2.3_不均匀电场中气体的击穿过程(简)
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气体放电的物理过程—均匀电场中气体击穿
电离形式：
1）、碰撞电离
在电场作用下，电子被加速而获得动能。当电子的 动能满足如下条件时，将引起碰掩电离：
1 2
me ve2
Wi
me——电子的质量， ve——电子的速度；
Wi——气体分子的电离能。 碰撞电离的形成与电场强度和平均自由行程的大小有关
2）光电离
当气体分子受到光辐射时，如光子能量满足下面条件， 将引起光电离，分解成电子和正离子：
生的碰撞电离次数（由电离产生的自由电子数）。
表面电离系数 ：每个正离子碰幢阴极表面平均释放出的自由电子数。
设：一个电子从阴极行走 x 距离产 生的自由电子数为 nnຫໍສະໝຸດ 个电子前进 dx 产生的新电子数为：
自持放电条件：
(eS 1) 1
dn ndx,或 dn dx
n 所以：一个电子从阴极到阳极产生
h Wi
h — 普朗克常数 h＝6.62 x 10-27尔格·秒。
— 频率（光是频率不同的电磁辐射，也具有 粒子性，称为光子）
导致气体光电离的光子可以由自然界（如空中的紫 外线、宇宙射线等）或人为照射（如紫外线、x 射线 等）提供，也可以由气体放电过程本身产生。
3）热电离
一切因气体热状态引起的电离过程称为热电离。 包括： •随着温度升高气体分子动能增加引起的碰撞电离， •高温下高能热辐射光子引起的光电离。
正粒子的迁移率远远小于电子的迁移率
Eex: 外加电场 E’: 正空间电荷与负极板产生的电场 E’’：正空间电荷与负空间电荷产生的电场 E’’’：负空间电荷与正极板产生的电场 E：空间电荷产生的电场与外加电场叠加
后的实际电场
1、正流注的产生
当外施电压为气隙最低击穿电压时
高电压技术——(一)
平行平板电极的电场
《高电压技术》第一讲 30
第一章 气体放电的基本物理过程
第二节 均匀电场中气体击穿的发展过程
1、非自持放电和自持放电
图1-2 测定气体中电 流的回路示意图
图1-3 气体中电流和电压的关 系——伏安特性曲线
《高电压技术》第一讲 31
第一章 气体放电的基本物理过程
实验分析结果
➢ 当U<Ua
2）定性分析： 气压越低， 温度越高，扩散越快。
结论：电子的热运动速度大、自由行程长度大，所以其 扩散速度比离子快得多。
《高电压技术》第一讲 16
第一章 气体放电的基本物理过程
第一节 带电粒子的产生和消失 1.1.2 带电粒子的产生
(1)原子的电离和激励
(2) 电离的四种形式
——按引起电离的外部能量形式不同，分为： 1）光电离 2）热电离 3）碰撞电离 4）电极表面电离
《高电压技术》第一讲 24
第一章 气体放电的基本物理过程
第一节 带电粒子的产生和消失
1.1.3 负离子的产生
➢ 附 着： 当电子与气体分子碰撞时，不但有可能引起碰撞电离而产
生出正离子和新电子，而且也可能会发生电子与中性分子 相结合形成负离子的情况。 ➢ 负离子产生的作用
负离子的形成并未使气体中带电粒子的数目改变，但却能 使自由电子数减少，因而对气体放电的发展起抑制作用。
定义：电子或离子与气体分子碰撞，将电场能传递给气体分子
引起的电离。它是气体中产生带电粒子的最重要的方式，主要是 由电子完成。
条件：电子获得加速后和气体分子碰撞时，把动能传给后者，
如果动能大于或等于气体分子的电离能Wi，该电子就有足够的能 量完成碰撞电离。碰撞电离时应满足以下条件：
《高电压技术》第一讲 30
第一章 气体放电的基本物理过程
第二节 均匀电场中气体击穿的发展过程
1、非自持放电和自持放电
图1-2 测定气体中电 流的回路示意图
图1-3 气体中电流和电压的关 系——伏安特性曲线
《高电压技术》第一讲 31
第一章 气体放电的基本物理过程
实验分析结果
➢ 当U<Ua
2）定性分析： 气压越低， 温度越高，扩散越快。
结论：电子的热运动速度大、自由行程长度大，所以其 扩散速度比离子快得多。
《高电压技术》第一讲 16
第一章 气体放电的基本物理过程
第一节 带电粒子的产生和消失 1.1.2 带电粒子的产生
(1)原子的电离和激励
(2) 电离的四种形式
——按引起电离的外部能量形式不同，分为： 1）光电离 2）热电离 3）碰撞电离 4）电极表面电离
