1-4不同電壓形式下空氣間隙的擊穿1-2均勻電場中的放電1-3不均勻電場中的放電1-1氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生與消失1-5大氣條件對空氣擊穿電壓的影響1-6提高氣隙擊穿電壓的措施1-7沿面放電與污穢放電1-8SF6氣體的絕緣特性第一章氣體放電1-2均勻電場中的放電學習目標1知曉電場的類型（均勻、稍不均勻與不均勻）2了解氣體放電的過程（從非自持放電到自持放電）3理解電子碰撞及電子崩過程4了解湯生理論的理論特點及適用范圍5掌握巴申定律曲線并能定性說明6一般了解流注理論的理論特點及適用范圍ABCO氣隙放電時的伏安特性曲線iu1-2均勻電場的放電(1)線性段(2)飽和段(3)游離段(4)自持段OA段：電流隨電壓升高而升高AB段：電流僅取決于外離因素與電壓無關(guān)BC段：電壓升高碰撞電離增強但仍靠外電離維持(非自持)C點后：只靠外加電壓就能維持(自持)一、氣體放電過程的一般描述自持放電——僅需外加電場就能維持的放電過程非自持放電——需要外游離因素和外加電場共同作用維持的放電過程一、氣體放電過程的一般描述ABCO

氣隙放電時的伏安特性曲線iuOA段:由于外界催離素宇宙射線地層發(fā)射性物質(zhì)的放射線太陽光中的紫外線作用游離去游離氣體中保持平衡在標準狀態(tài)下3×1019個分子/cm3空氣中約500－1000對離子（）當UV帶電質(zhì)點I即單位時間內(nèi)跑到電極的帶電質(zhì)點數(shù)ABC一、氣體放電過程的一般描述AB段：UI不變,呈飽和狀態(tài)電場已足夠?qū)挝粫r間內(nèi)產(chǎn)生的離子運到電極，故I僅取決于外界游離因素，與U無關(guān)。飽和電流密度數(shù)值極小10－19A/cm2數(shù)量級，一般表測不出來，仍是絕緣狀態(tài)。ABC一、氣體放電過程的一般描述自由電子e將按幾何級數(shù)迅猛增加，如雪崩一樣發(fā)展。這個不斷增加的電子流被形象地稱為電子崩。此階段稱為湯遜放電階段。BC段：但I仍很小，氣體仍保持為絕緣體一、氣體放電過程的一般描述當外施電壓U＜Ub時，若取消外界游離因素，電子崩會消失，電流也將消失，這類放電稱為非自持放電。非自持放電ABC一、氣體放電過程的一般描述

C點后：當外施電壓U≥Ub時，由于場強足夠大，正離子撞擊陰極會發(fā)生表面游離，釋放出的電子又會引起電子崩，這時氣體中的游離過程可只靠電場的作用自行維持，而不再需要外界游離因素，這就是自持放電。

自持放電非自持放電擊穿電壓ABC氣體間隙擊穿一、氣體放電過程的一般描述為了解釋上面試驗結(jié)果，湯遜于1903年提出氣體擊穿機理，1910年提出氣體擊穿的判據(jù)。二、氣體放電理論AV光照射20世紀初英國物理學家湯遜在均勻電場、低氣壓、短間隙的條件下進行了放電實驗，根據(jù)實驗結(jié)果提出了解釋氣體放電過程的理論，稱為湯遜理論。（一）湯遜理論AV光照射電場類型均勻電場：氣隙中各處電場強度相等（一）湯遜理論

γ——正離子的表面游離系數(shù)，表示一個正離子在電場作用下由陽極向陰極運動，撞擊陰極表面產(chǎn)生表面游離的電子數(shù)（一）湯遜理論(1)電子崩及α過程

