均匀电场中的气体击穿课件

1 1 气体电介质的绝缘特性气体电介质的绝缘特性1.1 1.1 气体中带电粒子的产生和消失气体中带电粒子的产生和消失1.2 1.2 均匀电场中气体的击穿均匀电场中气体的击穿1.3 1.3 不均匀电场中气体的击穿不均匀电场中气体的击穿1.4 1.4 气体间隙的稳态击穿电压气体间隙的稳态击穿电压1.5 1.5 雷电冲击作用下气体间隙的击穿雷电冲击作用下气体间隙的击穿1.6 1.6 操作冲击作用下气体间隙的击穿操作冲击作用下气体间隙的击穿1.7 1.7 大气条件对间隙击穿电压的影响大气条件对间隙击穿电压的影响1.8 1.8 提高气体间隙击穿电压的措施提高气体间隙击穿电压的措施1.9 1.9 沿面放电沿面放电11 气体电介质的绝缘特性气体电介质的绝缘特性1.1 气体中带电粒子的产生和消失气体中带电粒子的产生和消失1课程回程回顾21.1 1.1 气体中带电粒子的产生和消失气体中带电粒子的产生和消失p气体电离的条件？种类？气体电离的条件？种类？WWi,碰撞电离；碰撞电离；光电离；光电离；热电离；表面电离热电离；表面电离p电极表面逸出电子的条件？途径？电极表面逸出电子的条件？途径？WWi，正离子撞击阴极，光电子发射，强场发射，正离子撞击阴极，光电子发射，强场发射，热电子发射热电子发射p电负性气体？电负性与电气强度的关系？电负性气体？电负性与电气强度的关系？电负性表征电负性表征分子吸引电子的能力分子吸引电子的能力，分子吸附电子成为，分子吸附电子成为负离子；电负性越好，吸引电子能力越好，电子越少，负离子；电负性越好，吸引电子能力越好，电子越少，对放电越不利，所以电气强度好，即绝缘性能好。对放电越不利，所以电气强度好，即绝缘性能好。课程回顾课程回顾21.1 气体中带电粒子的产生和消失气体电离的条件？气体中带电粒子的产生和消失气体电离的条件？课程回程回顾p气体放电的主要形式气体放电的主要形式 1.1.辉光放电辉光放电2.2.电晕放电电晕放电3.3.刷状放电刷状放电4.4.电弧放电电弧放电5.5.火花放电火花放电注：注：辉光放电、电晕放电、刷状放电时间隙未击穿，火花放电和电弧放电均是间隙击穿后的放电现象课程回顾气体放电的主要形式辉光放电注：辉光放电、电晕放电、刷课程回顾气体放电的主要形式辉光放电注：辉光放电、电晕放电、刷1 1 气体电介质的绝缘特性气体电介质的绝缘特性1.1 1.1 气体中带电粒子的产生和消失气体中带电粒子的产生和消失1.2 1.2 均匀电场中气体的击穿均匀电场中气体的击穿1.3 1.3 不均匀电场中气体的击穿不均匀电场中气体的击穿1.4 1.4 气体间隙的稳态击穿电压气体间隙的稳态击穿电压1.5 1.5 雷电冲击作用下气体间隙的击穿雷电冲击作用下气体间隙的击穿1.6 1.6 操作冲击作用下气体间隙的击穿操作冲击作用下气体间隙的击穿1.7 1.7 大气条件对间隙击穿电压的影响大气条件对间隙击穿电压的影响1.8 1.8 提高气体间隙击穿电压的措施提高气体间隙击穿电压的措施1.9 1.9 沿面放电沿面放电41 气体电介质的绝缘特性气体电介质的绝缘特性1.1 气体中带电粒子的产生和消失气体中带电粒子的产生和消失11.2 1.2 均匀电场中气体的均匀电场中气体的击穿击穿51.2.1 1.2.1 非自持放电和自持放电非自持放电和自持放电外电离因素：天然辐外电离因素：天然辐射或人工光源射或人工光源电场电场作用作用气体中的电压和电流关系气体中的电压和电流关系n非自持放电非自持放电去掉外电离因素的作用后放电随即停止；去掉外电离因素的作用后放电随即停止；n自持放电自持放电不需要外界因素，仅由电场作用而维持的放电过程。不需要外界因素，仅由电场作用而维持的放电过程。1.2 均匀电场中气体的击穿均匀电场中气体的击穿51.2.1 非自持放电和自持放非自持放电和自持放61.2 1.2 均匀电场中气体的击穿均匀电场中气体的击穿1.2.1 1.2.1 非自持放电和自持放电非自持放电和自持放电试验分析：试验分析：当当UUUU0 0（非自持放电阶段非自持放电阶段）n0101段：电流随电压的升高而升段：电流随电压的升高而升高；高；n1212段：电流仅取决于外电离因段：电流仅取决于外电离因素，而与电压无关；素，而与电压无关；n2323段：电压升高电流增强，但段：电压升高电流增强，但仍然靠外电离维持放电过程仍然靠外电离维持放电过程当当U UU U0 0 （自持放电阶段自持放电阶段）n3 