2.4 不均匀电场气隙的击穿
非均匀电场中空气间隙的击穿场强
非均匀电场中空气间隙的击穿场强1. 引言在电气工程领域，非均匀电场中空气间隙的击穿场强是一个非常重要的概念。
它涉及到电场强度和介质击穿的关系，对于电力设备的设计和运行具有重要意义。
本文将从电场的基本概念开始，逐步深入探讨非均匀电场中空气间隙的击穿场强，以帮助读者更深入地理解这一话题。
2. 电场的基本概念电场是由电荷引起的力场，其强度大小和方向可以通过电场强度来描述。
在均匀电场中，电场强度是恒定的，但在非均匀电场中，电场强度会随着位置的不同而变化。
当介质中存在空气间隙时，电场的分布会更加复杂，这就涉及到了击穿场强的概念。
3. 非均匀电场中的空气间隙在电气设备中，空气间隙是不可避免的。
当电场作用于空气间隙时，由于空气的击穿特性，电场强度会达到一定数值时，就会导致击穿现象的发生。
研究非均匀电场中空气间隙的击穿场强对于电器设备的设计和绝缘结构的合理性具有重要意义。
4. 非均匀电场中空气间隙的击穿机理空气间隙的击穿是非均匀电场中重要的击穿形式。
当电场强度达到一定数值时，空气中的原子和分子会发生电离，形成等离子体，导致电流的流动和电场的崩溃。
而击穿场强就是指在这种情况下，电场强度达到使介质击穿的临界值。
我们通常用特定的实验方法来测量空气间隙的击穿场强，以便在电器设备中合理地应用。
5. 非均匀电场中空气间隙的影响因素在研究非均匀电场中空气间隙的击穿场强时，需要考虑到许多影响因素，比如空气间隙的形状、尺寸、表面状态，电场的分布情况以及气体的密度和湿度等。
这些因素都会对击穿场强产生影响，因此在实际应用中需要进行全面的考虑和合理的控制。
6. 个人观点和总结在实际工程中，我们需要充分理解非均匀电场中空气间隙的击穿场强，以便合理设计电气设备，确保设备能够稳定可靠地运行。
我们需要深入研究电场的基本理论，结合实际工程问题，不断提高自己的专业水平，为电气设备的发展做出贡献。
结语通过本文的探讨，相信读者对非均匀电场中空气间隙的击穿场强有了更深入的理解。
2.3_不均匀电场中气体的击穿过程(简)
电气0929-0931班 任课教师 罗旖旎
第三节 不均匀电场中气体的击穿过程
电晕放电
极性效应 极不均匀电场的放电过程
均匀电场是一种少有的特例，在实际电力设 施中常见的却是不均匀电场。 为了描述各种结构的电场不均匀程度离大，击穿电压 主要取决于间隙距离，而与电极形状关系不大。 所以棒—棒电极或棒—板电极作为研究极不均匀 电场放电特性的典型电极。
建立的，而不是在整个间隙被流注通道贯穿后建立的，
先导过程与主放电过程就发展得越充分，所以长间隙的 平均击穿场强远小于短间隙的平均击穿场强。
小结
电晕放电。极不均匀电场特有的自持放电。
极性效应。电极形状不对称的不均匀电场，间隙 的起晕电压和击穿电压与棒电极的极性有关。 短间隙不均匀电场中的放电过程 长间隙不均匀电场中的放电过程
正棒—负板间隙 当电子崩发展到棒极时，电子进入棒极中和。正离子留在 棒极附近以较慢速度向板极运动，正空间电荷使紧贴棒极 附近的电场减弱，不易形成流注，放电难以自持，故起晕 电压高。而正空间电荷加强了朝向板极的电场，有利于流 注向板发展，故击穿电压较低。
负棒—正板
阴极表面游离产生的电子通过强场区形成电子崩，电子向 板极运动进入弱场区后不再引起游离，并大多形成负离子。 因其浓度小，对电场影响小。正空间电荷加强了棒极附近 的电场，易形成自持放电，故起晕电压低。朝向板极方向 的电场被减弱，流注不易发展，故击穿电压较高。
结论：
在间隙距离d相同时
