高電壓技術(shù)2.

1、North China Electric Power University高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)謝紅玲謝紅玲高壓教研室高壓教研室第二章第二章 氣體放電的物理過程氣體放電的物理過程第一節(jié)第一節(jié) 氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生和消失氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生和消失第二節(jié)第二節(jié) 氣體放電機理氣體放電機理第三節(jié)第三節(jié) 電暈放電電暈放電第四節(jié)第四節(jié) 不均勻電場氣隙的擊穿不均勻電場氣隙的擊穿第五節(jié)第五節(jié) 雷電放電雷電放電第六節(jié)第六節(jié) 氣隙的沿面放電氣隙的沿面放電2.1氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生和消失氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生和消失 一一.帶電質(zhì)點在氣體中的運動帶電質(zhì)點在氣體中的運動1.自由行程長度自由行程長度 當(dāng)氣體中存在電場時，其中

2、的帶電粒子將具有復(fù)雜的運動當(dāng)氣體中存在電場時，其中的帶電粒子將具有復(fù)雜的運動軌跡，它們一方面與中性的氣體粒子（原子或分子）一樣，軌跡，它們一方面與中性的氣體粒子（原子或分子）一樣，進(jìn)行著混亂進(jìn)行著混亂熱運動熱運動，另一方面又將，另一方面又將沿著電場作定向漂移沿著電場作定向漂移。 各種粒子在空氣中運動時都會不斷碰撞。各種粒子在空氣中運動時都會不斷碰撞。 E 單位行程中的碰撞次數(shù)Z的倒數(shù)即為該粒子的平均自由平均自由行程長度行程長度。 實際的自由行程長度是隨機量隨機量，并有很大的分散性，粒子的平均自由形成長度等于或大于某一距離x的概率為： xxep所以電子的平均自由行程長度:式中 r氣體分子的半徑；

3、 N氣體分子的密度；由于 代入上式即得:Nre21kTpNprkTe22.帶電粒子的遷移率帶電粒子的遷移率 帶電離子雖然不可避免地要與氣體分子不斷地發(fā)生碰撞，帶電離子雖然不可避免地要與氣體分子不斷地發(fā)生碰撞，但在電場力的驅(qū)動下，仍將沿著電場方向漂移，其速度但在電場力的驅(qū)動下，仍將沿著電場方向漂移，其速度u與場與場強強E其比例系數(shù)其比例系數(shù)k=u/E，稱為，稱為遷移率遷移率，它表示該帶電粒子單位，它表示該帶電粒子單位場強（場強（1V/m）下沿電場方向的漂移速度。）下沿電場方向的漂移速度。 由于電子的平均自由行程長度比離子大得多，而電子的質(zhì)由于電子的平均自由行程長度比離子大得多，而電子的質(zhì)量比離子

4、小得多。更易加速，所以電子的遷移率遠(yuǎn)大于離子。量比離子小得多。更易加速，所以電子的遷移率遠(yuǎn)大于離子。3.擴散擴散 氣體中帶電粒子和中性粒子的運動還與粒子的濃度有關(guān)。氣體中帶電粒子和中性粒子的運動還與粒子的濃度有關(guān)。在熱運動的過程中，粒子會從濃度較大的區(qū)域運動到濃度較在熱運動的過程中，粒子會從濃度較大的區(qū)域運動到濃度較小的區(qū)域，從而使每種粒子的濃度分布均勻化，這種物理過小的區(qū)域，從而使每種粒子的濃度分布均勻化，這種物理過程叫程叫擴散擴散。氣壓越低或溫度越高，則擴散進(jìn)行的越快。電子。氣壓越低或溫度越高，則擴散進(jìn)行的越快。電子的熱運動速度大、自由行程長度大，所以其擴散速度也要比的熱運動速度大、自由行

