第3講回顧流注理論不均勻電場的放電特點——電暈極不均勻場中的放電過程第一頁1第二頁，共31頁。１——主放電通道２——主放電和先導通道的交界區３——先導通道第二頁2第三頁，共31頁。先導的發展正棒—負板間隙中先導通道的發展（ａ）先導和其頭部的流注ｋｍ；（ｂ）流注頭部電子崩的形成；（ｃ）ｋｍ由流注轉變為先導和形成流注ｍｎ；（ｄ）流注頭部電子崩的形成；（ｅ）沿著先導和空氣間隙電場強度的分布第三頁3第四頁，共31頁。1.3.4極不均勻場中的極性效應正棒－負板第四頁4第五頁，共31頁。正棒－負板電子運動速度快，迅速進入棒極；棒極附近積聚起正空間電荷，削弱了棒極附近的電場強度而加強了正離子群外部空間的電場結果：（1）使電暈起始電壓提高。（2）外部空間電場加強，有利于流注的發展，因此擊穿電壓較低。第五頁5第六頁，共31頁。負棒—正板第六頁6第七頁，共31頁。負棒—正板電子崩中的電子離開強電場區后，不再能引起電離，向陽極運動的速度也越來越慢。電子崩中的正離子加強了棒極附近的場強，使棒極附近容易形成流注。結論：（1）電暈起始電壓比正極性時要低。（2）正空間電荷產生的附加電場與原電場方向相反，削弱了外部空間的電場，阻礙了流注的發展，因此擊穿電壓較高。第七頁7第八頁，共31頁。上次課回顧（1）曲率半徑：曲率半徑小的電極附近電荷密度高，易于使氣體分子的電子脫離原子核，形成電離。電極曲率半徑越大，越不易發生電暈放電，但有利于電暈放電的擴大，電暈放電發展得越強烈，空間電荷對電場均勻的作用越大電極間距

：鄰兩相電極表面間的最短距離。電極間距離d和電極曲率半徑D之比越大，電場越不均勻。（如何理解？）結合圖1-8球球間隙【曲率半徑D不變，間距d增大】當間距d很大時，電極形狀對擊穿電壓影響較小，不同球徑的電極擊穿電壓的差別不大，且都接近于尖板電極。不對稱電極有極性效應：正極性和負極性放電特性不同（為什么？）均勻電場不易發生電離，但流注一旦形成，流注隨即貫穿整個間隙，導致間隙擊穿。（比較均勻電場中的電暈電壓≈擊穿電壓）不均勻電場易發生電離，但流注形成后，需進一步增加電壓才可能導致間隙擊穿。（不均勻電場中的電暈電壓﹤擊穿電壓）第八頁8第九頁，共31頁。上次課回顧（2）先導：長間隙放電時，流注發展到足夠長度后，將有較多的電子沿通道流向電極，流過通道根部的電子最多，流注根部溫度最高，出現熱電離過程。這個具有熱電離過程的通道稱為先導。主放電階段：先導頭部的流注發展到板極時，立即又有一個放電過程從板極向棒極反向發展（迎接流注），稱為主放電階段。棒板間隙：棒極出發的先導和板極出現的流注之一相遇時，立即轉入放電階段。棒棒間隙：兩棒極都可發展先導，正負先導相遇后，立即轉入主放電。極不均勻電場：長間隙有：非自持放電、流注發展、先導放電和主放電四個階段。短間隙沒有先導放電階段（為什么？）幫助理解（棒板間隙的極性效應）的一些概念和特性正極發展的先導—正先導正極發展正流注負極發展的先導—負先導 負極發展負流注負先導開始早，發展快。【棒棒間隙】負流注易形成，不易發展。（正流注不易形成，易發展）【棒板間隙】第九頁9第十頁，共31頁。預備知識直流電壓、工頻電壓、雷電沖擊電壓、操作沖擊電壓幅值高的電壓，作用一會就能擊穿。幅值低的電壓，需要長時間作用才能擊穿。一定時間的作用足夠幅值的電壓足夠幅值的電壓擊穿條件第十頁10第十一頁，共31頁。1.4雷電沖擊電壓作用下氣體的擊穿一、雷電沖擊電壓標準波形(一種)非周期性指數衰減波視在波頭時間T1，視在波尾時間T2）T1＝1.2

