高电压技术 西南交通大学
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前，因α γ过程，使阴极产生一个新的自 由电子，以 维持间隙的的电离过程，放电 得以自持。
放电形式：辉光放电 火花放电 电弧放电
•自持放电的条件
若使： 1- γ（eαd－1）＝0 则：I0= 0, I≠0--- 去掉外界电离因素，放电可依靠 间隙自身电离（ αγ过程）维持---自持放电。 自持放电的条件： γ（eαd－1）＝1
高电压技术
王富荣
西南交通大学电气工程学院
2007年9月
绪
论
高电压技术— 研究高电压（强电场）下的电气物理问题
电力系统：大功率远、距离输电—高压、超高压、特高压 电网
电气化铁道牵引供电系统：高压供电网络
需研究的高电压问题：
• 高电压绝缘 • 电气绝缘试验技术
• 电力系统过电压及其防护
高电压技术在其它领域的应用—高能物理、医学、环保
二、带电粒子的运动和消失
• 定向运动 带电粒子在电场的驱动下，沿电场方向运动， 到达电极时，消失于电极上而形成电流。
• 扩散 带电粒子从浓度高的地方向浓度低的地方移动因而 逸出气体放电空间。
• 复合 正离子和负离子或电子相遇，发生电荷传递而互相 中和，还原为中性分子的过程。
• 复合是电离的逆过程 以光子形式向外释放能量，可导致 光电离
棒－板（不对称电场） ❖ 气体的击穿特性与所加电压的类型有很大关系
主要的四种类型电压波形： 工频交流电压、直流电压、雷电过电压波和操作过电压波。
1.6.1 均匀电场和稍不均匀电场的击穿特性
一、均匀电场的击穿特性
各处电场强度相等，击穿所需时间短
在直流、工频和冲击电压作用下的击穿电压相同。 击穿电压的分散性很小，冲击系数 ß=1 击穿电压与极间距离的关系（见图2-1）
◆ 光电子导致二次电子崩
三、 流注的形成和发展
◆ 二次电子崩中带电粒子不断汇 入初崩通道，构成正负离子混 合的导电区－－流注
图1-8
图1-9
流注条件：初崩头部的空间电荷必须达到某一个临界值。 正流注：外施电压等于间隙击穿电压时初始电子崩抵达阳
极瞬间，产生流注，流注首先出现在阳极，向阴极发展 负流注：外施电压远大于间隙击穿电压时，流注首先出现
电晕起始电压：开始出现电晕放电时极间所加电压。 u↑→ 电晕区扩大→放电电流↑….u 进一步增加到 一 定数值，导致间隙击穿。
二、输电线路电晕
输电线路电晕起始场强－－皮克公式
Ec 30m (1
0.3 )(kV / cm)
r
式中：m —导线表面粗糙系数 ，
光滑导线 m 1 , 绞线 m 0.8 ~ 0.9
4-6次击穿，这一冲击电压幅值即为U50%
同一间隙雷电冲击U50%和操作冲击U50%不同。 β＝ U50% ／ ur －－冲击系数， ur－－静态击穿电压
均匀和稍不均匀电场下， β ≈ 1;
极不均匀电场中，
β > 1 ， U50% 分散性也大。
（二）伏秒特性
伏秒特性－－表示气隙冲击击穿电压与放电时间
