高电压技术辅导资料二.docx
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高电压技术辅导资料二
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主题：
第一章介子在强电场下的特性（第4-6节）
学习时间：
2013年10月7日－10月13日
内容：
我们这周主要学习第一章第四、五、六节“均匀电场中的击穿电压及其影响因素”、“气体放电的流注理论”、“不均匀电场中气隙的放电过程”的相关内容。
希望通过下面的内容能使同学们加深对均匀电场中的击穿电压，流注理论和不均匀电场放电过程相关知识的理解。
第四节均匀电场中的击穿电压及其影响因素
巴申定律——当气体成分和电极材料一定时，气体间隙击穿电压（）是气压（p）和间隙距离（d）乘积的函数。
巴申曲线：
该曲线中出现最小值的原因：
（1）d固定时，当P增大，气体密度增大，电子的碰撞次数增加，但平均自由行程缩短，不易积累动能，引起电离可能性小，击穿电压升高；当P减小，自由行程增大，碰撞动能增加，但碰撞次数减少，引起电离次数减少，击穿电压升高，因而会有某个P值使得U0最小。
（2）P固定时，当d增大，碰撞次数增加，但场强E=U/d减小，击穿电压升高；当d减小，电子可运动距离缩短，发生碰撞的次数减小，电离概率下降，击穿电压升高，因而会有某个d值使得U0最小。
巴申定律普遍表达方式
考虑到温度的影响：
其中，δ-气体的相对密度,即实际气体密度与标准大气条件下（ps=103.1KPa,ts=293k）的密度之比）
（T为绝对温度）
第五节气体放电的流注理论
1.汤逊理论的适用性
汤逊理论适用于在气体间隙距离和气体压力比较小，空气比较稀薄的情况。
此时，用汤逊理论解释一些放电现象很吻合。
而当气体间隙距离比较大，气体压强比较强的时候，有些现象是用汤逊理论解释不了的。
当Pd>>26.66kPa·cm（200mmHg·cm）时，一些无法用汤逊理论解释的现象：
（1）放电外形。
在大气压下放电不再是辉光放电，而是火花通道。
（2）放电时间。
放电时间短于正离子在通道中到达阴极的行程时间。
（3）阴极材料的影响。
阴极材料对放电电压影响不大。
由此可见，在大气压、常间隙下，有些因素被忽略了，导致一些现象用汤逊理论无法解释。
由此引出另一个气体放电理论—流注理论。
2.流注理论
流注理论是在实验的基础上总结出来的，它考虑到汤逊理论没有考虑的因素，主要有两方面，一是空间电荷对电场的影响，二是空间光电离的作用。
（1）空间电荷对电场的影响
图中可以看出，空间中电场由于电子崩的存在发生畸变，部分位置的场强被加强，部分位置的场强被削弱。
（2）空间光电离的作用
在场强增大的地方会放射出大量光子，光子引起光电离，导致二次电离并形成新的电子崩，即二次电子崩，逐步形成流注。
在外界电离因素的作用下，存在初始的自由电子。
初始自由电子在电场力的作用下加速运动，引起气体分子的碰撞电离。
碰撞电离会产生越来越多的电子，形成初始电子崩。
当初始电子崩中自由电子和正离子达到一定程度的时候，会使外加电场发生畸变，有些地方增强，有些地方削弱。
在削弱的地方会产生很强的复合，释放大量的光能，引起空间光电离，产生大量新的电子。
这种电子成为光电子。
光电子在电场力的作用下碰撞电离，形成新的电子崩，称为二次电子崩。
二次电子崩的正电荷汇入初始电子崩中，形成一个带大量正负离子的导电通道，也就是流注。
如上图所示，流注随着新的电子崩的不断产生而向前发展，直到把两极接通时，导致间隙完全被击穿。
当外加电压不是很高，电子必须由阴极飞跃到阳极。
此时流注方向是由正极流向负极，也称正流注。
当外加电压很高，电子不需要飞跃很长距离，即可引起光电离，发生二次电子崩。
此时流注的方向是由负极指向正极，也称为负流注。
3.流注的特点
电离强度很大；传播速度很快；导电性能良好
形成流注后，放电就可以由本身产生的空间光电离自行维持，即转为自持放电，形成流注的条件（即自持放电条件），一般认为当αd≈20时，便可形成流注。
