4 电晕放电和极性效应

导线表面电晕
三.极不均匀电场中的电晕放电
1.电晕放电现象 1.电晕放电现象 在极不均匀电场中，最大场强与平均场强相差很大， 在极不均匀电场中，最大场强与平均场强相差很大，以至 当外加电压及其平均场强还较低的时候，电极曲率半径较小 当外加电压及其平均场强还较低的时候，电极曲率半径较小 处附近的局部场强已很大 局部场强已很大。 处附近的局部场强已很大。 在这局部强场区中 产生强烈的游离， 局部强场区中， 在这局部强场区中，产生强烈的游离，但由于离电极稍远 处场强已大为减小，所以，此游离区不可能扩展到很大， 处场强已大为减小，所以，此游离区不可能扩展到很大，只 能局限在此电极附近的强场范围内。 能局限在此电极附近的强场范围内。 伴随着游离而存在的复合和反激励 发出大量的光辐射 复合和反激励， 光辐射， 伴随着游离而存在的复合和反激励，发出大量的光辐射， 使在黑暗中可以看到在该电极附近空间发出蓝色的晕光 蓝色的晕光， 使在黑暗中可以看到在该电极附近空间发出蓝色的晕光，这 就是电晕。 就是电晕。 电晕放电是极不均匀电场所特有的一种自持放电形式。 电晕放电是极不均匀电场所特有的一种自持放电形式。 2.电晕起始电压Uc和起始场强Ec；
6.消除电晕措施
最根本的途径就是设法限制和降低导线（导体） 最根本的途径就是设法限制和降低导线（导体）的表面电 场强度。 场强度。 1. 采用分裂导线，使等值曲率半径增大。 采用分裂导线，使等值曲率半径增大。 2. 改进电极的形状，增大电极的曲率半径，使表面光滑。 改进电极的形状，增大电极的曲率半径，使表面光滑。
迎面流注对负先导的发展有很大影响。 迎面流注对负先导的发展有很大影响。棒为负极性时 间隙的击穿电压比正极性时要高， 间隙的击穿电压比正极性时要高，而负先导的发展速度 则比正先导的低一个数量级。 则比正先导的低一个数量级。
自持放电电压 也即击穿电压
如同轴圆柱体： 如同轴圆柱体：
E=
U R x ln r
∫
R
r
α dx= ln
1
γ
∫
R
r
R Bpx ln ( R/r ) 1 Bp Ap exp dx= ln dx=∫r Ap exp U0 γ E
三.极不均匀电场中的电晕放电
棒-板间隙电晕 板间隙电晕
不均匀系数： 不均匀系数：
Emax Emax f= = Eav U / d
{
稍不均匀电场 f<2 :稍不均匀电场 f>4 :极不均匀电场 极不均匀电场
二.稍不均匀电场和极不均匀电场特征
稍不均匀电场中击穿电压的计算
α = Ape− Bp/ E E =U / f ( x ) ⇒
d α dx =ln 1 ≈ 20 ∫0 γ
d U c =Ec r ln r
kV
d = 2h
③同轴圆柱： 同轴圆柱：
r R
0.305 E c =31.5δ 1 + kV/cm rδ
R U c =Ec r ln r
kV
④球-球间隙 球间隙
r
d
0.337 E c =27.7δ 1 + kV/cm rδ
3）电压的产生 ）
2. 实验结果
( 2 )棒-板间隙 棒 板间隙
棒的极性不同时，放电也具有不同的特点。 棒的极性不同时，放电也具有不同的特点。 棒为正极性时，先导通道具有很多分枝，可接近板极。 ①棒为正极性时，先导通道具有很多分枝，可接近板极。 当棒为负极性时，随着先导向极板推进， ②当棒为负极性时，随着先导向极板推进，从极板上出现了 一系列相迎流注， 一系列相迎流注，后者是从极板表面由于粗糙不平而电场局 部集中的地方发展起来的。 部集中的地方发展起来的。当由负棒出发的先导和相迎流注 之一相遇时，立刻就转入主放电阶段 主放电阶段， 之一相遇时，立刻就转入主放电阶段，主放电过程由相遇处 迅速向两端发展。 两端发展 迅速向两端发展。
由此可见， 由此可见，电场的不均匀程度可以根据能否维持电 晕放电来划分。 晕放电来划分。 极不均匀电场：不均匀到可以维持电晕放电的程度； 极不均匀电场：不均匀到可以维持电晕放电的程度； 稍不均匀电场：虽然电场不均匀， 稍不均匀电场：虽然电场不均匀，但还不能维持稳定的 电晕放电，一旦放电达到自持， 电晕放电，一旦放电达到自持，必然会导致整个间隙立 即击穿。 即击穿。
2、同轴圆柱间隙放电 、
R=10cm

电场比较均匀： ① 电场比较均匀：放电达到自持 时，α在整个间隙中都已达到相 当数值。 当数值。初始电子崩经过整个问 隙后，形成阳极流注，击穿。 隙后，形成阳极流注，击穿。 ②电场不均匀程度增加但仍比较 均匀的情况下： 均匀的情况下： 当大曲率电极附近α达到足够 当大曲率电极附近 达到足够 数值时， 数值时，起始电子崩在间隙中强 电场区内发展起来， 电场区内发展起来，经过间隙中 相当一部分距离后，形成流注。 相当一部分距离后，形成流注。 流注一经产生， 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。 整个间隙，导致间隙完全击穿。
