气体的绝缘强度

高电压技术第一章气体的绝缘强度思维导图，包括：1.气体放电基本物理过程，2.气体放电基本理论，3.沿面放电与污闪，4.气体击穿的发展过程。

气体的绝缘强度

• 1. 气体放电基本物理过程
  • 1. 带电粒子的产生
    • 1. 原子的激励
    • 2. 气体分子电离（游离）
    • 3. 碰撞电离
      • (1) 定义：电子与气体分子碰撞
      • (2) 产生条件：带电质点动能气体原子（或分子）的电离能
      • (3) 注：碰撞电离主要是由电子引起，离子引起的碰撞电离概率要比电子引起的小得多。 带电粒子的迁移率： k = v / E ．它表示该带电粒子在单位场强下沿电场方向的漂移速度由于电子的平均自由行程长度比离子大的多，而电子质量比离子小得多，更易加速，所以电子的迁移率远大于离子。
    • 4. 光电离
      • (1) 光辐射引起气体原子（分子）电离
      • (2) 产生条件：光子的能量气体原子（或分子）的电离能
      • (3) 注：波长越短的光子光电离能力越强，如宇宙射线，短波紫外线， v 射线等。工程上常采用紫外线来产生光电离引起气隙放电
    • 5. 热电离
      • (1) 定义：气体热状态引起的电离过程（分子之间的相互碰撞）
      • (2) 产生条件：气体质点热运动所具有的动能气体原子（或分子）的电离能
      • (3) 电离度：气体中已发生电离的分子数与总分子数的比值 m 称为该气体的电离度。（只有在温度超过数干 K 甚至10000K时，才会考虑热电离）
    • 6. 电极表面电离
      • (1) 定义：外界电离因素作用下，电子从金属电极表面释放
      • (2) 产生条件：电子的能量不小于金属的逸出功（正离子撞击阴极表面，光电子发射（光电效应），热电子发射，强场发射（冷发射／场致发射）)
      • (3) 逸出功：电子从金属表面逸出所需要的能量。金属的逸出功比气体分子的电离能小很多，这表明金属表面电离比气体空间电离更易发生。
  • 2. 带电粒子的运动与消失（去游离）
    • (1) 漂移（定向运动）：带电质点在电场力的作用下流入电极的过程
    • (2) 扩散带电质点由于热运动而逸出放电空间。是热运动造成的，与气体状态（温度和压力）有关，气压越低，温度越高，扩撒越快
    • (3) 复合：正离子无负离子相遇而相互中和成中性原子的过程。过程中多余的能量将以光子的形式向周围发射，光子传播进一步造成光电离。复合速率与带电粒子浓度和电场强度直接相关：离子浓度越大，电场强度越小，复合进行的越快。
    • (4) 附着效应
      • I. 电子与原子碰撞时，电子附着原子形成负离子。使自由电子数减少，对气体放电起抑制作用。 F ,O都是常见的电负性较强的元素。
  • 3. 气体放电物理过程的基本概念
    • (1) 气体放电形式
      • I. 辉光放电
      • II. 火花放电
      • III. 电弧放电
      • IV. 电晕放电
    • (2) 非自持放电与自持放电
    • (3) 平均自由行程长度入：粒子单位行程中碰撞次数的倒数（粒子相邻两次碰撞之间的平均所走的行程）
    • (4) 电子崩
      • 4.1①崩头大，崩尾小 ②电子发生电子碰撞后电子的速度快，所以会大量集中在崩头 ③正离子移动速度较慢，所以缓慢的移向崩尾
      • 4.2．适用范围：均匀场、低电压、短气隙
    • (5) 碰撞电离系数：一个电子沿电力线方向行径1cm时平均发生的碰撞电离次数的平均值。一般用 a 表示。结论：电场强度 E 增大， a 增大；气体压力 P 很大（电子的平均自由行程入很小）或者气体压力 P 很小（电子的平均目由行程入很大）时， a 值都很小
• 2. 气体放电基本理论
  • 1. 巴申定律
    • (1) 气体间隙击穿电压 Ub 是气压 P 与间隙距离 d 乘积的函数，有极小值
    • (2) 巴申定律的应用：采用高真空和高气压可以提高间隙的击穿电压
  • 2. 汤逊理论
    • (1) 内容
      • I. 电子向阳极运动发生碰撞电离是气体放电的主要原因( a 过程）
      • II. 正离子沿电场方向运动发生碰撞过程（过程）
      • III. 正离子撞击阴极表面释放电子（阴极发射电子过程）
    • (2) 自持放电条件
    • (3) 理论核心
      • I. 电离的主要因素是空间碰撞电离
