不同，这些放电现象可相互转换。常见放电形式常见放电形式(xngsh)辉光放电辉光放电电晕放电电晕放电刷状放电刷状放电火花放电火花放电电弧放电电弧放电第8页/共169页第九页，共170页。102 2 气体中带电质点的产生气体中带电质点的产生气体中带电质点的产生气体中带电质点的产生(chnshng)(chnshng)和消失和消失和消失和消失第9页/共169页第十页，共170页。112.1 气体(qt)中带电质点的产生2. 2 气体(qt)中带电质
9、点的消失第10页/共169页第十一页，共170页。122.1 气体中带电气体中带电(di din)质点的产生质点的产生气体原子的激发气体原子的激发(jf)和电离和电离激发电子向高一能级轨道的跃迁。电离如果气体原子从外部获得足够大的能量(nngling)，使外层电子摆脱原子核的束缚成为自由电子。失去电子的原子就成带正电的离子，称为正离子。此过程就称为电离。分级电离：先经过激发再产生电离的过程。电离能产生电离需要的能量(nngling)。第11页/共169页第十二页，共170页。132.1 2.1 气体气体气体气体(qt)(qt)中带电质点的产生中带电质点的产生中带电质点的产生中带电质点的产生气体
10、原子气体原子(yunz)的激发和电的激发和电离离第12页/共169页第十三页，共170页。142.1 气体中带电气体中带电(di din)质点的质点的产生产生l l电电电电子子子子要要要要脱脱脱脱离离离离原原原原子子子子核核核核的的的的束束束束缚缚缚缚成成成成为为为为自自自自由由由由电电电电子子子子, ,则则则则必必必必须须须须给给给给予予予予其其其其能能能能量量量量。能能能能量量量量来来来来源源源源的的的的不不不不同同同同(b (b tn)tn)带带带带电电电电质质质质点点点点产产产产生的方式就不同生的方式就不同生的方式就不同生的方式就不同(b tn)(b tn)。l l因因因因此此此此，根
11、根根根据据据据电电电电子子子子获获获获得得得得能能能能量量量量方方方方式式式式的的的的不不不不同同同同(b (b tn)tn)，带电带电质点产生的方式可分为以下几种。带电带电质点产生的方式可分为以下几种。带电带电质点产生的方式可分为以下几种。带电带电质点产生的方式可分为以下几种。第13页/共169页第十四页，共170页。152.1 气体中带电质点气体中带电质点(zhdin)的产生的产生（一）碰撞（一）碰撞（一）碰撞（一）碰撞(pn zhun)(pn zhun)电离电离电离电离电子或离子与气体分子碰撞，将电场能传递电子或离子与气体分子碰撞，将电场能传递(chund)给给气体分子引起电离的过程。气
12、体分子引起电离的过程。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）。电子在场强为E的电场中移过x距离时获得的动能为 :m:电子的质量V:电子运动速度E:外电场强度x:电子移动距离带电质点产生的方式第14页/共169页第十五页，共170页。162.1 气体中带电气体中带电(di din)质点的产生质点的产生即使满足上述条件，不是每次碰撞即使满足上述条件，不是每次碰撞即使满足上述条件，不是每次碰撞即使满足上述条件，不是每次碰撞(pn zhun)(pn zhun)都能引起电都能引起电都能引起电都能引起电离。离。离。离。Wi为气体(qt)分子的电离
13、能碰撞电离条件当电子从电场获得的动能大于或等于气体分子的电离能时，就可能使气体分子分裂为电子或正离子，即第15页/共169页第十六页，共170页。172.1 气体气体(qt)中带电质点的产生中带电质点的产生n n由光辐射引起气体分子电离的过程，称为光电离。由光辐射引起气体分子电离的过程，称为光电离。由光辐射引起气体分子电离的过程，称为光电离。由光辐射引起气体分子电离的过程，称为光电离。n n光电离产生的电子称为光电子。光电离产生的电子称为光电子。光电离产生的电子称为光电子。光电离产生的电子称为光电子。n n来源来源来源来源(liyun)(liyun)：n n紫外线、宇宙射线、紫外线、宇宙射线、
14、紫外线、宇宙射线、紫外线、宇宙射线、x x射线等；射线等；射线等；射线等；n n异号带电质点复合成中性质点释放出光子；异号带电质点复合成中性质点释放出光子；异号带电质点复合成中性质点释放出光子；异号带电质点复合成中性质点释放出光子；n n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n n条件：条件：条件：条件：（二）光电离h：普朗克常数(chngsh)； C：光速：光频率； ：光波长； 或第16页/共169页第十七页，共170页。182.1 2.1 气体气体气体气体(qt)(qt)中带电质点的产生中带电质点的产
15、生中带电质点的产生中带电质点的产生（三）热电离（三）热电离气体分子高热状态引起的碰撞气体分子高热状态引起的碰撞(pn zhun)电离过程，称为电离过程，称为热电离。热电离。条件：条件：常温下，气体分子发生热电离概率极小(j xio)。气体中发生电离的分子数与总分子数的比值m称为该气体的电离度。当T10000K时才需考虑热电离；当T20000K时，几乎全部的分子都处于热电离状态空气电离度m和温度T的关系第17页/共169页第十八页，共170页。192.1 气体气体(qt)中带电质点的产生中带电质点的产生n n金属阴极表面发射电子的过程。金属阴极表面发射电子的过程。金属阴极表面发射电子的过程。金属
16、阴极表面发射电子的过程。n n形式形式形式形式(xngsh)(xngsh)：n n正离子碰撞阴极表面；正离子碰撞阴极表面；正离子碰撞阴极表面；正离子碰撞阴极表面；n n光电效应；光电效应；光电效应；光电效应；n n强场发射；强场发射；强场发射；强场发射；n n热电子发射；热电子发射；热电子发射；热电子发射；（四）表面(biomin)电离第18页/共169页第十九页，共170页。202.1 气体气体(qt)中带电质点的产生中带电质点的产生（五）负离子的形成(xngchng)附着：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(chnshng)出正离子和新电子，而且也可能会发生电子与中性分子
17、相结合形成负离子的情况。电子附着系数 ：电子行经单位距离时附着于中性原子的电子数目。负离子的形成并未使气体中带电粒子的数目改变，但却能使自由电子数减少，因而对气体放电的发展起抑制作用。第19页/共169页第二十页，共170页。212.1 2.1 气体中带电气体中带电气体中带电气体中带电(di din)(di din)质点的产生质点的产生质点的产生质点的产生2.2 2.2 气体中带电气体中带电气体中带电气体中带电(di din)(di din)质点的消失质点的消失质点的消失质点的消失第20页/共169页第二十一页，共170页。222.2 气体中带电质点气体中带电质点(zhdin)的消失的消失（一
18、）电场作用下气体中带电质点的定向(dn xin)运动带电质点一旦产生，在外电场作用下作定向运动(yndng)，形成电导电流。（二）带电质点的扩散带电质点从浓度较大区域转移到浓度较小区域的过程，称为带电质点的扩散。电子扩散比离子扩散高3个数量级第21页/共169页第二十二页，共170页。232.2 气体中带电质点气体中带电质点(zhdin)的消失的消失n n正离子和负离子或电子相遇时，发生电荷的传递而相互中和还正离子和负离子或电子相遇时，发生电荷的传递而相互中和还正离子和负离子或电子相遇时，发生电荷的传递而相互中和还正离子和负离子或电子相遇时，发生电荷的传递而相互中和还原为分子的过程原为分子的过
19、程原为分子的过程原为分子的过程(guchng)(guchng)。n n复合过程复合过程复合过程复合过程(guchng)(guchng)要阻碍放电的发展，但在一定条件下又要阻碍放电的发展，但在一定条件下又要阻碍放电的发展，但在一定条件下又要阻碍放电的发展，但在一定条件下又可因复合时的光辐射加剧放电的发展。可因复合时的光辐射加剧放电的发展。可因复合时的光辐射加剧放电的发展。可因复合时的光辐射加剧放电的发展。n n放电过程放电过程放电过程放电过程(guchng)(guchng)中的复合绝大多数是正、负离子之间的中的复合绝大多数是正、负离子之间的中的复合绝大多数是正、负离子之间的中的复合绝大多数是正、
20、负离子之间的复合，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。合。合。合。（三）带电质点(zhdin)的复合第22页/共169页第二十三页，共170页。24小小 结结气体间隙中带电质点的产生和消失是气体放电的一对基本矛盾，气体放电气体间隙中带电质点的产生和消失是气体放电的一对基本矛盾，气体放电气体间隙中带电质点的产生和消失是气体放电的一对基本矛盾，气体放电气体间隙中带电质点的产生和消失是气体放电的一对基本矛盾，气体放电的发展和
21、终止取决于这两个过程谁占主导地位。的发展和终止取决于这两个过程谁占主导地位。的发展和终止取决于这两个过程谁占主导地位。的发展和终止取决于这两个过程谁占主导地位。强电场下，气体中带电质点的产生形式可以分为空间电离和表面电离。它强电场下，气体中带电质点的产生形式可以分为空间电离和表面电离。它强电场下，气体中带电质点的产生形式可以分为空间电离和表面电离。它强电场下，气体中带电质点的产生形式可以分为空间电离和表面电离。它们都与外界供给的能量有关，能量的形式主要是电场能、光辐射和热能，们都与外界供给的能量有关，能量的形式主要是电场能、光辐射和热能，们都与外界供给的能量有关，能量的形式主要是电场能、光辐射
22、和热能，们都与外界供给的能量有关，能量的形式主要是电场能、光辐射和热能，而能量的传递靠电子而能量的传递靠电子而能量的传递靠电子而能量的传递靠电子(dinz)(dinz)、光子或气体分子的热运动，其传递的过程、光子或气体分子的热运动，其传递的过程、光子或气体分子的热运动，其传递的过程、光子或气体分子的热运动，其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。主要是碰撞，它是造成气体分子电离的有效过程。主要是碰撞，它是造成气体分子电离的有效过程。主要是碰撞，它是造成气体分子电离的有效过程。第23页/共169页第二十四页，共170页。25气体(qt)放电发展过程碰 撞 (pn zhun)电离光
23、电离热 电 离(dinl)空间电离表面电离负离子的形成正离子碰撞阴极光电效应强场发射热电子发射电场作用下气体中带电质点的定向运动带电质点的扩散带电质点的复合2.1 带电质点产生2.2 带电质点消失第24页/共169页第二十五页，共170页。263 汤逊理论(lln)和流注理论(lln)第25页/共169页第二十六页，共170页。273.1 低气压均匀(jnyn)电场下的汤逊理论和巴申定律第26页/共169页第二十七页，共170页。283.1.1 3.1.1 低气压均匀低气压均匀低气压均匀低气压均匀(jnyn)(jnyn)电场下的汤逊理论电场下的汤逊理论电场下的汤逊理论电场下的汤逊理论一、气体放
24、电实验一、气体放电实验一、气体放电实验一、气体放电实验(shyn)(shyn)及伏安特性曲线及伏安特性曲线及伏安特性曲线及伏安特性曲线气体中电流和电压的关系伏安特性(txng)曲线测定气体中电流的回路示意图第27页/共169页第二十八页，共170页。293.1.1 3.1.1 低气压均匀低气压均匀低气压均匀低气压均匀(jnyn)(jnyn)电场下的汤逊理论电场下的汤逊理论电场下的汤逊理论电场下的汤逊理论 在曲线OA段，I随U的提高而增大。而且电流(dinli)随电压按正比增长。气体放电伏安(f n)特性 第28页/共169页第二十九页，共170页。303.1.1 3.1.1 低气压均匀低气压均