α——電子碰撞游離系數(shù)，表示一個電子沿著電場方向行進的過程中，在單位距離內(nèi)平均發(fā)生碰撞游離的次數(shù)。α與氣體的種類、相對密度和電場強度有關(guān)β——正離子碰撞游離系數(shù)，表示一個正離子沿電場方向行進的過程中，在單位距離內(nèi)平均發(fā)生碰撞游離的次數(shù)。β值極小，在分析時可予忽略。(3)γ過程(2)β過程電子崩？外游離→初始電子→電子個數(shù)2－4－8…2n→電子崩→產(chǎn)生的正離子撞擊陰極發(fā)生表面游離→新的電子→(如果去掉外電離因素)仍有后繼電子→放電自持（4）湯遜自持放電條件γ（eas一1)≥1物理意義？（5）巴申定律巴申試驗（1889年）Ub=f(pd)U形曲線，有極小值（5）巴申定律巴申定律曲線呈U型，可解釋如下：當d一定時

P↑→

↑→λ↓→電子動能↓→氣體游離能力↓→擊穿電壓Ub↑

反之

P↓→

↓→碰撞次數(shù)↓↓→擊穿電壓Ub↑（5）巴申定律--ˉ---ˉ-右半支-ˉ-ˉ左半支高氣壓、高真空都可以提高擊穿電壓，工程上已得到廣泛應(yīng)用（如：壓縮空氣開關(guān)、真空開關(guān)等）解釋低氣壓、短間隙、均勻電場中的放電現(xiàn)象，即pd較小時。

pd過大，湯遜理論就不再適用。pd過大時（氣壓高、距離大）湯遜理論無法解釋：放電時間：很短放電外形：具有分支的細通道擊穿電壓：與理論計算不一致陰極材料：無關(guān)（6）湯遜理論的適用范圍

但工程上更感興趣的是大氣壓下空氣中的放電1939年米克、雷澤等人在霧室里對放電過程中帶電粒子的運動軌跡拍照進行研究，于1940年發(fā)表了流注理論——適合于pd較大的氣隙的擊穿過程（1）認為：電子的碰撞游離和空間光游離是形成自持放電的主要因素，并且強調(diào)了空間電荷對電場的畸變作用（二）流注理論（2）過程：初崩產(chǎn)生大量空間電荷電場分布被畸變崩頭、崩尾電場增強（使游離更強烈），崩內(nèi)電場削弱（使復合更容易）向空間輻射大量光子光游離產(chǎn)生光電子被主崩正離子吸引二次崩產(chǎn)生與主崩匯合形成流注（導電性好）流注迅速發(fā)展流注貫穿兩極間隙擊穿（正流注的形成）流注理論認為電子的碰撞游離和空間光游離是形成自持放電的主要因素，空間電荷對電場的畸變作用是產(chǎn)生光游離的重要原因。（二）流注理論空間電荷對電場的畸變作用由于電子崩中空間電荷的出現(xiàn)，原本均勻的電場被畸變得不均勻了。崩頭前方附近的場強得到了加強，而崩頭內(nèi)部正、負電荷交界處的場強則被削弱了。崩尾部分的場強雖然也加強的，但加強的程度要比崩頭前方附近的小得多。（二）流注理論外施電壓大于氣隙擊穿電壓時，首先形成主電子崩。當主崩接近陽極時，場強急劇增大，去游離過程增強，放射出大量光子。外圍氣體分子吸收光子能量后，發(fā)生光游離，產(chǎn)生二次電子崩。由于主崩頭部的電子已進入陽極，場強減弱，二次電子崩頭部的電子進入時，形成負離子。正、負離子混合的通道稱為流注，隨著崩尾場強的增大，不斷有新的電子崩匯合進來，流注向陰極不斷發(fā)展，直至貫穿兩極。（二）流注理論流注的形成及發(fā)展過程（定性）流注發(fā)展速度較快：（1-2）×108cm/s電子崩為：1.25×107cm/s1-19（二）流注理論（3）流注自持放電條件初崩頭部的電荷達到一定的數(shù)量（一般認為當ad

