不均匀电场放电讲解学习.ppt

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1、不均匀电场放电4.1 电场不均匀程度的划分4.2 稍不均匀电场中的击穿过程4.3 极不均匀电场中的击穿过程4.1 4.1 电场不均匀程度的划分电场不均匀程度的划分球隙的放电特性与极间距离的关系球隙的放电特性与极间距离的关系球隙的放电特性与极间距离的关系球隙的放电特性与极间距离的关系1-1-击穿电压击穿电压 2-2-电晕起始电压电晕起始电压 3-3-过渡区域过渡区域从放电现象上看从放电现象上看从放电现象上看从放电现象上看：电场均匀时电场均匀时电场均匀时电场均匀时：间隙击穿前，看：间隙击穿前，看：间隙击穿前，看：间隙击穿前，看不到放电痕迹，间隙中的电流不到放电痕迹，间隙中的电流不到放电痕迹，间隙中

2、的电流不到放电痕迹，间隙中的电流极小；极小；极小；极小；电场不均匀时电场不均匀时电场不均匀时电场不均匀时，当电压还明显，当电压还明显，当电压还明显，当电压还明显低于击穿电压时，在电场局部低于击穿电压时，在电场局部低于击穿电压时，在电场局部低于击穿电压时，在电场局部增强的区域出现白紫色晕光，增强的区域出现白紫色晕光，增强的区域出现白紫色晕光，增强的区域出现白紫色晕光，可听到咝咝声，放电电流可以可听到咝咝声，放电电流可以可听到咝咝声，放电电流可以可听到咝咝声，放电电流可以测到，但仍很小，间隙还保持测到，但仍很小，间隙还保持测到，但仍很小，间隙还保持测到，但仍很小，间隙还保持绝缘性能。这种局部放电的

3、现绝缘性能。这种局部放电的现绝缘性能。这种局部放电的现绝缘性能。这种局部放电的现象称为象称为象称为象称为电晕放电电晕放电电晕放电电晕放电。刚出现电晕放电时的电压电刚出现电晕放电时的电压电刚出现电晕放电时的电压电刚出现电晕放电时的电压电晕起始电压晕起始电压晕起始电压晕起始电压电晕放电不稳定，击穿电压分散性很大电晕放电不稳定，击穿电压分散性很大稍不均匀电场和极不均匀电场的放电特点1以球-球不均匀电场为例d=4D时，电场分布极不均匀。极间电压达到某一临界值时，球极出现蓝紫色的晕光，伴随“咝咝”声称这种局部放电为电晕放电，称临界电压为电晕起始电压。电晕是放电的一种。外加电压增大，电极表面电晕层随之扩大

4、，出现刷状细火花，最终击穿2Dd4D时，过渡区域。随电压升高会出现电晕，但不稳定，球隙立刻转为火花放电极不均匀电场中，电晕起始电压击穿电压。电场越不均匀，二者的差别也越大Dd电电场场越越不不均均匀匀，击击穿穿电电压压和和电电晕晕起起始始电电压压之之间间的的差差别别越越大大，从从放放电电观观点点看看：电电场场的的不不均均匀匀程程度度可可以以根根据据是是否否存存在在稳稳定定的的电晕放电来区分；电晕放电来区分；为为了了定定量量描描述述各各种种结结构构的的电电场场不不均均匀匀程程度度，可可引引入入一一个个电电场场不均匀系数不均匀系数f，表示为：，表示为：Emax:最大电场强度最大电场强度;Eav:平均

5、电场强度平均电场强度,f4属不均匀电场属不均匀电场。4.2 4.2 稍不均匀电场中的击穿过程稍不均匀电场中的击穿过程稍不均匀电场中的放电过程与均匀电场稍不均匀电场中的放电过程与均匀电场相似相似，属于，属于流注击穿，击穿条件就是自持放电条件，流注击穿，击穿条件就是自持放电条件，无电晕产无电晕产生。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，电离系数电离系数是空间坐标是空间坐标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：相相同同极极间间距距离离时时，稍稍不不均均匀匀场场气气隙隙的的击击穿穿电电压压小于均匀场气隙小于均匀场气隙4.3 极不均匀电场中的击穿过程

