国家电网高压电培训 第二章 气体放电过程及其击穿特性

Ub是pd的函数 1
若d增加时电压不变
；是U性曲线 ，有极小值。对
0.5
，则间隙中E下降， 游离过程减弱，击穿
空气，Ub的极小 0.1 值约为325V。 此极小值出现在 0.1 0.5 1
电压增加。另外，若 5 10 P增加5，0 1则00电子自50由0 103
行程缩短，电子不易
pd≈76Pa·cm 时，即极小值出
《高电压技术》第二章 气体电介 质的击穿特性
第二章 气体电介质的击穿特性
1．均匀电场中气体的伏安特性
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第二章 气体电介质的击穿特性
在0＜U＜U1时 ，由于电压升高
在U2＜U＜Ub时 电流随电压而增
时，单位时间内 加，这说明出现
进入电极的带电 了新的游离因素
正、负电荷交界处 场强被削弱
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2．流注的形成和发展
流注头二部次游电离子过崩程向蓬主勃发展，放 出大量电光子子崩，汇继合续，引头起空光游离 。在流部注的前电方子出进现入了主新的二次电 当完后间大尾，射电整，电，部向出子个头荷加的周光崩间部密强电围子子延到主，生电到走 隙 空 度 了 场 放由界形电崩崩长阴放迅了通达外游成子，了极电速高道阳光离光畸的生崩崩电空于，形量质通它流，，向温迅极子，电变电了，。子间电所成的点道们注将强阳，速时引新子而场新二崩电场以负正构，被通间大极形由间起 形 在 加 中 的 次头荷强电离、成就吸 道 隙 的 运 成 阴 隙《光成受强，电电部区度子子负的是高引。接电动了极被电游的到了产子子的，较大。带混流向通子，热向击压当技质正由小多大电合注流，流互游阳穿术流的》击注就通相离极注第穿二头形过摩，发特一章性部成流擦主展旦气，了注产放，体达电介

粒子的实际自由行程长度等于或大于某一距离x的概率为
P
x
x
e
注意：由于电子的半径或体积比离子或气体分子小得多，所 以电子的平均自由行程长度要比离子或气体分子大得多。30
由气体动力学可知，电子的平均自由行程长度
式中：r—气体分子半径；e
1 r2N
N—气体分子密度。
又由 Nkp T ek rT 2p e∝ T P
正离子必须碰撞出一个以上电子时才能产生自由电子
逸出的电子有一个和正离子结合成为原子，其余成为自由电子。
② 光电子发射（光电效应）
高能辐射先照射阴极时，会引起光电子发射，其条件是光子的能量 应大于金属的逸出功。
同样的光辐射引起的电极表面电离要比引起空间光电离强烈得多
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③ 热电子发射
当阴极被加热到很高温度时，其中的电子获得巨大动能，逸
第八节 第九节
SF6和气体绝缘电气设备 大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正
第十节 提高气体介质电气强度的方法
2
第十一节 沿面放电和污闪事故
第一节 气体放电的主要形式简介
一．气体放电的概念
气体放电——气体中流通电流的各种形式。
1. 正常状态：优良的绝缘体。
在一个立方厘米体积内仅含几千个带电粒子,但这些带 电粒子并不影响气体的绝缘。 空气的利用：架空输电线路个相导线之间、导线与地 线之间、导线与杆塔之间的绝缘；变压器相间的绝缘等 。
E
“混乱热运动＋沿着电场作定向漂移”
自由行程长度——带电粒子与气体分子发生第一次碰撞到第 二次碰撞所移动的距离。（两次碰撞中未再发生任何碰撞）
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② 平均自由行程长度
实际的自由行程长度是随机量，有很大的分散性，任意带电 粒子在1cm的行程中所遭遇的碰撞次数与分子的半径和密度 有关

