流注先导主放电

1、流注先导主放电第1页，共42页，2022年，5月20日，1点34分，星期五第2讲回顾带电粒子的产生与消失汤逊理论巴申定律的解释汤逊理论的适用范围2第2页，共42页，2022年，5月20日，1点34分，星期五3第 3 讲 气体电介质的绝缘特性（二）第3页，共42页，2022年，5月20日，1点34分，星期五1.2.5 流注理论在高气压长间隙条件下的气体放电理论 特点：认为电子碰撞电离及空间光电离是维持自持放电的主要因素，并强调了空间电荷畸变电场的作用 通过大量的实验研究（主要在电离室中进行的）说明放电发展的机理 4第4页，共42页，2022年，5月20日，1点34分，星期五电子崩阶段 空间电荷畸

2、变外电场 流注阶段 光电离形成二次电子崩，等离子体 5第5页，共42页，2022年，5月20日，1点34分，星期五（1） 电子崩阶段6（a）初始电子崩阳极侧电子崩数目多正空间电荷加强了原电场，同时向周围放射出大量光子 （一）流注理论第6页，共42页，2022年，5月20日，1点34分，星期五（b）二次电子崩 光子使附近的气体因光电离而产生二次电子 它们在由正空间电荷所引起的畸变和加强了的局部电场作用下，又形成新的电子崩，即二次电子崩 7第7页，共42页，2022年，5月20日，1点34分，星期五（2）流注的形成和发展二次电子崩中的电子初始电子崩的正空间电荷混合通道（流注）。流注通道二次崩留下的

3、正电荷，大大加强了流注发展方向的电场，产生新电子崩，从而使流注向前发展 8第8页，共42页，2022年，5月20日，1点34分，星期五（3）间隙的击穿流注不断向阴极推进，头部电场越来越强，因而其发展也越快流注发展到阴极，间隙被导电良好的等离子通道所贯通间隙击穿 9第9页，共42页，2022年，5月20日，1点34分，星期五在电离室中得到的初始电子崩照片图a和图b的时间间隔为110-7秒 p=270毫米汞柱，E=10.5千伏/厘米 10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1.25107cm/s第10页，共42页，2022年，5月20日，1点3

4、4分，星期五在电离室中得到的阳极流注发展过段的照片正流注的发展速度约为11082108cm/s11第11页，共42页，2022年，5月20日，1点34分，星期五自持放电条件形成流注空间光电离维持放电（自持放电）如果电场均匀，间隙就将被击穿。所以流注形成的条件就是自持放电条件，在均匀电场中也就是导致击穿的条件。流注形成的条件：足够的空间光游离较多的初始电子崩（电子崩积累到一定的数量）12第12页，共42页，2022年，5月20日，1点34分，星期五（二）流注理论对高气压、长间隙（pd很大）放电现象的解释 1放电外形 具有通道形式 流注前方随着其向前发展而更为增强多流注之间互相抑制发展二次电子崩在

5、空间的形成和发展带有统计性，所以火花通道常是曲折的，并带有分枝。电子崩则不然，由于其中电荷密度较小，故电场强度还不大，因而不致影响到邻近空间内的电场，所以不会影响其它电子崩的发展13第13页，共42页，2022年，5月20日，1点34分，星期五14树枝状放电与放电发展的抑制第14页，共42页，2022年，5月20日，1点34分，星期五2放电时间 二次电子崩由光电离形成，所以流注发展速度极快放电时间特别短3阴极材料的影响 维持放电靠光电离，而不是阴极表面的电离过程，与材料无关15第15页，共42页，2022年，5月20日，1点34分，星期五 在Pd值较小时，起始电子不可能在穿越极间距离后完成足够

6、多的碰撞电离次数，因而难以聚积到足够的电子数，这样就不可能出现流注，放电的自持只能依靠阴极上的过程。16第16页，共42页，2022年，5月20日，1点34分，星期五1.3 不均匀电场中气体的击穿17d2D，电场还比较均匀，其放电特性与均匀电场相似，一旦出现自持放电，立即导致整个气隙击穿。放电达到自持时，在整个间隙中部巳达到相当数值。这时和均匀电场中情况类似 。1.3.1 稍不均匀场和极不均匀场的放电特点1 击穿电压2 电晕起始电压3 放电不稳定区第17页，共42页，2022年，5月20日，1点34分，星期五d 4D，电场分布极不均匀，存在电晕放电，电晕起始电压。 外加电压进一步增大，表面电晕

7、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。18当大曲率电极附近很小范围内已达相当数值时，间隙中大部分区域值都仍然很小，放电达到自持放电后，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。第18页，共42页，2022年，5月20日，1点34分，星期五19d2D 4D，属于过渡区域，不稳定电晕，转为火花放电。当大曲率电极附近达到足够数值时，间隙中很大一部分区域也都已达相当数值，流注一经产生，随即发展至贯通整个间隙，导致间隙完全击穿 第19页，共42页，2022年，5月20日，1点34分，星期五20电场不均匀系数 ff4时，极不均匀电场第20页，共42页，2022

