高氣壓下不均勻電場氣體擊穿的發(fā)展過程和規(guī)劃

1、高氣壓下不均勻電場氣體擊穿的發(fā)展過程和規(guī)劃電場不均勻程度劃分電場不均勻系數(shù)均勻電場f=1、稍不均勻電場f4 稍不均勻電場 同軸圓柱電極半徑x點 極不均勻電場1.4.2 極不均勻電場氣體電暈放電1.電暈放電現(xiàn)象 電暈：極不均勻電場中，電壓高到一定程度，空氣間隙完全擊穿前，大曲率電極附近出現(xiàn)薄薄的發(fā)光層，像“月暈”，這種放電現(xiàn)象定名為電暈。 電離區(qū)復(fù)合過程和激勵態(tài)恢復(fù)過程光輻射電暈放電 氣體介質(zhì)在不均勻電場中的局部自持放電。最常見的一種氣體放電形式。在曲率半徑很小的尖端電極附近，局部電場強度超過氣體的電離場強，使氣體發(fā)生電離和激勵，出現(xiàn)電暈放電。發(fā)生電暈時在電極周圍可以看到光亮，并伴有咝咝聲。電暈

2、放電可以是相對穩(wěn)定的放電形式，也可以是不均勻電場間隙擊穿過程中的早期發(fā)展階段。 電暈放電月暈極不均勻電場特有自持放電電暈：在110kV以上的變電所和線路上，時常能聽到“陛哩”的放電聲和淡藍(lán)色的光環(huán)，這就是電暈。電暈放電形式 電子崩形式：起暈電極曲率很大時，電暈層很薄，且比較均勻，放電電流穩(wěn)定，自持放電是湯遜形式。 流注形式：電壓升高，電暈層擴大，個別電子崩形成流注，出現(xiàn)放電的脈沖現(xiàn)象，轉(zhuǎn)入流注形成電暈放電。 聲、光、臭氧、電流電暈放電極性效應(yīng)尖負(fù)-板正-脈沖規(guī)律電壓、電流波形變化：電壓低，電流小，平均A,波形不規(guī)則U升至一定值，出現(xiàn)有規(guī)律的重復(fù)脈沖電流bU升高，脈沖幅值不變，頻率增高，平均電流

3、加大cU升高，高頻脈沖消失，持續(xù)電暈放電,I繼續(xù)加大 U繼續(xù)升高，臨擊穿時出現(xiàn)刷狀放電，出現(xiàn)不規(guī)則的強烈脈沖電流最后擊穿時間標(biāo)度非波形電流科學(xué)研究現(xiàn)象描述實驗測試?yán)碚摶偨Y(jié)數(shù)學(xué)模型技術(shù)轉(zhuǎn)換應(yīng)用實踐2.空間電荷的作用脈沖電流觀象由空間電荷造成 電離爆發(fā)，電子運動加快，負(fù)尖處留下正電荷自己讀電暈放電的形成機制因尖端電極的極性不同而有區(qū)別，主要是由于電暈放電時空間電荷的積累和分布狀況不同所造成的。 電子運動至稍遠(yuǎn)離尖電極處，形成與原電場相反的電場，原電場衰減，電子速度下降，易被氣體分子捕獲形成負(fù)離子，造成負(fù)空間電荷的積累。正電荷逐漸在負(fù)極中和，負(fù)空間電荷積累，削弱了尖端處場強，電離停止 （脈沖）負(fù)空

4、間電荷向外疏散，尖電極處場強重新增大， 開始下一次電離。 （電壓高疏散快脈沖頻率高）3.電暈的起始電壓與起始電場電暈起始電壓Uc由經(jīng)驗公式來計算，起始場強Ec更直接幾種電極下電暈起始強場經(jīng)驗公式1同直徑兩根平行圓導(dǎo)線2單導(dǎo)線對地3同軸圓柱經(jīng)驗公式與數(shù)學(xué)模型經(jīng)驗公式科學(xué)實驗和生產(chǎn)實踐中，從一組實驗數(shù)據(jù)出發(fā)，尋求函數(shù)y = f(x)的近似表達(dá)式y(tǒng)=(x）- 經(jīng)驗公式。 一般由擬合得到，沒有完整的理論推導(dǎo)過程。 經(jīng)驗公式更趨向于應(yīng)用，重要看其是否精確。 擬合的方程 已知某函數(shù)的若干離散函數(shù)值f1,f2,fn，通過調(diào)整該函數(shù)中若干待定系數(shù)f(1, 2,n), 使得該函數(shù)與已知點集的差別最小 數(shù)學(xué)模型