物理意义：每一个从阴极出发的自由，在消失于阳极之 前，因α、γ过程，使阴极产生一个新的自 由电子，以维持间隙的的电离过程，放电 得以自持。
放电形式：辉光放电、火花放电、电弧放电
• 自持放电的条件
若使： 1- γ（eαd－1）＝0 则：I0= 0, I≠0--- 去掉外界电离因素，放电可依靠间隙
自身电离（ αγ过程）维持---自持放电。 自持放电的条件： γ（eαd－1）＝1 物理含义：每一个从阴极出发的自由，在消失于阳极之
则：电子崩所引起的放若：n0＝0
（1－9)
饱和电流（由外界电离因素形成）
I0=0 放电需依靠外界电离因素维持 非自持放电
三、α、γ过程同时作用引起的电流
γ过程－－正离子撞击阴极表面电离
γ－－正离子撞击阴极表面电离系数
（每一个正离子撞击阴极表面时，使阴极表面所
发射的自由电子数），不同金属材料其值不同。
三、冲击电压下气隙的击穿特性
间隙耐电强度表示：
持续电压作用下－击穿电压
冲击电压下－ U50% （50％冲击击穿电压）
－间隙伏秒特性
原因：放电时间对冲击击穿电压的影响，放电
有分散性。
（一） U50% －－50％冲击击穿电压
U50%－表征气隙的耐受冲击的能力。
对一固定气隙，反复施加冲击电（保持波
形和幅值不变），若施加10次电压中有
在阴极附近，向阳极发展。
1.4 不均匀电场中的放电过程
一、不均匀电场的放电特点 ❖ 均匀电场：出现自持放电，间隙击穿。 ❖ 稍不均匀电场：出现自持放电，间隙击穿，平均击穿
场强低于均匀电场。 ❖ 极不均匀电场：出现电晕放电阶段。
电晕放电：外加电压达到一定数值时，在小曲率半径 电极处强烈电离，出现流注，为局部范围 的自持放电，间隙仍保持绝缘状态。
的关系曲线。
通过实验方法取得伏秒特性曲线
伏秒特性曲线用于系统绝缘配合
平均伏秒特性曲线
实际的伏秒特性曲线，是一个以上、下包络线为 界的带状区域。 通常取50％伏秒特性或平均伏秒特性曲线来表征一 个气隙的冲击击穿特性。
图1-19 伏秒特性带与50％伏秒特性 1－上包络线；2－50％伏秒特性；3－下包络线
1.6 气体介质的电气强度
了解气体放电的基本物理过程，有助于分析、说明各种气隙 在各种高电压下的击穿规律和实验结果。 对气体介质的电气强度（击穿电压或击穿场强）定量分析， 采用实验方法 ❖ 气体电气强度首先取决于电场形式 均匀电场：平行板电极 稍不均匀电场：球－球，同轴圆筒 极不均匀电场：棒－棒（对称电场）
u/um
图1-16 雷电截波
IEC和国标规定为： T1＝1.2 μs± 30％－－波前时间 Tc =2－ 5 μs －截断时间
（三）标准操作冲击电压波
图1-17 操作冲击试验电压波形 （a）非周期性双指数冲击波； （b）衰减振荡波
IEC和国标规定： Tcr＝250 μs± 20％ －波前时间 T2＝2500 μs± 60％ －半峰值时间
❖ 同时考虑α、γ过程极间自由电子数目变化：
阴极表面
n0 . nc
到达阳极
n0eαd .
nceαd
α过程使气隙中产生
n0（eαd－1） .
nc（eαd－1）
γ过程使阴极表面发射
γn0（eαd－1） .
