高电压技术 第一章第三节 自持放电条件

1自持放电条件：γ(eαd-1) ≥1 或γeαd≥1 e αd>>1 即一个e经过d后由于碰撞游离所产生的返回阴极时至少能打出一个e，则放电就能自持，而与外界催离素无关。

2气体间隙击穿的全过程：当光子能量hv≧游离能发生光游离产生光电子在强场强下产生二次崩新崩子崩衍生崩一旦形成流注就转为自持放电当流注接近阴极时，由于E特别强游离很强烈大量e流过流注通道流入阳极视电源容量产生火花放电或电弧放电继而间隙击穿完成。

3流注：正负离子的混合质通道4流注阶段：由于电子崩自身的辐射而产生光游离和新崩，新崩不断地产生和汇入初崩，形成高导电的正负离子混合质通道的放电阶段。

5电晕放电的条件：极不均匀电场中电极曲率半径小（电子崩式）电压升高（流注式）6电晕放电的特点：间隙局部击穿，大部分尚未丧失绝缘性能，间隙仍能耐受电压作用，放电电流小，紫色晕光，吱吱放电声电晕起始电压U0<间隙击穿电压U b7电晕放电的危害：1.无线电干扰2.噪声3.腐蚀作用4.电晕损耗8电晕的利用：在限制过电压时利用冲击电晕来降低冲击电压幅值及陡度改善电场分布——提高U b 除尘、电晕合成、电晕漂白等9不均匀的电场中的放电过程：极不均匀电场的针、棒、尖电极附近稳定的电晕放电产生空间电荷的积累增大对U b的影响产生电晕起始电压U=U0针附近空间电荷密度上升辐射出大量光子产生光电子形成新崩新崩汇入初崩形成流注转入自持放电(电晕放电)10极性效应：电晕起始电压正针的起始电压大于负针的击穿电压正针的小于负针的11操作冲击电压标准波形的影响：波前时间在一定的范围内，U50具有最小值，即临界击穿电压。

呈现出U形曲线放电时延和空间电荷这两个因素的影响所造成的。

对应极小值的波前时间随着间隙距离加大而增加，对7米以下的间隙，在50到200微秒之间。

12操作冲击电压的特点：分散性比雷电冲击大，长间隙呈现饱和现象。

13提高气体间隙抗电强度的方法：1、改善电场分布，使之尽量均匀2利用空间电荷畸变电场的作用3极不均匀电场中屏障的采用4高电气强度气体SF6的采用5高气压的采用6高真空的采用。

高电压技术学期学习总结通过一学期对高电压技术的学习，有一下重点难点总结：第一章气体的绝缘强度1、气体放电的基本物理过程⑴带电粒子的产生气体分子或原子产生的三种状态原态（中性）激发态（激励态）从外界获得能量，电子发生轨道跃迁。

电离态（游离态）当获得足够能量时，电子变带电电子，原来变正离子。

电离种类：A：碰撞电离B：光电离C：热电离D：表面电离⑵带电离子的消失A：扩散，会引起浓度差。

B：复和（中和）正负电荷相遇中和，释放能量。

C：附着效应，部分电负性气体分子对负电荷有较强吸附能力，使之变为负离子。

⑶汤逊理论的使用条件和自持放电条件使用条件：均匀电子，低电压自持放电条件：(1)1seαγ-≥⑷巴申定律的物理意义及应用A：巴申定律的物理意义①p s（s一定）p增大，U f增大。

②p s（s一定）p减小，U f减小。

③p s不变：p增大，密度增大，无效碰撞增加，提高了电量的强度，U f增大。

P减小，密度减小，能碰撞的数量减小，能量提高，U f增大。

P s不变，U f不变。

B：巴申定律的应用通过增加或者减少气体的压力来提高气体的绝缘强度。

如：高压直流二极管（增加气体的压力）减小气体的压力用真空断路器。

⑸流柱理论的使用范围及与汤逊理论的关系流柱理论的使用范围：a、放电时间极短b、放电的细分数通道c、与阴极的材料无关d、当ps增大的时候，U f值与实测值差别大。

流柱理论与汤逊理论的关系：a、流柱理论是对汤逊理论的一个补充b、发生碰撞电离c、有光电离，电场⑹极不均匀电场的2个放电特点（电晕放电，极性效应）电晕放电的特点：a、电晕放电是极不均匀电场所持有的一种自持放电形式，是极不均匀电场的特征之一。

b、电晕放电会引起能量消耗。

c、电晕放电的脉冲现象会产生高频电磁波，对无线电通讯造成干扰。

d、电晕放电还使空气发生化学反应，生成臭氧、氮氧化物是强氧化剂和腐蚀剂，会对气体中的固体介质及金属电极造成损伤或腐蚀。

极性效应的特点：a、棒为正，极为负特点：电晕放电起始电压高。

高电压技术辅导资料一主题：绪论和第一章（第1-3节）学习时间：2013年9月30日－10月6日内容：我们这周主要学习绪论和第一章第一、二、三节“气体中带电粒子的产生与消失”、“气体中的放电现象和电子崩的形成”、“自持放电条件”的相关内容。

