不均勻電場(chǎng)中空氣間隙的擊穿

1、教 案教學(xué) 主 要內(nèi)容時(shí)間分配過(guò)程描述（1) 極不均勻電場(chǎng)間隙擊穿特性分析前準(zhǔn)備。建立極不均勻電場(chǎng)參考模型，即棒-棒模型或棒-球模型。如圖1-2-1為棒-板模型，如圖1-2-2為球-棒模型。棒-棒電極代表對(duì)稱(chēng)的不均勻電場(chǎng)，棒-板電極代表不對(duì)稱(chēng)的不均勻電場(chǎng)。我們一般以棒-板模型為主要研究對(duì)象，來(lái)模擬極不均勻電場(chǎng)，從而解釋為什么高壓輸電要用分裂導(dǎo)線。 圖1-2-1 圖1-2-2（2) 極不均勻電場(chǎng)間隙擊穿特性分析階段。極不均勻電場(chǎng)氣隙中,因間隙距離大,擊穿電壓主要取決于間隙距離,而與電極形狀關(guān)系不大,所以以棒-棒電極或棒-板電極作為研究極不均勻電場(chǎng)放電特性的典型電極。棒極附近產(chǎn)生的電暈，帶電粒子定

2、向運(yùn)動(dòng)，正離子向板極運(yùn)動(dòng)，由于速度慢，就在棒極附近形成電荷積累區(qū)，使未游離區(qū)的電場(chǎng)強(qiáng)度增大，而導(dǎo)致?lián)舸╇妷航档?。如圖1-2-3所示。圖1-2-3（3)極不均勻電場(chǎng)中的放電存在著明顯的極性效應(yīng)，棒電極的極性不同時(shí)，間隙中空間電荷對(duì)外電場(chǎng)的畸變作用不同。（4）分析結(jié)束。能夠確定對(duì)于特定電壓的輸送應(yīng)采用幾分裂導(dǎo)線。過(guò)程分析（1）了解均勻電場(chǎng)與極不均勻電場(chǎng)在擊穿特性方面的差別。均勻電場(chǎng)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)為30kV/cm，極不均勻電場(chǎng)的平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)為5 kV/cm。隨著間隙距離的增大，擊穿電壓隨著增大，但擊穿場(chǎng)強(qiáng)是隨著降低的，因?yàn)閾舸╇妷旱脑黾铀俣葲](méi)有距離增加的速度快。（2）建立極不均勻電場(chǎng)的模型。在極不均勻電

3、場(chǎng)的情況下，不管棒-板間隙或是不同直徑的球-板間隙，擊穿電壓和距離的關(guān)系曲線都比較接近。就是說(shuō)，在極不均勻電場(chǎng)中，擊穿電壓主要決定于間隙距離，而與電極形狀的關(guān)系不大。因此在工程實(shí)踐中常用棒-板或棒-棒這兩種類(lèi)型間隙的擊穿特性曲線作為選擇絕緣距離的參考圖1-2-4（3）在工頻電壓作用下，棒-板間隙的擊穿總是發(fā)生在棒的極性為正、電壓達(dá)幅值時(shí)，并且其擊穿電壓（幅值）和直流電壓下的正棒-負(fù)板的擊穿電壓相近。棒-棒間隙的平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)為3.8kV（有效值）/cm或5.36kV（幅值）/cm，棒-板間隙梢低一些，約為3.35kV（有效值）/cm或4.8kV（幅值）/cm?！倦姇灧烹姟侩姇灧烹姮F(xiàn)象電離區(qū)的放電

4、過(guò)程造成?，F(xiàn)象：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(duì)值仍很小)，可以測(cè)量到能量損失電暈起始電壓和電暈起始場(chǎng)強(qiáng)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： 1-2-1m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(duì)絞線局部電暈 m=0.72 （4）分裂導(dǎo)線設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)在選擇導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)和尺寸時(shí)，應(yīng)使好天氣時(shí)電暈損耗接近于零，對(duì)無(wú)線電和電視的干擾應(yīng)限制到容許水平以下。對(duì)于超高壓和特高壓線路的分裂線來(lái)說(shuō)，找到最佳的分裂距，使導(dǎo)線表面最大電場(chǎng)強(qiáng)度值最小。1）對(duì)于330750kV的超高壓線路，按額定電壓不同。通常取分裂數(shù)為26；2）對(duì)于1000kV以上

