高電壓技術(shù)概述第3講氣體電介質(zhì)的絕緣特性（二）

1、高電壓技術(shù)概述第 3 講 氣體電介質(zhì)的絕緣特性（二）1第2講回顧帶電粒子的產(chǎn)生與消失湯遜理論巴申定律的解釋湯遜理論的適用范圍21.2.5 流注理論在高氣壓長間隙條件下的氣體放電理論 特點：認(rèn)為電子碰撞電離及空間光電離是維持自持放電的主要因素，并強調(diào)了空間電荷畸變電場的作用 通過大量的實驗研究（主要在電離室中進(jìn)行的）說明放電發(fā)展的機理 3電子崩階段 空間電荷畸變外電場 流注階段 光電離形成二次電子崩，等離子體 4（1） 電子崩階段（a）初始電子崩陽極側(cè)電子崩數(shù)目多正空間電荷加強了原電場，同時向周圍放射出大量光子 （一）流注理論5（b）二次電子崩 光子使附近的氣體因光電離而產(chǎn)生二次電子 它們在由正

2、空間電荷所引起的畸變和加強了的局部電場作用下，又形成新的電子崩，即二次電子崩 6（2）流注的形成和發(fā)展二次電子崩中的電子初始電子崩的正空間電荷混合通道（流注）。流注通道二次崩留下的正電荷，大大加強了流注發(fā)展方向的電場，產(chǎn)生新電子崩，從而使流注向前發(fā)展 7（3）間隙的擊穿流注不斷向陰極推進(jìn)，頭部電場越來越強，因而其發(fā)展也越快流注發(fā)展到陰極，間隙被導(dǎo)電良好的等離子通道所貫通間隙擊穿 8在電離室中得到的初始電子崩照片圖a和圖b的時間間隔為110-7秒 p=270毫米汞柱，千伏/厘米 初始電子崩轉(zhuǎn)變?yōu)榱髯⑺查g照片p273毫米汞柱E=12千伏/厘米電子崩在空氣中的發(fā)展速度約為107cm/s9在電離室中得

3、到的陽極流注發(fā)展過段的照片正流注的發(fā)展速度約為11082108cm/s10自持放電條件形成流注空間光電離維持放電（自持放電）如果電場均勻，間隙就將被擊穿。所以流注形成的條件就是自持放電條件，在均勻電場中也就是導(dǎo)致?lián)舸┑臈l件。流注形成的條件：足夠的空間光游離較多的初始電子崩（電子崩積累到一定的數(shù)量）11（二）流注理論對高氣壓、長間隙（pd很大）放電現(xiàn)象的解釋 1放電外形 具有通道形式 流注前方隨著其向前發(fā)展而更為增強多流注之間互相抑制發(fā)展二次電子崩在空間的形成和發(fā)展帶有統(tǒng)計性，所以火花通道常是曲折的，并帶有分枝。電子崩則不然，由于其中電荷密度較小，故電場強度還不大，因而不致影響到鄰近空間內(nèi)的電場

4、，所以不會影響其它電子崩的發(fā)展12樹枝狀放電與放電發(fā)展的抑制132放電時間 二次電子崩由光電離形成，所以流注發(fā)展速度極快放電時間特別短3陰極材料的影響 維持放電靠光電離，而不是陰極表面的電離過程，與材料無關(guān)14 在Pd值較小時，起始電子不可能在穿越極間距離后完成足夠多的碰撞電離次數(shù)，因而難以聚積到足夠的電子數(shù)，這樣就不可能出現(xiàn)流注，放電的自持只能依靠陰極上的過程。151.3 不均勻電場中氣體的擊穿d2D，電場還比較均勻，其放電特性與均勻電場相似，一旦出現(xiàn)自持放電，立即導(dǎo)致整個氣隙擊穿。放電達(dá)到自持時，在整個間隙中部巳達(dá)到相當(dāng)數(shù)值。這時和均勻電場中情況類似 。1.3.1 稍不均勻場和極不均勻場的

5、放電特點1 擊穿電壓2 電暈起始電壓3 放電不穩(wěn)定區(qū)16d 4D，電場分布極不均勻，存在電暈放電，電暈起始電壓。 外加電壓進(jìn)一步增大，表面電暈層擴大，并出現(xiàn)刷狀的細(xì)火花，火花變長，最終導(dǎo)致氣隙完全擊穿。當(dāng)大曲率電極附近很小范圍內(nèi)已達(dá)相當(dāng)數(shù)值時，間隙中大部分區(qū)域值都仍然很小，放電達(dá)到自持放電后，間隙沒有擊穿。電場越不均勻，擊穿電壓和電暈起始電壓間的差別也越大。17d2D 4D，屬于過渡區(qū)域，不穩(wěn)定電暈，轉(zhuǎn)為火花放電。當(dāng)大曲率電極附近達(dá)到足夠數(shù)值時，間隙中很大一部分區(qū)域也都已達(dá)相當(dāng)數(shù)值，流注一經(jīng)產(chǎn)生，隨即發(fā)展至貫通整個間隙，導(dǎo)致間隙完全擊穿 18電場不均勻系數(shù) ff4時，極不均勻電場191.3.2