3点后：电流急剧突增，气体间点后：电流急剧突增，气体间隙击穿，只靠外电压就能维持隙击穿，只靠外电压就能维持自持放电起始电压自持放电起始电压n电场均匀：间隙击穿电压电场均匀：间隙击穿电压Ubn电场极不均匀：电晕放电起电场极不均匀：电晕放电起始电压始电压61.2 均匀电场中气体的击穿均匀电场中气体的击穿1.2.1 非自持放电和自持放非自持放电和自持放71.2 1.2 均匀电场中气体的击穿均匀电场中气体的击穿1.2.2 1.2.2 汤逊放电理论汤逊放电理论-低气压低气压短间隙短间隙均匀电场均匀电场E阴极阴极阴极阴极阳极阳极阳极阳极崩头大、崩尾小崩头大、崩尾小初始电子初始电子碰撞电离碰撞电离电子倍增电子倍增碰撞电离碰撞电离电子崩电子崩 崩头崩头崩尾崩尾光照射光照射光照射光照射一一、电电子子崩崩的的形形成成71.2 均匀电场中气体的击穿均匀电场中气体的击穿1.2.2 汤逊放电理论汤逊放电理论-低气低气8系数系数电子沿电场方向行进单位长度，发生的平均电子沿电场方向行进单位长度，发生的平均碰撞电离次数碰撞电离次数系数系数系数系数正离子碰撞阴极表面，逸出的自由电子平均正离子碰撞阴极表面，逸出的自由电子平均数数正离子沿电场方向行进单位长度，发生的平正离子沿电场方向行进单位长度，发生的平均碰撞电离次数均碰撞电离次数电子崩电子崩离子崩离子崩阴极发射电子阴极发射电子离子体积、质量大，平均自由行程短，离子体积、质量大，平均自由行程短，发生碰撞电离可能性比电子小得多，可发生碰撞电离可能性比电子小得多，可忽略该过程。忽略该过程。对应单位长度内新电离的对应单位长度内新电离的自由电子数自由电子数1.2 1.2 均匀电场中气体的击穿均匀电场中气体的击穿1.2.2 1.2.2 汤逊放电理论汤逊放电理论-电子崩的形成电子崩的形成一一、电电子子崩崩的的形形成成8系数电子沿电场方向行进单位长度，发生的平均碰撞电离次数系数电子沿电场方向行进单位长度，发生的平均碰撞电离次数91.2 1.2 均匀电场中气体的击穿均匀电场中气体的击穿1.2.2 1.2.2 汤逊放电理论汤逊放电理论-过程过程n个电子行过个电子行过dx之后，会产生之后，会产生dn个新的电子个新的电子 对于均匀电场，对于均匀电场，不随空间位置而变不随空间位置而变 新产生的新产生的电子数和正离子数为电子数和正离子数为 放放放放电电可否自持可否自持可否自持可否自持？91.2 均匀电场中气体的击穿均匀电场中气体的击穿1.2.2 汤逊放电理论汤逊放电理论-过过101.2 1.2 均匀电场中气体的击穿均匀电场中气体的击穿1.2.2 1.2.2 汤逊放电理论汤逊放电理论-过程过程新产生电子数：新产生电子数：新产生电子数：新产生电子数：过程过程到达阴极的正离子数到达阴极的正离子数从阴极电离出的电子数从阴极电离出的电子数101.2 均匀电场中气体的击穿均匀电场中气体的击穿1.2.2 汤逊放电理论汤逊放电理论-111.2 1.2 均匀电场中气体的击穿均匀电场中气体的击穿1.2.2 1.2.2 汤逊放电理论汤逊放电理论-自持放电的条件自持放电的条件 汤逊理论的自持放电条件汤逊理论的自持放电条件p物理意义：物理意义：一个电子一个电子从阴极到阳极途中因从阴极到阳极途中因碰撞电离（碰撞电离（过程）过程）而产生的正离子数为而产生的正离子数为 ed1，这批正离子在阴极，这批正离子在阴极上造成的二次自由电子数上造成的二次自由电子数（过程）过程）应为应为(ed1)，如，如果它等于果它等于1，就意味着那个初始电子有了一个后继电子，就意味着那个初始电子有了一个后继电子，从而使放电得以自持。从而使放电得以自持。(ed1)1111.2 均匀电场中气体的击穿均匀电场中气体的击穿1.2.2 汤逊放电理论汤逊放电理论-自自121.2 1.2 均匀电场中气体的击穿均匀电场中气体的击穿1.2.2 1.2.2 汤逊放电理论汤逊放电理论-自持放电的条件自持放电的条件不够直观，不适合不够直观，不适合工程直接应用工程直接应用外界电离因子外界电离因子阴极表面电离阴极表面电离气体空间电离气体空间电离碰撞电离碰撞电离电子崩电子崩过程过程气体中的自由电子气体中的自由电子在电场中加速在电场中加速 阴极表面二次发射阴极表面二次发射 (过程）过程）正离子正离子121.2 均匀电场中气体的击穿均匀电场中气体的击穿1.2.2 汤逊放电理论汤逊放电理论-自自13物理意物理意义 引起碰撞电离的必要条件引起碰撞电离的必要条件 只只有有那那些些自自由由行行程程超超过过xiUi/E的的电电子子，才才能能与与分分子子发发生碰撞电离。