《高电压技术》第一讲 24
第一章 气体放电的基本物理过程
第一节 带电粒子的产生和消失
1.1.3 负离子的产生
➢ 附 着： 当电子与气体分子碰撞时，不但有可能引起碰撞电离而产
生出正离子和新电子，而且也可能会发生电子与中性分子 相结合形成负离子的情况。 ➢ 负离子产生的作用
负离子的形成并未使气体中带电粒子的数目改变，但却能 使自由电子数减少，因而对气体放电的发展起抑制作用。
定义：电子或离子与气体分子碰撞，将电场能传递给气体分子
引起的电离。它是气体中产生带电粒子的最重要的方式，主要是 由电子完成。
条件：电子获得加速后和气体分子碰撞时，把动能传给后者，
如果动能大于或等于气体分子的电离能Wi，该电子就有足够的能 量完成碰撞电离。碰撞电离时应满足以下条件：
高铁高压供电设备之气体电介质的击穿特性—不均匀电场中的气体放电
不均匀电场中的气体放电
极性效应（棒极的极性）
• 负极性“棒-板”气隙中的电场畸变 • Eex——外电场 • Esp——空间电荷的电场
不均匀电场中的气体放电
01 电场不均匀系数 02 极不均匀电场中的极性效应
不均匀电场中的气体放电
一、电场不均匀系数 均匀电场
削弱了边缘效应的平行板电极。
稍不均匀电场 球隙。
稍不均匀电场 棒-板电极，棒-棒电极电场 Nhomakorabea均匀系数f
f
=
Emax E
av
=1 1<f<2
>4
不均匀电场中的气体放电
二、极不均匀电场中的极性效应
概念 对于电极形状不对称的不均匀电场气隙，如棒-板间隙，棒电极的极性 不同时，间隙的电晕起始电压和击穿电压的大小也不同，这种现象称为 极性效应。
原因 棒电极的极性不同时，间隙中的空间电荷对外电场的畸变作用不同。
不均匀电场中的气体放电
极性效应（棒极的极性）
➢ 正极性“棒-板”气隙中的电场畸变 ➢ Eex——外电场 ➢ Esp——空间电荷的电场
2.3 不均匀电场中气体的击穿过程(简)
棒-棒电极代表对称 的不均匀电场
棒-板电极代表不 对称的不均匀电场
图 不均匀电场的几种典型形式
一、电晕放电
1、电晕的产生 、 极不均匀电场中， 极不均匀电场中，间隙中的最大场强比平均场强 大得多。外加电压比较低的时候，曲率大（ 大得多。外加电压比较低的时候，曲率大（曲率 半径较小） 半径较小）的电极附近电场强度已足够大可引起 强烈的游离，在这局部的强场区形成放电。 强烈的游离，在这局部的强场区形成放电。这种 仅仅发生在强场区的局部放电称为电晕放电 电晕放电。 仅仅发生在强场区的局部放电称为电晕放电。 电晕放电是极不均匀电场特有的自持放电形式。 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。
结论： 结论： a、长间隙的放电通常分为电子崩、流注、先导放电和主放 长间隙的放电通常分为电子崩、流注、 电四个阶段。 电四个阶段。 b、短间隙的放电没有先导放电阶段，只分为电子崩、流注 短间隙的放电没有先导放电阶段，只分为电子崩、 和主放电三个阶段。 和主放电三个阶段。 c、长间隙放电时，炽热的导电通道是在放电发展的过程中 长间隙放电时， 建立的，而不是在整个间隙被流注通道贯穿后建立的， 建立的，而不是在整个间隙被流注通道贯穿后建立的， 先导过程与主放电过程就发展得越充分， 先导过程与主放电过程就发展得越充分，所以长间隙的 远小于短间隙的平均击穿场强 平均击穿场强远小于短间隙的平均击穿场强。 平均击穿场强远小于短间隙的平均击穿场强。
小结
电晕放电。极不均匀电场特有的自持放电。 电晕放电。极不均匀电场特有的自持放电。 极性效应。电极形状不对称的不均匀电场， 极性效应。电极形状不对称的不均匀电场，间隙 的起晕电压和击穿电压与棒电极的极性有关。 的起晕电压和击穿电压与棒电极的极性有关。 短间隙不均匀电场中的放电过程 长间隙不均匀电场中的放电过程
气体击穿理论
一、原子的激励和电离 二、气体中质点的自由行程 三、气体中带电质点的产生 四、金属的表面电离
一、原子的激励和电离
（一）原子的能级
原子结构： 电子具有确定的能量（位能和动能），通常轨道半 径越小，能量越小；电子的能量只能取一系列不连续的确 定值（量子化）；原子的位能（内能）取决于其中电子的 能量，当各电子具有最小的能量，即位于离原子核最近的 各轨道上时，原子的位能最小；正常状态下原子具有最小 位能。当电子从其轨道跃迁到标志着能量更高的离原子核 较远的轨道上时，原子的位能也相应增加，反之亦然。
