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1、会计学1气体气体(qt)电介质的击穿特性电介质的击穿特性第一页，共35页。2021/8/72电晕放电极性效应先导 主放电雷击冲击电压的波形伏秒特性(txng)流注的形成和发展沿面放电知识点第1页/共35页第二页，共35页。电晕放电1电晕的产生电晕的产生极不均匀电场中，间隙中的最大场强比平均场强大得多。外加电压比较低的时候，极不均匀电场中，间隙中的最大场强比平均场强大得多。外加电压比较低的时候，曲率大（曲率半径较小）的电极附近电场强度已足够大可引起强烈的游离，在曲率大（曲率半径较小）的电极附近电场强度已足够大可引起强烈的游离，在这局部这局部(jb)(jb)的强场区形成放电。这种仅仅发生在强场区的
2、局部的强场区形成放电。这种仅仅发生在强场区的局部(jb)(jb)放电称放电称为电晕放电。为电晕放电。电晕放电是极不均匀电场特有的自持放电形式。电晕放电是极不均匀电场特有的自持放电形式。电晕放电的现象薄薄的发光(f un)层；伴有“咝咝”放电声；发出臭氧气味。第2页/共35页第三页，共35页。2021/8/74电晕放电的起始电压和起始场强电晕放电的起始电压和起始场强2起始起始(q sh)电压电压起始起始(q sh)场强场强开始开始(kish)出现电晕时的电压出现电晕时的电压开始出现电晕时电极表面的场强开始出现电晕时电极表面的场强第3页/共35页第四页，共35页。2021/8/75 输电线路的电晕
3、起始场强与导线半径及空气密输电线路的电晕起始场强与导线半径及空气密度有关，一般用经验公式度有关，一般用经验公式(gngsh)(gngsh)来推算，应用来推算，应用最广的是皮克公式最广的是皮克公式(gngsh)(gngsh)：m m：导线表面粗糙系数与气象系数的乘积：导线表面粗糙系数与气象系数的乘积;:空气相对空气相对(xingdu)(xingdu)密度；密度；r:r:导线半径（导线半径（cmcm）第4页/共35页第五页，共35页。2021/8/763、电晕放电的效应（1）电晕电流具有高频脉冲性质，对无线电通讯产生干扰。（2）电晕使空气发生化学反应，产生O3、NO、NO2。（3）产生能量损耗。电
4、晕损耗是超高压输电线路设计时必须考虑的因素，坏天气时电晕损耗要比好天气时大得多。对于500750kV的超高压输电线路，在天气好时电晕损耗一般(ybn)不超 过几个W/km，而在坏天气时，可以达到100 W/km以上。因此在设计超高压线路时，需要根据不同天气条件下电晕损耗的实测数据和线路参数，以及沿线路各种气象条件的出现概率等对线路的电晕损耗进行估算降低电晕的方法：从根本上设法限制和降低导线的表面电场强度。第5页/共35页第六页，共35页。2021/8/77极性效应极性效应3在极不均匀电场中，放电一定从曲率半径较小的那个电极表面开始，与该电极极性无关。对于电极形状不对称的不均匀电场气隙，如棒板间
5、隙，棒电极的极性不同时(tngsh)，间隙的起晕电压和击穿电压的大小也不同。这种现象称为极性效应。原因：棒电极的极性不同时(tngsh)，间隙中的空间电荷对外电场的畸变作用不同。第6页/共35页第七页，共35页。2021/8/78正棒负板间隙当电子崩发展(fzhn)到棒极时，电子进入棒极中和。正离子留在棒极附近以较慢速度向板极运动，正空间电荷使紧贴棒极附近的电场减弱，不易形成流注，放电难以自持，故起晕电压高。而正空间电荷加强了朝向板极的电场，有利于流注向板发展(fzhn)，故击穿电压较低。第7页/共35页第八页，共35页。2021/8/79负棒正板阴极表面游离产生的电子通过强场区形成电子崩，电
6、子向板极运动进入弱场区后不再引起游离，并大多形成负离子。因其浓度小，对电场影响小。正空间电荷加强了棒极附近的电场，易形成自持(zch)放电，故起晕电压低。朝向板极方向的电场被减弱，流注不易发展，故击穿电压较高。第8页/共35页第九页，共35页。2021/8/710短间隙不均匀(jnyn)电场中的放电过程指间隙距离不超过1m的间隙，以棒板间隙为例。由于正流注所形成的空间电荷总是加强流注通道(tngdo)头部前方的电场，所以正流注的发展是连续的，速度很快。棒极为负时流注的发展实际上是阶段式的，其平均速度比正棒极流注小得多，击穿同一间隙所需的外电压要高得多。第9页/共35页第十页，共35页。2021
