钟雷 等离子体及气体放电基础知识共39页文档
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气体放电基础知识气体击穿理论气体介质是电力系统和电气设备中常用的绝缘介质。
如:空气、 CO2、 N2、SF6、混合气体等。
当电场强度达到一定数值后,气体会失去绝缘能力,从而造成事故。
为了能正确构成气体绝缘,就需要了解气体中的放电过程。
本章着重介绍气体击穿的一些理论分析,如:带电质点的产生、运动和消失的规律;气体击穿过程的发展等。
第一节气体放电主要形式什么是气体放电:气体中出现电流的各种形式统称为气体放电。
处于正常状态并隔绝各种外电离因素作用的气体是完全不导电的。
气体中存在少量带电质点(紫外线、宇宙射线作用,500-1000对/立方厘米正、负离子),在电场作用下,带电质点沿电场方向运动,形成电流,所以气体通常并不是理想绝缘介质。
由于带电质点极少,气体的电导也极小,仍为优良的绝缘体。
击穿:当提高气体间隙上的外施电压而达一定数值后,电流突然剧增,从而气体失去绝缘性能。
气体这种由绝缘状态突变为良导电态的过程,称为击穿。
沿面闪络:当击穿过程发生在气体与液体或气体与固体的交界面上时,称为沿面闪络。
击穿电压:气体击穿的最低临界电压称为击穿电压。
击穿场强:气体发生击穿时的电场强度称为击穿场强。
气体放电形式根据气体压力、电源功率、电极形状等因素的不同,击穿后气体放电可具有多种不同形式:1、辉光放电2、电弧放电3、火花放电4、电晕放电1、辉光放电当气体压力不大、电源功率很小(放电回路中串入很大阻抗)时,外施电压增到一定值后,回路中电流突增至明显数值,管内阴极和阳极间整个空间出现发光现象。
这种放电形式称为辉光放电。
辉光放电的特点:电流密度较小,放电区域通常占据整个空间;管端电压较高,不具有短路的特性。
注意:辉光放电仅发生在气压较低的情况下2、电弧放电随着外回路中的阻抗减小,电流增大。
当电流增大到一定值后,放电通道收细,且越来越明亮,管端电压则更加降低,说明通道的电导越来越大,这时的放电形式称为电弧放电。
电弧放电的特点:电流密度很大,管端电压很低,具有短路的特性。
气体放电基础知识关于气体击穿常用气体绝缘介质:空气、SF6、CO2、N2、混合气体(SF6+ CO2、SF6+N2)等。
气体击穿:正常情况下气体是良好的绝缘介质,但当电场强度达到一定数值后,气体会失去绝缘能力(气体击穿)。
气体击穿是气体绝缘失败的最后表现形式,深入了解气体击穿的发展过程,对于提高分析问题、解决问题的能力更有意义。
平均电场强度与最大电场强度尖端效应或边缘效应电极表面的电场强度与其表面电荷密度成正比。
在电极尖端或边缘的曲率半径小,表面电荷密度大,电力线密集,电场强度高,容易发生局部放电。
这种现象称为尖端效应或边缘效应。
尖端效应或边缘效应是极不均匀电场的重要标志。
工程上常需改善电极形状,避免电极表面曲率过大或出现尖锐边缘。
分析绝缘结构的击穿电压时,不仅要考虑绝缘距离,而且还要考虑电场不均匀程度的影响。
对于同样距离的间隙,电场愈不均匀,通常击穿电压愈低。
茹柯夫斯基电极任一等位面上电场强度最大值:12211222C U U C C =+静电感应现象电容分压导体受邻近带电体的影响,在其表面不同部位出现正负电荷的现象称为静电感应。
气体放电的几个概念:气体放电:气体中出现电流的各种形式统称为气体放电。
气体击穿:由于外施电压升高,电流突然剧增,气体失去绝缘性能。