（一）原子的能级
能级：根据其中电子的能量状态，原子具有一系列 可取的确定的能量状态，称为原子的能级。
电子伏（eV）：微观系统中的能量单位为电子伏； 1 eV的能量相当于一个电子在电场作用下行经1V电位差 所获得的能量。电子的电荷为1.610-19C。所以：
（二）原子的激励
激励：在外界因素作用下，原子中的电子从较低能 级跃迁到较高能级的过程。
强的外电场使阴极放射出电子，称为场致发射或冷发射。 由于场致发射所需外电场极强，在107 V/cm数量级，
所以在一般气体间隙的击穿过程中不会发生。（高气压、 高真空） （四）热电子放射
热电子放射：阴极达到很高温度时，其中电子可获得 巨大动能而逸出金属，称为热电子放射。
第三节 带电质点的消失
三种方式： 1、带电质点在电场作用下作定向运动，从而消失于
生电荷的传递而互相中和，并还原为原子或分子的过 程称为复合。
带电质点的复合过程中会发生光辐射，这种光辐射 在一定条件下又可能成为导致电离的因素
第四节 均匀电场中气体击穿的发展过程
均匀电场中气体的击穿：汤逊气体放电理论；流注理 论。这两种理论互相补充，可以说明广阔的pd（压力和 极间距离的乘积）范围内气体放电的现象。
一、原子的激励和电离
（一）原子的能级
原子结构： 电子具有确定的能量（位能和动能），通常轨道半 径越小，能量越小；电子的能量只能取一系列不连续的确 定值（量子化）；原子的位能（内能）取决于其中电子的 能量，当各电子具有最小的能量，即位于离原子核最近的 各轨道上时，原子的位能最小；正常状态下原子具有最小 位能。当电子从其轨道跃迁到标志着能量更高的离原子核 较远的轨道上时，原子的位能也相应增加，反之亦然。
（一）原子的能级
能级：根据其中电子的能量状态，原子具有一系列 可取的确定的能量状态，称为原子的能级。
电子伏（eV）：微观系统中的能量单位为电子伏； 1 eV的能量相当于一个电子在电场作用下行经1V电位差 所获得的能量。电子的电荷为1.610-19C。所以：
（二）原子的激励
激励：在外界因素作用下，原子中的电子从较低能 级跃迁到较高能级的过程。
强的外电场使阴极放射出电子，称为场致发射或冷发射。 由于场致发射所需外电场极强，在107 V/cm数量级，
所以在一般气体间隙的击穿过程中不会发生。（高气压、 高真空） （四）热电子放射
热电子放射：阴极达到很高温度时，其中电子可获得 巨大动能而逸出金属，称为热电子放射。
第三节 带电质点的消失
三种方式： 1、带电质点在电场作用下作定向运动，从而消失于
生电荷的传递而互相中和，并还原为原子或分子的过 程称为复合。
带电质点的复合过程中会发生光辐射，这种光辐射 在一定条件下又可能成为导致电离的因素
第四节 均匀电场中气体击穿的发展过程
均匀电场中气体的击穿：汤逊气体放电理论；流注理 论。这两种理论互相补充，可以说明广阔的pd（压力和 极间距离的乘积）范围内气体放电的现象。
2.气体放电的基理论分析-均匀场与不均匀场的放电
3.流注理论
汤逊气体放电理论实在气压较低，pd值较小的条件下进行放电实验的 基础上建立起来的。pd过小或者过大，放电机理出现变化，汤逊理论就不 适用了。当气压是101.3kPa或更高、长气隙pd>>26.66kPa.cm。
电子崩在正常大气下发展若E=30kV/cm则α=11cm^-1我们可以推算出崩头 电子数的表
自由行程超过 平均自由程为λ，则
令
的电子才能与分子发生碰撞电离，若电子的
气体温度不变时，平均自由程与气压成反比
我们将之前推出的气隙击穿条件带入上式中可以推出击穿电压
1.3汤逊理论的核心理论及适用范围
1.汤逊原理中对实验的分析主要以碰撞电离为理论基础 2.汤逊原理的实验环境仅限于短间隙，低气压，大曲率电极， 均匀电场的条件下(pd<26.66kPa.cm[200mmHg.cm]) 3.达到自持放电后的放电型式和特性取决于所加电压的类型、 电场型式、外电路参数、气压和电源容量等条件。 4.汤逊实验中阴极材料对实验影响较大，γ系数会随材料的 变化而变化，因而击穿电压也受到阴极材料影响。
3.