生碰撞电离。自由行程大于自由行程大于xi的概率为的概率为 电离碰撞次数电离碰撞次数Wi、Ui 分别为气体分子的分别为气体分子的电离能和电离电位电离能和电离电位 若若电电子子的的平平均均自自由由行行程程为为，在在单单位位长长度度内内，一一个个电电子子的的平平均均碰碰撞撞次次数数为为1/。x=0处处，n0个个电电子子沿沿电电力力线线运运动动，前前进进x后后，剩剩余余n个个电电子子未未发发生生碰碰撞撞，则则在在（x,x+dx）内内发发生生碰碰撞的电子数为撞的电子数为自由行程分布自由行程分布13物理意义物理意义 引起碰撞电离的必要条件引起碰撞电离的必要条件 只有那些只有那些14气体温度不变时，气体温度不变时，1/AP代入自持放电的临界条件 式中，14气体温度不变时，气体温度不变时，1/AP代入自持放电的临界条件代入自持放电的临界条件 15由于对由于对 取了两次对数，取了两次对数，Ub对对 的变化不敏感，因此的变化不敏感，因此Ub取决于取决于P与与d的乘积。的乘积。u结论：结论：均匀电场中气体的击穿电压均匀电场中气体的击穿电压Ub是气压和电极间距是气压和电极间距离的乘积（离的乘积（pd）的函数。）的函数。15由于对由于对取了两次对数，取了两次对数，Ub对对的变化不敏感，因此的变化不敏感，因此Ub取决取决u击穿电压与击穿电压与Pd的规律在汤逊碰撞电离学说提出之前，巴申已从实的规律在汤逊碰撞电离学说提出之前，巴申已从实验中总结出来了，汤逊理论从理论上解释了试验结果。验中总结出来了，汤逊理论从理论上解释了试验结果。u从曲线可以看出，存在一个从曲线可以看出，存在一个最小值最小值，此时击穿电压最低。，此时击穿电压最低。18891889年，巴申完成了他年，巴申完成了他的著名实验的著名实验。1.2 1.2 均匀电场中气体的击穿均匀电场中气体的击穿1.2.21.2.2巴申定律巴申定律-巴申曲线巴申曲线击穿电压与击穿电压与Pd的规律在汤逊碰撞电离学说提出之前，巴申已从实验的规律在汤逊碰撞电离学说提出之前，巴申已从实验171.2 1.2 均匀电场中气体的击穿均匀电场中气体的击穿1.2.21.2.2巴申定律巴申定律-定性解释定性解释P 电子累积动能电子累积动能间距过大间距过大难以碰撞电离难以碰撞电离气体密度气体密度碰撞电离碰撞电离UbP 电子累积动能电子累积动能气体密度气体密度碰撞电离碰撞电离UbdE电子累积动能电子累积动能碰撞次数碰撞次数电离概率电离概率UbdE电离次数电离次数碰撞次数碰撞次数电子崩电子崩Ub难形成电子崩难形成电子崩1.d固定固定2.P固定固定碰撞次数碰撞次数电离概率电离概率171.2 均匀电场中气体的击穿均匀电场中气体的击穿1.2.2巴申定律巴申定律-定性解释定性解释1818191.2 1.2 均匀电场中气体的击穿均匀电场中气体的击穿1.2.4 1.2.4 汤逊放电理论的适用范围汤逊放电理论的适用范围 适用范围适用范围均匀场、低气压、短气隙均匀场、低气压、短气隙(pd27kPa cm)局限性局限性pd较大时，解释现象与实际不符较大时，解释现象与实际不符放电外形放电外形 汤逊理论解释：汤逊理论解释：放电外形均匀，如辉光放电；放电外形均匀，如辉光放电；pd大时的实际现象：大时的实际现象：外形不均匀，有细小分支；外形不均匀，有细小分支；放电时间：放电时间：Tpd大大T汤逊汤逊击穿电压：击穿电压：Ubpd大大4D，电场分布极不均匀，电压增加到某一临界值，存在电晕放电。外加电压进一步增大，表面电晕层扩大，并出现刷状的细火花，火花变长，最终导致气隙完全击穿。2D4D，过渡区域，放电过程不稳定，放电电压分散性大。电场的均匀程度可以根据是否产生稳定的电晕来划分电场的均匀程度可以根据是否产生稳定的电晕来划分。38d2D，电场较均匀，其放电特性与均匀电场相似，一旦出现，电场较均匀，其放电特性与均匀电场相似，一旦出现39式中：式中：Emax最大电场强度；最大电场强度；Eav 平均电场强度；平均电场强度；电场不均匀系数电场不均匀系数 fu引入电场引入电场不均匀系数不均匀系数 f 表示各种结构的电场的均匀程度表示各种结构的电场的均匀程度u在在稍不均匀电场中放电达到自持条件时发生击穿现象稍不均匀电场中放电达到自持条件时发生击穿现象，此时间隙中平均电场强，此时间隙中平均电场强度比均匀电场间隙的略小，因此在同样极间距离时稍不均匀场间隙的击穿电压度比均匀电场间隙的略小，因此在同样极间距离时稍不均匀场间隙的击穿电压较均匀场间隙的要低；较均匀场间隙的要低；在极不均匀场间隙中自持放电条件即是电晕起始条件在极不均匀场间隙中自持放电条件即是电晕起始条件，由发生电晕至击穿的过程还必须提高电压才能完成。