6、4.3.1 电晕放电4.3.2 极性效应4.3.3 长间隙放电过程两大两大特点特点极不均匀电场中的电晕放电现象（1）极不均匀电场中的电晕放电现象（2）4.3.1 4.3.1 电晕放电电晕放电定义定义：电场极不均匀时，在大曲率电极附近很薄一层空气中具备：电场极不均匀时，在大曲率电极附近很薄一层空气中具备自持自持放电放电条件，放电仅局限在大曲率电极周围条件，放电仅局限在大曲率电极周围很小范围很小范围内，而整个气隙内，而整个气隙尚未击穿尚未击穿。电晕放电也就是局部流注放电。电晕放电也就是局部流注放电。特点特点：电晕放电是极不均匀电场特有的自持放电形式，：电晕放电是极不均匀电场特有的自持放电形式，电晕

7、起始电压电晕起始电压(Uc)低于击穿电压低于击穿电压(Ub)，电场越不均匀其差值越大。，电场越不均匀其差值越大。电晕放电的起始电压一般用经验公式来推算，应用最广的是电晕放电的起始电压一般用经验公式来推算，应用最广的是皮克公式皮克公式，电晕起始场强近似为：电晕起始场强近似为：同直径的两根平行园导线同直径的两根平行园导线电晕起始电压可由电晕起始电压可由Ec求得。对于离地高度为求得。对于离地高度为h的单向的单向导线可写出导线可写出对于三相输电导线，上式中的对于三相输电导线，上式中的Uc代表相电压，代表相电压，d为导线为导线的几何均距。的几何均距。对于距离为对于距离为d的两根平行导线（的两根平行导线（

8、d 远大于远大于 r）则可写出）则可写出极不均匀电场中的电晕放电现象（4）以导线-板气隙为例。不同直径D导线工频击穿电压与极间距离d的关系。观察图1-8，得到：击穿电压排序（由高到低）：均匀场D最小较小较大最大尖-板D在厘米级时，击穿电压大于棒（尖）-板气隙，二者相近。D为0.5mm时，击穿电压略小于均匀场，二者接近。发现什么问题？极不均匀电场中的电晕放电现象矛盾矛盾：D越小，电场越不均匀，应该越接近尖越小，电场越不均匀，应该越接近尖-板，实际却远离尖板，实际却远离尖-板板而接近均匀场？而接近均匀场？D较大时，局部毛刺（类似于尖）先出现刷状放电，与尖较大时，局部毛刺（类似于尖）先出现刷状放电，

9、与尖-板接近板接近D较小时，电晕放电形成的均匀电晕层，改善了电场分布，提高击穿电较小时，电晕放电形成的均匀电晕层，改善了电场分布，提高击穿电压压电晕起始电压、击穿电压，以及二者与电场不均匀程度的变化关系电晕起始电压、击穿电压，以及二者与电场不均匀程度的变化关系电晕起始电压：电场越不均匀，越低电晕起始电压：电场越不均匀，越低击穿电压：电场越不均匀，越低击穿电压：电场越不均匀，越低电场越不均匀，电晕起始电压与击穿电压的差越大电场越不均匀，电晕起始电压与击穿电压的差越大重要结论重要结论：某些情况下，可利用电晕放电的空间电荷来改善极不均：某些情况下，可利用电晕放电的空间电荷来改善极不均匀电场的分布，以

10、提高击穿电压。匀电场的分布，以提高击穿电压。同等情况下，击穿电压与电场均匀度的关系：均匀场最高，不均匀同等情况下，击穿电压与电场均匀度的关系：均匀场最高，不均匀度越强击穿电压越小度越强击穿电压越小在雨、雪、雾天气时，在较低的电压和电场强度下就会出现电晕放在雨、雪、雾天气时，在较低的电压和电场强度下就会出现电晕放电电导线表面的水滴在强电场和重力的作用下，将克服本身的表面张力而被导线表面的水滴在强电场和重力的作用下，将克服本身的表面张力而被拉成锥形，从而使导线表面的电场发生变化拉成锥形，从而使导线表面的电场发生变化电晕放电产生的影响电晕放电产生的影响：负面影响负面影响负面影响负面影响电电晕晕放放电

