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1、主要内容主要内容1.1.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3.3.汤逊理论和流注理论汤逊理论和流注理论4.4.不均匀电场中的放电过程不均匀电场中的放电过程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6.6.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的方法提高气体介质电气强度的方法8.8.沿面放电沿面放电第一页，编辑于星期一：八点 二十九分。1 气体放电的主要形式气体放电的主要形式气体放电气体放电气体击穿气体击穿沿面闪络沿面闪络1.1.1气体放电气体放电1.1.2气体的绝缘特性气体的绝缘特性1
2、.1.3气体的电气强度气体的电气强度辉光放电辉光放电电晕放电电晕放电火花放电火花放电电弧放电电弧放电1.1 气体放电的基本概念气体放电的基本概念1.2 气体放电的主要形式气体放电的主要形式气体放电气体放电主要形式主要形式第二页，编辑于星期一：八点 二十九分。1.1 气体放电的基本概念气体放电的基本概念1.1.1 1.1.1 气体放电气体放电1.1.2 1.1.2 气体的绝缘特性气体的绝缘特性1.1.3 1.1.3 气体的电气强度气体的电气强度第三页，编辑于星期一：八点 二十九分。1.1.1 1.1.1 气体放电气体放电气体放电：气体中流通电流的各种形式；气体放电：气体中流通电流的各种形式；气体
3、击穿：气体电绝缘状态突变为良导电状态的气体击穿：气体电绝缘状态突变为良导电状态的过程；过程；沿面闪络：击穿发生在气体与液体、气体与固体交沿面闪络：击穿发生在气体与液体、气体与固体交界面上的放电现象；界面上的放电现象； 工程上将击穿和闪络统称为放电。工程上将击穿和闪络统称为放电。第四页，编辑于星期一：八点 二十九分。1.1.2 1.1.2 气体的绝缘特性气体的绝缘特性气气体体指指高高压压电电气气设设备备中中常常用用的的空空气气、SFSF6 6、以以及及高强度混合气体等气态绝缘介质。高强度混合气体等气态绝缘介质。v空气：架空线路、变压器外绝缘；空气：架空线路、变压器外绝缘；vSFSF6 6： SF
4、SF6 6断路器和断路器和SFSF6 6全封闭组合电器；全封闭组合电器；气气体体失失去去绝绝缘缘后后，虽虽然然可可以以自自动动恢恢复复，但但其其放放电电所所造造成成的的事事故故已已经经发发生生，因因此此我我们们要要研研究究气气体体的的电电气气强度。强度。空空气气是是最最廉廉价价、应应用用最最广广、自自动动恢恢复复绝绝缘缘的的气气体体，因此我们主要研究空气的放电。因此我们主要研究空气的放电。第五页，编辑于星期一：八点 二十九分。1.1.3 1.1.3 气体的电气强度气体的电气强度气体的电气强度表征气体耐受电压作用的能力。气体的电气强度表征气体耐受电压作用的能力。均均匀匀电电场场中中击击穿穿电电压
5、压U Ub b与与间间隙隙距距离离之之比比称称为为击击穿穿场场强强E Eb b。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E Eb b称为气体的电气强度。称为气体的电气强度。v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;30kV/cm;注注意意：不不能能把把不不均均匀匀场场中中气气隙隙U Ub b与与间间隙隙距距离离之之比比称称为为气气体的电气强度，通常称之为平均击穿场强。体的电气强度，通常称之为平均击穿场强。第六页，编辑于星期一：八点 二十九分。1.2 气体放电的主要形式气体放电的主要形式v注注意意：电电晕晕放放电电时时气气隙隙未未击击穿穿，而而
6、辉辉光光放放电电、火火花花放放电电、电电弧弧放放电电均均指指击击穿穿后后的的放放电电现现象象，且且随随条条件件不不同同，这这些些放电现象可相互转换。放电现象可相互转换。常见放电形式常见放电形式l辉光放电辉光放电l电晕放电电晕放电l火花放电火花放电l电弧放电电弧放电第七页，编辑于星期一：八点 二十九分。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电子碰撞电离电子碰撞电离 正离子碰撞电离正离子碰撞电离 碰撞电离碰撞电离光电离光电离热电离热电离空间电离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
7、气体中带电质点的定向运动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扩散带电质点的复合带电质点的复合2.1 带电质带电质点产生点产生2.2 带电质带电质点消失点消失气体放电气体放电发展过程发展过程第八页，编辑于星期一：八点 二十九分。2.1 气体中带电质点的产生气体中带电质点的产生气体原子的激发和游离气体原子的激发和游离第九页，编辑于星期一：八点 二十九分。2.1 气体中带电质点的产生气体中带电质点的产生气体原子的激发和游离气体原子的激发和游离激励：激励： 原子外层电子跃迁到较远的轨道上去的现象。原子外层电子跃迁到较远的轨道上去的现象。激励激励能：能： 产生激励需要的能量。产生激
8、励需要的能量。电离：电离： 使原来的一个中性原子变成一个自由电子和一个带使原来的一个中性原子变成一个自由电子和一个带正电荷的离子的现象。正电荷的离子的现象。电离能：电离能：电离所需的电离所需的最小最小能量（能量（W Wi i）。）。分级电离：分级电离： 先经过激励再产生电离的过程。先经过激励再产生电离的过程。 第十页，编辑于星期一：八点 二十九分。2.1 气体中带电质点的产生气体中带电质点的产生带电粒子的运动带电粒子的运动当气体中存在电场时，粒子进行当气体中存在电场时，粒子进行热热运动运动和和沿电场沿电场定向运动。定向运动。自由行程：一个质点在每两次碰撞自由行程：一个质点在每两次碰撞间自由地通
9、过的距离。间自由地通过的距离。平均自由行程：众多质点自由行程的平均值。平均自由行程：众多质点自由行程的平均值。p：气压：气压k：波尔兹曼常数：波尔兹曼常数T：气温：气温r：气体分子半径：气体分子半径 常温常压下空气中电子平均自由行程在常温常压下空气中电子平均自由行程在1010-5-5cmcm数量级数量级 。第十一页，编辑于星期一：八点 二十九分。2.1 气体中带电质点的产生气体中带电质点的产生（一）碰撞电离（一）碰撞电离v电电子子或或离离子子与与气气体体分分子子碰碰撞撞，将将电电场场能能传传递递给给气气体体分分子子引起电离的过程。引起电离的过程。v因素：因素： 外电场强弱；外电场强弱； 能量的
10、积累（移动距离的大小）。能量的积累（移动距离的大小）。电子在场强为电子在场强为E E的电场中移过的电场中移过x x距离时获得的动能为距离时获得的动能为 : :m:电子的质量电子的质量V:电子运动速度电子运动速度E:外电场强度外电场强度x:电子移动距离电子移动距离第十二页，编辑于星期一：八点 二十九分。2.1 气体中带电质点的产生（续气体中带电质点的产生（续1）v即使满足上述条件，不是每次碰撞都能引起电离。即使满足上述条件，不是每次碰撞都能引起电离。（一）碰撞电离（一）碰撞电离W Wi i为气体分子的电离能为气体分子的电离能碰撞电离条件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当