气体由绝缘状态突变为良导电态的过程,称为击穿。
沿面闪络:当击穿过程发生在气体与液体或气体与固体的交界面上时,称为沿面闪络。
气体放电的基本形式包括:1、电晕放电(局部放电);2、辉光放电;3、电弧放电;4、火花放电。
气体击穿后的放电形式受气体压力、电源功率、电极形状等因素的影响。
1、电晕放电:随着电压升高,在电极附近电场最强处出现发光层。
发生电晕放电时,气体间隙的大部分尚未丧失绝缘性能,放电电流很小,间隙仍能耐受电压的作用。
2、辉光放电:当气体压力不大、电源功率很小(放电回路中串入很大阻抗),外施电压增到一定值后,回路中电流突增至明显数值,管内阴极和阳极间整个空间出现发光现象。
高压电气设备绝缘预防试验及电气设备状态检修参考教材:电力系统状态检修技术气体放电基础知识关于气体击穿常用气体绝缘介质:空气、SF6、CO2、N2、混合气体(SF6+ CO2、SF6+N2)等。
气体击穿:正常情况下气体是良好的绝缘介质,但当电场强度达到一定数值后,气体会失去绝缘能力(气体击穿)。
气体击穿是气体绝缘失败的最后表现形式,深入了解气体击穿的发展过程,对于提高分析问题、解决问题的能力更有意义。
平均电场强度与最大电场强度尖端效应或边缘效应电极表面的电场强度与其表面电荷密度成正比。
在电极尖端或边缘的曲率半径小,表面电荷密度大,电力线密集,电场强度高,容易发生局部放电。
这种现象称为尖端效应或边缘效应。
尖端效应或边缘效应是极不均匀电场的重要标志。
工程上常需改善电极形状,避免电极表面曲率过大或出现尖锐边缘。
分析绝缘结构的击穿电压时,不仅要考虑绝缘距离,而且还要考虑电场不均匀程度的影响。
对于同样距离的间隙,电场愈不均匀,通常击穿电压愈低。
茹柯夫斯基电极任一等位面上电场强度最大值:12211222C UU C C =+静电感应现象电容分压导体受邻近带电体的影响,在其表面不同部位出现正负电荷的现象称为静电感应。
气体放电的几个概念:气体放电:气体中出现电流的各种形式统称为气体放电。
气体击穿:由于外施电压升高,电流突然剧增,气体失去绝缘性能。
气体由绝缘状态突变为良导电态的过程,称为击穿。
沿面闪络:当击穿过程发生在气体与液体或气体与固体的交界面上时,称为沿面闪络。
气体放电的基本形式包括:1、电晕放电(局部放电);2、辉光放电;3、电弧放电;4、火花放电。
气体击穿后的放电形式受气体压力、电源功率、电极形状等因素的影响。
1、电晕放电:随着电压升高,在电极附近电场最强处出现发光层。
发生电晕放电时,气体间隙的大部分尚未丧失绝缘性能,放电电流很小,间隙仍能耐受电压的作用。
2、辉光放电:当气体压力不大、电源功率很小(放电回路中串入很大阻抗),外施电压增到一定值后,回路中电流突增至明显数值,管内阴极和阳极间整个空间出现发光现象。
等离子知识点总结【等离子体的基本性质】等离子体的基本性质是其电离气体状态。
在这种状态下,气体分子中的一个或多个电子被剥离而形成自由电子和正离子。
这些自由的带电粒子在外加电场的作用下可以运动,并且由于它们的电荷性质,它们之间也存在着相互作用。
由于这些特性,等离子体具有一些独特的性质,例如对电磁场的响应、较高的热导率和电导率、等离子体波动等。
另外,由于等离子体中存在着大量的自由电子,它还表现出了很强的反射和吸收电磁辐射的能力。
这一性质被广泛应用在等离子屏幕、等离子反应器和激光的设计中。
【等离子体的形成机制】等离子体的形成机制可以分为自然形成和人工形成两种方式。
