高电压1.1(2)

1、1.1 气体放电的基本物理过程本节内容：1.1.1 带电质点的产生1.1.2 带电质点的消失1.1.3 电子崩与汤逊理论1.1.4 巴申定律与适用范围1.1.5 不均匀电场中的气体放电2 2、汤逊理论、汤逊理论l只有电子崩过程是不会发生自持放电的。只有电子崩过程是不会发生自持放电的。l自持放电，必须初始电子崩消失自持放电，必须初始电子崩消失前前产生产生新的电子新的电子（二次电子）（二次电子）来取代外电离因素产生的初始电子。来取代外电离因素产生的初始电子。l二次电子的产生机制与气压和气隙长度的乘积二次电子的产生机制与气压和气隙长度的乘积 有关。有关。 l 值值较小较小时自持放电的条件可用时自持放

2、电的条件可用汤逊理论汤逊理论来说明；来说明；l 值值较大较大时则要用时则要用流注理论流注理论来解释。来解释。l这两种理论互相补充，可以说明广阔的这两种理论互相补充，可以说明广阔的pdpd范围内气体放范围内气体放电的现象电的现象 pdpdpd（1） 过程与自持放电条件过程与自持放电条件 过程：产生二次电子的过程过程：产生二次电子的过程电子崩中的正离子在返回阴极时，由于其具有的位能和电子崩中的正离子在返回阴极时，由于其具有的位能和动能，撞击阴极时引起动能，撞击阴极时引起阴极表面电离阴极表面电离，产生，产生 二次电子二次电子正负离子复合时，以及分子由激励态跃迁回正常态时，正负离子复合时，以及分子由激

3、励态跃迁回正常态时，所产生的光子到达阴极表面都将引起所产生的光子到达阴极表面都将引起阴极表面电离阴极表面电离，统称统称为为过程过程。系数：表面电离系数系数：表面电离系数一个正离子撞击阴极表面时产生的二次电子数一个正离子撞击阴极表面时产生的二次电子数de推导自持放电条件：推导自持放电条件：) 1(de) 1(de) 1(den设设外界外界电离因素在阴极表面产生了一个自由电子，此电电离因素在阴极表面产生了一个自由电子，此电子到达阳极表面时由于子到达阳极表面时由于过程，电子总数增至过程，电子总数增至：n在在d行程中，产生总电子数为：行程中，产生总电子数为：n极空间正离子极空间正离子数为数为 ： n由

4、由系数的定义，正离子在到达阴极表面时可撞出新电系数的定义，正离子在到达阴极表面时可撞出新电子子数为：数为：n这些电子在电极空间的碰撞电离同样又能产生更多的正这些电子在电极空间的碰撞电离同样又能产生更多的正离子，如此循环下去离子，如此循环下去。自持放电条件为 ：一个正离子撞击到阴极表面时产生出来的：一个正离子撞击到阴极表面时产生出来的二次电子数二次电子数 ：电子碰撞电离系数：电子碰撞电离系数：两极板距离：两极板距离d一个电子在自己进入阳极后可以由一个电子在自己进入阳极后可以由 及及 过程在阴极上过程在阴极上又产生一个新的替身，从而无需外电离因素放电即可又产生一个新的替身，从而无需外电离因素放电即

5、可继续进行下去。继续进行下去。1) 1(de11deade1自持放电条件可写为：自持放电条件可写为：1ade外加电场增外加电场增大到一定程大到一定程度，才能满度，才能满足自持放电足自持放电条件条件1)1(0dxade不均匀电场中，各处的不均匀电场中，各处的 值不同，自持放电条件为值不同，自持放电条件为：aTownsend放电理论总结：放电理论总结：外界电离因子外界电离因子阴极表面电离阴极表面电离气体空间电离气体空间电离气体中的自由电子气体中的自由电子在电场中加速在电场中加速碰撞电离碰撞电离电子崩电子崩a（ 过程）过程）正离子正离子阴极表面二次发射阴极表面二次发射（ 过程）过程） 当自持放电条件

6、得到满足时，就会形成图解中闭环部分所当自持放电条件得到满足时，就会形成图解中闭环部分所示的循环不息的状态，放电就能自己维持下去示的循环不息的状态，放电就能自己维持下去 总结：总结： 将电子崩和阴极上的将电子崩和阴极上的过程作为气体自持放电过程作为气体自持放电的决定因素是汤逊理论的基础。的决定因素是汤逊理论的基础。 汤逊理论的实质是电子汤逊理论的实质是电子碰撞电离是气体放电的碰撞电离是气体放电的主要原因主要原因，二次电子来源于正离子撞击阴极表二次电子来源于正离子撞击阴极表面面使阴极表面逸出电子，逸出电子是维持气体使阴极表面逸出电子，逸出电子是维持气体放电的必要条件。放电的必要条件。1.1. 阴极