11、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，即能时，就可能使气体分子分裂为电子或正离子，即第十三页，编辑于星期一：八点 二十九分。2.1 气体中带电质点的产生（续气体中带电质点的产生（续1）（一）碰撞电离（一）碰撞电离 在电场中，电子的平均自由行程大，且与气体分子发生弹性在电场中，电子的平均自由行程大，且与气体分子发生弹性碰撞（未发生电离），几乎不损失能量。因此电离的主要因素碰撞（未发生电离），几乎不损失能量。因此电离的主要因素是电子引起的电离。是电子引起的电离。v 离子碰撞电离系数：离子碰撞电离系数：一个正离子沿电场方向行经单位距离（一个正离子沿电场
12、方向行经单位距离（1cm1cm）时平均发生的碰撞电）时平均发生的碰撞电离次数，汤逊第二电离系数。离次数，汤逊第二电离系数。v 电子碰撞电离系数：电子碰撞电离系数：一个电子在电场力作用下，沿电场方向行经单位距离（一个电子在电场力作用下，沿电场方向行经单位距离（1cm1cm）平）平均发生碰撞电离的次数，汤逊第一电离系数。均发生碰撞电离的次数，汤逊第一电离系数。第十四页，编辑于星期一：八点 二十九分。2.1 气体中带电质点的产生（续气体中带电质点的产生（续2）v含义：由光辐射引起气体分子电离的过程。含义：由光辐射引起气体分子电离的过程。 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。v来源
13、：来源：紫外线、宇宙射线、紫外线、宇宙射线、x x射线等；射线等；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；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v条件：条件：（二）光电离（二）光电离h：普朗克常数； C：光速：光频率； ：光波长； 或第十五页，编辑于星期一：八点 二十九分。2.1 气体中带电质点的产生（续气体中带电质点的产生（续2）（三）热电离（三）热电离本质：气体分子热状态引起电离，是碰撞电离和光电离的综合。本质：气体分子热状态引起电离，是碰撞电离和光电离的综合。 气体分子平均动能气体分子平均动能电离度电离度：气体中发生电离的分子
14、数与总分子数比值称为该气体的。气体中发生电离的分子数与总分子数比值称为该气体的。常温下，气体分子发生热电离概率极小。常温下，气体分子发生热电离概率极小。当当t10000Kt10000K时才需考虑热电离；时才需考虑热电离；当当t20000Kt20000K时，几乎全部的分子都处于时，几乎全部的分子都处于热电离状态热电离状态空气电离度空气电离度m m和温度和温度T T的关系的关系热电离条件：热电离条件：第十六页，编辑于星期一：八点 二十九分。2.1 气体中带电质点的产生（续气体中带电质点的产生（续3）（四）表面电离（四）表面电离v含义：含义： 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。
15、v逸出功：使阴极释放出电子需要的能量。逸出功：使阴极释放出电子需要的能量。 （通常比气体电离能小）（通常比气体电离能小）v形式：形式： 正离子碰撞阴极表面；（正离子能量大于正离子碰撞阴极表面；（正离子能量大于2 2倍金属逸出倍金属逸出功）功） 光电效应；光电效应； （光子能量大于金属逸出功）（光子能量大于金属逸出功） 强场发射；（场强在强场发射；（场强在10103 3kv/cmkv/cm数量级）数量级） 热电子发射；热电子发射； （金属电子动能大于逸出功）（金属电子动能大于逸出功）第十七页，编辑于星期一：八点 二十九分。2.1 气体中带电质点的产生（续气体中带电质点的产生（续3）表面电离系数：
16、表面电离系数： 折折合合到到每每个个碰碰撞撞阴阴极极表表面面的的正正离离子子使使阴阴极极金金属属表表面面释释放放出出的自由电子数，汤逊第三电离系数。的自由电子数，汤逊第三电离系数。（四）表面电离（四）表面电离第十八页，编辑于星期一：八点 二十九分。2.1 气体中带电质点的产生（续气体中带电质点的产生（续3）（五）负离子的形成（五）负离子的形成附着：电子与中性分子相结合形成负离子的情况。附着：电子与中性分子相结合形成负离子的情况。电子附着系数电子附着系数 ：电子行经单位距离时附着于中性原子：电子行经单位距离时附着于中性原子的电子数目。的电子数目。负离子的形成使自由电子数减少，因而对气体放电的负离
17、子的形成使自由电子数减少，因而对气体放电的发展起抑制作用。发展起抑制作用。亲和能：中性分子或原子与电子结合生成负离子所放出的亲和能：中性分子或原子与电子结合生成负离子所放出的能量。（能量。（亲和能越大，越易与电子结合行程负离子亲和能越大，越易与电子结合行程负离子）第十九页，编辑于星期一：八点 二十九分。2.2 气体中带电质点的消失气体中带电质点的消失（一）电场作用下气体中带电质点的定向运动（一）电场作用下气体中带电质点的定向运动带电质点一旦产生，在外电场作用下作定向运动，带电质点一旦产生，在外电场作用下作定向运动，形成电导电流。形成电导电流。带电质点的运动速度带电质点的运动速度 电子的迁移率比
18、离子大电子的迁移率比离子大2 2个数量级。个数量级。b b为带电质点在电场中的迁移率为带电质点在电场中的迁移率（二）带电质点的扩散（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。带电质点从浓度较大区域转移到浓度较小区域。（热运动）（热运动）电子扩散比离子扩散高电子扩散比离子扩散高3 3个数量级个数量级第二十页，编辑于星期一：八点 二十九分。2.2 气体中带电质点的消失（续气体中带电质点的消失（续1）v正正离离子子和和负负离离子子或或电电子子相相遇遇时时，发发生生电电荷荷的的传传递递而而相相互互中和还原为分子的过程，复合放出能量。中和还原为分子的过程，复合放出能量。v复合的质点相对
19、速度越大，复合概率越小。复合的质点相对速度越大，复合概率越小。v复复合合过过程程要要阻阻碍碍放放电电的的发发展展，但但在在一一定定条条件件下下又又可可因因复合时的光辐射加剧放电的发展。复合时的光辐射加剧放电的发展。v放放电电过过程程中中绝绝大大多多数数是是正正、负负离离子子之之间间复复合合，参参加加复复合的电子绝大多数先形成负离子再与正离子复合。合的电子绝大多数先形成负离子再与正离子复合。（三）带电质点的复合（三）带电质点的复合第二十一页，编辑于星期一：八点 二十九分。小小 结结1.1.气气体体间间隙隙中中带带电电质质点点的的产产生生和和消消失失是是气气体体放放电电的的一一对对基基本本矛矛盾盾
20、，气气体体放放电电的的发发展展和和终终止止取取决决于于这这两个过程谁占主导地位。两个过程谁占主导地位。2.2.强强电电场场下下，气气体体中中带带电电质质点点的的产产生生形形式式可可以以分分为为空空间间电电离离和和表表面面电电离离。它它们们都都与与外外界界供供给给的的能能量量有有关关，能能量量的的形形式式主主要要是是电电场场能能、光光辐辐射射和和热热能能，而而能能量量的的传传递递靠靠电电子子、光光子子或或气气体体分分子子的的热热运运动动，其其传传递递的的过过程程主主要要是是碰碰撞撞，它它是是造成气体分子电离的有效过程。造成气体分子电离的有效过程。第二十二页，编辑于星期一：八点 二十九分。本本 节
