流注先導(dǎo)主放電

流注先導(dǎo)主放電第1頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二第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2第2頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二3第3講氣體電介質(zhì)的絕緣特性（二）第3頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二1.2.5流注理論在高氣壓長間隙條件下的氣體放電理論特點(diǎn)：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(qiáng)調(diào)了空間電荷畸變電場的作用

通過大量的實(shí)驗(yàn)研究（主要在電離室中進(jìn)行的）說明放電發(fā)展的機(jī)理4第4頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二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

5第5頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二（1）電子崩階段6（a）初始電子崩陽極側(cè)電子崩數(shù)目多正空間電荷加強(qiáng)了原電場，同時(shí)向周圍放射出大量光子（一）流注理論第6頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二（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?cè)谟烧臻g電荷所引起的畸變和加強(qiáng)了的局部電場作用下，又形成新的電子崩，即二次電子崩

7第7頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二（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(qiáng)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8第8頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二（3）間隙的擊穿流注不斷向陰極推進(jìn)，頭部電場越來越強(qiáng)，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9第9頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二在電離室中得到的初始電子崩照片圖a和圖b的時(shí)間間隔為110-7秒p=270毫米汞柱，E=10.5千伏/厘米10初始電子崩轉(zhuǎn)變?yōu)榱髯⑺查g照片p＝273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1.25107cm/s第10頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二在電離室中得到的陽極流注發(fā)展過段的照片正流注的發(fā)展速度約為11082108cm/s11第11頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二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）12第12頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二（二）流注理論

對(duì)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(qiáng)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(jì)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(qiáng)度還不大，因而不致影響到鄰近空間內(nèi)的電場，所以不會(huì)影響其它電子崩的發(fā)展13第13頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二14樹枝狀放電與放電發(fā)展的抑制第14頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二2．放電時(shí)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(shí)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)15第15頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二在Pd值較小時(shí)，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γ過程。16第16頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二1.3不均勻電場中氣體的擊穿17d≤2D，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(gè)氣隙擊穿。放電達(dá)到自持時(shí)，在整個(gè)間隙中部巳達(dá)到相當(dāng)數(shù)值。這時(shí)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放電特點(diǎn)1擊穿電壓2電暈起始電壓3放電不穩(wěn)定區(qū)第17頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二d≥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(kuò)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。18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(shí)，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。第18頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二19d＝2D~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(shí)，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(gè)間隙，導(dǎo)致間隙完全擊穿第19頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二20電場不均勻系數(shù)ff<2時(shí)，稍不均勻電場f>4時(shí)，極不均勻電場第20頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二1.3.2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(qiáng)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(duì)值仍很小)，可以測量到能量損失21第21頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二22電暈起始電壓和電暈起始場強(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E0的經(jīng)驗(yàn)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=0.82~0.9,對(duì)絞線局部電暈m=0.72第22頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二電暈電流與能量23(a)時(shí)間刻度T=125s(b)0.7A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(yùn)動(dòng)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。第23頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二電暈的起始階段——一系列短促的陡脈沖組成。電離產(chǎn)生的與導(dǎo)線同號(hào)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，24第24頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二25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(shí)，電暈損耗急劇增加。水滴——電場作用——變成錐形第25頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二26對(duì)于500－750kV的超高壓輸電線路，在天氣好時(shí)電暈損耗一般不超過幾個(gè)W/km，而在壞天氣時(shí)，可以達(dá)到100W/km以上。因此在設(shè)計(jì)超高壓線路時(shí)，需要根據(jù)不同天氣條件下電暈損耗的實(shí)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(duì)線路的電暈損耗進(jìn)行估算。第26頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二27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第27頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二降低導(dǎo)線表面場強(qiáng)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(qiáng)得以降低。28第28頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二電暈影響的兩面性不利影響：①能量損失；②放電脈沖引起的高頻電磁波干擾；③化學(xué)反應(yīng)引起的腐蝕作用等。

有利方面：①電暈可削弱輸電線上雷電沖擊電壓波的幅值及陡度；②利用電暈放電改善電場分布，提高擊穿電壓；③利用電暈放電除塵與臭氧發(fā)生器等。29第29頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二30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(diǎn)劃線－均勻電場；虛線－正尖－負(fù)板電場；1－D=0.5mm；2—D=3mm；3－D=16mm；4－D=20mm第30頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二1.3.3極不均勻場中的放電過程31一、非自持放電階段電子崩產(chǎn)生陽極積聚正電荷第31頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二32二、流注發(fā)展階段頭部電場增強(qiáng)——新電子崩——流注前移第32頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二三、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(qiáng)，電導(dǎo)增大，從而加大了其頭部前沿區(qū)域中的場強(qiáng)，引起新的流注，導(dǎo)致先導(dǎo)通道不斷伸長。33第33頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二34流注根部溫度升高熱電離過程先導(dǎo)通道電離加強(qiáng)，更為明亮電導(dǎo)增大軸向場強(qiáng)更低發(fā)展速度更快長空氣間隙的平均擊穿場強(qiáng)遠(yuǎn)低于短間隙第34頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二35四、主放電過程先導(dǎo)頭部達(dá)到板極。小間隙中的高場強(qiáng)引起強(qiáng)烈電離，帶電粒子激增。強(qiáng)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(diǎn)：由于其頭部場強(qiáng)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。第35頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二36１——主放電通道２——主放電和先導(dǎo)通道的交界區(qū)３——先導(dǎo)通道第36頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二先導(dǎo)的發(fā)展37正棒—負(fù)板間隙中先導(dǎo)通道的發(fā)展（ａ）先導(dǎo)和其頭部的流注ｋｍ；（ｂ）流注頭部電子崩的形成；（ｃ）ｋｍ由流注轉(zhuǎn)變?yōu)橄葘?dǎo)和形成流注ｍｎ；（ｄ）流注頭部電子崩的形成；（ｅ）沿著先導(dǎo)和空氣間隙電場強(qiáng)度的分布第37頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二1.3.4極不均勻場中的極性效應(yīng)正棒－負(fù)板38第38頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二電子運(yùn)動(dòng)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(qiáng)度而加強(qiáng)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(qiáng)，有利于流注的發(fā)展，因此擊穿電壓較低。39第39頁，共42頁，2023年，2月20日，星期二負(fù)棒—正板40