s（

30%）

T2＝50

s（

20%）

第十一頁11第十二頁，共31頁。二、放電時延經t1電壓升高到靜態擊穿電壓，再經時間tlag，間隙才擊穿。統計時延ts——從t1時刻到出現第一個有效電子所需時間。放電形成時延tf——從第一個有效電子出現直至間隙擊穿所需時間。放電時延

tlag＝ts＋

tf沖擊放電所需全部時間tb=t1+ts+tf短間隙，電場較均勻，ts＞＞tf，放電時延取決于ts長間隙，電場不均勻，ts短，

tf長

，放電時延取決于tf第十二頁12第十三頁，共31頁。三、雷電50%沖擊擊穿電壓（U50%）

沖擊電壓作用下，保持波形不變。隨沖擊電壓幅值的提高，間隙的擊穿概率越來越大；當電壓超過某一值后，間隙100%擊穿。原因：隨外加電壓升高，放電時延縮短；由于放電時延的分散性，ts短的間隙易發生擊穿，ts長的間隙不易發生擊穿。放電時延具有統計特性U50%——在多次施加電壓時，其中正好半數能導致擊穿的電壓，即擊穿概率為50%的電壓值，反映間隙的耐受沖擊電壓的特性第十三頁13第十四頁，共31頁。50%沖擊擊穿電壓（U50%）

均勻電場和稍不均勻電場下的擊穿電壓——擊穿電壓分散性小，其雷電沖擊50％擊穿電壓U50%≈靜態擊穿電壓Us（即持續作用電壓下的擊穿電壓），即沖擊系數＝

1。 50%沖擊擊穿電壓（U50%）沖擊系數＝ 靜態擊穿電壓（Us）

極不均勻電場下的擊穿電壓——由于放電時延較長，通常雷電沖擊50％擊穿電壓U50%

﹥靜態擊穿電壓，即沖擊系數大于l，擊穿電壓的分散性大一些。第十四頁14第十五頁，共31頁。四.伏秒特性

雷電沖擊電壓持續時間短，間隙的擊穿電壓存在放電時延現象。用50%沖擊擊穿電壓表征間隙擊穿特性不夠，需用擊穿電壓值與放電時間的關系曲線確定間隙的擊穿特性，即伏秒特性。伏秒特性的繪制——實驗方法

保持間隙距離不變、保持沖擊電壓波形不變(電壓幅值可變)，逐級升高電壓使氣隙發生擊穿，讀取擊穿電壓值U與擊穿時間t。第十五頁15第十六頁，共31頁。伏秒特性曲線的形狀與電場分布有關均勻電場和稍不均勻電場中，擊穿時平均場強較高，放電發展較快，放電時延較短，伏秒特性曲線平坦。極不均勻電場中，平均擊穿場強較低，放電時延較長，放電分散性大，伏秒特性曲線較為陡峭。

擊穿電壓----間隙上可出現的電壓最大值第十六頁16第十七頁，共31頁。伏秒特性的分散性放電時間具有分散性，每級電壓下測得不同的放電時間----伏秒特性是以上、下包絡線為界的一個帶狀區域通常用平均伏秒特性或50%伏秒特性表征間隙的擊穿特性第十七頁17第十八頁，共31頁。伏秒特性的用途Ｓ２對Ｓ1起保護作用在高幅值沖擊電壓作用下，Ｓ２起不到保護作用伏秒特性的配合：左圖被保護設備絕緣的伏秒特性S1與保護間隙的伏秒特性S2，兩間隙并聯可達到完全保護。【絕緣配合】右圖不能完全配合：電壓較低時，S2可以保護S1；電壓較高時，則不行第十八頁18第十九頁，共31頁。1.5操作沖擊電壓作用下氣體的擊穿一、操作沖擊電壓標準波形(兩種)非周期性指數衰減波（自然波頭時間/自然波尾時間）推薦操作沖擊電壓的標準波形為250／2500s（T1/T2）衰減振蕩電壓波第一個半波的持續時間在2000～3000s之間，反極性的第二個半波的幅值達到第一個半波幅值80％

