電暈放電和極性效應課件

高電壓絕緣技術華北電力大學電氣與電子工程學院

2012年2月§5不均勻電場中氣體擊穿的發(fā)展過程一.稍不均勻電場和極不均勻電場特征1、球間隙放電①d<d0,電場比較均勻，擊穿之前看不到放電跡象，類似于均勻電場；②d>d0,電壓逐步升高，先出現(xiàn)電暈放電，然后刷狀放電，最后間隙完全擊穿；總結電暈放電電壓和擊穿電壓的關系：①d<d0,兩電壓相等；②d>d0',擊穿電壓>電暈起始電壓；③d0<d<d0',過渡區(qū)，放電電壓很不穩(wěn)定，擊穿電壓分散性很大。

從上述試驗可知：放電過程與電場均勻性有著密切聯(lián)系.放電現(xiàn)象③電場極不均勻的情況下：

當大曲率電極附近很小范圍內α已達相當數(shù)值時，間隙中大部分區(qū)域α值都仍然很小。這時，初始電子崩只能在大曲率電極附近很小范圍內發(fā)展，放電自持時形成的流注也不能發(fā)展至貫通整個間隙。只是在大曲率電極附近出現(xiàn)薄薄的紫色暈光層，也就是電暈放電。電壓必須繼續(xù)增加到一定值后，才會形成貫通兩電極的放電通道，導致?lián)舸?。電場越不均勻，擊穿電壓和電暈起始電壓間的差別也越大。結論：電場比較均勻：擊穿電壓=放電自持電壓

電場極不均勻：電暈起始電壓=放電自持電壓2、同軸圓柱間隙放電由此可見，電場的不均勻程度可以根據(jù)能否維持電暈放電來劃分。極不均勻電場：不均勻到可以維持電暈放電的程度；稍不均勻電場：雖然電場不均勻，但還不能維持穩(wěn)定的電暈放電，一旦放電達到自持，必然會導致整個間隙立即擊穿。不均勻系數(shù)：:稍不均勻電場:極不均勻電場二.稍不均勻電場和極不均勻電場特征自持放電電壓也即擊穿電壓如同軸圓柱體：稍不均勻電場中擊穿電壓的計算導線表面電暈棒-板間隙電暈三.極不均勻電場中的電暈放電3.外區(qū)中空間電荷的作用結論：①外區(qū)中的離子和電暈電極同號；②加強了外區(qū)中的電場，減少了電暈層中的場強。4.電暈放電有兩種不同形式：電子崩形式和流注形式5.電暈放電危害1.伴隨著游離、復合、激勵、反激勵等過程而有聲、光、熱等效應，會有能量損耗。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動下高速運動，與氣體分子交換動量，形成“電風”。當電極固定得剛性不夠時，氣體對“電風”的反作用力會使電暈極振動或轉動。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)生的化學反映產(chǎn)物具有強烈的氧化和腐蝕作用，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)保標準的噪聲，對人們會造成生理、心理的影響。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。7.電暈效應有利的方面（二）電暈放電的脈沖現(xiàn)象試驗裝置和放電現(xiàn)象

