第5篇 高电压绝缘技术
第35章 气体放电基物理程
351 气体中带电质点产生消失
3511 气体电离
原子外界素作电子脱离原子核束缚形成电子正离子程称原子电离气体放电首前提需量成电离
原子外界素作电子跃迁量较高状态需量称激励原子处激励态电离电位激励态恢复正常状态时辐射出相应量光子光子频率 普朗克常数
电离程表示：
（热电离）
（光辐射电离）
（碰撞电离）
常温放电程碰撞电离重电离方式
3512 气体分级电离
气体原子分子激励态（激励）获量发生电离称分级电离种情况电离需量仅
亚稳原子长均寿命（103 秒更长）混合气体中种气体亚稳原子种气体原子分子碰撞时动较低前者激发者电离者电离前者返回基态余量转变电子动离子激发种程称彭宁电离称彭宁效应惰性气体亚稳原子较激发含惰性气体混合气体放电中彭宁电离较效彭宁效应放电点火电压降低绝缘角度彭宁效应利
3513 电极表面电子逸出
逸出功 ：金属微观结构 金属表面状态 （电离）：①热电子发射②二次发射③强场发射④光电子发射
3514 带电质点扩散复合
带电粒子扩散
带电粒子浓度较区域运动浓度较区域
电子扩散速度离子快
气压越低温度越高扩散越快
带电粒子复合
正离子负离子电子相遇发生电荷传递互相中原分子程
带电质点复合程中会发生光辐射种光辐射定条件成导致电离素
正负离子间复合概率离子电子间复合概率通常放电程中离子间复合更重
定空间带电质点复合减少速度决定浓度
352 电子崩电子碰撞电离系数
O点：光辐射作气隙中存定量电子
O点—A点：电子外电场作运动速度增加时发生复合性减少
A点：光电离产生电子全部消失外回路中
A点—B点：着外电压增加电子数基变电流值变
B点：时外电场达定程度够产生额外电子
B点—C点：着外电场增强电子数量运动速度时快速增加
起始电子电场获定动会碰撞电离出第二代电子两电子作新第代电子电离出新第二代电子时空间已存四电子样代代断增加程会电子数目迅速增加冰山发生雪崩样
a 电离系数
电子着电场方行1cm长度均发生碰撞电离次数
设电子均匀电场中行距离x未发生碰撞时电子电场获量eEx电子够引起碰撞电离必须满足条件
行程超xi＝Ui／E电子分子发生碰撞电离
电子均行程l行程xi概率
均匀电场a 空间位置变
相应电子电流增长规律
令x＝d进入阳极电子电流外回路中电流
lcm长度电子均碰撞次数l／l
中
电子行程超xi 发生碰撞 电离碰撞次数
气体温度变时1／l ＝Ap令AUi＝B
结：场强较时电子碰撞电离系数较气压较较时电子碰撞电离系数较
着气隙中场强增电子离子气体分子相邻两次碰撞间积累动增加场强高达某定值种量积累达撞击游离需值时气体中发生撞击游离游离出电子参加撞击游离程中游离程雪崩似增长起称电子崩
时电流相应较增长场强某界值 Ecr时种电子崩必须赖外界游离素造成原始游离持续存外界游离素消失种电子崩逐渐衰减消失维持种放电称非持放电
场强达超Ecr值时种电子崩已仅电场作行维持发展必赖外界游离素种性质放电称持放电
非持放电转入持放电场强称界场强Ecr相应电压称界电压Ucr
353 持放电条件
汤逊理认pd较时电子碰撞电离正离子撞击阴极造成表面电离起作气隙击穿电压体pd函数
3531 pd值较时情况
均匀电场中导致击穿条件设 n0＝1
放电非持转入持条件
均匀电场中间隙击穿条件式具清楚物理意义
3532pd值较情况
1．放电外形Pd时放电具通道形式
某流注偶然原发展更快时抑制流注形成发展着流注前推进越越强烈
二次电子崩空间形成发展带统计性火花通道常曲折带分枝
2．放电时间 光子光速传播流注发展速度极快说明pd时放电时间特短现象
3．阴极材料影响 根流注理维持放电持空间光电离阴极表面电离程说明Pd击穿电压阴极材料基关
第36章 气体间隙放电
361 电场均匀度放电影响
3611 电场均匀系数
均匀电场种少特例实际电力设施中常见均匀电场描述种结构电场均匀程度引入电场均匀系数f表示
Emax：电场强度 均电场强度
f<2时稍均匀电场 f>4属均匀电场
3612 均匀场稍均匀场中放电
均匀电场中击穿电压电压极性关直流工频击穿电压（峰值）50击击穿电压相分散性
式中d间隙距离空气相密度
稍均匀场间隙击穿电压式估算
3613 极均匀场中放电
特点：1影响击穿电压素间隙距离
2选择电场极均匀极端情况作典型电极研究：
棒板：电场分布称
棒棒： 电场分布称
3两种气隙击穿电压均匀气隙击穿电压曲线包线根典型电极击穿电压数估计绝缘距离
4直流工频击击穿电压间差较明显分散性较
直流电压击穿电压
极性效应：棒棒电极间击穿电压介极性棒板电极间
击穿电压间隙距离接正均击穿场强：
正棒—负板：45kVcm负棒—正板：10kVcm棒—棒：48~50kVcm
工频电压击穿电压
击穿棒极性正电压达幅值时发生间隙距离25cm击穿电压距离似直线关系：
均击穿场强（幅值）：棒—棒间隙536kVcm棒—板间隙48kVcm
饱现象：距离加均击穿场强明显降低棒—板间隙尤严重
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第35章 气体放电基物理程