虽然UC(+)＞UC(-)
但 Ub(+)＜Ub(-)
式中 UC——电晕起始电压
Ub——击穿电压
此称为极性效应。
极性决定于表面电场较强的电极所具有的电位符
国家电网考试高电压技术2(国网考试)
刷状放电
现象
电场极不均匀情况下，如电压继续升高，从电 晕电极伸展出许多较明亮的细放电通道。
电压再升高，根据电源功率而转入火花放电或 电弧放电，最后整个间隙被击穿。
特点
如电场稍不均匀，则 可能不出现刷状放电 ，而由电晕放电直接 转入击穿 。
沿面放电
沿气体和固体/液体表面发生的放电，如绝缘子闪络
滑闪放电
是 S 的函数。
汤森德气体放电理论
3.引用三个系数来定量的反映三种因素的作用
系数 α
系数 β
系数 γ
表示一个电子 由阴极到阳极 每1cm路程中 与气体质点相 碰撞所产生的 自由电子数
表示一个正离 子由阳极到阴 极每1cm路程 中与气体质点 相碰撞所产生 的自由电子数
表示一个正离 子撞击到阴极 表面时使阴极 逸出的自由电 子数(平均值）
热游离是滑闪放电的重要特征和条件。
33
34
二、非自持放电和自持放电
35
非自持放电
➢ 外施电压小于U0时，间隙内 虽有电流，但其数值甚小， 通常远小于微安级，因此气 体本身的绝缘性能尚未被破 坏，即间隙还未被击穿。而 且这时电流要依靠外电离因 素来维持，如果取消外电离 因素，那么电流也将消失。
n n0 exp 0xdx
对于均匀电场， 不随空间位置而变
n n0ex
相应的电子电流增长规律为
I I0ex
令x＝d，得进入阳极的电子电流，此即外回路中
的电流
I I0ed
5.自持放电条件与表面电离系数γ
如果电压( 电场强度 ）足够大，初始电子崩中的正离子 能在阴极上产生出来的新电子数等于或大于n0 那么即使除去 外界电离因子的作用放电也不会停止，即放电仅仅依靠已经 产生出来的电子和正离子（它们的数目取决于电场强度）就 能维持下去，这就变成了自持放电。
高压电技术1-4 不均匀电场气隙的击穿
结论 在相同气隙下
正极性
负极性
（正棒—负板） （负棒—正板）
电晕起始电压
高
低
间隙击穿电压
低
高
⑶ 放电进一步发展
外电压较低时，流注通道深入间隙一段距离 后，就停止不前了，形成电晕放电或刷状放 电
外电压足够高时，流注通道将一直达到另一 电极，从而导致间隙完全击穿
1.4 不均匀电场气隙的击穿
电晕放电的效应
① 咝咝的声音、臭氧的气味、电极附近空间蓝色的晕光； ② 化学反应产生新物质，O3、NO、NO2； ③ 能量损失； ④ 产生高频脉冲电流；
电晕起始电压和电晕起始场强
电晕起始场强——开始出现电晕时电极表面的场强； 电晕起始电压——开始出现电晕时的电压； 电场越不均匀，击穿电压和电晕起始电压间的差别也越大。
平板电极（板—板）
电场均匀性及其放电特征
稍不均匀电场
放电特性与均匀电场相似 出现自持放电立即导致整个气隙击穿
球隙；高压静电电压表
电场均匀性及其放电特征
极不均匀电场 棒—棒；棒—板。 高压架空输电线路周围；电力变压器引线附近。
电晕放电：特有的一种自持放电形式。 极性效应：放电过程与电极的极性有关。
电晕起始电压和电晕起始场强
电晕起始场强（皮克公式） 输电线路
0.3
Ec 30mδ1
r
(kV
/
cm)
m—导线表面粗糙系数，光滑导线的m≈1, 绞线的m ≈ 0.8～0.9；
δ —空气相对密度；
r —导线半径，cm 。
电晕放电的利弊
⑴ 不利影响
① 发光、发热，损失能量； ② 使空气发生化学反应，引起腐蚀； ③ 脉冲现象产生高频电磁波和噪声，干扰通讯和测量。