21、节 要要 点点1.1.激励、激励能、电离、电离能、分级电离的概念；激励、激励能、电离、电离能、分级电离的概念；2.2.带电质点的产生方式；带电质点的产生方式；3.3.电离的主要方式、电离的原因及其条件；电离的主要方式、电离的原因及其条件；4.4.自由行程和平均自由行程的概念；自由行程和平均自由行程的概念；5.5.异异号号带带电电质质点点复复合合成成中中性性原原子子（分分子子）时时，光光电电子子的的产生过程；产生过程；6.6.表面电离比空间电离更容易的原因；表面电离比空间电离更容易的原因；7.7.带电质点消失的各种方式及其特点；带电质点消失的各种方式及其特点；8.8.电子亲和能和电负性对气体分子
22、附着效应的影响。电子亲和能和电负性对气体分子附着效应的影响。第二十三页，编辑于星期一：八点 二十九分。3 汤逊理论和流注理论汤逊理论和流注理论3.1.1 非自持放电和自持放电非自持放电和自持放电3.1.2 低气压下均匀电场自持放电的汤逊理论低气压下均匀电场自持放电的汤逊理论3.1.3 巴申定律巴申定律3.2.1 空间电荷对电场的畸变空间电荷对电场的畸变3.2.2 高气压下均匀电场自持放电的流注理论高气压下均匀电场自持放电的流注理论3.2.3 流注理论对放电现象的解释流注理论对放电现象的解释3.1 汤逊理论和巴汤逊理论和巴申定律申定律3.2 流注理论流注理论汤逊理论和汤逊理论和流注理论流注理论3
23、.1.4 汤逊理论的适用范围汤逊理论的适用范围第二十四页，编辑于星期一：八点 二十九分。3.1 汤逊理论和巴申定律汤逊理论和巴申定律3.1.1 3.1.1 非自持放电和自持放电非自持放电和自持放电3.1.2 3.1.2 低气压下均匀电场自持放电的汤逊理论低气压下均匀电场自持放电的汤逊理论3.1.3 3.1.3 巴申定律巴申定律3.1.4 3.1.4 汤逊理论的适用范围汤逊理论的适用范围第二十五页，编辑于星期一：八点 二十九分。3.1.1 非自持放电和自持放电非自持放电和自持放电非自持放电与自持放电的分界点气体放电实验的伏安特性曲线气体放电实验的伏安特性曲线第二十六页，编辑于星期一：八点 二十九
24、分。3.1.1 非自持放电和自持放电非自持放电和自持放电气体放电实验的伏安特性曲线气体放电实验的伏安特性曲线图表示实验所得平板电图表示实验所得平板电极极( (均匀电场均匀电场) )气体中的气体中的电流电流I I与所加电压的关系：与所加电压的关系：即伏安特性即伏安特性 气体放电伏安特性气体放电伏安特性 第二十七页，编辑于星期一：八点 二十九分。3.1.1 非自持放电和自持放电（续非自持放电和自持放电（续1）实验分析实验分析OAOA段：段： 电流随电压升高而升高。这是由于电极空间的带电粒子向电流随电压升高而升高。这是由于电极空间的带电粒子向电极运动加速而导致复合数的减少所致。电极运动加速而导致复合
25、数的减少所致。ABAB段：段： 电流仅取决于外电离因素与电压无关。电流趋向于饱和值，电流仅取决于外电离因素与电压无关。电流趋向于饱和值，因为这时外界电离因子所产生的带电粒子几乎能全部抵达电因为这时外界电离因子所产生的带电粒子几乎能全部抵达电极，所以电流值与所加电压无关。极，所以电流值与所加电压无关。BCBC段：段： 当电压提高到时，电流又开始随电压的升高而增大，这当电压提高到时，电流又开始随电压的升高而增大，这是由于气隙中出现碰撞电离和电子崩。是由于气隙中出现碰撞电离和电子崩。电压升高碰撞电电压升高碰撞电离增强但仍靠外电离维持离增强但仍靠外电离维持( (非自持非自持) )C C点后：只靠外加电
26、压就能维持点后：只靠外加电压就能维持( (自持自持) )第二十八页，编辑于星期一：八点 二十九分。3.1.1 非自持放电和自持放电（续非自持放电和自持放电（续1）起始电压U0（非自持自持）均匀场：击穿电压Ub不均匀场：电晕起始电压，气隙仍绝缘，UbU0如果取消外电离因素，那么电流也将消失，这类依靠外电如果取消外电离因素，那么电流也将消失，这类依靠外电离因素的作用而维持的放电叫离因素的作用而维持的放电叫非自持放电非自持放电。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。外施电压到达因素。外施电压到达U U0 0后的放电称为后的放电称为自
27、持放电自持放电。U U0 0称为称为起始放电电压起始放电电压。第二十九页，编辑于星期一：八点 二十九分。3.1.2 低气压下均匀电场自持放电的低气压下均匀电场自持放电的汤逊理论汤逊理论（一）电子崩（一）电子崩(a) (a) 电子崩的形成电子崩的形成(b) (b) 带电离子在电子崩中的分布带电离子在电子崩中的分布 外界电离因子在阴极附近产外界电离因子在阴极附近产生了一个初始电子，如果空间电生了一个初始电子，如果空间电场强度足够大，该电子在向阳极场强度足够大，该电子在向阳极运动时就会引起碰撞电离，产生运动时就会引起碰撞电离，产生一个新的电子，初始电子和新电一个新的电子，初始电子和新电子继续向阳极运
28、动，又会引起新子继续向阳极运动，又会引起新的碰撞电离，产生更多电子。的碰撞电离，产生更多电子。 依此，电子将按照几何级数依此，电子将按照几何级数不断增多，类似雪崩似地发展，不断增多，类似雪崩似地发展，这种急剧增大的空间电子流被称这种急剧增大的空间电子流被称为电子崩。为电子崩。第三十页，编辑于星期一：八点 二十九分。3.1.2 低气压下均匀电场自持放电的低气压下均匀电场自持放电的汤逊理论汤逊理论n是包括起始电子在内的电子崩中的电子数，是包括起始电子在内的电子崩中的电子数，它表征一个起始电子在向阳极运动过程到它表征一个起始电子在向阳极运动过程到达阳极时产生的电子数。达阳极时产生的电子数。汤逊理论中
29、的汤逊理论中的过程过程设外电离因素在阴极表面产生的设外电离因素在阴极表面产生的起始电子数为起始电子数为n n0 0，当起始电子到，当起始电子到达离阴极达离阴极x x处时，电子数为处时，电子数为n n，这，这n n个电子行经个电子行经dxdx后，又会产生后，又会产生dndn个个新电子新电子, ,即即第三十一页，编辑于星期一：八点 二十九分。3.1.2 低气压下均匀电场自持放电的低气压下均匀电场自持放电的汤逊理论汤逊理论v 对对E E值敏感，值敏感，v 当当E/ E/ 不变时，系数不变时，系数 与气体相对密度成正比；与气体相对密度成正比；汤逊理论中的汤逊理论中的过程过程经推导，得经推导，得 A,B
30、 常数：空气相对密度， p E：场强 第三十二页，编辑于星期一：八点 二十九分。3.1.2 低气压下均匀电场自持放电的低气压下均匀电场自持放电的汤逊理论汤逊理论汤逊理论中的汤逊理论中的过程过程 气气隙隙中中碰碰撞撞电电离离而而产产生生的的正正离离子子，即即从从阴阴极极产产生生的的一一个个电子消失在阳极前，由电子消失在阳极前，由过程形成的正离子数。即过程形成的正离子数。即第三十三页，编辑于星期一：八点 二十九分。3.1.2 低气压下均匀电场自持放电的低气压下均匀电场自持放电的汤逊理论汤逊理论 正正离离子子消消失失在在阴阴极极前前，由由过过程程在在阴阴极极上上释释放放出出二二次次电电子数，即子数，
31、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电电子子，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展展，即转入自持放电。即转入自持放电。汤逊理论中的汤逊理论中的过程过程第三十四页，编辑于星期一：八点 二十九分。3.1.2 低气压下均匀电场自持放电的低气压下均匀电场自持放电的汤逊理论汤逊理论自持放电条件自持放电条件如自持放电条件满足时，会形成下图的闭环部分如自持放电条件满足时，会形成下图的闭环部分第三十五页，编辑于星期一：八点 二十九分。3.1.2 低气压下均匀电场自持放电的低气压下均匀电场自持放电的汤逊理论汤逊理论总结：总结：1.1.将将电电