由发生电晕至击穿的过程还必须提高电压才能完成。1.2 1.2 不不均匀电场中气体的击穿均匀电场中气体的击穿1.2.11.2.1稍不均匀电场和极不均匀电场的放电特点稍不均匀电场和极不均匀电场的放电特点39电场不均匀系数电场不均匀系数 f引入电场不均匀系数引入电场不均匀系数 f 表示各种结构的表示各种结构的40Axial(left)and radial(right)views of discharge with rod electrode紫外成像拍摄的电晕紫外成像拍摄的电晕40Axial(left)and radial(rig41u电晕放电电晕放电极不均匀电场极不均匀电场所特有的一种所特有的一种自持放电自持放电现象；现象；电晕放电的概念电晕放电的概念发生电晕放电现象的条件发生电晕放电现象的条件u电场极不均匀时，曲率大的电极附近很小范围内电场极不均匀时，曲率大的电极附近很小范围内已达相当已达相当数值时，间隙中大部分区域值数值时，间隙中大部分区域值都仍然很小，放电达到自持都仍然很小，放电达到自持放电后，间隙没有击穿放电后，间隙没有击穿u电场越不均匀，击穿电压和电晕起始电压间的差别也越大电场越不均匀，击穿电压和电晕起始电压间的差别也越大电晕放电由于局部强场区的放电过程造成。电晕放电由于局部强场区的放电过程造成。1.2 1.2 不不均匀电场中气体的击穿均匀电场中气体的击穿1.3.2 1.3.2 极不均匀电场中的电晕放电现象极不均匀电场中的电晕放电现象41电晕放电电晕放电极不均匀电场所特有的一种自持放电现象；电晕放极不均匀电场所特有的一种自持放电现象；电晕放42一、电晕放电的特点一、电晕放电的特点电晕放电的表现：电晕放电的表现：咝咝的声音、臭氧的气味、电极附近空间蓝色的晕光；咝咝的声音、臭氧的气味、电极附近空间蓝色的晕光；化学反应产生新物质，化学反应产生新物质，O3、NO、NO2；回路电流明显增加回路电流明显增加(绝对值仍很小绝对值仍很小)，可以测量到能量损失；，可以测量到能量损失；产生高频脉冲电流。产生高频脉冲电流。u电晕起始场强电晕起始场强Ec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；u电晕起始电压电晕起始电压Uc开始出现电晕时的电压；开始出现电晕时的电压；1.3 1.3 不不均匀电场中气体的击穿均匀电场中气体的击穿1.3.2 1.3.2 极不均匀电场中的电晕放电现象极不均匀电场中的电晕放电现象42一、电晕放电的特点电晕放电的表现：咝咝的声音、臭氧的气味一、电晕放电的特点电晕放电的表现：咝咝的声音、臭氧的气味43电晕放电的两种形式电晕放电的两种形式电子崩形式电子崩形式 流注形式流注形式电极曲率大电极曲率大，电晕层薄，且比较均匀，放电电流比较稳定，自持放电，电晕层薄，且比较均匀，放电电流比较稳定，自持放电采用汤逊放电形式，即出现电子崩式的电晕。随着电压升高，电晕层采用汤逊放电形式，即出现电子崩式的电晕。随着电压升高，电晕层不断扩大个别电子崩形成流注，出现放电脉冲现象，开始转入流注形不断扩大个别电子崩形成流注，出现放电脉冲现象，开始转入流注形脉冲放电。脉冲放电。电极曲率小电极曲率小，则电晕一开始就很强烈，一旦出现就采取流注形式。电，则电晕一开始就很强烈，一旦出现就采取流注形式。电压进一步升高，个别流注强烈发展，出现刷状放电，放电的脉冲现象压进一步升高，个别流注强烈发展，出现刷状放电，放电的脉冲现象更加强烈，最后贯穿间隙，导致间隙完全击穿。更加强烈，最后贯穿间隙，导致间隙完全击穿。冲击电压下，冲击电压下，电压上升快，来不及出现分散的大量电子崩，因此电晕一开电压上升快，来不及出现分散的大量电子崩，因此电晕一开始也是流注形式始也是流注形式43电晕放电的两种形式电子崩形式电晕放电的两种形式电子崩形式 流注形式电极曲率流注形式电极曲率44电晕放电的脉冲现象电晕放电的脉冲现象试验装置试验装置（1）电压很低时，放电电流极小，电流波形不规则。）电压很低时，放电电流极小，电流波形不规则。（2）当电压升高到一定数值（与极性有关）后，突然）当电压升高到一定数值（与极性有关）后，突然出现比较显著的电流，电流具有规律性的重复脉冲波形。