吴广宁绝缘子 高电压技术(第二版)吴广宁电子教案
周次:时间:课题:1.1气体放电的基本物理过程(一)课时:2课时教学目标:1、了解带电质点的产生与消失2、掌握电子崩的形成与汤逊理论重点、难点:电子崩的形成与汤逊理论教具:教材粉笔教学方法:讲授法时间分配:回顾10分钟授课65分钟小结10分钟作业布置5分钟教学过程:1.
1气体放电的基本物理过程高压电气设备中的绝缘介质有气体、液体、固体以及其它复合介质。由于气体绝缘介质不存在老化问题,击穿后自愈能力强,且其成本廉价,因此气体成为了在实际应用中最常见的绝缘介质。
气体击穿过程的理论研究虽然还不完善,但是相对于其他几种绝缘材料来说最为完整。因此,高电压绝缘的论述一般都由气体绝缘开始。1.1.1带电质点的产生气体放电是对气体中流通电流的各种形式统称。
由于空气中存在来自空间的辐射,气体会发生微弱的电离而产生少量的带电质点正常状态下气体的电导很小,空气还是性能优良的绝缘体;在出现大量带电质点的情况下,气体才会丧失绝缘性能1、气体中电子与正离子的产生电离是指电子脱离原子核的束缚而形成自由电子和正离子的过程。
电离可一次完成,也可以是先激励再电离的分级电离方式。(1)热电离常温下,气体分子发生热电离的概率极小。
气体中发生电离的分子数与总分子数的比值m称为该气体的电离度。(2)光电离当满足以下条件时,产生光电离。(3)碰撞电离高速运动的质点与中性的原子或分子碰撞时,如原子或分子获得的能量等于或大于其电离能,则会发生电离。
(4)分级电离电子在外界因素的作用下可跃迁到能级较高的外层轨道,称之为激励,其所需能量称为激励能。原子或分子在激励态再获得能量而发生电离称为分级电离。2、电极表面的电子逸出(1)正离子撞击阴极(2)光电子发射(3)强场发射(4)热电子发射3、气体中负离子的形成电子亲合能:使基态的气体原子获得一个电子形成负离子时所放出的能量,其值越大则越易形成负离子。
带电质点的消失1.带电质点受电场力的作用流入电极;2.
带电质点的扩散;3.带电质点的复合。1.1.3电子崩与汤逊理论1、放电的电子崩阶段(1)非自持放电和自持放电的不同特点(2)电子崩的形成外界电离因子在阴极附近产生了一个初始电子,如果空间电场强度足够大,该电子在向阳极运动时就会引起碰撞电离,产生一个新的电子,初始电子和新电子继续向阳极运动,又会引起新的碰撞电离,产生更多电子。
依此,电子将按照几何级数不断增多,类似雪崩似地发展,这种急剧增大的空间电子流被称为电子崩。
2、汤逊理论前述已知,只有电子崩过程是不会发生自持放电的。要达到自持放电的条件,必须在气隙内初始电子崩消失前产生新的电子(二次电子)来取代外电离因素产生的初始电子。
(1)γ过程与自持放电条件由于阴极材料的表面逸出功比气体分子的电离能小很多,因而正离子碰撞阴极较易使阴极释放出电子。此外正负离子复合时,以及分子由激励态跃迁回正常态时,所产生的光子到达阴极表面都将引起阴极表面电离,统称为γ过程。
(2)汤逊放电理论的适用范围作业布置:审批:小结:1、带电质点的产生与消失2、电子崩的形成与汤逊理论后记:周次:时间:课题:1.1气体放电的基本物理过程(二)课时:2课时教学目标:1、掌握巴申定律与适用范围2、掌握气体放电的流注理论3、掌握不均匀电场中的气体放电重点、难点:流注理论教具:教材粉笔教学方法:讲授法时间分配:回顾10分钟授课65分钟小结10分钟作业布置5分钟教学过程:1.
1气体放电的基本物理过程1.1.4巴申定律与适用范围1、巴申定律早在汤逊理论出现之前,巴申(Paschen)就于1889年从大量的实验中总结出了击穿电压与的关系曲线,称为巴申定律,即1.
1.5气体放电的流注理论1.空间电荷对原有电场的影响电子崩头部聚集大部分正离子和全部电子,产生了电场畸变;在电场很小的区域,电子和离子浓度最大,有利于完成复合;强烈的复合辐射出许多光子,成为引发新的空间光电离辐射源。
2.空间光电离的作用这些电离强度和发展速度远大于初始电子崩的二次电子崩不断汇入初崩通道的过程称为流注。流注条件流注的特点是电离强度很大和传播速度很快,出现流注后,放电便获得独立继续发展的能力,而不再依赖外界电离因子的作用,可见这时出现流注的条件也就是自持放电的条件。
1.1.6不均匀电场中的气体放电电气设备中很少有均匀电场的情况。但对不均匀电场还要区分两种不同的情况,即稍不均匀电场和极不均匀电场。
全封闭组合电器(GIS)的母线筒和高压实验室中测量电压用的球间隙是典型的稍不均匀电场;高压输电线之间的空气绝缘和实验室中高压发生器的输出端对墙的空气绝缘则属于极不均匀电场。1.稍不均匀电场和极不均匀电场的特点与划分述各种结构的电场不均匀程度,可引入一个电场不均匀系数f,表示为:为了描f<2时为稍不均匀电场,f>4属不均匀电场。
2.极不均匀电场的电晕放电(1)电晕放电在