5、根據(jù)對研究對象所觀察到的現(xiàn)象及實踐經(jīng)驗，歸結(jié)成的一套反映其內(nèi)部因素數(shù)量關(guān)系的數(shù)學(xué)公式、邏輯準(zhǔn)則和具體算法。用以描述和研究客觀現(xiàn)象的運動規(guī)律。 數(shù)學(xué)模型是溝通擺在面前的實際問題與數(shù)學(xué)工具之間聯(lián)系的橋梁. 為了某種目的，用字母、數(shù)學(xué)符號建立起來的等式或不等式以及圖表、圖象、框圖等描述客觀事物的特征及其內(nèi)在聯(lián)系的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)表達(dá)式。 輸電線電暈損耗功率與導(dǎo)線電壓的關(guān)系 UU導(dǎo)線全面電暈，損耗大，增長快 U全面電暈起始電壓電暈放電的影響高壓及超高壓輸電線路導(dǎo)線上發(fā)生電暈，會引起電暈功率損失、無線電干擾、電視干擾以及噪聲干擾。線路設(shè)計時，選擇足夠的導(dǎo)線截面積，或采用分裂導(dǎo)線降低導(dǎo)線表面電場的方式,以避免發(fā)生

6、電暈。高電壓電氣設(shè)備發(fā)生電暈放電會逐漸破壞設(shè)備絕緣性能。利用電暈放電可以進(jìn)行靜電除塵、污水處理、空氣凈化等。電暈損耗 架空輸電線路及高壓電工設(shè)備出現(xiàn)電暈放電而造成的能量損耗電暈損耗-電力系統(tǒng)運行的不利因素電暈損耗因素: 氣象條件-晴好天氣，每公里小于 1KW，雨、霧、雪天氣每公里十幾-幾十KW 導(dǎo)線表面狀況-表面粗糙或有毛刺增大損耗 分裂導(dǎo)線 超高壓輸電線路為抑制電暈放電和減少線路電抗所采取的一種導(dǎo)線架設(shè)方式。每相導(dǎo)線由幾根直徑較小的分導(dǎo)線組成，各分導(dǎo)線間隔一定距離并按對稱多角形排列。超高壓輸電線路的分裂導(dǎo)線數(shù)一般取34根。 分裂導(dǎo)線1.4.3 極不均勻電場的極性效應(yīng)與長間隙放電1.極性效應(yīng):

7、 高場強電極極性不同,空間電荷極性就不同,對放電發(fā)展的影響也就不同,就造成了不同的極性高場強電極的電暈起始電壓不同以及間隙擊穿電壓不同，稱為。 極性效應(yīng)起始電暈電壓間隙擊穿電壓空間電荷影響的結(jié)果直流高壓試驗直流輸電應(yīng)用 極不均勻電場 針-板電極典型：棒-板間隙 1原電場2 畸變電場(1)起始電暈電壓不同棒正極性：（a）間隙中電子向棒運動，進(jìn)入強場區(qū)，引起電離現(xiàn)象而形成電子崩（b）電壓上升，到放電達(dá)到自持、爆發(fā)電暈之前，形成相當(dāng)多電子崩，電子崩進(jìn)入棒極，正離子留在空間，緩慢向板極移動，棒極附近，積累正空間電荷，減小了緊貼棒極的電場，加強了外部空間的電場。微觀世界的時間與空間（c）棒極附近電場被削

8、弱，難以造成流注使自持放電，即電暈放電難以形成。結(jié)論棒負(fù)極性（a）陰極電子立即進(jìn)入強場區(qū)（出門即強場），電子崩(b)電子崩電子離開強場區(qū)，不能再引起電離，慢走向陽極運動，部分消失于陽極，其余為氧原子吸附形成負(fù)離子，正離子向棒極運動，消失于棒極，速度慢，棒極附近總有正電荷，正荷集中，負(fù)荷分散。(c)負(fù)電荷濃度小，對外電場影響不大，正電荷使電場畸變棒極附近電場增加，自持放電易于滿足，易入轉(zhuǎn)入流汪而形成電暈放電。實驗：棒正-板負(fù)電暈起始電壓比負(fù)極性時略高結(jié)論(2)間隙擊穿電壓不同電壓升高，棒極附近形成流注，爆發(fā)電暈，不同極性空間電荷 對放電進(jìn)一步發(fā)展的影響 不同于電暈起始的影響。 棒正極性，電壓足夠