出现比较显著的电流，电流具有规律性的重复脉冲波形。（3）电压继续升高，电流脉冲幅值不变，但频率增高，）电压继续升高，电流脉冲幅值不变，但频率增高，脉冲更形密集，甚至前后交叠，平均电流不断加大（极脉冲更形密集，甚至前后交叠，平均电流不断加大（极性不同时，脉冲波形有些不同，同一电压下的频率也不性不同时，脉冲波形有些不同，同一电压下的频率也不同）。同）。（4）电压继续升高到一定程度（与极性有关）后，高电压继续升高到一定程度（与极性有关）后，高频脉冲突然消失，转入持续电晕阶段，但电流仍继续随频脉冲突然消失，转入持续电晕阶段，但电流仍继续随电压增高而加大。电压增高而加大。（5）电压再进一步增加，临近击穿时出现刷状放电，电压再进一步增加，临近击穿时出现刷状放电，这时又出现不规则的强烈电流脉冲，这种现象在正极性这时又出现不规则的强烈电流脉冲，这种现象在正极性下更为明显。下更为明显。（6）最后发生击穿。最后发生击穿。44电晕放电的脉冲现象试验装置（电晕放电的脉冲现象试验装置（1）电压很低时，放电电流极小）电压很低时，放电电流极小4545均匀电场中的气体击穿课件均匀电场中的气体击穿课件47原因：原因：空间电荷的影响空间电荷的影响工程问题：电晕的产生伴随着高频脉冲将产生电磁波并传播到空间。特别是工频电压下的电晕，由于每半周内都存在起始及熄灭阶段，总能辐射出大量电磁波。所以，交流输电线路发生电晕后，将造成电磁波干扰（无线电干扰）47原因：空间电荷的影响工程问题：原因：空间电荷的影响工程问题：48二、输电线路的电晕放电二、输电线路的电晕放电线板气隙中不同直径导线不同直径导线的工频击穿电压与d的关系点划线均匀电场；虚线正尖负板电场；1D=0.5mm；2D=3mm；3D=16mm；4D=20mm48二、输电线路的电晕放电线板气隙中不同直径导线的工频击穿二、输电线路的电晕放电线板气隙中不同直径导线的工频击穿49利用电晕提高间隙的击穿电压利用电晕提高间隙的击穿电压-空间电荷的作用空间电荷的作用49利用电晕提高间隙的击穿电压利用电晕提高间隙的击穿电压-空间电荷的作用空间电荷的作用50u电晕起始场强的求取（皮克公式）电晕起始场强的求取（皮克公式）p以输电线路为例以输电线路为例 式中式中 m导线表面粗糙系数，光滑导线的导线表面粗糙系数，光滑导线的m1,绞线的绞线的m 0.820.9，局部电晕，局部电晕0.72,空气相对密度空气相对密度；r 导线半径导线半径，cm。p注意：在雨、雪、雾注意：在雨、雪、雾等坏天气时，导线表等坏天气时，导线表面的水滴使导线表面面的水滴使导线表面电场发生变化，降低电场发生变化，降低了电晕起始电压和起了电晕起始电压和起始场强。始场强。水滴水滴电场作用电场作用变成锥形变成锥形50电晕起始场强的求取（皮克公式）注意：在雨、雪、雾等坏天气电晕起始场强的求取（皮克公式）注意：在雨、雪、雾等坏天气51能量损失：能量损失：空间电荷运动构成电晕电流，空气间隙保持绝缘，虽然电晕空间电荷运动构成电晕电流，空气间隙保持绝缘，虽然电晕电流不大，但比线路绝缘的泄露电流大得多。空间电荷的运动需要电源电流不大，但比线路绝缘的泄露电流大得多。空间电荷的运动需要电源供给能量，这部分能量成为输电线路供给能量，这部分能量成为输电线路电晕损耗电晕损耗的主要部分，而使空气电的主要部分，而使空气电离所消耗的能量较小。离所消耗的能量较小。无线电干扰：无线电干扰：脉冲现象产生高频电磁波，干扰通讯和测量，还可能产生脉冲现象产生高频电磁波，干扰通讯和测量，还可能产生超过环保标准的噪声超过环保标准的噪声。电晕放电的不利影响电晕放电的不利影响u对于对于500500750750kVkV的超高压输电线路，在天气好时电晕损耗一般不超过几个的超高压输电线路，在天气好时电晕损耗一般不超过几个W/kmW/km，而在坏天气时，可以达到，而在坏天气时，可以达到100 100 W/kmW/km以上。以上。u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。算。