1、第1章 气体放电过程的分析第1 1章 气体放电过程的分析1.1 1.1 带电质点与气体放电1.2 1.2 低气压下均匀电场自持放电的汤逊理论和巴申定律1.3 1.3 高气压下均匀电场自持放电的流注理论1.4 1.4 高气压下不均匀电场气体击穿的发展过程1.1 1.1 带电质点与气体放电1.1.11.1.1气体放电的主要形式辉光放电、电晕放电、刷状放电、火花放电、电弧放电1.1.2 1.1.2 带电质点的产生 电极空间带电质点的产生 电极表面带电质点的产生1.1.3 1.1.3 带电质点的消失 带电质点受电场力的作用流入电极 带电质点的扩散 带电质点的复合1.1.1 气体放电的主要形式1.空气在
2、强电场下放电特性1.1 1.1 带电质点与气体放电带电质点与气体放电*气体放电:气体中流通电流的各种形式统称气体放电.*气体在正常状态下是良好的绝缘体,在一个立方厘米体积内仅含几千个带电粒子,*但在高电压下,气体从少量电荷会突然产生大量的电荷,从而失去绝缘能力而发生放电现象.*空气间隙由绝缘状态突变为导体状态的变化,称为击穿.一旦电压解除后一旦电压解除后,气体电介质能气体电介质能自动恢复绝缘自动恢复绝缘状态状态 输电线路以气输电线路以气体作为绝缘材料体作为绝缘材料 变压器相间变压器相间绝缘以气体作为绝缘以气体作为绝缘材料绝缘材料n2 不同条件下,气体放电有多种不同外形:书P8 表1-1 气体放
3、电的主要外形形式n辉光放电n电晕放电n刷状放电n火花放电n电弧放电 见下图 放电外形示意图辉光放电电晕放电1.1.2 带电质点的产生(1)激发 原子在外界因素作用下,其电子跃迁到能量较高的状态(2)电离 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博而形成自由电子和正离子(3)电离的方式a.碰撞电离b.光电离 电极空间带电质点的产生 c.热电离d.金属表面电离:电极表面带电质点的产生碰撞电离碰撞电离 在电场E作用下,质量为m,电荷量为q的带电质点被加速,沿电场方向行经x距离后获得能量qEx,具有一定速度v,表现为动能:当带电质点具有的动能积累到一定数值后，在与气体原子（或分子）发生碰
4、撞时，可以使后者产生电离，这种由碰撞而引起的电离称为碰撞电离.引起碰撞游离的条件：引起碰撞游离的条件：iWm221iW：气体原子（或分子）的电离能qExm221即使满足碰撞电离条件,也不一定每次碰撞都引起电离-引入”自由行程”概念:*自由行程定义:一个质点在每两次碰撞间自由通过的距离.*平均自由行程:众多质点自由行程的平均值 其中,T为气体分子温度,p为气体压力 上式表明:温度高,压力小的气体中带电质点的平均行程大,积累的动能大,易造成气体电离.*碰撞电离中电子引起的电离占主要地位碰撞电离中电子引起的电离占主要地位:电子:自由行程大,获取的动能大;质量小,弹性碰撞时几乎不损失动能.离子:自由行