25、匀低气压均匀低气压均匀(jnyn)(jnyn)电场下的汤逊理论电场下的汤逊理论电场下的汤逊理论电场下的汤逊理论在 曲 线 AB段 ， 当 电 压(diny) UB U UA时，电流I0趋向于饱和。电流的大小仅取决于电离因素的强弱（光照射）而与所加电压(diny)无关。气体(qt)放电伏安特性 第29页/共169页第三十页，共170页。313.1.1 3.1.1 低气压均匀低气压均匀低气压均匀低气压均匀(jnyn)(jnyn)电场下的汤逊理论电场下的汤逊理论电场下的汤逊理论电场下的汤逊理论在BC段:当电压提高到U0 U UB时，电流又开始随电压的升高而增大。电流随电压 的 增 加 按 指 数(z
26、hsh)规律增长。气体放电(fng din)伏安特性 第30页/共169页第三十一页，共170页。323.1.1 3.1.1 低气压均匀低气压均匀低气压均匀低气压均匀(jnyn)(jnyn)电场下的汤逊理论电场下的汤逊理论电场下的汤逊理论电场下的汤逊理论在C点以后:电压U U0时，电流急剧增加。气体间隙击穿。而且(r qi)无需外电离因素（光照射）就能维持间隙的放电过程气体放电伏安(f n)特性 第31页/共169页第三十二页，共170页。333.1.1 3.1.1 低气压均匀电场低气压均匀电场低气压均匀电场低气压均匀电场(din chng)(din chng)下的汤逊理论下的汤逊理论下的汤逊
27、理论下的汤逊理论实验分析实验分析实验分析实验分析 当当当当UU0UU0OAOA段：电流随电压升高而升高段：电流随电压升高而升高段：电流随电压升高而升高段：电流随电压升高而升高ABAB段：电流仅取决于外电离段：电流仅取决于外电离段：电流仅取决于外电离段：电流仅取决于外电离(dinl)(dinl)因素与电压无关因素与电压无关因素与电压无关因素与电压无关BCBC段段段段：电电电电压压压压升升升升高高高高电电电电流流流流增增增增强强强强但但但但仍仍仍仍靠靠靠靠外外外外电电电电离离离离(dinl)(dinl)维维维维持持持持 ( (非非非非自自自自持持持持放放放放电电电电阶阶阶阶段段段段) )当当当当U
28、 U U0U0C C点后：电流急剧增加，只靠外加电压就能维持点后：电流急剧增加，只靠外加电压就能维持点后：电流急剧增加，只靠外加电压就能维持点后：电流急剧增加，只靠外加电压就能维持( (自持放电阶段自持放电阶段自持放电阶段自持放电阶段) )第32页/共169页第三十三页，共170页。343.1.1 3.1.1 低气压均匀电场低气压均匀电场低气压均匀电场低气压均匀电场(din chng)(din chng)下的汤逊理论下的汤逊理论下的汤逊理论下的汤逊理论非自持放电：如果取消外电离因 素 ， 气 体 的 放 电 过 程(guchng)就会停止，那么电流也将消失。这类依靠外电离因素和外电场因素共同作
29、用而维持的放电。自持(zch)放电：气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。非自持放电与自持放电的分界点第33页/共169页第三十四页，共170页。353.1.1 3.1.1 低气压均匀电场低气压均匀电场低气压均匀电场低气压均匀电场(din chng)(din chng)下的汤逊理论下的汤逊理论下的汤逊理论下的汤逊理论二、电子二、电子二、电子二、电子(dinz)(dinz)崩的形崩的形崩的形崩的形成成成成(a) 电子崩的形成(b) 带电(di din)离子在电子崩中的分布为什么？电子数目将按2、4、82n的指数规律增长第34页/共169页第三十五页，共170页。363.1.1
30、3.1.1 低气压均匀电场低气压均匀电场低气压均匀电场低气压均匀电场(din chng)(din chng)下的汤逊理论下的汤逊理论下的汤逊理论下的汤逊理论电子崩的发展过程电子崩的发展过程电子崩的发展过程电子崩的发展过程(guchng)(guchng)也称为也称为也称为也称为 过程过程过程过程(guchng)(guchng) -电子碰撞电离系数(xsh)：一个电子在电场力作用下，沿电场方向行经单位距离（1cm）平均发生碰撞电离的次数，汤逊第一电离系数(xsh)。第35页/共169页第三十六页，共170页。373.1.1 3.1.1 低气压均匀低气压均匀低气压均匀低气压均匀(jnyn)(jnyn
31、)电场下的汤逊理论电场下的汤逊理论电场下的汤逊理论电场下的汤逊理论均匀电场中的电子崩计算(j sun)模型过程(guchng)dn0xndxN-dn第36页/共169页第三十七页，共170页。383.1.1 3.1.1 低气压均匀低气压均匀低气压均匀低气压均匀(jnyn)(jnyn)电场下的汤逊理论电场下的汤逊理论电场下的汤逊理论电场下的汤逊理论从而可得n0个电子，从阴极出发在电场的作用下，经距离(jl)d，到达阳极时由碰撞电离产生的电子数（用N表示）研究表明：对均匀(jnyn)电场而言，为常数，电子数N：根据碰撞电离系数的定义：分离变量并积分之，可得：第37页/共169页第三十八页，共170
32、页。393.1.1 3.1.1 低气压均匀电场低气压均匀电场低气压均匀电场低气压均匀电场(din chng)(din chng)下的汤逊理论下的汤逊理论下的汤逊理论下的汤逊理论上式等号两侧乘以电子的电荷(dinh)qe，即得电流关系式：表明：电子崩电流按指数规律随极间距离(jl)d而增大。因为一旦除去外界电离因素(令 )，放电就会停止。-非自持放电阶段仅有过程不能维持放电的自持。第38页/共169页第三十九页，共170页。403.1.1 3.1.1 低气压均匀低气压均匀低气压均匀低气压均匀(jnyn)(jnyn)电场下的汤逊理论电场下的汤逊理论电场下的汤逊理论电场下的汤逊理论过程(guchng
33、)过程在气体电离(dinl)过程中起的作用很小。造成碰撞电离(dinl)的主要因素是电子。 -正离子碰撞电离系数一一个个正正离离子子沿沿电电场场方方向向行行经经单单位位距距离离（1cm）时平均发生的碰撞电离次数。汤逊第二电离系数。时平均发生的碰撞电离次数。汤逊第二电离系数。第39页/共169页第四十页，共170页。413.1.1 3.1.1 低气压均匀低气压均匀低气压均匀低气压均匀(jnyn)(jnyn)电场下的汤逊理论电场下的汤逊理论电场下的汤逊理论电场下的汤逊理论 -表面电离系数表面电离系数(xsh) 折合到每个碰撞阴极表面的正离子使折合到每个碰撞阴极表面的正离子使阴极金属表面释放出的自由
34、电子数。汤阴极金属表面释放出的自由电子数。汤逊第三电离系数逊第三电离系数(xsh)。过程(guchng)空间电离表面电离第40页/共169页第四十一页，共170页。423.1.1 3.1.1 低气压均匀电场低气压均匀电场低气压均匀电场低气压均匀电场(din chng)(din chng)下的汤逊理论下的汤逊理论下的汤逊理论下的汤逊理论由由外外电电离离因因素素(yn s)从从阴阴极极产产生生的的一一个个电电子子消消失失在在阳阳极极前前，由由过程形成的正离子数。即过程形成的正离子数。即n0个电子消失在阳极(yngj)前，由过程形成的正离子数。第41页/共169页第四十二页，共170页。433.1.
35、1 3.1.1 低气压均匀低气压均匀低气压均匀低气压均匀(jnyn)(jnyn)电场下的汤逊理论电场下的汤逊理论电场下的汤逊理论电场下的汤逊理论正正正正离离离离子子子子消消消消失失失失(xiosh)(xiosh)在在在在阴阴阴阴极极极极时时时时，由由由由 过过过过程程程程（表表表表面面面面电电电电离）在阴极上释放出二次电子数，即离）在阴极上释放出二次电子数，即离）在阴极上释放出二次电子数，即离）在阴极上释放出二次电子数，即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(dinz)，此此时时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
36、展，即转入自持放电。展，即转入自持放电。如果第42页/共169页第四十三页，共170页。443.1.1 3.1.1 低气压均匀电场低气压均匀电场低气压均匀电场低气压均匀电场(din chng)(din chng)下的汤逊理论下的汤逊理论下的汤逊理论下的汤逊理论自持自持自持自持(zch)(zch)放电条件（击穿条件）放电条件（击穿条件）放电条件（击穿条件）放电条件（击穿条件）如自持放电条件满足时，放电过程如自持放电条件满足时，放电过程(guchng)就如下图所示就如下图所示循环第43页/共169页第四十四页，共170页。453.1.1 3.1.1 低气压均匀电场低气压均匀电场低气压均匀电场低气压
37、均匀电场(din chng)(din chng)下的汤逊理论下的汤逊理论下的汤逊理论下的汤逊理论表 电极空间及气体间隙中碰撞电离发展(fzhn)过程阴极表面阴极表面气体间隙中气体间隙中阳极表面阳极表面第1周期第2周期第3周期：1个电子逸出 个电子逸出 个电子逸出：形成 个正离子形成 个正离子形成 个正离子： 个电子进入 个电子进入 个电子进入：第44页/共169页第四十五页，共170页。463.1.1 3.1.1 低气压均匀低气压均匀低气压均匀低气压均匀(jnyn)(jnyn)电场下的汤逊理论电场下的汤逊理论电场下的汤逊理论电场下的汤逊理论n n电电子子碰碰撞撞电电离离是是气气体体电电离离的的
38、主主要要原原因因；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维持持气气体体放放电电(fng din)的的必要条件。必要条件。n 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 持持 放放 电电(fng din)的判据。的判据。汤 逊 理 论 的 主 要(zhyo)内容第45页/共169页第四十六页，共170页。473.1.2 3.1.2 低气压均匀电场低气压均匀电场低气压均匀电场低气压均匀电场(din chng)(din chng)下巴申定下巴申定下巴申定下巴申定律律律律均匀电场中几种气体击穿电压均匀电场中几种气体
39、击穿电压均匀电场中几种气体击穿电压均匀电场中几种气体击穿电压(diny)Ub(diny)Ub与与与与pdpd的关系的关系的关系的关系巴申定律：描述(mio sh)了气体的击穿电压Ub与pd的关系曲线（亦即Ub与的关系曲线）（1）击穿电压不仅由间隙距离d决定，而且也是pd的函数；（）击穿电压不是pd的单调函数，而是U曲线，存在击穿电压的极小值；（3）不同气体，其巴申曲线上的最低击穿电压不同，对应的pd值也不同；第46页/共169页第四十七页，共170页。48式式中中，A、B是是与与气气体体种种类类有有关关的的常常数数，ub为为气气温温不不变变的的条条件件(tiojin)下，均匀电场中气体的自持放
40、电起始电压下，均匀电场中气体的自持放电起始电压=气隙击穿电压。气隙击穿电压。3.1.2 3.1.2 低气压均匀电场低气压均匀电场低气压均匀电场低气压均匀电场(din chng)(din chng)下巴下巴下巴下巴申定律申定律申定律申定律击穿(j chun)电压汤逊理论的自持放电条件电子碰撞电离系数的表达式第47页/共169页第四十八页，共170页。493.1.2 3.1.2 低气压均匀低气压均匀低气压均匀低气压均匀(jnyn)(jnyn)电场下巴申定律电场下巴申定律电场下巴申定律电场下巴申定律巴申定律(dngl)汤逊理论(lln)第48页/共169页第四十九页，共170页。503.1.2 3.
