1、注理论自持放电条件的比较 (1)汤逊理论：自持放电由阴极过程来维持； 流注理论：依赖于空间光电离。 (2) 系数的物理意义不同。 51 流注发展过程流注发展过程 初始电子崩（电子崩头部电子数达到一定数量） 电场畸变和加强； 电子崩头部正负空间电荷复合； 放射大量光子； 光电离； 崩头处二次电子（光电子）； （向正空间电荷区运动）碰撞游离； 二次电子崩； （二次电子崩电子跑到初崩正空间电荷区域）流注 。 52 本本 节节 重重 点点 1.汤逊放电理论和流注理论的使用范围； 2.汤逊放电描述的电子崩发展过程； 3.电子碰撞游离系数； 4.汤逊理论的自持放电条件及其物理解释 ； 5.巴申定律及其在实
2、际中的应用； 6.流注理论与汤逊理论在考虑放电发展因 素上的不同； 7.流注及其放电的发展过程； 8.流注及自持放电的形成条件。 53 4 4 不均匀电场中的放电过程不均匀电场中的放电过程 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 不均匀电场 放电过程 4.3 极不均匀电场中的击穿过程 4.3.1 电晕放电 4.3.2 极性效应 4.3.3 长间隙放电 54 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 1-击穿电压 2-电晕起始电压 3-放电不稳定区 55 4.1 4.1 电场不均匀程度的划分（续电场不均匀程度的划分（续1 1
3、） 电场越不均匀，击穿电压和电晕起始电压之间的差别 越大； 从放电观点看：电场的不均匀程度可以根据是否存在 稳定的电晕放电来区分； 从电场均匀程度看：可用电场的不均匀系数划分 f4时为极不均匀电场。 Emax：最大场强； Eav： 平均场强 56 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相似，属于流 注击穿，击穿条件就是自持放电条件，无电晕产生。 但稍不均匀电场中场强并非处处相等， 电离系数是 空间坐标x的函数，因此自持放电条件为: 57 4.3 4.3 极不均匀电场中的击穿过程极不均匀电场中的击穿过程 4.3.1 电晕放电 4.3.
4、2 极性效应 4.3.3 长间隙放电 58 4.3.1 4.3.1 电晕放电电晕放电 定义：由于电场强度沿气隙的分布极不均匀，因而当 所加电压达到某一临界值时，曲率半径较小的电极附 近空间的电场强度首先达到了起始场强E0，因而在这 个局部区域出现碰撞电离和电子崩，甚至出现流注， 这种仅仅发生在强场区（小曲率半径电极附近空间） 的局部放电称为电晕放电。 。 特点：电晕放电是极不均匀电场特有的自持放电形式 ，电晕起始电压低于击穿电压，电场越不均匀其差值 越大。 59 4.3.1 4.3.1 电晕放电电晕放电 v不良影响： 能量损耗；通信干扰；化学腐蚀等。 v解决方法： 增大电极曲率半径；采用扩径导
5、线等。 v其它应用： 削弱输电线路雷电冲击或操作冲击电压幅值陡度； 制造臭氧发生器、电晕除尘器等。 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，电晕起始场强近似为 m：导线表面粗糙系数; :空气相对密度； R: 导线半径（cm） 60 4.3.2 4.3.2 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 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 极性有密切的关系。极不均匀电场中的放电存在着明 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： v在两个电极几何形状不同时，极性取决于曲