7、逸出电子能否接替起始电子的作用是自持阴极逸出电子能否接替起始电子的作用是自持放电的判据。放电的判据。1-2 简要论述汤逊放电理论。简要论述汤逊放电理论。p49 答答: 设外界光电离因素在阴极表面产生了一个自由电子，此设外界光电离因素在阴极表面产生了一个自由电子，此电子到达阳极表面时由于过程，电子总数增至电子到达阳极表面时由于过程，电子总数增至ed个。假设个。假设每次电离撞出一个正离子，故电极空间共有（每次电离撞出一个正离子，故电极空间共有（ed1）个）个正离子。这些正离子在电场作用下向阴极运动，并撞击阴正离子。这些正离子在电场作用下向阴极运动，并撞击阴极按照系数的定义，此（极按照系数的定义，此

8、（ ed 1）个正离子在到达阴极）个正离子在到达阴极表面时可撞出表面时可撞出（ ed 1）个新电子，则）个新电子，则(ed -1)个正离子个正离子撞击阴极表面时，至少能从阴极表面释放出一个有效电子，撞击阴极表面时，至少能从阴极表面释放出一个有效电子，以弥补原来那个产生电子崩并进入阳极的电子，则放电达以弥补原来那个产生电子崩并进入阳极的电子，则放电达到自持放电。即汤逊理论的自持放电条件可表达为到自持放电。即汤逊理论的自持放电条件可表达为（ ed 1）1或或ed 1 。 汤逊理论是在低气压汤逊理论是在低气压pdpd较小条件下建立起来的，其适用于较小条件下建立起来的，其适用于pd26.66kPa c

9、mpd26.66kPacm（200mmHgcm）时，）时，一些无法用汤逊理论解释的现象一些无法用汤逊理论解释的现象 例如自然界的雷电，它发生在两块雷云之间或雷云与例如自然界的雷电，它发生在两块雷云之间或雷云与大地之间，这时不存在金属阴极，因而与阴极上的大地之间，这时不存在金属阴极，因而与阴极上的过过程和二次电子发射根本无关。程和二次电子发射根本无关。 考虑了高气压、长气隙情况下不容忽视的因素考虑了高气压、长气隙情况下不容忽视的因素: 空间电荷对原有电场的影响空间电荷对原有电场的影响畸变；畸变； 空间光电离的作用。空间光电离的作用。 流注理论认为：流注理论认为：电子的碰撞游离和空间光游离是形电子

10、的碰撞游离和空间光游离是形成自持放电的主要因素，成自持放电的主要因素， 放电的三个阶段：放电的三个阶段： 电子崩阶段电子崩阶段 流柱阶段流柱阶段 主放电阶段主放电阶段 电子崩崩头集中着电子，其后是正离子，形状似半球形电子崩崩头集中着电子，其后是正离子，形状似半球形锥体；锥体； 空间电荷分布极不均匀，大大加强了崩头及崩尾的电场，空间电荷分布极不均匀，大大加强了崩头及崩尾的电场，削弱了电子崩内部的电场；削弱了电子崩内部的电场；（1 1）电子崩阶段）电子崩阶段0dxexEexEE合成电场合成电场n 空间电荷畸变外电场空间电荷畸变外电场 大大加强了崩头及崩尾的大大加强了崩头及崩尾的电场，削弱了崩头内正

11、、电场，削弱了崩头内正、负电荷区域之间的电场负电荷区域之间的电场 电子崩头部：电子崩头部：电场明显增强，电场明显增强，有利于发生分子和离子的有利于发生分子和离子的激励现象，当它们回复到激励现象，当它们回复到正常状态时，放射出正常状态时，放射出光子光子崩头内部正、负电荷区域：崩头内部正、负电荷区域：电场大大削弱，有助于发电场大大削弱，有助于发生复合过程，发射出生复合过程，发射出光子光子这些光子将导致空间光电离这些光子将导致空间光电离23n 当电子崩走完整个间当电子崩走完整个间隙后，大密度的头部隙后，大密度的头部空间电荷大大加强了空间电荷大大加强了后部的电场，并向周后部的电场，并向周围放射出大量光

12、子围放射出大量光子n 光子引起空间光电离，光子引起空间光电离，在受到畸变而加强了在受到畸变而加强了的电场中，造成了新的电场中，造成了新的电子崩，称为的电子崩，称为二次二次电子崩电子崩 光电离的作用：二次电子崩光电离的作用：二次电子崩1主电子崩主电子崩 2二次电子崩二次电子崩3流注流注24n 二次电子崩中的电子进入主电子崩头二次电子崩中的电子进入主电子崩头部的正空间电荷区（电场强度较小），部的正空间电荷区（电场强度较小），大多形成负离子。大量的正、负带电大多形成负离子。大量的正、负带电质点构成了质点构成了等离子体等离子体，这就是，这就是正流注正流注 n 流注通道导电性良好，其头部又是二流注通道导

13、电性良好，其头部又是二次电子崩形成的正电荷，因此流注头次电子崩形成的正电荷，因此流注头部前方出现了很强的电场部前方出现了很强的电场n 流注头部的电离放射出大量光子，继流注头部的电离放射出大量光子，继续引起空间光电离。流注前方出现新续引起空间光电离。流注前方出现新的二次电子崩，它们被吸引向流注头的二次电子崩，它们被吸引向流注头部，延长了流注通道部，延长了流注通道1主电子崩主电子崩2二次电子崩二次电子崩3流注流注（2 2） 流注阶段流注阶段25n 流注不断向阴极报进，且随流注不断向阴极报进，且随着流注接近阴极，其头部电着流注接近阴极，其头部电场越来越强，因而其发展也场越来越强，因而其发展也越来越快