电离
（2）光电离：光辐射引起气体分子电离。 光电离：光辐射引起气体分子电离。
普朗克常数 6.63×10-34J·s
W = hν
条 件 ： λ ≤
hc Wi
试推导，能使气体发生光电离的光波长的数量级。
电离
（3）碰撞电离：高速运动的质点与中性的原子或 碰撞电离： 分子碰撞时， 分子碰撞时，如原子或分子获得的能量大于电离 能则发生电离。 能则发生电离。
潘宁效应
2.1.2 电极表面的电子逸出
一些金属的逸出功
从金属表面逸 出的电子也会进入 气体间隙参与碰撞 电离过程。 逸出功： 逸出功：要使电子从 金属表面逸出需要 的能量。
金属 铝 银 铜 铁 氧化铜
逸出功(eV) 逸出功 1.8 3.1 3.9 3.9 5.3
2.1.2 电极表面的电子逸出
（1）正离子撞击阴极：只有当正离子的能量 正离子撞击阴极： 大于金属逸出功的两倍时才能产生电极表面 电子发射。 （2）光电子发射。 光电子发射。 强场发射： （3）强场发射：阴极表面电场强度很大时， 也能使阴极放出电子，称为强场发射或冷发 射。 （4）热电子发射：高温下金属中电子因获得 热电子发射： 巨大的动能而从电极表面逸出。
2.1 带电质点的产生与消失
2.1.1 气体中电子与正离子的产生 2.1.2 电极表面的电子逸出 2.1.3 气体中负离子的形成 2.1.4 带电质点的消失
2.1.1 气体中电子与正离子的产生 原子结构
气体原子：带正电荷 的原子核 原子核和若干带负 原子核 电荷的电子 电子构成。 电子 电子受原子核的吸引 在各自轨道上围绕原子 核旋转。 气体原子呈中性 中性。 中性
2.1.1 气体中电子与正离子的产生
电离 在足够大的外界能量下，电子（ 在足够大的外界能量下，电子（也许 不只一个）就会脱离原子核的吸引， 不只一个）就会脱离原子核的吸引，脱离 的电子称为自由电子 自由电子， 的电子称为自由电子，失去了电子的中性 原子成为正离子 此过程称为“电离” 正离子， 原子成为正离子，此过程称为“电离”。 电离产生的电子和正离子就是我们所 说的“带电质点” 说的“带电质点”。

2.1.2 气体中带电粒子的产生
01
光游离
① 条件 ② 来源
h Wi
紫外线、高能辐射线等； 气体放电本身释放光子。
（2-1）
02 热游离
温度超过1000K时才考虑热游离；温度达到2000K时，几 乎全部的空气分子已处于热游离状态。
2.1.2 气体中带电粒子的产生
03 碰撞游离
① 条件
qEx Wi
2.2.3 流注理论
流注理论和汤逊理论的主要区别
2.2.4 均匀电场气隙的静态击穿电压
常见的电压类型： ①工频交流电压；②直流电压；③雷电冲击电压；④操作冲击电压
工频交流电压和直流电压可持续作用于气隙上，称为稳态电压； 存在时间极短、变化速率很大的雷电冲击电压和操作冲击电压，称 为暂态电压。 气隙在稳态电压作用的击穿电压也称为静态击穿电压。
03 流注放电理论
04 均匀电场气隙的静态击穿电压
2.2.1 自持放电和非自持放电
实验分析：
Oa段：电流随电压升高而升高 ab段：电流只取决于外游离因素 bc段：电压升高，碰撞游离增强，但仍靠外 游离维持（非自持） c点以后：只靠外加电压就能维持（自持）
2.2.1 自持放电和非自持放电
非自持放电 与自持放电 的分界点
(2-17)
稍不均匀电场的放电特性与均匀电场类似，一旦出现自持放电，便 一定导致整个气隙的击穿。
2.3.1 不均匀电场的放电特征
极不均匀电场当所加电压达到某一临界值时，曲率半径较小的 电极附近电场强度首先达到了起始场强，这个局部区域里最先出现 碰撞游离和电子崩，甚至出现流注，种仅仅发生在强场区的局部放 电称为电晕放电，环绕电极表面发出蓝紫色晕光。开始出现电晕的 电压称为电晕起始电压，当外加电压进一步增大时，电晕区亦随着 增大，放电电流也会变大，但是整个气隙还没有击穿。