高电压课件1.1带电质点的产生及消失

1、第一章 气体放电的基本物理过程 第一节 带电质点的产生和消失 引言 电介质在电气设备中作为绝缘材料使用，按其物质形态，可分为：气体介质 液体介质 固体介质 在电气设备中在电气设备中: :外绝缘外绝缘: :一般由一般由气体介质气体介质( (空气空气) )和和固体介质固体介质( (绝缘子绝缘子) )联合构成联合构成内绝缘内绝缘: :一般由一般由固体介质固体介质和和液体介质液体介质联合构成联合构成 在电气作用下，电介质中出现的电气现象可分为两大类:弱电场电场强度比击穿场强小得多 极化、电导、介质损耗等强电场电场强度等于或大于放电起始场强或击穿场强 放电、闪络、击穿等第一章 气体放电的基本物理过程 研

2、究气体放电的目的了解气体在高电压（强电场）作用下逐步由电介质演变成导体的物理过程 掌握气体介质的电气强度及其提高方法 电气设备中常用气体介质空气、压缩的高电气强度气体（如SF6）第一节 带电粒子的产生和消失带电粒子在气体中的运动 带电粒子的产生 负离子的形成 带电粒子的消失一、带电粒子的产生产生带电粒子的物理过程称为电离，是气体放电的首要前提。激励当原子获得外部能量，一个或若干个电子有可能转移到离核较远的轨道上去，该现象称为激励。电离能使基态原子或分子中结合最松弛的那个电子电离出来所需要的最小能量称为电离能。（一）光电离当满足以下条件时，产生光电离（二）热电离常温下，气体分子发生热电离的概率极

3、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。下图为空气的电离度m与温度T的关系：由图所示： 当t10000K时，才需考虑热电离； 当t20000K时，几乎全部的分子都处于热电离状态 （三）碰撞电离电子获得加速后和气体分子碰撞时，把动能传给后者引起碰撞电离。电子在场强为E的电场中移过x距离时获得的动能为：如果 大于或等于气体分子的电离能 ，该电子就有足够的能量完成碰撞电离。由此可得碰撞电离时应满足以下条件：电子为造成碰撞电离而必须飞越的最小距离为： （四）电极表面的电离当逸出功电离能时，阴极表面电离可在下列情况下发生：正离子撞击阴极表面 光电子发射 热电子发射 强场发射二、负

4、离子的形成附着：当电子与气体分子碰撞时，不但有可能引起碰撞电离而产生出正离子和新电子，而且也可能会发生电子与中性分子相结合形成负离子的情况。 负离子的形成并未使气体中带电粒子的数目改变，但却能使自由电子数减少，因而对气体放电的发展起抑制作用。三、带电粒子的消失带电粒子的消失可能有以下几种情况：带电粒子在电场的驱动下做定向运动，在到达 电极时，消失于电极上而形成外电路中的电流； 带电粒子因扩散而逸出气体放电空间； 带电粒子的复合。复合复合：当气体中带异号电荷的粒子相遇时，有可能发生电荷的传递与中和，这种现象称为复合。 复合可能发生在电子和正离子之间，称为电子复合，其结果是产生一个中性分子； 复合

5、也可能发生在正离子和负离子之间，称为离子复合，其结果是产生两个中性分子。四、带电粒子在气体中的运动（一）自由行程长度 当气体中存在电场时，粒子进行热运动和沿电场定向运动（如图1-1所示）各种粒子在气体中运动时不断地互相碰撞，任一粒子在1cm的行程中所遭遇的碰撞次数与气体分子的半径和密度有关。 单位行程中的碰撞次数Z的倒数 即为该粒子的平均自由行程长度。粒子的自由行程等于或大于某一距离x的概率为： ：粒子平均自由行程长度令x= ，可见粒子实际自由行程长度大于或等于平均自由行程长度的概率是36.8%。由气体动力学可知，电子平均自由行程长度式中： r：气体分子半径 N：气体分子密度（二）带电粒子的迁移率比例系数 称为迁移率，它表示单位场强下（1V/m)带电粒子沿电场方向的漂移速度。电子与离子的迁移率相比较：电子的平均自由行程长度比离子大得多 而电子的质量比离子小得多因此电子更易加速，电子的迁移率远大于离子。（三）扩散热运动中，粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小的区域，从而使分布均匀化，这种过程称为扩散。电子的热运动速度大、自由行程长度大，所以其扩散速度比离子快得多。负离子的形成 电子的附着形成负离子 带电离子的消