基本介紹
- 中文名：放電球隙
- 外文名：Discharge Ball-gap
- 簡稱：球隙
- 解釋：直徑相同的球型電極
簡介,基於放電球隙的氣體放電教學實驗系統,系統的基本組成,試驗系統的使用說明,重複脈衝高壓火花放電球隙,結構與性能,球隙的擊穿和同步,
簡介
技術規格：
放電球隙
放電球隙◆ 50
◆ 100
◆ 200
◆ 300
套用：
在作試驗時將球隙器和試品並聯，球隙器本身串有每伏1歐的保護電阻，先將球隙調整在60%試驗電壓，此時試品應同進接上測定。當球隙放電時，試驗變壓器的低壓側電壓表讀數，（取3-4次平均值）然後按同樣方式測定70%和80%試驗電壓時電壓表讀數，以此三點線值作一曲線（大多計一直線），再延長此曲線（大多為按正比例推算）至所需的試驗電壓值，求得低壓測電壓表的讀數，然後將球隙調整至比試驗電壓高10-15%位置上。作為耐壓試驗過程中可能發生過電壓的放電保護。
基於放電球隙的氣體放電教學實驗系統
提出了一套基於放電球隙的氣體放電教學實驗系統，它能夠實現了對氣體放電現象的演示，能夠驗證氣體電理論中大多數的內容。該實驗系統具有開發成本低，易操作等的特點，適合於小型的教學型高電壓實驗室。
系統的基本組成
該系統之所以被稱為“基於放電間隙的氣體放電教學實驗系統”，主要是因為該系統的放電模型，是在常用的放電球隙（也稱為保護球隙）基礎之上，對其進行一定改造之後，就可以完成實驗內容，簡便易行。任何一個高電壓試驗系統都必須有試驗電源、測量儀表、被測試品和保護裝置。
1、試驗電源 ：
在該實驗系統中主要用到交流工頻高壓試驗電源和直流高壓試驗電源。交流工頻試驗電源由交流工頻試驗試驗變壓器來產生。直流高壓試驗電源可以用直流高壓發生器直接產生。若沒有直流高壓發生器時，可以在交流工頻試驗試驗變壓器的高壓側串接一個高壓矽堆，通過用半波整流或全波整流來產生。
2、測量儀表 ：
在該實驗系統中需要對試驗電壓進行測量，以便進行實驗結果比對。通常，小型高電壓實驗室試驗電壓水平較低，一般利用高壓分壓器或者靜電電壓表進行測量。若實驗室條件有限，無上述測量儀表，也可利用操作台或者試驗電源自身攜帶測量儀表，進行讀數，但考慮到“容升效應”和其他因素影響，勢必會造成較大誤差。因此，還是採用分壓器和靜電電壓表為好。
3、被測試品 ：
將空氣作為被測試品，關鍵在於如何能夠在空氣間隙中形成所需要的電場形式。這就需要製作不同的電極來形成不同的電場，而且電場的間隙大小還可以進行調節。在實驗室中最常用到的放電球隙（也叫保護球隙），有兩個球型電極，其球型電極還能拆卸，其放電間隙能夠進行調整，而且絕緣結構也很好，同時還帶有一個水電阻，因此，只需要進行小小的改動，就可模擬不同電場形式。只需再製作兩個尖形電極和平板電極，就可以模擬不同電場形式。製作電極時必須注意尺寸問題，否則，刻度零點就對不上。此外，平板電極也可不製作，利用放電球隙自帶球形電極來代替平板電極，但要注意允許的條件：球間隙 d 與球直徑 D，滿足d < D/ 4 時，間隙中電場分布均勻。
4、保護裝置 ：
實驗中，在空氣氣隙擊穿的時候，電流迅速增大，為了限制電流過大，一般都要加一個保護電阻，通常是用水電阻。此時，該實驗系統採用過流保護，切斷試驗電源的輸入端，保護試驗設備的安全。
試驗系統的使用說明
該實驗系統構成簡單，接線、操作簡單。按照 接好實驗線路之後，就可進行實驗。在實驗過程中，只需更換不同形狀的電極，調整空氣氣隙的距離。具體說明如下：