γnc（eαd－1）
平衡状态下： nc= n0+ γnc（eαd－1）
则：
nc= n0/1- γ（eαd－1）
U0
ln[
A( pd )
]
ln(1
1 r
)
击穿电压随pd乘积变化且
存在极值
1.3 气体放电的流注理论
一、空间电荷对电场的畸变作用
◆ 电子崩头、崩尾电场增强 ◆ 正负电荷衔接区电场减弱， ◆ 正负电荷衔接区中带电粒子
（正、负离子）浓度十分高
二、 空间光电离的作用
◆ 正负电荷衔接区带电粒子复合 引起光电离，产生光电子
1 气体放电的基本物理过程
电介质
气体—空气、SF6等
液体—变压器油、电容器油等
固体—绝缘纸、云母、塑 料、电瓷、硅橡胶等
正常使用，电介质为良好的绝缘体
过高电压下，发生放电、失去绝缘性 —击穿。
1.1 带电粒子的产生和消失
一、气体中带电粒子的产生 气体放电的原因：气体中出现带电粒子 气体中出现带电粒子的原因：电离
u/um
图1-15 雷电冲击电压波形的标准化
T1－视在波前时间； T2－视在半峰值时间； Um－冲击电压峰值 IEC和国标的规定为： T1＝1.2 μs± 30％ T2＝50 μs± 20％
记为1.2/50 μs，
（二）标准雷电截波 标准雷电截波：用来模拟雷电过电压引起气隙击穿或
外绝缘闪络后所出现的截尾冲击波。
前，因α γ过程，使阴极产生一个新的自 由电子，以 维持间隙的的电离过程，放电 得以自持。
放电形式：辉光放电 火花放电 电弧放电
• 击穿电压与气压的关系（巴申定律）
将：α ＝Ape－BP/E。， E。＝U0/d 代入自持放电条件： γ（eαd－1）＝1
可得击穿电压：
U0=f(pd)
即：
B( pd)
热电离——高温（数千度以上）气体产生的气体分子电离 气体分子碰撞电离 热辐射电离
• 阴极表面电离方式 正离子撞击阴极表面 光电子发射 热电子发射 强场发射。 阴极表面逸出功<<气体分子电离能 不同的金属材料逸出功不同 不同的气体具有不同的电离能
• 负离子的形成
附着：电子与中性分子相结合形成负离子。 负离子的形成并未使气体中带电粒子的数目 改变，但却能使自由电子数减少，因而对气 体放电的发展起抑制作用
阳极： na＝ nc eαd ＝n0 eαd /1- γ（eαd－1）
放电电流： Ia= I0 eαd /1- γ（eαd－1）
• 自持放电的条件
若使： 1- γ（eαd－1）＝0 则：I0= 0, I≠0--- 去掉外界电离因素，放电可依靠间隙
自身电离（ αγ过程）维持---自持放电。 自持放电的条件： γ（eαd－1）＝1 物理意义：每一个从阴极出发的自由，在消失于阳极之
❖ 电子崩中带电粒子分布
图1-4b 电子崩中带电粒子分布
❖ 电子崩（ α过程）产生的电流 设：单位时间从阴极发出
n0个自由电子 因：电子崩过程
在：x处为
n个
在：x＋dx处为 n+dn个
则： dn＝αndx
积分得：
n= n0eαd
X=d: na= n0eαd
n0 n
-
x
+ dx
d 图1－5 电子崩中的电子数计算
电离：当原子（分子）获得足够大的外加能量，
电子脱离原子核的束缚，成为自由电子。 电离形式：气体分子电离
阴极表面电离—阴极表面发射自由电子 电离能——使气体分子发生电离所需要的最小能量。 逸出功——使阴极表面发射电子所需要的最小能量
单位：电子伏特（ev)
表1-1 气体分子的电离能
气体
电离能/ev 激励能/ ev 气体
四、长空气间隙放电过程 • 先导放电过程 • 主放电过程
1.5 放电时间和冲击电压下的气隙击穿
一、放电时间 完成气隙击穿的三个必备条件： ① 足够高的电场强度或（电压）； ② 气隙中出现能引起电子崩并导致流注 的有效电子； ③ 需要有一定的时间，让放电得以逐步发展 并完成击穿。 完成击穿所需的时间是很短的（微秒级）。 直流、工频下放电时间对击穿电压无影响； 冲击电压，击穿电压和放电时间有关。
N2
12.5
6.1
SF6
O2
12.5
7.9
H2O
CO2
13.7
10