6、 電暈放電現(xiàn)象電暈放電現(xiàn)象電離區(qū)的放電過程造成。強電場電子崩復(fù)合光輻射咝咝的聲音，臭氧的氣味，微弱的暈光，回路電流明顯增加(絕對值仍很小)，可以測量到能量損失20電暈起始電壓和電暈起始場強 是一種自持放電形式，起始電壓在原理上可由自持放電條件求得 E0的經(jīng)驗公式m導(dǎo)線表面的粗糙系數(shù)。光滑導(dǎo)線m=1, 一般導(dǎo)線m=0.820.9,對絞線局部電暈 m=0.72 21電暈電流與能量(a) 時間刻度T=125sA電暈電流平均值(c) 2A電暈電流平均值電暈電流比較小，但比泄漏電流要大得多?？臻g電荷的運動需要電源供給能量,輸電線路電暈損耗的主要部分，而使空氣電離所消耗的能量則比較小。 22電暈的起始階段

7、一系列短促的陡脈沖組成。電離產(chǎn)生的與導(dǎo)線同號的電荷,導(dǎo)致電離停止。脈沖電流將產(chǎn)生電磁波傳播到空間造成無線電干擾，23輸電線路的電暈還與導(dǎo)線的表面狀況及天氣狀況有關(guān)。導(dǎo)線表面曲率大小影響。雨、雪、霜等壞天氣時，電暈損耗急劇增加。水滴電場作用變成錐形24對于500750kV的超高壓輸電線路，在天氣好時電暈損耗一般不超過幾個W/km，而在壞天氣時，可以達(dá)到100 W/km以上。因此在設(shè)計超高壓線路時，需要根據(jù)不同天氣條件下電暈損耗的實測數(shù)據(jù)和線路參數(shù)，以及沿線路各種氣象條件的出現(xiàn)概率等對線路的電暈損耗進(jìn)行估算。 25隨著輸電電壓的提高，電暈問題也越來越突出。導(dǎo)體表面電場減小電暈的方法26降低導(dǎo)線表面

8、場強的方法：增大線間距離D或增大導(dǎo)線半徑r。一般采取適當(dāng)增大導(dǎo)線直徑的辦法為節(jié)省導(dǎo)線材料，通常采用分裂導(dǎo)線的解決辦法，即每相導(dǎo)線由2根或2根以上的導(dǎo)線組成。使得導(dǎo)線表面場強得以降低。27電暈影響的兩面性不利影響 ：能量損失；放電脈沖引起的高頻電磁波干擾；化學(xué)反應(yīng)引起的腐蝕作用等 。 有利方面：電暈可削弱輸電線上雷電沖擊電壓波的幅值及陡度；利用電暈放電改善電場分布，提高擊穿電壓 ；利用電暈放電除塵與臭氧發(fā)生器等 。28線板氣隙中不同直徑導(dǎo)線的工頻擊穿電壓與d的關(guān)系點劃線均勻電場；虛線正尖負(fù)板電場；1D=0.5mm；2D=3mm；3D=16mm；4D=20mm291.3.3 極不均勻場中的放電過程

9、一、非自持放電階段電子崩產(chǎn)生陽極積聚正電荷30二、流注發(fā)展階段頭部電場增強新電子崩流注前移31三、先導(dǎo)放電階段通道根部的電子最多流注根部溫度升高出現(xiàn)熱電離先導(dǎo)通道（具有熱電離過程的通道）。新的電離過程使電離加強，電導(dǎo)增大，從而加大了其頭部前沿區(qū)域中的場強，引起新的流注，導(dǎo)致先導(dǎo)通道不斷伸長。 32流注根部溫度升高熱電離過程先導(dǎo)通道電離加強，更為明亮電導(dǎo)增大軸向場強更低發(fā)展速度更快長空氣間隙的平均擊穿場強遠(yuǎn)低于短間隙 33四、主放電過程 先導(dǎo)頭部達(dá)到板極。小間隙中的高場強引起強烈電離，帶電粒子激增。強電離區(qū)迅速向陽極傳播主放電過程。主放電通道貫穿電極間隙擊穿。特點：由于其頭部場強極大，所以主放電通道發(fā)展速度及電導(dǎo)都遠(yuǎn)大于先導(dǎo)通道。34主放電通道主放電和先導(dǎo)通道的交界區(qū)先導(dǎo)通道 35先導(dǎo)的發(fā)展正棒負(fù)板間隙中先導(dǎo)通道的發(fā)展（）先導(dǎo)和其頭部的流注；（）流注頭部電子崩的形成；（）由流注轉(zhuǎn)變?yōu)橄葘?dǎo)和形成流注；（）流注頭部電子崩的形成；（）沿著先導(dǎo)和空氣間隙電場強度的分布 361.3.4 極不均勻場中的極性效應(yīng)正棒負(fù)板37電子運動速度快，迅速進(jìn)入棒極；棒極附近積聚起正空間電荷，削弱了棒極附近的電場強度而加強了正離子群外部空間的電場結(jié)果：（1）使電暈起始電壓提高。（2）外部空間電場加強，有利于流注的發(fā)展，因此擊穿電壓