9、高，棒極附近形成流注等離子體（不利于，但電壓高），流注發(fā)展易于產(chǎn)生新的電子崩，電子被吸引入頭部正電荷區(qū)，加強并延長了流注通道。流注等離子頭部正電荷，減少了等離子體中電場，加強了頭部電場（曲線2）2次電子崩流注發(fā)展流注和頭部正電荷使強場區(qū)向前移，曲線3，棒極向前伸，流注發(fā)展，向陰極推進(jìn)。電暈困難，流注容易-擊穿電壓低棒負(fù)極性：棒附近易形成流注，產(chǎn)生電暈，但其后流注的發(fā)展困難，電暈起始后，棒極強電場使得同時產(chǎn)生了大量電子崩，造成擴散狀分布的等離子體層，等離子體層增大了棒極曲率半徑前沿電場削弱繼續(xù)升高電壓，電離在等離子層外沿發(fā)展，逐漸擴大延伸。電壓很高才形成電子崩-二次電子崩，由于擴散慢負(fù)極性下通道

10、發(fā)展困難，擊穿電壓高。負(fù)極性：通道發(fā)展困難，擊穿電壓高正極性：通道發(fā)展容易，擊穿電壓低2.長間隙擊穿過程長 間 隙：新的放電過程先導(dǎo)放電長間隙放電：電壓飽和現(xiàn)象-先導(dǎo)放電高壓、超高壓和特高壓輸電中，如何決定架空線路和變電所的空氣絕緣距離 -重要課題。 研究長空氣間隙的擊穿特性長間隙擊穿 6000KV沖擊電壓發(fā)生器20米長間隙放電 放電過程： 正極棒出現(xiàn)電暈-發(fā)展成先導(dǎo)-先導(dǎo)前端有流注-短時間的休止-第二次先導(dǎo)放電。 長間隙:一般指數(shù)米或十?dāng)?shù)米的放電間隙長間隙的擊穿電壓主要靠試驗方法決定，需要規(guī)模很大的試驗設(shè)備，費用很高。中國電力出版社 1998年3月 馬乃祥主要內(nèi)容：放電的基本物理過程和基本理

11、論，研究長間隙放電的測試技術(shù)，預(yù)測擊穿電壓的經(jīng)驗公式和數(shù)值計算方法，長間隙的沿面閃絡(luò)，長間隙擊穿特性的模擬，污層與氣象條件對擊穿的影響及有關(guān)工程領(lǐng)域中的防雷措施。“高壓技術(shù)及設(shè)備”專業(yè)學(xué)生的選修課教材及研究生的教學(xué)參考書。先 導(dǎo)氣體放電通道發(fā)展的一種形式，不均勻電場中，如棒正板負(fù)電極，放電將從正電極棒開始，首先出現(xiàn)線狀的流注，向負(fù)極發(fā)展。如果極間距離不長，流注伸長到負(fù)電極后，就引起間隙擊穿。 電子崩、流注、先導(dǎo)、主放電 極間距離較長時，流注不能直接達(dá)到負(fù)電極，不會只由流注而引起間隙擊穿，將出現(xiàn)多個流注匯集在一起，加強原來放電通道的電離，形成了較粗的、電導(dǎo)率較高的通道，這就是先導(dǎo)。流注理論 在強

12、電場作用下，主電子崩釋放光子引起二次電離, 二次電子崩形成的正、負(fù)帶電質(zhì)點構(gòu)成的等離子體回顧（1）先導(dǎo)放電： 間隙距離較長(1m),流注通道還不足以貫通整間隙的情況下，仍能發(fā)展起擊穿過程-流注發(fā)展到足夠長后，有較多的電子循通道流向電極，根部電子最多，溫度升高，出現(xiàn)熱電離過程. 這個具有熱電離過程的通道稱為先導(dǎo)通道。二次電子崩能力有限熱電離正先導(dǎo)的形成 流注mk中電子被陽極吸引，當(dāng)電子濃度高-有足夠電流時,通道中開始熱電離，引起通道中帶電質(zhì)點濃度增大，流注通道變成高電導(dǎo)的等離子體通道先導(dǎo)mk， mk頭部進(jìn)一步產(chǎn)生新的流注nm，先導(dǎo)不斷向前推進(jìn)，相當(dāng)于電極伸出的導(dǎo)電棒端部高場強，形成新的流注：電子向上，流注和先導(dǎo)通道向下發(fā)展先導(dǎo)高電導(dǎo)長間隙：平均E=1-2KV/cm,放電就發(fā)展，間隙越長 E越小，先導(dǎo)電流幾百A 均勻電場E=30KV/cm考考你 負(fù)先導(dǎo) 自己讀長間隙放電，路徑多分支先導(dǎo)推進(jìn)到間隙深處，端部出現(xiàn)許多流注，任何一個可能成為先導(dǎo)發(fā)展方向-電離強發(fā)展-偶然長間隙放電，雷電放電，路徑多分支（2）主放電主放電過程： 先導(dǎo)到達(dá)相對電極，主放電開始-通道頭部接近對面電極，剩余小段間隙場強劇增，強烈放電，沿先導(dǎo)通道反向擴展到棒極，中和通道中的多余電荷，該過程