4、气隙的击穿特性
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1-1、电介质基本电气特性为极化特性、电导特性、损耗特性和击穿特性。
相对介电常数Er,电导率y,介质损耗因数tgδ和击穿电场强度E。
1-2、电介质的极化可分为无损极化和有损极化。
无损极化包括电子式极化和离子式极化,有损极化包括偶极子式极化、空间电荷极化和夹层极化。
无损极化包括电子式极化和离子式极化。
夹层极化是空间电荷极化的一种特殊形式,多层介质相串联的绝缘结构,在加上直流电压的初瞬,各层介质中的电场分布与介质的相对介电常数成反比;稳态时的电场分布则与介质的电导率成反比,在此过程中存在吸收现象。
1-3、电介质的电导与金属的电导有着本质的区别,电介质电导属离子式电导磨碎温度的升高按指数规律增大;金属电导属电子式电导,随温度的升高而减小。
1-4、电介质在电场作用下存在损耗,其中气体电介质的损耗可以忽略不计。
在直流电压作用下电介质的损耗仅为由电导引起的电导损耗,而交流电压作用下电介质的损耗既有损耗,又有极化损耗。
因此,电介质在交流电压下的损耗远大于其直流电压下的损耗。
2-1绝缘介质通常由气体、液体和固体三种形态,其中气体和液体电介质属于自恢复绝缘,固体电介质属于非自恢复绝缘。
2-2气体放电的根本原因在于气体中发生了电离的过程,在气体中产生了带电粒子;而气体具有自恢复绝缘特性的根本原因在于气体中存在去电离的过程,它使气体中的带电粒子消失。
电离和去电离这对矛盾的存在与发展状况决定着气体介质的电气特性。
2-3在气体电离的四种基本特性中,碰撞电离是最基本的一种电离形式。
而在碰撞电离中电子最活跃的因素。
2-4电子崩的概念是汤逊气体放电理论的基础。
汤逊理论是建立在均匀电场、短间隙、低气压的实验条件下,因此它不适合解释高气压、长间隙、不均匀电场中的气体放电现象,对于后者只能用流注放电理论予以解释。
2-5流注放电理论与汤逊放电理论的根本不同点在于流注理论认为电子的碰撞电离和空间光电离是形成自持放电的主要因素,并强调电荷畸变电场的作用。
《高电压技术》习题解答第一章1—1气体中带电质点是通过游离过程产生的。
游离是中性原子获得足够的能量(称游离能)后成为正、负带电粒子的过程。
根据游离能形式的不同,气体中带电质点的产生有四种不同方式:1.碰撞游离方式在这种方式下,游离能为与中性原子(分子)碰撞瞬时带电粒子所具有的动能。
虽然正、负带电粒子都有可能与中性原子(分子)发生碰撞,但引起气体发生碰撞游离而产生正、负带电质点的主要是自由电子而不是正、负离子。
2.光游离方式在这种方式下,游离能为光能。
由于游离能需达到一定的数值,因此引起光游离的光主要是各种高能射线而非可见光。
3.热游离方式在这种方式下,游离能为气体分子的内能。
由于内能与绝对温度成正比,因此只有温度足够高时才能引起热游离。
4.金属表面游离方式严格地讲,应称为金属电极表面逸出电子,因这种游离的结果在气体中只得到带负电的自由电子。
使电子从金属电极表面逸出的能量可以是各种形式的能。
气体中带电质点消失的方式有三种:1.扩散带电质点从浓度大的区域向浓度小的区域运动而造成原区域中带电质点的消失,扩散是一种自然规律。
2.复合复合是正、负带电质点相互结合后成为中性原子(分子)的过程。
复合是游离的逆过程,因此在复合过程中要释放能量,一般为光能。
3.电子被吸附这主要是某些气体(如SF6、水蒸汽)分子易吸附气体中的自由电子成为负离子,从而使气体中自由电子(负的带电质点)消失。
1—2 自持放电是指仅依靠自身电场的作用而不需要外界游离因素来维持的放电。
外界游离因素是指在无电场作用下使气体中产生少量带电质点的各种游离因素,如宇宙射线。
讨论气体放电电压、击穿电压时,都指放电已达到自持放电阶段。
汤生放电理论的自持放电条件用公式表达时为γ(eαs-1)=1此公式表明:由于气体中正离子在电场作用下向阴极运动,撞击阴极,此时已起码撞出一个自由电子(即从金属电极表面逸出)。
这样,即便去掉外界游离因素,仍有引起碰撞游离所需的起始有效电子,从而能使放电达到自持阶段。
1.1带电粒子的产生与消失电离:产生带电粒子的物理过程。
电力能:电力过程所需要的能量。
原子的激发(激励):在外界因素作用下,气体原子获得外加能量时,一个或若干个电子有可能转移到离核较远的轨道上去的现象。
带电粒子的产生:碰撞电离(有碰撞引起的电离)光电离(由光辐射引起的气体原子或分子电离的现象)热电离(气体在热状态下引起的电离过程)表面电离(气体中的电子也可以由电场作用下的金属表面发射出来)。
这三种形式同时存在、相互作用,只是各种电离形式表现出的强弱不同。
空间电离:气体在间隙空间里带电粒子的产生过程。
逸出功:从金属电极表面发射电子需要的一定的能量。
去电离过程:当气体中发生放电时,与不断产生带电粒子的电力过程相反的过程。
气体去电离的基本形式:漂移(带电粒子在外电场的作用下做定向移动,消逝于电极面形成的回路电流,从而减少了气体中的带电粒子的现象)、扩散、复合、(吸附)。
1.2均匀电场中的气体放电均匀电场:在电场中,电场强度处处相等。
汤逊放电理论实验条件:均匀电场、低气压、短间隙。
自持放电:仅由电场的作用就能自行维持的放电。
非自持放电:需要外界电离因素才能维持的放电。
起始放电电压:放电由非自持转为自持的临界电压。
起始放电场强:起始放电电压对应的场强。
汤逊自持放电条件:电子碰撞电离形成电子崩是气体放电的主要过程,而放电是否由非自持转为自持,则取决于阴极表面是否释放出了二代电子。
光电离。
书图1.2巴申曲线:放电电压与放电距离d和气压p的乘积的曲线,呈U型。
巴申定律:高气压或真空都可提高击穿电压,工程上已广泛使用。
正流注:当外加电压较低时,电子崩需要整个间隙才能形成流注,这种流注是由阳极向阴极发展的。
负流注:外加电压高于击穿电压,流注由阴极向阳极发展。
流注放电理论:解释高气压长间隙以及不均匀电场中的气体放电现象。
1.3不均匀电场中的气体放电气体放电特征:稍不均匀电场的间隙击穿前看不到放电迹象,一旦出现自持放电,便立即导致整个间隙的击穿;极不均匀电场当外加电压达到某一临界时间时,首先出现电晕放电现象,当外加电压进一步增大时,电晕区也随之扩大,但气隙依然保持其绝缘状态没有被击穿。