14、越来越快n 流注发展到阴极，间隙被导流注发展到阴极，间隙被导电良好的等离子通道所贯通，电良好的等离子通道所贯通，间隙的击穿完成，这个电压间隙的击穿完成，这个电压就是击穿电压就是击穿电压 (3)(3)主放电阶段：主放电阶段：正流注向阴极推进正流注向阴极推进正流注形成过程：（当外加电压不是很高时）正流注形成过程：（当外加电压不是很高时） 初崩初崩空间光电离空间光电离二次电子崩二次电子崩汇入初崩汇入初崩流注流注电离室电离室结构示意图 1照射火花间隙；2石英窗；3电极 4玻璃壁；5橡皮膜；6绝缘柱 研究放电时的电路图N电离室；S火花间隙；L、L、K短路回路 在电离室中得到的初始电子崩照片图a和图b的时

15、间间隔为110-7 秒 p=270毫米汞柱，E=10.5千伏/厘米 初始电子崩转变为流注瞬间照片p273毫米汞柱E=12千伏/厘米电子崩在空气中的发展速度约为电子崩在空气中的发展速度约为1.25 107cm/s29正流注的发展速度约为正流注的发展速度约为1 108 2 108cm/s流注通道的直径一般不超过流注通道的直径一般不超过零点几毫米零点几毫米流注通道内正负质点的复合，使通道发出流注通道内正负质点的复合，使通道发出微弱的光亮微弱的光亮+ + +- - -T T1 1t t2 2t t3 3t t4 4t t5 5 26.66kPacm） 只是定性分析。只是定性分析。 认为电子碰撞电离及空

16、间认为电子碰撞电离及空间光电离是维持自持放电的光电离是维持自持放电的主要因素，并强调了空间主要因素，并强调了空间电荷畸变电场的作用。电荷畸变电场的作用。 汤逊理论汤逊理论 适用于解释均匀电场低气适用于解释均匀电场低气压、短气隙的情况压、短气隙的情况（pd26.66kPacm） 可定量分析（巴申定律）可定量分析（巴申定律）气隙的击穿电压是气隙的击穿电压是pdpd的函数的函数 认为电子碰撞电离是气体认为电子碰撞电离是气体放电的主要原因，和阴极放电的主要原因，和阴极上的二次发射过程是气体上的二次发射过程是气体自持放电的决定性因素，自持放电的决定性因素，无法用汤逊理论解释的现象：无法用汤逊理论解释的现

17、象：(1).放电外形：在大气压下放电不再是辉光放电，而是火花通道放电外形：在大气压下放电不再是辉光放电，而是火花通道 (2). 放电时间：放电时间短于正离子在通道中到达阴极的行程时间放电时间：放电时间短于正离子在通道中到达阴极的行程时间 （1）放电外形）放电外形 二次崩的发展具有不同的方位，所以流注的推进不可能均匀，二次崩的发展具有不同的方位，所以流注的推进不可能均匀，而且具有分支。而且具有分支。（2）放电时间）放电时间 二次崩的起始电子是光子形成的，而光子以光速传播，所以二次崩的起始电子是光子形成的，而光子以光速传播，所以流注发展非常快。流注发展非常快。（3）阴极材料）阴极材料 大气条件下的

18、气体放电不依赖阴极表面电离，而是靠空间光大气条件下的气体放电不依赖阴极表面电离，而是靠空间光电离产生电子维持，因此与阴极材料无关。电离产生电子维持，因此与阴极材料无关。流注理论的解释流注理论的解释本 节 重 点汤逊放电理论和流注理论的使用范围；汤逊放电理论和流注理论的使用范围；汤逊放电描述的电子崩发展过程；汤逊放电描述的电子崩发展过程；电子碰撞游离系数电子碰撞游离系数；汤逊理论的自持放电条件及其物理解释；汤逊理论的自持放电条件及其物理解释；巴申定律及其在实际中的应用；巴申定律及其在实际中的应用；流注理论与汤逊理论在考虑放电发展因素上流注理论与汤逊理论在考虑放电发展因素上的不同；的不同；流注及其

19、放电的发展过程；流注及其放电的发展过程；流注及自持放电的形成条件。流注及自持放电的形成条件。1.1.5 不均匀电场中的气体放电棒棒- -棒间隙棒间隙棒棒- -板间隙板间隙 均匀场：均匀场： 板板板板 稍不均匀场：稍不均匀场： 球球球球 对称场对称场 同轴圆筒同轴圆筒 极不均匀场：极不均匀场： 棒棒棒棒 棒板棒板 不对称场不对称场 常见电场的结构：常见电场的结构：不均匀电场不均匀电场稍不均稍不均匀电场匀电场极不均极不均匀电场匀电场全封闭组合电器全封闭组合电器(GIS)(GIS)的母线筒的母线筒高压实验室中测量电压用的球间隙高压实验室中测量电压用的球间隙高压输电线之间的空气绝缘高压输电线之间的空气