Uc的计算：先计算不均匀系数f，计算平均电场 的计算：先计算不均匀系数 ，计算平均电场Eav， 的计算 ， Uc=Eav*d
四.极不均匀电场中的击穿、极性效应 极不均匀电场中的击穿、 (一)长空气间中放电过程的实验研究 一 长空气间中放电过程的实验研究
1.试验设备 试验设备 1) 旋转照相机 2）像变换管 ） 3）光电倍增管 ） 4）光谱分析仪 ） 5）示波设备等 ）
2、同轴圆柱间隙放电 、
电场极不均匀的情况下： ③ 电场极不均匀的情况下： 当大曲率电极附近很小范围内α已达相当数值时， 当大曲率电极附近很小范围内α已达相当数值时，间 隙中大部分区域α值都仍然很小。这时， 隙中大部分区域α值都仍然很小。这时，初始电子崩只能 在大曲率电极附近很小范围内发展， 在大曲率电极附近很小范围内发展，放电自持时形成 的流注也不能发展至贯通整个间隙。 的流注也不能发展至贯通整个间隙。只是在大曲率 电极附近出现薄薄的紫色晕光层，也就是电晕放电。 电极附近出现薄薄的紫色晕光层，也就是电晕放电。电压 必须继续增加到一定值后， 必须继续增加到一定值后，才会形成贯通两电极的放电通 导致击穿。 道，导致击穿。 电场越不均匀， 电场越不均匀，击穿电压和电晕起始电压间的差别也 越大。 越大。 结论：电场比较均匀：击穿电压 放电自持电压 结论：电场比较均匀：击穿电压=放电自持电压 电场极不均匀：电晕起始电压=放电自持电压 电场极不均匀：电晕起始电压 放电自持电压
3.外区中空间电荷的作用
结论： 结论： 外区中的离子和电晕电极同号； ①外区中的离子和电晕电极同号； 加强了外区中的电场，减少了电晕层中的场强。 ②加强了外区中的电场，减少了电晕层中的场强。
4.电晕放电有两种不同形式：电子崩形式和流注形式 5. 电晕放电危害 1. 伴随着游离、复合、激励、反激励等过程而有声、光、 伴随着游离、复合、激励、反激励等过程而有声、 热等效应，会有能量损耗 能量损耗。 热等效应，会有能量损耗。 2. 在尖端或电极的某些突出处，电子和离子在局部强场的 在尖端或电极的某些突出处， 驱动下高速运动，与气体分子交换动量，形成“电风” 驱动下高速运动，与气体分子交换动量，形成“电风”。 当电极固定得刚性不够时，气体对“电风” 当电极固定得刚性不够时，气体对“电风”的反作用力会 使电晕极振动或转动。 使电晕极振动或转动。 3. 电晕会产生高频脉冲电流，其中还包含着许多高次谐波 电晕会产生高频脉冲电流，其中还包含着许多高次谐波, 这会造成对无线电的干扰。 这会造成对无线电的干扰。 对无线电的干扰 4. 电晕产生的化学反映产物具有强烈的氧化和腐蚀作用， 电晕产生的化学反映产物具有强烈的氧化和腐蚀作用 具有强烈的氧化和腐蚀作用， 电晕是促使有机绝缘老化的重要因素。 电晕是促使有机绝缘老化的重要因素。 5. 电晕还可能产生超过环保标准的噪声，对人们会造成生 电晕还可能产生超过环保标准的噪声 产生超过环保标准的噪声， 心理的影响。 理、心理的影响。
导线尺寸，大气状态，大气湿度，电极材料，电源频率， 导线尺寸，大气状态，大气湿度，电极材料，电源频率，导线表面状态等 都有影响。 对Ec都有影响。 都有影响
d U c =Ec r ln r
kV
②地面上的单根导线： 地面上的单根导线：
0.298 E c =30.3mδ 1 + kV/cm rδ
2)变象管 变象管
放电现象1经物镜 投射到半透明的光电阴极 根据投射来的光辐射， 放电现象 经物镜2投射到半透明的光电阴极 根据投射来的光辐射， 经物镜 投射到半透明的光电阴极3,根据投射来的光辐射 光电阴极发射出电子。发射出的电子由电极4聚焦成象并得到加速 聚焦成象并得到加速。 光电阴极发射出电子。发射出的电子由电极 聚焦成象并得到加速。聚焦 后的电子束经光阑5、闭锁电极6、垂直偏转电极7、水平偏转电极8及补 后的电子束经光阑 、闭锁电极 、垂直偏转电极 、水平偏转电极 及补 偿电极9而到达荧光屏 而到达荧光屏10，又重现为发光图象。 偿电极 而到达荧光屏 ，又重现为发光图象。利用偏转电极可将放电现 象随时间展开。 象随时间展开。在闭锁电极上施加间断的释放脉冲电压还可在荧光屏上 得到分幅的图象。荧光屏上的图象可用普通照相机摄制下来。 得到分幅的图象。荧光屏上的图象可用普通照相机摄制下来。变象管扫 描速度高，分辨率好，控制灵活，灵敏度高(能增强发光微弱现象的亮度 能增强发光微弱现象的亮度) 描速度高，分辨率好，控制灵活，灵敏度高 能增强发光微弱现象的亮度 因此获得越来越广泛的应用。 ，因此获得越来越广泛的应用。
（三）电晕放电的起始场强和电压
1. 电晕放电起始电压 c根据 γ exp ∫0 α dx=1 理论求解 电晕放电起始电压U
d
2. 利用经验公式求解电晕起始电压（Peek公式） 利用经验公式求解电晕起始电压（ 公式） 公式
①平行导线： 平行导线：