①U很低時，放電電流極小，電流波形不規(guī)則。

②U，會突然出現(xiàn)顯著的電流和重復脈沖。

③U，電流脈沖幅值不變，但f增高，脈沖更密集。

④電壓繼續(xù)升高到一定程度后，

高頻脈沖突然消失，

轉入持續(xù)電暈階段，但電流

仍繼續(xù)隨電壓增高而加大

⑤臨近擊穿時出現(xiàn)刷狀放電

和不規(guī)則的強烈電流脈沖

⑥最后發(fā)生擊穿。2.脈沖現(xiàn)象的解釋：

空間電荷的影響。（三）電暈放電的起始場強和電壓1.電暈放電起始電壓Uc根據(jù)理論求解2.利用經(jīng)驗公式求解電暈起始電壓（Peek公式）

②地面上的單根導線：③同軸圓柱：④球-球間隙Uc的計算：先計算不均勻系數(shù)f，計算平均電場Eav，Uc=Eav*d2)變象管放電現(xiàn)象1經(jīng)物鏡2投射到半透明的光電陰極3,根據(jù)投射來的光輻射，光電陰極發(fā)射出電子。發(fā)射出的電子由電極4聚焦成象并得到加速。聚焦后的電子束經(jīng)光闌5、閉鎖電極6、垂直偏轉電極7、水平偏轉電極8及補償電極9而到達熒光屏10，又重現(xiàn)為發(fā)光圖象。利用偏轉電極可將放電現(xiàn)象隨時間展開。在閉鎖電極上施加間斷的釋放脈沖電壓還可在熒光屏上得到分幅的圖象。熒光屏上的圖象可用普通照相機攝制下來。變象管掃描速度高，分辨率好，控制靈活，靈敏度高(能增強發(fā)光微弱現(xiàn)象的亮度)，因此獲得越來越廣泛的應用。3）電壓的產(chǎn)生2.實驗結果棒的極性不同時，放電也具有不同的特點。①棒為正極性時，先導通道具有很多分枝，可接近板極。②當棒為負極性時，隨著先導向極板推進，從極板上出現(xiàn)了一系列相迎流注，后者是從極板表面由于粗糙不平而電場局部集中的地方發(fā)展起來的。當由負棒出發(fā)的先導和相迎流注之一相遇時，立刻就轉入主放電階段，主放電過程由相遇處迅速向兩端發(fā)展。迎面流注對負先導的發(fā)展有很大影響。棒為負極性時間隙的擊穿電壓比正極性時要高，而負先導的發(fā)展速度則比正先導的低一個數(shù)量級。(2)棒-板間隙(3)棒一棒間隙放電時從兩棒都可發(fā)展起先導，正、負先導相遇后，立即轉入主放電，正先導開始較早，且發(fā)展速度更快，因此先導相遇處離負棒較近。E0(c)Ecom=E0+EqE0EEqx(a)(b)正極性在棒極附近，積聚起正空間電荷，減少了緊貼棒極附近的電場，而略微加強了外部空間的電場，棒極附近難以造成流注，使得自持放電、即電暈放電難以形成。(一)非自持放電階段1.當棒為正極性時Ecom=E0+Eq++Eq-(c)E0EEq+x(a)(b)Eq-E0負極性電子崩中電子離開強電場區(qū)后，不再引起電離，正離子逐漸向棒極運動，在棒極附近出現(xiàn)了比較集中的正空間電荷，使電場畸變。棒極附近的電場得到增強，因而自持放電條件就易于得到滿足、易于轉入流注而形成電暈放電。2.當棒為負極性時31（二）流注發(fā)展階段1.當棒具有正極性時流注等離子體頭部的正電荷減弱等離子體中的電場，而加強其頭部電場（曲線2）電場加強的流注頭部前方產(chǎn)生新電子崩，其電子吸引入流注頭部正電荷區(qū)內，加強并延長流注通道，其尾部的正離子構成流注頭部的正電荷

流注及其頭部的正電荷使強電場區(qū)更向前移（曲線3），促進流注通道進一步發(fā)展，逐漸向陰極推進。32

2.當棒具有負極性時棒極的強電場區(qū)產(chǎn)生大量的電子崩，匯入圍繞棒極的正空間電荷，等離子體層呈擴散狀分布，削弱前方電場(曲線2)在相當一段電壓升高的范圍內，電離只在棒極和等離子體層外沿之間的空間內發(fā)展；等離子體層前方電場足夠強后，發(fā)展新電子崩，其正電荷加強等離子體層前沿的電場，形成了大量二次電子崩，匯集起來后使得等離子體層向陽極推進。（1）（2）二、長氣隙的