5、程長度大，所以其擴散速度也要比離子快得多。離子快得多。 二二.帶電質(zhì)點的產(chǎn)生帶電質(zhì)點的產(chǎn)生 氣體中帶電質(zhì)點的來源有二：一是氣體分子本身發(fā)生電離(包括撞擊電離，光電離、熱電離等多種形式)；另一是氣體中的固體或液體金屬發(fā)生表面電離。 1.電離是氣體放電的首要前提電離是氣體放電的首要前提 電離電離產(chǎn)生帶電離子的物理過程稱為電離電離。 激勵激勵在常態(tài)下，電子受外界因素影響由低能量級軌道上躍遷到高能量級軌道的現(xiàn)象稱為激勵激勵。 產(chǎn)生激勵所需的能量（激勵能）等于該軌道和常態(tài)軌道的能級差 。2.電離的幾種形式電離的幾種形式(1)光電離光電離頻率為的光子能量為 W=h 式中 h普郎克常數(shù)=發(fā)生空間光電離的條件

6、為發(fā)生空間光電離的條件為 或者 式中 光的波長，m； c光速 Wi 氣體的電離能，eV。 seVsJ15341013. 41063. 6iWhiWhcsm/1038(2)撞擊電離撞擊電離 主要是電子碰撞電離。原因：1.電子小，自由程長，可以加速到很大的速度。2.電子的質(zhì)量小，可以加速到很大。產(chǎn)生條件 :勢能勢能eiExqWmvW221所以提高場強可以使碰撞電離加劇.（3）熱電離）熱電離在常溫下，氣體分子發(fā)生熱電離的概率極小。是氣體在熱狀態(tài)下光電離和撞擊電離的綜合。（4）表面電離表面電離電子從金屬表面逸出需要一定的能量，稱為逸出功。逸出功。主要發(fā)生在陰極，原因：陽極自由電子不會向氣體中釋放。主要

7、有4種形式： 1. 熱電子發(fā)射熱電子發(fā)射： 金屬中的電子在高溫下也能獲得足夠的動能而從金屬表面逸出，稱為熱電子發(fā)射。熱電子發(fā)射。在許多電子器件中常利用加熱陰極來實現(xiàn)電子發(fā)射。2.強場發(fā)射（冷發(fā)射）強場發(fā)射（冷發(fā)射）：當(dāng)陰極表面附近空間存在很強的電場時（106V/cm數(shù)量級），也能時陰極發(fā)射電子。常態(tài)下作用氣隙擊穿完全不受影響；在高氣壓、壓縮的高強度氣體的擊穿過程中會起一定的作用；真空中更起著決定性作用。3. 正離子撞擊陰極表面正離子撞擊陰極表面：通常正離子動能不大，可忽略，只有在它的勢能等于或大于陰極材料逸出功兩倍時，才能引起陰極表面電離，這個條件可滿足。4.光電子發(fā)射光電子發(fā)射： 高能輻射先

8、照射陰極時，會引起光電子發(fā)射，其條件是光子的能量應(yīng)大于金屬的逸出功。 當(dāng)電子與氣體分子碰撞時，可能會發(fā)生電子與中性分子相結(jié)合而形成負(fù)離子的情況，這種過程稱為附著附著。易于產(chǎn)生負(fù)離子的氣體稱為電負(fù)性氣體。 這個過程有時需要放出能量，有時需吸收能量。 負(fù)離子的形成不會改變帶電質(zhì)點的數(shù)量，但卻使自由電子數(shù)負(fù)離子的形成不會改變帶電質(zhì)點的數(shù)量，但卻使自由電子數(shù)減少，因此對氣體放電的發(fā)展起抑制作用。（或有助于提高氣體減少，因此對氣體放電的發(fā)展起抑制作用。（或有助于提高氣體的耐電強度）的耐電強度）。如SF6氣體對電子有很強的親和性，因此具有高電氣強度。（5）負(fù)離子的形成負(fù)離子的形成三、帶電質(zhì)點的消失三、帶電

9、質(zhì)點的消失 氣體中帶電粒子的消失有可有下述幾種情況：(1)帶電粒子在電場的驅(qū)動下作定向運動，在到達(dá)電極時，消失于電極上而形成外電路中的電流；(2)帶電粒子因擴散現(xiàn)象而逸出氣體放電空間。(3)帶電粒子的復(fù)合。氣體中帶異號電荷的粒子相遇時，可能發(fā)生電荷的傳遞與中和，這種現(xiàn)象稱為復(fù)合復(fù)合，是與電離相反的一種過程。2.2 氣體放電機理氣體放電機理自持放電與非自持放電放電發(fā)展過程與電場的關(guān)系電子崩湯森德放電理論帕邢定律流注放電理論一一. 自持放電、非自持放電自持放電、非自持放電 當(dāng)場強小于某個臨界值 時候，電子崩有賴于外界電離因素的原始電離才能持續(xù)和發(fā)展，如果外界電離因素消失，則這種電子崩也隨之逐漸衰減