8、年，5月20日，1点34分，星期五1.3.2 电晕放电现象电晕放电现象电离区的放电过程造成。强电场电子崩复合光辐射咝咝的声音，臭氧的气味，微弱的晕光，回路电流明显增加(绝对值仍很小)，可以测量到能量损失21第21页，共42页，2022年，5月20日，1点34分，星期五22电晕起始电压和电晕起始场强 是一种自持放电形式，起始电压在原理上可由自持放电条件求得 E0的经验公式m导线表面的粗糙系数。光滑导线m=1, 一般导线m=0.820.9,对绞线局部电晕 m=0.72 第22页，共42页，2022年，5月20日，1点34分，星期五电晕电流与能量23(a) 时间刻度T=125s(b) 0.7A电晕电

9、流平均值(c) 2A电晕电流平均值电晕电流比较小，但比泄漏电流要大得多。空间电荷的运动需要电源供给能量,输电线路电晕损耗的主要部分，而使空气电离所消耗的能量则比较小。 第23页，共42页，2022年，5月20日，1点34分，星期五电晕的起始阶段一系列短促的陡脉冲组成。电离产生的与导线同号的电荷,导致电离停止。脉冲电流将产生电磁波传播到空间造成无线电干扰，24第24页，共42页，2022年，5月20日，1点34分，星期五25输电线路的电晕还与导线的表面状况及天气状况有关。导线表面曲率大小影响。雨、雪、霜等坏天气时，电晕损耗急剧增加。水滴电场作用变成锥形第25页，共42页，2022年，5月20日，

10、1点34分，星期五26对于500750kV的超高压输电线路，在天气好时电晕损耗一般不超过几个W/km，而在坏天气时，可以达到100 W/km以上。因此在设计超高压线路时，需要根据不同天气条件下电晕损耗的实测数据和线路参数，以及沿线路各种气象条件的出现概率等对线路的电晕损耗进行估算。 第26页，共42页，2022年，5月20日，1点34分，星期五27随着输电电压的提高，电晕问题也越来越突出。导体表面电场减小电晕的方法第27页，共42页，2022年，5月20日，1点34分，星期五降低导线表面场强的方法：增大线间距离D或增大导线半径r。一般采取适当增大导线直径的办法为节省导线材料，通常采用分裂导线的

11、解决办法，即每相导线由2根或2根以上的导线组成。使得导线表面场强得以降低。28第28页，共42页，2022年，5月20日，1点34分，星期五电晕影响的两面性不利影响 ：能量损失；放电脉冲引起的高频电磁波干扰；化学反应引起的腐蚀作用等 。 有利方面：电晕可削弱输电线上雷电冲击电压波的幅值及陡度；利用电晕放电改善电场分布，提高击穿电压 ；利用电晕放电除尘与臭氧发生器等 。29第29页，共42页，2022年，5月20日，1点34分，星期五30线板气隙中不同直径导线的工频击穿电压与d的关系点划线均匀电场；虚线正尖负板电场；1D=0.5mm；2D=3mm；3D=16mm；4D=20mm第30页，共42页

12、，2022年，5月20日，1点34分，星期五1.3.3 极不均匀场中的放电过程31一、非自持放电阶段电子崩产生阳极积聚正电荷第31页，共42页，2022年，5月20日，1点34分，星期五32二、流注发展阶段头部电场增强新电子崩流注前移第32页，共42页，2022年，5月20日，1点34分，星期五三、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。 33第33页，共42页，2022年，5月20日，1点34分，星期五34流注根部温度升高热电离过程先导通道

13、电离加强，更为明亮电导增大轴向场强更低发展速度更快长空气间隙的平均击穿场强远低于短间隙 第34页，共42页，2022年，5月20日，1点34分，星期五35四、主放电过程 先导头部达到板极。小间隙中的高场强引起强烈电离，带电粒子激增。强电离区迅速向阳极传播主放电过程。主放电通道贯穿电极间隙击穿。特点：由于其头部场强极大，所以主放电通道发展速度及电导都远大于先导通道。第35页，共42页，2022年，5月20日，1点34分，星期五36主放电通道主放电和先导通道的交界区先导通道 第36页，共42页，2022年，5月20日，1点34分，星期五先导的发展37正棒负板间隙中先导通道的发展（）先导和其头部的流

14、注；（）流注头部电子崩的形成；（）由流注转变为先导和形成流注；（）流注头部电子崩的形成；（）沿着先导和空气间隙电场强度的分布 第37页，共42页，2022年，5月20日，1点34分，星期五1.3.4 极不均匀场中的极性效应正棒负板38第38页，共42页，2022年，5月20日，1点34分，星期五电子运动速度快，迅速进入棒极；棒极附近积聚起正空间电荷，削弱了棒极附近的电场强度而加强了正离子群外部空间的电场结果：（1）使电晕起始电压提高。（2）外部空间电场加强，有利于流注的发展，因此击穿电压较低。 39第39页，共42页，2022年，5月20日，1点34分，星期五负棒正板40第40页，共42页，2022年，5月20日