不均匀电场放电

d(x)dxln1 20
0
相同极间距离时，稍不均匀场气隙的击穿电压 小于均匀场气隙
4.3 极不均匀电场中的击穿过程
4.3.1 电晕放电 4.3.2 极性效应 4.3.3 长间隙放电过程
两大 特点
极不均匀电场中的电晕放电现象 （1）
极不均匀电场中的电晕放电现象 （2）
4.3.1 电晕放电
定义：电场极不均匀时，在大曲率电极附近很薄一层空气中具备自持 放电条件，放电仅局限在大曲率电极周围很小范围内，而整个气隙 尚未击穿。 电晕放电也就是局部流注放电。
– 2D<d<4D时，过渡区域。
• 随电压升高会出现电晕，但不稳定，球隙立刻转为火花放电
• 极不均匀电场中，电晕起始电压<击穿电压。
– 电场越不均匀，二者的差别也越大
电场越不均匀，击穿电压和电晕起始电压之间的差别越大， 从放电观点看：电场的不均匀程度可以根据是否存在稳定的 电晕放电来区分； 为了定量描述各种结构的电场不均匀程度，可引入一个电场 不均匀系数f，表示为：
➢ 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。
• 重要结论：某些情况下，可利用电晕放电的空间电荷来改善极不均 匀电场的分布，以提高击穿电压。
• 同等情况下，击穿电压与电场均匀度的关系：均匀场最高，不均匀 度越强击穿电压越小
• 在雨、雪、雾天气时，在较低的电压和电场强度下就会出现电晕放 电
– 导线表面的水滴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
电晕放电产生的影响： • 负面影响
▪ 电晕放电引起的光、声、热等效应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，从而对无线电和电视广播产生干扰。
• 不均匀电场：两电极的曲率半径小于两电极间的距离时， 两电极间的电场就是不均匀电场。如棒-棒、棒-板；
4.1 电场不均匀程度的划分
4.2 稍不均匀电场中的击穿过程 4.3 极不均匀电场中的击穿过程
4.1 电场不均匀程度的划分
球隙的放电特性与极间距离的关系
1-击穿电压 2-电晕起始电压 3-过渡区域 电晕放电不稳定，击穿电压分散性很大
– D较大时，局部毛刺（类似于尖）先出现刷状放电，与尖-板接近 – D较小时，电晕放电形成的均匀电晕层，改善了电场分布，提高击穿电
压
• 电晕起始电压、击穿电压，以及二者与电场不均匀程度的变化关系
– 电晕起始电压：电场越不均匀，越低 – 击穿电压：电场越不均匀，越低 – 电场越不均匀，电晕起始电压与击穿电压的差越大
▪ 电晕放电还会产生可听噪声，并有可能超出环境保护所容许的标准。
• 方法：增大电极曲率半径；采用扩径导线等
高电压工程基础
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。
➢ 改进电极形状，增大电极曲率半径，如采用均压环，屏蔽 环；采用扩径导线，载流量不大的场合，采用空心薄壳扩 大尺寸的球面和旋转椭圆等形式电极。
• 观察图1-8，得到：
– 击穿电压排序（由高到低）： 均匀场>D最小>较小>较大> 最大>尖-板
– D在厘米级时，击穿电压大 于棒（尖）-板气隙，二者 相近。
– D为0.5mm时，击穿电压略小 于均匀场，二者接近。
• 发现什么问题？
极不均匀电场中的电晕放电现象
• 矛盾：D越小，电场越不均匀，应该越接近尖-板，实际却远离尖板而接近均匀场？
不均匀电场放电
4 不均匀电场空气间隙的放电
• 工程情况 电力系统中大多数的带电设备都处在长间隙不均 匀电场中，如，变压器高压套管引出线对低压套管及壳； 高压输电线对地；实验室的试验变压器高压端对墙等。那 么，关于长间隙不均匀电场气体放电的物理过程又是如何 发展的呢？
• 均匀电场：两个电极的面积远远大于两电极间的距离，这 两个电极间的电场称为均匀电场。如平板电极；
对于距离为d的两根平行导线（d 远大于 r）则可写出
距 离 为 d 的 两 根 平 行 线 ： U c 2 E crlnd r
对于三相输电导线，上式中的Uc代表相电压，d为导 线的几何均距。
d 3 d12d13d23
极不均匀电场中的电晕放电现象
（4） • 以导线-板气隙为例。不同直
径D导线工频击穿电压与ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ间 距离d的关系。
稍不均匀电场和极不均匀电场的放电 特点1
Dd
• 以球-球不均匀电场为例
– d<=2D时，电场较均匀。
• 放电特性与均匀电场相似，一旦出现自持放电，气隙随即被击穿
– d>=4D时，电场分布极不均匀。
• 极间电压达到某一临界值时，球极出现蓝紫色的晕光，伴随“咝咝”声 • 称这种局部放电为电晕放电，称临界电压为电晕起始电压。 • 电晕是放电的一种。 • 外加电压增大，电极表面电晕层随之扩大，出现刷状细火花，最终击穿
Emax : 最大电场强度; Eav :平均电场强度, f<2时为稍不均匀电场，f>4属不均匀电场。
4.2 稍不均匀电场中的击穿过程
• 稍不均匀电场中的放电过程与均匀电场相似，属于 流注击穿，击穿条件就是自持放电条件，无电晕产 生。
• 但稍不均匀电场中场强并非处处相等， 电离系数
α是空间坐标x的函数，因此自持放电条件为：
特点：电晕放电是极不均匀电场特有的自持放电形式，电晕起始电压 (Uc)低于击穿电压(Ub)，电场越不均匀其差值越大。
Uc Ub
电晕放电的起始电压一般用经验公式来推算，应用最广的是皮克公式， 电晕起始场强近似为：同直径的两根平行园导线
电晕起始电压可由Ec求得。对于离地高度为h的单向 导线可写出
高 度 为 h 的 单 根 导 线 ： U cE crln2 rh
从放电现象上看：
电场均匀时：间隙击穿前，看 不到放电痕迹，间隙中的电流 极小；
电场不均匀时，当电压还明显 低于击穿电压时，在电场局部 增强的区域出现白紫色晕光， 可听到咝咝声，放电电流可以 测到，但仍很小，间隙还保持 绝缘性能。这种局部放电的现 象称为电晕放电。
刚出现电晕放电时的电压－电 晕起始电压