自然形成的等离子体主要存在于太阳、恒星、行星大气层中。
在太阳内部,由于高温和高压条件下,氢原子的核融合反应不断进行,产生大量的高能粒子。
这些粒子与太阳表面的气体分子碰撞时,会将其电离产生大量的等离子体。
这些等离子体在太阳内部的高温和高压条件下会形成太阳的辐射层和日冕层。
人工形成的等离子体主要通过等离子体物理和化学方法产生。
在等离子体物理方法中,常用的方式是通过高能粒子的轰击使气体电离;在等离子体化学方法中,通常是利用化学反应来产生等离子体。
这些方法在聚变能、等离子体材料加工等领域都有广泛的应用。
【等离子体的应用领域】等离子体在聚变能、材料加工、电子工业、航空航天等多个领域都有重要应用。
在聚变能领域,等离子体是核聚变反应的重要组成部分。
在这种反应中,两个轻核聚变成一个重核,放出大量能量。
等离子体是使得聚变反应进行的唯一状态,通过对等离子体的控制,可以实现可持续的清洁能源。
在材料加工领域,等离子体可以被用来进行表面改性、薄膜沉积和材料表面清洁等工艺。
这些方法可以大大提高材料的性能和使用寿命。
在电子工业中,等离子体的应用也非常广泛。
例如等离子体显示技术、等离子体电火花打印技术等。
在航空航天领域,等离子体可以被用来设计新型飞行器和发动机。
【等离子体的研究进展】近年来,随着纳米技术、生物医学和量子技术的发展,等离子体领域也取得了一系列的研究进展。
等离子体基础知识总结冷等离子体是等离子体一种近似模型。
它假定等离子体的温度为零,用来讨论热效应可以忽略的物理过程。
例如,等离子体中的波,当其相速度远大于平均热速度、同时回旋半径远小于垂直于外磁场方向的波长时,热效应不重要,便可用冷等离子体模型来讨论(这种波称为冷等离子体波)。
在实际处理中,冷等离子体模型也可用于高温等离子体。
在等离子体中同时存在三种力:热压力、静电力和磁场力。
它们对于等离子体粒子的扰动都起着弹性恢复力的作用。
因此等离子体不像一般的弹性体,波动现象非常丰富,存在着声波(热压力驱动)、纵波(静电力驱动)、横波(电磁力驱动)以及它们的混杂波。
热压力的存在会产生类似中性气体中声波的“离子声波”,静电力的存在会产生静电波,电磁力的存在会产生电磁波。
这些波又不是单独产生的,常常还同时产生形成混杂波。
等离子体中的波基本形式通常分为三类:静电波、电磁波和磁流体力学波。
群速度不能超过光速,因为群速度表示波所携带“信息”在空间的传播快慢。
而相速度可以超过光速,相速度是常相位总移动速度,不携带任何信息。
波群在色散系统中传播是,组成该波群的不同频率的单色波具有不同的相速,在传播过程中各单色波之间的相位关系将发生变化,从而导致信号的失真,这就是色散。
“色散”两字的本省意思实际上指信号的失真(或称畸变),它是由于组成波群的各单色波因频率不同因而相速不同引起的,所以把这种相速随频率改变的现象也叫做色散。
如果两列波具有相同的速率(相速度),则最终形成的波的包络也具有和原来两列波相同的速率(群速):无色散如果两列波速率(相速度)略有不同,则最终形成的波的包络和原来两列波相同的速率(群速)不相同:存在色散波的偏振即是波的极化,是指空间固定点的波矢量E 的端点在2π/w 时间内的轨迹,对于电磁波是指电磁波中的电场矢量的端点轨迹如果等离子体中的电子与均匀的粒子本底有个位移,将会建立电场,它将把电子拉回到原来的位置。
由于惯性,电子将冲过平衡位置,并以特征频率围绕它们的平衡轴振荡。