高壓輸電線放電電暈及減少方法

1、高壓輸電線放電電暈及減少方法摘要:高壓輸電線放電電暈常見于我們的日常生活當中,是指當電壓應力超過某一臨界值時,氣體瞬時電離引起的一種局部放電現(xiàn)象。電暈放電在工程技術領域中有多種影響,會引起不同程度的電暈功率損失和噪聲干擾等,給人們的生活、生產(chǎn)、信號傳輸帶來許多影響,但我們同樣可以利用電暈放電進行靜電除塵、污水處理、空氣凈化等,為人們服務。通過對高壓放電電暈的研究,掌握其規(guī)律及相關特性,最大限度的減少這種現(xiàn)象的發(fā)生,對電力傳輸減少能耗提供一些幫助。關鍵字:高壓輸電線;放電電暈;電暈機;電磁輻射;電暈處理high voltage transmission line corona and reduc

2、ing methodliu peng( yili normal college of electronic and information engineering college of electronic information science and technology 09-2 class xinjiang yining city, 835000 ) abstract:high voltage transmission line corona discharge is common in our daily life,that is when the voltage stress ex

3、ceeds a critical value,the transient ionization caused by a partial discharge phenomenon. corona discharge in the field of engineering technology has a variety of effects,can cause different degree of corona power loss,bring a lot of inconvenience to peoples life, and loss;but we can also use corona

4、 discharge in electrostatic dust removal,sewage treatment,air purification and so on,service for people,through the further study of corona discharge,to master its law and related characteristics,and minimize the occurrence of phenomenon,provide some help on power transmission to reduce energy consu

5、mption. keywords:high voltage transmission line;corona;corona air sickness;electromagnetic radiation;corona treatment.目錄1高壓輸電線放電電暈簡述11.1 電暈放電現(xiàn)象及機理11.2輸電線路電暈放電的產(chǎn)生條件和影響因素21.3 電暈放電產(chǎn)生的效應及危害21.4 放電電暈的應用32 電暈放電測量及防暈措施42.1 影響電暈放電部分因素的測量42.1.1基準場的測量結果以下列依據(jù)為基礎:42.1.2測試儀器:電磁干擾場強測量儀或已定標的頻譜分析儀。42.1.3輻射場與一些物理量的關

6、系42.2 工程實際中的防暈措施(減少方法)53 結論64 參考文獻7致 謝8高壓輸電線放電電暈及減少方法引 言基于高壓輸電線輸送能力強、損耗小、穩(wěn)定性好等突出優(yōu)點,我國目前廣泛發(fā)展高壓、特高壓輸電線路。高電壓導致強電場,當輸電線路局部電場強度超過氣體的電離強度時,氣體會發(fā)生電離和激勵,出現(xiàn)電暈放電2。特別是在高海拔、覆冰嚴重的地區(qū),由于空氣密度降低,輸電線路空氣間隙的電暈電壓隨之降低6,7。我國“西電東送”的南、北、中線路走廊都存在高海拔、污穢、覆冰綜合作用的特殊環(huán)境地區(qū),電暈事故時有發(fā)生,問題日益凸現(xiàn)。1高壓輸電線放電電暈簡述1.1 電暈放電現(xiàn)象及機理當在電極兩端加上較高但未達擊穿的電壓時

7、,如果電極表面附近的電場（局部電場）很強，則電極附近的氣體介質會被局部擊穿而產(chǎn)生電暈放電現(xiàn)象。當電極的曲率半徑很小時,由于其附近的場強特別高,很容易發(fā)生電暈放電。在通常的情況下,我們研究在曲率半徑很小電極處的電暈放電。電暈放電現(xiàn)象可在很多場合下觀察到,例如,在高壓傳輸線和同軸圓筒所包圍導線的表面，或在針形不規(guī)則導體的附近以及在帶有高電壓的導體表面等處。電暈放電可分為：湯生放電、輝光放電和弧光放電。在湯生放電中,空間電荷場對外加電場的影響很小,而在輝光和弧光放電中,它卻起著重要的作用。在湯生和輝光放電中,次級電子的提供過程,如光子、正離子和亞穩(wěn)態(tài)原子過程所產(chǎn)生的作用不很明顯,而弧光則是借助于十分