41、1.2 低气压均匀电场下巴低气压均匀电场下巴低气压均匀电场下巴低气压均匀电场下巴(xi ba)(xi ba)申定律申定律申定律申定律巴申曲线的右半支：巴申曲线的左半支第49页/共169页第五十页，共170页。513.1.23.1.2低气压均匀低气压均匀低气压均匀低气压均匀(jnyn)(jnyn)电场下巴申定律电场下巴申定律电场下巴申定律电场下巴申定律n由由巴巴申申曲曲线线可可知知，当当极极间间距距离离d不不变变时时提提高高气气压压或或降降低低气气压压到到真真空空，都都可可以以提提高高气气隙隙的的击击穿穿电电压压，这这一一 结结 论论 已已 被被 工工 程程 广广 泛泛 使使 用用(shyng)
42、n高高气气压压、高高真真空空都都可可以以提提高高击击穿穿电电压压，工工程程上上已已得得到到广广泛泛应应用用（如如：压压缩缩空空气气开开关关、真真空空开开关关等）等）第50页/共169页第五十一页，共170页。52汤逊理论汤逊理论汤逊理论汤逊理论(lln)(lln)的适用的适用的适用的适用范围范围范围范围n n汤逊理论是在均匀电场、低气压、短间隙（汤逊理论是在均匀电场、低气压、短间隙（汤逊理论是在均匀电场、低气压、短间隙（汤逊理论是在均匀电场、低气压、短间隙（pdpd较小）条件下较小）条件下较小）条件下较小）条件下建立建立建立建立(jinl)(jinl)起来的。起来的。起来的。起来的。n n当电
43、场均匀，但当电场均匀，但当电场均匀，但当电场均匀，但pdpd过大时（气压高、距离大）的放电，用汤逊过大时（气压高、距离大）的放电，用汤逊过大时（气压高、距离大）的放电，用汤逊过大时（气压高、距离大）的放电，用汤逊理论无法解释以下现象：理论无法解释以下现象：理论无法解释以下现象：理论无法解释以下现象：n n放电时间：很短放电时间：很短放电时间：很短放电时间：很短n n放电外形：具有分支的细通道放电外形：具有分支的细通道放电外形：具有分支的细通道放电外形：具有分支的细通道n n击穿电压：与理论计算不一致击穿电压：与理论计算不一致击穿电压：与理论计算不一致击穿电压：与理论计算不一致n n阴极材料：无
44、关阴极材料：无关阴极材料：无关阴极材料：无关n n汤逊理论适用于汤逊理论适用于汤逊理论适用于汤逊理论适用于pd26.66kPa cmpd26.66kPa cm第51页/共169页第五十二页，共170页。533.2 大气压均匀电场(din chng)下的流注理论第52页/共169页第五十三页，共170页。54 气体放电流注理论仍以电子的碰撞电离过程为基础，它考虑了大气压、长气隙情况下不容忽视的若干因素对气体放电的影响，主要有以下(yxi)两方面: 空间电荷对原有电场的影响 空间光电离的作用3.2 3.2 大气压下均匀大气压下均匀大气压下均匀大气压下均匀(jnyn)(jnyn)电场的流注理论电场的
45、流注理论电场的流注理论电场的流注理论第53页/共169页第五十四页，共170页。55n n电电电电子子子子崩崩崩崩头头头头部部部部聚聚聚聚集集集集大大大大部部部部分分分分正正正正离离离离子子子子和和和和全全全全部部部部电电电电子子子子，产产产产生生生生了了了了电场电场电场电场(din chng)(din chng)畸变；畸变；畸变；畸变；n n在在在在电电电电场场场场(din (din chng)chng)很很很很小小小小的的的的区区区区域域域域，电电电电子子子子和和和和离离离离子子子子浓浓浓浓度度度度最大，有利于完成复合；最大，有利于完成复合；最大，有利于完成复合；最大，有利于完成复合；n
46、n强强强强烈烈烈烈的的的的复复复复合合合合辐辐辐辐射射射射出出出出许许许许多多多多光光光光子子子子，成成成成为为为为引引引引发发发发新新新新的的的的空空空空间间间间光光光光电离辐射源。电离辐射源。电离辐射源。电离辐射源。（一）空间电荷作用(zuyng)3.2 3.2 大气压下均匀电场大气压下均匀电场大气压下均匀电场大气压下均匀电场(din chng)(din chng)的流注理论的流注理论的流注理论的流注理论第54页/共169页第五十五页，共170页。56汤逊理论没有考虑放电本身所引发的空间光电离现象，而这一因素在大气压、长气隙的击穿过程中起着重要的作用。考虑初始电子崩头部成为辐射源，会向气隙
47、空间各处发射(fsh)光子而引起光电离。（二）空间(kngjin)光电离的作用3.2 3.2 大气压下均匀大气压下均匀大气压下均匀大气压下均匀(jnyn)(jnyn)电场的流注理论电场的流注理论电场的流注理论电场的流注理论第55页/共169页第五十六页，共170页。573.2 3.2 大气压下均匀电场大气压下均匀电场大气压下均匀电场大气压下均匀电场(din chng)(din chng)的流注理论的流注理论的流注理论的流注理论起始电子发生碰撞电离形成初始电子崩；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(gungz)；光电离产生光电子，在加强的局部电
48、场（正离子与阴极间电场）作用下形成二次崩；（三）流注的形成（三）流注的形成（三）流注的形成（三）流注的形成(xngchng)(xngchng)和和和和发展示意图发展示意图发展示意图发展示意图第56页/共169页第五十七页，共170页。583.2 3.2 大气压下均匀大气压下均匀大气压下均匀大气压下均匀(jnyn)(jnyn)电场的流注理论电场的流注理论电场的流注理论电场的流注理论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，加强局部电场产生新电子崩使其发展；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(ynq)空间光电离，于是流注前方出现新的二次
49、崩，延长流注通道；f)流注通道贯通，气隙击穿新电子(dinz)崩不断产生的电子(dinz)形成负离子与原始电子(dinz)崩的正离子互相渗透，形成正负离子混合的等离子体通道-流注。第57页/共169页第五十八页，共170页。593.2 3.2 大气压下均匀电场大气压下均匀电场大气压下均匀电场大气压下均匀电场(din chng)(din chng)的流注的流注的流注的流注理论理论理论理论 初始电子崩（电子崩头部电子数达到一定数量）初始电子崩（电子崩头部电子数达到一定数量）初始电子崩（电子崩头部电子数达到一定数量）初始电子崩（电子崩头部电子数达到一定数量）电场畸变；电场畸变；电场畸变；电场畸变；电
50、子崩头部附近正负空间电荷复合；电子崩头部附近正负空间电荷复合；电子崩头部附近正负空间电荷复合；电子崩头部附近正负空间电荷复合；放射大量放射大量放射大量放射大量(dling)(dling)光子光子光子光子光辐射；光辐射；光辐射；光辐射；光电离，释放出的电子称为光电子；光电离，释放出的电子称为光电子；光电离，释放出的电子称为光电子；光电离，释放出的电子称为光电子；崩崩崩崩头头头头处处处处光光光光电电电电子子子子处处处处在在在在了了了了被被被被加加加加强强强强了了了了的的的的电电电电场场场场附附附附近近近近，会会会会迅迅迅迅速速速速产产产产生生生生新新新新的的的的碰碰碰碰撞撞撞撞电电电电离；离；离；
51、离；二二二二次次次次电电电电子子子子崩崩崩崩；（二二二二次次次次电电电电子子子子崩崩崩崩电电电电子子子子跑跑跑跑到到到到初初初初崩崩崩崩正正正正空空空空间间间间电电电电荷荷荷荷区区区区域域域域）流流流流注注注注 。流注(li zh)发展过程第58页/共169页第五十九页，共170页。603.2 3.2 大气压下均匀大气压下均匀大气压下均匀大气压下均匀(jnyn)(jnyn)电场的流注理论电场的流注理论电场的流注理论电场的流注理论（四）流注条件（四）流注条件（四）流注条件（四）流注条件形成流注的必要条件是：形成流注的必要条件是：形成流注的必要条件是：形成流注的必要条件是：电电电电子子子子崩崩崩崩
52、发发发发展展展展到到到到足足足足够够够够(zgu)(zgu)的的的的程程程程度度度度后后后后，电电电电子子子子崩崩崩崩中中中中的的的的空空空空间间间间电电电电荷荷荷荷足足足足以以以以使使使使原原原原电电电电场场场场明明明明显显显显畸畸畸畸变变变变，大大大大大大大大加加加加强强强强电电电电子子子子崩崩崩崩崩崩崩崩头头头头和和和和崩尾处的电场；崩尾处的电场；崩尾处的电场；崩尾处的电场；电电电电子子子子崩崩崩崩头头头头部部部部附附附附近近近近电电电电荷荷荷荷密密密密度度度度很很很很大大大大，复复复复合合合合频频频频繁繁繁繁，释释释释放放放放出出出出引引引引发发发发新新新新的的的的空空空空间间间间光光
53、光光电电电电离离离离的的的的辐辐辐辐射射射射源源源源，二二二二次次次次电电电电子子子子崩崩崩崩主主主主要要要要来来来来源源源源于于于于空空空空间光电离；间光电离；间光电离；间光电离；气隙中一旦形成流注，放电就可由空间光电离自行维持。气隙中一旦形成流注，放电就可由空间光电离自行维持。气隙中一旦形成流注，放电就可由空间光电离自行维持。气隙中一旦形成流注，放电就可由空间光电离自行维持。第59页/共169页第六十页，共170页。613.2 3.2 大气压下均匀电场的流注大气压下均匀电场的流注大气压下均匀电场的流注大气压下均匀电场的流注(li zh)(li zh)理论理论理论理论流注自持流注自持(zch
54、)放电条件：放电条件：或或标标准准大大气气条条件件下下，初初崩崩头头部部电电子子数数要要达达到到108时时，出出现现流流注注，放放电电(fng din)才能转为自持。才能转为自持。也可写为：也可写为：注意：此处的区别于汤逊理论中第60页/共169页第六十一页，共170页。62流注理论对放电现象流注理论对放电现象流注理论对放电现象流注理论对放电现象(xinxing)(xinxing)(xinxing)(xinxing)的解释的解释的解释的解释pp放电时间放电时间放电时间放电时间pp二二二二次次次次崩崩崩崩的的的的起起起起始始始始电电电电子子子子是是是是光光光光子子子子形形形形成成成成的的的的，而
55、而而而光光光光子子子子以以以以光光光光速速速速传传传传播播播播，所所所所以以以以(suy)(suy)(suy)(suy)流注发展非常快。流注发展非常快。流注发展非常快。流注发展非常快。p放电外形放电外形p二二次次崩崩的的发发展展具具有有不不同同的的方方位位，所所以以流流注注的的推推进进(tujn)不可能均匀，而且具有分支。不可能均匀，而且具有分支。p阴极材料阴极材料大大气气条条件件下下的的气气体体放放电电不不依依赖赖阴阴极极表表面面电电离离，而而是是靠靠空空间间光光电电离产生电子维持，因此与阴极材料无关。离产生电子维持，因此与阴极材料无关。第61页/共169页第六十二页，共170页。63小小
56、结结n n汤逊理论适用于汤逊理论适用于汤逊理论适用于汤逊理论适用于n n 均匀均匀均匀均匀(jnyn)(jnyn)电场、低气压、短间隙（电场、低气压、短间隙（电场、低气压、短间隙（电场、低气压、短间隙（pdpd值较值较值较值较小）气体的击穿；小）气体的击穿；小）气体的击穿；小）气体的击穿；n n流注理论适用于流注理论适用于流注理论适用于流注理论适用于n n 均匀均匀均匀均匀(jnyn)(jnyn)电场、大气压、长空气间隙（电场、大气压、长空气间隙（电场、大气压、长空气间隙（电场、大气压、长空气间隙（pdpd值较大）气体的击穿。值较大）气体的击穿。值较大）气体的击穿。值较大）气体的击穿。n n
57、以以以以pd=26.66kPacmpd=26.66kPacm作为分界参考；作为分界参考；作为分界参考；作为分界参考；第62页/共169页第六十三页，共170页。64小小 结结(1)(1)汤逊理论的基本观点：汤逊理论的基本观点：汤逊理论的基本观点：汤逊理论的基本观点： 电电电电子子子子碰碰碰碰撞撞撞撞电电电电离离离离是是是是气气气气体体体体放放放放电电电电时时时时电电电电流流流流倍倍倍倍增增增增的的的的主主主主要要要要过过过过程程程程，而而而而阴阴阴阴极极极极表表表表面面面面的的的的电电电电子子子子发发发发射射射射是是是是维维维维持持持持放放放放电电电电的的的的必必必必要要要要条条条条件件件件(
58、b (b yo yo tio jin)tio jin)。(2)(2)流注理论的基本观点：流注理论的基本观点：流注理论的基本观点：流注理论的基本观点：以以以以汤汤汤汤逊逊逊逊理理理理论论论论的的的的碰碰碰碰撞撞撞撞电电电电离离离离为为为为基基基基础础础础，强强强强调调调调空空空空间间间间电电电电荷荷荷荷对对对对电电电电场场场场的的的的畸畸畸畸变变变变作作作作用用用用，着着着着重重重重于于于于用用用用气气气气体体体体空空空空间间间间光光光光电电电电离离离离来来来来解解解解释释释释气气气气体体体体放放放放电电电电通通通通道道道道的发展过程；的发展过程；的发展过程；的发展过程；放放放放电电电电从从从从
59、起起起起始始始始到到到到击击击击穿穿穿穿并并并并非非非非碰碰碰碰撞撞撞撞电电电电离离离离连连连连续续续续量量量量变变变变的的的的过过过过程程程程，当当当当初初初初始始始始电电电电子子子子崩崩崩崩中中中中离离离离子子子子数数数数达达达达108108以以以以上上上上时时时时，引引引引起起起起空空空空间间间间光光光光电电电电离离离离质质质质变变变变，电子崩汇合成流注；电子崩汇合成流注；电子崩汇合成流注；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。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63页/共169页第六十四页，共170页。65小小 结结引引引引起起
