高电压技术流注理论分析报告.ppt

气体放电的流注理论 工程上感兴趣的是压强较高气体的击穿，如大气压强下空气的击穿 特点：认为电子碰撞电离及空间光电离是维持自持放电的主要因素，并强调了空间电荷畸变电场的作用 通过大量的实验研究（主要在电离室中进行的）说明放电发展的机理 流注理论的要点 电子崩阶段 空间电荷畸变外电场 流注阶段 光电离形成二次电子崩，等离子体 1. 电子崩阶段 电子崩外形： 电子崩中的电子数： n＝e?x 例如，正常大气条件下，若E＝30kV／cm，则? ?11cm-1，计算得到随着电子崩向阳极推进，崩头中的电子数目 空间电荷的分布及电场的变化 崩的头部集中了大量的电子，崩尾则是正离子。 大大加强了崩头及崩尾的电场，削弱了崩头内正、负电荷区域之间的电场 2. 流注阶段 当电子崩走完整个间隙后，大密度的头部空间电荷大大加强了外部的电场，并向周围放射出大量光子 光子引起空间光电离，其中的光电子被主电子崩头部的正空间电荷所吸引，在受到畸变而加强了的电场中，造成了新的电子崩，称为二次电子崩 正流注的形成 二次电子崩中的电子进入主电子崩头部的正空间电荷区（电场强度较小），大多形成负离子。大量的正、负带电质点构成了等离子体，这就是正流注 流注通道导电性良好，其头部又是二次电子崩形成的正电荷，因此流注头部前方出现了很强的电场 正流注向阴极推进 流注不断向阴极推进，且随着流注接近阴极，其头部电场越来越强，因而其发展也越来越快 流注头部的电离放射出大量光子，继续引起空间光电离。流注前方出现新的二次电子崩，它们被吸引向流注头部，延长了流注通道 流注发展到阴极，间隙被导电良好的等离子通道所贯通，间隙的击穿完成，这个电压就是击穿电压 在电离室中得到的初始电子崩照片 图a和图b的时间间隔为1?10-7秒 p=270毫米汞柱， E=10.5千伏/厘米 在电离室中得到的阳极流注发展过段的照片 正流注的发展速度约为1?108?2?108cm/s 负流注 当间隙上所加电压较高，间隙中电场很强时，电子崩在离开阴极不远就已经发展到畸变电场的程度了。这种情况下流注将在阴极附近形成并向阳极推进，最后击穿间隙。我们称之为阴极流注或负流注。 一旦形成流注，放电就进入了新的阶段，放电可以由本身产生的空间光电离而自行维持，即转入自持放电了。如果电场均匀，间隙就将被击穿。所以流注形成的条件就是自持放电条件，在均匀电场中也就是导致击穿的条件 流注理论的自持放电条件 3.流注理论对pd很大时放电现象的解释 1．放电外形 Pd很大时，放电具有通道形式 流注出现后，对周围空间内的电场有屏蔽作用 当某个流注由于偶然原因发展更快时，将抑制其它流注的形成和发展，并且随着流注向前推进而越来越强烈 二次电子崩在空间的形成和发展带有统计性，所以火花通道常是曲折的，并带有分枝 电子崩不致影响到邻近空间内的电场，不会影响其它电子崩的发展，因此汤逊放电呈连续一片-辉光放电 2．放电时间 光子以光速传播，所以流注发展速度极快，这就可以说明pd很大时放电时间特别短的现象。 3．阴极材料的影响 根据流注理论，维持放电自持的是空间光电离，而不是阴极表面的电离过程，这可说明为何很大Pd下击穿电压和阴极材料基本无关了。 1.1.5 不均匀电场中的气体放电 均匀电场是很少见的情况，工程中遇到的电场大多数是不均匀电场，特别是极不均匀电场。比如，高压输电线路线间的电场或导线对地的电场。另外还存在一些稍不均与电场。 由于极不均匀电场的种类较多，我们不能一一进行讨论，只能选择典型的电场进行研究，然后将结论加以推广。 最典型的极不均匀电场 尖板电场 尖尖电场 1.稍不均匀电场和极不均匀电场的划分 为了区分各种不同的电场，引入电场不均匀系数 f 表示各种结构的电场的均匀程度 f2时，稍不均匀电场 f4后，极不均匀电场 根据电场均匀程度和气体状态，可出现不同情况 电场比较均匀的情况 放电达到自持时，?在整个间隙中部巳达到相当数值。这时和均匀电场中情况类似 电场不均匀程度增加但仍比较均匀的情况 当大曲率电极附近?达到足够数值时，间隙中很大一部分区域?也都已达相当数值，流注一经产生，随即发展至贯通整个间隙，导致间隙完全击穿 电场极不均匀的情况 当大曲率电极附近很小范围内?已达相当数值时，间隙中大部分区域值?都仍然很小，放电达到自持放电后，间隙没有击穿。电场越不均匀，击穿电压和电晕起始电压间的差别也越大 极不均匀电场的放电特征 1.存在有局部放电现象 2.放点存在明显的极性效应 1.局部放电现象—电晕 极不均匀电场所特有的一种局