电离能/ev 激励能/ ev
15.6
6.8
12.7
7.6
• 气体电离方式
电子碰撞电离--电子被电场加速获得动能，在和气体 分子碰撞时，把动能传给后者引起碰 撞电离。
条件：自由电子的动能〉气体分子的电离能。
光电离—光辐射引起的气体分子电离 条件：光子的能量〉气体分子的电离能。
d=1~10cm Eb=30kV/cm d＞10cm Eb≤30kV/cm
二、 稍不均匀电场下气隙的击穿电压 一旦出现局部放电就导致整个气隙的击穿。
实例：球间隙和同轴圆筒 球间隙:电场不均匀度随着球间距离d与球极直径D之
直流下及冲击电压：U+＜u-
工频电压下：击穿总是发生在棒极为正的半周内。 出现极性效应的原因
棒为正：出现电晕后，棒极附近滞留的正空间电荷加 强了流注头部电场，放电易于发展。
棒为负：出现电晕后，棒极附近滞留的正空间电荷减 弱了流注头部电场，放电不易发展。
正极性“棒-板”间隙中的电场畸变
负极性“棒-板”间隙中的电场畸变
1.2 汤逊放电理论
一、气隙中的放电电流
oa段：u I I=I0 I0-饱和电流取决 于外界电离因素
ab段：u I=I0 间隙中 无新的带电粒子 产生
bc段：u I 间隙中出现了电子碰撞电离，产生了 电子崩
二、电子崩 ❖ 电子崩的形成
图1-4a 电子崩的形成
Bp
电子碰撞电离系数： a Ape E
δ —空气相对密度；
r— 导线半径（cm）。
输电线路电晕危害
放电脉冲产生高频电磁波，形成无线干扰。
产生电晕损耗。
产生化学腐蚀。
防止（减轻）输电线路电晕的措施
减小导线表面场强，对330kV及以上线路，采用分裂导线。
三、极不均匀电场中的极性效应 放电一定从曲率半径小的电极表面（场强最大） 开 始。 击穿电压与小曲率半径电极极性有关－－极性效应 典型的极不均匀电场 棒—棒间隙 棒—板间隙：－－放电发展过程存在明显的极性效应
放电时间的组成 总放电时间：
tb=t1+ts+tf
t1－电压上升时间，气隙电压从0上升 到Us上升到所需时间。
ts－统计时延，从t1 开始到气隙出现
第一个有效电子所需的时间； tf －放电形成时延，出现有效电子到
完成气隙的击穿需要的时间。
图1-14 放电时间的组成
二、冲击电压标准波形
（一）标准雷电冲击电压波
放电形式：辉光放电 火花放电 电弧放电
•自持放电的条件
若使： 1- γ（eαd－1）＝0 则：I0= 0, I≠0--- 去掉外界电离因素，放电可依靠 间隙自身电离（ αγ过程）维持---自持放电。 自持放电的条件： γ（eαd－1）＝1
高电压技术
王富荣
西南交通大学电气工程学院
2007年9月
绪
论
高电压技术— 研究高电压（强电场）下的电气物理问题
电力系统：大功率远、距离输电—高压、超高压、特高压 电网
电气化铁道牵引供电系统：高压供电网络
需研究的高电压问题：
• 高电压绝缘 • 电气绝缘试验技术
• 电力系统过电压及其防护
高电压技术在其它领域的应用—高能物理、医学、环保
二、带电粒子的运动和消失
• 定向运动 带电粒子在电场的驱动下，沿电场方向运动， 到达电极时，消失于电极上而形成电流。
• 扩散 带电粒子从浓度高的地方向浓度低的地方移动因而 逸出气体放电空间。
• 复合 正离子和负离子或电子相遇，发生电荷传递而互相 中和，还原为中性分子的过程。
• 复合是电离的逆过程 以光子形式向外释放能量，可导致 光电离
棒－板（不对称电场） ❖ 气体的击穿特性与所加电压的类型有很大关系
主要的四种类型电压波形： 工频交流电压、直流电压、雷电过电压波和操作过电压波。
1.6.1 均匀电场和稍不均匀电场的击穿特性
一、均匀电场的击穿特性
各处电场强度相等，击穿所需时间短
在直流、工频和冲击电压作用下的击穿电压相同。 击穿电压的分散性很小，冲击系数 ß=1 击穿电压与极间距离的关系（见图2-1）
◆ 光电子导致二次电子崩
三、 流注的形成和发展
◆ 二次电子崩中带电粒子不断汇 入初崩通道，构成正负离子混 合的导电区－－流注
