Bài giảng HIGH VOLTAGE - Chương 2 Phóng điện trong chất khí - Kỹ thuật điện cao áp

PHOÙNG ÑIEÄN
PHOÙNG ÑIEÄN
TRONG CHAÁT
TRONG CHAÁT
KHÍ
KHÍ
BÀI GIẢNG
CHÖÔNG 02
I. PHÂN
LOẠI
ĐIỆ
N
TRƯ
ỜN
G
Để phân loại điện
trường, có thể dùng
hệ số không đồng
nhất k
Hệ số nầy được
đònh nghóa như sau
tb
E
E
k
max

=
Trong đó:
Trong đó:



Nếu k=1
Nếu k=1
Trường
Trường
được
được


gọi là đồng
gọi là đồng
nhất
nhất


2
minmax
EE
E
tb
+
=

Nếu k<2
Nếu k<2

Trường được gọi là
Trường được gọi là
gần đồng nhất,
gần đồng nhất,

Nếu k>4
Nếu k>4
Trường được gọi là
Trường được gọi là
không đồng nhất.
không đồng nhất.
Phân loại điện trường
Phân loại điện trường
cũng có
cũng có
thể dựa vào
thể dựa vào
hệ số ion hóa va
hệ số ion hóa va
chạm
chạm
.
.
α
3
α
α
max
α
2

α
1
α
Phân bố điện trường trong 3
trường hợp 1,2,3 theo thứ tự càng
gần đồng nhất hơn.

II. Phóng điện trong điện

trường đồng nhất.
Thông số có ý nghóa quan trọng đối với
hiện tượng phóng điện là hệ số ion hóa
va chạm
α
Hệ số nầy phụ thuộc vào áp suất và
điện trường tác dụng lên chất khí.
Trong điện trường đồng nhất thì:
Hay:
const
s
U
xE
==
)(
.)( constx
=
α
KHẢO SÁT 2 TRƯỜNG
HP:
1) TRƯỜNG HP ÁP SUẤT THẤP

*mật độ phân tử khí bé
*đoạn đường tự do trung bình sẽ
lớn
*các ion dương và photon có gia
tốc lớn
*gây bắn phá bề mặt âm cực
*có thể giải thoát điện tử thứ
cấp để hình thành thác điện tử
mới.




Khi thác điện tử đầu
tiên di chuyễn đến điện
cực đối diện
thì số lượng điện tử
có trong thác là
s
e
α
thì số lượng ion
dương sinh ra tương
ứng là
1
−
s
e
α
Số ion dương nầy sẽ bắn phá vào

âm cực giải thoát số điện tử trên
bề mặt
âm cực là:
)1(
−
s
e
α
γ
Số photon do bức xạ từ điện tử
cũng tham gia vào quá trình bắn
phá âm cực và giải thoát số điện
tử tương ứng
fe
s
η
α
Từ đó xác đònh
Từ đó xác đònh
điều kiện tự
điều kiện tự
duy trì
duy trì
phóng điện:
phóng điện:
1)1(
≥+≈+−
feefee
ssss
ηγηγ

αααα
1)(
≥=+
dt
ss
efe
γηγ
αα
Hay:
Hay:
Viết lại:
Viết lại:
Hay:
Hay:
dt
s
e
γ
α
1
≥
.
1
ln consts
dt
=≥
γ
α
f
dt

ηγγ
+=
Ở đây,
Ở đây,
Hệ số ion hoá bề mặt
Hệ số ion hoá bề mặt
đẳng trò:
đẳng trò:
NHẬN XÉT:
*Để có phóng điện thì số điện
tích sinh ra trong khe hở phải
đạt đến một giá trò cần thiết
nào đó;
*Số lần gây nên ion hóa va
chạm trong khoảng cách cực
cũng phải đạt đến một giá trò
cần thiết nào đấy.
2) TRƯỜNG HP ÁP SUẤT CAO
*mật độ phân tử khí lớn
*đoạn đường tự do trung bình sẽ
bé
*các ion dương và photon không
thể có gia tốc lớn
*để gây bắn phá bề mặt âm cực
*để có thể giải thoát điện tử thứ
cấp để hình thành thác điện tử
mới.
Do dó, Trong trường hợp nầy
* gây nên ion hóa trong thể tích
khí chỉ do các photon