10、以至消失，稱這種放電為非自非自持放電持放電。 當(dāng)場強大于某個臨界值 時，電子崩可以僅由電場的作用而自行維持和發(fā)展，不再依賴外界電離的因素，這種性質(zhì)的放電稱為自持放電自持放電。crEcrE(二二) 在很不均勻的電場中(以棒電極為例)(1) 在電壓比較低時,棒極附近場強可能已超過臨界值,即發(fā)生自持放電,離棒端稍遠(yuǎn)處有電暈出現(xiàn).(2)電壓再升高時,若電極間距不大,則有可能從電暈放電直接轉(zhuǎn)為整個間隙的火花擊穿,若電極間隙較大,則從電暈到擊穿之間還有刷狀放電的過渡階段.(3)電壓再提高,刷狀放電中的個別光束突發(fā)的前伸,形成明亮的火花通道到達(dá)對面電極,氣隙被就擊穿了.當(dāng)電源功率足夠時,火花擊穿迅速的轉(zhuǎn)變成

11、電弧。(一一) 在大體均勻的電場中，各處場強的差異不大,任意一處一旦形成自持放電,就會很快發(fā)展到整個間隙,氣隙即被直接直接擊穿擊穿.二二. 放電發(fā)展過程與電場的關(guān)系放電發(fā)展過程與電場的關(guān)系（三）電場不均勻系數(shù)（三）電場不均勻系數(shù)avEEfmax式中， Emax 最大電場強度； Eav 平均電場強度。 dUEav式中， U 電極間的電壓； d 極間距離。 f 4 以上時明顯地屬于極不均勻電場，可分為棒-棒間隙和棒-板間隙，例如架空線的導(dǎo)線-導(dǎo)線，導(dǎo)線-大地。 均勻電場均勻電場 f =1 不均勻電場不均勻電場 f 1三三. 電電 子子 崩崩 外界電離因子在陰極附近產(chǎn)生一個初始電子如果空間的電場強度

12、足夠大，該電子在向陽極運動時就會引起碰撞電離，產(chǎn)生出一個新電子，初始電子和新電子繼續(xù)向陽極運動，又會引起新的碰撞電離，產(chǎn)生出更多的電子。依次類推，電子數(shù)將按幾何級數(shù)不斷增多，象雪崩似的發(fā)展,這種急劇增大的空間電流被稱為電子崩電子崩。第二節(jié)電子崩1. 適用條件 低氣壓、 短間隙的電場中。 2. 理論要點 電子碰撞電離和正離子撞擊陰極產(chǎn)生的金屬表面電離是使帶電質(zhì)點激增,并導(dǎo)致?lián)舸┑闹饕蛩?。擊穿電壓大體上是 的函數(shù).SSfUb四四. 湯森德氣體放電理論湯森德氣體放電理論(1)系數(shù) ，表示一個電子由陰極到陽極每1cm路程中與氣體質(zhì)點相碰撞所產(chǎn)生的自由電子數(shù)(平均值)。(2)系數(shù) ，表示一個正離子由陽

13、極到陰極每1cm路程中與氣體質(zhì)點相碰撞所產(chǎn)生的自由電子數(shù)(平均值)。(3)系數(shù) ，表示一個正離子撞擊到陰極表面時使陰極逸出的自由電子數(shù)(平均值）。系數(shù) 和 與氣體的性質(zhì)、密度及該處的電場強度等因素有關(guān)。3. 引用三個系數(shù)來定量地反映所考慮的三種因素的作用ddxxn0nna4. 電子碰撞電離系數(shù)電子碰撞電離系數(shù)根據(jù)碰撞電離系數(shù)的定義，可得ndxdn分離變數(shù)并積分 ，可得xdxenn00均勻電場，不隨x 變化xenn0抵達(dá)陽極的電子數(shù)adaenn05. 自持放電條件與表面電離系數(shù)自持放電條件與表面電離系數(shù) 如果電壓( 電場強度 ）足夠大，初始電子崩中的正離子能在陰極上產(chǎn)生出來的新電子數(shù)等于或大于n