8、有效的次級過程如場發(fā)射和熱離子發(fā)射而工作,因此,湯生或輝光放電的燃點電壓或陰極位降值都要超過氣體的電離電位,而弧光放電的陰極位降卻十分接近于氣體的電離電位。電暈放電電壓降比輝光放電壓降大(千伏數(shù)量級),但放電電流卻很小（微安數(shù)量級）。且往往發(fā)生在電極間電場分布不均勾的條件下。若電場分布均勻,放電電流又較大,則發(fā)生輝光放電現(xiàn)象；在電暈放電狀況下如提高外加電壓,而電源的功率又不夠大,此時放電就轉變成火花放電；若電源的功率足夠大時,則電暈放電可轉變?yōu)榛」夥烹姟Ｔ陔姇灧烹娭?電極的幾何構形也起著十分重要的作用。電場的不均勻性把主要的電離過程局限于局部電場很高的電極附近,特別是發(fā)在曲率半徑很小的電極附近

9、薄層中,氣體的發(fā)光也只發(fā)生在這個區(qū)域里（電暈層或起暈層）。在這個區(qū)域之外,由于電場弱,不發(fā)生或很少發(fā)生電離,電流的傳導依靠正離子和負離子或電子的遷移運動,若兩極中僅有一個電極起暈,則放電的遷移區(qū)域中基本上只有一種符號的帶電粒子,在此情況下,電流是單極性的。形成電暈所需電場不均勻的程度與氣體的種類也有很大關系。在負電性的氣體中(如氣壓為pa的空氣),當電極為球平面幾何構形，電極間隙為球半徑時可建立電暈放電;與此相反，若充以非負電性氣體,則不會產(chǎn)生電暈放電現(xiàn)象。電暈放電的電流強度取決于加在電極之間的電壓大小、電極的形狀、極間距離、氣體的性質和密度。電暈放電是種自持放電,它不需要外加電離源來引發(fā)和維

10、持放電。另外,電暈放電的電壓降也不取決于外電路中的電阻,而決定于放電遷移區(qū)域的電導,在遷移區(qū)域內存在單極性的空間電荷時,它妨礙著放電電流的通過,此時電暈放電的壓降大部分落在遷移區(qū)域上。當兩極間的電位差由零逐漸增大時,最初發(fā)生無聲的非自持放電,這時的電流很微弱,其大小決定于剩余電離,當電壓增加到定數(shù)值vs時,電暈放電就發(fā)生了。該電壓vs即為起暈電壓或電暈放電的閥值電壓,它的大小分辨可由電極間電流的大小和在曲率半徑較小的電極處是否有朦朧的輝光的出現(xiàn)所表征。若繼續(xù)增大電位差,則電流強度將增大,發(fā)光層的大小及其亮度也同時增大。當外加電壓比閥值電壓高很多時,電暈放電會轉變?yōu)榛鸹ǚ烹姲l(fā)生火花的擊穿。電暈放

11、電的極性決定于具有小曲率半徑的電極的極性。如果曲率半徑小的電極帶正電位,則發(fā)生的電暈稱為正電暈。反之則稱為負電暈,此外,按提供的電壓類型也可以將電暈放電分為直流電暈、交流電暈和高頻電暈。按出現(xiàn)電暈電極的數(shù)目分類時,則有單極電暈、雙極電暈和多極電暈。電暈放電現(xiàn)象的應用很廣,例如除塵器、高速打印饑、漂白裝置等。但在某些場合,我們卻又不希望它發(fā)生,如高壓傳輸線上的電暈會引起電能的損耗和對廣播電視的干擾。因此,研究電暈的基本過程具有重要的實用價值。1.2輸電線路電暈放電的產(chǎn)生條件和影響因素（1）高壓輸電線路電暈放電一般發(fā)生在高電壓的導體表面,輸電線路電壓越高,電暈放電越強。(2)高壓輸電線電暈放電一般

12、發(fā)生在極不均勻電場中的氣體,當場強足夠大時,才會形成電暈。也就是說只有當極間距離對起暈電極表面最小曲率半徑的比值大于一定值時,電暈才有可能發(fā)生。氣體在負電性的氣體中(如氣壓為pa的空氣),當電極為球平面幾何構形及電極間隙為球半徑時也可建立電暈放電,與此相反,若充以非負電性氣體,則不會產(chǎn)生電暈放電現(xiàn)象。(3)高壓輸電線放電電暈與線路幾何結構有關:導線直徑越大,表面光潔度越高,電暈放電越弱。(4)高壓輸電線放電電暈與輸電線路外部環(huán)境影響有關:空氣污染越嚴重、空氣密度越小、濕度越大,電暈放電越強。1.3 電暈放電產(chǎn)生的效應及危害 電暈放電會產(chǎn)生大量的能量損耗,據(jù)不完全統(tǒng)計全國每年因電暈損耗電能將近2