5、的特高壓線路，采用更多的分裂數(shù)（分裂數(shù)為8或更大）3）220kV以下的輸電線路，由于電暈放電所引起的損耗和干擾不嚴(yán)重，所以沒(méi)有采用分裂導(dǎo)線代替采用單導(dǎo)線。相關(guān)知識(shí)（1）極不均勻電場(chǎng)的放電特性分析。極不均勻電場(chǎng)的放電特性與此大不相同，由于電場(chǎng)強(qiáng)度分布不均勻，當(dāng)所加電壓達(dá)到某一臨界值時(shí)，曲率半徑較小的電極附近空間的電氣強(qiáng)度首先達(dá)到起始場(chǎng)強(qiáng)值，這個(gè)局部區(qū)域先出現(xiàn)碰撞電離和電子崩，甚至出現(xiàn)流注，這種僅在小曲率半徑電極附近空間的局部放電成為電暈放電。此時(shí)氣隙仍保持絕緣狀態(tài),還沒(méi)有被擊穿。（2）電暈放電【概念】極不均勻電場(chǎng)中，間隙中的最大場(chǎng)強(qiáng)比平均場(chǎng)強(qiáng)大的多.當(dāng)外加電壓較低時(shí), 在曲率半徑較小的尖電極附近

6、的局部場(chǎng)強(qiáng)已經(jīng)足夠大而引起強(qiáng)烈的游離,在這局部強(qiáng)場(chǎng)區(qū)形成放電. 這種僅僅發(fā)生在強(qiáng)場(chǎng)區(qū)的局部區(qū)域內(nèi)的自持放電稱(chēng)為電暈放電?！粳F(xiàn)象】薄薄的發(fā)光層;伴有“咝咝”放電聲;發(fā)出臭氧氣味?！疚：Α恳鹉芰繐p耗；干擾周?chē)鸁o(wú)線電通信和測(cè)量；腐蝕有機(jī)絕緣材料和金具；噪聲干擾。（3）極性效應(yīng)在極不均勻電場(chǎng)中，放電一定從曲率半徑較小的那個(gè)電極表面開(kāi)始，與該電極極性無(wú)關(guān)。但后來(lái)的發(fā)展過(guò)程、氣隙的電氣強(qiáng)度、擊穿電壓等都與該電極的極性有密切的關(guān)系。圖1-2-5 正棒-負(fù)板如圖1-2-5所示，棒極帶正電位時(shí)，電子崩頭部的電子到達(dá)棒極后即將被中和 ，棒極附近強(qiáng)場(chǎng)區(qū)內(nèi)的電暈放電將在棒極附近空間留下許多正離子 ，這些正離子雖朝板

7、極移動(dòng)，但速度很慢而暫留在棒極附近，這些正空間電荷削弱了棒極附近的電場(chǎng)強(qiáng)度，不易形成流注，放電難以自持，故電暈起始電壓高。而正空間電荷加強(qiáng)了正離子群外部空間的電場(chǎng)，因此當(dāng)電壓進(jìn)一步提高，有利于流注向板極發(fā)展，因而放電的發(fā)展是順利的，擊穿電壓較低。圖1-2-6 負(fù)棒-正板如圖1-2-6所示，棒為負(fù)極性時(shí)，電子崩將由棒極表面出發(fā)向外發(fā)展，崩頭的電子在離開(kāi)強(qiáng)場(chǎng)（電暈）區(qū)后，不能再引起碰撞電離，并大多形成負(fù)離子繼續(xù)往板極運(yùn)動(dòng)。其濃度小，對(duì)電場(chǎng)影響小，留在棒極附近的大批正離子，它們將加強(qiáng)棒極表面附近的電場(chǎng)，易形成自持放電，故電暈起始電壓低。而正離子削弱外圍空間的電場(chǎng)，流注不易發(fā)展，整個(gè)氣隙擊穿將是不順利的，因而這時(shí)氣隙的擊穿電壓要比正極性時(shí)高得多，完成擊穿過(guò)程所需的時(shí)間也要比正極性時(shí)長(zhǎng)得多，故擊穿電壓較高。（4）電暈放電的抑制措施最有效的措施就是增大電極的曲率半徑，改進(jìn)電極形狀。例如超（特）高壓線路采用分裂導(dǎo)線;有些高壓電器采用空心薄殼的，擴(kuò)大尺寸的球面或旋轉(zhuǎn)橢圓面等形式的電極;采用管型空心硬母線等。（5）伏秒特性用間隙上出現(xiàn)的電壓最大值和放電時(shí)間的關(guān)系來(lái)表征間隙在沖擊電壓下的擊穿特性，稱(chēng)為伏秒特性。伏秒特性曲線和間隙電場(chǎng)的均勻程度有關(guān)。對(duì)于不均勻電場(chǎng)，平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)低，放電時(shí)延長(zhǎng)，分散性亦大；對(duì)于均勻電場(chǎng)，平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)較高，流