32、子子崩崩和和阴阴极极上上的的过过程程作作为为气气体体自自持持放放电电的的决决定定因因素素是汤逊理论的基础。是汤逊理论的基础。2.2.汤汤逊逊理理论论的的实实质质是是电电子子碰碰撞撞电电离离是是气气体体放放电电的的主主要要原原因因，二二次次电电子子来来源源于于正正离离子子撞撞击击阴阴极极表表面面使使阴阴极极表表面面逸出电子，逸出电子是维持气体放电的必要条件。逸出电子，逸出电子是维持气体放电的必要条件。3.3.阴极逸出电子能否接替起始电子的作用是自持放电的判据。阴极逸出电子能否接替起始电子的作用是自持放电的判据。第三十六页，编辑于星期一：八点 二十九分。3.1.3 巴申定律巴申定律根据自持放电条件
33、，导出击穿电压的表达式根据自持放电条件，导出击穿电压的表达式 A A、B B是是与与气气体体种种类类有有关关的的常常数数，u ub b为为气气温温不不变变的的条条件件下下，均均匀匀电电场场中中气气体的自持放电起始电压等于气隙击穿电压。体的自持放电起始电压等于气隙击穿电压。巴申定律：巴申定律： 当当气气体体成成份份和和电电极极材材料料一一定定时时，气气体体间间隙隙击击穿穿电电压压( (u ub b) )是是气压气压( (p p) )和极间距离和极间距离( (d d) )乘积的函数。乘积的函数。第三十七页，编辑于星期一：八点 二十九分。3.1.3 巴申定律巴申定律均匀电场中几种气体击穿电压均匀电场
34、中几种气体击穿电压U Ub b与与pdpd的关系的关系 巴申曲线表明，改变极间距离巴申曲线表明，改变极间距离d d的同时，也相应改的同时，也相应改变气压变气压p p而使而使pdpd的乘积不变，则极间距离不等的气隙击穿的乘积不变，则极间距离不等的气隙击穿电压却彼此相等。电压却彼此相等。 第三十八页，编辑于星期一：八点 二十九分。3.1.3 巴申定律巴申定律第三十九页，编辑于星期一：八点 二十九分。3.1.3 巴申定律巴申定律原原因因：形形成成自自持持放放电电需需要要达达到到一一定定的的电电离离数数d d，而而这这又取决于碰撞次数与电离概率的乘积。又取决于碰撞次数与电离概率的乘积。高高气气压压、高
35、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广泛应用（如：压缩空气开关、真空开关等）到广泛应用（如：压缩空气开关、真空开关等）第四十页，编辑于星期一：八点 二十九分。3.1.4 汤逊理论的适用范围汤逊理论的适用范围汤汤逊逊理理论论是是在在低低气气压压pdpd较较小小条条件件下下建建立立起起来来的的， pdpd过过大，汤逊理论就不再适用。大，汤逊理论就不再适用。pdpd过大时（气压高、距离大）汤逊理论无法解释：过大时（气压高、距离大）汤逊理论无法解释：v放电时间：很短；放电时间：很短；v放电外形：具有分支的细通道；放电外形：具有分支的细通道；v击穿电压：与理论计算不一致
36、；击穿电压：与理论计算不一致；v阴极材料：无关；阴极材料：无关；汤逊理论适用于汤逊理论适用于pd26.66kPa pd26.66kPa pd26.66kPa cm cm，汤逊理论将不适用。，汤逊理论将不适用。 以自然界的雷电为例，它发生在两块雷云之间或雷以自然界的雷电为例，它发生在两块雷云之间或雷云与大地之间，这时不存在金属阴极，因而与阴极上的云与大地之间，这时不存在金属阴极，因而与阴极上的过程和二次电子发射根本无关。过程和二次电子发射根本无关。 气体放电流注理论以实验为基础，它考虑了高气压、气体放电流注理论以实验为基础，它考虑了高气压、长气隙情况下不容忽视的若干因素对气体放电的影响，长气隙情
37、况下不容忽视的若干因素对气体放电的影响，主要有以下两方面主要有以下两方面 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。第四十三页，编辑于星期一：八点 二十九分。3.2.1 空间电荷对电场的畸变空间电荷对电场的畸变(d) (d) 这些光子将导致空间光电离。这些光子将导致空间光电离。(a) (a) 电电子子崩崩崩崩头头集集中中着着电电子子，其其后后是是正离子，形状似半球形锥体；正离子，形状似半球形锥体；(b) (b) 空空间间电电荷荷分分布布极极不不均均匀匀，大大大大加加强强了了崩崩头头及及崩崩尾尾的的电电场场，削削弱弱了了电电子崩内部的电场；子崩内部
38、的电场；(c) (c) 崩崩头头电电场场明明显显增增强强，有有利利于于分分子子和和离离子子的的激激励励现现象象，当当它它们们从从激激励励态态恢恢复复到到正正常常态态时时将将放放射射出出光光子子；电电子子崩崩内内部部电电场场削削弱弱，有有助于复合将放射出光子；助于复合将放射出光子；第四十四页，编辑于星期一：八点 二十九分。3.2.2 高气压下均匀电场自持放电的高气压下均匀电场自持放电的流注理论流注理论流注的形成和发展示意图第四十五页，编辑于星期一：八点 二十九分。3.2.2 高气压下均匀电场自持放电的高气压下均匀电场自持放电的流注理论（续流注理论（续1）a)a)起始电子发生碰撞电离形成初始电子崩
39、；起始电子发生碰撞电离形成初始电子崩；b)b)初初崩崩发发展展到到阳阳极极，正正离离子子作作为为空空间间电电荷荷畸畸变变原原电电场场，加加强强正正离子与阴极间电场，放射出大量光子；离子与阴极间电场，放射出大量光子；c)c)光电离产生二次电子，在加强的局部电场下形成二次崩；光电离产生二次电子，在加强的局部电场下形成二次崩；d)d)二二次次崩崩电电子子与与正正空空间间电电荷荷汇汇合合成成流流注注通通道道，其其端端部部有有二二次次崩崩留留下的正电荷，加强局部电场产生新电子崩使其发展；下的正电荷，加强局部电场产生新电子崩使其发展；e)e)流流注注头头部部电电离离迅迅速速发发展展，放放射射出出大大量量光
40、光子子，引引起起空空间间光光电电离，流注前方出现新的二次崩，延长流注通道；离，流注前方出现新的二次崩，延长流注通道；f)f)流注通道贯通，气隙击穿。流注通道贯通，气隙击穿。注：流注速度为注：流注速度为10108 810109 9cm/scm/s，而电子崩速度为，而电子崩速度为10107 7cm/scm/s。第四十六页，编辑于星期一：八点 二十九分。3.2.2 高气压下均匀电场自持放电的高气压下均匀电场自持放电的流注理论（续流注理论（续2）流注条件：流注条件：必必要要条条件件是是电电子子崩崩发发展展到到足足够够的的程程度度，电电子子崩崩中中的的空空间间电电荷荷足足以以使使原原电电场场明明显显畸畸
41、变变，加加强强电电子子崩崩崩崩头头和和崩崩尾尾处处的的电电场场；另另一一方方面面电电子子崩崩中中电电荷荷密密度度很很大大，所所以以复复合合频频繁繁，放放射射出出的的光光子子在在这这部部分分很很强强，电电场场区区很很容容易易成成为为引引发发新新的的空空间间光光电电离离的的辐辐射射源源，二二次次电电子子主主要要来来源源于于空空间间光光电电离离；气气隙隙中中一一旦旦形形成成流流注注，放放电电就就可可由由空空间间光光电电离自行维持。离自行维持。流注自持放电条件：流注自持放电条件：初初崩崩头头部部电电子子数数要要达达到到108时时，放放电电才才能能转转为为自自持持，出出现流注。现流注。或或第四十七页，编