1000kV 水平距离最边相导线水平距离最边相导线20m、频率为、频率为0.5MHz的无线电干扰值的无线电干扰值 51能量损失：空间电荷运动构成电晕电流，空气间隙保持绝缘，虽能量损失：空间电荷运动构成电晕电流，空气间隙保持绝缘，虽输电电压等级的提高，电晕问题也越来越突出输电电压等级的提高，电晕问题也越来越突出减小电晕的方法减小电晕的方法导线表面场强将随着电导线表面场强将随着电压的升高而增大，在工压的升高而增大，在工作电压下，导线的工作作电压下，导线的工作场强就有可能超过电晕场强就有可能超过电晕起始场强，引起电晕损起始场强，引起电晕损耗和无线电干扰耗和无线电干扰 输电电压等级的提高，电晕问题也越来越突出减小电晕的方法导线表输电电压等级的提高，电晕问题也越来越突出减小电晕的方法导线表u增大线间距离d 或增大导线半径增大导线半径 r。u一般采取适当增大导线直径的办法u为节省导线材料，通常采用分裂导线的解决办法，即每相导线由2根或2根以上的导线组成。使得导线表面场强得以降低。降低导线表面场强的方法：降低导线表面场强的方法：增大线间距离增大线间距离d 或增大导线半径或增大导线半径 r。降低导线表面场强的方法：。降低导线表面场强的方法：发光、发热，损失能量；发光、发热，损失能量；使空气发生化学反应，产生使空气发生化学反应，产生O3、NO、NO2等，引起腐蚀作用；等，引起腐蚀作用；脉冲现象产生高频电磁波，干扰通讯和测量，还可能产生超过环保标准脉冲现象产生高频电磁波，干扰通讯和测量，还可能产生超过环保标准的噪声。的噪声。电晕可削弱输电线上雷电冲击电压波的幅值及陡度；电晕可削弱输电线上雷电冲击电压波的幅值及陡度；利用电晕放电改善电场分布，提高击穿电压利用电晕放电改善电场分布，提高击穿电压材料表面处理、水处理、静电除尘、静电喷涂、臭氧发生器等材料表面处理、水处理、静电除尘、静电喷涂、臭氧发生器等雷击线路雷击线路引起线路上引起线路上发生电晕发生电晕电晕导致发电晕导致发光、发热光、发热损失雷电冲击损失雷电冲击电压的能量电压的能量减小设备上的雷减小设备上的雷电过电压电过电压有利于保护设有利于保护设备绝缘备绝缘发光、发热，损失能量；电晕可削弱输电线上雷电冲击电压波的幅值发光、发热，损失能量；电晕可削弱输电线上雷电冲击电压波的幅值55材料表面处理材料表面处理臭氧发生器臭氧发生器污水处理污水处理55材料表面处理臭氧发生器污水处理材料表面处理臭氧发生器污水处理u极不均匀电场中的放电存在明显的极不均匀电场中的放电存在明显的极性效应极性效应。短间隙极不均匀电场中的放电过程（棒板间隙）短间隙极不均匀电场中的放电过程（棒板间隙）正极性（正棒正极性（正棒负板）负板）非自持放电阶段非自持放电阶段p棒极附近强场区域内形成电子崩，电棒极附近强场区域内形成电子崩，电子崩头部的电子被棒极中和，在棒极子崩头部的电子被棒极中和，在棒极附近空间留下许多正离子，附近空间留下许多正离子，p积聚起的正空间电荷，减少了紧贴棒积聚起的正空间电荷，减少了紧贴棒极附近的电场，而略微加强了外部空极附近的电场，而略微加强了外部空间的电场，棒极附近难以造成流注，间的电场，棒极附近难以造成流注，使得自持放电、即使得自持放电、即电晕放电难以形成电晕放电难以形成E0原电场原电场；Eq空间电荷电场空间电荷电场；Ecom合成电场合成电场E0(c)Ecom=E0+EqE0EEqx(a)(b)EqEq1.2 1.2 不不均匀电场中气体的击穿均匀电场中气体的击穿1.3.3 1.3.3 极不均匀电场中的放电过程极不均匀电场中的放电过程极不均匀电场中的放电存在明显的极性效应。极不均匀电场中的放电存在明显的极性效应。短间隙极不均匀电短间隙极不均匀电流注发展阶段流注发展阶段p电子崩进入棒电极，正电荷留电子崩进入棒电极，正电荷留在棒尖在棒尖加强了加强了前方（板极方向）前方（板极方向）的电场；的电场；p电场的加强对形成流注发展有电场的加强对形成流注发展有利。头部前方产生新电子崩，利。头部前方产生新电子崩，吸引入流注头部正电荷区内，吸引入流注头部正电荷区内，加强并延长流注通道；加强并延长流注通道；p流注及其头部的正电荷使强电流注及其头部的正电荷使强电场区向前移，促进流注通道进场区向前移，促进流注通道进一步发展，逐渐向阴极推进，一步发展，逐渐向阴极推进，形成正流形成正流注注E0原电场原电场；Eq空间电荷电场空间电荷电场；Ecom合成电场合成电场E0(c)Ecom=E0+EqE0EEqx(a)(b)EqEq 正极性（正棒正极性（正棒负板）负板）流注发展阶段流注发展阶段E0(c)Ecom=E0+EqE0EEqx(a)正空间电荷正空间电荷（正极性）（正极性）削弱棒极附近电场削弱棒极附近电场棒极附近难以形成流棒极附近难以形成流注，注，起始电晕电压高起始电晕电压高加强了正空间电荷外加强了正空间电荷外部朝向板极的电场部朝向板极的电场有利于流注向间隙深处有利于流注向间隙深处发展，故其发展，故其击穿电压低击穿电压低正空间电荷积聚，正空间电荷积聚，削弱了电离削弱了电离积聚的正空间电荷在积聚的正空间电荷在间隙深处加强电场间隙深处加强电场 