7、/8/711第10页/共35页第十一页，共35页。2021/8/712长间隙(jin x)不均匀电场中的放电过程（d1m时）1.先导放电阶段 具有(jyu)热游离过程的通道称为先导通道。2.主放电阶段 温度更高、电导更大，轴向电场更小的等离子体火花通道。此时，间隙接近于短路状态，气隙完全丧失了绝缘性能。第11页/共35页第十二页，共35页。2021/8/713结论：a、长间隙(jin x)的放电通常分为电子崩、流注、先导放电和主放电四个阶段。b、短间隙(jin x)的放电没有先导放电阶段，只分为电子崩、流注和主放电三个阶段。c、长间隙(jin x)放电时，炽热的导电通道是在放电发展的过程中建立
8、的，而不是在整个间隙(jin x)被流注通道贯穿后建立的，先导过程与主放电过程就发展得越充分，所以长间隙(jin x)的平均击穿场强远小于短间隙(jin x)的平均击穿场强。第12页/共35页第十三页，共35页。2021/8/714持续电压(diny)作用下空气的击穿电压(diny)空气间隙的击穿场强主要取决于外加电压的种类、电场的均匀程度及气体(qt)的状态。电力工程中的空气间隙一般会受到三种电压的作用：持续电压、雷电冲击电压、操作冲击电压 持续(chx)电压作用下间隙的击穿电压与放电发展的时间无关，在电场形式、气体的状态等其他条件不变的情况下，只取决于间隙的距离第13页/共35页第十四页，
9、共35页。2021/8/715特点：电压变化的速度和间隙中放电发展的速度相比极特点：电压变化的速度和间隙中放电发展的速度相比极小小(j xio)，故放电发展所需的时间可以忽略不计，只，故放电发展所需的时间可以忽略不计，只要作用于间隙的电压达到击穿电压，间隙就会发生击穿。要作用于间隙的电压达到击穿电压，间隙就会发生击穿。直流电压：直流中所含脉动分类的脉动系数直流电压：直流中所含脉动分类的脉动系数(xsh)（脉动（脉动幅值与直流电压的平均值之比）不大于幅值与直流电压的平均值之比）不大于3%。直流电压的大。直流电压的大型指直流电压的平均值。型指直流电压的平均值。持续电压(diny)指直流电压(din
10、y)或工频交流电压(diny)交流电压：波形接近正弦波，正、负两半波相同，峰值与有交流电压：波形接近正弦波，正、负两半波相同，峰值与有效值之比为效值之比为 ，偏差不超过，偏差不超过 。第14页/共35页第十五页，共35页。2021/8/716一、均匀电场(din chng)中的击穿电压1.因电场对称，所以击穿电压无极性效应。2.因击穿前间隙各处场强相等，击穿前无电晕发生，起始(q sh)放电电压等于击穿电压。3.不论何种电压（直流、交流、正负50%冲击电压）作用，其击穿电压（峰值）都相同，且分散性很小。4.在标准大气条件下（d为1cm左右时)，均匀电场中空气的电气强度约为30kV/cm（峰值）
11、。第15页/共35页第十六页，共35页。2021/8/717二、稍不均匀电场(din chng)中的击穿电压 稍不均匀(jnyn)电场中各处的场强差异不大，间隙中任何一处若出现自持放电，必将立即导致整个间隙的击穿。所以对于稍不均匀(jnyn)电场，任何一处自持放电的条件，就是整个间隙击穿的条件。电场不对称时，击穿电压有弱极性效应。击穿前有电晕发生，但不稳定，一旦出现电晕，立即导致整个间隙击穿。间隙距离一般不很大，放电发展所需时间短。直流击穿电压、交流击穿电压、正负50%冲击击穿电压几乎一致，且分散性不大。不均匀(jnyn)系数：间隙中的最大场强与平均场强之比，稍不均匀(jnyn)电场 棒棒棒棒
12、 正棒正棒负板负板（2 2）工频电压下（有极性效应）图）工频电压下（有极性效应）图2-142-14 (d2cm)(d2cm,击穿电压具有“饱和现象,导致间隙距离增大的同时其平均击穿场强却随之降低，这对输电(shdin)电压等级的提高不利，棒板：d1m，5 kV/cm dlm，2 kV/cm第20页/共35页第二十一页，共35页。均匀电场的击穿特点 击穿前无电晕(din yn)、无极性效应、各种电压作用时其击穿电压（峰值）都相同。稍不均匀电场的击穿特点 击穿前无稳定电晕(din yn)、极性效应不明显、各种电压作用时其击穿电压（峰值）几乎一致。极不均匀电场的击穿特点 击穿前有稳定电晕(din y
13、n)、有明显的极性效应、外加电压波形对击穿电压影响很大。第21页/共35页第二十二页，共35页。2021/8/723阴极表面游离系数：表示一个正离子撞击阴极表面时使阴极平均(pngjn)逸出的自由电子数。到达阴极的正离子数到达阴极的正离子数从阴极电离从阴极电离(dinl)出的电子数出的电子数n n物理意义：一个(y)从阴极出发的起始电子发展电子崩并到达阳极后，崩中的 个正离子移向阴极和阴极碰撞时，只要至少能从阴极撞击出一个(y)自由电子来，放电即可转入自持。第22页/共35页第二十三页，共35页。2021/8/724放电放电(fng din)由非自持转入自持的条件为由非自持转入自持的条件为 第
