高電壓技術(shù)中的氣體放電及其應(yīng)用分析

馬占遠(yuǎn)

摘要：文章從基本原理、基礎(chǔ)條件、明顯特點(diǎn)這幾方面入手，對(duì)氣體放電的主要內(nèi)容進(jìn)行了分析，并以此強(qiáng)調(diào)氣體放電現(xiàn)象的應(yīng)用價(jià)值以及應(yīng)用場(chǎng)景廣泛性。在此基礎(chǔ)上，選取電力工程、工業(yè)生產(chǎn)這兩種專業(yè)領(lǐng)域?yàn)閼?yīng)用場(chǎng)景，對(duì)氣體放電在高電壓技術(shù)中的具體應(yīng)用展開探究。

關(guān)鍵詞：氣體放電;高電壓技術(shù);氣壓擊穿

引言：若是在氣體中加設(shè)電場(chǎng)，則原本自然狀態(tài)下氣體中包含著的帶電粒子會(huì)發(fā)生移動(dòng)，極容易引發(fā)氣體放電現(xiàn)象，在電極間隙內(nèi)生成導(dǎo)線電流。當(dāng)前，多個(gè)領(lǐng)域?qū)怏w放電現(xiàn)象進(jìn)行應(yīng)用，值得深入探究。

一、氣體放電的主要內(nèi)容分析

（一）氣體放電的概述

對(duì)于干燥狀態(tài)的氣體而言，其絕緣性能更為明顯，然而，一旦氣體內(nèi)存在自由帶電粒子，那么氣體就會(huì)由絕緣體轉(zhuǎn)變?yōu)殡姷膶?dǎo)體。在這樣的情況下，將兩個(gè)電極設(shè)置于氣體中，并在電極上附加電壓，就能夠在氣體中觀察到電流通過，上述過程即為氣體放電。

（二）氣體放電的條件

對(duì)于氣體放電來(lái)說，想要促使這種現(xiàn)象發(fā)生，就需要實(shí)現(xiàn)氣壓擊穿。一般情況下，自持放電模式、非自持放電模式可以視為目前氣體放電中的兩種形式，在氣體等離子體的生成過程中，要求促使非自持放電模式逐步變更為自持放電模式。在非自持放電模式中，必須要保證外在電離源得到切實(shí)加設(shè)。以紫外線燈照射放電管為例進(jìn)行說明，在此過程中，選定放電管，將其放置于紫外線燈可以有效照射的范圍內(nèi)，同時(shí)在電極位置引入電壓。依托上述操作處理，能夠促進(jìn)帶電離子發(fā)生改變，逐步變更為電流，并形成氣體放電現(xiàn)象。在此過程中，若是剔除外在電離源的支持，則無(wú)法促使帶電粒子的生成，也不會(huì)形成氣體放電現(xiàn)象。與非自持放電有所不同的是，即便剔除外在電離源的支持，自持放電依然可以形成氣體放電現(xiàn)象，換言之，自持放電與是否配置外在電離源之間并沒有直接性關(guān)系[1]。如果不存在外加電場(chǎng)，則氣體分子、帶電粒子在實(shí)際的運(yùn)動(dòng)過程中，難以切實(shí)維持在有序狀態(tài)下，具體而言，外加電場(chǎng)的應(yīng)用是保證氣體分子、帶電粒子運(yùn)動(dòng)有序性的前提;在外加電場(chǎng)缺失的狀態(tài)下，氣體分子、帶電粒子做出無(wú)序運(yùn)動(dòng)。將低電壓加設(shè)在電極區(qū)域，受到電場(chǎng)的影響作用，離子、電子均展開定向運(yùn)動(dòng)，以此促進(jìn)電流數(shù)值逐漸增高，并推動(dòng)電壓增強(qiáng);當(dāng)電極之間的電壓提升至臨界數(shù)值時(shí)，電流轉(zhuǎn)入增速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因此不需要外在電離源的支持依然能夠達(dá)到放電效果。

