高铁高压供电设备之气体电介质的击穿特性-均匀电场中的气体放电

巴申定律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Ub与pd的关系曲线，称为巴申定律，即Ub=f（pd）巴申定律：描述了气体的击穿电压Ub与pd的关系曲线巴申定律图1实验求得的均匀场中不同气体间隙曲线Ub=f（pd）图1给出了几种气体间隙的Ub与pd的关系曲线。其次，Ub不是pd的单调函数，而是U型曲线，有极小值。从图中可见，首先，Ub并不仅仅由d决定，而是pd的函数；巴申定律极小值1巴申曲线呈U形，分为左右两半支，在某一pd值时曲线有极小值。2保持d不变：极小值左侧：P↓→电子的自由行程↑→碰撞电离次数↓→Ub↑极小值右侧：P↑→电子的自由行程↓→碰撞次数↑→碰撞电离次数↓→Ub↑巴申定律极小值3保持d不变：极小值左侧：d↓→d值过小时，碰撞次数已经减到很小→Ub↑极小值右侧：d↑→E↓→需增加电压以维持放电所需的电场强度→Ub↑巴申定律巴申定律的实际意义当极间距离d不变时提高气压或降低气压到真空，都可以提高气隙的击穿电压，这一结论已被工程广泛使用。SF6断路器真空断路器巴申定律电气强度的提高对于高压电力设备的安全稳定运行有着不可小觑的作用。在日常的学习中我们要学会理论联系实际，通过理论指导实践，更好地服务社会的发展。流注理论流注理论前面所介绍的汤逊理论是在低气压、短气隙的条件下进行的。大自然中的气体放电现象如雷电放电发生在两块雷云或雷云与大地之间，此时放电时间很短；具有明亮放电细通道；且与阴极材料无关。因此，Pd值较大时，利用汤逊理论解释的现象与实际不符。流注理论

1939年勒布和米克等人在雾室里对放电过程中带电粒子的运动轨迹拍照进行研究，并于1940年发表流注放电理论。流注理论能很好地解释高气压、长气隙，以及不均匀电场中的气体放电现象。流注理论仍以电子的碰撞电离过程为基础，它考虑了高气压、长气隙情况下不容忽视的若干因素对气体放电的影响，主要有以下两方面:空间电荷对原有电场的影响空间光电离的作用流注理论1空间电荷对原电场的畸变作用增强削弱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，电子和正离子浓度最大，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。辐射源向气隙空间各处发射光子而引起光电离。如果光子位于强场区，二次电子崩将以更大得多的电离强度向阳极发展，或汇入崩尾。流注理论2空间电荷对原电场的畸变作用起始电子发生碰撞电离形成初始电子崩初崩发展到阳极，空间电荷畸变原电场，在电场削弱的区域复合增加，放射出大量光子；光电离产生光电子，在加强的局部电场作用下形成二次电子崩；（d）二次崩的电子与正空间电荷汇合成流注通道，其端部又有二次崩留下的正电荷，加强局部电场产生新电子崩使其发展；流注头部前方电场很强，电离迅速发展，放射出大量光子，继续引起空间光电离，于是流注前方出现新的二次崩，延长流注通道；流注通道贯通，气隙击穿。流注理论(a)(b)(c)这些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）以及它们不断汇入初崩通道的过程被称为流注。流注的特点是电离强度很大，传播速度很快（超过初崩发展速度10倍以上）。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，可见出现流注的条件也就是自持放电条件。流注理论(a)(b)(c)这些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）以及它们不断汇入初崩通道的过程被称为流注。二次崩的电子进入初崩通道后，便与正离子群构成了导电的等离子通道，一旦等离子通道短接了两个电极，放电即转为火花放电或电弧放电。流注理论反思利用流注理论我们可以解释大自然中的雷电放电现象。这就提示我们在平时的学习中要善于总结规律，理论联系实际，学以致用。汤逊放电理论01汤逊放电理论02均匀电场中气体的击穿过程汤逊放电试验：汤逊放电理论一、汤逊放电理论实验原理图光照射平行板电级汤逊放电试验：汤逊放电理论气体的伏安特性汤逊放电理论二、均匀电场中气体的击穿过程电流随外施电压的提高而增大，因为带电质点向电极运动的速度加快电流饱和，带电质点全部进入电极，电流仅取决于外电离因素的强弱（良好的绝缘状态）电流开始增大，由于电子碰撞电离引起的电流急剧上升放电过程进入了一个新的阶段（击穿）汤逊放电理论二、均匀电场中气体的击穿过程电流饱和带电质点全部进入电极，电流仅取决于外电离因素的强弱（良好的绝缘状态）汤逊放电理论激励、电离和复合饱和段（气体仍处于良好的绝缘状态）碰撞电离段OAAB