5、程短,碰撞间获得的动能少;碰撞时损失动能.pT/光游离光游离 由光辐射引起气体原子（或分子）的电离,称为光电离.光波的能量W决定于其频率f:W=hf=hc/其中,h为普朗克常数,f c 分别为光波频率,光速,波长.产生光游离的条件：产生光游离的条件：iWhf 即当气体分子受到光辐射时,若光子能量大于气体分子电离能,则可能引起气体分子的光电离.书P10 表1-2 气体的电离电位及光电离临界波长 因为大气层的阻挡,阳光到达地面的波长 290nm,因此,普通阳光照射不足以引起气体分子的光电离.热热游离游离气体在热状态下引起的电离过程称为热电离 热电离本质:高速运动的气体分子的碰撞电离和光电离,只不过
6、能量不是来自电场而是气体分子本身的热能.气体分子平均动能W与分子温度T的关系:W=3KT/2其中,K:波茨曼常数,T:绝对温度产生热游离的条件：产生热游离的条件：iWKT 23iW：气体分子的电离能 常温下(T=300K),不足以引起空气的热电离;当发生电弧放电时,气体温度达到输千度以上,可以导致碰撞电离.金属表面电离金属表面电离 电子从金属电极(阴极)表面逸出来的过程称为表面游离使阴极释放电子需要的能量:逸出功 逸出功与金属的和表面状态有关,与金属温度无关 (P11 表1-3 金属及金属微观结构氧化物的逸出功).金属表面逸出功比气体电离能小很多,在气体放电中,电极表面电离很重要.n正离子碰撞
7、阴极:正离子能量传递给阴极,2 金属表面逸出功时发生电离n光电效应:金属表面受到光照时,光子能量金属表面逸出功时,可造成电离n热电子放射:加热阴极,使电子获取足够动能,克服金属表面逸出功n强场放射:在阴极附近施加强电场可使阴极释放电子.金属表面电离金属表面电离1.1.3 1.1.3 带电质点的消失带电质点的消失(去游离去游离)a.流入电极 带电质点受电场力的作用下,流入电极 迁移率:单位场强下的运动速度 电子迁移率远远大于离子迁移率 同一种气体的正负离子迁移率相差不大b.扩散 带电质点从高浓度区域向低浓度区域运动,从而使 带电质点在空间各处的浓度均匀.电子质量远小于离子,电子的扩散过程强.c.
8、复合 正离子与负离子相遇而互相中和还原成中性原子.质点间相对速度大,复合率就小 电子速度比离子大,正离子与电子复合率小,正负离子复合率大.d.附着效应 电子与原子碰撞时,电子附着原子形成负离子.离子的电离能力差,因此气体放电过程中负离子的形成起着阻碍放电作用.1.2 1.2 低气压下均匀电场自持放电的汤逊理论和巴申定律 1.2.1 1.2.1 汤逊理论汤逊理论1.2.2 1.2.2 巴申定律与均匀电场击穿电压 巴申定律 均匀电场的击穿电压1.2.3 1.2.3 汤逊放电理论的适用范围1.2 1.2 低气压下均匀电场自持放电的两个理论低气压下均匀电场自持放电的两个理论:1.2.1.1.2.1.汤
9、逊放电理论汤逊放电理论:1903年,由英国人汤逊根据试验事实，提出了比较系统的气体放电理论，阐述了气体放电过程，并确定出放电电流和击穿电压之间的函数关系。汤逊气体放电理论最早定量地解释了气体放电理论.适用条件适用条件:均匀电场,低气压,短间隙实验装置均匀电场中气体的伏安特性分析：分析：oaoa段段:随着电压升高，到达阳极的带电质点数量和速度也随之增大.abab段段：电流不再随电压的增大而增大.由外电离因素产生的带电质点数(少),全部落入电极,饱和电流密度极小.气体间隙仍处于良好的绝缘状态.均匀电场中气体的伏安特性bcbc段：段：电流又再随电压的增大而增大.说明出现的新的电离因素电子的碰撞电离.
