《流注先导主放电》ppt课件

1、高电压工程系高电压工程系何正浩何正浩第2讲回想带电粒子的产生与消逝汤逊实际巴申定律的解释汤逊实际的适用范围第第 3 3 讲讲 气体电介质的绝缘特性二气体电介质的绝缘特性二1.2.5 流注实际n在高气压长间隙条件下的气体放电实际在高气压长间隙条件下的气体放电实际n 特点：以为电子碰撞电离及空间光电离是维持自持特点：以为电子碰撞电离及空间光电离是维持自持放电的主要要素，并强调了空间电荷畸变电场的作放电的主要要素，并强调了空间电荷畸变电场的作用用 n经过大量的实验研讨主要在电离室中进展的阐经过大量的实验研讨主要在电离室中进展的阐明放电开展的机理明放电开展的机理 n电子崩阶段电子

2、崩阶段n 空间电荷畸变外电场空间电荷畸变外电场 n流注阶段流注阶段 n 光电离构成二次电子崩，等离子体光电离构成二次电子崩，等离子体n 1 电子崩阶段a a初始电子崩初始电子崩阳极侧电子崩数目多阳极侧电子崩数目多正空间电荷加强了原正空间电荷加强了原电场，同时向周围放电场，同时向周围放射出大量光子射出大量光子 一流注实际一流注实际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部分电场作用下，又构成新的电子崩，即二次电子崩 2流注的构成和开展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，大大加强了流注开展方向

3、的电场，产生新电子崩，从而使流注向前开展 3间隙的击穿n流注不断向阴极推进，头流注不断向阴极推进，头部电场越来越强，因此其部电场越来越强，因此其开展也越快开展也越快n流注开展到阴极，间隙被流注开展到阴极，间隙被导电良好的等离子通道所导电良好的等离子通道所贯穿贯穿间隙击穿间隙击穿 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 初始电子崩转变为流注瞬间照片p273毫米汞柱E=12千伏/厘米电子崩在空气中的开展速度约为电子崩在空气中的开展速度约为1.25107cm/s在电离室中得到的阳极流注开展过段的照片在电离室中得到的阳极流注开展过段

4、的照片正流注的开展速度约为正流注的开展速度约为11082108cm/s自持放电条件构成流注构成流注空间光电离维持放电自持放电空间光电离维持放电自持放电假设电场均匀，间隙就将被击穿。所以流注构成的假设电场均匀，间隙就将被击穿。所以流注构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。的条件。流注构成的条件：足够的空间光游离流注构成的条件：足够的空间光游离较多的初较多的初始电子崩电子崩积累到一定的数量始电子崩电子崩积累到一定的数量）常数（810de二流注实际对高气压、长间隙pd很大放电景象的解释 1放电外形放电外形 具有通道方式具有通道方

5、式 流注前方随着其向前开展而更为加强流注前方随着其向前开展而更为加强多流注之间相互抑制开展多流注之间相互抑制开展二次电子崩在空间的构成和开展带有统计性，所以二次电子崩在空间的构成和开展带有统计性，所以火花通道常是曲折的，并带有分枝。火花通道常是曲折的，并带有分枝。电子崩那么不然，由于其中电荷密度较小，故电场电子崩那么不然，由于其中电荷密度较小，故电场强度还不大，因此不致影响到临近空间内的电场，强度还不大，因此不致影响到临近空间内的电场，所以不会影响其它电子崩的开展所以不会影响其它电子崩的开展树枝状放电与放电开展的抑制树枝状放电与放电开展的抑制2放电时间放电时间 二次电子崩由光电离构成，所以流注

6、开展速度极二次电子崩由光电离构成，所以流注开展速度极快快放电时间特别短放电时间特别短3阴极资料的影响阴极资料的影响 维持放电靠光电离，而不是阴极外表的电离过程，维持放电靠光电离，而不是阴极外表的电离过程，与资料无关与资料无关 在Pd值较小时，起始电子不能够在穿越极间间隔后完成足够多的碰撞电离次数，因此难以聚积到足够的电子数，这样就不能够出现流注，放电的自持只能依托阴极上的过程。1.3 不均匀电场中气体的击穿ud2D，电场还比较均，电场还比较均匀，其放电特性与均匀，其放电特性与均匀电场类似，一旦出匀电场类似，一旦出现自持放电，立刻导现自持放电，立刻导致整个气隙击穿。放致整个气隙击穿。放电到达自持

7、时，电到达自持时，在在整个间隙中部巳到达整个间隙中部巳到达相当数值。这时和均相当数值。这时和均匀电场中情况类似匀电场中情况类似 。1.3.1 稍不均匀场和极不均匀场的放电特点稍不均匀场和极不均匀场的放电特点1 击穿电压击穿电压2 电晕起始电压电晕起始电压3 放电不稳定区放电不稳定区 d 4D，电场分布极不均匀，存在电晕放电，电晕起始电压。，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，外表电晕层扩展，并出现刷状的细外加电压进一步增大，外表电晕层扩展，并出现刷状的细火花，火花变长，最终导致气隙完全击穿。火花，火花变长，最终导致气隙完全击穿。u当大曲率电极附近很小范围当大曲率