高电压技术-第02章-气体放电的物理过程PPT课件
-
5
③ 光电离：
概念：光子给予气体质点足够的能量，使气体质点发生 的电离。
条件：光子能量不小于气体的电离能。
光电子：由光电离产生的自由电子。
光的来源：
➢ 外界自然光（紫外射线、伦琴射线、 射线、宇宙射 线等高能射线）
➢ 气体本身的反激励或复合释放出的光子。
紫外射线一般不能直接导致光电离，但通过分级光
升了通道的温度，导致热电离； ➢ 整个流注通道转化为火花通道，气隙的击穿完成。
⑤ 负流注的发展速度比正流注慢。
⑥ 概念： 由初崩辐射出的光子，在崩头、崩尾外围空间局部
强场中衍生出二次电子崩并汇合到主崩通道中来，使主 崩通道不断高速向前、后延伸的过程称为流注。
-
22
⑦ 均匀电场形成流注就能自持发展，直至击穿。
电晕层：这个晕光层叫作电晕层或起晕层。
外围区间：电晕层外，场强已较弱，不发生撞击电离。
-
24
电晕产生条件：极间距离对起晕电极表面最小曲率半径 的比值大于一定值。
电晕特性：
➢ 电晕放电是极不均匀电场中的一种自持放电形式； ➢ 电晕放电不能扩展很大，只能局限于电极附近； ➢ 电晕放电有明显的极性效应。
电子能量越大。 激励：电子从近轨道向远轨道跃迁时，需要一定能量，
这个过程叫激励。
-
2
激励能：激励所需能量叫激励能 W
，其值等于两轨道能
e
级之差。
电离：当外界给予的能量很大时，电子可以跳出原子轨 道成为自由电子。原来的中性原子变成一个自由 电子和一个带正电荷的离子，这个过程叫电离。
电离能：达到电离所需的最小能量称为电离能 W i 。 反激励：电子从远轨道向近轨道跃迁时，原子发射单色
2.4冲击电压下气体的击穿过程
由于空间电荷的形成、扩散和放电时延具有很大的统 计性，所以操作冲击电压作用下间隙的击穿电压的分 散性比雷电冲击电压下大得多，在极不均匀电场中的 相对标准偏差可达5%~8%。。 28
三 提高气体间隙击穿电压的措施
影响气体间隙击穿电压的因素有施加电压波形，气 体种类和状态，气体间隙的电场分布。 如何提高气体间隙的击穿电压？
27
图1－31 “棒－板”间隙的不同类型电压作用下的实验曲线 1－在不同T1值下得出的U50（min）；2－+250/2500μs操作冲击电压； 3－工频交流电压；4－+1.2/50μs雷电冲击电压
（二）操作冲击50%击穿电压
④ 饱和现象
随着气隙长度增加， “饱和”现象十分明显。电气强度 最差的“棒—板”间隙饱和现象最为严重。
（一）改善电场分布-改进电极形状
高压试验设备
雷电冲击高压发生器
32
（一）改善电场分布-改进电极形状
500kV AC 高压发生器 33
（一）改善电场分布-利用空间电荷畸变电场
当导线直径减小到一定程度后，气隙的 极不均匀电场中击穿前发生电 工频击穿电压会随导线直径的减小而提 晕放电，利用放电产生的空间 高，出现所谓“细线效应”。 电荷改善电场分布，使电场均 250 1 匀度提高，从而提高击穿电压； 2
（二）、放电时延
升压时间t0：电压从零升高到静态击穿 电压U0所需的时间 。 统计时延ts：从电压升到U0的时刻起到 间隙中形成第一个有效电子的时间 。 具有分散性。 放电形成时延tf：从形成第一个有效电 子的时刻起到间隙完全被击穿的时间 。
击穿时间:从开始加压的瞬时起到间隙完全击穿为止的时间 tb=t0+ts+tf
高电压技术-极不均匀电场中气体击穿资料
4) 长空气间隙的平均击穿场 强远低于短间隙，使击穿 电压与间隙距离之间的关 系呈饱和趋势
作业
一． 空气主要由氦和氧组成，其中氧分子的电离电位较低，为 12.5V.
