均勻電場中的氣體擊穿(編輯修改稿)
2025-05-27 22:36 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 穿 流注理論 ? 試驗(yàn)測量結(jié)果：正流注 在電離室中得到的陽極流注發(fā)展過程的照片 正流注的發(fā)展速度約為 1 108～ 2 108cm/s 28 均勻電場中氣體的擊穿 流注理論 ? 電子崩是沿著電力線直線發(fā)展，流注會出現(xiàn)曲折的分支 ? 電子崩可以同時有多個互不影響地向前發(fā)展 ? 湯遜放電是彌散的一片，流注放電有明亮的細(xì)通道 29 均勻電場中氣體的擊穿 流注理論 總結(jié) 由陽極向陰極 (正流注 )或由陰極向陽極(負(fù)流注 )擊穿 強(qiáng)電場作用下 發(fā)生碰撞電離 畸變電場 發(fā)射光子 流注高速的向 電極發(fā)展 電子崩 氣隙間有效電子 形成等離子通道 （流注） 產(chǎn)生新電子崩（二次崩） 二次崩不斷匯入主崩 30 均勻電場中氣體的擊穿 流注理論 在均勻電場中的自持放電條件 ? 流注形成的條件就是自持放電條件 ? 初崩頭部空間電荷數(shù)必須達(dá)到某一臨界值 既 : eαd＝ 常數(shù) 或 αd＝ 常數(shù) （ eαd為 電子崩頭部的電子數(shù) ） ? 實(shí)驗(yàn) 所得初崩頭部的電子數(shù)要達(dá)到 108時 (α dmin＝ 20)，放電才能轉(zhuǎn)為自持 ? 存在 Pd最小值 ： 27kPa?cm。 ? 一旦形成流注，放電就進(jìn)入了新的階段，放電可以由本身產(chǎn)生的 空間光電離 而自行維持，即轉(zhuǎn)入自持放電； ? 如果電場均勻，間隙就將被擊穿。所以流注形成的條件就是自持放電條件，在均勻電場中也就是導(dǎo)致?lián)舸┑臈l件。 ?流注形成的條件 31 均勻電場中氣體的擊穿 流注理論 對 pd 較大時放電現(xiàn)象的解釋 ? 現(xiàn)象： pd 較大時，放電不均勻，有分支，有細(xì)小的通道 ? 解釋： 二次電子崩在空間的形成和發(fā)展帶有統(tǒng)計(jì)性，所以火花通道常是曲折的，并帶有分枝 ⑵ 放電時間 ? 現(xiàn)象： 放電時間極短 ? 解釋 ： 光子以光速傳播，所以流注發(fā)展速度極快，這就可以說明 pd很大時放電時間特別短的現(xiàn)象 ⑶ 陰極材料的影響 ? 現(xiàn)象： 放電與陰極材料無關(guān) ? 解釋 ： pd很大時， 維持放電自持的是空間光電離，而不是陰極表面的電離過程 ⑴ 放電外形 32 樹枝狀放電與放電發(fā)展的抑制 ? 互相補(bǔ)充說明廣闊的 Pd范圍內(nèi)的放電現(xiàn)象 33 均勻電場中氣體的擊穿 在 Pd值較小時，起始電子不可能在穿越極間距離后完成足夠多的碰撞電離次數(shù)，因而難以聚積到足夠的電子數(shù)，這樣就不可能出現(xiàn)流注，放電的自持只能依靠陰極上的 γ過程。 ? 湯遜理論： 低 氣壓、 短 間隙（ Pd值較 小 ） ? 流注理論： 高 氣壓、 長 間隙（ Pd值較 大 ） ? 臨界值 ： 27kPa?cm ? 湯遜理論 的基本觀點(diǎn)： 電離 的主要因素是 空間碰撞電離 ； 而 正離子 碰撞陰極導(dǎo)致的 表面電離是自持放電的必要條件 。 ? 流注理論 的基本觀點(diǎn)：以湯遜理論的 碰撞電離為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào) 空間電荷的電場畸變作用 ，著重于 空間光電離 來解釋放電的發(fā)展過程。