高电压技术气体放电的流注理论分解PPT学习教案

1、高电压技术气体放电的流注理论分解本章主要内容第1页/共14页 汤逊理论的适用范围 适用范围均匀场、低气压、短气隙 pd36.66kPa cm(20mmHg cm) 局限性pd较大时，解释现象与实际不符 放电外形 汤逊理论解释：放电外形均匀，如辉光放电； pd大时的实际现象：外形不均匀，有细小分支； 放电时间：Tpd大T汤逊 击穿电压：Ubpd大Ub汤逊 阴极材料影响 汤逊理论解释：阴极材料对放电有影响(过程）； pd大时的实际现象：阴极材料对放电无影响；第五节 气体放电的流注理论第2页/共14页 气体击穿的流注放电理论u 对象：工程上感兴趣的压力较高的气体击穿，比如雷电放电并不存在金属电极，因

2、而与阴极上的过程和二次电子发射根本无关。u 特点：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（使原来均匀的电场变成了不均匀电场）的作用u 放电过程 电子崩阶段流注阶段气体击穿电离形成二次电子崩，等离子体空间电荷畸变外电场第五节 气体放电的流注理论返回第3页/共14页 流注理论中的电子崩过程 电子崩外形x-+u 电子崩外形 好似球头的锥体，空间电荷分布极不均匀，电子崩中的电子数：nexx(cm)0.20.30.40.50.60.70.80.91.0n92781245735220866341993059874p 例如，正常大气条件下，若E30kVcm，则11cm

3、-1，计算随着电子崩向阳极推进，崩头中的电子数电子崩中空间电荷的浓度分布 第五节 气体放电的流注理论返回第4页/共14页 空间电荷对原有电场的影响-+xx空间电荷的电场 合成电场 电子崩 均匀电场E0p电子崩头部 电场明显增强，电离过程强烈，有利于发生分子和离子的激励现象，当它们回复到正常状态时，发射出光子。p崩头内部正负电荷区域 电场大大削弱，但电子和正离子浓度却是最大，有助于发生复合过程，发射出光子。u大大加强了崩头及崩尾的电场，削弱了崩头内正、负电荷区域之间的电场第五节 气体放电的流注理论第5页/共14页 流注的形成u流注电离强度和发展速度远大于初始电子崩的新放电区（二次电子崩）以及它们

4、不断汇入初崩通道的过程。 1：主电子崩 2：二次电子崩 二次电子崩的形成u 主崩走完整个间隙后，大密度的头部正离子空间电荷大大加强了后部的电场，并向周围放射出大量光子u 光子引起空间光电离，其中电子被主电子崩头部的正空间电荷所吸引，在畸变而加强了的电场中，造成了新的电子崩，称为二次电子崩光子第五节 气体放电的流注理论返回第6页/共14页 正流注u条件：当外加电压击穿电压u二次电子崩中的电子进入主电子崩头部的正空间电荷区（电场强度较小），大多形成负离子。大量的正、负带电质点构成了等离子体，这就是正流注 正流注体的形成1：主电子崩； 2：二次电子崩； 3：流注p流注通道导电性良好，其头部又是二次电

5、子崩形成的正电荷，因此流注头部前方出现了很强的电场第五节 气体放电的流注理论返回第7页/共14页 正流注向阴极推进u流注头部的电离，放射出大量光子，继续引起空间光电离。流注前方出现新的二次电子崩，它们被吸引向流注头部，延长了流注通道u流注不断向阴极挺进，且随着流注接近阴极，其头部电场越来越强，因而其发展也越来越快u流注发展到阴极，间隙被导电良好的等离子通道所贯通，间隙的击穿完成，这个电压就是击穿电压第五节 气体放电的流注理论返回第8页/共14页 负流注1：主电子崩； 2：二次电子崩； 3：流注u条件：当外加电压击穿电压u 电压较低时，电子崩需经过整个间隙才能积聚到足够的电子数形成流注；电压较高

6、时，电子崩不需经过整个间隙，其头部电离程度已足以形成流注u 主电子崩头部的电离很强烈，光子射到主崩前方，在前方产生新的电子崩，主崩头部的电子和二次崩尾的正离子形成混合通道，形成向阳极推进的流注，称为负流注u 间隙中的正、负流注可以同时向两极发展。第五节 气体放电的流注理论返回第9页/共14页u 电子崩是沿着电力线直线发展，流注会出现曲折的分支u 电子崩可以同时有多个互不影响地向前发展u 汤逊放电是弥散的一片，流注放电有明亮的细通道第五节 气体放电的流注理论返回第10页/共14页 流注理论击穿过程的总结由阳极向阴极(正流注)或由阴极向阳极(负流注)击穿强电场作用下发生碰撞电离畸变电场发射光子流注

7、高速的向电极挺进电子崩气隙间有效电子形成等离子通道（流注）产生新电子崩（二次崩）二次崩不断汇入主崩第五节 气体放电的流注理论返回第11页/共14页 流注理论在均匀电场中的自持放电条件u流注形成的条件就是自持放电条件u初崩头部空间电荷数必须达到某一临界值既: ed常数 或d常数（ed为电子崩头部的电子数）p 实验所得初崩头部的电子数要达到108时，放电才能转为自持。p一旦形成流注，放电就进入了新的阶段，放电可以由本身产生的空间光电离而自行维持，即转入自持放电；p如果电场均匀，间隙就将被击穿。所以流注形成的条件就是自持放电条件，在均匀电场中也就是导致击穿的条件。u流注形成的条件第五节 气体放电的流注理论返回第12页/共14页 流注理论对pd 较大时放电现象的解释 放电外形u 现象： pd 较大时，放电不均匀，有分支，有细小的通道u 解释：二次电子崩在空间的形成和发展带有统计性，所以火花通道常是曲折的，并带有分枝 放电时间u 现象： 放电时间极短u 解释：光子以光速传播，所以