10、外施电压UC,间隙电流小,取消外电离因素(光照射),电流也消失(非自持放电)c c点点:电流急剧突增电压到达UC后,气体发生强烈电离,只靠电场作用可自行维持,不需要外电离因素(自持放电)UC:击穿电压.(1).(1).非自持放电非自持放电 去掉外界游离因素的作用后去掉外界游离因素的作用后,放电随即停止放电随即停止(2).自持放电自持放电 不需要外界游离因素存在不需要外界游离因素存在,放电也能自行维放电也能自行维持下去持下去(3).电子崩电子崩 在电场作用下在电场作用下,电子从阴极向阳极推进而形成的电子从阴极向阳极推进而形成的一群电子一群电子.将因碰撞电离使自由电子不断增加的现象将因碰撞电离使自
11、由电子不断增加的现象称为称为电子崩电子崩(下图下图).n电子崩的发展过程称为电子崩的发展过程称为过程过程.称为碰称为碰撞电离系数撞电离系数,定义为一个电子沿电场方向行定义为一个电子沿电场方向行经经1cm1cm长度长度,平均发生的碰撞电离次数平均发生的碰撞电离次数.若每若每次碰撞电离仅产生一个新电子次碰撞电离仅产生一个新电子,则则表示在表示在单位行程内新电离出的电子数单位行程内新电离出的电子数.n利用实验测量不同极间距离利用实验测量不同极间距离d d与外回路电流与外回路电流I I关系关系,可以计算可以计算(P14 (P14 公式公式1-9).1-9).n标准参考大气条件下空气的标准参考大气条件下
12、空气的系数与电场系数与电场强度强度E E的关系的关系 (P15(P15 图图1-6)1-6)过程过程:电极空间的电子引起的碰撞电离二次过程二次过程:过程过程:正离子从电场获得动能,引起的碰撞电离过程.因为离子平均自由行程小,获取的动能少;离子质量大,速度慢,弹性碰撞时易损失动能.因此,由正离子产生的电极空间碰撞电离作用小,可以忽略不计.过程过程:在阴极表面发生的,克服金属表面逸出功后形成的电离.(1)正离子碰撞阴极表面而释放电子(主要);(2)正负离子复合产生的光子在阴极表面引起的电离.系数:折算到每个碰撞阴极的正离子中在阴极释放出的自由电子数.该系数同样可以通过I与电极间距离d的实验曲线,计
13、算后获取(书P16 公式1-17)(4).(4).自持放电条件自持放电条件a.a.电子的空间碰撞系数电子的空间碰撞系数 一个电子在电场作用下在单位行程里所发生的碰撞电离数 b.b.正离子的表面游离系数正离子的表面游离系数 一个正离子到达阴极,撞击阴极表面产生游离的电子数说明:假设外电离因素在阴极表面产生一个自由电子,该电子到达阳极的过程是过程,导致电子总数增加,且形成多个正离子;正离子到达阴极表面产生过程,又释放出更多的电子,这些电子又在电极空间产生过程如此循环.自持放电条件可表达为自持放电条件可表达为:1)1(Se 综上所述，将电子崩和阴极上的综上所述，将电子崩和阴极上的r r过程作为气体自
14、持放过程作为气体自持放电的决定因素是汤逊理论的基础。电的决定因素是汤逊理论的基础。自持放电的物理概念:一个电子在自己进入阳极后,可以由和过程在阴极上产生一个新的替身,从而无需外电离因素,放电可继续.汤逊理论的实质：汤逊理论的实质：n气体间隙中发生的电子碰撞电离是气体放气体间隙中发生的电子碰撞电离是气体放电的主要原因电的主要原因(电子崩电子崩)n二次电子来源于正离子撞击阴极表面逸出二次电子来源于正离子撞击阴极表面逸出电子，逸出电子是维持气体放电的必要条电子，逸出电子是维持气体放电的必要条件。件。n所逸出的电子能否接替起始电子的作用是所逸出的电子能否接替起始电子的作用是自持放电的判据。自持放电的判
15、据。1.2.2 1.2.2 巴申定律巴申定律表达式表达式:)(pdfUb其中其中 p:p:气体压力气体压力 d:d:极间距离极间距离 1889年,巴申从大量实验中总结了击穿电压Ub与pd的关系,称为巴申定律.可见,击穿电压不仅仅由d决定,而是气体压力和极间距离的函数,而且是个U形曲线,具有极小值,见下图.均匀电场中几种气体的击穿电压均匀电场中几种气体的击穿电压UbUb与与pdpd的关系的关系 不同气体,巴申曲线上的最低击穿电压和此时的pd值各不相同.如空气的击穿电压极小值出现在低气压下,即空气相对密度较小的情况下,Ub.minUb.min=325V=325V pd=0.55cm.mmHgpd=
16、0.55cm.mmHg.n对上图的分析:击穿电压极小值的右侧:pd增大:(1)极间距离增加,电压不变时,间隙中场强下降,电离减弱;(2)气压变大,电子自由行程缩短,电子不易积累能量,电离减弱.由此,所需击穿电压变大 击穿电压极小值的左侧:pd下降:主要是p下降引起,电子自由行程大,积累能量大,但是空气密度低,气体分子数量太少,碰撞次数少,因此电离减弱.结论:高气压和高真空都可以提高击穿电压.n巴申定律与汤逊理论的关系 前者为后者提供实验结果支持;后者为前者提供理论依据.npd过大和过小时,放电机理发生变化,汤逊理论不再适用.1.3 1.3 高气压下均匀电场自持放电的 流注理论 1.3.1 1.