第十九頁19第二十頁，共31頁。二、操作沖擊50%擊穿電壓均勻電場和稍不均勻電場中，間隙的操作沖擊50%擊穿電壓、雷電沖擊50%擊穿電壓和工頻擊穿電壓（峰值）幾乎相同，擊穿幾乎發生在峰值，擊穿電壓的分散性較小。極不均勻電場中，操作沖擊電壓下的擊穿通常發生在波頭部分，擊穿電壓與波頭時間有關而與波尾時間無關。第二十頁20第二十一頁，共31頁。極不均勻電場中操作50%擊穿電壓原因：放電時延和空間電荷(形成及遷移)兩個因素U曲線極小值左邊，擊穿電壓隨波前縮短（放電時間縮短）而增大----放電時延因素的作用減少。U曲線極小值右邊，擊穿電壓隨波前增大而上升----電壓作用時間增加后，空間電荷遷移范圍擴大，改善了間隙的電場分布。（1）擊穿電壓與波頭時間呈現U形曲線

第二十一頁21第二十二頁，共31頁。（續）（2）極性效應正極性下50％擊穿電壓比負極性下低，所以也更危險（3）分散性大由于空間電荷的形成、擴散和放電時延具有很大的統計性，操作沖擊電壓下間隙的擊穿電壓和放電時間的分散性比雷電沖擊電壓下大得多。（4）“飽和”現象（右圖） 極不均勻電場中 操作沖擊50％擊穿電壓和間隙距離的關系具有明顯的“飽和”特征（形成先導后，放電易于發展） 雷電沖擊50％擊穿電壓和距離大致呈線性關系（5）“鄰近效應”（課本P26）電場分布情況對操作沖擊50%擊穿電壓影響很大，有顯著的“鄰近效應”。第二十二頁22第二十三頁，共31頁。氣體擊穿電壓的影響因素1、氣體種類（強介電強度氣體）4、氣體狀態（溫度、氣壓、濕度等）3、電場形式 按電場均勻程度分：均勻場/稍不均勻場/極不均勻場

2、電壓種類（直流、交流、雷電沖擊、操作沖擊等）持續作用電壓：直流和交流電壓沖擊電壓（持續作用時間段）：操作沖擊和雷電沖擊。一定時間的作用足夠幅值的電壓足夠幅值的電壓擊穿條件第二十三頁23第二十四頁，共31頁。1.6電場形式、電壓波形與擊穿電壓的關系間隙距離相同時，電場越均勻，擊穿電壓越高均勻電場直流擊穿電壓=工頻擊穿電壓峰值=50%沖擊擊穿電壓擊穿電壓分散性小空氣的擊穿電壓經驗公式稍不均勻電場直流擊穿電壓≈工頻擊穿電壓峰值≈50%沖擊擊穿電壓擊穿電壓分散性不大對于不對稱電極有極性效應，但不明顯d-間隙距離(cm)-空氣相對密度第二十四頁24第二十五頁，共31頁。1.6.2稍不均勻電場極性效應：以球球間隙為例不接地時，無極性效應，但通常會接地，此時有極性效應d<D/4，大地對球隙中電場分布影響小，且電場相當均勻；d>D/4，大地對球隙中電場分布影響加大，且平均擊穿電壓減小，擊穿電壓分散性增加第二十五頁25第二十六頁，共31頁。稍不均勻電場（續）負極性下電暈起始電壓比正極性略低稍不均勻電場中，不能形成穩定的電暈放電，電暈起始電壓就是其擊穿電壓。所以負極下擊穿電壓略低于正極性下的數值第二十六頁26第二十七頁，共31頁。極不均勻電場波形影響大，分散性大，極性效應明顯一、直流擊穿電壓三種間隙的擊穿電壓：負棒正板﹥棒棒間隙﹥正棒負板第二十七頁27第二十八頁，共31頁。二、工頻擊穿電壓三種間隙的擊穿電壓（圖1-30）負棒正板﹥棒棒間隙﹥正棒負板在棒-板間隙中，擊穿總是在棒為正的半周期內、電壓達到幅值時發生，稍低于直流電壓下的擊穿電壓，由于前半周期留下的空間電荷加強了棒極前方的電場。棒-棒間隙的擊穿電壓較棒-板間隙高，因為棒棒間隙