2.2极性效应
正极性
•棒极附近强场区内的电晕 放电将在棒极附近空间留下 许多正离子
•这些正离子虽朝板极移动, 但速度很慢暂留在棒极附近
•这些正空但速度很慢而暂 留在棒极附近，如图间电 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
•负极性
• 崩头的电子在离开强场（电晕）区 后，虽不能再引起新的碰撞电离，但仍 继续往板极运动，而留在棒极附近的也 是大批正离子 • 这时它们将加强棒极表面附近的电 场而削弱外围空间的电场 • 所以，当电压进一步提高时，电晕 区不易向外扩展，整个气隙的击穿将是 不顺利的，因而这时气隙的击穿电压要 比正极性时高得多，完成击穿过程所需 的时间也要比正极性时长得多。 输电线路和电气设备外绝缘的空气间隙大都 属于极不均匀电场的情况，所以在工频高电 压的作用下，击穿均发生在外加电压为正极 性的那半周内；在进行外绝缘的冲击高压试 验时，也往往施加正极性冲击电压，因为这 时的电气强度较低。
2 电介质的击穿特性
电气绝缘 37
二、放电时延
统计时延：从外施电 压达Uo时起，到出现 一个能引起击穿的初 始电子崩所需的第一 个有效电子所需时间 放电形成时延：从出 现第一个有效自由电 子时起，到放电过程 完成所需时间，即电 子崩的形成和发展到 流注等所需的时间
临界 击穿电压
电气绝缘
38
三、50％击穿电压及冲击系数
电气绝缘
34
三、极不均匀电场中的击穿
不对称布置的极不均匀场间隙的极性效应很明显，而且其击穿 的极性效应与稍不均匀场间隙相反。
棒－棒和棒－板空气间隙的工 频 尖－板和尖－尖空气间隙的直流击穿电压 电气绝缘 击穿电压（有效值） 35
第四节、雷电冲击电压下气体间隙的击穿特性
为了检验绝缘耐受雷电冲击电压的能力，在实验室中 可以利用冲击电压发生器产生冲击高压，以模拟雷电 放电引起的过电压。 规定：标准雷电冲击波形：1.2us/50us。（波前时间 1.2us，半峰值时间50us）
3.1 3.9 3.9 5.3
电气绝缘
9
三、气体中带电粒子的消失：去游离
（1）扩散：带电质点从高浓度区域向低浓度区域运动. （2）复合：正离子与负离子相遇而互相中和还原成中性原子
电气绝缘
10
(3)附着效应:气体中负离子的形成
电子与气体分子或原子碰撞时，也有可能发生电子附着过程 而形成负离子，并释放出能量，称为电子亲合能。电子亲合 能的大小可用来衡量原子捕获一个电子的难易，越大则越易 形成负离子。
1. 50％击穿电压 多次施加电压时有半数会导致击穿的电压值Ub50 。
2. 冲击系数
同一间隙的50％冲击击穿电压与工频击穿电压U~之比 。
电气绝缘
39
四、 伏－秒特性
二、放电时延
统计时延：从外施电 压达Uo时起，到出现 一个能引起击穿的初 始电子崩所需的第一 个有效电子所需时间 放电形成时延：从出 现第一个有效自由电 子时起，到放电过程 完成所需时间，即电 子崩的形成和发展到 流注等所需的时间
临界 击穿电压
电气绝缘
38
三、50％击穿电压及冲击系数
电气绝缘
34
三、极不均匀电场中的击穿