60、起起气气气气体体体体放放放放电电电电(fng (fng din)din)的的的的外外外外部部部部原原原原因因因因有有有有两两两两个个个个，其其其其一一一一是是是是电电电电场场场场作作作作用用用用，其其其其二二二二是是是是外外外外电电电电离离离离因素。因素。因素。因素。 把把把把去去去去掉掉掉掉外外外外界界界界因因因因素素素素作作作作用用用用后后后后，放放放放电电电电(fng (fng din)din)立立立立即即即即停停停停止止止止的的的的放放放放电电电电(fng (fng din)din)形形形形式式式式称称称称为为为为非非非非自自自自持持持持放放放放电电电电(fng (fng din)di
61、n)；把把把把由由由由电电电电场场场场作作作作用用用用就就就就能能能能维维维维持持持持的的的的放放放放电电电电(fng (fng din)din)称称称称为为为为自持放电自持放电自持放电自持放电(fng din)(fng din)。汤逊理论和流注理论自持放电条件的比较汤逊理论和流注理论自持放电条件的比较(1)汤逊理论：自持放电由阴极过程来维持；汤逊理论：自持放电由阴极过程来维持； 流注理论：依赖于空间光电离。流注理论：依赖于空间光电离。(2) 系数系数(xsh)的物理意义不同。的物理意义不同。第64页/共169页第六十五页，共170页。66本本本本 节节节节 重重重重 点点点点汤逊放电理论和流
62、注理论的使用范围；汤逊放电理论和流注理论的使用范围；汤逊放电理论和流注理论的使用范围；汤逊放电理论和流注理论的使用范围；汤逊放电描述的电子崩发展过程；汤逊放电描述的电子崩发展过程；汤逊放电描述的电子崩发展过程；汤逊放电描述的电子崩发展过程；电子碰撞游离系数电子碰撞游离系数电子碰撞游离系数电子碰撞游离系数 ；汤逊理论的自持放电条件及其物理解释；汤逊理论的自持放电条件及其物理解释；汤逊理论的自持放电条件及其物理解释；汤逊理论的自持放电条件及其物理解释；巴申定律巴申定律巴申定律巴申定律(dngl)(dngl)及其在实际中的应用；及其在实际中的应用；及其在实际中的应用；及其在实际中的应用；流注理论与汤
63、逊理论在考虑放电发展因素上的流注理论与汤逊理论在考虑放电发展因素上的流注理论与汤逊理论在考虑放电发展因素上的流注理论与汤逊理论在考虑放电发展因素上的不同；不同；不同；不同；流注及其放电的发展过程；流注及其放电的发展过程；流注及其放电的发展过程；流注及其放电的发展过程；流注及自持放电的形成条件。流注及自持放电的形成条件。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65页/共169页第六十六页，共170页。674 4 不均匀电场不均匀电场(din (din chng)chng)长空气间隙放电长空气间隙放电第66页/共169页第六十七页，共170页。684 不均匀不均匀(jnyn)电场长空
64、气间电场长空气间隙的放电隙的放电n n电电电电力力力力系系系系统统统统中中中中大大大大多多多多数数数数的的的的带带带带电电电电设设设设备备备备都都都都处处处处在在在在长长长长间间间间隙隙隙隙不不不不均均均均匀匀匀匀电电电电场场场场中中中中，如如如如，变变变变压压压压器器器器高高高高压压压压套套套套管管管管引引引引出出出出线线线线对对对对低低低低压压压压套套套套管管管管及及及及壳壳壳壳；高高高高压压压压输输输输电电电电线线线线对对对对地地地地；实实实实验验验验室室室室的的的的试试试试验验验验变变变变压压压压器器器器高高高高压压压压端端端端对对对对墙墙墙墙等等等等。那那那那么么么么，关关关关于于于
65、于长长长长间间间间隙隙隙隙不不不不均均均均匀匀匀匀电电电电场场场场气气气气体体体体放放放放电电电电的的的的物物物物理理理理过过过过程程程程又又又又是是是是如如如如何何何何发发发发展展展展的的的的呢？呢？呢？呢？n n均均均均匀匀匀匀电电电电场场场场：两两两两个个个个(lin (lin )电电电电极极极极的的的的面面面面积积积积远远远远远远远远大大大大于于于于两两两两电电电电极极极极间间间间的的的的距距距距离离离离，这这这这两两两两个个个个(lin )(lin )电极间的电场称为均匀电场。如平板电极；电极间的电场称为均匀电场。如平板电极；电极间的电场称为均匀电场。如平板电极；电极间的电场称为均匀
66、电场。如平板电极；n n不不不不均均均均匀匀匀匀电电电电场场场场：两两两两电电电电极极极极的的的的曲曲曲曲率率率率半半半半径径径径小小小小于于于于两两两两电电电电极极极极间间间间的的的的距距距距离离离离时时时时，两两两两电电电电极极极极间间间间的的的的电电电电场场场场就就就就是不均匀电场。如棒是不均匀电场。如棒是不均匀电场。如棒是不均匀电场。如棒- -棒、棒棒、棒棒、棒棒、棒- -板；板；板；板；n n当当当当棒棒棒棒电电电电极极极极的的的的曲曲曲曲率率率率半半半半径径径径远远远远小小小小于于于于棒棒棒棒- -板板板板电电电电极极极极间间间间的的的的距距距距离离离离时时时时，其其其其间间间间电
67、电电电场场场场就就就就是是是是极极极极不不不不均均均均匀匀匀匀电电电电场。场。场。场。第67页/共169页第六十八页，共170页。694 不均匀电场长空气不均匀电场长空气(kngq)间隙的放电间隙的放电4.1 电场(din chng)不均匀程度的划分4.2 稍不均匀电场(din chng)中的击穿过程4.3 极不均匀电场(din chng)中的击穿过程第68页/共169页第六十九页，共170页。704.1 电场不均匀程度电场不均匀程度(chngd)的划分的划分球隙的放电特性与极间距离球隙的放电特性与极间距离球隙的放电特性与极间距离球隙的放电特性与极间距离(jl)(jl)的关系的关系的关系的关系
68、1-击穿电压(diny) 2-电晕起始电压(diny) 3-放电不稳定区第69页/共169页第七十页，共170页。714.1 4.1 电场不均匀程度电场不均匀程度电场不均匀程度电场不均匀程度(chngd)(chngd)的划分的划分的划分的划分n n电电场场越越不不均均匀匀，击击穿穿电电压压和和电电晕晕起起始始电电压压之之间间的的差差别别越越大大n n从从放放电电观观点点看看：电电场场的的不不均均匀匀程程度度可可以以根根据据(gnj)是是否否存在稳定的电晕放电来区分；存在稳定的电晕放电来区分；均匀电场是一种少有(sho yu)的特例，在实际电力设施中常见的却是不均匀电场。第70页/共169页第七
69、十一页，共170页。724.1 电场不均匀程度电场不均匀程度(chngd)的划分的划分为了描述各种结构的电场不均匀程度，可引入一个(y )电场不均匀系数f，表示为：Emax : 最大电场强度; Eav :平均电场强度,f4属不均匀电场。 第71页/共169页第七十二页，共170页。734.1 电场不均匀程度的划分(hu fn)4.2 稍不均匀电场中的击穿过程4.3 极不均匀电场中的击穿过程第72页/共169页第七十三页，共170页。744.2 稍不均匀电场稍不均匀电场(din chng)中的击穿过程中的击穿过程n n稍稍稍稍不不不不均均均均匀匀匀匀电电电电场场场场中中中中的的的的放放放放电电电
70、电过过过过程程程程与与与与均均均均匀匀匀匀电电电电场场场场相相相相似似似似，属属属属于于于于流流流流注注注注击击击击穿穿穿穿(j (j chun)chun)，击击击击穿穿穿穿(j (j chun)chun)条条条条件件件件就就就就是自持放电条件，无电晕产生。是自持放电条件，无电晕产生。是自持放电条件，无电晕产生。是自持放电条件，无电晕产生。n n但但但但稍稍稍稍不不不不均均均均匀匀匀匀电电电电场场场场中中中中场场场场强强强强并并并并非非非非处处处处处处处处相相相相等等等等， 电电电电离离离离系系系系数数数数 是空间坐标是空间坐标是空间坐标是空间坐标x x的函数，因此自持放电条件为。的函数，因此
71、自持放电条件为。的函数，因此自持放电条件为。的函数，因此自持放电条件为。第73页/共169页第七十四页，共170页。754.1 电场不均匀程度(chngd)的划分4.2 稍不均匀电场中的击穿过程4.3 极不均匀电场中的击穿过程第74页/共169页第七十五页，共170页。764.3 极不均匀极不均匀(jnyn)电场中的击穿过程电场中的击穿过程4.3.1 电晕放电电晕放电(fng din)4.3.2 极性效应极性效应4.3.3 长间隙放电长间隙放电(fng din)过程过程第75页/共169页第七十六页，共170页。774.3.1 电晕电晕(din yn)放电放电n n定义：电场极不均匀时，在大曲
72、率电极附近定义：电场极不均匀时，在大曲率电极附近定义：电场极不均匀时，在大曲率电极附近定义：电场极不均匀时，在大曲率电极附近(fjn)(fjn)很薄一层很薄一层很薄一层很薄一层空气中具备自持放电条件，放电仅局限在大曲率电极周围很小空气中具备自持放电条件，放电仅局限在大曲率电极周围很小空气中具备自持放电条件，放电仅局限在大曲率电极周围很小空气中具备自持放电条件，放电仅局限在大曲率电极周围很小范围内，而整个气隙尚未击穿。范围内，而整个气隙尚未击穿。范围内，而整个气隙尚未击穿。范围内，而整个气隙尚未击穿。n n电晕放电也就是局部流注。电晕放电也就是局部流注。电晕放电也就是局部流注。电晕放电也就是局部
73、流注。n n特点：电晕放电是极不均匀电场特有的自持放电形式，电晕起特点：电晕放电是极不均匀电场特有的自持放电形式，电晕起特点：电晕放电是极不均匀电场特有的自持放电形式，电晕起特点：电晕放电是极不均匀电场特有的自持放电形式，电晕起始电压低于击穿电压，电场越不均匀其差值越大。始电压低于击穿电压，电场越不均匀其差值越大。始电压低于击穿电压，电场越不均匀其差值越大。始电压低于击穿电压，电场越不均匀其差值越大。电晕放电的起始电压一般用经验(jngyn)公式来推算，流传最广的是皮克公式，电晕起始场强近似为：第76页/共169页第七十七页，共170页。784.3.1 电晕电晕(din yn)放电放电不利的影
74、响：不利的影响：不利的影响：不利的影响：电电电电晕晕晕晕放放放放电电电电引引引引起起起起的的的的光光光光、声声声声、热热热热等等等等效效效效应应应应使使使使空空空空气气气气发发发发生生生生化化化化学学学学反反反反应应应应，都都都都会会会会消消消消耗耗耗耗一一一一定定定定的的的的能能能能量量量量。电电电电晕晕晕晕损损损损耗耗耗耗是是是是超超超超高高高高压压压压输输输输电电电电(shdin)(shdin)线线线线路路路路设设设设计计计计时时时时必须考虑的因素，坏天气时电晕损耗要比好天气时大得多。必须考虑的因素，坏天气时电晕损耗要比好天气时大得多。必须考虑的因素，坏天气时电晕损耗要比好天气时大得多。
75、必须考虑的因素，坏天气时电晕损耗要比好天气时大得多。 电电电电晕晕晕晕放放放放电电电电中中中中，由由由由于于于于电电电电子子子子崩崩崩崩和和和和流流流流注注注注不不不不断断断断消消消消失失失失和和和和重重重重新新新新出出出出现现现现所所所所造造造造成成成成的的的的放放放放电脉冲会产生高频电磁波，从而对无线电和电视广播产生干扰。电脉冲会产生高频电磁波，从而对无线电和电视广播产生干扰。电脉冲会产生高频电磁波，从而对无线电和电视广播产生干扰。电脉冲会产生高频电磁波，从而对无线电和电视广播产生干扰。 电电电电晕晕晕晕放放放放电电电电还还还还会会会会产产产产生生生生可可可可闻闻闻闻噪噪噪噪声声声声，并并
76、并并有有有有可可可可能能能能超超超超出出出出环环环环境境境境保保保保护护护护所所所所容容容容许许许许的的的的标标标标准。准。准。准。 方法：增大电极曲率半径；采用扩径导线等方法：增大电极曲率半径；采用扩径导线等方法：增大电极曲率半径；采用扩径导线等方法：增大电极曲率半径；采用扩径导线等第77页/共169页第七十八页，共170页。794.3.1 电晕电晕(din yn)放电放电有利有利有利有利(yul)(yul)：在输电线上传播的雷电电压波因电晕放电而衰减其幅值和降低其波前陡度。在输电线上传播的雷电电压波因电晕放电而衰减其幅值和降低其波前陡度。在输电线上传播的雷电电压波因电晕放电而衰减其幅值和降
77、低其波前陡度。在输电线上传播的雷电电压波因电晕放电而衰减其幅值和降低其波前陡度。 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。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、臭氧发生器等工业设施中得到广泛应用。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。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。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。 第78页/共169页第七十九页，共170页。804.3.2 极性效应极性效应(xioyng
78、)n n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(kish)，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。极极不不均均匀匀电电场场中中的的放放电电存存在着明显的极性效应。在着明显的极性效应。 第79页/共169页第八十页，共170页。814.3.2 极性效应极性效应(xioyng)n n决决定定极极性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(din wi