42、辑于星期一：八点 二十九分。3.2.3 流注理论对放电现象的解释流注理论对放电现象的解释放电时间放电时间二二次次崩崩的的起起始始电电子子是是光光子子形形成成的的，而而光光子子以以光光速速传传播播，所以流注发展非常快。所以流注发展非常快。放电外形放电外形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不不可可能均匀，而且具有分支。能均匀，而且具有分支。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，而而是是靠靠空间光电离产生电子维持，因此与阴极材料无关。空间光电离产生电子维持，因此与阴极材料无关。第四十八页，编辑于星
43、期一：八点 二十九分。小小 结结1.1.汤汤逊逊理理论论只只适适用用于于pdpd值值较较小小的的范范围围，流流注注理理论论只只适适用用于于pdpd值较大的范围，二者过渡值为值较大的范围，二者过渡值为pd=26.66kPapd=26.66kPacmcm；(1)(1)汤逊理论的基本观点：汤逊理论的基本观点：电电子子碰碰撞撞电电离离是是气气体体放放电电时时电电流流倍倍增增的的主主要要过过程程，而而阴阴极表面的电子发射是维持放电的必要条件。极表面的电子发射是维持放电的必要条件。(2)(2)流注理论的基本观点：流注理论的基本观点：以以汤汤逊逊理理论论的的碰碰撞撞电电离离为为基基础础，强强调调空空间间电电
44、荷荷对对电电场场的的畸畸变变作作用，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；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；放放电电从从起起始始到到击击穿穿并并非非碰碰撞撞电电离离连连续续量量变变的的过过程程，当当初初始始电电子子崩崩中中离离子子数数达达10108 8以以上上时时，引引起起空空间间光光电电离离质质变变，电电子子崩崩汇汇合合成成流流注；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。第四十九页，编辑于星期一：八点 二十九分。小小 结结2. 2. 引引起起气气体体放放电电的的外外部部原原因因有有两两个个，其其一一是是电电场场作用，其二是外电离因素。作
45、用，其二是外电离因素。把把去去掉掉外外界界因因素素作作用用后后，放放电电立立即即停停止止的的放放电电形形式式称称为为非非自自持持放放电电；把把由由电电场场作作用用就就能能维维持持的的放放电称为自持放电。电称为自持放电。3. 3. 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)(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) (2) 系数的物理意义不同。系数的物理意义不同。第五十页，编辑于星期一：八点 二十九分。流注发展过程流注发展过程 初始电子崩（电子崩头部电子数达到一
46、定数量）初始电子崩（电子崩头部电子数达到一定数量）电场畸变和加强；电场畸变和加强；电子崩头部正负空间电荷复合；电子崩头部正负空间电荷复合；放射大量光子；放射大量光子；光电离；光电离；崩头处二次电子（光电子）；崩头处二次电子（光电子）；（向正空间电荷区运动）碰撞游离；（向正空间电荷区运动）碰撞游离；二次电子崩；二次电子崩；（二次电子崩电子跑到初崩正空间电荷区域）流注（二次电子崩电子跑到初崩正空间电荷区域）流注 。第五十一页，编辑于星期一：八点 二十九分。本本 节节 重重 点点1.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；2.汤逊放电描述的电子崩发展过程；汤逊放电描述的电
47、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.流流注注理理论论与与汤汤逊逊理理论论在在考考虑虑放放电电发发展展因因素素上上的不同；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。第五十二页，编辑于星期一：八点 二十九分。4 不均匀电场中的放电过程不均匀电场中的放电过程4.1 4.1 电场不均匀程度的划分电场不均匀程度的划分4.2 4.2 稍不均匀电场中的击穿过程稍不均匀电场中的击穿过
48、程不均匀电场不均匀电场放电过程放电过程4.3 4.3 极不均匀电场中的击穿过程极不均匀电场中的击穿过程4.3.1 4.3.1 电晕放电电晕放电4.3.2 4.3.2 极性效应极性效应4.3.3 4.3.3 长间隙放电长间隙放电第五十三页，编辑于星期一：八点 二十九分。4.1 电场不均匀程度的划分电场不均匀程度的划分球隙的放电特性与极间距离的关系球隙的放电特性与极间距离的关系1-1-击穿电压击穿电压 2-2-电晕起始电压电晕起始电压 3-3-放电不稳定区放电不稳定区第五十四页，编辑于星期一：八点 二十九分。4.1 电场不均匀程度的划分（续电场不均匀程度的划分（续1）电电场场越越不不均均匀匀，击击
49、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大；越大；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是是否否存存在在稳稳定定的电晕放电来区分；的电晕放电来区分；从电场均匀程度看：可用电场的不均匀系数划分从电场均匀程度看：可用电场的不均匀系数划分 f2 f4f4时为极不均匀电场。时为极不均匀电场。Emax：最大场强；Eav： 平均场强第五十五页，编辑于星期一：八点 二十九分。4.2 稍不均匀电场中的击穿过程稍不均匀电场中的击穿过程稍稍不不均均匀匀电电场场中中的的放放电电过过程程与与均均匀匀电电场场相相似似，属属于于流流注注击击穿穿，击穿条件就是自持放
50、电条件，无电晕产生。击穿条件就是自持放电条件，无电晕产生。但但稍稍不不均均匀匀电电场场中中场场强强并并非非处处处处相相等等， 电电离离系系数数是是空空间间坐标坐标x x的函数，因此自持放电条件为的函数，因此自持放电条件为: :第五十六页，编辑于星期一：八点 二十九分。4.3 极不均匀电场中的击穿过程极不均匀电场中的击穿过程4.3.1 4.3.1 电晕放电电晕放电4.3.2 4.3.2 极性效应极性效应4.3.3 4.3.3 长间隙放电长间隙放电第五十七页，编辑于星期一：八点 二十九分。4.3.1 电晕放电电晕放电定定义义：由由于于电电场场强强度度沿沿气气隙隙的的分分布布极极不不均均匀匀，因因而
51、而当当所所加加电电压压达达到到某某一一临临界界值值时时，曲曲率率半半径径较较小小的的电电极极附附近近空空间间的的电电场场强强度度首首先先达达到到了了起起始始场场强强E E0 0，因因而而在在这这个个局局部部区区域域出出现现碰碰撞撞电电离离和和电电子子崩崩，甚甚至至出出现现流流注注，这这种种仅仅仅仅发发生生在在强强场场区区（小小曲曲率率半半径径电电极极附附近近空空间间）的的局局部部放电称为放电称为电晕放电电晕放电。 。特特点点：电电晕晕放放电电是是极极不不均均匀匀电电场场特特有有的的自自持持放放电电形形式式，电晕起始电压低于击穿电压，电场越不均匀其差值越大。电晕起始电压低于击穿电压，电场越不均匀
