流注先导主放电(1)

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,高电压,技术,高电压工程系,何正浩,hzh,第,2,讲回顾,带电粒子的产生与消失,汤逊理论,巴申定律的解释,汤逊理论的适用范围,2,3,第,3,讲,气体电介质的绝缘特性（二）,1.2.5,流注理论,在高气压长间隙条件下的气体放电理论,特点：认为电子碰撞电离及空间,光电离,是维持自持放电的主要因素，并强调了,空间电荷畸变电场,的作用,通过大量的实验研究（主要在电离室中进行的）说明放电发展的机理,4,电子崩阶段,空间电荷畸变外电场,流注阶段,光电离形成二次电子崩，等离子体,5,（,1,） 电子崩阶段,6,（,a,）初始电子崩,阳极侧电子崩数目多,正空间电荷加强了原电场，同时向周围放射出大量光子,（一）流注理论,（,b,）二次电子崩,光子使附近的气体因光电离而产生二次电子,它们在由正空间电荷所引起的畸变和加强了的局部电场作用下，又形成新的电子崩，即二次电子崩,7,（,2,）流注的形成和发展,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,）。流注通道二次崩留下的正电荷，大大加强了流注发展方向的电场，产生新电子崩，从而使流注向前发展,8,（,3,）间隙的击穿,流注不断向阴极推进，头部电场越来越强，因而其发展也越快,流注发展到阴极，间隙被导电良好的等离子通道所贯通,间隙击穿,9,在电离室中得到的初始电子崩照片,图,a,和图,b,的时间间隔为,1,10-7,秒,p=270,毫米汞柱，,E=10.5,千伏,/,厘米,10,初始电子崩转变为,流注瞬间照片,p,273,毫米汞柱,E=12,千伏,/,厘米,电子崩在空气中的发展速度约为,1.25,10,7,cm/s,在电离室中得到的阳极流注发展过段的照片,正流注的发展速度约为,1,10,8,210,8,cm/s,11,自持放电条件,形成流注,空间光电离维持放电（,自持放电,）,如果电场均匀，间隙就将被击穿。所以流注形成的条件就是自持放电条件，在均匀电场中也就是导致击穿的条件。,流注形成的条件：足够的空间光游离,较多的初始电子崩（电子崩积累到一定的数量）,12,（二）流注,理论,对,高气压、长间隙（,pd,很大）放电现象的解释,1,放电外形 具有通道形式,流注前方随着其向前发展而更为增强,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。,电子崩则不然，由于其中电荷密度较小，故电场强度还不大，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,13,14,树枝状放电与放电发展的抑制,2,放电时间,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,3,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,15,在,Pd,值较小时，起始电子不可能在穿越极间距离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。,16,1.3,不均匀电场中气体的击穿,17,d,2,D,，电场还比较均匀，其放电特性与均匀电场相似，一旦出现自持放电，立即导致整个气隙击穿。放电达到自持时，,在整个间隙中部巳达到相当数值。这时和均匀电场中情况类似 。,1.3.1,稍不均匀场和极不均匀场的放电特点,1,击穿电压,2,电晕起始电压,3,放电不稳定区,d, 4,D,，电场分布极不均匀，存在电晕放电，电晕起始电压。,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。,18,当大曲率电极附近很小范围内,已达相当数值时，间隙中大部分区域值,都仍然很小，放电达到自持放电后，间隙没有击穿。,电场越不均匀，击穿电压和电晕起始电压间的差别也越大,。,19,d,2D 4D,，属于过渡区域，不稳定电晕，转为火花放电。,当大曲率电极附近,达到足够数值时，间隙中很大一部分区域,也都已达相当数值，流注一经产生，随即发展至贯通整个间隙，导致间隙完全击穿,20,电场不均匀系数,f,f4,时，极不均匀电场,1.3.2,电晕放电现象,电晕放电现象,电离区的放电过程造成。