79、)符号：符号： n n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那个个电电极极的的电电位位(din wi)符符号号，如如“棒棒-板板”气隙。气隙。 n n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极上上的的电电位位(din wi)，如如“棒棒-棒棒”气隙。气隙。第80页/共169页第八十一页，共170页。824.3.2 极性效应极性效应(xioyng)下面以典型的极不均匀电场下面以典型的极不均匀电场下面以典型的极不均匀电场下面以典型的极不均匀电场-“-“棒棒棒棒- -板板板板”
80、”气隙为气隙为气隙为气隙为例，从流注的概念出发，说明例，从流注的概念出发，说明例，从流注的概念出发，说明例，从流注的概念出发，说明(shumng)(shumng)放电放电放电放电的：的：的：的： 发展过程发展过程发展过程发展过程极性效应极性效应极性效应极性效应 第81页/共169页第八十二页，共170页。834.3.2 4.3.2 极性效应极性效应极性效应极性效应(xioyng)(xioyng)（一）正极性 如图所示，棒极带正电位时，电子崩头部的电子到达棒极后即将被中和，棒极附近强场区内的电晕放电 将 在 棒 极 附 近 空 间(kngjin)留下许多正离子。第82页/共169页第八十三页，共
81、170页。844.3.2 极性效应极性效应(xioyng)这些正离子虽朝板极移动(ydng)，但速度很慢而暂留在棒极附近。第83页/共169页第八十四页，共170页。854.3.2 极性效应极性效应(xioyng)这些正空间电荷削弱了棒极附近的电场(din chng)强度，而加强了正离子群外 部 空 间 的 电 场 (din chng)，因此当电压进一步提高，随着电晕放电区的扩展，强场区亦将逐渐向板极方向推进，因而放电的发展是顺利的。第84页/共169页第八十五页，共170页。864.3.2 极性效应极性效应(xioyng)（二）负极(fj)性如(a)所示：棒极负极性时，电子崩将由棒极表面出发
82、向外发展，崩头的电子在离开强场（电晕）区后，虽不能再引起碰撞电离(dinl)，但仍继续往板极运动。第85页/共169页第八十六页，共170页。874.3.2 极性效应极性效应(xioyng)在图(b)中：留在棒极附近的也是大批正离子，这时它们(t men)将加强棒极表面附近的电场而削弱外围空间的电场，电场情况如图(c)所示。 第86页/共169页第八十七页，共170页。884.3.2 极性效应极性效应(xioyng)所以，当电压进一步提高时，电晕区不易向外扩展(kuzhn)，整个气隙击穿将是不顺利的，因而这时气隙的击穿电压要比正极性时高得多，完成击穿过程所需的时间也要比正极性时长得多。第87页
83、/共169页第八十八页，共170页。894.3.2 极性效应极性效应(xioyng)非自持放电非自持放电(fng din)阶段阶段正正极极性性：正正空空间间电电荷荷削削弱弱棒棒极极附附近近场场强强而而加加强强外外部部电电场场，阻阻止止棒棒极极附附近近流流注注形形成成使电晕起始电压提高；使电晕起始电压提高；负负极极性性：正正空空间间电电荷荷加加强强棒棒极极附附近近场场强强而而削削弱弱外外部部电电场场，促促进进棒棒极极附附近近流流注注形形成成使电晕起始电压降低。使电晕起始电压降低。第88页/共169页第八十九页，共170页。904.3.2 极性效应极性效应(xioyng)自持放电阶段自持放电阶段自
84、持放电阶段自持放电阶段(jidun)(jidun)正正正正极极极极性性性性：空空空空间间间间电电电电荷荷荷荷加加加加强强强强放放放放电电电电区区区区外外外外部部部部空空空空间间间间的的的的电电电电场场场场，因因因因此此此此当当当当电电电电压压压压进进进进一一一一步步步步提提提提高高高高时时时时，强强强强场场场场区区区区将将将将逐逐逐逐渐渐渐渐向向向向极极极极板板板板推推推推进至击穿。进至击穿。进至击穿。进至击穿。负负负负极极极极性性性性：空空空空间间间间电电电电荷荷荷荷削削削削弱弱弱弱放放放放电电电电区区区区外外外外部部部部空空空空间间间间的的的的电电电电场场场场，因因因因此此此此当当当当电电
85、电电压压压压进进进进一一一一步步步步提提提提高高高高时时时时，电电电电晕晕晕晕区区区区不不不不易易易易向向向向外外外外扩扩扩扩展展展展，气隙击穿将不顺利，因此负极性击穿电压比正极性高很多，完成击穿所需时间也长得多。气隙击穿将不顺利，因此负极性击穿电压比正极性高很多，完成击穿所需时间也长得多。气隙击穿将不顺利，因此负极性击穿电压比正极性高很多，完成击穿所需时间也长得多。气隙击穿将不顺利，因此负极性击穿电压比正极性高很多，完成击穿所需时间也长得多。第89页/共169页第九十页，共170页。914.3.2 极性效应极性效应(xioyng)n n工工工工程程程程实实实实际际际际中中中中，输输输输电电电
86、电线线线线路路路路外外外外绝绝绝绝缘缘缘缘和和和和高高高高压压压压电电电电器器器器的的的的外外外外绝绝绝绝缘缘缘缘都都都都属属属属于于于于极极极极不不不不均均均均匀匀匀匀电电电电场场场场分分分分布布布布，在在在在交交交交流流流流(jioli)(jioli)电电电电压压压压下下下下的的的的击击击击穿穿穿穿都都都都发发发发生生生生在在在在正正正正半波；半波；半波；半波；第90页/共169页第九十一页，共170页。924.3.3 长间隙长间隙(jin x)放电放电第91页/共169页第九十二页，共170页。934.3.3 长间隙长间隙(jin x)放电放电n n先导放电先导放电先导放电先导放电n n
87、特点：电子通过通道根部时由于剧烈的摩擦产生的热电离过程特点：电子通过通道根部时由于剧烈的摩擦产生的热电离过程特点：电子通过通道根部时由于剧烈的摩擦产生的热电离过程特点：电子通过通道根部时由于剧烈的摩擦产生的热电离过程n n先导加强了前方电场，引起先导加强了前方电场，引起先导加强了前方电场，引起先导加强了前方电场，引起(ynq)(ynq)新的流注，使其进一步伸展并逐级推进新的流注，使其进一步伸展并逐级推进新的流注，使其进一步伸展并逐级推进新的流注，使其进一步伸展并逐级推进n n主放电主放电主放电主放电n n当先导贯穿两极，导致沿先导通道向反方向扩展到棒极的主放电和最终击穿当先导贯穿两极，导致沿先
88、导通道向反方向扩展到棒极的主放电和最终击穿当先导贯穿两极，导致沿先导通道向反方向扩展到棒极的主放电和最终击穿当先导贯穿两极，导致沿先导通道向反方向扩展到棒极的主放电和最终击穿第92页/共169页第九十三页，共170页。944.3.3 长间隙长间隙(jin x)放电放电n n 流注通道电子被阳极吸引流注通道电子被阳极吸引n n电子浓度电子浓度n n电流电流 热损耗热损耗 温度温度n n流注中热电离流注中热电离n n电导电导，电流，电流n n流流注注变变成成高高电电导导的的等等离离子子体体(dnglzt)（先导）（先导）n n电场电场新流注新流注先导不断推进。先导不断推进。 第93页/共169页第
89、九十四页，共170页。95稍不均匀电场和极不均匀电场的划分及其典型的电场形式；稍不均匀电场和极不均匀电场的放电特征；电晕放电的概念和导线起晕场强的计算；极不均匀电场中的放电发展过程；极性定义(dngy)和极性效应。本本 节节 重重 点点第94页/共169页第九十五页，共170页。965 5 冲击电压冲击电压冲击电压冲击电压(diny)(diny)下气隙的击穿下气隙的击穿下气隙的击穿下气隙的击穿特性特性特性特性第95页/共169页第九十六页，共170页。975 冲击电压冲击电压(diny)下气隙的击穿特性下气隙的击穿特性5.1 雷电(lidin)冲击电压下的击穿5.2 操作冲击电压下的击穿第96
90、页/共169页第九十七页，共170页。985.1 雷电冲击雷电冲击(chngj)电压下的击穿电压下的击穿5.1.1 5.1.1 雷电冲击雷电冲击雷电冲击雷电冲击(chngj)(chngj)电压标准电压标准电压标准电压标准波形波形波形波形5.1.2 5.1.2 冲击冲击冲击冲击(chngj)(chngj)放电时延放电时延放电时延放电时延5.1.3 5.1.3 伏秒特性伏秒特性伏秒特性伏秒特性第97页/共169页第九十八页，共170页。995.1.1 雷电冲击电压标准雷电冲击电压标准(biozhn)波形波形标准雷电(lidin)冲击电压波：雷电(lidin)冲击电压波形的标准化第98页/共169页
91、第九十九页，共170页。1005.1.1 雷电冲击电压标准雷电冲击电压标准(biozhn)波形波形第99页/共169页第一百页，共170页。1015.1.1 5.1.1 雷电冲击雷电冲击雷电冲击雷电冲击(chngj)(chngj)电压标准波形电压标准波形电压标准波形电压标准波形标准(biozhn)雷电截波：用来模拟(mn)雷电过电压引起气隙击穿或外绝缘闪络后所出现的截尾冲击波，如图所示。 第100页/共169页第一百零一页，共170页。1025.1.2 冲击冲击(chngj)放电时延放电时延放电(fng din)时间 完成气隙击穿的三个必备条件： 足够大的电场强度或足够高的电压(diny) 在
92、气隙中存在能引起电子崩并导致流注和主放电的有效电子 需要有一定的时间，让放电得以逐步发展并完成击穿。第101页/共169页第一百零二页，共170页。1035.1.2 5.1.2 冲击冲击冲击冲击(chngj)(chngj)放电时延放电时延放电时延放电时延即是说：在冲击电压作用下气隙的放电(fng din)电压Uf是间隙距离和电压作用时间的函数：也就是说，研究气隙的冲击特性时，不仅(bjn)要指出作用电压的大小，同时，还要指出作用电压的波形。第102页/共169页第一百零三页，共170页。1045.1.2 冲击冲击(chngj)放电时延放电时延放电(fng din)时间的组成：总放电(fng d
93、in)时间后面两个分量(fn ling)之和称为放电时延第103页/共169页第一百零四页，共170页。1055.1.2 冲击冲击(chngj)放电时延放电时延气隙在持续电压(diny)下的击穿电压(diny)为Us， t1为 所 加 电 压(diny)从0上升到Us的时间；Us-间隙在工频或直流电压作用下的击穿电压称为(chn wi)静态击穿电压ts -从t1开始到气隙中出现第一个有效电子所需的时间称为统计时延ts第104页/共169页第一百零五页，共170页。1065.1.2 5.1.2 冲击冲击冲击冲击(chngj)(chngj)放电时延放电时延放电时延放电时延有效电子：能在间隙中引起碰
94、撞电离、发展电子崩并导致间隙击穿的电子。它的出现(chxin)和许多因素有关，如外电离因素的强度、气体的性质、作用电压的大小、电场的均匀程度等。它的出现(chxin)是随机的，具有统计性。因此ts称为统计时延。第105页/共169页第一百零六页，共170页。1075.1.2 冲击冲击(chngj)放电时延放电时延tf放电形成时延。是指出现有效电子后，引起碰撞电离，形成电子崩，发展到流注和主放电，最后完成(wn chng)气隙的击穿。这个过程需要的时间。第106页/共169页第一百零七页，共170页。1085.1.2 冲击冲击(chngj)放电时延放电时延当电场较均匀时（如1cm以下短气隙），t
95、fts，放电时延主要取决于ts。为减小ts：可提高外施电场使气隙中出现有效电子的概率增加可采用人工光源照射，使阴极释放(shfng)出更多的电子，增加产生有效电子的概率。当电场极不均匀时（如长气隙），间隙的放电时延主要取决于放电的形成时延tf，且电场越不均匀， tf越大。这是因为棒电极附近电场强度大，出现第一个有效电子的概率大，因此统计时延小。相对而言，放电的形成时延tf较大，因为这时的放电要经过局部(jb)流注的逐渐伸长，发展为先导放电，再形成主放电。 可通过提高外施电压缩短放电形成时延。第107页/共169页第一百零八页，共170页。1095.1.3 5.1.3 雷电冲击雷电冲击雷电冲击雷
96、电冲击(chngj)50%(chngj)50%击穿电压击穿电压击穿电压击穿电压n n在在在在工工工工程程程程上上上上，常常常常用用用用50%50%放放放放电电电电电电电电压压压压表表表表征征征征绝绝绝绝缘缘缘缘耐耐耐耐受受受受冲冲冲冲击击击击电电电电压压压压作作作作用用用用的的的的能能能能力。力。力。力。n n所所所所谓谓谓谓50%50%放放放放电电电电电电电电压压压压是是是是指指指指间间间间隙隙隙隙在在在在某某某某一一一一冲冲冲冲击击击击电电电电压压压压作作作作用用用用下下下下，其其其其中中中中半半半半数数数数导导导导致致致致气气气气隙隙隙隙击击击击穿穿穿穿，即即即即为为为为50%50%的的
97、的的放放放放电电电电电电电电压压压压。记记记记作作作作U50%U50%。以以以以此此此此反反反反映映映映气隙的耐受冲击电压的能力。气隙的耐受冲击电压的能力。气隙的耐受冲击电压的能力。气隙的耐受冲击电压的能力。n n通通通通常常常常，施施施施加加加加1010次次次次电电电电压压压压中中中中有有有有4-64-6次次次次击击击击穿穿穿穿了了了了，这这这这一一一一电电电电压压压压即即即即可可可可认认认认为为为为(rnwi)(rnwi)是是是是5050冲击击穿电压。冲击击穿电压。冲击击穿电压。冲击击穿电压。n n为了说明气体的冲击电气强度，引入一个冲击系数的概念。为了说明气体的冲击电气强度，引入一个冲击