11、电引引起起的的光光、声声、热热等等效效应应使使空空气气发发生生化化学学反反应应，都都会会消消耗耗一一定定的的能能量量。电电晕晕损损耗耗是是超超高高压压输输电电线线路路设设计计时时必必须须考考虑虑的的因因素素，坏天气时电晕损耗要比好天气时大得多。坏天气时电晕损耗要比好天气时大得多。电电晕晕放放电电中中，由由于于电电子子崩崩和和流流注注不不断断消消失失和和重重新新出出现现所所造造成成的的放放电电脉冲会产生高频电磁波，从而对无线电和电视广播产生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。干扰。电晕放电还会产生可听电晕放电还会产生可听噪声噪声，并有可能超出环境保护所容许的标准。，并有可能超出

12、环境保护所容许的标准。方法方法：增大电极曲率半径；采用扩径导线等：增大电极曲率半径；采用扩径导线等高电压工程基础改进电极形状，增大电极曲率半径，如采用均压环，屏蔽改进电极形状，增大电极曲率半径，如采用均压环，屏蔽环；采用扩径导线，载流量不大的场合，采用空心薄壳扩环；采用扩径导线，载流量不大的场合，采用空心薄壳扩大尺寸的球面和旋转椭圆等形式电极。大尺寸的球面和旋转椭圆等形式电极。在选择导线的结构和尺寸时，应使好天气时电晕损耗接近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。于零，对无线电和电视的干扰应限制到容许水平以下。对于超高压和特高压线路的

13、分裂导线来说，找到最佳的分对于超高压和特高压线路的分裂导线来说，找到最佳的分裂距，使导线表面最大电场强度值最小。裂距，使导线表面最大电场强度值最小。降低电晕的方法：降低电晕的方法：从根本上设法限制和降低导线的表面电场强度。从根本上设法限制和降低导线的表面电场强度。有利的一面有利的一面：在在输输电电线线上上传传播播的的雷雷电电电电压压波波因因电电晕晕放放电电而而衰衰减减其其幅幅值和值和降低降低其波前陡度。其波前陡度。操作过电压的幅值也会受到电晕的抑制。操作过电压的幅值也会受到电晕的抑制。电电晕晕放放电电还还在在除除尘尘器器、静静电电喷喷涂涂装装置置、臭臭氧氧发发生生器器等等工业设施中得到广泛应用

14、。工业设施中得到广泛应用。在极不均匀电场中，放电一定从曲率半在极不均匀电场中，放电一定从曲率半径较小的那个电极表面开始，与该电极径较小的那个电极表面开始，与该电极极性无关。极性无关。但但放电的放电的发展过程发展过程、气隙的、气隙的电气强度电气强度、放电电压放电电压等都与该电极的极等都与该电极的极性有密切的关系。性有密切的关系。极不均匀电场中的放极不均匀电场中的放电存在着明显的电存在着明显的极性效应。极性效应。4.3.2 4.3.2 极性效应极性效应决定极性要看表面电场较强的那个决定极性要看表面电场较强的那个电极电极所具有的所具有的电电位符号位符号：在两个电极几何形状不同时，极性取决于曲率半径在

15、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，如较小的那个电极的电位符号，如“棒棒-板板”气隙。气隙。在两个电极几何形状相同时，极性取决于不接地的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，如那个电极上的电位，如“棒棒-棒棒”气隙。气隙。下下面面以以典典型型的的极极不不均均匀匀电电场场-“棒棒-板板”气气隙隙为为例，从例，从流注理论流注理论的观点出发，说明放电的：的观点出发，说明放电的：发展过程发展过程极性效应极性效应 （一）正极性（一）正极性 如图所示，棒极带正如图所示，棒极带正电位时，电子崩头部电位时，电子崩头部的电子到达棒极后即的电子到达棒极后即将