6、率半径较小的那 个电极的电位符号，如“棒-板”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 上的电位，如“棒-棒”气隙。 61 4.3.2 4.3.2 极性效应（续极性效应（续1 1） （1）自持放电前阶段 正空间电荷削弱棒极附近场强 而加强外部电场，阻止棒极附近 流注形成使电晕起始电压提高； （2）自持放电阶段 空间电荷加强放电区外部空间 的电场，因此当电压进一步提高 时，强场区将逐渐向极板推进至 击穿。 正极性 62 4.3.2 4.3.2 极性效应（续极性效应（续1 1） （1）自持放电前阶段：正空 间电荷加强棒极附近场强而削 弱外部电场，促进棒极附近流 注形成使电晕起
7、始电压降低。 （2）自持放电阶段：空间电 荷削弱放电区外部空间的电场 ，因此当电压进一步提高时， 电晕区不易向外扩展，气隙击 穿将不顺利，因此负极性击穿 电压比正极性高很多，完成击 穿所需时间也长得多。 负极性 63 4.3.2 4.3.2 极性效应（续极性效应（续3 3） 工程实际中，输电线路外绝缘和高压电器的外 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。 因此，考核绝缘冲击特性时应施加正极性的冲 击电压。 因此 ： 64 4.3.3 4.3.3 长间隙放电长间隙放电 65 4.3.3 4.3.3 长间隙放电（续长间隙放电（续1 1） 先导放电 v特点：电子通过通道根部
8、时由于剧烈的摩 擦产生的热电离过程 v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 主放电 v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 66 4.3.3 4.3.3 长间隙放电（续长间隙放电（续2 2） 流注通道电子被阳极吸引 电子浓度 电流 流注中热电离 电导，电流 流注变成高电导的等离子体（先导） 电场新流注先导不断推进。 67 5 5 冲击电压下气隙的击穿特性冲击电压下气隙的击穿特性 5.1 雷电冲击电压下的击穿 5.2 操作冲击电压下的击穿 冲击电压冲击电压 下气隙的下气隙的 击穿特性击穿特性 5.2.1 操作冲击电压的形成 5.1.1 雷电
9、冲击电压标准波形 5.1.2 冲击放电时延 5.1.3 雷电冲击50击穿电压 5.1.4 伏秒特性 5.2.2 操作冲击电压标准波形 5.2.3 操作冲击放电电压的特点 68 5.1 5.1 雷电冲击电压下的击穿雷电冲击电压下的击穿 5.1.1 雷电冲击电压标准波形 5.1.2 冲击放电时延 5.1.3 雷电冲击50击穿电压 5.1.4 伏秒特性 69 5.1.1 5.1.1 雷电冲击电压标准波形雷电冲击电压标准波形 70 5.1.2 5.1.2 冲击放电时延冲击放电时延 冲击电压变化速度很快，作用时间很短（s） ，与稳态电压作用时气隙相比，它的放电时间 就成为关注的重要因素。 实验表明：对气
10、隙施加冲击电压使其击穿不仅 需要足够幅值的电压，有引起电子崩并导致流 注和主放电的有效电子，而且需要一定的电压 作用时间。 71 5.1.2 5.1.2 冲击放电时延（续冲击放电时延（续1 1） 冲击放电的总时间为： 72 5.1.2 5.1.2 冲击放电时延（续冲击放电时延（续2 2） 短气隙中（1cm以下），特别是电场均匀 时，tfts，放电时延主要取决于ts。为 减小ts： v可提高外施电场使气隙中出现有效电子的概 率增加 v可采用人工光源照射，使阴极释放出更多的 电子 较长气隙时，放电时延主要决定于tf，且 电场越不均匀， tf越大 73 5.1.3 5.1.3 雷电冲击雷电冲击505
11、0击穿电压击穿电压 定义：在多次施加同一电压时，其中半数 导致气隙击穿，以此反映气隙的耐受冲击 电压的能力。 特点：(1)在均匀和稍不均匀场中，击穿电 压分散性小， 冲击系数 (2)在极不均匀电场中，由于放电时 延较长，其冲击系数 击穿电压分散性也较大。 74 5.1.4 5.1.4 伏秒特性伏秒特性 75 5.1.4 5.1.4 伏秒特性（续伏秒特性（续1 1） 绘制伏秒特性的方法 保持冲击电压波形不变，逐级升高电压使气隙 发生击穿，记录击穿电压波形，读取击穿电压 值U与击穿时间t。 当电压不很高时击穿一般在波长发生；当电压 很高时，击穿百分比将达100，放电时延大大 缩短，击穿可能发生在波