8、电极附近很小范围内内已达相当数值时，间隙中已达相当数值时，间隙中大部分区域值大部分区域值都依然很小，都依然很小，放电到达自持放电后，间隙没放电到达自持放电后，间隙没有击穿。电场越不均匀，击穿有击穿。电场越不均匀，击穿电压和电晕起始电压间的差别电压和电晕起始电压间的差别也越大。也越大。d2D 4D，属于过渡区域，不稳定电晕，属于过渡区域，不稳定电晕，转为火花放电。转为火花放电。当大曲率电极附近当大曲率电极附近到达足够数值时，间到达足够数值时，间隙中很大一部分区域隙中很大一部分区域也都已达相当数值，也都已达相当数值，流注一经产生，随即开展至贯穿整个间隙，流注一经产生，随即开展至贯穿整个间隙，导致间

9、隙完全击穿导致间隙完全击穿 电场不均匀系数电场不均匀系数 ff4时，极不均匀电场时，极不均匀电场dUEEEfavavmax1.3.2 电晕放电景象n电晕放电景象电晕放电景象电离区的放电过程呵斥。电离区的放电过程呵斥。n强电场强电场电子崩电子崩复合复合光辐射光辐射n咝咝的声音，臭氧的气味，微弱的晕光，回路咝咝的声音，臭氧的气味，微弱的晕光，回路电流明显添加电流明显添加(绝对值仍很小绝对值仍很小)，可以丈量到能量损，可以丈量到能量损失失n电晕起始电压和电晕起始场强电晕起始电压和电晕起始场强 n 是一种自持放电方式，起始电压在原理上可由是一种自持放电方式，起始电压在原理上可由自持放电条件求得自持放电

10、条件求得 E0的阅历公式kV/cm )3 . 01 (300rmEm导线外表的粗糙系数。光滑导线导线外表的粗糙系数。光滑导线m=1, 普通普通导线导线m=0.820.9,对绞线部分电晕对绞线部分电晕 m=0.72 电晕电流与能量(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，但比走漏电流要大得多。空间电荷的电晕电流比较小，但比走漏电流要大得多。空间电荷的运动需求电源供应能量运动需求电源供应能量,输电线路电晕损耗的主要部输电线路电晕损耗的主要部分，而使空气电离所耗费的能量那么比较小。分，而使空气电离所耗费的能量那么比较小。 电晕的起始阶段一系列

11、短促的陡脉冲组成。电离产生的与导线同号的电荷,导致电离停顿。 脉冲电流将产生电磁波传播到空间呵斥无线电干扰， 输电线路的电晕还与导线的外表情况及天气情况有关。导线外表曲率大小影响。 雨、雪、霜等坏天气时，电晕损耗急剧添加。 水滴电场作用变成锥形 对于500750kV的超高压输电线路，在天气好时电晕损耗普通不超越几个W/km，而在坏天气时，可以到达100 W/km以上。 因此在设计超高压线路时，需求根据不同天气条件下电晕损耗的实测数据和线路参数，以及沿线路各种气候条件的出现概率等对线路的电晕损耗进展估算。 2UP 随着输电电压的提高，电晕问题也越来越突出。rdrUEln导体外表电场导体外表电场减

12、小电晕的方法降低导线外表场强的方法：增大线间间隔D或增大导线半径r。普通采取适当增大导线直径的方法为节省导线资料，通常采用分裂导线的处理方法，即每相导线由2根或2根以上的导线组成。使得导线外表场强得以降低。rdrUEln电晕影响的两面性u不利影响不利影响 ：u能量损失；能量损失；u放电脉冲引起的高频电磁波干扰；放电脉冲引起的高频电磁波干扰；u化学反响引起的腐蚀作用等化学反响引起的腐蚀作用等 。 u有利方面：有利方面：u电晕可减弱输电线上雷电冲击电压波的幅值及陡度；电晕可减弱输电线上雷电冲击电压波的幅值及陡度；u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 ；u利

13、用电晕放电除尘与臭氧发生器等利用电晕放电除尘与臭氧发生器等 。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；1D=0.5mm；2D=3mm；3D=16mm；4D=20mm1.3.3 极不均匀场中的放电过程一、非自持放电阶段一、非自持放电阶段电子崩产生电子崩产生阳极积聚正电荷阳极积聚正电荷二、流注开展阶段二、流注开展阶段头部电场加强头部电场加强新电子崩新电子崩流注前移流注前移三、先导放电阶段三、先导放电阶段通道根部的电子最多通道根部的电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现热电离先导通道具有热电离过程的通道。先导通道具有热电离过程的通道。新的电离过

14、程使电离加强，电导增大，从而加大了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。导通道不断伸长。 流注根部流注根部温度升高温度升高热电离热电离过程过程先导先导通道通道电离加强，更为亮堂电离加强，更为亮堂电导增大电导增大轴向场强更低轴向场强更低开展速度更快开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 四、主放电过程 先导头部到达板极。小间隙中的高场强引起剧烈电离，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，所以主放电通道开展速度及电导都远大于先导通道。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 先导的开展正棒正棒负板间隙中先导通道的开展负板间隙中先导通道的开展先导和其头部的流注；流注头部电子崩的构成；先导和其头部的流注；流注头部电子崩的构成；由流注转变为先导和构成流注；流注头部电子崩的构成；由流注转变为先导和构成流注；流注头部电子崩的构成；沿着先导和空气间隙电场强度的分布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电子运动速度快，迅速进入棒极；棒