52、其差值越大。第五十八页，编辑于星期一：八点 二十九分。4.3.1 电晕放电电晕放电v不良影响：不良影响：能量损耗；通信干扰；化学腐蚀等。能量损耗；通信干扰；化学腐蚀等。v解决方法：解决方法：增大电极曲率半径；采用扩径导线等。增大电极曲率半径；采用扩径导线等。v其它应用：其它应用：削削弱弱输输电电线线路路雷雷电电冲冲击击或或操操作作冲冲击击电电压压幅幅值值陡陡度度；制造臭氧发生器、电晕除尘器等。制造臭氧发生器、电晕除尘器等。 电晕放电的起始电压一般用经验公式来推算，应用最电晕放电的起始电压一般用经验公式来推算，应用最广的是皮克公式，电晕起始场强近似为广的是皮克公式，电晕起始场强近似为 m m：导
53、线表面粗糙系数导线表面粗糙系数; ;:空气相对密度；空气相对密度；R:R: 导线半径（导线半径（cmcm）第五十九页，编辑于星期一：八点 二十九分。4.3.2 极性效应极性效应极性效应极性效应 在极不均匀电场中，放电一定从曲率半径较小的在极不均匀电场中，放电一定从曲率半径较小的那个电极表面开始，与该电极极性无关。但后来的发那个电极表面开始，与该电极极性无关。但后来的发展过程、气隙的电气强度、击穿电压等都与该电极的展过程、气隙的电气强度、击穿电压等都与该电极的极性有密切的关系。极性有密切的关系。极不均匀电场中的放电存在着明极不均匀电场中的放电存在着明显的极性效应显的极性效应。极性决定于表面电场较
54、强的电极所具有的电位符号：极性决定于表面电场较强的电极所具有的电位符号：v在两个电极几何形状不同时，极性取决于曲率半径较小的那个在两个电极几何形状不同时，极性取决于曲率半径较小的那个电极的电位符号，如电极的电位符号，如“棒棒- -板板”气隙。气隙。v在两个电极几何形状相同时，极性取决于不接地的那个电极上的在两个电极几何形状相同时，极性取决于不接地的那个电极上的电位，如电位，如“棒棒- -棒棒”气隙。气隙。第六十页，编辑于星期一：八点 二十九分。4.3.2 极性效应（续极性效应（续1）（1 1）自持放电前阶段）自持放电前阶段 正空间电荷削弱棒极附近场强而正空间电荷削弱棒极附近场强而加强外部电场，
55、阻止棒极附近流注加强外部电场，阻止棒极附近流注形成使电晕起始电压提高；形成使电晕起始电压提高；（2 2）自持放电阶段）自持放电阶段 空间电荷加强放电区外部空间空间电荷加强放电区外部空间的电场，因此当电压进一步提高的电场，因此当电压进一步提高时，强场区将逐渐向极板推进至时，强场区将逐渐向极板推进至击穿。击穿。正极性正极性第六十一页，编辑于星期一：八点 二十九分。4.3.2 极性效应（续极性效应（续1）（1 1）自持放电前阶段：正空间）自持放电前阶段：正空间电荷加强棒极附近场强而削弱外电荷加强棒极附近场强而削弱外部电场，促进棒极附近流注形成部电场，促进棒极附近流注形成使电晕起始电压降低。使电晕起始
56、电压降低。（2 2）自持放电阶段：空间电荷削）自持放电阶段：空间电荷削弱放电区外部空间的电场，因此当弱放电区外部空间的电场，因此当电压进一步提高时，电晕区不易向电压进一步提高时，电晕区不易向外扩展，气隙击穿将不顺利，因此外扩展，气隙击穿将不顺利，因此负极性击穿电压比正极性高很多，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。完成击穿所需时间也长得多。负极性负极性第六十二页，编辑于星期一：八点 二十九分。4.3.2 极性效应（续极性效应（续3）工工程程实实际际中中，输输电电线线路路外外绝绝缘缘和和高高压压电电器器的的外外绝绝缘缘都都属属于于极极不不均均匀匀电电场场分分布布，在在交交流流
57、电电压压下下的的击穿都发生在正半波。击穿都发生在正半波。因因此此，考考核核绝绝缘缘冲冲击击特特性性时时应应施施加加正正极极性性的的冲冲击电压。击电压。因此：因此：第六十三页，编辑于星期一：八点 二十九分。4.3.3 长间隙放电长间隙放电第六十四页，编辑于星期一：八点 二十九分。4.3.3 长间隙放电（续长间隙放电（续1）先导放电先导放电v特特点点：电电子子通通过过通通道道根根部部时时由由于于剧剧烈烈的的摩摩擦产生的热电离过程擦产生的热电离过程v先先导导加加强强了了前前方方电电场场，引引起起新新的的流流注注，使使其进一步伸展并逐级推进其进一步伸展并逐级推进主放电主放电v当当先先导导贯贯穿穿两两极
58、极，导导致致沿沿先先导导通通道道向向反反方方向扩展到棒极的主放电和最终击穿向扩展到棒极的主放电和最终击穿第六十五页，编辑于星期一：八点 二十九分。4.3.3 长间隙放电（续长间隙放电（续2） 流注通道电子被阳极吸引流注通道电子被阳极吸引电子浓度电子浓度电流电流流注中热电离流注中热电离电导电导，电流，电流流注变成高电导的等离子体（先导）流注变成高电导的等离子体（先导）电场电场新流注新流注先导不断推进。先导不断推进。第六十六页，编辑于星期一：八点 二十九分。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5.1 5.1 雷电冲击电压下的击穿雷电冲击电压下的击穿5.2 5.2 操作冲击电压下的击
59、穿操作冲击电压下的击穿冲击电压冲击电压冲击电压冲击电压下气隙的下气隙的下气隙的下气隙的击穿特性击穿特性击穿特性击穿特性5.2.1 5.2.1 操作冲击电压的形成操作冲击电压的形成5.1.1 5.1.1 雷电冲击电压标准波形雷电冲击电压标准波形5.1.2 5.1.2 冲击放电时延冲击放电时延5.1.3 5.1.3 雷电冲击雷电冲击5050击穿电压击穿电压5.1.4 5.1.4 伏秒特性伏秒特性5.2.2 5.2.2 操作冲击电压标准波形操作冲击电压标准波形5.2.3 5.2.3 操作冲击放电电压的特点操作冲击放电电压的特点第六十七页，编辑于星期一：八点 二十九分。5.1 雷电冲击电压下的击穿雷电
60、冲击电压下的击穿5.1.1 5.1.1 雷电冲击电压标准波形雷电冲击电压标准波形5.1.2 5.1.2 冲击放电时延冲击放电时延5.1.3 5.1.3 雷电冲击雷电冲击5050击穿电压击穿电压5.1.4 5.1.4 伏秒特性伏秒特性第六十八页，编辑于星期一：八点 二十九分。5.1.1 雷电冲击电压标准波形雷电冲击电压标准波形第六十九页，编辑于星期一：八点 二十九分。5.1.2 冲击放电时延冲击放电时延冲冲击击电电压压变变化化速速度度很很快快，作作用用时时间间很很短短（ss），与与稳稳态态电电压压作作用用时时气气隙隙相相比比，它它的的放放电电时时间间就就成成为为关注的重要因素。关注的重要因素。实
61、实验验表表明明：对对气气隙隙施施加加冲冲击击电电压压使使其其击击穿穿不不仅仅需需要要足足够够幅幅值值的的电电压压，有有引引起起电电子子崩崩并并导导致致流流注注和和主主放放电电的的有有效效电电子子，而而且且需需要要一一定定的的电电压压作作用用时时间。间。第七十页，编辑于星期一：八点 二十九分。5.1.2 冲击放电时延（续冲击放电时延（续1）冲击放电的总时间为：第七十一页，编辑于星期一：八点 二十九分。5.1.2 冲击放电时延（续冲击放电时延（续2）短气隙中（1cm以下），特别是电场均匀时，tfts，放电时延主要取决于ts。为减小ts：v可提高外施电场使气隙中出现有效电子的概率增加v可采用人工光源
62、照射，使阴极释放出更多的电子较长气隙时，放电时延主要决定于tf，且电场越不均匀， tf越大第七十二页，编辑于星期一：八点 二十九分。5.1.3 雷电冲击雷电冲击50击穿电压击穿电压定义：在多次施加同一电压时，其中半数导致气隙击穿，以此反映气隙的耐受冲击电压的能力。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，由于放电时延较长，其冲击系数 击穿电压分散性也较大。第七十三页，编辑于星期一：八点 二十九分。5.1.4 伏秒特性伏秒特性第七十四页，编辑于星期一：八点 二十九分。5.1.4 伏秒特性（续伏秒特性（续1）绘制伏秒特性的方法保持冲击电压波形不变，逐级