图1-8
图1-9
流注条件：初崩头部的空间电荷必须达到某一个临界值。 正流注：外施电压等于间隙击穿电压时初始电子崩抵达阳
极瞬间，产生流注，流注首先出现在阳极，向阴极发展 负流注：外施电压远大于间隙击穿电压时，流注首先出现
电晕起始电压：开始出现电晕放电时极间所加电压。 u↑→ 电晕区扩大→放电电流↑….u 进一步增加到 一 定数值，导致间隙击穿。
二、输电线路电晕
输电线路电晕起始场强－－皮克公式
Ec 30m (1
0.3 )(kV / cm)
r
式中：m —导线表面粗糙系数 ，
光滑导线 m 1 , 绞线 m 0.8 ~ 0.9
4-6次击穿，这一冲击电压幅值即为U50%
同一间隙雷电冲击U50%和操作冲击U50%不同。 β＝ U50% ／ ur －－冲击系数， ur－－静态击穿电压
均匀和稍不均匀电场下， β ≈ 1;
极不均匀电场中，
β > 1 ， U50% 分散性也大。
（二）伏秒特性
伏秒特性－－表示气隙冲击击穿电压与放电时间
物理意义：每一个从阴极出发的自由，在消失于阳极之 前，因α、γ过程，使阴极产生一个新的自 由电子，以维持间隙的的电离过程，放电 得以自持。
放电形式：辉光放电、火花放电、电弧放电
• 自持放电的条件
若使： 1- γ（eαd－1）＝0 则：I0= 0, I≠0--- 去掉外界电离因素，放电可依靠间隙
自身电离（ αγ过程）维持---自持放电。 自持放电的条件： γ（eαd－1）＝1 物理含义：每一个从阴极出发的自由，在消失于阳极之
则：电子崩所引起的放若：n0＝0
（1－9)
饱和电流（由外界电离因素形成）
I0=0 放电需依靠外界电离因素维持 非自持放电
三、α、γ过程同时作用引起的电流
γ过程－－正离子撞击阴极表面电离
γ－－正离子撞击阴极表面电离系数
（每一个正离子撞击阴极表面时，使阴极表面所
发射的自由电子数），不同金属材料其值不同。
三、冲击电压下气隙的击穿特性
间隙耐电强度表示：
持续电压作用下－击穿电压
冲击电压下－ U50% （50％冲击击穿电压）
－间隙伏秒特性
原因：放电时间对冲击击穿电压的影响，放电
有分散性。
（一） U50% －－50％冲击击穿电压
U50%－表征气隙的耐受冲击的能力。
对一固定气隙，反复施加冲击电（保持波
形和幅值不变），若施加10次电压中有
在阴极附近，向阳极发展。
1.4 不均匀电场中的放电过程
一、不均匀电场的放电特点 ❖ 均匀电场：出现自持放电，间隙击穿。 ❖ 稍不均匀电场：出现自持放电，间隙击穿，平均击穿
场强低于均匀电场。 ❖ 极不均匀电场：出现电晕放电阶段。
电晕放电：外加电压达到一定数值时，在小曲率半径 电极处强烈电离，出现流注，为局部范围 的自持放电，间隙仍保持绝缘状态。
的关系曲线。
通过实验方法取得伏秒特性曲线
伏秒特性曲线用于系统绝缘配合
平均伏秒特性曲线
实际的伏秒特性曲线，是一个以上、下包络线为 界的带状区域。 通常取50％伏秒特性或平均伏秒特性曲线来表征一 个气隙的冲击击穿特性。
图1-19 伏秒特性带与50％伏秒特性 1－上包络线；2－50％伏秒特性；3－下包络线
1.6 气体介质的电气强度
了解气体放电的基本物理过程，有助于分析、说明各种气隙 在各种高电压下的击穿规律和实验结果。 对气体介质的电气强度（击穿电压或击穿场强）定量分析， 采用实验方法 ❖ 气体电气强度首先取决于电场形式 均匀电场：平行板电极 稍不均匀电场：球－球，同轴圆筒 极不均匀电场：棒－棒（对称电场）
u/um
图1-16 雷电截波
IEC和国标规定为： T1＝1.2 μs± 30％－－波前时间 Tc =2－ 5 μs －截断时间
（三）标准操作冲击电压波
图1-17 操作冲击试验电压波形 （a）非周期性双指数冲击波； （b）衰减振荡波
IEC和国标规定： Tcr＝250 μs± 20％ －波前时间 T2＝2500 μs± 60％ －半峰值时间
❖ 同时考虑α、γ过程极间自由电子数目变化：
阴极表面
n0 . nc
到达阳极
n0eαd .