14、0，那么即使除去外界電離因子的作用放電也不會停止，即放電僅僅依靠已經(jīng)產(chǎn)生出來的電子和正離子（它們的數(shù)目取決于電場強度）就能維持下去，這就變成了自持放電。 在整個路程撞擊出的正離子數(shù)為：0(1)adne 令 表示一個正離子撞擊到陰極表面時產(chǎn)生出來的二次電子數(shù)，則從金屬表面電離出的電子數(shù)為：0(1)adne 若該電子數(shù)大于等于起始電子數(shù)n0,那么放電可以自持，即自持放電條自持放電條件件為：00(1)(1)1adadnene 式（1-14）包含的物理意義為：一個電子從陰極到陽極途中因電子崩而造成的正電子數(shù)為 ead-1 ,這批在陰極上造成的二次自由電子數(shù)應(yīng)為(ead-1) ，如果它等于1，就意味著那

15、個初試電子有了一個后繼電子，從而使放電得以自持。物理物理意義 在不均勻電場中，各點的電場強度E不同，所以各處的 值也不同，在這種條件下，上面的自持條件應(yīng)改寫成：0(1)1ddxe 實驗表明正離子在返回陰極途中造成的碰撞電離作用極小，可以忽略不計。 上述過程可以用圖 2-1 中的圖解加以概括，當(dāng)自持放電條件得到滿足時，就會形成圖解閉環(huán)部分循環(huán)不息的狀態(tài)，放電就能自己維持下去，而不再依賴外界電離因子的作用了。外界電離因子陰極表面電離氣體空間電離氣體中的自由電子在電場中加速碰撞電離電子崩（）過程 陰極表面二次發(fā)射 (過程）正離子圖 2-1 低氣壓、短氣隙情況下氣體的放電過程 第三節(jié) 自持放電放電條件

16、放電過程SbUfTPPTTPss9 . 2五五. 帕邢定律帕邢定律Ub(kV)圖2-2 均勻電場中空氣的帕邢帕邢曲線0.51 2 3 5 10 20 30 50 100 300 100050201010.3520.20.1 0.5330S帕邢定律帕邢定律：在均勻的電場中，擊穿電壓 與氣體的相對密度 、極間距離S的積有函數(shù)關(guān)系，只要 的乘積不變， 也就不變。bUSbU物理解釋：物理解釋：假設(shè)S保持不變，當(dāng)氣體密度 增大時，電子的平均自由行程縮短了，相鄰兩次碰撞之間，電子積聚到足夠動能的幾率減小了，故 必然增大。反之；當(dāng) 減到過小時，電子在碰撞前積聚到足夠動能的幾率雖然增大了，但

17、氣體很稀薄，電子在走完全程中與氣體分子相撞的總次數(shù)卻減到很小 ，所以 也會增大。在這兩者之間，總有一個 值對造成撞擊游離最有利，此時 最小bUbUbU同樣，可假設(shè) 保持不變。 S值增大時，欲得一定的場強，電壓必須增大。當(dāng)S值減到過小時，場強雖大增，但電于在走完全程中所遇到的撞擊次數(shù)已減到很小故要求外加電壓增大，才能擊穿。這兩者之間，也總有一個S的值對造成撞擊游離最有利，此時 最小。bU湯森德放電機理的不足：湯森德放電機理的不足：(1)只是在一定的范圍內(nèi)有效(2)不均勻的電場中，該理論不適用。其主要原因如下：湯森德理論沒有考慮電離出來的空間電荷會使電場畸變，從而對放電過程產(chǎn)生影響。湯森德理論沒有

18、考慮光子在放電過程中的作用（空間光電離和陰極表面光電離）。cmS26. 0六六. . 流注理論流注理論 高電壓技術(shù)面對的往往是高氣壓長氣隙的情況。湯遜理論并不適用，應(yīng)當(dāng)用流注理論解釋，適用條件為： 流注理論也是以實驗為基礎(chǔ)的，影響因素主要有以下幾方面： (一一) 空間電荷對原有電場的影響空間電荷對原有電場的影響 電子崩的頭部集中著大部分的正離子和幾乎全部電子。原有均勻場強在電子崩前方和尾部處都增強了，在這兩個強場區(qū)中間出現(xiàn)了一個電場強度很小但電子和正離子濃度卻最大的區(qū)域，使此處產(chǎn)生強烈的復(fù)合并發(fā)射出許多光子，成為引發(fā)新的空間光電離的輻射源。x(a)(b)EE0dE0第三節(jié)0.26Scm 上面所