20、绝缘实验室中高压发生器的输出端对墙实验室中高压发生器的输出端对墙的空气绝缘的空气绝缘不均匀电场中的气体放电I. I. 电场不均匀程度的划分电场不均匀程度的划分III. III. 稍不均匀电场中的击穿过程稍不均匀电场中的击穿过程II. II. 极不均匀电场中的击穿过程极不均匀电场中的击穿过程1 1 电晕放电电晕放电2 2 极性效应极性效应3 3 长间隙放电长间隙放电I.I.稍不均匀场和极不均匀场的特点和划分稍不均匀场和极不均匀场的特点和划分(1) (1) 特点特点 各处场强相差不大各处场强相差不大 放电过程与均匀电场相似：放电过程与均匀电场相似：一旦出现自持放电，便会导致整个间隙的击穿，属一旦出

21、现自持放电，便会导致整个间隙的击穿，属于流注击穿，击穿条件就是自持放电条件，无电晕于流注击穿，击穿条件就是自持放电条件，无电晕产生。产生。 但稍不均匀电场中场强并非处处相等，但稍不均匀电场中场强并非处处相等， 电离系电离系数数是空间坐标是空间坐标x x的函数，因此自持放电条件为的函数，因此自持放电条件为: :201ln)(0ddxx稍不均匀电场稍不均匀电场 各处场强相差很大各处场强相差很大 存在不同形式的局部的自持放电（电晕、刷形放电）存在不同形式的局部的自持放电（电晕、刷形放电） 在强场区发生电晕放电，自持放电条件即是电晕起始条件，在强场区发生电晕放电，自持放电条件即是电晕起始条件，气隙击穿

22、电压大于电晕起始电压。气隙击穿电压大于电晕起始电压。 电场越不均匀，击穿电压和电晕起始电压之间的差别越大；电场越不均匀，击穿电压和电晕起始电压之间的差别越大； 气隙击穿有显著的极性效应和较长的放电时延，与所加电气隙击穿有显著的极性效应和较长的放电时延，与所加电压波形有显著关系压波形有显著关系 长气隙，短气隙的放电发展过程不同长气隙，短气隙的放电发展过程不同极不均匀电场极不均匀电场稍不均匀电场稍不均匀电场极不均匀电场极不均匀电场极间距增大极间距增大1 击穿电压击穿电压2 电晕起始电压电晕起始电压3 放电不稳定区放电不稳定区d 极间距极间距D球半径球半径d d22D D，电场还，电场还比较均匀比较

23、均匀，其放电特性与均匀电场相似，击，其放电特性与均匀电场相似，击穿电压与电晕起始电压是相同的。穿电压与电晕起始电压是相同的。图中给出直径为图中给出直径为D的球间隙的放电特性与极间距的球间隙的放电特性与极间距d的关系的关系d4Dd4D，电场分布极不均匀，存在电晕放电和电晕起始电压。，电场分布极不均匀，存在电晕放电和电晕起始电压。 外加电压进一步增大，表面电晕层扩大，并出现刷状的细外加电压进一步增大，表面电晕层扩大，并出现刷状的细火花，火花变长，最终导致气隙完全击穿。火花，火花变长，最终导致气隙完全击穿。d d2D4D2D4D，属于由稍不均匀电场变为极不均匀电场的过渡，属于由稍不均匀电场变为极不均

24、匀电场的过渡区域，放电过程不稳定，不稳定电晕，转为火花放电。区域，放电过程不稳定，不稳定电晕，转为火花放电。d4Dd4D，电场分布极不均匀，电场分布极不均匀，存在电晕放电和电晕起始存在电晕放电和电晕起始电压。电压。 外加电压进一步增大，表外加电压进一步增大，表面电晕层扩大，并出现刷面电晕层扩大，并出现刷状的细火花，火花变长，状的细火花，火花变长，最终导致气隙完全击穿。最终导致气隙完全击穿。当大曲率电极附近很小范围内当大曲率电极附近很小范围内 已达相当数值时，间隙已达相当数值时，间隙中大部分区域值中大部分区域值 都仍然很小，放电达到自持放电后，都仍然很小，放电达到自持放电后，间隙没有击穿。电场越

25、不均匀，击穿电压和电晕起间隙没有击穿。电场越不均匀，击穿电压和电晕起始电压间的差别也越大始电压间的差别也越大 d2D4D，属于过渡区域，不稳定电晕，属于过渡区域，不稳定电晕，转为火花放电。转为火花放电。当大曲率电极附近当大曲率电极附近 达到足够数值时，间隙达到足够数值时，间隙中很大一部分区域中很大一部分区域 也都已达相当数值，也都已达相当数值，流注一经产生，随即发展至贯通整个间隙，流注一经产生，随即发展至贯通整个间隙，导致间隙完全击穿导致间隙完全击穿 电场不均匀系数电场不均匀系数f：vEEfmax:最大电场强度vE:平均电场强度dUEvf2时为稍不均匀电场, maxE(2).电场不均匀程度划分