17、3.1 空间电荷对电场的畸变1.3.2 1.3.2 流注的形成1.3.3 1.3.3 均匀电场中的自持放电条件1.3.4 1.3.4 流注理论对放电现象的解释1.3 1.3 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在在psps乘积较大时乘积较大时,用汤逊理论无法解释的几种现象用汤逊理论无法解释的几种现象a.击穿过程所需时间,实测值比理论值小10-100倍b.按汤逊理论,击穿过程与阴极材料有关,然而在大气压力下的空气隙中击穿电压与阴极材料无关.c.按汤逊理论,气体放电应在整个间隙中均匀连续地发展,但在大气中击穿会出现有分枝的明亮细通道因此,在大量实验研究的基础上,提出
18、流注放电理论.1.3.1 1.3.1 空间电荷对电场的畸变空间电荷对电场的畸变na图:电子崩发展过程中,电子移动速度快,正离子相对于电子可看成静止的,崩头集中电子,后部为正离子;由于电子的扩散作用,电子崩横向半径逐渐扩大-形成半球头的锥体.nb图:电子崩过程中,电子数 N 呈指数增加.电子崩的电离过程集中在头部,空间电荷分布极不均匀.nc图:当电子崩发展到一定程度,其形成的空间电荷的电场大大增强.nd图:崩头和崩尾的电场增强,电子崩内正负电荷区域间电场削弱,合成电场发生明显的畸变.结论:(1)电子崩头部电荷密度大,电离过程强烈,且电场分布畸变,导致崩头放射大量光子;(2)崩头前后电场增强,有利
19、于分子离子发生激励现象,其从激励状态恢复正常状态时,放射出光子;(3)电子崩内部正负电荷区域间电场削弱,有利于发生复合过程,同样发射出光子.当外电场较弱时,上述过程不强烈,没有发生新的现象;当外电场达到击穿场强时,上述过程十分强烈,电子崩头部形成流注.1.3.2 流注的形成1.正流注的形成na图:外电场因素从阴极释放电子向阳极运动,形成电子崩.nb图:电子崩的过程中头部电离愈加强烈,走完整个间隙后,头部空间电荷密度非常大,崩头尾电场大,放射大量光子.nc图:光子引起光电离,新光子被主电子崩的崩头正离子吸引,引起新的强烈的电子崩(二次电子崩).nd图:二次电子崩头部电子进入主电子崩头部正电荷区,
20、形成负离子.大量正负离子构成等离子体(正流注).ne图:流注头部电离过程强烈,向周围发射大量光子,引起空间光电离.在流注前方引起新的二次电子崩,延长流注通道.nf图:流注不断向阴极推进,愈推进头部场强愈大发展愈快,到达阴极,整个间隙被流注贯通,间隙击穿完成.2.负流注的形成n正流注形成条件:外施电压较低(击穿电压),电子崩经过整个间隙后形成流注.n负流注形成条件:外施电压大于击穿电压.电子崩头部电离过程大,足以形成流注(负流注).从阴极向阳极发展,贯穿整个间隙后,击穿完成.n负流注发展中,电子运动受正电荷牵制,发展速度比正流注慢.n正负流注的发展速度都要比电子崩的发展速度快很多.放电简单流程图
21、放电简单流程图:有效电子有效电子(经碰撞游离经碰撞游离)-)-电子崩电子崩(畸变电场畸变电场)-发射光子发射光子(在强电场作用下在强电场作用下)-)-产生新的电子产生新的电子崩崩(二次电子崩二次电子崩)-)-形成混质通道形成混质通道(流注流注)-)-由阳由阳极向阴极极向阴极(阳极流注阳极流注)或由阴极向阳极或由阴极向阳极(阴极流注阴极流注)击穿击穿.1.3.3 1.3.3 均匀电场中的自持放电条件均匀电场中的自持放电条件理论要点理论要点:流注一旦形成,放电由自身产生的空间光电离维持,进入自持放电阶段,均匀电场间隙被击穿.因此,均匀电场间隙击穿条件,即自持放电条件,即流注形成条件.流注形成的主要
