1-4不同電壓形式下空氣間隙的擊穿1-2均勻電場中的放電1-3不均勻電場中的放電1-1氣體中帶電質點的產生與消失1-5大氣條件對空氣擊穿電壓的影響1-6提高氣隙擊穿電壓的措施1-7沿面放電與污穢放電1-8SF6氣體的絕緣特性第一章氣體放電1-1氣體中帶電質點的產生與消失學習目標1了解氣體放電的類型、熟記電氣強度的概念2了解原子的結構及電離的概念3熟知帶電質點產生的形式及影響因素4熟知帶電質點消失的形式及影響因素5領悟絕緣體與導體的辯證關系氣體絕緣？概述一、何謂絕緣（作用）？隔離電位（相當于水庫的大壩）

二、絕緣的一般分類二、絕緣的一般分類二、絕緣的一般分類二、絕緣的一般分類對變壓器絕緣對有繞組設備二、絕緣的一般分類1.氣體放電——氣體由絕緣狀態突變為良好導電狀態的過程2.擊穿電壓——擊穿時最低臨界電壓（kV）三、氣體放電及相關概念3.擊穿場強（電氣強度）——均勻電場中擊穿電壓與間隙距離之比(kV/cm)如:空氣在標準狀態下的電氣強度為30kV/cm,SF6氣體約為75-90kV/cm四、氣體放電的類型

氣體放電

統稱為放電（discharge)

1-1氣體中帶電質點的產生與消失１、碰撞游離２、光游離３、熱游離４、表面游離一、氣體中帶電質點的產生原子、原子核、激發、電離示意圖能量能量中性原子激發游離原子核外的電子從離原子核較近的軌道跳到離原子核較遠的軌道上去原子中的一個或幾個電子完全脫離原子核的束縛而成為自由電子和正離子（即帶電質點）1.碰撞游離自由行程λ:質點兩次碰撞之間的距離。平均自由行程越大，越容易發生碰撞游離。平均自由行程與氣體間的壓力P成反比，與絕對溫度T成正比。碰撞電離動畫各種短波長的高能輻射線，如各種宇宙射線，紫外線、貝塔射線、X線等才有使氣體產生光游離的能力。由光游離產生的自由電子稱為光電子。超新星爆發宇宙射線2、光游離電磁波與高能射線3.熱游離高溫下，氣體質點熱運動所具有的動能大于氣體的游離能，在互相碰撞中引起氣體質點的游離。熱游離是在熱狀態下產生碰撞游離和光游離的綜合。4.表面游離金屬電極加熱（熱電子發射）正離子撞擊陰極短波光照射電極（光電效應）強電場發射4.表面電離：氣體中的金屬電極表面游離出自由電子的現象短波光照射正離子撞擊陰極強場發射強電場（106V/cm數量級）一、氣體中帶電質點的產生二、氣體中帶電質點的消失1.漂移(定向運動消失于電極)從濃度較大的區域轉移到濃度較小的區域影響因素：氣體的壓力越高或溫度越低，擴散過程也就越弱。2.擴散

強烈的游離區總是強烈的復合區光輻射在一定條件下又可能成為導致光游離的因素3.復合正、負電荷的質點相遇，發生電荷的傳遞、中和而還原成中性質點的過程容易附著電子形成負離子的氣體稱為電負性氣體，如氧氣、氯氣、氟氣、水蒸氣、六氟化硫等都屬于電負性氣體4.吸附效應（負離子的形成，阻礙放電發展）在電場作用下，氣體中放電是不斷發展以致擊穿，還是氣體尚能保持其電氣強度而起絕緣作用，就取決于上述兩種過程的發展情況。討論本節的意義高電壓技術—氣體中帶電質點的產生與消失氣體中帶電質點的產生與消失

氣體中帶電質點的產生2

氣體中帶電質點的消失3氣氣體放電概述1了解原子的結構及電離的概念學習目標了解帶電質點產生的形式及影響因素了解原子的結構及電離的概念了解帶電質點消失的形式及影響因素了解氣體放電的相關概念、類型01氣體放電相關知識1、氣體放電—氣體由絕緣狀態突變為良好導電狀態的過程2、擊穿電壓（Ub）—擊穿時的最低臨界電壓（kV）3、擊穿場強或電氣強度（Eb）——在均勻電場中擊穿電壓與間隙距離之比(kV/cm)一.氣體放電的相關知識