nceαd
α过程使气隙中产生
n0（eαd－1） .
nc（eαd－1）
γ过程使阴极表面发射
γn0（eαd－1） .
γnc（eαd－1）
平衡状态下： nc= n0+ γnc（eαd－1）
则：
nc= n0/1- γ（eαd－1）
U0
ln[
A( pd )
]
ln(1
1 r
)
击穿电压随pd乘积变化且
存在极值
1.3 气体放电的流注理论
一、空间电荷对电场的畸变作用
◆ 电子崩头、崩尾电场增强 ◆ 正负电荷衔接区电场减弱， ◆ 正负电荷衔接区中带电粒子
（正、负离子）浓度十分高
二、 空间光电离的作用
◆ 正负电荷衔接区带电粒子复合 引起光电离，产生光电子
1 气体放电的基本物理过程
电介质
气体—空气、SF6等
液体—变压器油、电容器油等
固体—绝缘纸、云母、塑 料、电瓷、硅橡胶等
正常使用，电介质为良好的绝缘体
过高电压下，发生放电、失去绝缘性 —击穿。
1.1 带电粒子的产生和消失
一、气体中带电粒子的产生 气体放电的原因：气体中出现带电粒子 气体中出现带电粒子的原因：电离
u/um
图1-15 雷电冲击电压波形的标准化
T1－视在波前时间； T2－视在半峰值时间； Um－冲击电压峰值 IEC和国标的规定为： T1＝1.2 μs± 30％ T2＝50 μs± 20％
记为1.2/50 μs，
（二）标准雷电截波 标准雷电截波：用来模拟雷电过电压引起气隙击穿或
外绝缘闪络后所出现的截尾冲击波。
前，因α γ过程，使阴极产生一个新的自 由电子，以 维持间隙的的电离过程，放电 得以自持。
放电形式：辉光放电 火花放电 电弧放电
• 击穿电压与气压的关系（巴申定律）
将：α ＝Ape－BP/E。， E。＝U0/d 代入自持放电条件： γ（eαd－1）＝1
可得击穿电压：
U0=f(pd)
即：
B( pd)
热电离——高温（数千度以上）气体产生的气体分子电离 气体分子碰撞电离 热辐射电离
• 阴极表面电离方式 正离子撞击阴极表面 光电子发射 热电子发射 强场发射。 阴极表面逸出功<<气体分子电离能 不同的金属材料逸出功不同 不同的气体具有不同的电离能
• 负离子的形成
附着：电子与中性分子相结合形成负离子。 负离子的形成并未使气体中带电粒子的数目 改变，但却能使自由电子数减少，因而对气 体放电的发展起抑制作用
阳极： na＝ nc eαd ＝n0 eαd /1- γ（eαd－1）
放电电流： Ia= I0 eαd /1- γ（eαd－1）
• 自持放电的条件
若使： 1- γ（eαd－1）＝0 则：I0= 0, I≠0--- 去掉外界电离因素，放电可依靠间隙
自身电离（ αγ过程）维持---自持放电。 自持放电的条件： γ（eαd－1）＝1 物理意义：每一个从阴极出发的自由，在消失于阳极之
❖ 电子崩中带电粒子分布
图1-4b 电子崩中带电粒子分布
❖ 电子崩（ α过程）产生的电流 设：单位时间从阴极发出
n0个自由电子 因：电子崩过程
在：x处为
n个
在：x＋dx处为 n+dn个
则： dn＝αndx
积分得：
n= n0eαd
X=d: na= n0eαd
n0 n
-
x
+ dx
d 图1－5 电子崩中的电子数计算
电离：当原子（分子）获得足够大的外加能量，