① 若由电子碰撞使其电离，求电子的最小速度；
② 若由光子碰撞使其电离，求光子的最过程（如棒 — 板间隙距离大于3米时）
先导放电：流注通道发展到足够长度后，较多的电子循通 道流向电极，使流注根部温度升高，出现热电离过程，这个具有 热电离过程的热等离子体通道称为先导通道。
特点：
1) 先导通道电离加强、更为 明亮、电导增大、场强低
2) 头部场强高，引起新的流 注，使通道不断延伸
极不均匀电场中气体击穿 的发展过程
——现实和工程中常见的气体放电
均匀电场和极不均匀电场示意图
1、短间隙的击穿过程（以棒板间隙为例） 随着加在间隙上电压的提高，间隙中的放电过程为：
电晕 刷状放电间隙击穿
棒 — 板间隙极性效应1： 正极性电晕起始电压高；负极性电晕起始电压低
棒 — 板间隙极性效应 2： 正极性击穿电压低；负极性击穿电压高
③ 若由气体分子自身的平均动能产生热电离，求气体的最低 温度。
二． 试论述气体放电过程的α、γ系数。 三． 什么叫巴申定律？在何种情况下气体放电不遵循巴申定律？
四． 均匀电场和极不均匀电场气隙放电机理、放电过程和放电现 象有何不同？
五． 长间隙放电与短间隙放电的本质区别在哪里？试解释长空气 间隙的平均击穿场强远低于短间隙的原由，形成先导过程的 条件是什么？
The End Thank You
高电压工程-第二章 气体放电的基本理论【】
第6节 沿面放电与污秽闪络
1）定义—当绝缘承受的电压超过一定值时，在固体介 质和空气交界面上出现的放电现象，叫沿面放电。
当沿面放电发展成为贯穿性的空气击穿时，叫沿面闪络。 沿面放电是气体放电，由于交界面上电压分布不均匀，
沿面闪络电压比气体单独存在时的击穿电压低 输电线路遭受雷击时绝缘子的闪络，处于大气脏污地区
的瓷瓶在雷雾天发生闪络，均属沿面放电。 为避免绝缘子发生不可恢复的击穿，在设计中让其击穿
电压高出闪络电压约50% 2）影响因素—绝缘表面状态、污秽程度、气候条件等
因素影响很大。
沿面闪络的几种形式
工频电压作用下
沿平板玻璃表面 滑闪放电照片
辽沈地区2001年2月22日遭遇最严重大面积停电事故，沈阳市区 停电面积超过70%。辽沈停电事故是从输电线路污闪开始的。 辽沈为重工业区，含盐的空气污染物附着在绝缘瓷瓶上，大雾 湿气使瓷瓶绝缘能力降低，电弧沿着瓷瓶表面爬升，出现闪烙
➢电晕造成的损耗可削弱输电线上的雷电冲击电压 波的幅值和陡度；
➢利用电晕制造除尘器、消毒柜和对废气、废水进 行处理及对水果、蔬菜进行保鲜等。
极不均匀电场中气隙放电的极性效应
对于“棒—板”间隙，将“棒”的极性定义为间隙的 极性
1）正极性--棒 起晕电压高 击穿电压低
2）负极性--棒 起晕电压低 击穿电压高
D54动车组山东出事撞死一人致车头裂开
2009年3月28日，青岛—北京南D54次动车 途经山东潍坊，列车撞上了一男性铁路工人 （当场死亡），导致车头部分裂开，留有暗 红色血迹。列车暂停约20分钟，最终晚点15 分到达北京。
当时D54路过潍坊站后，正处于加速阶段， 时速在200公里以上。
第三节 流注放电理论
沿面放电：气体介质与固体介质的交界面上沿着固体介质的表面 而发生在气体介质中的放电；当沿面放电发展到使整个极间发 生沿面击穿时称为沿面闪络。
【精】第讲非均匀电场气隙的击穿
极性效应
正棒电晕起始电压高，击穿电压低 负棒电晕起始电压低，击穿电压高
7
二、极不均匀电场中的放电过程（长间隙）
1．先导放电
1）由于场强逐渐减 弱，放电停顿。
2）空间电荷汇入等 离子区，向根部流动 ，造成根部热游离。
高场强区（强电离区）迅速向阳极传播，强电离通道也迅速向前推进，这就是主放电过程。
度大，等离子体形成困难，电 第2讲非均匀电场气隙的击穿
汤森德放电理论和流注理论的推导和分析是在均匀电场中进行的，但这两种理论并不局限在均匀电场。
子跑出正电荷区，消失在间隙 汤森德放电理论和流注理论的推导和分析是在均匀电场中进行的，但这两种理论并不局限在均匀电场。
长间隙时产生的高密度等离子通道（先导）使得通道接近板及时的电场增大十分显著，从而发生强场电离（主放电），而短间隙时，
中。 （曲线2） 由于通道的电阻大，压减大，接近板极时的前方电场不足以引起强场电离，只是使流注发展加速，在贯穿电极后，电导电流才足以引
起热电离，发展成电弧。
升高电压待前方电场足够 (c) 2 A电晕电流平均值
电场区。
正离子构 成 稍不均匀一般指球状电极。
(c) 2 A电晕电流平均值
等
离
子
通
道