22、因素是电子碰撞电离及空间光电离.只有电子崩头部电荷达到一定数量,空间电荷畸变电场达到一定程度,造成足够的空间光电离,才能转入流注.1.3.4 1.3.4 流注理论对放电现象的解释流注理论对放电现象的解释(1)放电外形 pd很大时,适用流注理论.流注中电荷密度大,电场强度小.随着流注的发展,周围空间电场被减弱,抑制其他流注形成发展.流注放电具有细通道.pd较小时,适用汤逊理论.电子崩电荷密度小,电场强度大,不影响周围空间电场,不影响其他电子崩的产生.汤逊放电呈连续一片.(2)放电时间 流注理论:光子以光速传播,流注发展速度快,放电时间特别短.1.3.4 1.3.4 流注理论对放电现象的解释流注理
23、论对放电现象的解释(3)阴极材料的影响 流注理论:维持自持放电是空间光电离,不是阴极表面的电离,所以击穿电压与阴极材料基本无关.汤逊理论:自持放电与阴极表面电离有关,击穿电压与阴极材料有关.结论:汤逊理论与流注理论相互补充,说明不同的放电现象.两个理论都还很粗糙,无法精确计算具体绝缘材料的击穿电压,要通过实验方法获取.1.4 1.4 高气压下不均匀电场气体击穿 的发展过程1.4.11.4.1电场不均匀程度的划分1.4.2 1.4.2 极不均匀电场气体的电晕放电1.4.3 1.4.3 极不均匀场的极性效应与长间隙放电1.4.4 1.4.4 稍不均匀电场的自持放电条件与极性效应1.4 1.4 高气
24、压下不均匀电场中气体击穿的发展过程高气压下不均匀电场中气体击穿的发展过程1.4.1 1.4.1 电场不均匀程度的划分电场不均匀程度的划分采用电场不均匀系数采用电场不均匀系数f f来描述来描述:其中 Emax为电场中场强最高点的场强 Eav为平均场强 U为间隙上施加的电压 d为电极间最短的绝缘距离用用f f将电场不均匀程度划分为将电场不均匀程度划分为:均匀电场 f=1;稍不均匀电场 f4;dUEEEfavav/其中/max其放电现象和过程不同.1.4.2 1.4.2 极不均匀电场气体的电晕放电极不均匀电场气体的电晕放电1.1.电晕放电电晕放电 在极不均匀电场中,一定电压作用下,在曲率半径小的电极
25、附近发生局部电离,并发出大量光辐射,有些像日月的晕光,称为电晕放电.大曲率电极附近很小的区域内场强足够高,会发生电离.电离区中的复合过程和从激励恢复正常态等过程,会产生大量光辐射,形成电晕.而其他电极空间场强太小,电离无法发生.电晕放电是极不均匀电场所特有的一种自持放电形式.电晕起始场强:开始出现电晕时电极表面的场强电晕起始电压:开始出现电晕时的电压电晕放电的特点:两种形式:电子崩形式 流注形式(1)电极曲率大时,电晕层薄且均匀,符合汤逊理论,出现电子崩式电晕;随着电压增大,电晕层扩大,电子崩形成流注,出现放电脉冲现场,进入流注式电晕.(2)电极曲率小时,电晕一开始就很强烈,出现流注形式;随着
26、电压增大,流注强烈发展,出现刷状放电,脉冲强烈,直至贯通间隙,形成击穿.2 空间电荷的作用n电晕放电特有的脉冲电流现象,主要由空间电荷造成.n棒-板电极间隙是典型的极不均匀场.负尖-正板为例:a图:当电压达到一定数值后,电离爆发,电子运动速度加快,在负尖出留下正电荷;b图:当电子运动到稍远离尖电极处时,电场衰减很快,电子速度下降,易与气体分子形成负离子,造成空间电荷的积累;c图:正空间电荷逐渐在负极中和,负空间电荷的积累削弱了尖极处的场强,电离停止;d图:负空间电荷向外扩散,尖极处电场强度重新增大,下一次电离又开始.2 2 空间电荷的作用空间电荷的作用n电压增高时电压增高时,负离子受电场力作用
