《高电压技术》第一篇电介质的电气强度第六节不均匀电场中的放

1、高电压技术高电压技术普普 通通 高高 等等 教教 育育 “十十 二二 五五” 国国 家家 规规 划划 教教 材材电电 气气 工工 程程 及及 其其 自自 动动 化化 专专 业业 系系 列列 教教 材材第第 一一 篇篇 电介质的电气强度电介质的电气强度绪绪 论论 高电压技术主要研讨高电压(强电场)下的各种电气物理问题。 高电压技术的发展始终与大功率远距离输电的需求密切相关。 对于电力类专业的学生来说，学习本课程的主要目的是学会正确处理电力系统中过电压与绝 缘这一对矛盾。 为了说明电力系统与高电压技术的密切关系， 以高压架空输电线路的设计为例，在图 0-1中 列出了种种与高电压技术直接相关的工程问

2、题。除了电力工业、电工制造业外，高电压技术 目前还广泛应用于大功率脉冲技术、激光 技术、核物理、等离子体物理、生态与环 境保护、生物学、医学、高压静电工业应 用等领域。第第 一一 篇篇 电介质的电气强度电介质的电气强度第一节 带电粒子的产生和消失 第二节电子崩第三节 自持放电条件第四节 起始电压与气压的关系 第五节 气体放电的流注理论 第六第六节节 不均匀电场中的放电过程不均匀电场中的放电过程第七节 放电时间和冲击电压下的气隙击穿 第八节 沿面放电和污闪事故第一章第一章 气体放电的基本物理过程气体放电的基本物理过程一、稍不均匀电场和极不均匀电场的放电特征一、稍不均匀电场和极不均匀电场的放电特征

3、电场的划分： 电场不均匀系数： f EmaxEavf 1为均匀电场； f 2为稍不均匀电场； f 4为极不均匀电场 a v U dE第六节第六节 不不均匀电场中的放电过程均匀电场中的放电过程二、电晕放电二、电晕放电在220kV以上的超高压输电线路上，特别是在坏天气条件下，其导线表面会 呈现一种淡紫色的辉光，并伴有咝咝作响的噪声和臭氧的气味。这种现象就是电 晕放电或简称电晕。电晕是局部放电的一种，其特点在于它一定触及一个电极或两个电极，而一 般所称的局部放电可以发生在电极表面，也可以存在于两极之间的某一空间而不 触及任一电极。电晕放电可以是极不均匀电场气隙击穿过程的第一阶段，也可以是长期存在 的

4、稳定放电形式。存在稳定电晕放电是极不均匀电场中气体放电的一大特点，因 为在均匀或稍不均匀电场中，一旦某处出现电晕，它将迅速导致整个气隙的击穿，而不可能长期稳定地存在电晕放电现象。开始出现电晕放电时的电晕起始电压Uc虽然也可从理论上求得，但由于它的 影响因素很多，这种推算相当繁复和不精确。正由于此，电晕起始电压Uc通常均利用实验的方法 来求取，然后根据电极表面电场强度E与所加电压U的关 系，推导出相应的计算电晕起始场强Ec的经验公式。r ln 2hr计算电晕起始场强，可用皮克公式：E 30m (1 0.3 )(kV / cm)c导线表面电场强度E与对地电压U的关系为：E U r式中m导线表面粗糙

5、系数 空气相对密度r导线半径，cm电晕放电会产生多种效应：电晕放电会产生多种效应：电晕损耗谐波电流和非正弦电压无线电干扰可闻噪声空气的有机合成等超/特高压输电线路的电晕放电引起的电能损耗、环 境影响比较严重。对于线路的设计和环境评估，影响最 大的是：电晕损耗、无线电干扰和可闻噪声三项。（1 1）电晕损耗）电晕损耗 (Corona Loss，CL)电晕放电所引起的光、声、热等效应而消耗能量，这种电晕损耗会对线路的输电效率产生一定的影响。 电晕损耗受到大气条件和线路结构参数的影响。 在雨、雪、雾等坏天气时，电晕起始电压UC降低，电晕损耗大增。近似计算交流输电线路，每相导线电晕损耗功率的皮克经验公式

6、为：式中：f 电源频率，Hz； 空气的相对密度；r 起晕导线的半径，cm；D 线间距离，cm；U 导线上所加相电压，kV；UO与电晕起始电压UC 相近的一个计算用临界电 压，kV。皮克为获取这一经验公式而进行实验时所用的导 线半径、输电电压等都没有达到现代超高压输电线路 的参数范围，所以这一公式对于现代超高压、大直径 导线的情况不甚适用。现代超高压输电线路一般采用试验线路所得到的 实测数据，整理成一系列曲线图表，以方便电晕损耗 的计算。(2) (2) 无线电干无线电干扰扰（Radio Interference RI）输电线路产生的电晕放电出现的放电脉冲，形成高频电磁波，在无线电 频率的宽广频段

7、范围内造成干扰，包括无线电干扰（RI）和电视干扰（TVI）。 还有可能对频率范围为30500 kHz的载波通信和信号传输也产生干扰。无线电干扰电平会随天气的变化而有很大的差异。RI还与线路结构参数 有关，包括导线的分裂数、子导线半径、相间距离、导线对地高度等等。关于输电线路的RI限值，至今仍未制定出统一的国际标准。我国国家 标准GB15707-1995规定的RI限值以0.5MHz为参考频率，距边相导线在地上垂 直投影外侧20m为参考距离，具体取值如下表。表表1-1- 4 4我国的无线电干扰限值（我国的无线电干扰限值（0.5MHz, 20m0.5MHz, 20m）线路电压等级（kV）110220

8、330500RI限值（dB）465355（3）可闻噪声）可闻噪声（Audible Noise AN）：）：当导线上出现电晕时，超高压线路就会产 生可闻噪声。坏天气时的可闻噪声会增强。 噪声产生：电晕放电所产生的正、负离子被周 期性变化的交变电场所吸引或排斥，它们的运 动使声压波的频率和幅值等于工频电压波的2倍。 此外，可闻噪声相当宽的频谱是由于离子随机 运动的结果，如图1- 11所示。线路所产生的可闻噪声主要由下列因素决定：1）导线表面电场强度；2）导线分裂数；3）子导线的半径；4）大气条件；5）从导线到测量点之间的横向距离。 可闻噪声将成为选择特高压交、直流输电线路导线和确定线路走廊宽度时的决定性因素。对于超高压线路 来说，起决定作用的往往是“无线电干扰”。要防止或减轻电晕放电的危害，最根本的途径显然 是设法限制和降低导线的表面电场强度。应用得最广泛 的是采用分裂导线。电晕放电也有可利用的一面：静电除尘、静电喷涂 和臭氧发生器等。三、极不均匀电场中的放电过程三、极不均匀电场中的放电过程极性效应极性效应三、极不均匀电