（1）電場均勻度對於擊穿電壓的影響的實驗。板—板電極模擬均勻電場（忽略邊緣效應）；尖—尖電極模擬稍不均勻電場；尖—板電極模擬極不均勻電場。施加試驗電壓使得空氣氣隙擊穿，記錄數據，比較試驗電壓大小。
（2）在尖—板電極模擬極不均勻電場時，施加直流電源，通過改變電極極性，進行極性效應實驗。同時可觀察到在尖極的尖端會有電暈放電現象，效果不太明顯。
（3）在尖—板電極模擬極不均勻電場時，在兩個電極放一塊玻璃板或其他固體絕緣介質，用絕緣支架對玻璃板進行對地絕緣，調整電極間隙距離，使兩個電極分別緊靠玻璃板兩個表面，然後施加試驗電壓，會出現滑閃現象。將玻璃板弄濕、弄污後，觀察其出現滑閃現象電壓值的變化。
（4）在尖—板電極模擬極不均勻電場時，在靠近尖極附近放一快薄紙板，用絕緣支架對地絕緣。記錄放入極間障前後的擊穿電壓值，並進行比較。改變薄紙板離尖極的距離記錄下不同的位置擊穿電壓值，進行比較，確定出極間障的最佳位置。
重複脈衝高壓火花放電球隙
研製了一種充氣火花放電球隙，具有高的觸發穩定性，大的工作電壓範圍，可在50Hz重複脈衝下長時間穩定工作，適合於 N2、TEA CO2、放電準分子等脈衝放電雷射器中作開關元件，也可用於脈衝大電流放電的其他場合。
結構與性能
研製的球隙開關結構由陰極、陽極和觸發極組成，電極形成套式同軸結構，可以降低電感並具有一定的禁止作用，以減小球隙擊穿時對外的電磁輻射。陽極和陰極選用黃銅或不鏽鋼，作為可更換部件分別固定在黃銅和有機玻璃基底上，間距 d由經驗公式Ub=24.55d + 6.66根號d確定為5mm，在室溫101kPa氣壓條件下，這個間距可以使球隙擊穿電壓Ub達到17kV，從而在101kPa氣球隙可以在8~30kV範圍內穩定地工作。觸發電極既是引入觸發信號的連線件，又是N2氣的入氣接口和通道，N2氣從觸發電極的入氣接口流入，從陰極和觸發電極的放電縫隙中進進球隙腔內，然後經陽極表面，從陽極的幾個小孔中流出。由於觸發放電的縫隙很小，通過這個縫隙流出的氣流具有 一定的流速，這個氣流把觸發放電電弧吹入電極放電區空間使球隙擊穿。實驗表明氣流促使球隙可靠擊穿的作用 是十分明顯的，如果沒有這個氣流，觸發放電電弧有時在陰極表面的裡邊產生，不能在球隙放電區空間造成有效的預電離，球隙擊穿不穩定，經常出現漏擊穿。陽極上的出氣接口也是一個針形閥，關上閥門球隙具有良好的密封和保氣性能，可以脫離氣源工作，打開閥門後N2氣的流量可以調節。
球隙的擊穿和同步
球隙擊穿是電子的一種雪崩過程 。
例：放電電壓20kV，球隙間距5mm，N2氣壓為150kPa，電子雪崩在球隙中傳布速度u=2.8x106cm/s，走過球 隙間距需要179ns時間。實際上球隙在一定放電條件下將形成流光過程，流光比電子雪崩的傳布速度大得多，一般達到1~2×108cm/s，球隙放電一旦發展成流光，擊穿時間只需要幾個毫微秒。而從球隙被觸發到形成流光的時間相對來說比較長。這是球隙擊穿的滯後時間，它主要取決於球隙中電子空間電離係數的大小和電子雪崩的傳布速度。 以本球隙所給參數為例，如果觸發極加上與陽極電壓極性相反的高壓脈衝，例如負5kV，球隙中心區形成瞬態過電壓。求得u和a值得到滯後時間t=46ns，這種由於過電壓形成的流光擊穿為快過程。如果觸發電壓為正15kV，球隙不能形成過電壓，流光擊穿受預電離強度影響，相對於過電壓擊穿滯後時間長一些。如果預電離很弱 ，球隙處於起始擊穿或自激狀態，該光要等到電子雪崩走過球隙正個路程後才有可能形成，滯後時間將大於179 毫微秒，有時不能形成流光而成為弧光放電，此時不僅滯後時間很長，擊穿時間也變慢，在雷射中運轉時表現為擊穿聲音異樣，雷射輸出能量大大下降。