19、說的輻射源向氣隙空間各處發(fā)射光子而引起光電離。如果光子位于強場區(qū)，二次電子崩將以更大得多的電離強度向陽極發(fā)展，或匯入崩尾。這些電離強度和發(fā)展速度遠(yuǎn)大于初始電子崩的新放電區(qū)（二次電子崩）以及它們不斷匯入初崩通道的過程被稱為流注。流注。 (二二)空間光電離的作用空間光電離的作用第三節(jié) （自持放電條件（二）空間光電離的作用 流柱理論 圖2-3 流柱形成過程(a)(b)(c) 流注的特點：流注的特點：電離強度很大，傳播速度很快（超過初崩發(fā)展速度10倍以上）。 出現(xiàn)流注后放電便獲得獨立繼續(xù)發(fā)展的能力，而不再依賴外界電離因子的作用，可見出現(xiàn)流注的條件也就是自出現(xiàn)流注的條件也就是自持放電條件。持放電條件。

20、初崩頭部空間電荷數(shù)必須達(dá)到某一臨界值，對于均勻電場自持放電條件應(yīng)為：20ad 或 810ade2.3電暈放電電暈放電一一. 基本物理過程基本物理過程 在極不均勻電場中，最大場強與平均場強相差很大，以至當(dāng)外加電壓及其平均場強還較低的時候，電極曲率半徑較小處附近的局部場強已很大。 在這局部強場區(qū)中，產(chǎn)生強烈的游離，但由于離電極稍遠(yuǎn)處場強已大為減小，所以，此游離區(qū)不可能擴展到很大，只能局限在此電極附近的強場范圍內(nèi)。 伴隨著游離而存在的復(fù)合和反激勵，發(fā)出大量的光輻射，使在黑暗中可以看到在該電極附近空間發(fā)出藍(lán)色的暈光，這就是電暈電暈。1.外觀特征： 電極附近空間發(fā)出藍(lán)色的暈光電暈。2.外加電壓增大，電暈

21、區(qū)也隨之?dāng)U大，放電電流也增大（由微安級到毫安級），但氣隙總的來看，還保持著絕緣狀態(tài)，還沒有被擊穿。3. 電暈放電是極不均勻電場所特有的一種自持放電形式。電暈放電是極不均勻電場所特有的一種自持放電形式。 它可以是極不均勻電場氣隙擊穿的第一個階段，也可以是長期存在的穩(wěn)定的放電形式，它與其他的形式的放電有著本質(zhì)的區(qū)別。二二. 電暈放電效應(yīng)電暈放電效應(yīng)1.伴隨著游離、復(fù)合、激勵、反激勵等過程而有聲、光、熱等效應(yīng)，表現(xiàn)是發(fā)出“絲絲”的聲音，藍(lán)色的暈光以及使周圍氣體溫度升高等。 2.在尖端或電極的某些突出處，電子和離子在局部強場的驅(qū)動下高速運動，與氣體分子交換動量，形成“電風(fēng)”。當(dāng)電極固定得剛性不夠時，氣

22、體對“電風(fēng)”的反作用力會使電暈極振動或轉(zhuǎn)動。3. 電暈會產(chǎn)生高頻脈沖電流，其中還包含著許多高次諧波，這會造成對無線電的干擾。4.電暈產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物具有強烈的氧化和腐蝕作用，所以，電暈是促使有機絕緣老化的重要因素。5. 電暈還可能產(chǎn)生超過環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的噪聲。對人們會造成生理、心理的影響。6.電暈放電，會有能量損耗。三、消除電暈措施三、消除電暈措施最根本的途徑就是設(shè)法限制和降低導(dǎo)線的表面電場強度。1.采用分裂導(dǎo)線，使等值曲率半徑增大。2. 改進(jìn)電極的形狀，增大電極的曲率半徑，使表面光滑。四、電暈效應(yīng)有利的方面四、電暈效應(yīng)有利的方面1.電暈可削弱輸電線上雷電沖擊或操作沖擊波的幅值和陡度；2.利用電暈