13、050gwh8。因此,避免、限制電暈引起能量損耗已成為必須加以解決的重要問題。（1）伴隨著游離、復合、激勵和反激勵等過程中有聲、光、熱等效應,表現(xiàn)為發(fā)出“嘶嘶”的聲音,發(fā)出藍色的暈光以及使周圍空氣溫度升高等1。（2）在尖極或電極的某些突出部分,電子和離子在局部場強的驅動下高速運動,與氣體分子交換能量,形成“電風”。當電極固定的剛性不夠時(例如懸掛的導線),氣體對電風的反作用力會使電暈極振動或轉動。（3）電暈放電會產(chǎn)生高頻脈沖電流,其中還包含許多高次諧波,對無線電通訊造成干擾9。（4）電暈放電還使空氣發(fā)生化學反應,生成臭氧、氮氧化物等產(chǎn)物,臭氧、氮氧化物是強氧化劑和腐蝕劑,會對氣體中的固體介質及

14、金屬電極造成損傷或腐蝕1 。1.4 放電電暈的應用電暈可削弱輸電線上雷電沖擊或減小沖擊電壓波的幅值及陡度,可利用電暈放電改善電場分布,可利用電暈除塵等等。減少放電電暈,尤其是高壓輸電線上的電暈放電能減少輸電線上電能的損耗,也可以減少放電電暈中產(chǎn)生的臭氧、氮氧化物等腐蝕物的產(chǎn)生,減小對無線電通訊的干擾等。（1）目前,我們常用于真空電鍍、真空鍍膜、濺鍍、pvd、物理氣相沉積、印刷、移印絲印特印、粘和、涂層等工藝,產(chǎn)品包括手機外殼、手機按鍵、p+r按鍵、筆記本電腦、汽車燈、汽車內飾件、眼鏡片、家用電器、化妝品包裝容器、洗滌用品包裝容器、各類材質板材和薄膜、紙張、織物、人造革、金屬等。（2）電暈處理機

15、在包裝行業(yè)的使用也日益廣泛,主要用于塑料薄膜類或塑料板材類制品的表面處理。為了使產(chǎn)品的表面具有更強粘附力,防止原材料在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)印刷甩色、復合粘貼不牢固等,用電暈處理機先期進行表面處理,同時對產(chǎn)品具有除塵、除油脂、殺菌、消毒、除靜電等作用,從而大大加強了塑料、硅膠類產(chǎn)品表面吸附力,減少及消除了印刷、噴涂產(chǎn)品的油墨脫落現(xiàn)象,增強了印刷及噴涂的耐磨性,并能使得表面涂層均勻。2 電暈放電測量及防暈措施2.1 影響電暈放電部分因素的測量 本次主要依據(jù)高壓輸電線電路電暈放電電磁輻射影響分析5中的理論依據(jù),通過電磁干擾場強測量儀或已定標的頻譜分析儀來測量影響電暈放電部分因素。2.1.1基準場的測量結果

16、以下列依據(jù)為基礎:（1）測試點距高壓輸電線路邊相導線的水平距離為d0=20m,接收天線的高度為h=2m(距地面)。（2）基準測試頻率為0.5mhz。2.1.2測試儀器:電磁干擾場強測量儀或已定標的頻譜分析儀。2.1.3輻射場與一些物理量的關系（1）輻射場與輻射頻率的關系對于不同電壓等級的輸電線路,電暈放電輻射的頻譜基本上是相同的,隨著頻率的升高,輻射場強迅速減小。頻率f為 0.155 mhz時的輻射場強,可以表示為: 其中e0基準場的輻射場強,頻率系數(shù),參考值為5.6(標準差為0.49)3,4，10。（2）輻射場與橫向距離d 的關系 電暈放電輻射場強隨橫向距離d 的變化而變化,其橫向距離特性可