正极性（正棒正极性（正棒负板）负板）正空间电荷削弱棒极附近电场棒极附近难以形成流注，起始电晕电压正空间电荷削弱棒极附近电场棒极附近难以形成流注，起始电晕电压 负极性（负棒负极性（负棒正板）正板）非自持放电阶段非自持放电阶段p电子崩中电子离开强电场区电子崩中电子离开强电场区后，难以再引起电离，正离后，难以再引起电离，正离子逐渐向棒极运动，在棒极子逐渐向棒极运动，在棒极附近出现了比较集中的正空附近出现了比较集中的正空间电荷，使电场畸变间电荷，使电场畸变p棒极附近的电场得到增强，棒极附近的电场得到增强，因而自待放电条件就易于得因而自待放电条件就易于得到满足，到满足，易于转入流注而形易于转入流注而形成电晕放电成电晕放电E0原电场原电场；Eq空间电荷电场空间电荷电场；Ecom合成电场合成电场Ecom=E0+Eq(c)E0EEqx(a)(b)E0EqEq 负极性（负棒负极性（负棒正板）非自持放电阶段正板）非自持放电阶段Ecom=E0+Eq(流注发展阶段流注发展阶段p电子崩由强场区向弱场区发电子崩由强场区向弱场区发展，对电子崩发展不利。棒展，对电子崩发展不利。棒极前的正电荷区消弱了前方极前的正电荷区消弱了前方（阳极方向）空间的电场，（阳极方向）空间的电场，使流注发展不利使流注发展不利p等离子体层前方电场足够强等离子体层前方电场足够强后，发展新电子崩，形成了后，发展新电子崩，形成了大量二次电子崩，汇集起来大量二次电子崩，汇集起来后使得等离子体层向阳极推后使得等离子体层向阳极推进，进，形成负流注形成负流注E0原电场原电场；Eq空间电荷电场空间电荷电场；Ecom合成电场合成电场Ecom=E0+Eq(c)E0EEqx(a)(b)E0EqEq 负极性（负棒负极性（负棒正板）正板）流注发展阶段流注发展阶段Ecom=E0+Eq(c)E0EEqx(a)(正空间电荷正空间电荷（负极性）（负极性）加强棒极附近电场加强棒极附近电场棒极附近易于形成流棒极附近易于形成流注，注，起始电晕电压低起始电晕电压低削弱了正空间电荷外削弱了正空间电荷外部朝向板极的电场部朝向板极的电场不利于流注向间隙深处不利于流注向间隙深处发展，放电发展困难，发展，放电发展困难，故其故其击穿电压高击穿电压高正空间电荷积聚，正空间电荷积聚，加强了电离加强了电离积聚的正空间电荷在积聚的正空间电荷在间隙深处减弱电场间隙深处减弱电场 负极性（负棒负极性（负棒正板）正板）正空间电荷加强棒极附近电场棒极附近易于形成流注，起始电晕电压正空间电荷加强棒极附近电场棒极附近易于形成流注，起始电晕电压u结论结论正极性正极性（正棒（正棒负板）负板）负极性负极性（负棒（负棒正板）正板）电晕起始电压电晕起始电压高高低低间隙击穿电压间隙击穿电压低低高高在相同气隙下在相同气隙下结论正极性负极性电晕起始电压高低间隙击穿电压低高在相同气隙下结论正极性负极性电晕起始电压高低间隙击穿电压低高在相同气隙下 放电进一步发展放电进一步发展u外电压较低时，外电压较低时，流注通道深入间隙一段距离后，就停止不流注通道深入间隙一段距离后，就停止不前了，形成前了，形成电晕放电或刷状放电电晕放电或刷状放电u外电压足够高时，外电压足够高时，流注通道将一直达到另一电极，从而导流注通道将一直达到另一电极，从而导致间隙致间隙完全击穿完全击穿 放电进一步发展外电压较低时，流注通道深入间隙一段距离后，放电进一步发展外电压较低时，流注通道深入间隙一段距离后，（3 3）间隙距离较长间隙距离较长-先导的形成与发展先导的形成与发展p通道根部的通道根部的电子最多子最多流注根部温度升高流注根部温度升高出出现热电离离先先导通道（通道（具有具有热电离离过程的通道程的通道）。）。p新的新的电离离过程使程使电离加离加强，电导增大，从而加大了其增大，从而加大了其头部前部前沿区域中的沿区域中的场强，引起新的流注，引起新的流注，导致先致先导通道不断伸通道不断伸长。