电子脱离原子核的束缚，成为自由电子。 电离形式：气体分子电离
阴极表面电离—阴极表面发射自由电子 电离能——使气体分子发生电离所需要的最小能量。 逸出功——使阴极表面发射电子所需要的最小能量
单位：电子伏特（ev)
表1-1 气体分子的电离能
气体
电离能/ev 激励能/ ev 气体
四、长空气间隙放电过程 • 先导放电过程 • 主放电过程
1.5 放电时间和冲击电压下的气隙击穿
一、放电时间 完成气隙击穿的三个必备条件： ① 足够高的电场强度或（电压）； ② 气隙中出现能引起电子崩并导致流注 的有效电子； ③ 需要有一定的时间，让放电得以逐步发展 并完成击穿。 完成击穿所需的时间是很短的（微秒级）。 直流、工频下放电时间对击穿电压无影响； 冲击电压，击穿电压和放电时间有关。
N2
12.5
6.1
SF6
O2
12.5
7.9
H2O
CO2
13.7
10
电离能/ev 激励能/ ev
15.6
6.8
12.7
7.6
• 气体电离方式
电子碰撞电离--电子被电场加速获得动能，在和气体 分子碰撞时，把动能传给后者引起碰 撞电离。
条件：自由电子的动能〉气体分子的电离能。
光电离—光辐射引起的气体分子电离 条件：光子的能量〉气体分子的电离能。
d=1~10cm Eb=30kV/cm d＞10cm Eb≤30kV/cm
二、 稍不均匀电场下气隙的击穿电压 一旦出现局部放电就导致整个气隙的击穿。
实例：球间隙和同轴圆筒 球间隙:电场不均匀度随着球间距离d与球极直径D之
直流下及冲击电压：U+＜u-
工频电压下：击穿总是发生在棒极为正的半周内。 出现极性效应的原因
棒为正：出现电晕后，棒极附近滞留的正空间电荷加 强了流注头部电场，放电易于发展。
棒为负：出现电晕后，棒极附近滞留的正空间电荷减 弱了流注头部电场，放电不易发展。
正极性“棒-板”间隙中的电场畸变
负极性“棒-板”间隙中的电场畸变
1.2 汤逊放电理论
一、气隙中的放电电流
oa段：u I I=I0 I0-饱和电流取决 于外界电离因素
ab段：u I=I0 间隙中 无新的带电粒子 产生
bc段：u I 间隙中出现了电子碰撞电离，产生了 电子崩
二、电子崩 ❖ 电子崩的形成
图1-4a 电子崩的形成
Bp
电子碰撞电离系数： a Ape E
δ —空气相对密度；
r— 导线半径（cm）。
输电线路电晕危害
放电脉冲产生高频电磁波，形成无线干扰。
产生电晕损耗。
产生化学腐蚀。
防止（减轻）输电线路电晕的措施
减小导线表面场强，对330kV及以上线路，采用分裂导线。
三、极不均匀电场中的极性效应 放电一定从曲率半径小的电极表面（场强最大） 开 始。 击穿电压与小曲率半径电极极性有关－－极性效应 典型的极不均匀电场 棒—棒间隙 棒—板间隙：－－放电发展过程存在明显的极性效应
放电时间的组成 总放电时间：
tb=t1+ts+tf
t1－电压上升时间，气隙电压从0上升 到Us上升到所需时间。
ts－统计时延，从t1 开始到气隙出现
第一个有效电子所需的时间； tf －放电形成时延，出现有效电子到
完成气隙的击穿需要的时间。
图1-14 放电时间的组成
二、冲击电压标准波形
（一）标准雷电冲击电压波