空氣：在標準狀態下的電氣強度為30kV/cm

SF6氣體：75-90kV/cm1.氣體放電的相關概念2.氣體放電的類型輝光放電電暈放電火花放電電弧放電一.氣體放電的相關知識1.輝光放電2.火花放電3.電弧放電4.電暈放電5.刷狀放電氣體放電類型各種放電類型的特點：電源容量？氣體壓力？放電外形？溫度高低？一.氣體放電的相關知識3.氣體放電的兩種表現形式1.擊穿（breakdown）2.閃絡(flashover)一.氣體放電的相關知識02氣體中帶電質點的產生與消失幾個名詞解釋?

激勵?

電離?

電子平均自由行程?

復合?

電子崩5原子激勵原子能級

以電子伏為單位1eV＝1V×1.6×10-19C＝1.6×10-19J原子激勵原子在外界因素作用下，其電子躍遷到能量較高的狀態，所需能量稱為激勵能We，原子處于激勵態激勵狀態恢復到正常狀態時，輻射出相應能量的光子，光子（光輻射）的頻率υ，h普朗克常數We

=

hυ6原子電離原子電離在外界因素作用下，其一個或幾個電子脫離原子核的束縛而形成自由電子和正離子電離過程所需要的能量稱為電離能Wi

(ev)，也可用電離電位Ui（v）8二.氣體中帶電質點的產生知識準備：原子結構；原子的激發與電離絕緣配合能量能量中性原子激發電離激發：電子從離原子核較近的軌道跳到離原子核較遠的軌道上去電離：一個或幾個電子完全脫離原子核的束縛成為自由電子和正離子（即帶電質點）知識準備：原子結構；原子的激發與電離二.氣體中帶電質點的產生氣體中帶電質點的產生形式１、電子或正離子與氣體分子的碰撞電離２、各種光輻射（光電離）３、高溫下氣體中的熱能（熱電離）４、氣體中的固體或液體金屬的表面電離二.氣體中帶電質點的產生1.碰撞電離必要條件：撞擊質點所具有的能量不小于被撞擊質點在該種狀態下所需的電離能m——電子的質量ν——電子的運動速度Wi——氣體原子或分子的電離能二.氣體中帶電質點的產生1.碰撞電離m——電子的質量ν——電子的運動速度Wi——氣體原子或分子的電離能影響碰撞電離能力的因素：1.平均自由行程越大，越容易發生碰撞游離。自由行程λ——質點兩次碰撞之間的距離。2.平均自由行程又與氣體間的壓力P成反比，與絕對溫度T成正比。一個重要概念：λ

∝二.氣體中帶電質點的產生超新星爆發宇宙射線2.光電離h——普朗克常數，4.14×10-15evsv——光的頻率各種短波長的高能輻射線，如宇宙射線、貝塔射線、X線、紫外線等才有使氣體產生光游離的能力。由光游離產生的自由電子稱為光電子。在氣體放電過程中，當處于激勵狀態的原子回到常態，以及異號帶電質點復合時，都以光子的形式放出多余的能量。光電離產生的自由電子稱為光電子。超新星爆發二.氣體中帶電質點的產生3.熱游離氣體在熱狀態下引起的電離過程稱為熱電離。在高溫下的氣體，由于氣體分子運動加劇，可能發生電離現象。氣體溫度升高時，其熱輻射光子的能量及數量也隨著增大，光子與氣體分子碰撞也可能發生光電離。因此，熱電離實質上是在熱狀態下產生碰撞電離和光電離的綜合。