希望通过下面的内容能使同学们加深对高电压技术的概念和气体放电相关知识的理解。

绪论高电压技术主要内容1.高电压技术，即电力系统中涉及的绝缘、过电压、电气设备试验等问题的技术。

如：雷击变电所、发电厂的过电压及防护；绝缘材料的研制；合闸、分闸、空载运行以及短路引起的过电压；电气设备的耐压试验高压输电的必要性：大容量输电的需求；远距离输电的需求2.研究内容（1）提高绝缘能力电介质理论研究——介质特性放电过程研究——放电机理高电压试验技术——高压产生、测量（2）降低过电压雷击或操作→暂态过程→产生高电压→绝缘破坏→故障→防护破坏→恢复研究过电压的形成及防止措施过电压种类：大气过电压、内部过电压（3）绝缘配合——使相互作用的数值、保护电器的特性和绝缘的电气特性之间相互协调以保证电气设备的可靠经济运行。

第一章电介质在强电场下的特性电介质在强电场下的特性及相关术语：电介质(dielectric)：指通常条件下导电性能极差的物质，在电力系统用作绝缘材料电介质中正负电荷束缚得很紧，内部可自由移动的电荷极少，因此导电性能差。

（电介质—从贮存电能的角度看；绝缘材料—从隔离电流的角度看）。

电介质一般分为气体电介质、液体电介质、固体电介质。

常用高压工程术语：击穿(breakdown)：在电场的作用下，由电介质组成的绝缘间隙丧失绝缘性能，形成导电通道放电(discharge)：气体绝缘的击穿过程闪络(flashover)：沿固体介质表面发展的气体放电（沿面放电）电晕(corona discharge)：由于电场不均匀，在电极附近发生的局部放电。

U，单位KV）：使绝缘击穿的最低临界电压击穿电压（又称放电电压）（b击穿场强（又称抗电强度，绝缘强度）(b E，单位KV/cm）：发生击穿时在U／Ｓ（Ｓ：极间距离）绝缘中的最小平均电场强度。

1.电介质按物质形态分为：气体介质、液体介质、固体介质2.电器设备中：外绝缘：由气体介质和固体介质联合构成内绝缘：由液体介质和固体介质联合构成3.气体的电离类型：碰撞电离、光电离、热电离4.气体的放电现象有击穿和闪络两种现象。

5.Ⅰ气体介质的电气特性一．气体放电分为：自持放电和非自持放电非自持放电：当施加电压U<Uc时，需要外界电离因素才能维持。

自持放电：当施加电压U>Uc时，气隙中的电离过程仅靠外施电压就可以维持，不再需要外部电离因素。

常见气体放电形式;电晕放电、火花放电，辉光放电，电弧放电，沿面放点电晕放电（电晕放电是极不均匀电场所特有的一种自持放电形式）：（名词解释）若构成气体间隙的电极曲率半径很小，或电极间距离很大，当电压升到一定数值时，将在电场非常集中的尖端电极处发生局部的类似月亮晕光的光层，这时用仪表可以观测到放电电流。

随着电压的升高，晕光层逐渐扩大，放电电流也增大，这种放电形式称为电晕放电。

二． 汤逊理论和流注理论1. 汤逊理论：放电的主要原因是电子电离，二次电子来源于正离子撞击阴极表面溢出电子，溢出电子是维持气体放电的必要条件。

二次电子能否接替起始电子的作用是气体放电的判据。

用于低气压、短气隙——pd<26.66kPa.cm自持放电的条件：2. 流注理论:流注理论认为气体放电的必要条件是电子崩达到某一程度后，电子崩产生的空间电荷使原有电场发生畸变，大大加强崩头和崩尾处的电场。

另一方面气隙间正负电荷密度大，复合作用频繁，复合后的光子在如此强的电场中很容易形成产生新的光电离的辐射源，二次电子主要来源于光电离。

适用于高气压，长间隙——pd>26.66kPa.cm自持放电的条件：流注：在正电荷区域内形成正负带电粒子的混合通道，这个电离通道称为流注。

三． 不均匀电场的放电附：不均匀电场分为少不均匀电场（球状电场）和极不均匀电场（棒-棒，棒-板）1. 极性效应：由于高场强电极极性的不同，空间电荷的极性也不同，对放电发展的影响也不同，这就造成了不同极性的高场强电极的电晕起始电压和间隙击穿电压的不同。