98、系数的概念。为了说明气体的冲击电气强度，引入一个冲击系数的概念。为了说明气体的冲击电气强度，引入一个冲击系数的概念。第108页/共169页第一百零九页，共170页。110特点：(1)在均匀和稍不均匀场中，击穿电压分散性小，冲击系数 (2)在极不均匀电场中，由于(yuy)放电时延较长，击穿电压分散性也较大。其冲击系数 5.1.3 5.1.3 雷电雷电雷电雷电(lidin)(lidin)冲击冲击冲击冲击50%50%击穿电压击穿电压击穿电压击穿电压第109页/共169页第一百一十页，共170页。111一、空气间隙(jin x)的伏-秒特性5.1.4 5.1.4 伏秒特性伏秒特性伏秒特性伏秒特性(tx
99、ng)(txng)n在一间隙上施加雷电(lidin)冲击电压（1.2/50s），保持其波形不变，改变冲击电压幅值；n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；n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2、3。第110页/共169页第一百一十一页，共170页。1125.1.4 伏秒特性伏秒特性(txng)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，称为(chn wi)绝缘的伏秒特性。（即，图中1、2、3点所连的光滑(gung hu)曲线）实验表明，在冲击电压作用下，间隙的放电特性和放电电压都有分散性。因此伏秒特性实际上是一个以上、下包
100、线为界的带状区域。通常取50伏秒特性或平均伏秒特性曲线来表征一个气隙的冲击击穿特性。第111页/共169页第一百一十二页，共170页。1135.1.4 伏秒特性伏秒特性(txng)第112页/共169页第一百一十三页，共170页。1145.1.4 5.1.4 伏秒特性伏秒特性伏秒特性伏秒特性(txng)(txng)n n极极极极不不不不均均均均匀匀匀匀电电电电场场场场：平平平平均均均均击击击击穿穿穿穿场场场场强强强强低低低低，放放放放电电电电时时时时延延延延长长长长，曲曲曲曲线线线线(qxin)(qxin)上翘；上翘；上翘；上翘；n n稍稍稍稍不不不不均均均均匀匀匀匀电电电电场场场场：平平平平
101、均均均均击击击击穿穿穿穿场场场场强强强强高高高高，放放放放电电电电时时时时延延延延短短短短，曲曲曲曲线线线线(qxin)(qxin)平坦。平坦。平坦。平坦。n n因因因因此此此此在在在在避避避避雷雷雷雷器器器器等等等等保保保保护护护护装装装装置置置置中中中中，保保保保护护护护间间间间隙隙隙隙采采采采用用用用均均均均匀匀匀匀电电电电场场场场，确确确确保在各种电压下保护装置伏秒特性低于被保护设备。保在各种电压下保护装置伏秒特性低于被保护设备。保在各种电压下保护装置伏秒特性低于被保护设备。保在各种电压下保护装置伏秒特性低于被保护设备。随着时间的延伸(ynshn)，一切气隙的伏秒特性都趋于平坦，但特性
102、曲线变平的时间却与气隙的电场形式有较大关系：二、均匀电场与不均匀电场的绝缘配合第113页/共169页第一百一十四页，共170页。1155.1.3 伏秒特性伏秒特性(txng)三、伏秒特性三、伏秒特性三、伏秒特性三、伏秒特性(txng)(txng)在绝缘配合中的应在绝缘配合中的应在绝缘配合中的应在绝缘配合中的应用用用用第114页/共169页第一百一十五页，共170页。1165.1 雷电冲击电压(diny)下的击穿5.2 操作冲击电压(diny)下的击穿第115页/共169页第一百一十六页，共170页。1175.2 操作冲击操作冲击(chngj)电压下的击穿电压下的击穿5.2.1 操作操作(coz
103、u)冲击冲击电压的形成电压的形成5.2.2 操作操作(cozu)冲击冲击电压标准波形电压标准波形5.2.3 操作操作(cozu)冲击冲击放电电压的特点放电电压的特点第116页/共169页第一百一十七页，共170页。1185.2.1 5.2.1 操作操作操作操作(cozu)(cozu)冲击电压的形成冲击电压的形成冲击电压的形成冲击电压的形成n n电电电电力力力力系系系系统统统统的的的的输输输输电电电电线线线线及及及及电电电电气气气气设设设设备备备备都都都都有有有有各各各各自自自自的的的的电电电电感感感感和和和和电电电电容容容容，由由由由于于于于系系系系统统统统运运运运行行行行状状状状态态态态的的
104、的的突突突突变变变变(tbin)(tbin)(正正正正常常常常或或或或故故故故障障障障) )将将将将导导导导致致致致电电电电感感感感和和和和电电电电容元件间电磁能的互相转换，引起振荡性的过渡过程容元件间电磁能的互相转换，引起振荡性的过渡过程容元件间电磁能的互相转换，引起振荡性的过渡过程容元件间电磁能的互相转换，引起振荡性的过渡过程n n过过过过渡渡渡渡过过过过程程程程会会会会在在在在电电电电气气气气设设设设备备备备或或或或局局局局部部部部电电电电网网网网上上上上造造造造成成成成远远远远远远远远超超超超过过过过正正正正常常常常运运运运行行行行的电压，称为操作过电压的电压，称为操作过电压的电压，称
105、为操作过电压的电压，称为操作过电压n n操操操操作作作作过过过过电电电电压压压压幅幅幅幅值值值值与与与与波波波波形形形形跟跟跟跟电电电电力力力力系系系系统统统统的的的的参参参参数数数数有有有有密密密密切切切切关关关关系系系系，由由由由于于于于其其其其过过过过渡渡渡渡过过过过程程程程的的的的振振振振荡荡荡荡基基基基值值值值是是是是系系系系统统统统运运运运行行行行电电电电压压压压，因因因因此此此此电电电电压压压压等等等等级级级级越越越越高高高高，操作过电压幅值越高，最高可达到最大相电压峰值的操作过电压幅值越高，最高可达到最大相电压峰值的操作过电压幅值越高，最高可达到最大相电压峰值的操作过电压幅值越
106、高，最高可达到最大相电压峰值的3 34 4倍。倍。倍。倍。第117页/共169页第一百一十八页，共170页。1195.2.2 操作冲击电压标准操作冲击电压标准(biozhn)波形波形第118页/共169页第一百一十九页，共170页。1205.2.3 操作冲击操作冲击(chngj)放电电压的特点放电电压的特点n n均匀场和稍不均匀场中均匀场和稍不均匀场中均匀场和稍不均匀场中均匀场和稍不均匀场中n n操作冲击电压的作用时间操作冲击电压的作用时间操作冲击电压的作用时间操作冲击电压的作用时间(shjin)(shjin)介于工频电压与雷电冲击电压之间。介于工频电压与雷电冲击电压之间。介于工频电压与雷电冲
107、击电压之间。介于工频电压与雷电冲击电压之间。n n操操操操作作作作冲冲冲冲击击击击50%50%冲冲冲冲击击击击放放放放电电电电电电电电压压压压U50U50、直直直直流流流流放放放放电电电电电电电电压压压压、工工工工频频频频放放放放电电电电电电电电压压压压等等等等峰峰峰峰值值值值几几几几乎乎乎乎相同，分散性不大，击穿发生在波前部分，与半峰时间相同，分散性不大，击穿发生在波前部分，与半峰时间相同，分散性不大，击穿发生在波前部分，与半峰时间相同，分散性不大，击穿发生在波前部分，与半峰时间(shjin)(shjin)无关。无关。无关。无关。n n极不均匀场中极不均匀场中极不均匀场中极不均匀场中n n操
108、作冲击表现出许多不同的特点操作冲击表现出许多不同的特点操作冲击表现出许多不同的特点操作冲击表现出许多不同的特点第119页/共169页第一百二十页，共170页。1215.2.3 操作冲击放电操作冲击放电(fng din)电压的特点电压的特点vvU形曲线形曲线vv左半支：左半支：vv波波前前放放电电(fng din)时时延延U50% vv右半支：右半支：vv波波前前空空间间电电荷荷迁迁移移范范围围电电极极附附 近近 电电 场场 U50% 第120页/共169页第一百二十一页，共170页。1225.2.3 5.2.3 操作操作操作操作(cozu)(cozu)冲击放电电压的特点冲击放电电压的特点冲击放
109、电电压的特点冲击放电电压的特点vv极性效应极性效应vv在在不不同同的的电电场场结结构构中中，正正极极性性操操作作冲冲击击50%击击穿穿电电压压比比负负极极性性低低，一一般般均均讨讨论论(toln)正极性的情况。正极性的情况。vv操操作作冲冲击击击击穿穿电电压压不不仅仅远远低低于于雷雷电电冲冲击击击击穿穿电电压压，在在某某些些波波前前时时间间内内，甚甚至至比比工工频击穿电压还低。频击穿电压还低。vv在在同同极极性性的的雷雷电电冲冲击击标标准准波波作作用用下下，棒棒-板板间间隙隙的的击击穿穿电电压压比比棒棒-棒棒间间隙隙时时低低得得不不多多，而在操作冲击电压下，前者比后者低得多。而在操作冲击电压下
110、，前者比后者低得多。vv 注注意意：在在设设计计高高压压电电气气设设备备时时应应尽尽量量避避免免出现棒出现棒-板间隙板间隙第121页/共169页第一百二十二页，共170页。1235.2.3 操作冲击放电电压操作冲击放电电压(diny)的特点的特点vv饱和现象饱和现象vv操操作作冲冲击击放放电电电电压压与与间间隙隙距距离离的的关关系系有有明明显显的的饱饱和和现现象象；而而雷雷电电冲冲击击作作用用(zuyng)时时间间太太短短，其其饱饱和和不不明明显显，放放电电电电压压与间隙距离一般呈线性关系。与间隙距离一般呈线性关系。vv分散性大分散性大vv操操作作冲冲击击电电压压下下的的气气隙隙击击穿穿电电压
111、压和和放放电电时时间间的的分分散散性性都都比比雷雷电冲击电压大得多。电冲击电压大得多。考核绝缘冲击特性时应施加(shji)正极性的冲击电压。第122页/共169页第一百二十三页，共170页。124本本 节节 重重 点点雷电(lidin)冲击的有关概念：全波和截波、波前时间和半峰值时间等 ；雷电(lidin)、操作波标准波形；放电时间和放电时延的概念；50冲击放电电压；伏秒特性的定义、求取伏秒特性的方法和伏秒特性的配合；操作冲击电压波作用下的击穿特性。第123页/共169页第一百二十四页，共170页。1256 影响气体放电电压影响气体放电电压(diny)的因素的因素第124页/共169页第一百二
112、十五页，共170页。1266 影响气体放电影响气体放电(fng din)电压的因素电压的因素6.1 6.1 电场形式对放电电压电场形式对放电电压(diny)(diny)的影的影响响6.2 6.2 电压电压(diny)(diny)波形对放电电压波形对放电电压(diny)(diny)的影响的影响6.3 6.3 大气条件对放电电压大气条件对放电电压(diny)(diny)的影的影响响第125页/共169页第一百二十六页，共170页。1276.1 6.1 电场形式电场形式电场形式电场形式(xngsh)(xngsh)对放电电压的影响对放电电压的影响对放电电压的影响对放电电压的影响（一）均匀(jnyn)电
113、场和稍均匀(jnyn)电场中的击穿电压均匀电场： 两个电极形状完全相同且对称布置，因而不存在极性效应。 均匀电场中各处的电场强度均相等，击穿(j chun)所需的时间极短 在直流、工频和冲击电压作用下的击穿(j chun)电压实际上都相同 击穿(j chun)电压的分散性很小，伏秒特性很快就变平，冲击系数1 第126页/共169页第一百二十七页，共170页。1286.1 电场形式对放电电场形式对放电(fng din)电压的影响电压的影响击穿电压(diny)的经验公式可表示为：上式完全符合巴申定律(dngl)，因为它也可改写成：第127页/共169页第一百二十八页，共170页。1296.1 6.
114、1 电场形式对放电电压电场形式对放电电压电场形式对放电电压电场形式对放电电压(diny)(diny)的影响的影响的影响的影响与均匀电场相似，冲击系数接近1，冲击击穿(j chun)电压与工频击穿(j chun)电压及直流击穿(j chun)电压几乎相等。稍均匀(jnyn)电场第128页/共169页第一百二十九页，共170页。1306.1 电场形式电场形式(xngsh)对放电电压的影响对放电电压的影响n n工工程程上上常常见见电电场场大大多多数数是是极极不不均均匀匀(jnyn)电场电场n n工工程程上上遇遇到到极极不不均均匀匀(jnyn)电电场场时时，可可由由典典型型电电极极的的击击穿穿电电压压
115、来来修修正正绝绝缘缘距距离离，对对称称电电场场参参照照“棒棒棒棒”电电极极数数据据；不不对对称称电电场场可可参参照照“棒棒板板”电极数据电极数据n n放电的分散性大，且极性效应明显放电的分散性大，且极性效应明显（二）极不均匀电场中的击穿(j chun)电压第129页/共169页第一百三十页，共170页。1316.1 6.1 电场形式对放电电压的影响电场形式对放电电压的影响(yngxing)(yngxing)6.2 6.2 电压波形对放电电压的影响电压波形对放电电压的影响(yngxing)(yngxing)6.3 6.3 大气条件对放电电压的影响大气条件对放电电压的影响(yngxing)(yng
116、xing)第130页/共169页第一百三十一页，共170页。1326.2 电压电压(diny)波形对放电电压波形对放电电压(diny)的影响的影响气隙在各种( zhn)电压下的击穿特性： 直流电压 工频电压 雷电冲击电压 操作冲击电压第131页/共169页第一百三十二页，共170页。1336.2 电压波形电压波形(b xn)对放电电压的影响对放电电压的影响均匀电场中均匀电场中不同电压不同电压(diny)波形下击波形下击穿电压穿电压(diny)(峰值峰值)相同，相同，放电分散性小放电分散性小稍不均匀电场中稍不均匀电场中不同电压不同电压(diny)波形下击波形下击穿电压穿电压(diny)基本相同，