K——玻爾茨曼常數1.38×10-23J/KT——熱力學溫度，K二.氣體中帶電質點的產生4.表面電離

4.正離子撞擊陰極表面（二次發射）金屬電極的表面電離出電子的過程。逸出功—從金屬表面電離出電子所需要的最小能量。1.強電場發射（冷發射）2.金屬電極加熱（熱電子發射）3.短波光照射電極（光電效應）二.氣體中帶電質點的產生1.漂移(定向運動消失于電極)二、氣體中帶電質點的消失電場力作用下，帶電質點作定向運動，流入電極后被中和。帶電質點在電場中作定向移動的平均速度稱為驅引速度，驅引速度與電場強度、遷移率成正比。由于電子的質量和半徑遠小于離子，在定向移動過程中，電子的遷移率比離子大兩個數量級，驅引速度也大兩個數量級。03氣體中帶電質點的消失2.擴散2.電子的質量和直徑遠小于離子，使得電子熱運動過程中所受到的碰撞的概率小得多，故電子的擴散作用比離子要強得多。影響因素1.氣體的壓力越高或溫度越低，擴散過程也就越弱。帶電質點在空間各處有趨于均勻的過程，帶電質點總是從濃度較大的區域向濃度較小的區域擴散。擴散與氣體熱運動有關。三.氣體中帶電質點的消失3.復合1.異號電荷的濃度越大，復合的過程也越快速越強烈，強烈的電離區也是強烈的復合區。2.異號電荷的相對速度越小，相互作用的時間就越長，復合的可能性也就越大。3.氣體中電子的運動速度比離子要大得多，故電子與正離子發生復合的概率很小，通常是先形成負離子，再發生正負離子的復合。氣體中異號電荷的粒子相遇時，由帶電質點還原為中性質點的過程稱為復合。復合的過程是帶電質點在接近時通過電磁力相互作用完成的（異號電荷間的靜電力）。復合過程總是釋放能量的。影響復合的因素三.氣體中帶電質點的消失4.吸附效應有些電子和氣體原子或分子碰撞時，非但沒有電離出新電子，碰撞電子反而被氣體分子吸附而形成了負離子，稱為吸附效應。容易吸附電子形成負離子的氣體稱為電負性氣體，如氧、氯、氟、水蒸氣和六氟化硫氣體等。（負離子的形成，阻礙放電發展）三.氣體中帶電質點的消失氣體中帶電質點的產生與消失總結在電場作用下，氣體中放電是不斷發展以致擊穿，還是氣體尚能保持其電氣強度而起絕緣作用，就取決于上述兩種過程的發展情況。環保型C4F7N混合氣體由于SF6氣體具有優良的絕緣特性及穩定的化學性能，在電力設備中獲得了廣泛的應用。隨著社會的發展，自然環境面臨的壓力越來越高，人們需要把環境保護作為一個更加優先的事項來處理，我國也提出了2030年實現碳達峰、2060年實現碳中和的目標。而SF6的溫室效應潛在值（GWP）是CO2的23500倍，SF6的大規模應用，將會加劇全球變暖趨勢，因此，尋找一種能代替SF6的氣體顯得非常必要，在探索的過程中，一種名為全氟異丁腈（C4F7N）的氣體引起了人們的關注。C4F7N的分子量為195，沸點-4.7℃，凝固點-118℃，不可燃，化學性能穩定。純凈的C4F7N絕緣性能為SF6的2倍以上，GWP值為2100。當與CO2，N2等氣體混合應用時，C4F7N的濃度為20%，即可達到與SF6相當的絕緣性能，而GWP值僅為SF6的2%。目前，國內外都已經開展了C4F7N在電力設備中的實踐應用。拓展

C4F7N的分子結構普朗克常數普朗克被譽為量子力學之父，于1918年獲得諾貝爾物理學獎，和愛因斯坦并稱為20世紀最重要的兩位物理學家。普朗克在研究熱體輻射時，發現在光波的發射和吸收過程中，物體的能量變化是不連續的，或者說，物體通過分立的跳躍非連續地改變它們的能量，每一份能量值只能取某個最小能量元的整數倍，這份能量值等于hν，ν為輻射電磁波的頻率，h為一常量，這個常量h被稱為普朗克常數。普朗克常數大小為6.63×10-34

J·s。除了普朗克常數外，還有一系列的普朗克常量，如普朗克時間、普朗克長度等。普朗克長度和普朗克時間，它們是指我們這個宇宙中存在的最小的尺度。其中普朗克長度的大小為