17、以表示為:其中:距邊導線的水平距離為d 的輻射場強,橫向距離系數(shù),參考值為1.60(標準差為0.16)3。（3）輻射場與空氣濕度的關系射場強受空氣濕度的影響很大,空氣濕度增大10% ,電暈放電的輻射場強增大約為0.69v/m(標準差為0.08v/m)?？諝鉂穸葘﹄姇灧烹娸椛鋱鰪姷挠绊懸部捎媒?jīng)驗公式表示為: 其中：測量基準場時的空氣相對濕度,待求場點的空氣相對濕度,濕度系數(shù),參考值為0.69。由以上分析可得:頻率、橫向距離和濕度的影響,可由某一高壓輸電線路測得的基準場計算和預測該線路某一區(qū)段附近任一點處電暈放電輻射場強:討論:（1）導線的表面狀況。由于導線表面落有灰塵、雜質及工業(yè)污染的影響,在導

18、線表面可能形成局部的電暈放電致使輻射場強變大。（2）季節(jié)變化的影響。夏季空氣濕度比較大,導線表面落的灰塵、雜質比較多,電暈放電的輻射電平比較高。冬季比較干燥,導線表面的灰塵,雜質比較少,電暈放電的輻射電平比較低。（3）雨雪天氣中空氣濕度增加10%,電暈放電的輻射場強增大約1.27v/m標準差為0.19v/m)。降雨量1.2mm/h時,電暈放電的輻射場強比晴天高約1520v/m。（4）測量過程中基準場的選擇,及操作的不當對測量結果也有一定的影響。2.2 工程實際中的防暈措施(減少方法) 限制電暈最有效的方法是改進電極的形狀,增大電極的曲率半徑,如采用均壓環(huán)、屏蔽環(huán)等。在某些載流量不能滿足要求的場

19、合,可采用空心的、薄殼的、擴大尺寸的球面或旋轉橢圓等形式的電極,如超高壓輸電線路采用分裂導線,在變電所中,當電壓大于35kv時一般不采用矩形母線，而采用圓形或管形母線,以此同時,在線路施工中,應避免造成導線的損傷,出現(xiàn)毛刺等。（1）選擇耐電暈性能較好的絕緣材料。不同的絕緣材料,其耐電暈特性一也各不相同,低密度聚乙烯在電暈產(chǎn)生100h后就會絕緣失效。可見,絕緣材料的耐電暈性能至關重要,在常用絕緣材料中,硅橡膠、pvc、dap、聚四氟乙烯都是很好的耐電暈材料。（2）改進產(chǎn)品設計結構,盡量減少空氣隙的存在。（3）改善電場分布,使之盡量均勻。改進電極形狀,增大電極曲率半徑,以改善電場分布,提高氣體間隙

20、的擊穿電壓。同時,電極表而應盡量避免毛刺、棱角等,以消除電場局部增強的現(xiàn)象。（4）應當進行局部放電的測量。對產(chǎn)品進行局部放電試驗,測定局部放電的各項指標,對放電現(xiàn)象進行分析,改進產(chǎn)品結構。3 結論通過本階段的學習和探索對電暈有了更進一步了解：電暈是高壓帶電體表面向空氣游離放電的現(xiàn)象。由于電暈的輝光放電,會對我們附近的通訊設施產(chǎn)生干擾,從而不同程度地影響通訊質量。更不利的是會引起電暈過程中的電能損耗,尤其在雨,雪,霧天氣狀況下其電暈損耗比好天氣時成倍增加,造成電能的極大浪費。在目前情況下,設法減少電暈損失,節(jié)約電力能源,具有重大的顯示意義。同時我也掌握了一些現(xiàn)實生活中減少放電電暈的方法:即通過改進電極的形狀,增大電極的曲率半徑及選擇耐電暈性較好的絕緣材料來達到防暈效果。4 參考文獻1國家電網(wǎng)公司基建部,電網(wǎng)建設新技術m.北京:中國電力出版社,2005年.2隋曉杰,宋守信.高壓輸電線路電暈放電分析j.電力建設,2006,27(3):37-38.3潘仲英.電磁波無線與電波傳播m.北京:機械工業(yè)出版社,2003.4國際大電網(wǎng)會議第36.01工作組.輸電系統(tǒng)產(chǎn)生的電場和磁場m.北京:水利電力出版社,1984.5林曉宇,陳仕修,張曉敏.高壓輸電線電路電暈放電電磁輻射影響分析j.電力環(huán)境保