14、23页/共35页第二十四页，共35页。2021/8/725巴申定律：（适用(shyng)于d0.26cm时的放电过程时的放电过程)n n在高气压长间隙条件下的气体放电理论在高气压长间隙条件下的气体放电理论n n 特特点点：认认为为电电子子碰碰撞撞电电离离及及空空间间光光电电离离是是维维持持自自持持放放电电的的主主要要因因素素，并并强强调调了了空空间间电荷畸变电场的作用电荷畸变电场的作用 n n电子崩阶段电子崩阶段n n 空间电荷畸变外电场空间电荷畸变外电场 n n流注流注(li zh)阶段阶段 n n 光电离形成二次电子崩光电离形成二次电子崩2021/8/727第26页/共35页第二十七页，共
15、35页。2021/8/728（1）电子(dinz)崩阶段（a）初始(ch sh)电子崩阳极侧电子崩数目多正空间电荷加强了原电场，同时(tngsh)向周围放射出大量光子 第27页/共35页第二十八页，共35页。2021/8/729（b）二次电子崩n光光子子使使附附近近的的气气体体因因光光电电离离而而产生二次电子产生二次电子n它它们们在在由由正正空空间间电电荷荷所所引引起起(ynq)的的畸畸变变和和加加强强了了的的局局部部电电场场作作用用下下，又又形形成成新新的的电电子崩，即二次电子崩子崩，即二次电子崩 第28页/共35页第二十九页，共35页。2021/8/730（2）流注的形成(xngchng)
16、和发展n二次电子崩中的电子初始电子崩的正空间电荷混合通道（流注）。流注通道和二次崩留下的正电荷，大大加强了流注发展方向(fngxing)的电场，产生新电子崩，从而使流注向前发展 第29页/共35页第三十页，共35页。2021/8/731（3）间隙(jin x)的击穿n流流注注不不断断向向阴阴极极报报进进，头头部部电电场场越越来来越越强强，因因而其发展也越快而其发展也越快n流流注注发发展展到到阴阴极极，间间隙隙被被导导电电良良好好的的等等离离子子通通道道 所所 贯贯 通通(guntng)间隙击穿间隙击穿 第30页/共35页第三十一页，共35页。2021/8/732在电离室中得到的初始电子崩照片图
17、a和图b的时间间隔为110-7 秒 p=270毫米汞柱(ho m n zh)，E=10.5千伏/厘米 初始电子崩转变为流注瞬间照片p273毫米汞柱E=12千伏(qin f)/厘米电子(dinz)崩在空气中的发展速度约为1.25107cm/s第31页/共35页第三十二页，共35页。2021/8/733在电离室中得到的阳极在电离室中得到的阳极(yngj)流注发展过段的照片流注发展过段的照片正流注的发展速度约为正流注的发展速度约为1 1082 108cm/s第32页/共35页第三十三页，共35页。2021/8/734自持(zch)放电条件形成流注形成流注空间光电离维持放电（自持放电）空间光电离维持放
18、电（自持放电）如如果果电电场场均均匀匀，间间隙隙就就将将被被击击穿穿。所所以以(suy)流流注注形形成成的的条条件件就就是是自自持持放放电电条条件件，在在均均匀匀电电场场中中也也就就是是导导致致击穿的条件。击穿的条件。流流注注形形成成的的条条件件：足足够够的的空空间间光光游游离离较较多多的的初初始始电子崩（电子崩积累到一定的数量）电子崩（电子崩积累到一定的数量）第33页/共35页第三十四页，共35页。2021/8/735（二）流注理论(lln)对高气压、长间隙（pd很大）放电现象的解释 1放电外形放电外形 具有通道形式具有通道形式 流注前方随着其向前发展而更为增强流注前方随着其向前发展而更为增
19、强多流注之间互相抑制发展多流注之间互相抑制发展二次电子崩在空间的形成和发展带有统计性，所以火花通道常是曲折的，并带有分枝。二次电子崩在空间的形成和发展带有统计性，所以火花通道常是曲折的，并带有分枝。电子崩则不然，由于其中电荷密度较小，故电场强度还很大，因而不致影响到邻近空间内的电场，所以不会影响其它电子崩的发展电子崩则不然，由于其中电荷密度较小，故电场强度还很大，因而不致影响到邻近空间内的电场，所以不会影响其它电子崩的发展2放电时间短放电时间短 二次电子崩由光电离形成，所以流注发展速度极快二次电子崩由光电离形成，所以流注发展速度极快放电时间特别短放电时间特别短3放电不受阴极材料的影响放电不受阴极材料的影响 维持放电靠光电离，而不是阴极表面的电离过程，与材料无关在维持放电靠光电离，而不是阴极表面的电离过程，与材料无关在Pd值较小时，起始电子不可能在穿越极间距离值较小时，起始电子不可能在穿越极间距离(jl)后完成足够多的碰撞电离次数，因而难以聚积到足够的电子数，这样就不可能出现流注，放电的自持只能依靠阴极上的后完成足够多的碰撞电离次数，因而难以聚积到足够的电子数，这样就不可能出现流注，放电的自持只能依靠阴极上的过程。过程。第34页/共35页第三十五页，共35页。