26、电场利用系数电场利用系数=1/f 对于同轴圆柱场内外半径比：对于同轴圆柱场内外半径比：R/r3.5R/r3.5 对于等径的平行圆柱场，极间距与较小电极半径比：对于等径的平行圆柱场，极间距与较小电极半径比：d/r6d/r6 对于同径圆球场：对于同径圆球场：d/r2.4d/r2.4 对于球对于球- -板场：板场：d/r1.2d/r1.2II. II. 极不均匀电场的击穿过程极不均匀电场的击穿过程1.1.电晕放电电晕放电l 在极不均匀场中，当电压升高到一定程度后，在空气在极不均匀场中，当电压升高到一定程度后，在空气间隙完全击穿之前，大曲率电极间隙完全击穿之前，大曲率电极( (高场强电极高场强电极)

27、)附近会有附近会有薄薄的发光层薄薄的发光层，能听到声，嗅到臭氧味，并能测到电流，能听到声，嗅到臭氧味，并能测到电流, ,这种放电现象称为这种放电现象称为电晕电晕。l 电晕起始电压电晕起始电压Uc Uc ：开始出现电晕时的电压。开始出现电晕时的电压。l 电晕起始场强电晕起始场强Ec Ec ：此时电极表面的场强此时电极表面的场强。（1 1）. .什么是电晕放电什么是电晕放电（2 2） 电晕的形成的原因：电离区放电电晕的形成的原因：电离区放电l极不均匀电场中，在外加电压下，小曲率半径极不均匀电场中，在外加电压下，小曲率半径(大曲率大曲率)电极电极附近的电场强度首先达到起始场强附近的电场强度首先达到起

28、始场强E0，在此局部区域先出现，在此局部区域先出现碰撞电离和电子崩，甚至出现流注，即出现了电晕放电。碰撞电离和电子崩，甚至出现流注，即出现了电晕放电。l离大曲率电极较远处场强大为减弱，电离区不能扩展，只局离大曲率电极较远处场强大为减弱，电离区不能扩展，只局限与电极附近的强场范围内。限与电极附近的强场范围内。l电离区的复合过程以及反激励过程会辐射出大量光子。在外电离区的复合过程以及反激励过程会辐射出大量光子。在外观上表现为环绕电极表面出现蓝紫色晕光。观上表现为环绕电极表面出现蓝紫色晕光。l电晕层或起晕层电晕层或起晕层l电晕放电的外围层电晕放电的外围层l 是是极不均匀电场极不均匀电场所特有的一种所

29、特有的一种自持放电形式自持放电形式l 其电流强度，与外电路的阻抗无关，取决于：其电流强度，与外电路的阻抗无关，取决于：l电极外气体空间的电导电极外气体空间的电导l外施电压的大小外施电压的大小l电极的形状电极的形状l极间距离极间距离l气体性质和密度气体性质和密度l电晕起始电压电晕起始电压U Uc c低于击穿电压低于击穿电压U Ub b，电场越不均匀其，电场越不均匀其差值越大差值越大。（3 3） 电晕放电的性质电晕放电的性质可以是极不均匀电场气隙击穿可以是极不均匀电场气隙击穿过程的第一阶段，也可以是长过程的第一阶段，也可以是长期存在的稳放电形式期存在的稳放电形式根据电晕层放电的特点，两种形式：根据

30、电晕层放电的特点，两种形式：电子崩形式电子崩形式 流注形式流注形式。 外施电压较低，外施电压较低， 电晕放电较弱，电晕放电具有电晕放电较弱，电晕放电具有均匀稳定均匀稳定的性质，属于电子崩性质的电晕放电。的性质，属于电子崩性质的电晕放电。当外施电压较高，电晕放电较强，则转为当外施电压较高，电晕放电较强，则转为不均匀、不稳定不均匀、不稳定的流柱性质的自持放电。的流柱性质的自持放电。电压进一步升高，个别流注快速发展，出现刷状放电，放电压进一步升高，个别流注快速发展，出现刷状放电，放电脉冲更强烈，最后贯通间隙，导致电脉冲更强烈，最后贯通间隙，导致间隙完全击穿间隙完全击穿。（4 4） 电晕放电的分类电晕

31、放电的分类导线上电子崩性质的电晕导线上电子崩性质的电晕导线上流柱性质的电晕导线上流柱性质的电晕c120.330(1)/Em mkV cmrr r是导线半径（是导线半径（cmcm） 是气体相对密度；是气体相对密度；m m1 1表面粗糙度系数，表面粗糙度系数，理想光滑导线取理想光滑导线取1 1，绞线，绞线0.80.90.80.9；好天气时；好天气时m m2 2=1=1，坏天气时，坏天气时m m2 2可按可按0.80.8估算。估算。 cc2lnhUE rr高度为h的单根导线：cc2lnddUE rr距离为 的两根平行线：一般用经验公式来推算，应用最广的是皮克公式，一般用经验公式来推算，应用最广的是皮