（三）氣體放電的特點(diǎn)

對(duì)于氣體放電來(lái)說，其主要具備以下幾項(xiàng)特點(diǎn)：第一，在氣體放電過程中，可見輻射與非可見輻射均呈現(xiàn)出較為強(qiáng)烈的狀態(tài)，所以在當(dāng)前照明與電信號(hào)指示方面得到深入應(yīng)用。第二，在氣體放電過程中，所生成的電離氣體化學(xué)活性更為理想。第三，氣體放電的電子學(xué)特性表現(xiàn)出較高的水平，包括開關(guān)特性更為顯著、穩(wěn)壓特性理想且具備負(fù)阻特性。第四，在氣體放電過程中，所生成的電離氣體導(dǎo)電性能維持在偏高水平，因此在當(dāng)前可以作為優(yōu)質(zhì)導(dǎo)流導(dǎo)體投入實(shí)際應(yīng)用。第五，在氣體放電過程中，能夠促使物質(zhì)生成濺射現(xiàn)象，在濺射鍍膜等方面得到廣泛應(yīng)用。

二、氣體放電在高電壓技術(shù)中的具體應(yīng)用探究

（一）電力工程中氣體放電的應(yīng)用

電力工程中所包含著的電場(chǎng)大部分包含在非均勻電場(chǎng)的范疇內(nèi)，在雷擊等因素的影響下，間隙擊穿會(huì)生成明顯程度偏高的極性效應(yīng)，促使放電時(shí)延有所延長(zhǎng)。在實(shí)際的電力工程施工過程中，若是電壓存在著不足的缺陷，那么在整個(gè)間隙擊穿過程中，產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象的概率大幅提升，包括電暈放電等等。在這樣的情況下，能量損耗會(huì)表現(xiàn)出增高的狀態(tài)，且更為容易出現(xiàn)設(shè)備損壞。而通過在實(shí)際的電力工程中引入電氣放電，就可以達(dá)到限制電暈放電等問題發(fā)生的效果。

在多間隙氣體放電管內(nèi)，如果存在著雷電流，那么在陰極會(huì)生成強(qiáng)度水平偏高的電場(chǎng)，在這樣的情況下，電極位置能夠匯聚起更為充足的等離子體;等離子體原本存在于陰極位降區(qū)域，受到電場(chǎng)的影響，這些等離子體逐漸向著陽(yáng)極發(fā)生移動(dòng)，能夠生成電流;同時(shí)，在負(fù)輝區(qū)陰極會(huì)發(fā)生位降變化，從而加速電子與氣體原子展開碰撞行為，即提速碰撞過程由此促使電離現(xiàn)象生成;在法拉暗區(qū)域，所擁有的電子數(shù)量出于較低水平，基于這樣的情況，氣體原子的激發(fā)難度大幅上升，一般難以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體原子的有效激發(fā);正柱區(qū)域內(nèi)包含場(chǎng)強(qiáng)常數(shù)。一旦在陽(yáng)極位置出現(xiàn)雷電流，那么在多間隙氣體放電管的內(nèi)部，能夠更加容易的觀察到高壓電容短路現(xiàn)象的發(fā)生，基于此，高電位可以在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)向放電管電極方向轉(zhuǎn)移，即電位傳遞;對(duì)于電容來(lái)說，其主要與第一極氣體放電單元保持在良好連接水平，這就導(dǎo)致能夠在陰極與陽(yáng)極之間檢測(cè)到明顯的電位差，促使間隙擊穿現(xiàn)象出現(xiàn)，能量泄放;第二極氣體放電單元會(huì)在此狀態(tài)下轉(zhuǎn)入導(dǎo)通狀態(tài)，隨后第三極氣體放電單元也實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通，從而促使雷電流得以有效泄放。依托上述流程的落實(shí)，可以在更短的時(shí)間條件下，促使放電管的狀態(tài)恢復(fù)至高阻抗水平。