前
方
的
的 正 电 荷 区 长短间隙放电过程的对比分析
第2讲非均匀电场气隙的击穿
，
于
是
在
等
离
子
通
道 前 方 与 正 电 荷 区 之 间 又 形 成 汤森德放电理论和流注理论的推导和分析是在均匀电场中进行的，但这两种理论并不局限在均匀电场。
2不均匀场气体的击穿共20页文档
➢ 较长气隙时，放电时延主要决定于tf，且电场越不均匀， tf越大。
冲击放电特点： 具有放电时延；Ub>U0
(a) 负尖——正板
电子崩将由棒极表面出发向极板 发展，崩头的电子在离开强场 （电晕）区后，不再引起碰撞游 离，但仍继续往板极运动，并大 多形成负离子，负空间电荷浓度 小，对电场影响不大。留在棒极 附近是大批正离子，它们将加强 棒极表面附近的电场，容易形成 自持放电，所以其起晕电压较低。 间隙深处的电场被消弱，使流注 不易向前发展，间隙的击穿电压 要比正极性时高得多。
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： ➢ 危害：
▪ 电晕放电引起光、声、热等效应使空气发生化学反应，不 但消耗能量，还产生臭氧和氧化氮等有害气体，腐蚀金具 和有机绝缘物。坏天气要比好天气时的电晕损耗大得多。
▪ 电晕放电中，由于电子崩和流注不断消失、出现造成的放 电脉冲会产生高频电磁波，对无线电和广播产生干扰。
2不均匀场气体的击穿
本次课程的目的要求:
1、能说明极不均匀场中放电特点
2、能表述极性效应的具体内容及原因，会分析空间 电荷对电场的影响 3、能表述冲击波及冲击放电的特点 4、能说明伏秒特性曲线的应用 5、能说明U50％、冲击系数 的含义
1.3 极不均匀场中气体的击穿过程
放电特点： 1、电晕放电 2、极性效应
2、放电时间的组成：
总放电时间 tb=t0＋ts＋tf
t1＝ts＋tf 称为放电时延
不均匀电场中空气间隙的击穿
教案同时，间隙中空间电荷对外电场的畸变作用不同。
（4）分析结束。
能够确定对于特定电压的输送应采用几分裂导线。
过程分析（1）了解均匀电场与极不均匀电场在击穿特性方面的差别。
均匀电场的击穿场强为30kV/cm，极不均匀电场的平均击穿场强为5 kV/cm。
随着间隙距离的增大，击穿电压随着增大，但击穿场强是随着降低的，因为击穿电压的增加速度没有距离增加的速度快。
（2）建立极不均匀电场的模型。
在极不均匀电场的情况下，不管棒-板间隙或是不同直径的球-板间隙，击穿电压和距离的关系曲线都比较接近。
就是说，在极不均匀电场中，击穿电压主要决定于间隙距离，而与电极形状的关系不大。
因此在工程实践中常用棒-板或棒-棒这两种类型间隙的击穿特性曲线作为选择绝缘距离的参考图1-2-4（3）在工频电压作用下，棒-板间隙的击穿总是发生在棒的极性为正、电压达幅值时，并且其击穿电压（幅值）和直流电压下的正棒-负板的击穿电压相近。
棒-棒间隙的平均击穿场强为3.8kV（有效值）/cm或5.36kV（幅值）/cm，棒-板间隙梢低一些，约为3.35kV（有效值）/cm 或4.8kV（幅值）/cm。
图1-2-5 正棒-负板如图1-2-5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，不易形成流注，放电难以自持，故电晕起始电压高。
而正空间电荷加强了正离子群外部空间的电场，因此当电压进一步提高，有利于流注向板极发展，因而放电的发展是顺利的，击穿电压较低。
图1-2-6 负棒-正板如图1-2-6所示，棒为负极性时，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，不能再引起碰撞电离，并大多形。
不均匀电场的击穿和雷电冲击电压下的空气击穿
三、伏秒特性
当击穿过程中加在间隙上的电 压随时间变化时，击穿电压指 间隙上的最高电压。
对持续电压来说，电压变化比 放电发展的速度慢得多，电压 达到静态击穿电压后，可认为 电压基本不变，所以击穿电压 就等于静态击穿电压。
对雷电冲击电压来说，电压变化速度极快，在电压达 到静态击穿电压后的放电时延内，电压变化较大，击 穿电压高于静态击穿电压；且击穿电压随时间而变。
2.5 雷电冲击电压下气体的击穿
一、冲击波形及特点
冲击波： ①雷电冲击 ②操作冲击
标准雷电波：
IEC和国标规定： T1=1.2μs±30％ T2=50μs±20% 一般写为±1.20/50
特点：高幅值、高陡度、短时间
标准雷电冲击电压波
