氣體介質(zhì)擊穿-正文
氣體介質(zhì)在電場作用下發(fā)生碰撞電離而導(dǎo)致電極間貫穿性放電的現(xiàn)象。氣體介質(zhì)擊穿與很多因素有關(guān)，其中主要的影響因素為作用電壓、電極形狀、氣體的性質(zhì)及狀態(tài)等。氣體介質(zhì)擊穿常見的有直流電壓擊穿、工頻電壓擊穿、沖擊電壓擊穿、高氣壓電擊穿、高真空電擊穿、負電性氣體擊穿。
直流電壓擊穿 直流電壓作用下的。可分為以下兩種。
?、僭陔姌O間電場是均勻的情況下,氣壓低于1大氣壓（約0.1兆帕）時,間隙擊穿電壓服從于帕邢定律。對于空氣介質(zhì)，擊穿電壓Ub可按經(jīng)驗公式 
進行計算。式中d為電極間距離（cm），δ為空氣相對密度。一般情況下,空氣介質(zhì)擊穿電壓也可近似地用30kv/cm的擊穿場強來估計。對于稍不均勻電場，如兩球電極的間隙，當電極距離d與球直徑D之比d/D＜1/4時，可看作均勻電場，超過此限度時就不能這樣考慮了。
?、谠跇O不均勻電場的情況下，如棒－板電極的間隙，擊穿場強Eb大為降低,并且還會出現(xiàn)極性效應(yīng),即正極性棒對負極性板的間隙擊穿電壓小于相反極性的情形，如圖1所示。
工頻電壓擊穿 工頻交流電壓作用下的。在均勻電場（見不均勻電場）的間隙中，工頻擊穿電壓和直流擊穿電壓相等。在極不均勻電場的間隙中（如棒－板間隙），擊穿總是發(fā)生在棒電極處于正極性的狀態(tài)，因而交流擊穿電壓幅值與正極性棒對負極性板間隙的直流擊穿電壓相近。棒－板空氣間隙的交流平均擊穿場強為Eа≈4.8kV/cm，與上述E+很接近。為提供高電壓輸電線或變電所空氣間隙距離的設(shè)計依據(jù)，近年來很多人研究長空氣間隙的工頻擊穿電壓（見長間隙擊穿）。
沖擊電壓擊穿 沖擊電壓作用下的現(xiàn)象。沖擊電壓可分兩類：一類是雷電沖擊電壓，其標準波形為1.2/50
高氣壓電擊穿 由于氣體壓力與氣體密度成正比，因而氣壓將直接影響電子的自由程，從而影響電離和擊穿。帕邢定律表明,在相同的間隙距離下,提高氣體壓力可提高其擊穿電壓。然而高氣壓下的機理與湯森理論有很大差異。高氣壓電擊穿有以下特點：①超過一定氣壓Pc之后（各種氣體的Pc值不同,例如SF6的Pc約在6kg/cm2 以上），擊穿電壓有較大的分散性。經(jīng)過多次放電之后（一般稱“鍛煉”），擊穿電壓值漸趨穩(wěn)定。但即使在鍛煉之后，偶而也會出現(xiàn)很低的擊穿電壓。②陰極材料對擊穿電壓有影響。陰極材料的結(jié)構(gòu)，例如有無雜質(zhì)，單晶或多晶，是否有位錯等，也會影響擊穿電壓的大小。③電極表面狀態(tài)的影響。電極表面加工及清潔程度對擊穿電壓有作用。如電極經(jīng)拋光、除油等處理后，擊穿電壓比處理前高。④電極面積增大，擊穿電壓將有所降低。⑤氣體中若含有水氣及懸浮尖埃等雜質(zhì)，則會降低擊穿電壓。因此所充氣體應(yīng)經(jīng)過凈化處理。
高真空電擊穿 由于高真空狀態(tài)下氣體密度減少到很小的程度,電子或離子的自由程將很長,以致在間隙中不易發(fā)生碰撞電離，因此間隙的擊穿電壓將會很高（帕邢定律的左半支曲線）。某些設(shè)備高真空間隙的擊穿場強可高達1.3MV/cm。影響真空間隙擊穿過程有許多因素，如真空度、間隙距離、電極材料、電極狀態(tài)、電壓作用時間等。在真空放電中,電極表面過程,特別是陰極表面過程是非常重要的，許多研究工作圍繞著這個問題進行，提出了各種真空擊穿放電模型，如場致發(fā)射模型、微粒模型、微放電模型等。對于脈沖電壓擊穿的機制，看法比較一致。對于穩(wěn)態(tài)電壓下的真空擊穿機制，P.A.恰特登認為,在間隙距離d≈10-3～10-1cm的區(qū)域，可能是場致發(fā)射引起擊穿；在d≈10-1～1cm的區(qū)域,可能是微放電的擊穿機制；更大的間隙， 可能是微粒擊穿機制。
負電性氣體擊穿 六氟化硫、氟利昂、四氯化碳等許多種鹵化物氣體的擊穿現(xiàn)象。這些氣體的擊穿場強比空氣的高。其主要原因是鹵族元素具有很強的負電性,易于吸附電子形成負離子，而負離子的運動速度遠小于電子，很容易和正離子發(fā)生復(fù)合，使氣體中帶電質(zhì)點減少，因而放電的形成和發(fā)展比較困難。其次是這些氣體的分子量和分子直徑都較大,使電子在其中的自由程縮短,不易積聚能量，因而減少了電子碰撞電離的能力。這些氣體相對于空氣的擊穿場強，或稱相對介電強度列于表中。
表中還列出了上述材料在98千帕下的液化溫度。電力設(shè)備中選用負電性氣體作為絕緣介質(zhì)時，除要求高介電強度外，還要求較低的液化溫度和良好的化學穩(wěn)定性。因為液化溫度較高的氣體不能在低溫下或寒冷地區(qū)運行，也不能增加壓力以提高其擊穿電壓；化學性能不穩(wěn)定則容易分解或與其他材料起反應(yīng)。例如四氯化碳的介電強度雖然較高，但其液化溫度過高，而且在放電過程中容易分解產(chǎn)生氯氣。六氟化硫則液化溫度低而化學性能穩(wěn)定，它的相對介電強度為2.5～3.0，在工程中應(yīng)用。
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