20或eαd=108）時便可以形成流注，而流注一旦形成，放電就可以轉(zhuǎn)入自持（4）適用范圍及局限性適用于長間隙、大氣壓，即pd較大的情況湯遜理論與流注理論互相補充，從而在廣闊的pd范圍內(nèi)說明了不同的放電現(xiàn)象（二）流注理論放電時間二次崩的起始電子是光子形成的，而光子以光速傳播，所以流注發(fā)展非?？?。放電外形二次崩的發(fā)展具有不同的方位，所以流注的推進不可能均勻，而且具有分支。陰極材料大氣條件下的氣體放電不依賴陰極表面電離，而是靠空間光電離產(chǎn)生電子維持，因此與陰極材料無關(guān)。（二）流注理論高電壓技術(shù)—均勻電場中的氣體放電氣體放電過程的一般概述1

氣體放電理論（湯遜、流注）2目錄CONTENTS均勻電場中的氣體放電了解原子的結(jié)構(gòu)及電離的概念學習目標知道巴申定律能定性說明及懂得在工程上的應(yīng)用一般了解氣體放電過程（非自持放電與自持放電）領(lǐng)會電子崩過程了解湯遜理論的理論特點及適用范圍知曉電場的類型（均勻、稍不均勻與不均勻）一般了解流注理論的理論特點及適用范圍01氣體放電過程的一般描述電子崩與非自持放電階段自持放電階段氣體放電一般過程氣體放電的一般過程AB段：由外界因素產(chǎn)生的帶電質(zhì)點已全部參與了導電過程，氣隙間電流趨于飽和，電壓增大時，電流增大的幅度很小。（飽和段）C點后：氣體介質(zhì)突然變?yōu)榱己玫膶щ姞顟B(tài)，電流急劇突增。（自持段）BC段：電子積累的動能已可引起碰撞電離，氣隙中的帶電質(zhì)點驟增，流過氣隙的電流隨外加電壓的增加而增大。（游離段）OA段：由外界因素催生電離，氣隙中電流與電壓成近似正比關(guān)系。（線性段）氣體放電的一般過程OA段:宇宙射線地層發(fā)射性物質(zhì)的放射線太陽光中的紫外線作用游離去游離氣體中保持平衡在標準狀態(tài)下3×1019個分子/cm3空氣中約500－1000對離子（）當UV帶電質(zhì)點I即單位時間內(nèi)跑到電極的帶電質(zhì)點數(shù)氣體放電的一般過程外界電離因素AB段：電流幾乎不變，呈飽和狀態(tài)電場已足夠?qū)挝粫r間內(nèi)產(chǎn)生的離子運到電極，故I僅取決于外界游離因素，與U無關(guān)。飽和電流密度數(shù)值極小10－19A/cm2數(shù)量級，一般表測不出來，仍是絕緣狀態(tài)。ABC氣體放電的一般過程自由電子e將按幾何級數(shù)迅猛增加，如雪崩一樣發(fā)展。這個不斷增加的電子流被形象地稱為電子崩。——湯遜放電階段BC段：但I仍很小，氣體仍保持為絕緣體！氣體放電的一般過程若取消外界游離因素，電子崩會消失，電流也將消失——非自持放電。非自持放電ABC氣體放電的一般過程外施電壓U＜Ub時

當外施電壓U≥Ub時，由于場強足夠大，正離子撞擊陰極會發(fā)生表面游離，釋放出的電子又會引起電子崩，這時氣體中的游離過程可只靠電場的作用自行維持，而不再需要外界游離因素，這就是自持放電。