4.流注理论和汤逊理论比较：
（1）汤逊理论适用于低气压、短气隙的情况（pd<26.66kPa·cm）
（2）流注理论适用于高气压、长气隙的情况（pd>>26.66kPa·cm）
（3）汤逊理论认为电子崩和阴极上的二次发射过程是气体自持放电的决定性因素；流注理论认为电子碰撞电离及空间光电离是维持自持放电的主要因素，并强调了空间电荷畸变电场的作用
两种理论各适用于一定条件下的放电过程，不能用一种理论来取代另一种理论，互相补充，可以解释广阔的pd范围内的气体放电现象。
第六节不均匀电场中气隙的放电过程
1.稍不均匀电场和极不均匀电场的放电特征
（1）电场不均匀系数：
f=最大电场强度/平均电场强度
若f＜2,称为稍不均匀电场；若f＞4,称为极不均匀电场。
2.常见电场的结构
均匀场：
板－板
稍不均匀场：
球－球，同轴圆筒对称场
极不均匀场：
棒－棒
棒－板不对称场
稍不均匀电场中气隙的放电特性与均匀电场相似，一旦出现自持放电，便会导致整个间隙的击穿；
极不均匀电场中，首先在强场区发生电晕放电，自持放电条件即是电晕起始条件，气隙击穿电压大于电晕起始电压。
3.电晕放电
（1）电晕的形成：
极不均匀电场中，在外加电压下，小曲率半径电极附近的电场强度首先达到起始场强E0，在此局部区域先出现碰撞电离和电子崩，甚至出现流注，这种仅仅发生在强场区的局部放电称为电晕放电，在外观上表现为环绕电极表面出现蓝紫色晕光。
开始出现电晕放电时对应的电压为起晕电压。
（可以是极不均匀电场气隙击穿过程的第一阶段，也可以是长期存在的稳放电形式。
）
（2）电晕的危害：
有光、声、热效应造成能量损耗；电晕损耗在超高压输电线路设计中必须考虑产生的高频脉冲电流含有许多高次谐波，造成无线电干扰；使空气局部游离，产生的臭氧和氧化氮等会腐蚀金属设备；产生可闻噪声
（3）防止导线电晕现象——降低导线表面电场
方法一：
增大线间距离需增加杆塔数量和造价，并增大线路电抗，一般认为不可取；
方法二：
增大导线半径通常采用分裂导线（每相导线由多跟不相互接触的导线组成）
4.极不均匀电场中放电的极性效应
负棒正板电极
正棒负板电极
从间隙中自持放电前空间电荷对原电场的畸变的差异来分析击穿电压特性曲线：
5.极不均匀电场的特性
A.极不均匀电场的击穿电压比均匀电场低
B.极不均匀电场如果是不对称电极，则放电有极性效应
C.极不均匀电场具有特殊的放电形式——电晕放电
本周要求掌握的内容如下：
掌握均匀电场中的击穿电压及其影响因素（巴申定律），理解气体放电的流注理论，了解不均匀电场中气隙的放电过程。
习题
（一）选择题
1、流注理论认为（）是维持自持放电的主要因素，并强调了空间电荷畸变电场的作用。
A.电子碰撞电离
B.空间光电离
C.阴极上的二次发射
D．阳极上的二次发射
答案：
AB
2、流注理论的适用范围是（）
A.低气压短间隙
B.低气压长间隙
C.高气压短间隙
D.高气压长间隙
答案：
D
3、极不均匀电场的特征有（）
A.击穿电压比均匀电场低
B.如果是不对称电极，则放电有极性效应
C.具有电晕放电
D.由发生电晕至击穿的过程不需增高电压
答案：
ABC
（二）判断题
1、为防止导线出现电晕现象，最佳方法是增大线间距离。
（错误）
2、电晕现象必须防止，因为它没有任何好处。
（错误）
（三）简答题
1、简述巴申曲线中出现最低击穿电压的原因。
（1）d固定时，当P增大，气体密度增大，电子的碰撞次数增加，但平均自由行程缩短，不易积累动能，引起电离可能性小，击穿电压升高；当P减小，自由行程增大，碰撞动能增加，但碰撞次数减少，引起电离次数减少，击穿电压升高，因而会有某个P值使得U0最小。
（2）P固定时，当d增大，碰撞次数增加，但场强E=U/d减小，击穿电压升高；当d减小，电子可运动距离缩短，发生碰撞的次数减小，电离概率下降，击穿电压升高，因而会有某个d值使得U0最小。
（注：
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