T1——视在波前时间 T2——视在半峰值时间
二、冲击放电特点
1、完成气隙击穿的三个必备条件：
2、放电时间的组成：
总放电时间 tb=t0＋ts＋tf
t1＝ts＋tf 称为放电时延
t0－气隙在持续电压下的击穿 电压为U0，为所加电压从0上 升到U0的时间；
ts－从电压达到U0瞬时起到气隙中出现第一个有效电子为
止的时间称为统计时延。
tf－出现有效电子后，引起碰撞游离，形成电子崩，发展到 流注和主放电，最后完成气隙击穿需要的时间，称为放电 形成时延。
2、分析： 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 展过程和极性效应。
(a) 正尖——负板
电子崩头部的电子到达棒极后即将 被中和，留在棒极附近的为正空间 电荷。这些正离子向阴极移动速度 很慢而暂留在棒极附近。它们削弱 了棒极附近的电场，棒极附近难以 形成流注，自持放电难以实现，故 起晕电压较高。而它们同时加强了 朝向极板的电场，促进放电向前发 展，故放电电压较低。
不均匀电场气隙的击穿
天津理工大学中环信息学院教案首页题目：气体放电的物理过程讲授内容提要：1.电晕放电2. 不均匀电场气隙的击穿3. 雷电放电4. 气隙的沿面放电教学目的：了解电晕、雷电放电的基本物理过程、放电的效应教学重点：理解不均匀电场中长短间隙的击穿教学难点：理解气隙沿面放电的基本概念和影响因素采用教具和教学手段：多媒体及板书授课时间：2014年9月1日授课地点：新教学楼1108 教室注：此页为每次课首页，教学过程后附；以每次（两节）课为单元编写教案。
第一章气体放电的物理过程本次课主要内容：1.电晕放电2. 不均匀电场气隙的击穿3. 雷电放电4. 气隙的沿面放电电晕放电现象电离区的放电过程造成。
咝咝的声音，臭氧的气味，回路电流明显增加(绝对值仍很小)，可以测量到能量损失对工程实践有重要意义不利影响：能量损失；放电脉冲引起的高频电磁波干扰；噪声；生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；利用电晕放电除尘等极不均匀电场中的放电过程（短间隙）当棒具有正极性时在棒极附近，积聚起正空间电荷，减少了紧贴棒极附近的电场，而略微加强了外部空间的电场，棒极附近难以造成流注，使得自持放电、即电晕放电难以形成。
棒具有负极性时电子崩中电子离开强电场区后，不再引起电离，正离子逐渐向棒极运动，在棒极附近出现了比较集中的正空间电荷，使电场畸变棒极附近的电场得到增强，因而自持放电条件就易于得到满足、易于转入流注而形成电晕放电。
沿面放电的一般概念固-气绝缘击穿：一固体介质本身的击穿二气体间隙击穿三沿着固体介质表面发生闪落实验表明：沿固体表面的闪落电压不但比固体介质本身的击穿电压低得多，而且也比极间距离相同的纯气隙的击穿电压低不少。
一般：U（固）>U （气） >U （沿面）固体介质与气体介质交界面上的电场分布状况对沿面放电特性有很大影响。
界面电场分布可分为典型二种情况。
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中国农业大学信息与电气工程学院（CIEE）
3.极性效应
电晕起始电压：
Uc Uc
气隙击穿电压：
U b U b
正极性电极电晕起始电压高； 负极性电极击穿电压高。
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正极性电极不均匀电场放电过程
-- +++ ++ - +++ + -- + E1 E0
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2m长正棒-负版气隙发展阶段
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2 ．负先导过程
大量电子向远离负棒极的方向移动，崩头附 近由于大量正空间电荷的存在使电场削弱，不足 以产生撞击游离；棒极附近的正空间电荷使其附 近的电场加强，产生强烈游离，并伴有热游离， 形成先导通道。但前方空间中大量的负空间电荷 （迁移慢）在通道前端形成相当强的反向电场， 使电场减弱，通道发展停滞。一段时间后，通道 前端的负空间电荷被电场力逐渐驱散，先导通道 又向前发展，并重复第一阶段的过程。这样的过 程可重复多次，使负先导通道的前进有分级的特 性。 当发展到贯穿阶段时，从迎面电极形成正先导。
