华科高电压附1 放电发展过程.ppt

1、一、气体放电的产生和描述,一. 气体放电及其特点,图4-1 气体间隙中的电流与电压的关系 (a)有气体间隙的直流电路；（b）气体放电的特性,1.放电种类,非自持性放电 自持性放电 自持性放电有多种形式。从非自持性放电转变到自持性放电的过渡途径取决于气体压力、电极形状、电源功率及电极间的距离等多种因素 。,2.转变为弧光放电的途径和条件,弧光放电就是自持性放电的一种形式。从c点开始，转变为弧光放电的途径和条件有： 如电场比较均匀，则到达c点后间隙将被击穿，此时c点的电压就称为间隙的击穿电压，当电源功率足够大时，击穿将直接发展成为弧光放电。 在电场比较均匀，而气体压力较低时，气体间隙击穿后，将首先

2、出现辉光放电，然后随着电流的增大逐步过渡到弧光放电。 在极不均匀电场中，当气体压力较高且回路电阻较大时，先在电极表面电场较集中的区域出现电晕放电，只有电极间电压增大到一定值后，才可能通过火花放电过渡到弧光放电。,二、真空,真空的概念 真空击穿的机理 真空断路器是20世纪初发展起来的一种以真空作为绝缘和灭弧介质的新型开关电器。,1. 真空,真空的程度用气体的绝对压力值来表示，压力越低，真空度越高。 在真空灭弧室中，压力在10-210-5Pa之间。 1个标准大气压=1.01325105Pa 1Pa=1N/m2,玻璃材质的真空灭弧室,陶瓷材质的真空灭弧室,陶瓷材质的真空灭弧室,陶瓷材质的真空灭弧室,

3、2 真空绝缘及其击穿机理,真空灭弧室内部的气体压力很低，此时残余气体分子的平均自由程远大于真空灭弧室的几何尺寸，因而对真空间隙的绝缘击穿影响很小。理想情况下，真空的击穿场强可达109Vm，但在108106Vm时，一般的真空间隙就会发生击穿。真空击穿主要取决于电极表面过程和极间粒子交换过程，其中电极表面过程是起主导作用的过程。综合目前的研究结果. 一般认为，引起真空绝缘破坏的机理主要有以下三种：（1）场致发射；（2）粒子交换；（3）微放电。,（1）场致发射和预击穿过程,宏观上无论多么光滑，电极表面不可避免地存在有许多小尖端和微观突起，这些小尖端和微观突起会引起局部电场增强，从而导致金属中自由电子

4、的冷阴极发射，形成预击穿电流。 阴极加热击穿理论； 阳极加热击穿理论；,击穿电压和间隙距离间的关系,理论计算表明，此时击穿电压Ub和间隙距离d间存在关系,(8-4),一般认为，由场致发射引起的击穿，通常是在电极间距较小（d2mm）的情况下存在。,（2）微粒迁移引起的击穿,间隙电压作用下，粘附在电极表面的微粒会集聚与电场成比例的电荷。在长间隙条件下，由于强的电机械力的作用，微粒脱离电极表面，进入间隙，在间隙中被电场加速，积累能量。当它与对面电极碰撞时，动能转化为热能，使微粒熔化和蒸发。当碰撞能量足够大时，可以产生足够的金属蒸汽。金属蒸汽被场致发射电子电离，最后引起间隙击穿。,击穿电压和间隙距离间

5、的关系,根据这一假说，Cramberg推导出击穿电压与间隙距离的关系为,(8-5),上式与一些试验结果吻合得较好，也很好地解释了长间隙中的自发击穿现象。 理论修正:认为，除了这种因微粒引起的蒸发击穿外，还可能有因粒子与电极间的局部电场增强及微粒非弹性碰撞阴极引起“瞬时的”电子发射所导致的击穿。,（3）微放电引发的击穿（粒子交换过程）,真空间隙中由表面吸附层产生的电子、正离子或负离子与电极碰撞时由二次发射产生二次粒子，这些二次粒子在电场加速下又与相对的电极碰撞产生第二代二次粒子。如果每一个二次粒子产生的第二代二次粒子数大于1，则间隙中的带电粒子数将越来越多，电流将迅速增大，造成真空击穿。 当真空

6、电极表面很清洁时，由这种过程引发击穿的可能性很小。,真空击穿的统计特性,实际上，真空间隙的绝缘击穿过程是一个非常复杂的过程，常常不是一个单一的击穿机理起作用，而是几个机理共同起作用，彼此之间难以准确地区分和描述。从本质上说，真空间隙的绝缘击穿过程是一个随机过程，击穿的引发和发展受到许多随机因素的影响，击穿电压的分布表现出明显的统计性质。,五、影响真空击穿的因素,电极的几何形状和大小 一般来说，曲率半径越大，击穿相对越困难。但对小于1mm的短间隙，情况是反常的，曲率半径小反而会增加击穿强度。 此外，在真空中，击穿电压随着电极面积的增加反而降低。真空击穿的这种面积效应。 2. 电极间隙的大小 真空间隙的击穿电压与间隙距离的关系可用下式来描述：,(8-8),长、短间隙的击穿场有差别,其中，K为比例常数，为系数，它的取值与间隙条件有关。 许多研究者认为，长间隙的击穿场强之所以与短间隙有差别，主要是因为短间隙多半是由场致发射引起击穿，而