,强电场,电子崩,复合,光辐射,咝咝的声音，臭氧的气味，微弱的晕光，回路电流明显增加,(,绝对值仍很小,),，可以测量到能量损失,21,22,电晕起始电压和电晕起始场强,是一种自持放电形式，起始电压在原理上可由自持放电条件求得,E,0,的经验公式,m,导线表面的粗糙系数。光滑导线,m,=1,一般导线,m,=0.820.9,对绞线局部电晕,m,=0.72,电晕电流与能量,23,(a),时间刻度,T=125,s,(b) 0.7,A,电晕电流平均值,(c) 2,A,电晕电流平均值,电晕电流比较小，但比泄漏电流要大得多。空间电荷的运动需要电源供给能量,输电线路电晕损耗的主要部分，而使空气电离所消耗的能量则比较小。,电晕的起始阶段,一系列短促的陡脉冲组成。电离产生的与导线同号的电荷,导致电离停止。,脉冲电流将产生电磁波传播到空间,造成无线电干扰，,24,25,输电线路的电晕还与导线的表面状况及天气状况有关。导线表面曲率大小影响。,雨、雪、霜等坏天气时，电晕损耗急剧增加。,水滴,电场作用,变成锥形,26,对于,500,750,kV,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/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。,27,随着输电电压的提高，电晕问题也越来越突出。,导体表面电场,减小电晕的方法,降低导线表面场强的方法：增大线间距离,D,或增大导线半径,r,。,一般采取适当增大导线直径的办法,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。,28,电晕影响的两面性,不利影响,：,能量损失；,放电脉冲引起的高频电磁波干扰；,化学反应引起的腐蚀作用等 。,有利方面,：,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 ；,利用电晕放电除尘与臭氧发生器等,。,29,30,线板气隙中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；,1,D=0.5mm,；,2D=3mm,；,3,D=16mm,；,4,D=20mm,1.3.3,极不均匀场中的放电过程,31,一、非自持放电阶段,电子崩产生,阳极积聚正电荷,32,二、流注发展阶段,头部电场增强,新电子崩,流注前移,三、先导放电阶段,通道根部的电子最多,流注根部温度升高,出现热电离,先导通道（具有热电离过程的通道）。,新的电离过程使电离加强，电导增大，从而加大了其头部前沿区域中的场强，引起新的流注，导致先导通道不断伸长。,33,34,流注根部温度升高,热电离过程,先导,通道,电离加强，更为明亮,电导增大,轴向场强更低,发展速度更快,长空气间隙的平均击穿场强远低于短间隙,35,四、主放电过程,先导头部达到板极。小间隙中的高场强引起强烈电离，带电粒子激增。,强电离区迅速向阳极传播,主放电过程。,主放电通道贯穿电极间隙,击穿。,特点：,由于其头部场强极大，所以主放电通道发展速度及电导都远大于先导通道。,36,主放电通道,主放电和先导通道的交界区,先导通道,先导的发展,37,正棒,负板间隙中先导通道的发展,（）先导和其头部的流注；（）流注头部电子崩的形成；,（）由流注转变为先导和形成流注；（）流注头部电子崩的形成；,（）沿着先导和空气间隙电场强度的分布,1.3.4,极不均匀场中的极性效应,正棒负板,38,电子运动速度快，迅速进入棒极；,棒极附近积聚起正空间电荷，削弱了棒极附近的电场强度而加强了正离子群外部空间的电场,结果：,（,1,）使电晕起始电压提高。,（,2,）外部空间电场加强，有利于流注的发展，因此击穿电压较低。,39,负棒,正板,40,电子崩中的电子离开强电场区后，不再能引起电离，向阳极运动的速度也越来越慢。,电子崩中的正离子加强了棒极附近的场强，使棒极附近容易形成流注。,结论：,（,1,）电晕起始电压比正极性时要低。,（,2,）正空间电荷产生的附加电场与原电场方向相反，削弱了外部空间的电场，阻碍了流注的发展，因此击穿电压较高。,41,42,谢 谢！,