63、升高电压使气隙发生击穿，记录击穿电压波形，读取击穿电压值U与击穿时间t。当电压不很高时击穿一般在波长发生；当电压很高时，击穿百分比将达100，放电时延大大缩短，击穿可能发生在波前发生当击穿发生在波前时，U与t均取击穿时的值；当击穿发生在波长时， U取波峰值，t取击穿值50伏秒特性的绘制第七十五页，编辑于星期一：八点 二十九分。5.1.4 伏秒特性（续伏秒特性（续2）极不均匀：平均击穿场强低，放电时延长，曲线上翘；稍不均匀：平均击穿场强高，放电时延短，曲线平坦。因此在避雷器等保护装置中，保护间隙采用均匀电场，确保在各种电压下保护装置伏秒特性低于被保护设备。第七十六页，编辑于星期一：八点 二十九分
64、。5.1.4 伏秒特性（续伏秒特性（续3）伏秒特性在绝缘配合中的应用第七十七页，编辑于星期一：八点 二十九分。5.2 操作冲击电压下的击穿操作冲击电压下的击穿5.2.1 5.2.1 操作冲击电压的形成操作冲击电压的形成5.2.2 5.2.2 操作冲击电压标准波形操作冲击电压标准波形5.2.3 5.2.3 操作冲击放电电压的特点操作冲击放电电压的特点第七十八页，编辑于星期一：八点 二十九分。5.2.1 操作冲击电压的形成操作冲击电压的形成电力系统的输电线及电气设备都有各自的电感和电容，由于系统运行状态的突变（正常或故障）将导致电感和电容元件间电磁能的互相转换，引起振荡性的过渡过程过渡过程会在电气
65、设备或局部电网上造成远远超过正常运行的电压，称为操作过电压操作过电压幅值与波形跟电力系统的参数有密切关系，由于其过渡过程的振荡基值是系统运行电压，因此电压等级越高，操作过电压幅值越高，最高可达到最大相电压峰值的34倍第七十九页，编辑于星期一：八点 二十九分。5.2.2 操作冲击电压标准波形操作冲击电压标准波形第八十页，编辑于星期一：八点 二十九分。5.2.3 操作冲击放电电压的特点操作冲击放电电压的特点均匀场和稍不均匀场中v操作冲击电压的作用时间介于工频电压与雷电冲击电压之间。v操作冲击50%冲击放电电压U50、直流放电电压、工频放电电压等峰值几乎相同，分散性不大，击穿发生在波前部分，与半峰时
66、间无关。极不均匀场中 操作冲击表现出许多不同的特点第八十一页，编辑于星期一：八点 二十九分。5.2.3 操作冲击放电电压的特点（续操作冲击放电电压的特点（续1）vU形曲线左半支：波前放电时延Ub 右半支：波前空间电荷迁移范围电极附近电场Ub 第八十二页，编辑于星期一：八点 二十九分。5.2.3 操作冲击放电电压的特点（续操作冲击放电电压的特点（续2）v极性效应 在不同的电场结构中，正操作冲击50%击穿电压比负极性低，一般均讨论正极性的情况。 操作冲击击穿电压不仅远低于雷电冲击击穿电压，在某些波前时间内，甚至比工频击穿电压还低。 在同极性的雷电冲击标准波作用下，棒-板间隙的击穿电压比棒-棒间隙时
67、低得不多，而在操作过电压下，前者比后者低得多 启示：在设计高压电气设备时应尽量 避免出现棒-板间隙第八十三页，编辑于星期一：八点 二十九分。5.2.3 操作冲击放电电压的特点（续操作冲击放电电压的特点（续3）v饱和现象 原因：长间隙下先导形成后，放电更易发展，这对于发展特高压输电技术是不利的；而雷电冲击作用时间太短，其饱和不明显，放电电压与间隙距离一般呈线性关系。v分散性大 操作冲击电压下的气隙击穿电压和放电时间的分散性都比雷电冲击电压大得多。第八十四页，编辑于星期一：八点 二十九分。6 影响气体放电电压的因素影响气体放电电压的因素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6.2
68、 电压波形对放电电压的影响电压波形对放电电压的影响影响气体放电电影响气体放电电影响气体放电电影响气体放电电压的因素压的因素压的因素压的因素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均匀电场均匀电场稍不均匀电场稍不均匀电场极不均匀电场极不均匀电场直流电压直流电压工频电压工频电压冲击电压冲击电压空气密度空气密度湿度湿度海拔高度海拔高度气体性质气体性质第八十五页，编辑于星期一：八点 二十九分。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均匀电场中的击穿电压击穿电压等于起始放电电压，且无极性效应。经验公式： d-间隙距离，-空气相对密度稍不均匀电场中的击穿电压极性效应：负极性
69、击穿电压略低于正极性第八十六页，编辑于星期一：八点 二十九分。6.1 电场形式对放电电压的影响（续电场形式对放电电压的影响（续1）极不均匀电场中的击穿电压v工程上常见电场大多数是极不均匀电场v工程上遇到极不均匀电场时，可由典型电极的击穿电压来修正绝缘距离，对称电场参照“棒棒”电极数据；不对称电场可参照“棒板”电极数据v放电的分散性大，且极性效应明显第八十七页，编辑于星期一：八点 二十九分。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均匀电场中 不同电压波形下击穿电压(峰值)相同，放电分散性小稍不均匀电场中 不同电压波形下击穿电压基本相同，放电分散性不大，极性效应不显著极不均匀电场中
70、 直流、工频及冲击电压间差别明显第八十八页，编辑于星期一：八点 二十九分。6.2 电压波形对放电电压的影响（续电压波形对放电电压的影响（续1）v直流电压下的击穿电压棒-板间隙存在极性效应棒-棒电极击穿电压介于不同极性棒-板之间第八十九页，编辑于星期一：八点 二十九分。6.2 电压波形对放电电压的影响（续电压波形对放电电压的影响（续2）v工频电压下的击穿电压无论棒-棒或棒-板电极击穿都发生在正半周峰值附近，分散性不大；当间隙距离不太大时，击穿电压与间隙距离呈线性关系；当间隙距离很大时，平均击穿场强明显降低，呈现出饱和现象第九十页，编辑于星期一：八点 二十九分。6.2 电压波形对放电电压的影响（续
71、电压波形对放电电压的影响（续3）v冲击电压下的击穿电压雷电冲击击穿电压与距离呈正比，无饱和；操作冲击电压有明显的极性效应和饱和现象第九十一页，编辑于星期一：八点 二十九分。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不同大气条件下测得的击穿电压必须换算到统一的参考条件下才能进行比较；我国规定的标准大气条件为：压力：101.3kPa；温度：20；绝对湿度：11g/m3实际试验条件下的击穿电压和标准大气条件下的击穿电压可通过相应的校正系数换算： Kd为空气密度校正系数 Kh为湿度校正系数第九十二页，编辑于星期一：八点 二十九分。6.3 大气条件对放电电压的影响（续大气条件对放电电压的影
72、响（续1）对空气密度的校正对湿度的校正 在极不均匀场中对海拔高度的校正气体性质对放电电压的影响第九十三页，编辑于星期一：八点 二十九分。7 提高气体介质电气强度的方法提高气体介质电气强度的方法7.1.1 改进电极形状改进电极形状7.2.1 高气压的采用高气压的采用7.1 改善电场分布改善电场分布7.2 削弱或抑制电离过程削弱或抑制电离过程提高气体介提高气体介提高气体介提高气体介质电气强度质电气强度质电气强度质电气强度的方法的方法的方法的方法7.1.2 空间电荷的利用空间电荷的利用7.1.3 极不均匀电场中屏障的采用极不均匀电场中屏障的采用7.2.2 高真空的采用高真空的采用7.2.3 高电气强