16、被中和，棒极附近将被中和，棒极附近强场区内的电晕放电强场区内的电晕放电将在棒极附近空间留将在棒极附近空间留下许多下许多正离子正离子。电晕起始阶段电晕起始阶段这些正离子虽朝板极这些正离子虽朝板极移动，但速度很慢而移动，但速度很慢而暂留在棒极附近。暂留在棒极附近。这些正空间电荷这些正空间电荷削弱削弱了棒了棒极附近的电场强度，而极附近的电场强度，而加加强强了正离子群外部空间的了正离子群外部空间的电场，因此棒电极附近的电场，因此棒电极附近的放电（电晕）放电（电晕）困难困难，而正，而正离子群外部的放电（击穿）离子群外部的放电（击穿）容易容易。当电压进一步提高，。当电压进一步提高，随着电晕放电区的扩展，随

17、着电晕放电区的扩展，强场区亦将逐渐向板极方强场区亦将逐渐向板极方向推进，因而放电的发展向推进，因而放电的发展是顺利的。是顺利的。空间电荷的空间电荷的空间电荷的空间电荷的影响影响影响影响（二）负极性（二）负极性如如(a)(a)所所示示：棒棒极极负负极极性性时时，电电子子崩崩将将由由棒棒极极表表面面出出发发向向外外发发展展，崩崩头头的的电电子子在在离离开开强强场场（电电晕晕）区区后后，虽虽不不能能再再引引起起碰碰撞撞电电离离，但但仍仍继续往板极运动。继续往板极运动。在图（在图（b b）中：留在棒极）中：留在棒极附近的也是大批正离子，附近的也是大批正离子，这时它们将这时它们将加强加强棒极表面棒极表面

18、附近的电场，而附近的电场，而削弱削弱外围外围空间的电场，电场情况如空间的电场，电场情况如图（图（c c）所示。棒极表面）所示。棒极表面附近的放电（电晕放电）附近的放电（电晕放电）容易容易，而外围空间的放电，而外围空间的放电（击穿）（击穿）困难困难。空间电荷的空间电荷的空间电荷的空间电荷的影响影响影响影响所以，当电压进一步提高所以，当电压进一步提高时，电晕区不易向外扩展，时，电晕区不易向外扩展，整个气隙放电发展将是整个气隙放电发展将是不不顺利顺利的，因而的，因而这时气隙的这时气隙的放电电压要比正极性时高放电电压要比正极性时高得多得多，完成放电过程所需，完成放电过程所需的时间也要比正极性时长的时间

19、也要比正极性时长得多。得多。非自持放电阶段非自持放电阶段正正极极性性：正正空空间间电电荷荷削削弱弱棒棒极极附附近近场场强强而而加加强强外外部部电电场场，阻阻止棒极附近流注形成使止棒极附近流注形成使电晕起始电压提高电晕起始电压提高；负负极极性性：正正空空间间电电荷荷加加强强棒棒极极附附近近场场强强而而削削弱弱外外部部电电场场，促促进棒极附近流注形成使进棒极附近流注形成使电晕起始电压降低电晕起始电压降低。流注发展阶段流注发展阶段正正极极性性：空空间间电电荷荷加加强强放放电电区区外外部部空空间间的的电电场场，因因此此当当电电压压进进一一步步提提高高时，强场区将逐渐向极板推进至击穿。时，强场区将逐渐向

20、极板推进至击穿。负负极极性性：空空间间电电荷荷削削弱弱放放电电区区外外部部空空间间的的电电场场，因因此此当当电电压压进进一一步步提提高高时时，电电晕晕区区不不易易向向外外扩扩展展，气气隙隙击击穿穿将将不不顺顺利利，因因此此负负极极性性击击穿穿电电压压比比正极性高很多，完成击穿所需时间也长得多。正极性高很多，完成击穿所需时间也长得多。结论：结论：在相同间隙下在相同间隙下正棒正棒负板负板负棒负棒正板正板电晕起始电压电晕起始电压间隙击穿电压间隙击穿电压 高高 低低 低低 高高工程实际中，输电线路外绝缘和高压设备的外绝缘都属于极不均匀电场分布，在交流电压下的击穿都发生在正半波。此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