32、克公式，（5）电晕放电的起始场强）电晕放电的起始场强（3）电晕放电的危害、对策及其利用 电晕放电引起的光、声、热等效应会产生一定的能量。电晕损耗是超高压输电线路设计时必须考虑的因素。电晕放电中，由于电子崩和流注不断消失和重新出现所造成的放电脉冲会产生高频电磁波，从而对无线电和电视广播产生干扰。电晕放电还会产生可闻噪声，并有可能超出环境保护所容许的标准。使空气局部游离，产生的臭氧和氧化氮等会腐蚀金属设备对策：设法限制和降低导线的表面电场强度在选择导线的结构和尺寸时，应使好天气时电晕损耗接在选择导线的结构和尺寸时，应使好天气时电晕损耗接近于零，对无线电和电视的干扰应限制到容许水平以下。近于零，对无

33、线电和电视的干扰应限制到容许水平以下。找到最佳的分裂距（4050cm），使导线表面最大电场强度值最小。 采用分裂导线采用分裂导线。 对对330kV及以上的超高压线路应采用分裂导线，例如及以上的超高压线路应采用分裂导线，例如330，500和和750kV的线路可分别采用二分裂、四分裂和六分裂导的线路可分别采用二分裂、四分裂和六分裂导线。线。 1000kv及以上的特高压线路分裂数就更多，例如取及以上的特高压线路分裂数就更多，例如取8或或更大更大 分裂导线：每相都用若干根直径较小的平行分导线来替换大直径导线。分裂数超过两根时，这些分导线通常被布置在一个圆的内接正多边形顶点上。 分裂导线的表面电场强度与

34、分导线的直径和分导线间的距离 d 有关。在某一最佳值d0时，导线表面最大电场强度Emax会出现一极小值。分裂导线表面最大电场强度与分裂距离的关系 在确定d值时并不仅仅以Emax最小作为唯一的准则。由于增大d值有利于减小线路的电感、增大线路的电容，从而增加线路的输送功率，所以在实际工程中，往往把d值取得比Emax最小对应的d0值稍大一些，例如45cm左右，并且此时Emax的变化不大。 330750kv的超高压线路，分裂数一般取24。 1000kv及以上的特高压线路分裂数就更多，例如取8或更大。电晕放电的利用电晕放电的利用在某些情况下可以利用电晕放电产生的空间电荷在某些情况下可以利用电晕放电产生的

35、空间电荷来改善极不均匀场的电场分布，以提高击穿电压。来改善极不均匀场的电场分布，以提高击穿电压。衰减雷电过电压幅值和降低其陡度；衰减雷电过电压幅值和降低其陡度；抑制操作过电压的幅值；抑制操作过电压的幅值；广泛应用于工业设施（静电除尘器、静电喷涂装广泛应用于工业设施（静电除尘器、静电喷涂装置、臭氧发生器）。置、臭氧发生器）。 0100200300300600900bU(kV)d(cm)直流电压下棒直流电压下棒-板间隙击穿电压特性曲线：板间隙击穿电压特性曲线：2 、极不均匀电场中放电的极性效应、极不均匀电场中放电的极性效应由于高场强电极极性的不由于高场强电极极性的不同，空间电荷的极性也不同，空间电

36、荷的极性也不同，对放电发展的影响也同，对放电发展的影响也就不同，这就造成了就不同，这就造成了不同不同极性的极性的高场强电极高场强电极的电晕的电晕起始电压的不同，以及间起始电压的不同，以及间隙击穿电压的不同隙击穿电压的不同，称为，称为极性效应极性效应。极性效应极性效应 在极不均匀电场中，放电一定从曲率半径较小的在极不均匀电场中，放电一定从曲率半径较小的那个电极表面开始，与该电极极性无关。但后来的发那个电极表面开始，与该电极极性无关。但后来的发展过程、气隙的电气强度、击穿电压等都与该电极的展过程、气隙的电气强度、击穿电压等都与该电极的极性有密切的关系。极性有密切的关系。极不均匀电场中的放电存在着明

37、极不均匀电场中的放电存在着明显的极性效应显的极性效应。极性决定于表面电场较强的电极所具有的电位符号：极性决定于表面电场较强的电极所具有的电位符号：v在两个电极几何形状不同时，极性取决于曲率半径较小的那在两个电极几何形状不同时，极性取决于曲率半径较小的那个电极的电位符号，如个电极的电位符号，如“棒棒- -板板”气隙。气隙。v在两个电极几何形状相同时，极性取决于不接地的那个电极在两个电极几何形状相同时，极性取决于不接地的那个电极上的电位，如上的电位，如“棒棒- -棒棒”气隙。气隙。ExexE正正棒棒负负板板电电极极（1）非自持放电阶段的极性效应）非自持放电阶段的极性效应spEspE棒极附近的电场棒

38、极附近的电场被消弱，难以形被消弱，难以形成自持放电成自持放电exE负负棒棒正正板板电电极极ExspEspE棒极附近的电场被增棒极附近的电场被增强，自持放电条件易强，自持放电条件易于满足，易转入流柱于满足，易转入流柱而形成电晕放电而形成电晕放电结论：棒为正极性时电晕起始电压比负极性时略高。)()(ccUU1-3为什么棒板间隙中棒为正极性时电晕起始电压为什么棒板间隙中棒为正极性时电晕起始电压比负极性时略高？比负极性时略高？p49答:（1）当棒具有正极性时，间隙中出现的电子向棒运动，进入强电场区，开始引起电离现象而形成电子崩。随着电压的逐渐上升，到放电达到自持、爆发电晕之前，在间隙中形成相当多的电子