23、放電來改善電場分布；3.利用電暈原理制造除塵器、靜電涂噴裝置、臭氧發(fā)生器等2.4不均勻電場氣隙的擊穿不均勻電場氣隙的擊穿 極不均勻電場中的放電存在明顯的極性效應(yīng)極性效應(yīng)。在兩個電極幾何形狀不同的場合極性取決于曲率半徑較小的那個電極的電位符號，幾何形狀相同則取決于不接地的那個電極上的電位。 下面以最不均勻的“棒板”氣隙為例，從流注理論的概念出發(fā)，說明放電發(fā)展過程的極性效應(yīng)。E0(c)Ecom=E0+EqE0EEqx(a)(b)正極性一、短氣隙的擊穿（一）正極性 棒極帶正電位時，棒極附近強場區(qū)域的電暈放電將在棒極附近空間留下許多正離子，這些空間電荷削弱的棒極附近的電場強度，加強了正離子群外部空間的

24、電場。因此隨著電壓提高電暈的擴展，強場區(qū)也將逐漸向板極方向推進(jìn)，因而放電的發(fā)展是順利的直至氣隙被擊穿。Ecom=E0+Eq+ Eq-(c) E0EEq+x(a)(b)Eq- E0負(fù)極性（二）負(fù)極性棒極帶負(fù)電位時，電子崩將由棒極表面出發(fā)向外發(fā)展，留在棒極附近的也是大批正離子它們將加強棒極表面附近的電場而削弱外圍空間電場，電暈區(qū)不易向外擴展，整個氣隙的擊穿是不順利的，氣隙的擊穿電壓要比正極性 時高很多，完成擊穿所需時間也比正極性時間長得多。 結(jié)論： （1） （2） 板起暈棒板起暈棒UU 板擊穿棒板擊穿棒UU二、長氣隙的擊穿 氣隙較長時，流注往往不能一次貫穿整個氣隙，而出現(xiàn)逐級推進(jìn)的先導(dǎo)放電現(xiàn)象。

25、長間隙的放電過程：電暈放電先導(dǎo)放電主放電整個氣隙被擊穿。 電離形式：熱電離電離形式：熱電離。 雷電放電雷電放電是自然界的超長間隙放電，其先導(dǎo)過程和主放電過程發(fā)展的最充分。2.6 氣隙的沿面放電氣隙的沿面放電一、概述： 一切導(dǎo)體都要靠固體絕緣裝置（各類絕緣子）固定，這些固體絕緣裝置還起著電氣絕緣的作用。它們喪失絕緣功能有兩種可能，：一是固體介質(zhì)本身的擊穿。二是沿著固體介質(zhì)表面發(fā)生閃絡(luò)。電力系統(tǒng)的外絕緣一般都是自恢復(fù)絕緣，絕緣子閃絡(luò)或空氣間隙擊穿后，它們的絕緣性能很快自動恢復(fù)。 實驗表明：沿固體表面的閃絡(luò)電壓不但比固體介質(zhì)本身沿固體表面的閃絡(luò)電壓不但比固體介質(zhì)本身的擊穿電壓低得多，而且也比極間距離

26、相同的純氣隙的擊的擊穿電壓低得多，而且也比極間距離相同的純氣隙的擊穿電壓低不少。穿電壓低不少?？梢娨粋€固體絕緣裝置的實際耐壓能力取決于沿面閃絡(luò)電壓。在確定輸電線路和變電所外絕緣的絕緣水平時，沿面閃絡(luò)電壓起著決定性作用。在表面潮濕污染的情況下，沿面閃絡(luò)電壓會更低。 （1） 固體介質(zhì)處于均勻電場中，且界面與電力線平行，這種情況在工程中比較少見，但實際結(jié)構(gòu)中會遇到固體處于稍不均勻電場中、且界面與電力線大致平行的情況。此時的沿面放電特性與均勻電場的情況有些相似。E 固體介質(zhì)與氣體介質(zhì)交界面上的電場分布狀況對沿面放電特性有很大影響。界面電場分布可分為典型三種情況。 二、沿面放電的類型與特點二、沿面放電的