117、基本相同，放电分散性不大，极性效应放电分散性不大，极性效应不显著不显著极不均匀电场中极不均匀电场中直流、工频及冲击电压直流、工频及冲击电压(diny)间差别明显间差别明显第132页/共169页第一百三十三页，共170页。1346.2 6.2 电压电压电压电压(diny)(diny)波形对放电电压波形对放电电压波形对放电电压波形对放电电压(diny)(diny)的影响的影响的影响的影响棒棒棒棒- -板间隙存在极性效应板间隙存在极性效应板间隙存在极性效应板间隙存在极性效应棒棒棒棒- -棒棒棒棒电电电电极极极极击击击击穿穿穿穿电电电电压压压压(diny)(diny)介介介介于不同极性棒于不同极性棒于
118、不同极性棒于不同极性棒- -板之间板之间板之间板之间（一）直流电压下的击穿(j chun)特性平均击穿场强：正棒负板约为正棒负板约为4.5kV/cm负棒正板约为负棒正板约为10kV/cm棒棒约为棒棒约为5.4kV/cm第133页/共169页第一百三十四页，共170页。1356.2 6.2 电压波形电压波形电压波形电压波形(b xn)(b xn)对放电电压的影响对放电电压的影响对放电电压的影响对放电电压的影响无无无无论论论论棒棒棒棒- -棒棒棒棒或或或或棒棒棒棒- -板板板板电电电电极极极极击击击击穿穿穿穿 都都都都 发发发发 生生生生(fshng)(fshng)在在在在 正正正正半半半半周周周
119、周峰峰峰峰附附附附近近近近，分分分分散散散散性性性性不不不不大；大；大；大；当当当当间间间间隙隙隙隙距距距距离离离离不不不不太太太太大大大大时时时时，击击击击穿穿穿穿电电电电压压压压与与与与间间间间隙隙隙隙距距距距离离离离呈呈呈呈线线线线性性性性关关关关系系系系；间间间间隙隙隙隙距距距距离离离离很很很很大大大大时时时时，平平平平均均均均击击击击穿穿穿穿场场场场强强强强明明明明显显显显降低，呈现出饱和现象降低，呈现出饱和现象降低，呈现出饱和现象降低，呈现出饱和现象（二）工频电压(diny)下的击穿特性第134页/共169页第一百三十五页，共170页。1366.2 电压波形电压波形(b xn)对放
120、电电压的影响对放电电压的影响雷电冲击击穿雷电冲击击穿雷电冲击击穿雷电冲击击穿(j chun)(j chun)电压与距离呈正比，无电压与距离呈正比，无电压与距离呈正比，无电压与距离呈正比，无饱和；饱和；饱和；饱和；操作冲击电压有明显的操作冲击电压有明显的操作冲击电压有明显的操作冲击电压有明显的极性效应和饱和现象极性效应和饱和现象极性效应和饱和现象极性效应和饱和现象（二）冲击电压下的击穿(j chun)特性第135页/共169页第一百三十六页，共170页。1376.2 电压波形对放电电压波形对放电(fng din)电压的影响电压的影响第136页/共169页第一百三十七页，共170页。1386.1
121、6.1 电场形式对放电电压的影响电场形式对放电电压的影响(yngxing)(yngxing)6.2 6.2 电压波形对放电电压的影响电压波形对放电电压的影响(yngxing)(yngxing)6.3 6.3 大气条件对放电电压的影响大气条件对放电电压的影响(yngxing)(yngxing)第137页/共169页第一百三十八页，共170页。1396.3 大气大气(dq)条件对放电电压的影响条件对放电电压的影响 由于大气的压力、温度、湿度等条件都会影响空气的密度、电子自由行程长度、碰撞电离及附着过程，所以也必然会影响气隙的击穿电压。 海拔高度的影响亦与此类似，因为随着(su zhe)海拔高度的增
122、加，空气的压力和密度均下降。第138页/共169页第一百三十九页，共170页。1406.3 大气大气(dq)条件对放电电压的影响条件对放电电压的影响n n不不不不同同同同大大大大气气气气条条条条件件件件下下下下测测测测得得得得的的的的击击击击穿穿穿穿电电电电压压压压必必必必须须须须换换换换算算算算到到到到统统统统一一一一的的的的参参参参考考考考条条条条件下才能进行件下才能进行件下才能进行件下才能进行(jnxng)(jnxng)比较；比较；比较；比较；n n我国规定的标准大气条件为：我国规定的标准大气条件为：我国规定的标准大气条件为：我国规定的标准大气条件为：第139页/共169页第一百四十页，
123、共170页。1416.3 大气条件对放电大气条件对放电(fng din)电压的影响电压的影响实际试验条件下的击穿电压U和标准大气条件下的击穿电压U0可通过相应的校正(jiozhng)系数换算： Kd：空气密度校正(jiozhng)系数 Kh：湿度校正(jiozhng)系数第140页/共169页第一百四十一页，共170页。1426.3 大气条件大气条件(tiojin)对放电电压的影响对放电电压的影响n n对空气密度的校正对空气密度的校正对空气密度的校正对空气密度的校正(jiozhng)(jiozhng)n n对湿度的校正对湿度的校正对湿度的校正对湿度的校正(jiozhng)(jiozhng)n
124、n 在极不均匀场中在极不均匀场中在极不均匀场中在极不均匀场中n n对海拔高度的校正对海拔高度的校正对海拔高度的校正对海拔高度的校正(jiozhng)(jiozhng)n n气体性质对放电电压的影响气体性质对放电电压的影响气体性质对放电电压的影响气体性质对放电电压的影响第141页/共169页第一百四十二页，共170页。1437 7 提高气体介质电气强度提高气体介质电气强度(qingd)(qingd)的方法的方法第142页/共169页第一百四十三页，共170页。1447 提高气体介质电气提高气体介质电气(dinq)强度的方法强度的方法 改善气隙中的电场分布(fnb)，使之均匀；设法削弱和抑制气体介
125、质中的电离(dinl)过程。要提高气隙的击穿电压有两条途径：第143页/共169页第一百四十四页，共170页。1457.1 7.1 改善电场改善电场改善电场改善电场(din chng)(din chng)分布分布分布分布7.1.1 改进电极形状改进电极形状(xngzhun)7.1.2 空间电荷的利空间电荷的利用用7.1.3 极不均匀电场极不均匀电场中屏障的采用中屏障的采用第144页/共169页第一百四十五页，共170页。1467.1.1 改进电极改进电极(dinj)形状形状n n电电场场分分布布越越均均匀匀，气气隙隙的的平平均均击击穿穿场场强强也也就就越越大大。因因此此，可可以以通通过过改改进
126、进电电极极形形状状的的方方法法来来减减小小气气隙隙中中的的最最大大电电场场强强度度，以以改改善善电电场场分分布布，提提高高气气隙隙的的击穿电压。如：击穿电压。如：n n增大电极的曲率增大电极的曲率(ql)半径半径 n n消除电极表面的毛刺消除电极表面的毛刺 n n消除电极表面尖角消除电极表面尖角 第145页/共169页第一百四十六页，共170页。1477.1.1 改进改进(gijn)电极形状电极形状第146页/共169页第一百四十七页，共170页。1487.1.2 空间电荷的利用空间电荷的利用(lyng)n n极不均匀电场中间隙被击穿前先发生电晕现象，所以在一极不均匀电场中间隙被击穿前先发生电
127、晕现象，所以在一极不均匀电场中间隙被击穿前先发生电晕现象，所以在一极不均匀电场中间隙被击穿前先发生电晕现象，所以在一定条件下，可以利用放电定条件下，可以利用放电定条件下，可以利用放电定条件下，可以利用放电(fng din)(fng din)产生的空间电荷来产生的空间电荷来产生的空间电荷来产生的空间电荷来改善电场分布，提高击穿电压。改善电场分布，提高击穿电压。改善电场分布，提高击穿电压。改善电场分布，提高击穿电压。n n例如：导线与平板间隙中，导线直径很小时，导线周围容例如：导线与平板间隙中，导线直径很小时，导线周围容例如：导线与平板间隙中，导线直径很小时，导线周围容例如：导线与平板间隙中，导线
128、直径很小时，导线周围容易形成比较均匀的电晕层，由于电晕层比较均匀，电场易形成比较均匀的电晕层，由于电晕层比较均匀，电场易形成比较均匀的电晕层，由于电晕层比较均匀，电场易形成比较均匀的电晕层，由于电晕层比较均匀，电场分布改善，提高了击穿电压。分布改善，提高了击穿电压。分布改善，提高了击穿电压。分布改善，提高了击穿电压。第147页/共169页第一百四十八页，共170页。1497.1.3 极不均匀极不均匀(jnyn)电场中屏障的采用电场中屏障的采用n n在极不均匀电场中，放入薄片固体绝缘材料，在一定条在极不均匀电场中，放入薄片固体绝缘材料，在一定条在极不均匀电场中，放入薄片固体绝缘材料，在一定条在极
129、不均匀电场中，放入薄片固体绝缘材料，在一定条件下可以显著提高间隙的击穿电压件下可以显著提高间隙的击穿电压件下可以显著提高间隙的击穿电压件下可以显著提高间隙的击穿电压n n屏障的作用取决于它所拦住的与电晕电极屏障的作用取决于它所拦住的与电晕电极屏障的作用取决于它所拦住的与电晕电极屏障的作用取决于它所拦住的与电晕电极(dinj)(dinj)同号同号同号同号的空间电荷，这样就能使电晕电极的空间电荷，这样就能使电晕电极的空间电荷，这样就能使电晕电极的空间电荷，这样就能使电晕电极(dinj)(dinj)与屏障之间与屏障之间与屏障之间与屏障之间的空间电场强度减小，从而使整个气隙的电场分布均匀的空间电场强度
130、减小，从而使整个气隙的电场分布均匀的空间电场强度减小，从而使整个气隙的电场分布均匀的空间电场强度减小，从而使整个气隙的电场分布均匀化。化。化。化。第148页/共169页第一百四十九页，共170页。1507.1.3 极不均匀极不均匀(jnyn)电场中屏障的采用电场中屏障的采用例如：正针-负板电极中设置屏障后，正离子将在屏障上集聚，由于同号排斥作用，正离子沿屏障表面均匀分布，在屏障前方从而(cng r)形成较均匀的电场，改善了电场分布，提高了击穿电压第149页/共169页第一百五十页，共170页。1517.1.3 极不均匀电场中屏障极不均匀电场中屏障(pngzhng)的采用的采用但当棒为负极(fj
131、)性时，即使屏障放在最有利的位置，也只能略微提高气隙的击穿电压(例如20)，而在大多数位置上，反而使击穿电压有不同程度的降低。 第150页/共169页第一百五十一页，共170页。1527.1 7.1 改善电场改善电场(din chng)(din chng)分布分布7.2 7.2 削弱或抑制电离过程削弱或抑制电离过程第151页/共169页第一百五十二页，共170页。1537.2 7.2 削弱削弱削弱削弱(xuru)(xuru)或抑制电离过程或抑制电离过程或抑制电离过程或抑制电离过程7.2.1 高气压的采用高气压的采用(ciyng)7.2.2 高真空的采用高真空的采用(ciyng)7.2.3 高电
132、气强度气体高电气强度气体（SF6）的采用）的采用(ciyng)第152页/共169页第一百五十三页，共170页。1547.2.1 7.2.1 高气压的采用高气压的采用高气压的采用高气压的采用(ciyng)(ciyng)n n采采采采用用用用高高高高气气气气压压压压可可可可以以以以(ky)(ky)减减减减少少少少电电电电子子子子的的的的平平平平均均均均自自自自由由由由行行行行程程程程，削削削削弱弱弱弱电离过程，提高击穿电压。电离过程，提高击穿电压。电离过程，提高击穿电压。电离过程，提高击穿电压。n n在在在在高高高高气气气气压压压压下下下下，电电电电场场场场均均均均匀匀匀匀程程程程度度度度对对对
133、对击击击击穿穿穿穿电电电电压压压压影影影影响响响响比比比比在在在在大大大大气气气气压压压压力力力力下下下下要要要要显显显显著著著著的的的的多多多多，电电电电场场场场均均均均匀匀匀匀程程程程度度度度下下下下降降降降，击击击击穿穿穿穿电电电电压压压压将将将将剧剧剧剧烈烈烈烈降低，因此采用高气压的电气设备应使电场尽可能均匀。降低，因此采用高气压的电气设备应使电场尽可能均匀。降低，因此采用高气压的电气设备应使电场尽可能均匀。降低，因此采用高气压的电气设备应使电场尽可能均匀。n n在在在在高高高高气气气气压压压压下下下下，电电电电极极极极表表表表面面面面状状状状态态态态（粗粗粗粗糙糙糙糙度度度度）对对对
134、对击击击击穿穿穿穿电电电电压压压压影影影影响响响响显著。显著。显著。显著。n n高高高高气气气气压压压压下下下下应应应应尽尽尽尽可可可可能能能能改改改改进进进进电电电电极极极极形形形形状状状状，改改改改善善善善电电电电场场场场分分分分布布布布，电电电电极极极极应仔细加工光洁，气体要过滤（滤去尘埃和水份）处理。应仔细加工光洁，气体要过滤（滤去尘埃和水份）处理。应仔细加工光洁，气体要过滤（滤去尘埃和水份）处理。应仔细加工光洁，气体要过滤（滤去尘埃和水份）处理。第153页/共169页第一百五十四页，共170页。1557.2.2 高真空高真空(zhnkng)的采用的采用n n在在在在高高高高真真真真空
135、空空空中中中中，电电电电子子子子的的的的平平平平均均均均自自自自由由由由行行行行程程程程远远远远大大大大于于于于极极极极间间间间距距距距离离离离，使使使使碰碰碰碰撞撞撞撞电离几乎不可能实现，从而显著提高间隙击穿电压。电离几乎不可能实现，从而显著提高间隙击穿电压。电离几乎不可能实现，从而显著提高间隙击穿电压。电离几乎不可能实现，从而显著提高间隙击穿电压。n n在在在在电电电电气气气气设设设设备备备备中中中中气气气气、液液液液、固固固固等等等等几几几几种种种种(j (j zhn)zhn)绝绝绝绝缘缘缘缘材材材材料料料料往往往往往往往往并并并并存存存存，而而而而固固固固体体体体、液液液液体体体体等等