當(dāng)電子崩的離子數(shù)達(dá)到 108時，引起空間光電離， 流注一旦形成，放電轉(zhuǎn)入自持 。 34 均勻電場中氣體的擊穿 35 35 P d / 1 3 3 . 3 P a c mUb / V1 0 11 001 011 021 031 041 0 01 0 0 01 0 0 0 01 0 0 0 0 0空 氣S F6廣 闊 P d 范 圍 的 放 電 現(xiàn) 象? 引起氣體放電的因素有兩個：一是 電場作用 ；二是外電離因素 ? 非自持放電 —— 去掉外電離因素的作用 后，放電 隨即停止； ? 自持放電 —— 不需要外界因素，僅由電場作用而維持的放電過程。 36 均勻電場中氣體的擊穿 總結(jié) ? 湯遜理論和流注理論自持放電條件的比較： ?湯遜理論：自持放電由 陰極表面電離 來維持 ?流注理論：依賴于 空間的光電離 1 氣體電介質(zhì)的絕緣特性 氣體中帶電粒子的產(chǎn)生和消失 均勻電場中氣體的擊穿 不均勻電場中氣體的擊穿 氣體間隙的穩(wěn)態(tài)擊穿電壓 雷電沖擊作用下氣體間隙的擊穿 操作沖擊作用下氣體間隙的擊穿 大氣條件對間隙擊穿電壓的影響 提高氣體間隙擊穿電壓的措施 沿面放電 37 38 ⒈ 均勻電場 ? 放電達(dá)到自持，間隙立即被擊穿 ，擊穿前看不到放電跡象 ? 平板電極 ⒉ 稍不均勻電場 ? 放電特性與均勻電場相似，一旦出現(xiàn)自持放電便一定立即導(dǎo)致整個氣隙擊穿，擊穿電壓取決于極間距離。 ? 測高電壓的球隙 ⒊ 極不均勻電場 ? 特有的兩大特征 ? 電暈放電 ： 極不均勻電場所特有的一種自持放電形式； ? 極性效應(yīng) ： 放電過程與電極的極性有關(guān)； ? 典型的極不均電場 ? 棒 — 棒（針 — 針）： ? 棒 — 板（針 — 板）： 不 均勻電場中氣體的擊穿 39 bUd0Dd 2?1213DDd 4?dd≤ 2D， 電場較均勻 ， 其放電特性與均勻電場相似 ， 一旦出現(xiàn)自持放電 ， 立即導(dǎo)致整個氣隙擊穿 。 d4D， 電場分布極不均勻 ， 電壓增加到某一臨界值 ， 存在電暈放電 。 外 加電壓進(jìn)一步增大 ， 表面電暈層擴(kuò)大 ， 并出現(xiàn)刷狀的細(xì)火花 ， 火花變長 ， 最終導(dǎo)致氣隙完全擊穿 。 2D~4D， 過渡區(qū)域 ， 放電過程不穩(wěn)定 ， 放電電壓分散性大 。 電場的均勻程度可以根據(jù)是否產(chǎn)生穩(wěn)定的電暈來劃分 。 40 式中： Emax—— 最大電場強(qiáng)度； Eav —— 平均電場強(qiáng)度； 電場不均勻系數(shù) f ? 引入電場 不均勻系數(shù) f 表示各種結(jié)構(gòu)的電場的均勻程度 ???????????????? ????ma x124，，avfffEfE?????均 勻 電 場稍 不 均 勻 電 場極 不 均 勻 電 場bUd0Dd 2?1213DDd 4?d? 在 稍不均勻電場中放電達(dá)到自持條件時發(fā)生擊穿現(xiàn)象 ，此時間隙中平均電場強(qiáng)度比均勻電場間隙的略小，因此在同樣極間距離時稍不均勻場間隙的擊穿電壓較均勻場間隙的要低； 在極不均勻場間隙中自持放電條件即是電暈起始條件 ，由發(fā)生電暈至擊穿的過程還必須提高電壓才能完成。 不 均
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