351 气体中带电质点产生消失
3511 气体电离
原子外界素作电子脱离原子核束缚形成电子正离子程称原子电离气体放电首前提需量成电离
原子外界素作电子跃迁量较高状态需量称激励原子处激励态电离电位激励态恢复正常状态时辐射出相应量光子光子频率 普朗克常数
电离程表示：
（热电离）
（光辐射电离）
（碰撞电离）
常温放电程碰撞电离重电离方式
3512 气体分级电离
气体原子分子激励态（激励）获量发生电离称分级电离种情况电离需量仅
亚稳原子长均寿命（103 秒更长）混合气体中种气体亚稳原子种气体原子分子碰撞时动较低前者激发者电离者电离前者返回基态余量转变电子动离子激发种程称彭宁电离称彭宁效应惰性气体亚稳原子较激发含惰性气体混合气体放电中彭宁电离较效彭宁效应放电点火电压降低绝缘角度彭宁效应利
3513 电极表面电子逸出
逸出功 ：金属微观结构 金属表面状态 （电离）：①热电子发射②二次发射③强场发射④光电子发射
3514 带电质点扩散复合
带电粒子扩散
带电粒子浓度较区域运动浓度较区域
电子扩散速度离子快
气压越低温度越高扩散越快
带电粒子复合
正离子负离子电子相遇发生电荷传递互相中原分子程
带电质点复合程中会发生光辐射种光辐射定条件成导致电离素
正负离子间复合概率离子电子间复合概率通常放电程中离子间复合更重
定空间带电质点复合减少速度决定浓度
352 电子崩电子碰撞电离系数
O点：光辐射作气隙中存定量电子
O点—A点：电子外电场作运动速度增加时发生复合性减少
A点：光电离产生电子全部消失外回路中
A点—B点：着外电压增加电子数基变电流值变
B点：时外电场达定程度够产生额外电子
B点—C点：着外电场增强电子数量运动速度时快速增加
起始电子电场获定动会碰撞电离出第二代电子两电子作新第代电子电离出新第二代电子时空间已存四电子样代代断增加程会电子数目迅速增加冰山发生雪崩样
a 电离系数
电子着电场方行1cm长度均发生碰撞电离次数
设电子均匀电场中行距离x未发生碰撞时电子电场获量eEx电子够引起碰撞电离必须满足条件
行程超xi＝Ui／E电子分子发生碰撞电离
电子均行程l行程xi概率
均匀电场a 空间位置变
相应电子电流增长规律
令x＝d进入阳极电子电流外回路中电流
lcm长度电子均碰撞次数l／l
中
电子行程超xi 发生碰撞 电离碰撞次数
气体温度变时1／l ＝Ap令AUi＝B
结：场强较时电子碰撞电离系数较气压较较时电子碰撞电离系数较
着气隙中场强增电子离子气体分子相邻两次碰撞间积累动增加场强高达某定值种量积累达撞击游离需值时气体中发生撞击游离游离出电子参加撞击游离程中游离程雪崩似增长起称电子崩
时电流相应较增长场强某界值 Ecr时种电子崩必须赖外界游离素造成原始游离持续存外界游离素消失种电子崩逐渐衰减消失维持种放电称非持放电
场强达超Ecr值时种电子崩已仅电场作行维持发展必赖外界游离素种性质放电称持放电
非持放电转入持放电场强称界场强Ecr相应电压称界电压Ucr
353 持放电条件
汤逊理认pd较时电子碰撞电离正离子撞击阴极造成表面电离起作气隙击穿电压体pd函数
3531 pd值较时情况
均匀电场中导致击穿条件设 n0＝1
放电非持转入持条件
均匀电场中间隙击穿条件式具清楚物理意义
3532pd值较情况
1．放电外形Pd时放电具通道形式
某流注偶然原发展更快时抑制流注形成发展着流注前推进越越强烈
二次电子崩空间形成发展带统计性火花通道常曲折带分枝
2．放电时间 光子光速传播流注发展速度极快说明pd时放电时间特短现象
3．阴极材料影响 根流注理维持放电持空间光电离阴极表面电离程说明Pd击穿电压阴极材料基关
第36章 气体间隙放电
361 电场均匀度放电影响
3611 电场均匀系数
均匀电场种少特例实际电力设施中常见均匀电场描述种结构电场均匀程度引入电场均匀系数f表示
Emax：电场强度 均电场强度
f<2时稍均匀电场 f>4属均匀电场
3612 均匀场稍均匀场中放电
均匀电场中击穿电压电压极性关直流工频击穿电压（峰值）50击击穿电压相分散性
式中d间隙距离空气相密度
稍均匀场间隙击穿电压式估算
3613 极均匀场中放电
特点：1影响击穿电压素间隙距离
2选择电场极均匀极端情况作典型电极研究：
棒板：电场分布称
棒棒： 电场分布称
3两种气隙击穿电压均匀气隙击穿电压曲线包线根典型电极击穿电压数估计绝缘距离
4直流工频击击穿电压间差较明显分散性较
直流电压击穿电压
极性效应：棒棒电极间击穿电压介极性棒板电极间
击穿电压间隙距离接正均击穿场强：
正棒—负板：45kVcm负棒—正板：10kVcm棒—棒：48~50kVcm
工频电压击穿电压
击穿棒极性正电压达幅值时发生间隙距离25cm击穿电压距离似直线关系：
均击穿场强（幅值）：棒—棒间隙536kVcm棒—板间隙48kVcm
饱现象：距离加均击穿场强明显降低棒—板间隙尤严重
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