平均击穿场强比均匀场时低很多； 均匀场空气间隙 Eb ≈ 30kV/cm 极不均匀电场 Eb (平均)≈ 5kV/cm 从部分击穿发展到完全击穿； 放电电压受极性的影响(极性效应)；
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电晕放电
刷状放电
刷状放电延伸
间隙击穿放电
2.电晕放电(在电极曲率大的地方出现的放电发光层)
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2m长棒-棒气隙迎面先导发展阶段
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直流高压输电线
单极导线直流电晕起始场强经验公式 （皮克公式）： 0.305 Ecor 31.5m (1 )(kV / cm) r0 m:导线表面粗糙系数,光滑导线m≈1， 绞线m≈0.8~0.9 δ：空气相对密度 r：导线半径cm
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Uc Uc
U b U b
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长间隙击穿（1m以上）
电子崩
流注 先导 主放电
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1 ．正先导过程
正棒极附近极高场强使其附近发展电子 崩、流注，大量的电子进入正棒极，使棒 极附近的电流密度增大，温度很高（１０4 Ｋ），发生强烈的热游离，形成先导通道， 将棒极电位带到通道前端，加强前方电场， 发展新流注，使通道不断延伸，到达对面 电极。 先导通道外是正空间电荷套，径向场强 很小，电流很小。
平行导线起晕临界场强
Ecor
0.298 30.3m (1 )(kV / cm) r0
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交流输电线
三相导线对称排列，起晕临界电压
U cor 0.298 S 21.4m1m2 (1 )r0 ln r0 r0
S为线间距离
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+
E2
电极附近电场得到削弱， 不利于电晕发展； 电子崩从电场弱的区域向 强的方向发展，有利放电 发展
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E
x
负极性极不均匀电场放电过程
+ ++ - + - + + ++ +++ -+ Байду номын сангаас + + + + + - +
---
+ 电极附近电场得到加强， 有利于电晕发展；
2.4 不均匀电场中气隙的击穿
不 均 匀 电 场
稍不均匀电场
极不均匀电场
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一、均匀和稍不均匀电场
一旦出现自持放电整个气隙立刻击穿
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二、极不均匀电场
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1.极不均匀电场间隙击穿特点:
E1 E E0
E2
电子崩从电场强的地方 向弱的地方发展，不利 放电发展 x
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直流击穿电压与间隙距离的关系
工频交流电压击穿电压与间隙距离的关系
小结
电场按照不均匀程度可划分为：稍不 均匀电场和极不均匀电场；
不均电场的击穿场强低于均匀电场； 极不均匀电场具有明显的极性效应
电晕放电的危害
•
电晕放电电流具有脉冲特性，会产生高 频电磁干扰； 产生噪声； 消耗功率； 放电产生臭氧合氧化氮，对金属材料有 腐蚀。
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电晕放电的有益方面
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臭氧发生起用于杀菌等环保用途；
削弱冲击电压的陡度和幅值； 用于静电除尘、喷药、喷漆； 利用电晕放电产生的低温等离子体用于 有害气体分解。