39、崩。当电子崩达到棒极后，其中的电子就进入棒极，而正离子仍留在空间，相对来说缓慢地向板极移动。于是在棒极附近，积聚起正空间电荷，从而减少了紧贴棒极附近的电场，而略为加强了外部空间的电场。这样，棒极附近的电场被削弱，难以造成流柱，这就使得自持放电也即电晕放电难以形成。（2）当棒具有负极性时，阴极表面形成的电子立即进入强电场区，造成电子崩。当电子崩中的电子离开强电场区后，电子就不再能引起电离，而以越来越慢的速度向阳极运动。一部份电子直接消失于阳极，其余的可为氧原子所吸附形成负离子。电子崩中的正离子逐渐向棒极运动而消失于棒极，但由于其运动速度较慢，所以在棒极附近总是存在着正空间电荷。结果在棒极附近出现

40、了比较集中的正空间电荷，而在其后则是非常分散的负空间电荷。负空间电荷由于浓度小，对外电场的影响不大，而正空间电荷将使电场畸变。棒极附近的电场得到增强，因而自持放电条件易于得到满足、易于转入流柱而形成电晕放电。 而极性效应的另一个表现，就是间隙击穿电压的不同。随着电压升高，在紧贴棒极附近，形成流注，产生电晕；以后在不同极性下空间电荷对放电的进一步发展所起的影响就和对电晕起始的影响相异了。负极性下的击穿电压应较正极性时为高。（2）自持放电阶段）自持放电阶段(流柱发展阶段流柱发展阶段)的极性效应的极性效应66l新电子崩的电子吸引入流注新电子崩的电子吸引入流注头部正电荷区内，加强并延头部正电荷区内，加

41、强并延长流注通道，其尾部的正离长流注通道，其尾部的正离子构成流注头部的正电荷子构成流注头部的正电荷 l流注及其头部的正电荷使强流注及其头部的正电荷使强电场区更向前移，促进流注电场区更向前移，促进流注通道进一步发展，逐渐向阴通道进一步发展，逐渐向阴极推进极推进l正流柱正流柱连续快速连续快速发展发展当棒具有正极性时当棒具有正极性时流注发展阶段流注发展阶段头部电场增强头部电场增强新电子崩新电子崩流注前移流注前移68l棒极的强电场区产生大量的电棒极的强电场区产生大量的电子崩，汇入围绕棒极的正空间子崩，汇入围绕棒极的正空间电荷，等离子体层呈扩散状分电荷，等离子体层呈扩散状分布，布，削弱前方电场削弱前方电

42、场l在相当一段电压升高的范围内，在相当一段电压升高的范围内，电离只在棒极和等离子体层外电离只在棒极和等离子体层外沿之间的空间内发展沿之间的空间内发展l等离子体层前方电场足够强后等离子体层前方电场足够强后，发展新电子崩，其正电荷加强发展新电子崩，其正电荷加强等离子体层前沿的电场，形成等离子体层前沿的电场，形成了大量二次电子崩，汇集起来了大量二次电子崩，汇集起来后使得等离子体层向阳极推进后使得等离子体层向阳极推进当棒具有负极性时当棒具有负极性时 棒为正极性时，电子崩是从场强低的区域向场强高的区域发展。此外，初崩的电子很快进入棒极，在棒极前方留下的正离子大大加强了气隙深处的电场，极易使气隙深处的电子

43、产生二次电子崩而形成正流注。由于流注所产生的空间电荷总是加强前方的电场，所以它的发展是连续的，速度很快，与棒为负极性时相比，击穿同一间隙所需电压要低得多 。当棒为负极性时，初崩直接由棒极向外发展。先经过强场区，后来的路程中场强愈来愈弱，这就使电子崩的发展比棒为正极性时不利得多。初崩留下的正空间电荷显然增强了负棒极附近的电场，却削弱了气隙深处的空间电场，使负流注的向前发展受到抑制。击穿同一间隙所需的电压要高得多。70 棒为负极性时击穿电压比正极性时高棒为负极性时击穿电压比正极性时高n 棒为负极性时：棒为负极性时：n外电压较低时，流注通道深入间隙一段距离后，外电压较低时，流注通道深入间隙一段距离后

44、，就停止不前了，形成电晕放电或刷状放电就停止不前了，形成电晕放电或刷状放电n外电压足够高时，流注通道将一直达到另一电外电压足够高时，流注通道将一直达到另一电极，从而导致间隙完全击穿极，从而导致间隙完全击穿 结论：结论：)()(bbUU间间隙隙击击穿穿刷刷状状放放电电电电晕晕3 长间隙击穿过程（d先导放电：。主放电主放电先导放电先导放电电晕放电电晕放电 气隙较长时，存在某种新气隙较长时，存在某种新的、不同性质的的、不同性质的放电放电过程过程棒极的E很大产生很高能量剧烈电离电子崩、流注先导通道热电离1)、正先导过程（正棒、正先导过程（正棒负板间隙）负板间隙） 流注通道电子被阳极吸引流注通道电子被阳