第一章气体的绝缘特性1.电介质在电气设备中作为绝缘材料使用，按其物质形态，可分为三类：气体电介质液体电介质固体电介质在电气设备中又分为：外绝缘：一般由气体介质（空气）和固体介质（绝缘子）联合构成。

内绝缘：一般由固体介质和液体介质联合构成。

2、一些基本概念：①气体介质的击穿——当加在气体间隙上的电场强度达到某一临界值后，间隙中的电流会突然剧增，气体介质会失去绝缘性能而导致击穿的现象，也称为气体放电。

②放电电压UF——在间隙距离及其它相关条件一定的条件下，加在间隙两端刚好能使其击穿的电压。

由于相关条件的变化，这个值有一定的分散性。

③击穿场强——指均匀电场中击穿电压与间隙距离之比。

这个参数反映了某种气体介质耐受电场作用的能力，也即该气体的电气强度，或称气体的绝缘强度。

④平均击穿场强——指不均匀电场中击穿电压与间隙距离之比。

3.大气击穿的基本特点固体介质中的击穿将使介质强度永久丧失；而气体和液体击穿发生击穿时，一般只引起介质强度的暂时降低，当外加电压去掉后，绝缘性能又可以恢复，故称为自恢复绝缘。

§1.1 气体介质中带电质点的产生和消失一、气体原子的激发与游离产生带电质点的物理过程称为游离，是气体放电的首要前提。

1、几个基本概念①激发—-原子在外界因素（如电场、温度等）的作用下，吸收外界能量使其内部能量增加，从而使核外电子从离原子核较近的轨道跃迁到离原子核较远的轨道上去的过程（也称为激励）。

②游离—-中性原子由外界获得足够的能量，以致使原子中的一个或几个电子完全脱离原子核的束缚而成为自由电子和正离子（即带正电的质点）的过程（也称为电离）。

2、游离的基本形式①碰撞游离a 、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）发生碰撞时，可以使后者产生游离，这种由碰撞而引起的游离称为碰撞游离。

b 、发生条件：——气体分子（或原子）的游离能c 、碰撞游离的特点碰撞游离是气体放电过程中产生带电质点的极重要的来源。

1.电介质按物质形态分为：气体介质、液体介质、固体介质2.电器设备中：外绝缘：由气体介质和固体介质联合构成内绝缘：由液体介质和固体介质联合构成3.气体的电离类型：碰撞电离、光电离、热电离4.气体的放电现象有击穿和闪络两种现象。

5.Ⅰ气体介质的电气特性一．气体放电分为：自持放电和非自持放电非自持放电：当施加电压U<Uc时，需要外界电离因素才能维持。

自持放电：当施加电压U>Uc时，气隙中的电离过程仅靠外施电压就可以维持，不再需要外部电离因素。

常见气体放电形式;电晕放电、火花放电，辉光放电，电弧放电，沿面放点电晕放电（电晕放电是极不均匀电场所特有的一种自持放电形式）：（名词解释）若构成气体间隙的电极曲率半径很小，或电极间距离很大，当电压升到一定数值时，将在电场非常集中的尖端电极处发生局部的类似月亮晕光的光层，这时用仪表可以观测到放电电流。

随着电压的升高，晕光层逐渐扩大，放电电流也增大，这种放电形式称为电晕放电。

二． 汤逊理论和流注理论1. 汤逊理论：放电的主要原因是电子电离，二次电子来源于正离子撞击阴极表面溢出电子，溢出电子是维持气体放电的必要条件。

二次电子能否接替起始电子的作用是气体放电的判据。

用于低气压、短气隙——pd<26.66kPa.cm自持放电的条件：2. 流注理论:流注理论认为气体放电的必要条件是电子崩达到某一程度后，电子崩产生的空间电荷使原有电场发生畸变，大大加强崩头和崩尾处的电场。

另一方面气隙间正负电荷密度大，复合作用频繁，复合后的光子在如此强的电场中很容易形成产生新的光电离的辐射源，二次电子主要来源于光电离。

适用于高气压，长间隙——pd>26.66kPa.cm自持放电的条件：流注：在正电荷区域内形成正负带电粒子的混合通道，这个电离通道称为流注。

三． 不均匀电场的放电附：不均匀电场分为少不均匀电场（球状电场）和极不均匀电场（棒-棒，棒-板）1. 极性效应：由于高场强电极极性的不同，空间电荷的极性也不同，对放电发展的影响也不同，这就造成了不同极性的高场强电极的电晕起始电压和间隙击穿电压的不同。