27、疏散更快负离子受电场力作用疏散更快,尖尖极电场强恢复快极电场强恢复快,所以电流脉冲频率上升所以电流脉冲频率上升.n电压更高时电压更高时,电子迅速向外运动电子迅速向外运动,在离尖极更远在离尖极更远的地方才形成负离子的地方才形成负离子,因此不能形成足以使电离因此不能形成足以使电离中止的密集的空间电荷中止的密集的空间电荷,脉冲消失脉冲消失,出现的是稳出现的是稳态电流态电流.n电压再高上去电压再高上去,引起刷状放电时引起刷状放电时,不断形成强烈不断形成强烈的流注的流注.由于流注形成具有统计性由于流注形成具有统计性,因此电流脉因此电流脉冲没有规则了冲没有规则了.3 电晕损耗电晕损耗n输电线上的电晕损耗功
28、率与导线电压的关系如图所示:(1)电压小于U时,导线只存在局部电晕,功率损耗小,随着电压的上升增长缓慢;(2)电压大于U时,导线上出现全面电晕,功率损耗大,且随着电压的上升增长很快.nU为全面电晕的起始电压.n电晕损耗随着导线不同结构,分裂导线数,分裂间距,离地高度,不同气象条件等因素有很大差异,很难用公式计算.工程上通过实际测量结果制定出一系列的曲线图综合得到的.工程上有很多极不均匀的电场,如:架空输电线 高压输电线路的绝缘子和各种金具上很容易出现电晕.在雨,雪,雾等恶劣天气和过电压的情况下,甚至整条导线上都可能出现电晕.高压设备 一些高压设备上也会出现电晕.电晕放电的效应n伴随电离,复合,
29、激励和恢复等过程,有声,光,热等效应:”嘶嘶”声,蓝紫色光,周围空气温度升高.n在尖极和电极突出部分,电子离子发生高速运动并交换能量,出现”电风”.当电极固定的刚性不够时(例如悬挂的导线),电风导致其振动和旋转.n电晕放电产生高频脉冲电流,含有高次谐波,对无线电通信造成干扰.随着输电电压的提高,延伸范围的扩大,线路电晕造成的信号干扰成为很严重的问题.n电晕放电使空气发生化学反应,生成臭氧,氮氧化物等,是强氧化剂和腐蚀剂,对气体中的固体介质和金属电极造成损伤和腐蚀.n上述各点都使电晕放电产生能量损耗,特别是超高压输电中,电晕引起的能量损耗及电磁干扰成为必须解决的重要问题.工程中的防晕措施n最有效
30、的方法:改进电极形状,增大电极曲率半径,如采用均压环,屏蔽环;采用扩径导线,载流量不大的场合,采用空心薄壳扩大尺寸的球面和旋转椭圆等形式电极,如超高压输电线路采用分裂导线(见下页说明).在变电所中,电压大于35kV时,一般不采用矩形母线,而采用圆形和管形母线.n选择耐电晕性能较好的绝缘材料.常规材料中,硅橡胶,PVC,聚四氟乙烯等都是很好的耐电晕材料.n改进产品设计结构,尽量减少空气隙的存在.n改善电场分布,使之尽量均匀.如改进电极形状,增大曲率半径,电极表面避免毛刺,棱角,以消除电场局部增强的现象.如在线路施工中,应避免造成导线损伤,如毛刺等.某些特定场合,电晕放电也有可利用的一面:电晕可削