136、等等绝绝绝绝缘缘缘缘材材材材料料料料在在在在高高高高真真真真空空空空下下下下会会会会逐逐逐逐渐渐渐渐释释释释放放放放出出出出气气气气体体体体，因此电气设备中实际使用高真空的还很少。因此电气设备中实际使用高真空的还很少。因此电气设备中实际使用高真空的还很少。因此电气设备中实际使用高真空的还很少。n n只有在真空断路器等特殊场合下才采用高真空作为绝缘材料。只有在真空断路器等特殊场合下才采用高真空作为绝缘材料。只有在真空断路器等特殊场合下才采用高真空作为绝缘材料。只有在真空断路器等特殊场合下才采用高真空作为绝缘材料。第154页/共169页第一百五十五页，共170页。1567.2.3 7.2.3 高电
137、气高电气高电气高电气(dinq)(dinq)强度气体（强度气体（强度气体（强度气体（SF6SF6）的采用）的采用）的采用）的采用n n高高高高电电电电气气气气强强强强度度度度（强强强强电电电电负负负负性性性性）气气气气体体体体(qt)(qt)，其其其其电电电电子子子子附附附附着着着着效效效效应应应应大大大大大大大大减减减减弱弱弱弱碰碰碰碰撞撞撞撞电电电电离离离离过过过过程程程程； 分分分分子子子子量量量量、直直直直径径径径大大大大，自自自自由由由由行行行行程程程程小小小小； 碰碰碰碰撞引起分子极化反应，能量损失。撞引起分子极化反应，能量损失。撞引起分子极化反应，能量损失。撞引起分子极化反应，能
138、量损失。 n nSF6SF6具具具具有有有有较较较较高高高高的的的的耐耐耐耐电电电电强强强强度度度度和和和和很很很很强强强强的的的的灭灭灭灭弧弧弧弧性性性性能能能能而而而而被被被被广广广广泛泛泛泛应应应应用用用用于于于于大大大大容容容容量量量量高高高高压压压压断断断断路路路路器器器器、高高高高压压压压充充充充气气气气电电电电缆缆缆缆、高高高高压压压压电电电电容容容容器器器器、高高高高压压压压充充充充气气气气套套套套管管管管、以及全封闭组合电器中。以及全封闭组合电器中。以及全封闭组合电器中。以及全封闭组合电器中。n nSF6SF6电电电电气气气气设设设设备备备备尺尺尺尺寸寸寸寸大大大大大大大大缩
139、缩缩缩小小小小，且且且且不不不不受受受受气气气气候候候候影影影影响响响响，但但但但造造造造价价价价高高高高而而而而且且且且它是对臭氧层有破坏作用的温室气体它是对臭氧层有破坏作用的温室气体它是对臭氧层有破坏作用的温室气体它是对臭氧层有破坏作用的温室气体(qt)(qt)。第155页/共169页第一百五十六页，共170页。1578 沿面放电沿面放电(fng din)8.1沿面放电(fng din)的概念8.2 绝缘子沿面放电(fng din)的类型和机理8.3 影响沿面放电电压的因素8.4 提高沿面放电电压的措施第156页/共169页第一百五十七页，共170页。1588.1 沿面放电沿面放电(fng
140、 din)的概念的概念沿面放电：沿气体与固体介质表面或气体与液体介质表面发展(fzhn)的气体放电现象。本节研究：沿气体与固体介质表面的气体放电现象电力系统中绝缘子、套管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。沿面放电发展(fzhn)到贯穿性的空气击穿称为闪络。沿面闪络电压比气体或固体单独存在时的击穿电压都低。电力设备的绝缘事故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。第157页/共169页第一百五十八页，共170页。1598.1 8.1 沿面放电沿面放
141、电沿面放电沿面放电(fng din)(fng din)的概念的概念的概念的概念第158页/共169页第一百五十九页，共170页。1608.1 沿面放电沿面放电(fng din)的概念的概念固体(gt)介质击穿：一旦发生击穿，即意味着不可逆转地丧失绝缘功能。沿介质表面发生闪络：由于大多数绝缘子以电瓷、玻璃等硅酸盐材料组成，所以沿着它们的表面发生放电或闪络时，一般不会导致绝缘子的永久性损坏。电力系统的外绝缘，一般均为自恢复绝缘，因为绝缘子闪络或空气间隙击穿后，只要切除电源，它们的绝缘性能都能很快地自动彻底恢复。绝缘功能的丧失可以(ky)分为以下两种情况：第159页/共169页第一百六十页，共170
142、页。1618.1 沿面放电沿面放电(fng din)的概念的概念沿面放电的实验现象：沿面放电的实验现象：沿面放电的实验现象：沿面放电的实验现象：沿固体介质表面的闪络电压沿固体介质表面的闪络电压沿固体介质表面的闪络电压沿固体介质表面的闪络电压(diny)(diny)不但比固不但比固不但比固不但比固体介质本身的击穿电压体介质本身的击穿电压体介质本身的击穿电压体介质本身的击穿电压(diny)(diny)低得多，而低得多，而低得多，而低得多，而且也比极间距离相同的纯气隙的击穿电压且也比极间距离相同的纯气隙的击穿电压且也比极间距离相同的纯气隙的击穿电压且也比极间距离相同的纯气隙的击穿电压(diny)(d
143、iny)低不少。可见绝缘的实际水平取决低不少。可见绝缘的实际水平取决低不少。可见绝缘的实际水平取决低不少。可见绝缘的实际水平取决于它的沿面闪络电压于它的沿面闪络电压于它的沿面闪络电压于它的沿面闪络电压(diny)(diny)。它与设备表。它与设备表。它与设备表。它与设备表面的干燥、潮湿或清洁、污染有较大关系。面的干燥、潮湿或清洁、污染有较大关系。面的干燥、潮湿或清洁、污染有较大关系。面的干燥、潮湿或清洁、污染有较大关系。第160页/共169页第一百六十一页，共170页。1628.2 绝缘子的沿面放电的类型绝缘子的沿面放电的类型(lixng)和机理和机理界面电场分布可分为界面电场分布可分为界面电
144、场分布可分为界面电场分布可分为3 3种典型种典型种典型种典型(dinxng)(dinxng)情况情况情况情况第161页/共169页第一百六十二页，共170页。1638.2 绝缘子的沿面放电绝缘子的沿面放电(fng din)的类型和机理的类型和机理n n由由由由于于于于电电电电场场场场畸畸畸畸变变变变沿沿沿沿面面面面闪闪闪闪络络络络电电电电压压压压比比比比空空空空气气气气间间间间隙隙隙隙击击击击穿穿穿穿电电电电压压压压低低低低得得得得多多多多，原因在于：原因在于：原因在于：原因在于：n n介质与电极介质与电极介质与电极介质与电极(dinj)(dinj)间存在气隙间存在气隙间存在气隙间存在气隙n
145、n介质表面吸潮形成水膜介质表面吸潮形成水膜介质表面吸潮形成水膜介质表面吸潮形成水膜n n介质表面电阻不均匀或有损伤介质表面电阻不均匀或有损伤介质表面电阻不均匀或有损伤介质表面电阻不均匀或有损伤n n因此，均匀电场中闪络电压因此，均匀电场中闪络电压因此，均匀电场中闪络电压因此，均匀电场中闪络电压n n与固体介质与空气接触的状况有关与固体介质与空气接触的状况有关与固体介质与空气接触的状况有关与固体介质与空气接触的状况有关n n与固体介质与电极与固体介质与电极与固体介质与电极与固体介质与电极(dinj)(dinj)接触的状况有关接触的状况有关接触的状况有关接触的状况有关n n与固体介质表面电阻和表面
146、光滑度状况有关与固体介质表面电阻和表面光滑度状况有关与固体介质表面电阻和表面光滑度状况有关与固体介质表面电阻和表面光滑度状况有关（一）均匀和稍不均匀电场(din chng)中的沿面放电第162页/共169页第一百六十三页，共170页。1648.2 8.2 绝缘子的沿面放电绝缘子的沿面放电绝缘子的沿面放电绝缘子的沿面放电(fng din)(fng din)的类型和机理的类型和机理的类型和机理的类型和机理（二）极不均匀电场且具有强垂直分量(fn ling)时的沿面放电第163页/共169页第一百六十四页，共170页。1658.2 绝缘子的沿面放电绝缘子的沿面放电(fng din)的类的类型和机理型
147、和机理n n放电过程放电过程放电过程放电过程n n（法兰边缘）电晕放电（法兰边缘）电晕放电（法兰边缘）电晕放电（法兰边缘）电晕放电（放电伸展）刷状放电（放电伸展）刷状放电（放电伸展）刷状放电（放电伸展）刷状放电 （放电（放电（放电（放电继续发展）滑闪放电继续发展）滑闪放电继续发展）滑闪放电继续发展）滑闪放电n n滑闪放电是介质具有强垂直分量时的一种特定的放电形式滑闪放电是介质具有强垂直分量时的一种特定的放电形式滑闪放电是介质具有强垂直分量时的一种特定的放电形式滑闪放电是介质具有强垂直分量时的一种特定的放电形式n n滑闪放电的解释滑闪放电的解释滑闪放电的解释滑闪放电的解释n n法兰附近沿介质表面
148、电流密度最大，电位梯度也最大，因法兰附近沿介质表面电流密度最大，电位梯度也最大，因法兰附近沿介质表面电流密度最大，电位梯度也最大，因法兰附近沿介质表面电流密度最大，电位梯度也最大，因此最先出现初始的沿面放电此最先出现初始的沿面放电此最先出现初始的沿面放电此最先出现初始的沿面放电n n在电场强垂直分量的作用下，带电在电场强垂直分量的作用下，带电在电场强垂直分量的作用下，带电在电场强垂直分量的作用下，带电(di din)(di din)质点撞击介质质点撞击介质质点撞击介质质点撞击介质表面，引起局部温升，导致热电离，从而带电表面，引起局部温升，导致热电离，从而带电表面，引起局部温升，导致热电离，从而
149、带电表面，引起局部温升，导致热电离，从而带电(di din)(di din)质质质质点剧增，电阻剧降，通道迅速增长点剧增，电阻剧降，通道迅速增长点剧增，电阻剧降，通道迅速增长点剧增，电阻剧降，通道迅速增长n n热电离是滑闪放电的重要特征热电离是滑闪放电的重要特征热电离是滑闪放电的重要特征热电离是滑闪放电的重要特征第164页/共169页第一百六十五页，共170页。1668.2 8.2 绝缘子的沿面放电的类型绝缘子的沿面放电的类型绝缘子的沿面放电的类型绝缘子的沿面放电的类型(lixng)(lixng)和和和和机理机理机理机理（三）极不均匀电场且具有弱垂直分量(fn ling)时的沿面放电l典型实例
150、：支柱绝缘子l沿面闪络电压比同电极结构(jigu)下纯空气间隙放电电压降低不多；l电场垂直分量小，不会出现热电离和滑闪放电。第165页/共169页第一百六十六页，共170页。1678.3 影响影响(yngxing)沿面放电电压的因素沿面放电电压的因素电场分布情况和电压波形的影响电场分布情况和电压波形的影响电场分布情况和电压波形的影响电场分布情况和电压波形的影响均匀与不均匀；工频、直流、冲击均匀与不均匀；工频、直流、冲击均匀与不均匀；工频、直流、冲击均匀与不均匀；工频、直流、冲击介质材料的影响介质材料的影响介质材料的影响介质材料的影响主要表现在介质表面吸潮方面主要表现在介质表面吸潮方面主要表现在
151、介质表面吸潮方面主要表现在介质表面吸潮方面气体状态的影响气体状态的影响气体状态的影响气体状态的影响温度温度温度温度(wnd)(wnd)、气压、湿度、气压、湿度、气压、湿度、气压、湿度介质表面情况的影响介质表面情况的影响介质表面情况的影响介质表面情况的影响雨水淋湿或表面染污，沿面闪络电压急雨水淋湿或表面染污，沿面闪络电压急雨水淋湿或表面染污，沿面闪络电压急雨水淋湿或表面染污，沿面闪络电压急剧下降剧下降剧下降剧下降第166页/共169页第一百六十七页，共170页。1688.4 8.4 提高沿面放电提高沿面放电提高沿面放电提高沿面放电(fng din)(fng din)电压的措施电压的措施电压的措施
152、电压的措施n n屏障屏障屏障屏障n n屏蔽屏蔽屏蔽屏蔽n n提高表面憎水性提高表面憎水性提高表面憎水性提高表面憎水性n n改变绝缘体表面电阻率改变绝缘体表面电阻率改变绝缘体表面电阻率改变绝缘体表面电阻率( (如如如如: : 应用半导体涂料应用半导体涂料应用半导体涂料应用半导体涂料, ,在法在法在法在法兰附近的绝缘体表面涂半导体釉兰附近的绝缘体表面涂半导体釉兰附近的绝缘体表面涂半导体釉兰附近的绝缘体表面涂半导体釉) )n n强制强制强制强制(qingzh)(qingzh)固体介质表面的电位分布固体介质表面的电位分布固体介质表面的电位分布固体介质表面的电位分布( (减小减小减小减小C,C,可使表面
153、的电位分布均匀）可使表面的电位分布均匀）可使表面的电位分布均匀）可使表面的电位分布均匀）第167页/共169页第一百六十八页，共170页。169小结小结(xioji)n n沿面放电的含义沿面放电的含义沿面放电的含义沿面放电的含义; ;n n为什么沿面放电的闪络电压比纯空气间隙的击穿为什么沿面放电的闪络电压比纯空气间隙的击穿为什么沿面放电的闪络电压比纯空气间隙的击穿为什么沿面放电的闪络电压比纯空气间隙的击穿(j chun)(j chun)电压低电压低电压低电压低? ?n n滑闪放电滑闪放电滑闪放电滑闪放电n n影响沿面放电电压的主要因素影响沿面放电电压的主要因素影响沿面放电电压的主要因素影响沿面
154、放电电压的主要因素; ;n n提高沿面放电电压的主要措施提高沿面放电电压的主要措施提高沿面放电电压的主要措施提高沿面放电电压的主要措施. .第168页/共169页第一百六十九页，共170页。内容(nirng)总结会计学。SF6： SF6断路器和SF6全封闭组合电器。E:外电场强度x:电子移动距离。带电质点从浓度较大(jio d)区域转移到浓度较小区域的过程，。电子扩散比离子扩散高3个数量级。OA段：电流随电压升高而升高。注意：此处的区别于汤逊理论中。当先导贯穿两极，导致沿先导通道向反方向扩展到棒极的主放电和最终击穿。ts -从t1开始到气隙中出现第一个有效电子所需的时间称为统计时延ts。提高沿面放电电压的主要措施.第一百七十页，共170页。