27、類型與特點 下面就三種情況分別介紹其放電特性。 情況一中，雖界面與電力線平行，但沿面閃絡(luò)電壓仍要比空氣間隙的擊穿電壓低很多。說明電場發(fā)生了畸變，主要原因如下： （2）固體介質(zhì)處于極不均勻電場中，且界面電場的垂直分量 En 比平行于表面的切線分量 Et 大得多。如右上圖EtEnE （3）固體介質(zhì)處于極不均勻電場中，但大部分分界面上的電場切線分量 Et 大于垂直分量 En 。右下圖。EtEnE（一）均勻和稍不均勻電場中的沿面放電。 在電壓還不高時，如右 a 圖法蘭附近先出現(xiàn)電暈放電，隨著電壓升高放電區(qū)變成許多平行的火花細(xì)線組成的光帶（b 圖 ），當(dāng)電壓超過某一臨界值后個別細(xì)線突然迅速增長，轉(zhuǎn)為分叉

28、的樹枝狀明亮火花通道，如 c 圖。導(dǎo)桿法蘭 這種樹枝火花在不同的位置上交替出現(xiàn)，成為滑閃放電滑閃放電。電壓再升高一些火花就到達(dá)另一電極，完成表面氣體的完全擊穿，稱為沿面閃絡(luò)或簡稱 “閃絡(luò)” 。 （1）固體介質(zhì)與電極表面接觸不良，存在小氣隙。小氣隙中的電場強度很大，首先發(fā)生放電，所產(chǎn)生的帶電粒子沿固體介質(zhì)表面移動，畸變了原有電場?？刹捎迷诠腆w介質(zhì)表面噴涂導(dǎo)電粉末的辦法消除。 （2）大氣的濕度影響。大氣中的潮氣吸附在固體介質(zhì)表面形成水膜，其中的離子受電場的驅(qū)動而沿著介質(zhì)表面移動，降低了閃絡(luò)電壓。與固體介質(zhì)吸附水分的性能也有關(guān)。 （3）固體介質(zhì)表面電阻的不均勻和表面的粗糙不平也會造成沿面電場畸變。（

29、二）極不均勻電場具有強垂直分量時的沿面放電。 這種絕緣子的兩個電極之間的距離較長，其間固體介質(zhì)本身不可能被擊穿，只可能出現(xiàn)沿面閃絡(luò)。與前兩種相比平均閃絡(luò)場強要比均勻電場時低得多。不出現(xiàn)熱電離和滑閃放電。干閃絡(luò)電壓隨極間距離的增大而提高，平均閃絡(luò)場強大于前一種有滑閃放電時的情況。 三、沿面放電電壓的影響因素和提高方法三、沿面放電電壓的影響因素和提高方法 影響因素：影響因素： （一）固體介質(zhì)材料主要取決于該材料的親水性或憎水性。 （二）電場形式 同樣的表面閃絡(luò)距離下均勻與稍不均勻電場閃絡(luò)電壓最高。界面電場主要為強切線分量的極不均勻電場中，閃絡(luò)電壓比同樣距離的純空氣間隙的擊穿電壓低的較少強垂直分量極

30、不均勻電場則低得很多。（三）極不均勻電場垂直分量很弱時的沿面放電。 主要是增大極間距離，防止或推遲滑閃放電。 以瓷套管為例，要在瓷套的內(nèi)壁上噴鋁，消除內(nèi)壁消除內(nèi)壁兩側(cè)的電位差。加大法蘭處瓷套的外直徑和壁厚或涂半導(dǎo)體漆或半導(dǎo)體釉，防止滑閃放電過早出現(xiàn)。對35kV以上的高壓套管要采用電容式套管和充油式套管。 四、固體表面有水膜時的沿面放電四、固體表面有水膜時的沿面放電 此處討論的是潔凈的瓷表面被雨水淋濕時的沿面放電，相應(yīng)的電壓稱為濕閃電壓。濕閃電壓。絕緣子表面有濕污層時的閃絡(luò)電壓稱為污閃電壓污閃電壓，將在后面再作探討。 提高方法提高方法： 如右圖，棒型絕緣子除最上面的一個傘裙的上表面會全部淋濕外，