73、度气体高电气强度气体（SF6）的采用）的采用第九十四页，编辑于星期一：八点 二十九分。7.1 改善电场分布改善电场分布7.1.1 改进电极形状7.1.2 空间电荷的利用7.1.3 极不均匀电场中屏障的采用第九十五页，编辑于星期一：八点 二十九分。7.1.1 改进电极形状改进电极形状一般说来，电场分布越均匀，平均击穿场强越高改进电极形状、增大电极曲率半径，可以改善电场分布，提高间隙击穿电压电极表面尽量避免毛刺、棱角等以消除电场局部增强的现象如不可避免出现极不均匀电场，则尽可能采用对称电场（棒-棒电极）第九十六页，编辑于星期一：八点 二十九分。7.1.1 改进电极形状（续改进电极形状（续1）第九十
74、七页，编辑于星期一：八点 二十九分。7.1.2 空间电荷的利用空间电荷的利用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，可以利用放电产生的空间电荷来改善电场分布，提高击穿电压。例如：导线与平板间隙中，导线直径很小时，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，电场分布改善，提高了击穿电压第九十八页，编辑于星期一：八点 二十九分。7.1.3 极不均匀电场中屏障的采用极不均匀电场中屏障的采用在极不均匀电场中，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例如：正针-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
75、方从而形成较均匀的电场，改善了电场分布，提高了击穿电压第九十九页，编辑于星期一：八点 二十九分。7.2 削弱或抑制电离过程削弱或抑制电离过程7.2.1 高气压的采用7.2.2 高真空的采用7.2.3 高电气强度气体（SF6）的采用第一百页，编辑于星期一：八点 二十九分。7.2.1 高气压的采用高气压的采用采用高气压可以减少电子的平均自由行程，削弱电离过程，提高击穿电压在高气压下，电场均匀程度下降，击穿电压将剧烈降低，因此采用高气压的电气设备应使电场尽可能均匀在高气压下，电极表面状态（粗糙度）对击穿电压影响显著高气压下应尽可能改进电极形状，改善电场分布，电极应仔细加工光洁，气体要过滤（滤去尘埃和
76、水份）处理第一百零一页，编辑于星期一：八点 二十九分。7.2.2 高真空的采用高真空的采用在高真空中，电子的平均自由行程远大于极间距离，使碰撞电离几乎不可能实现，从而显著提高间隙击穿电压在电气设备中气、液、固等几种绝缘材料往往并存，而固体、液体等绝缘材料在高真空下会逐渐释放出气体，因此电气设备中实际使用高真空的还很少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一百零二页，编辑于星期一：八点 二十九分。7.2.3 高电气强度气体（高电气强度气体（SF6）的采用）的采用高电气强度（强电负性）气体，其电子附着效应大大减弱碰撞电离过程； 分子量、直径大，自由行程小； 碰撞引起分子极化反应，能
77、量损失。 SF6具有较高的耐电强度和很强的灭弧性能而被广泛应用于大容量高压断路器、高压充气电缆、高压电容器、高压充气套管、以及全封闭组合电器中。SF6电气设备尺寸大大缩小，且不受气候影响，但造价高而且它是对臭氧层有破坏作用的温室气体。第一百零三页，编辑于星期一：八点 二十九分。8 沿面放电沿面放电沿面放电沿面放电沿面放电沿面放电8.1 高压外绝缘及高压绝缘子高压外绝缘及高压绝缘子8.2 绝缘子沿面放电绝缘子沿面放电8.3 影响沿面放电电压的因素影响沿面放电电压的因素8.4 提高沿面放电电压的措施提高沿面放电电压的措施8.2.1 均匀和稍不均匀电场中均匀和稍不均匀电场中8.2.2 极不均匀电场有
78、强垂直分量时极不均匀电场有强垂直分量时8.2.3 极不均匀电场有弱垂直分量时极不均匀电场有弱垂直分量时电场分布情况和电压波形电场分布情况和电压波形介质材料介质材料气体状态气体状态介质表面情况介质表面情况高压绝缘的划分高压绝缘的划分高压绝缘子外型高压绝缘子外型第一百零四页，编辑于星期一：八点 二十九分。8.1 高压外绝缘及高压绝缘子高压外绝缘及高压绝缘子高压绝缘的划分高压绝缘输电线路绝缘发电厂、变电站绝缘厂、站外绝缘电气设备内绝缘高压外绝缘高压内绝缘第一百零五页，编辑于星期一：八点 二十九分。8.1 高压外绝缘及高压绝缘子（续高压外绝缘及高压绝缘子（续1）第一百零六页，编辑于星期一：八点 二十九
79、分。8.2 绝缘子的沿面放电绝缘子的沿面放电8.2.1 均匀和稍不均匀电场中的沿面放电8.2.2 极不均匀电场具有强垂直分量时的沿面 放电8.2.3 极不均匀电场具有弱垂直分量时的沿面 放电第一百零七页，编辑于星期一：八点 二十九分。8.2 绝缘子的沿面放电（续绝缘子的沿面放电（续1）界面电场分布可分为3种典型情况第一百零八页，编辑于星期一：八点 二十九分。8.2.1 均匀和稍不均匀电场中的沿面放电均匀和稍不均匀电场中的沿面放电由于电场畸变沿面闪络电压比空气间隙击穿电压低得多，原因在于：介质与电极间存在气隙介质表面吸潮形成水膜介质表面电阻不均匀或有损伤因此，均匀电场中闪络电压与固体介质与空气接
80、触的状况有关与固体介质与电极接触的状况有关与固体介质表面电阻和表面光滑度 状况有关第一百零九页，编辑于星期一：八点 二十九分。8.2.2 极不均匀电场中具有强垂直分量时极不均匀电场中具有强垂直分量时的沿面放电的沿面放电第一百一十页，编辑于星期一：八点 二十九分。8.2.2 极不均匀电场中具有强垂直分量时极不均匀电场中具有强垂直分量时的沿面放电（续的沿面放电（续1）放电过程v（法兰边缘）电晕放电（放电伸展）刷状放电 （放电继续发展）滑闪放电v滑闪放电是强垂直分量绝缘特定的放电形式滑闪放电的解释v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v在电场强垂直分量的作用下，
81、带电质点撞击介质表面，引起局部温升，导致热电离，从而带电质点剧增，电阻剧降，通道迅速增长v热电离是滑闪放电的重要特征第一百一十一页，编辑于星期一：八点 二十九分。8.2.3 极不均匀电场中具有弱垂直分量时极不均匀电场中具有弱垂直分量时的沿面放电的沿面放电电场垂直分量小沿面电容电流小无热电离和滑闪 沿面放电电压降低不多提高放电电压的途径主要是用均压屏蔽环等改变电极形状，缓和局部高强场，均匀电场分布第一百一十二页，编辑于星期一：八点 二十九分。8.3 影响沿面放电电压的因素影响沿面放电电压的因素电场分布情况和电压波形的影响均匀与不均匀；工频、直流、冲击介质材料的影响主要表现在介质表面吸潮方面气体状
82、态的影响温度、气压、湿度介质表面情况的影响雨水淋湿或表面胀污，沿面闪络电压急剧下降第一百一十三页，编辑于星期一：八点 二十九分。8.4 提高沿面放电电压的措施提高沿面放电电压的措施屏障屏蔽提高表面憎水性改变绝缘体表面电阻率(应用半导体涂料)强制固体介质表面的电位分布第一百一十四页，编辑于星期一：八点 二十九分。人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。第一百一十五页，编辑于星期一：八点 二十九分。第一百一十六页，编辑于星期一：八点 二十九分。