Quá trình gây nên ion hóa
quang do photon bức xạ từ
điện tử ở khu vực đầu thác và
ngay sau đầu thác
* điều kiện tự duy trì cũng có
dạng tương tự như ở áp suất
thấp

Điều kiện tự duy trì sẽ là:
Điều kiện tự duy trì sẽ là:

Hay
Hay
conste
s
=
α
γ
α
1
Lns
=
Tuy nhiên,
hệ số trong hai trường hợp có
ý nghóa vật lý khác nhau:
*Ở áp suất thấp là hệ số ion hóa
bề mặt
*Ở áp suất cao là hệ số ion hoá
quang

γ
γ
γ
3) GIÁ TRỊ
ĐIỆN ÁP PHÓNG ĐIỆN BÉ
NHẤT Uo
Gọi Uo điện áp bé nhất đặt
vào hai đầu điện cực của khe
hở khí
nghóa là giá trò điện áp đủ
để khởi đầu hiện tượng
phóng điện

Khảo sát 2 trường hợp sau đây:
Khảo sát 2 trường hợp sau đây:
a). Trường hợp u=Uo
Như vậy,
*điện tứ thứ cấp sinh ra chỉ
khi thác điện tử thứ nhất đi hết
chiều dài khoảng cách cực
*thác điện tử mới sinh ra phải
ở phía sau thác thứ nhất
Cơ chế hình thành dòng plasma
Ghi chú:

*Thác hình thành trước

*Dòng hình thành sau

b. Khi đđi n áp u>Uoệ

b. Khi đđi n áp u>Uoệ
*Điện trường lớn hơn
trường hợp u=Uo
*Thác điện tử đầu tiên
không cần đi hết khoảng cách
cực s
*Ở một khoảng cách Xk<s
nào đó, Thác điện tử thứ 2
sẽ xuất hiện
*Thác nầy có thể ở trước
hoặc sau thác thứ nhất.
Điều nầy:
Làm cho dòng plasma
hình thành nhanh hơn
Đây là lí thuyết phóng điện
theo dòng

c. Giá trò điện áp phóng điện bé nhất
c. Giá trò điện áp phóng điện bé nhất
Xuất phát từ các biểu thức đã
học:
Có thể viết được công thức sau
đây:
γ
α
1
ln
=
s
0

E
Bp
Ape
−
=
α
s
U
E
0
0
=
Hay coù theå vieát laïi:
γ
α
1
ln
0
==
−
E
Bp
Apses















=














−=
γ
γ
1
ln
ln
1
ln

ln
0
Aps
ApsE
Bp
Với các thông
số:














=
γ
1
ln
ln
0
Aps
Bps
U

kT
r
A
2
π
=
q
AW
B
i
=
*Ở áp suất thấp: A=14,6 1/Cm.mmHg.
B=365 V/Cm.mmHg.
*Ở áp suất cao: A=8,5 1/Cm.mmHg.
B=250 V/Cm.mmHg.

Nếu gọi là mật độ
tương đối của chất khí, thì:
Và cuối cùng
là:

Nh v y, d ng t ng quát có thể viết ư ậ ạ ổ
Nh v y, d ng t ng quát có thể viết ư ậ ạ ổ
như sau:
như sau:
)(
0
psfU
=
δ

T
p
lg386,0
=
δ
)()()(
0
T
ps
fsfpsfU
===
δ

d. Đònh luật Pasen
d. Đònh luật Pasen
Đònh luật Pasen phát biểu như
sau:
Điện áp phóng điện bé nhất của chất
khí phụ thuộc vào tích số của áp suất và
khoảng cách giữa các điện cực. Nếu giữ
nguyên khoảng cách cực và muốn nâng
cao điện áp phóng điện thì cần phải tăng
áp suất.

III. Phóng điện trong điện

trường gần đồng
nhất.
Theo phân loại điện trường thì khi
hệ số không đồng nhất k<2 thì

trường giữa khoảng cách cực là
gần đồng nhất
Trong thực tế, điện trường gần
đồng nhất tồn tại giữa các điện
cực dạng tròn với các điều kiện
sau đây