      • II. 正离子碰撞阴极导致的表面电离是自持放电的必要条件
    • (4) 局限性
  • 3. 流注理论
    • (1) 理论要点：电子碰撞电离及空间光电离是自持放电的主要因素
    • (2) 自持放电条件：间隙出现流注，放电由空间光电离自行维持
    • (3) 理论核心
      • I. 适用范围：高气压、长气隙
      • II. 放电维持的主要因素是空间光电离
      • III. 考虑空间电荷对电场的畸变作用
• 3. 沿面放电与污闪
  • 1. 沿面放电
    • (1) 基本概念
      • I. 沿面放电：着固体介质表面的气体发生的放电。且放电电压比纯空气间隙的放电电压低的多。
      • II. 闪络：沿面放电发展到贯穿两极的现象称为闪络。
      • III. 滑闪放电：极不均匀电场中具有强垂直分量的沿面放电特有形式。
    • (2) 类型与特点
      • I. 均匀和稍不均匀电场中
      • II. 极不均匀电场中
        • i. 具有强垂直分量（弱切向分量）时
          • A. 套管型放电发展特点
          • B. 放电过程
            • a. 电晕放电
            • b. 线状辉光放电
            • c. 滑闪放电
            • d. 闪络放电
        • ii. 具有强切线分量（弱垂直分量）时（支柱绝缘子型）
    • (3) 沿面放电的影响因素
      • I. 固体介质特性：工频闪络电压高低主要取决于该固体材料的亲水性或憎水性
      • II. 电场类型
      • III. 气体状态的影影响：气体压カ和湿度对沿面放电电压有显著影响
      • IV. 介质表面状况的影晌：污秽物质的污染，沿面电压显著降低
  • 2. 污闪
    • (1) 四个阶段：积污，受湘，干区形成，局部电弧的出现和发展
    • (2) 影响污闪电压的因素：
      • I. 污秽的性质和污染程度
      • II. 湿润方式
      • III. 泄漏距离
      • IV. 外施电压种类：污闪是局部电弧不断拉长的过程，因此电压作用时间越短就越不容易导致闪络。
    • (3) 防止污闪措施
      • I. 调整爬距（増大泄露距离），定期不定期的清扫，涂料，半导体釉绝缘子，新型合成绝缘子
    • (4) 等值盐密（等值附盐密度）：每平方厘米表面上沉积的等效氯化钠（ Nacl ）的毫克数。表征绝缘子表面的污秽度。 我国按三方面划分污区等级（污秽等级）：污源，气象条件，等值盐密
    • (5) 干闪电压＞湿闪电压＞污闪电压
• 4. 气体击穿的发展过程
  • 1. 电场分类
    • (1) 均匀电场：( f =1）无限大平行板电容器
    • (2) 稍不均匀电场：(1< f <2）球﹣球间隙不均匀电场
    • (3) 极不均匀电场：( f >4）棒﹣板间隙、棒﹣棒间隙
  • 2. 电晕放电
    • (1) 极不均匀电场的局部自持放电现象
    • (2) 极不均匀电场气隙击穿的第一阶段
    • (3) 起晕电压：能够引起电晕的电压称为起晕电压。起晕电压与电极的越小，起晕电压越低。均匀电场起晕电压基本等于击穿电压，非均匀电场越不均匀，气隙的起晕电压、击穿电压越低
    • (4) 电晕放电的危害
      • I. 电晕损耗
      • II. 无线电干扰
      • III. 可闻噪声
    • (5) 防晕措施
      • I. 最根本的途径是限制和降低导线的表面电场强度（工程上采用分裂导线（另一个作用：克服集肤效应，提高输电力)；改进电极形状，増大电极曲率半径，表面光滑）使其低于电晕放电的起始强度
  • 3. 极性效应
    • (1) 定义：同一个不对称不均匀电场中，改变电极的正负，其击穿电压发生明显变化，这种现象称为极性效应。
    • (2) 极不均匀电场中的极性确定
      • I. 两电极几何形状不同时，极性取决于曲率半径较小的那个电极电位符号
      • II. 两电极几何形状相同时，极性取决于不接地的那个电极上的电位符号
    • (3) 棒﹣板气隙极性效应
      • I. 击穿电压：负棒一一正板(10kv/ cm )＞正棒一一负板（4.5kv/ cm )
      • II. 起晕电压：正棒一﹣负板＞负棒一一正板
  • 4. 长气隙击穿过程
    • (1) 电晕放电、先导放电、主放电