12、前发生 当击穿发生在波前时，U与t均取击穿时的值； 当击穿发生在波长时， U取波峰值，t取击穿值 50伏秒特性的绘制 76 5.1.4 5.1.4 伏秒特性（续伏秒特性（续2 2） 极不均匀：平均击穿场强低，放电时延长， 曲线上翘； 稍不均匀：平均击穿场强高，放电时延短， 曲线平坦。 因此在避雷器等保护装置中，保护间隙采用 均匀电场，确保在各种电压下保护装置伏秒 特性低于被保护设备。 77 5.1.4 5.1.4 伏秒特性（续伏秒特性（续3 3） 伏秒特性在绝缘配合中的应用 78 5.2 5.2 操作冲击电压下的击穿操作冲击电压下的击穿 5.2.1 操作冲击电压的形成 5.2.2 操作冲击电压
13、标准波形 5.2.3 操作冲击放电电压的特点 79 5.2.1 5.2.1 操作冲击电压的形成操作冲击电压的形成 电力系统的输电线及电气设备都有各自的电感 和电容，由于系统运行状态的突变（正常或故 障）将导致电感和电容元件间电磁能的互相转 换，引起振荡性的过渡过程 过渡过程会在电气设备或局部电网上造成远远 超过正常运行的电压，称为操作过电压 操作过电压幅值与波形跟电力系统的参数有密 切关系，由于其过渡过程的振荡基值是系统运 行电压，因此电压等级越高，操作过电压幅值 越高，最高可达到最大相电压峰值的34倍 80 5.2.2 5.2.2 操作冲击电压标准波形操作冲击电压标准波形 81 5.2.3
14、5.2.3 操作冲击放电电压的特点操作冲击放电电压的特点 均匀场和稍不均匀场中 v操作冲击电压的作用时间介于工频电压与雷 电冲击电压之间。 v操作冲击50%冲击放电电压U50、直流放电电 压、工频放电电压等峰值几乎相同，分散性 不大，击穿发生在波前部分，与半峰时间无 关。 极不均匀场中 操作冲击表现出许多不同的特点 82 5.2.3 5.2.3 操作冲击放电电压的特点（续操作冲击放电电压的特点（续1 1） vU形曲线 左半支： 波前放电时延Ub 右半支： 波前空间电荷迁移范围 电极附近电场Ub 83 5.2.3 5.2.3 操作冲击放电电压的特点（续操作冲击放电电压的特点（续2 2） v极性效
15、应 在不同的电场结构中，正操作冲击50%击穿 电压比负极性低，一般均讨论正极性的情况。 操作冲击击穿电压不仅远低于雷电冲击击穿 电压，在某些波前时间内，甚至比工频击穿电 压还低。 在同极性的雷电冲击标准波作用下，棒-板间 隙的击穿电压比棒-棒间隙时低得不多，而在操 作过电压下，前者比后者低得多 启示：在设计高压电气设备时应尽量 避免出现棒-板间隙 84 5.2.3 5.2.3 操作冲击放电电压的特点（续操作冲击放电电压的特点（续3 3） v饱和现象 原因：长间隙下先导形成后，放电更易发展， 这对于发展特高压输电技术是不利的；而雷电 冲击作用时间太短，其饱和不明显，放电电压 与间隙距离一般呈线性
16、关系。 v分散性大 操作冲击电压下的气隙击穿电压和放电时间的 分散性都比雷电冲击电压大得多。 85 6 6 影响气体放电电压的因素影响气体放电电压的因素 6.1 电场形式对放电电压的影响 6.2 电压波形对放电电压的影响 影响气体放电影响气体放电 电压的因素电压的因素 6.3 大气条件对放电电压的影响 均匀电场 稍不均匀电场 极不均匀电场 直流电压 工频电压 冲击电压 空气密度 湿度 海拔高度 气体性质 86 6.1 6.1 电场形式对放电电压的影响电场形式对放电电压的影响 均匀电场中的击穿电压 击穿电压等于起始放电电压，且无极性效应。 经验公式： d-间隙距离，-空气相对密度 稍不均匀电场中
