山东理工大学：《高电压技》课程教学资源（课件讲稿）第一章 气体放电的基本物理过程和电气强度 第一节 汤逊理论和流柱理论

第一节 汤逊理论和流柱理论 主讲：何柏娜

第一节 汤逊理论和流柱理论 主讲：何柏娜

第一节汤逊理论和流注理论 高压电气设备中的绝缘介质有气体、液体、 固体以及其它复合介质。由于气体绝缘介质不存 在老化的问题，在击穿后也有完全的绝缘自恢复 特性，再加上其成本非常廉价，因此气体成为了 在实际应用中最常见的绝缘介质。 气体击穿过程的理论研究虽然还不完善，但 是相对于其他几种绝缘材料来说最为完整。因此， 高电压绝缘的论述一般都由气体绝缘开始

第一节 汤逊理论和流注理论 高压电气设备中的绝缘介质有气体、液体、 固体以及其它复合介质。由于气体绝缘介质不存 在老化的问题，在击穿后也有完全的绝缘自恢复 特性，再加上其成本非常廉价，因此气体成为了 在实际应用中最常见的绝缘介质。 气体击穿过程的理论研究虽然还不完善，但 是相对于其他几种绝缘材料来说最为完整。因此， 高电压绝缘的论述一般都由气体绝缘开始

一、非自持放电和自持放电 带电质点的消失可能有以下几种情况： >带电质点受电场力的作用流入电极； 视频链接 ~带电质点因扩散而逸出气体放电空间； >带电质点的复合。 电子在电场中的运动轨迹 扩散：热运动中，粒子从浓度较大的区域运动到浓度较 小的区域，从而使分布均匀化，这种过程称为扩散。 复合：当气体中带异号电荷的粒子相遇时，有可能发生 电荷的传递与中和，这种现象称为复合

一、非自持放电和自持放电 带电质点的消失可能有以下几种情况： Ø带电质点受电场力的作用流入电极 ； Ø带电质点因扩散而逸出气体放电空间； Ø带电质点的复合。 扩散：热运动中，粒子从浓度较大的区域运动到浓度较 小的区域，从而使分布均匀化，这种过程称为扩散。 复合：当气体中带异号电荷的粒子相遇时，有可能发生 电荷的传递与中和，这种现象称为复合。 视频链接 电子在电场中的运动轨迹

宇宙射线和放射性物 质的射线会使气体发生微 弱的电离而产生少量带电 光照9 质点；另一方面正负带电 质点又在不断复合，使气 体空间存在一定浓度的带 电质点。因此，在气隙的 电极间施加电压时，可检 图测定气体中电流的回路示意图 测到微小的电流

宇宙射线和放射性物 质的射线会使气体发生微 弱的电离而产生少量带电 质点；另一方面正负带电 质点又在不断复合，使气 体空间存在一定浓度的带 电质点。因此，在气隙的 电极间施加电压时，可检 测到微小的电流

由图1-3可见， (1)在I-U曲线的0A段： 气隙电流随外施电压的提高而 身持放电区 增大，这是因为带电质点向电 极运动的速度加快导致复合率 非自持放电区 减小。当电压接近U4时，电流 趋于饱和，因为此时由外电离 U U.Uo 因素产生的带电质点全部进入 电极，所以电流值仅取决于外 图1一3气体间隙中电流与外施电 压的关系 电离因素的强弱而与电压无关

由图1-3可见， （1）在I-U曲线的OA段： 气隙电流随外施电压的提高而 增大，这是因为带电质点向电 极运动的速度加快导致复合率 减小。当电压接近 时，电流 趋于饱和，因为此时由外电离 因素产生的带电质点全部进入 电极，所以电流值仅取决于外 电离因素的强弱而与电压无关 图1－3 气体间隙中电流与外施电 压的关系 U A

(2)在I-U曲线的AB段： 自持放电区 电压升高至U,后，扩散和复 合几乎为0，AB为饱和段，良 非自持放电区 好的绝缘状态。电流仅取决于 外电离因素而与电压无关。 U U 6 图1一3气体间隙中电流与外施电 压的关系

（2）在I-U曲线的AB段： 电压升高至 后，扩散和复 合几乎为0，AB为饱和段，良 好的绝缘状态。电流仅取决于 外电离因素而与电压无关。 图1－3 气体间隙中电流与外施电 压的关系 U A

（3)在I-U曲线的BC段： 虽然电流增长很快，但电 流值仍很小，一般在微安 自持放电区 级，且此时气体中的电流 仍要靠外电离因素来维持， 一旦去除外电离因素，气 非自持放电区 隙电流将消失。 电压继续升高至U。时， 电流急剧上升，说明放电 U U 过程又进入了一个新的阶 图1一3气体间隙中电流与外施电 段。此时气隙转入良好的 压的关系 导电状态，即气体发生了 击穿

（3）在I-U曲线的BC段： 虽然电流增长很快，但电 流值仍很小，一般在微安 级，且此时气体中的电流 仍要靠外电离因素来维持， 一旦去除外电离因素，气 隙电流将消失。 电压继续升高至 时， 电流急剧上升，说明放电 过程又进入了一个新的阶 段。此时气隙转入良好的 导电状态，即气体发生了 击穿。 图1－3 气体间隙中电流与外施电 压的关系 U 0 U0

因此，外施电压小于。时的放电是非自 持放电。电压达到U。后，电流剧增，且此时 间隙中电离过程只靠外施电压已能维持，不再 需要外电离因素了。外施电压达到)后的放电 称为自持放电，U,称为放电的起始电压

因此，外施电压小于 时的放电是非自 持放电。电压达到 后，电流剧增，且此时 间隙中电离过程只靠外施电压已能维持，不再 需要外电离因素了。外施电压达到 后的放电 称为自持放电， 称为放电的起始电压。 U0 U0 U0 U0

二、汤孙理论 1电子崩的形成 外界电离因素使阴极附 视频链接 近产生了一个初始电子，如 电子崩的演示 果空间电场强度足够大，该 电子在向阳极运动时就会引 起碰撞电离，产生一个新的 电子，初始电子和新电子继 续向阳极运动，又会引起新 的碰撞电离，产生更多电子。 图1一4电子崩的示意图

1.电子崩的形成 外界电离因素使阴极附 近产生了一个初始电子，如 果空间电场强度足够大，该 电子在向阳极运动时就会引 起碰撞电离，产生一个新的 电子，初始电子和新电子继 续向阳极运动，又会引起新 的碰撞电离，产生更多电子。 图1－4 电子崩的示意图 视频链接 电子崩的演示 二、汤孙理论

依此，电子将按照几何级数不断增多，类似雪崩似 地发展，这种急剧增大的空间电子流被称为电子崩 为了分析碰撞电离和电子崩引起的电流，引入： 电子碰撞电离系数、B系数、y系数

依此，电子将按照几何级数不断增多，类似雪崩似 地发展，这种急剧增大的空间电子流被称为电子崩 为了分析碰撞电离和电子崩引起的电流，引入： 电子碰撞电离系数 、 系数、 系数