（二）工業(yè)生產(chǎn)中氣體放電的應(yīng)用

大氣壓輝光放電中所包含著的擊穿電壓普遍維持在較低水平，放電穩(wěn)定性更強(qiáng)，且在一定尺度內(nèi)，放電的均勻程度更為明顯，活性粒子濃度也保持在較高水平，整個(gè)過程的實(shí)現(xiàn)也不需要提前將環(huán)境設(shè)定為真空環(huán)境。基于這樣的優(yōu)勢(shì)，大氣壓輝光放電在當(dāng)前的工業(yè)生產(chǎn)中得到了較為廣泛的應(yīng)用。輝光放電是一種穩(wěn)定性偏高的放電形式，以日光燈（白色光）來(lái)說，其中就應(yīng)用了輝光放電形式。實(shí)踐中，選取兩個(gè)平板電極，將其加設(shè)在圓形玻璃管內(nèi)并分別設(shè)置在圓管兩端區(qū)域;在圓管內(nèi)通入合適氣體，以此保證兩端電極之間具有一定電壓;當(dāng)電極間電壓增高、且滿足擊穿電壓條件時(shí)，擊穿氣體、電流增大[2]。

同時(shí)，在外電路電阻限流作用的支持下，放電現(xiàn)象在輝光放電區(qū)域內(nèi)始終維持在高穩(wěn)定性狀態(tài)?；谶@樣的情況，在當(dāng)前的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域引入氣體放電現(xiàn)象展開等離子顯示屏生產(chǎn)制造的操作更為常見。依托微型放電單元構(gòu)成的各個(gè)像素點(diǎn)，結(jié)合氙氣混合氣體放電，迅速產(chǎn)生等離子輻射效應(yīng)，多種顏色得以在屏幕上顯示。氣體放電在目前的真空鍍膜生產(chǎn)中也得到深入應(yīng)用，實(shí)踐中，利用等離子體展開靶材轟擊操作，生成靶材原子與離子，并由此在待覆膜構(gòu)件表面生成一層薄膜。非熱力平衡時(shí)，等離子所具備著的電子能量維持在相對(duì)較高的水平，為化學(xué)鍵的斷裂提供充足能量支持，基于此，依托低溫等離子體實(shí)施構(gòu)件表面處理，迅速變更相應(yīng)構(gòu)件表面的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)，從而生成致密性與粗糙程度更強(qiáng)的交聯(lián)層;依托含氧極性集團(tuán)的應(yīng)用，還能夠使得相應(yīng)材料所具備的特定發(fā)生改變，通常情況下，材料的親水性、相容性、黏結(jié)性等均受到不同程度的改善。在當(dāng)前的工業(yè)焊接領(lǐng)域，氣體放電現(xiàn)象也得到良好應(yīng)用，如弧光放電工藝等等，整體焊接速度更快且質(zhì)量水平理想。總體而言，在當(dāng)前的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，氣體放電已然得到廣泛且深入性應(yīng)用。

總結(jié)：綜上所述，氣體放電要求從非自持放電轉(zhuǎn)化為自持放電，以此促使氣體由絕緣體轉(zhuǎn)變?yōu)殡姷膶?dǎo)體。在氣體放電過程中，可見輻射與非可見輻射均呈現(xiàn)出較為強(qiáng)烈的狀態(tài)，所生成的電離氣體化學(xué)活性、導(dǎo)電性能更為理想，因此在當(dāng)前得到廣泛應(yīng)用，特別是在電力工程領(lǐng)域以及工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，氣體放電現(xiàn)象的應(yīng)用極為常見。隨著科學(xué)技術(shù)的持續(xù)性升級(jí)，氣體放電的應(yīng)用前景表現(xiàn)出更為廣闊的狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔡懿卿，魚江南，李建權(quán).基于光散射法的氣體放電生成氣溶膠粒徑大小影響因素研究[J].電子世界，2021（15）：107-109.

[2]何欣潔.高電壓技術(shù)中的氣體放電及其應(yīng)用探析[J].電子測(cè)試，2019（20）：31-32.