31、下面各傘的上表面都只有一部分淋濕，且全部傘裙的下表面及瓷柱也不會被淋濕，只可能有少量的回濺雨水?？梢娊^緣子表面的水膜是不均勻和不連續(xù)的。有水膜覆蓋的表面電導(dǎo)大，無水膜處的表面電導(dǎo)小，決大多數(shù)外加電壓將由干表面（圖中的BCA）段來承受。ABCA B 當(dāng)電壓升高時，或者空氣間隙BA先擊穿或者干表面BCA先閃絡(luò)，但結(jié)果都是形成ABA電弧放電通道，出現(xiàn)一連串的ABA通道就造成整個絕緣子完全閃絡(luò)。如雨量特別大時，傘絕緣間有可能被雨水短接而構(gòu)成電弧通道，絕緣子也將發(fā)生完全的閃絡(luò)。 四、固體表面有水膜時的沿面放電四、固體表面有水膜時的沿面放電 可見絕緣子在雨下有三種可能的閃絡(luò)途徑：沿濕表面AB和干表面BCA

32、發(fā)展沿濕表面AB和空氣間隙BA發(fā)展；沿濕表面AB和水流BB發(fā)展。 第一種情況濕閃只有干閃電壓的40%50%，還受雨水電導(dǎo)率的影響。第二種情況下絕緣子的濕閃電壓不會降低太多。第三種情況，濕閃電壓將降低到很低的數(shù)值。在設(shè)計時對各級電壓的絕緣子應(yīng)有的傘裙數(shù)、三的傾角、傘裙直徑、傘裙伸出長度與傘裙間氣隙長度的比均應(yīng)仔細(xì)考慮、合理選擇。 絕緣子污染通常可分為積污、受潮、干區(qū)形成、局部電弧的出現(xiàn)和發(fā)展等四個階段。采取措施抑制或阻止其中任何一個階段的完成就能防止污閃事故的發(fā)生。 五、絕緣子污染狀態(tài)下的沿面放電五、絕緣子污染狀態(tài)下的沿面放電 線路和變電所的外絕緣受環(huán)境應(yīng)力的作用，包括雨、露、霜、雪、風(fēng)等氣候條

33、件和工業(yè)粉塵、廢氣、自然鹽堿、灰塵、鳥糞等污穢物的污染。外絕緣被污染的過程一般是漸進(jìn)的，但有時也可能是急速的。 染污絕緣子表面上的污層在干燥狀態(tài)下一般不導(dǎo)電。遇到雨、霧、露等不利天氣時，污層被濕潤，電導(dǎo)增大，在工作電壓下的泄漏電流大增。電流所產(chǎn)生的焦耳熱，既可能使污層電導(dǎo)增大，又可能使水分蒸發(fā)、污層變干而減小其電導(dǎo)。例如懸式絕緣子鐵腳和鐵帽附近的污層中電流密度較大，污層烘干較快先出現(xiàn)干區(qū)或干帶。干區(qū)的電阻比其余濕區(qū)的電阻大的多。整個絕緣子上的電壓都集中到干區(qū)上，一般干區(qū)寬度不大，所以電場強度很大。如果電場強度已足以引起表面空氣的電離，在鐵腳和鐵帽周圍即開始電暈放電或輝光放電，由于此時泄漏電流較

34、大，電暈或輝光放電很容易轉(zhuǎn)為只存在于絕緣子局部表面的有明亮通道的電弧，成為局部電弧。隨著干區(qū)的擴大，電弧被拉長。在霧、露天，污層濕潤度不斷增大，泄漏電流也隨之增大，在一定電壓下能維持的局部電弧長度也不斷增大。一旦局部電弧達(dá)到某一臨界長度時弧道溫度已很高，弧道的進(jìn)一步伸長不需要更高電壓，而是自動延伸直至貫穿兩極完成沿面閃絡(luò)。 污閃造成的后果很嚴(yán)重，由于一個區(qū)域內(nèi)絕緣子積污受潮情況差不多，所以容易發(fā)生大面積污閃事故。自動重合閘成功率遠(yuǎn)低于雷擊閃落時，造成事故的擴大和長時間停電。就經(jīng)濟損失而言，污閃在各類事故中居首位。 污穢度除了與積污量有關(guān)還與污穢的化學(xué)成分有關(guān)。通常采用“等值附鹽密度等值附鹽密度”（簡稱“等值鹽密等值鹽密”）來表征絕緣子表面的污穢度，它指的是每平方厘米表面所沉積的等效氯化鈉（NaCl）毫克數(shù)。 等值的方法：