17、的击穿电压 极性效应：负极性击穿电压略低于正极性 87 6.1 6.1 电场形式对放电电压的影响（续电场形式对放电电压的影响（续1 1） 极不均匀电场中的击穿电压 v工程上常见电场大多数是极不均匀电场 v工程上遇到极不均匀电场时，可由典型电极 的击穿电压来修正绝缘距离，对称电场参照“ 棒棒”电极数据；不对称电场可参照“棒 板”电极数据 v放电的分散性大，且极性效应明显 88 6.2 6.2 电压波形对放电电压的影响电压波形对放电电压的影响 均匀电场中 不同电压波形下击穿电压(峰值)相同，放电分 散性小 稍不均匀电场中 不同电压波形下击穿电压基本相同，放电分散 性不大，极性效应不显著 极不均匀电
18、场中 直流、工频及冲击电压间差别明显 89 6.2 6.2 电压波形对放电电压的影响（续电压波形对放电电压的影响（续1 1） v直流电压下的击穿电压 棒-板间隙存在极性效应 棒-棒电极击穿电压介于 不同极性棒-板之间 90 6.2 6.2 电压波形对放电电压的影响（续电压波形对放电电压的影响（续2 2） v工频电压下的击穿电压 无论棒-棒或棒-板电极 击穿都发生在正半周峰 值附近，分散性不大； 当间隙距离不太大时， 击穿电压与间隙距离呈 线性关系；当间隙距离 很大时，平均击穿场强 明显降低，呈现出饱和 现象 91 6.2 6.2 电压波形对放电电压的影响（续电压波形对放电电压的影响（续3 3）
19、 v冲击电压下的击穿电压 雷电冲击击穿电压与 距离呈正比，无饱和； 操作冲击电压有明显 的极性效应和饱和现象 92 6.3 6.3 大气条件对放电电压的影响大气条件对放电电压的影响 不同大气条件下测得的击穿电压必须换算到统 一的参考条件下才能进行比较； 我国规定的标准大气条件为：压力：101.3kPa ；温度：20；绝对湿度：11g/m3 实际试验条件下的击穿电压和标准大气条件下 的击穿电压可通过相应的校正系数换算： Kd为空气密度校正系数 Kh为湿度校正系数 93 6.3 6.3 大气条件对放电电压的影响（续大气条件对放电电压的影响（续1 1） 对空气密度的校正 对湿度的校正 在极不均匀场中
20、 对海拔高度的校正 气体性质对放电电压的影响 94 7 7 提高气体介质电气强度的方法提高气体介质电气强度的方法 7.1.1 改进电极形状 7.2.1 高气压的采用 7.1 改善电场分布 7.2 削弱或抑制电离过程 提高气体介提高气体介 质电气强度质电气强度 的方法的方法 7.1.2 空间电荷的利用 7.1.3 极不均匀电场中屏障的采用 7.2.2 高真空的采用 7.2.3 高电气强度气体 （SF6）的采用 95 7.1 7.1 改善电场分布改善电场分布 7.1.1 改进电极形状 7.1.2 空间电荷的利用 7.1.3 极不均匀电场中屏障的采用 96 7.1.1 7.1.1 改进电极形状改进电
21、极形状 一般说来，电场分布越均匀，平均击穿场 强越高 改进电极形状、增大电极曲率半径，可以 改善电场分布，提高间隙击穿电压 电极表面尽量避免毛刺、棱角等以消除电 场局部增强的现象 如不可避免出现极不均匀电场，则尽可能 采用对称电场（棒-棒电极） 97 7.1.1 7.1.1 改进电极形状（续改进电极形状（续1 1） 98 7.1.2 7.1.2 空间电荷的利用空间电荷的利用 极不均匀电场中间隙被击穿前先发生电晕 现象，所以在一定条件下，可以利用放电 产生的空间电荷来改善电场分布，提高击 穿电压。 例如：导线与平板间隙中，导线直径很小 时，导线周围容易形成比较均匀的电晕层 ，由于电晕层比较均匀，
22、电场分布改善， 提高了击穿电压 99 7.1.3 7.1.3 极不均匀电场中屏障的采用极不均匀电场中屏障的采用 在极不均匀电场中，放入薄片固体绝缘材 料，在一定条件下可以显著提高间隙的击 穿电压 例如：正针-板电极中设置屏障后，正离子 将在屏障上集聚，由于同号排斥作用，正 离子沿屏障表面均匀分布，在屏障前方从 而形成较均匀的电场，改善了电场分布， 提高了击穿电压 100 7.2 7.2 削弱或抑制电离过程削弱或抑制电离过程 7.2.1 高气压的采用 7.2.2 高真空的采用 7.2.3 高电气强度气体（SF6）的采用 101 7.2.1 7.2.1 高气压的采用高气压的采用 采用高气压可以减少电子的平均自由行程