45、极吸引 电子浓度电子浓度 电流电流 流注中热电离流注中热电离 电导电导，电流，电流 流注变成流注变成高电导的等离子体高电导的等离子体（先导）（先导） 电场电场新流注新流注先导不断推进。先导不断推进。先导先导流柱流柱电子崩电子崩电离加强，更为明亮；电离加强，更为明亮；电导增大；电导增大；发展速度更快；发展速度更快；先导放电阶段先导放电阶段 通道根部的电子最多流注根部温度升高出现热电离先导通道（具有热电离过程的通道）。 新的电离过程使电离加强，电导增大，从而加大了其头部前沿区域中的场强，引起新的流注，导致先导通道不断伸长。 流注根部流注根部温度升高温度升高热电离热电离过程过程先导先导通道通道电离加

46、强，更为明亮电离加强，更为明亮电导增大电导增大轴向场强更低轴向场强更低发展速度更快发展速度更快长空气间隙的平均击穿场强远低于短间隙长空气间隙的平均击穿场强远低于短间隙 放电过程短间隙：整个间隙被流注贯穿后形成炙热导电通道。短间隙：整个间隙被流注贯穿后形成炙热导电通道。 长间隙：在放电发展过程中建立起导电通道。长间隙：在放电发展过程中建立起导电通道。 结论结论：长间隙击穿的平均场强远小于短间隙击穿的平长间隙击穿的平均场强远小于短间隙击穿的平均场强。均场强。长间隙和短间隙的火花击穿的本质区别：长间隙和短间隙的火花击穿的本质区别：长度为长度为2m2m的正棒的正棒负板气隙中先导发展的各个阶段负板气隙中

47、先导发展的各个阶段 2)、负先导过程、负先导过程 （负棒（负棒正板间隙）正板间隙） 负流注（散射）形成负离子正空间电荷增强棒极附近电场，剧烈电离热电离远离棒极负先导通道电场屏蔽二级流注负离子被电场力驱散特点：特点： 负先导通道的前进具有负先导通道的前进具有分级分级的特征，先导电流波形分段出的特征，先导电流波形分段出现峰值。现峰值。 负先导过程速度为正先导过程的负先导过程速度为正先导过程的1/51/3。 负先导过程接近贯穿时，从负先导过程接近贯穿时，从“板板”极（阳极）会发出迎面极（阳极）会发出迎面放电现象（放电现象（迎面先导迎面先导）。）。 长度为长度为2m2m的负棒的负棒正板气隙中先导发展的

48、各个阶段正板气隙中先导发展的各个阶段 3)、迎面先导、迎面先导 为负极性为负极性下行先导迎面先导特点：特点： 负下行先导容易产生迎面先导负下行先导容易产生迎面先导 初始阶段有多个迎面先导，发展最初始阶段有多个迎面先导，发展最快地将屏蔽其余迎面先导快地将屏蔽其余迎面先导 正下行先导产生迎面先导困难正下行先导产生迎面先导困难 负下行先导头部平均场强约负下行先导头部平均场强约13kV/cm 正下行先导头部平均场强约正下行先导头部平均场强约5kV/cm 先导通道：高导电性、小轴向场强先导通道：高导电性、小轴向场强 长度为长度为2m2m的棒的棒棒气隙中先导发展的各个阶段棒气隙中先导发展的各个阶段（下电极

49、为突出于平板之上的棒，正极性高压加在上电极）（下电极为突出于平板之上的棒，正极性高压加在上电极） 4)、主放电过程、主放电过程 与板极异号电荷迅速流入板极与板极异号电荷迅速流入板极与板极同号电荷与通道中的电与板极同号电荷与通道中的电荷（与棒极同极性）中和荷（与棒极同极性）中和中和过程向上扩展到棒极，称中和过程向上扩展到棒极，称为主放电阶段为主放电阶段强烈强烈电离电离棒极板极先导通道贯穿两极的通道变为：贯穿两极的通道变为：温度很高，电导很大，轴向场温度很高，电导很大，轴向场强很小强很小的等离子体火花通道（如电源功率足够，则转的等离子体火花通道（如电源功率足够，则转为电弧通道）。为电弧通道）。 电

50、晕放电电晕放电 先导放电先导放电 特点：电子通过通道根部时由于剧烈的摩特点：电子通过通道根部时由于剧烈的摩擦产生的热电离过程擦产生的热电离过程 先导加强了前方电场，引起新的流注，使先导加强了前方电场，引起新的流注，使其进一步伸展并逐级推进其进一步伸展并逐级推进 主放电主放电 当先导贯穿两极，导致沿先导通道向反方当先导贯穿两极，导致沿先导通道向反方向扩展到棒极的主放电和最终击穿向扩展到棒极的主放电和最终击穿总结：长间隙的击穿过程：总结：长间隙的击穿过程：补充：长气隙的预放电补充：长气隙的预放电 当气隙距离较长时，即使所加电压尚远不足以将整个当气隙距离较长时，即使所加电压尚远不足以将整个气隙击穿，也会从曲率半径较小的电极出发，向气隙深处气隙击穿，也会从曲率半径较