第3讲流注先导主放电

高电压工程系何正浩第 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23第 3 讲 气体电介质的绝缘特性（二）1.2.5 流注理论n 在高气压长间隙条件下的气体放电理论n 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 n 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 4n 电子崩阶段空间电荷畸变外电场 n 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n 光子使附近的气体因光电离而产生二次电子n 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n 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n 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 110-7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 1.25107cm/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 11082108cm/s11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1314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。161.3 不均匀电场中气体的击穿17u d2D，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 4D，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。18u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 ff4时，极不均匀电场1.3.2 电晕放电现象n 电晕放电现象 电离区的放电过程造成。n 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2122n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 E0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=125s(b) 0.7A电晕电流平均值(c) 2A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，2425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 750kV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u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 。 u有利方面 ：电晕可削弱输电线上雷电冲击电压波的幅