31、弱输电线下雷电冲击和操作冲击电压波;可利用电晕除尘;改善电场分布等.分裂导线(见下页图)n超高压输电线路为抑制电晕放电和减少线路电抗所采取的一种导线架设方式。即每相导线由几根直径较小的分导线组成，各分导线间隔一定距离并按对称多角形排列。n分裂导线一般是将每相导线用2-4根截面较小的导线组成，分导线间相距0.3-0.5米，可以起到相当于增大导线直径的作用，比总截面相同的大导线，不容易产生电晕，送电能力还高一些。1.4.3 极不均匀场的极性效应与长间隙放电极不均匀场的极性效应与长间隙放电1.极性效应n不同极性的高场强电极的电晕起始电压不同,间隙击穿电压也不同,称为极性效应.n这是因为在电晕放电时,
32、空间电荷对放电有影响.而高场强电极的极性不同,空间电荷的极性也不同,对放电发展的影响也就不同.n以下分析电晕起始电压,间隙击穿电压受极性效应的影响:(1).(1).正棒正棒-负板负板分析：a.a.由于捧极附近积聚起正空间电荷，削弱了由于捧极附近积聚起正空间电荷，削弱了电离，使电晕放电难以形成，造成电晕起始电离，使电晕放电难以形成，造成电晕起始电压提高。电压提高。b.b.由于捧极附近积聚起正空间电荷在间隙深由于捧极附近积聚起正空间电荷在间隙深处产生电场加强了朝向板极的电场，有利于处产生电场加强了朝向板极的电场，有利于流注发展，故降低了击穿电压。流注发展，故降低了击穿电压。(2).2).负棒负棒-
33、正板正板分析：a.a.捧附近正空间电荷产生附加电场加强了朝捧附近正空间电荷产生附加电场加强了朝向棒端的电场强度，容易形成自持放电，所向棒端的电场强度，容易形成自持放电，所以其电晕起始电压较低。以其电晕起始电压较低。b.b.在间隙深处，正空间电荷产生的附加电场与在间隙深处，正空间电荷产生的附加电场与原电场方向相反，使放电的发展比较困难，因原电场方向相反，使放电的发展比较困难，因而击穿电压较高。而击穿电压较高。结论：在相同间隙下在相同间隙下正正捧捧-负板负板负捧负捧-正板正板电晕起始电压电晕起始电压间隙击穿电压间隙击穿电压 高高 低低 低低 高高2 长间隙的击穿过程n当间隙距离较长时,如棒-板间隙
34、距离1m,存在新的不同性质的放电过程-先导放电(1)先导放电 间隙距离长,流注通道不足以贯通整个间隙电压下,仍可能发展起击穿电压:流注通道足够长时,较多的电子从通道流向电极,通道根部电子最多,根部温度升高,出现热电离过程.这个具有热电离过程的通道,称为先导通道.先导具有高电导,相当于从电极伸出的导电棒,保证了其顶部具有高电场,容易形成新的流注.当先导推进到间隙深处,其顶部出现很多流注,通道电离越强的流注,越可能成为先导发展的方向.但发展具有偶然性.(长间隙放电如雷电放电的路径具有分支的特点.)先导放电阶段中包括:电子崩和流注形成及发展过程.(2)主放电 当先导通道头部接近对面电极时,剩余的小段
35、间隙中场强剧增,出现强烈的放电过程,其沿先导通道方向扩展到棒极,同时中和通道中多余的空间电荷,称为主放电过程.主放电过程把贯穿两极的通道改造成温度高,电导大的等离子体火花通道,若电源功率足够,会形成电弧通道.从而间隙完全失去绝缘性能,气隙的击穿完成.主放电过程的放电发展速度很快:109cm/s 长间隙的放电分为两个阶段:先导放电和主放电;而不太长的间隙放电没有先导放电阶段.1.4.4 1.4.4 稍不均匀电场的自持放电和极性效应稍不均匀电场的自持放电和极性效应n球-球间隙,同轴圆柱间隙等都是稍不均匀电场.n稍不均匀电场间隙的放电特点与均匀电场相似,气隙自持放电的条件是气隙的击穿条件,直到击穿不发生电晕.n稍不均匀电场有一定极性效应,但不明显.高场强电极为正极时击穿电压稍高;为负极时击穿电压稍低.这与极不均匀电场极性效应正相反.因为在稍不均匀电场中,负极性下电晕易发生,电晕的起始电压就是间隙击穿电压.