自持放電非自持放電擊穿電壓AC氣體間隙擊穿B氣體放電的一般過程C點后：非自持放電自持放電當外界因素產(chǎn)生的電子崩到達陽電極，電子崩產(chǎn)生的電子被中和，由于沒有后續(xù)電子崩，氣隙的放電發(fā)展過程中斷，放電隨之減小至消失。氣隙兩端外加電壓大于某值時，放電發(fā)生了質(zhì)的改變，電子崩的產(chǎn)生不再依賴于外界因素而能自行維持和發(fā)展，持續(xù)發(fā)展的電子崩使得氣隙間充滿了大量的帶電質(zhì)點，最終導致氣隙的擊穿。氣體放電的一般過程02氣體放電理論湯遜放電理論與巴申定律流注理論氣體放電理論氣體放電理論為了解釋上面試驗結(jié)果，湯遜于1903年提出氣體擊穿機理，1910年提出氣體擊穿的判據(jù)。AV光照射20世紀初英國物理學家湯遜在均勻電場、低氣壓、短間隙的條件下進行了放電實驗，根據(jù)實驗結(jié)果提出了解釋氣體放電過程的理論，稱為湯遜理論。氣體放電理論——湯遜理論1.理論基礎(chǔ)AV光照射電場類型1.理論基礎(chǔ)氣體放電理論——湯遜理論一個正離子撞擊陰極從陰極表面逸出的自由電子數(shù)電子數(shù)計算模型1.理論基礎(chǔ)氣體放電理論——湯遜理論第一電離系數(shù)α：一個電子向陽極運動1cm路程中與質(zhì)點相碰撞平均產(chǎn)生的自由電子數(shù)第二電離系數(shù)β：一個正離子向陰極運動1cm路程中與質(zhì)點相碰撞產(chǎn)生的自由電子數(shù)（可忽略）第三電離系數(shù)γ：n0個電子在向陽極運動的過程中，行經(jīng)距離x時變成了n個電子，再行經(jīng)dx，增加的電子數(shù)為dn個，則：A、B—與氣體性質(zhì)有關(guān)的常數(shù);

δ—空氣相對密度,

E——電場強度，則有如下關(guān)系：電子數(shù)計算模型氣體放電理論——湯遜理論1.理論基礎(chǔ)n0個電子在電場作用下不斷產(chǎn)生碰撞游離，發(fā)展電子崩，經(jīng)距離d而進入陽極的電子數(shù)為：氣隙臨界擊穿電壓：自持放電條件可表達為：1.理論基礎(chǔ)氣體放電理論——湯遜理論物理意義？？？2.驗證湯遜理論的巴申定律巴申試驗（1889年）Ub=f（pd）即擊穿電壓與間隙距離及氣體壓力乘積的關(guān)系呈U形曲線，有一極小值。氣體放電理論——湯遜理論巴申定律實驗曲線的解釋高氣壓、高真空都可以提高擊穿電壓，工程上已得到廣泛應(yīng)用（如：壓縮空氣開關(guān)、真空開關(guān)等）假設(shè)間隙距離d不變，改變間隙間的氣體壓力p時

P↓→

↓→碰撞次數(shù)（機會）↓↓（雖然λ↑）→擊穿電壓Ub↑P↑→

↑→λ↓→電子動能W↓→氣體游離能力↓→擊穿電壓Ub↑對右半支：對左半支：適用于低氣壓、短間隙、均勻電場中的放電現(xiàn)象，即pd較小時。

3.湯遜理論的適用范圍1）放電時間：很短？2）放電外形：具有分支的細通道？3）擊穿電壓：與理論計算不一致？4）陰極材料：無關(guān)？氣體放電理論——湯遜理論無法解釋：1.理論基礎(chǔ)：1939年米克、雷澤等人在霧室里對放電過程中帶電粒子的運動軌跡拍照進行研究，于1940年發(fā)表了流注理論。電子的碰撞游離和空間光游離是形成自持放電的主要因素，并且強調(diào)了空間電荷對電場的畸變作用。氣體放電理論——流注理論（1）空間電荷對電場的畸變作用氣體放電理論——湯遜理論空間電荷的出現(xiàn)，原本均勻的電場被畸變得不均勻了,表現(xiàn)在：1.崩頭前方附近：場強得到了加強。2.崩頭內(nèi)部正、負電荷交界處：場強被削弱了。3.崩尾部分：場強加強，但加強的程度要比崩頭前方附近的小得多。外施電壓大于氣隙