高电压技术,第一章第6节不均匀电场的放电过程.ppt

第六节不均匀电场中的放电过程 稍不均匀电场和极不均匀电场的放电特征电晕放电极不均匀电场的放电过程 一 稍不均匀电场和极不均匀电场的放电特征 f4极不均匀电场 什么样的电场是不均匀电场 均匀电场 削弱了边缘效应的平行板电极 稍不均匀电场 球隙 同轴圆筒状电极 极不均匀电场 棒 板电极 棒 棒电极 二 电晕放电 由于电场强度沿气隙的分布极不均匀 因而当所加电压达到某一临界值时 曲率半径较小的电极附近空间的电场强度首先达到了起始场强E0 因而在这个局部区域出现碰撞电离和电子崩 甚至出现流注 这种仅仅发生在强场区 小曲率半径电极附近空间 的局部放电称为电晕放电 曲率半径小的电极尖端发生的蓝紫色晕光状放电 极不均匀场的一种特有的自持放电形式 1 5 1电晕放电 电晕放电的起始电压一般用经验公式来推算 流传最广的是皮克公式 电晕起始场强近似为 在雨 雪 雾天气时 导线表面会出现许多水滴 它们在强电场和重力的作用下 将克服本身的表面张力而被拉成锥形 从而使导线表面的电场发生变化 结果在较低的电压和电场强度下就会出现电晕放电 1 5 1电晕放电 2 电晕放电的物理过程和效应 效应 1 声 光 热吱吱的响声蓝紫色的晕光周围气体温度升高 电晕放电引起的光 声 热等效应及使空气发生化学反应 都会消耗一定的能量 电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 电晕放电的危害 电晕放电中 由于电子崩和流注不断消失和重新出现所造成的放电脉冲会产生高频电磁波 从而对无线电RI和电视广播产生干扰TVI 电晕放电还会产生可闻噪声 并有可能超出环境保护所容许的标准 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 在选择导线的结构和尺寸时 应使好天气时电晕损耗接近于零 对无线电和电视的干扰应限制到容许水平以下 对于超高压和特高压线路的分裂线来说 找到最佳的分裂距 使导线表面最大电场强度值最小 电晕放电的有利之处 在输电线上传播的雷电电压波因电晕放电而衰减其幅值和降低其波前陡度 操作过电压的幅值受到电晕的抑制 电晕放电还在除尘器 静电喷涂装置 臭氧发生器等工业设施中得到广泛应用 三 极不均匀电场的放电过程 极性效应 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 但后来的发展过程 气隙的电气强度 击穿电压等都与该电极的极性有密切的关系 极不均匀电场中的放电存在着明显的极性效应 决定极性要看表面电场较强的那个电极所具有的电位符号 在两个电极几何形状不同时 极性取决于曲率半径较小的那个电极的电位符号 如 棒 板 气隙 在两个电极几何形状相同时 极性取决于不接地的那个电极上的电位 如 棒 棒 气隙 下面以电场极不均匀的 棒 板 气隙为例 从流注的概念出发 说明放电的 发展过程极性效应 一 正极性 如图所示 棒极带正电位时 电子崩头部的电子到达棒极后即将被中和 棒极附近强场区内的电晕放电将在棒极附近空间留下许多正离子 这些正离子虽朝板极移动 但速度很慢而暂留在棒极附近 这些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 因此当电压进一步提高 随着电晕放电区的扩展 强场区亦将逐渐向板极方向推进 因而放电的发展是顺利的 不均匀电场气隙中的流注放电 正极 负极 正棒 负板放电过程 电场加强 有利正流注发展 电子崩 流注 场强增大 流注加强 放电 二 负极性 如图1 13 a 所示 棒极负极性时 电子崩将由棒极表面出发向外发展 崩头的电子在离开强场 电晕 区后 虽不能再引起碰撞电离 但仍继续往板极运动 在图1 13 b 中 留在棒极附近的也是大批正离子 这时它们将加强棒极表面附近的电场而削弱外围空间的电场 电场情况如图1 13 c 所示 所以 当电压进一步提高时 电晕区不易向外扩展 整个气隙击穿将是不顺利的 因而这时气隙的击穿电压要比正极性时高得多 完成击穿过程所需的时间也要比正极性时长得多 1 3 2不均匀电场气隙中的流注放电 负极 正极 负棒 正板放电过程 电子崩 流注 场强不足 流注熄灭 棒极前流注加强 混合质通道 场强增大 流注开始 放电 输电线路和电气设备外绝缘的空气间隙大都属于极不均匀电场的情况 所以在工频高电压的作用下 击穿发生在外加电压为正极性的那半周内 在进行外绝缘的冲击电压实验时 也往