（3）间隙距离较长间隙距离较长-先导的形成与发展通道根部的电子最多先导的形成与发展通道根部的电子最多65流注根部温流注根部温度升高度升高热电离过热电离过程程先导先导通道通道电离加强，更为明亮电离加强，更为明亮电导增大电导增大轴向场强更低轴向场强更低发展速度更快发展速度更快长空气间隙的平均击穿场强远低于短间隙长空气间隙的平均击穿场强远低于短间隙 65流注根部温度升高热电离过程先导电离加强，更为明亮电导增大流注根部温度升高热电离过程先导电离加强，更为明亮电导增大（4 4）间隙距离较长间隙距离较长-主放电过程主放电过程p先导头部达到板极。小间隙中的高场强引起强烈电离，带电粒子浓度高。p强电离区迅速向阳极传播主放电过程。p主放电通道贯穿电极间隙击穿。特点：特点：由于头部场强极大，所以主放电通道发展速度及电由于头部场强极大，所以主放电通道发展速度及电导都远大于先导通道。导都远大于先导通道。长间隙放电：电晕放电、先导放电、主放电长间隙放电：电晕放电、先导放电、主放电。（4）间隙距离较长间隙距离较长-主放电过程先导头部达到板极。小间隙中的主放电过程先导头部达到板极。小间隙中的67主放电通道主放电通道主放电和先导通道的交界区主放电和先导通道的交界区先导通道先导通道 67主放电通道主放电通道68负地闪发展过程负地闪发展过程68负地闪发展过程负地闪发展过程69Development of a leader(1-10)and main discharge69Development of a leader(1-1070谢谢 谢！谢！70谢谢 谢！谢！课程回程回顾p气体放电的主要形式气体放电的主要形式 1.1.辉光放电辉光放电p气体压力不大，电源功率很小气体压力不大，电源功率很小（放电回路中串入很大阻抗）时，外施电压（放电回路中串入很大阻抗）时，外施电压增到一定值后，回路中电流突增至明显数值，管内阴极和阳极间整个空间增到一定值后，回路中电流突增至明显数值，管内阴极和阳极间整个空间忽然出现发光现象。忽然出现发光现象。p特点：特点：放电电流密度较小，放电区域通常占据了整个电极间的空间。如霓放电电流密度较小，放电区域通常占据了整个电极间的空间。如霓虹管中的放电。虹管中的放电。课程回顾气体放电的主要形式辉光放电气体压力不大，电源功率很小课程回顾气体放电的主要形式辉光放电气体压力不大，电源功率很小课程回程回顾p气体放电的主要形式气体放电的主要形式 2.2.电晕放电电晕放电p电极曲率半径很小或电极间距离很远，即电场极不均匀，则当电压升高到电极曲率半径很小或电极间距离很远，即电场极不均匀，则当电压升高到一定值后，首先紧贴电极在电场最强处出现发光层，回路中出现用一般仪一定值后，首先紧贴电极在电场最强处出现发光层，回路中出现用一般仪表即可察觉的电流。随着电压升高，发光层扩大，放电电流也逐渐增大表即可察觉的电流。随着电压升高，发光层扩大，放电电流也逐渐增大p特点：特点：发生电晕放电时，气体间隙的大部分尚未丧失绝缘性能，放电电流发生电晕放电时，气体间隙的大部分尚未丧失绝缘性能，放电电流很小，间隙仍能耐受电压的作用很小，间隙仍能耐受电压的作用p电场极不均匀情况下，如电压继续升高，从电晕电极伸展出许多较明电场极不均匀情况下，如电压继续升高，从电晕电极伸展出许多较明亮的细放电通道，称为亮的细放电通道，称为刷状放电刷状放电 课程回顾气体放电的主要形式电晕放电电极曲率半径很小或电极间距课程回顾气体放电的主要形式电晕放电电极曲率半径很小或电极间距73课程回程回顾p气体放电的主要形式气体放电的主要形式 73733.3.电弧放电电弧放电p减小外回路中的阻抗，则电流增大，电流增大到一定值后，放电通道收细，减小外回路中的阻抗，则电流增大，电流增大到一定值后，放电通道收细，且越来越明亮，管端电压则更加降低，说明通道的电导越来越大且越来越明亮，管端电压则更加降低，说明通道的电导越来越大p特点：特点：电弧通道和电极的温度都很高，电流密度极大，电路具有短路的特电弧通道和电极的温度都很高，电流密度极大，电路具有短路的特征征73课程回顾气体放电的主要形式课程回顾气体放电的主要形式7373电弧放电减小外回路中的电弧放电减小外回路中的744.4.火花放电火花放电p当外回路中阻抗很大，限制了放电电流时，电极间出现贯通两极的断续当外回路中阻抗很大，限制了放电电流时，电极间出现贯通两极的断续的明亮细火花的明亮细火花。（大气条件下）。（大气条件下）p特点：特点：具有收细的通道形式，并且放电过程不稳定具有收细的通道形式，并且放电过程不稳定课程回程回顾p气体放电的主要形式气体放电的主要形式 74火花放电当外回路中阻抗很大，限制了放电电流时，电极间出现火花放电当外回路中阻抗很大，限制了放电电流时，电极间出现