不对称布置的极不均匀场间隙的极性效应很明显，而且其击穿 的极性效应与稍不均匀场间隙相反。
棒－棒和棒－板空气间隙的工 频 尖－板和尖－尖空气间隙的直流击穿电压 电气绝缘 击穿电压（有效值） 35
第四节、雷电冲击电压下气体间隙的击穿特性
为了检验绝缘耐受雷电冲击电压的能力，在实验室中 可以利用冲击电压发生器产生冲击高压，以模拟雷电 放电引起的过电压。 规定：标准雷电冲击波形：1.2us/50us。（波前时间 1.2us，半峰值时间50us）
3.1 3.9 3.9 5.3
电气绝缘
9
三、气体中带电粒子的消失：去游离
（1）扩散：带电质点从高浓度区域向低浓度区域运动. （2）复合：正离子与负离子相遇而互相中和还原成中性原子
电气绝缘
10
(3)附着效应:气体中负离子的形成
电子与气体分子或原子碰撞时，也有可能发生电子附着过程 而形成负离子，并释放出能量，称为电子亲合能。电子亲合 能的大小可用来衡量原子捕获一个电子的难易，越大则越易 形成负离子。
1. 50％击穿电压 多次施加电压时有半数会导致击穿的电压值Ub50 。
2. 冲击系数
同一间隙的50％冲击击穿电压与工频击穿电压U~之比 。
电气绝缘
39
四、 伏－秒特性
高气压下不均匀电场气体击穿的发展过程用电常识
高气压下不均匀电场气体击穿的进展过程- 用电常识一、电场不均匀程度划分电场不均匀系数(电场利用系数)均匀电场f=1,稍不均匀电场f2,极不均匀电场f4同轴圆柱电极半径x点二、极不均匀电场气体电晕放电1.电晕放电现象电晕：极不均匀电场，电压高到肯定程度，空气间障，大曲率电极四周（涨场高）的发光层，像“目晕”，这种放电现象定名为~ 电晕放电形式：起晕电极曲率很大时，电晕层很薄，且比较均匀，放电电流稳定，自持放电是汤逊形式，即电子崩电晕。
流注形式：电压上升，电晕层扩大，个别电子崩形成流注，消灭放电的脉冲现象，转入流注形成电晕放电。
①电极曲率半径加大，则电晕开头就很猛烈，一消灭就形成流注形式②电压上升，个别流注猛烈进展，消灭刷状放电，放电脉冲现象更猛烈，最终贯穿间隙，完全击穿。
③冲击电压下来不及消灭分散的电子崩，一开头就是流注形式。
电晕放电极性效应，尖负电极——规律脉冲尖正电极——不规章，U个，脉冲特性不显著尖—板电极，尖为负，电压逐步上升，民晕电流波形变化阶段：①电压很低，电流微小，平均,波形不规章。
②电压升至肯定值，消灭有规律的重复脉冲电流，③电压连续上升，脉冲幅值不变，频率增高，平均电流加大，④电压连续上升，高频脉冲消逝，持续电晕放电，⑤电压连续上升，临击穿时消灭刷状放电，又消灭不规章的猛烈脉冲电流⑥最终击穿2.空间电荷的作用电晕放电特有的脉冲电流观象由空间电荷造成的。
①电离爆发，电子运动加快，负尖处留下正电荷，电子跑出去了②电子运动至稍远离尖电极处，形成与原电场相反的电场，原电场衰减电子速度下降，易被气体分子捕获形成负离子，造成负空间电荷的积累。
③负空间电荷积累，减弱了尖端处场强，电离停止（脉冲）⑤负空间电荷向外疏散，尖电极处场强重新增大，开头下一次电离。
电压上升，负离子疏散的更快，电场恢复快速，脉冲频率上升电压更主风吹草动，电子快速向外运动，形成负离子，不能使电离中止，脉冲消逝。
电压很高，引起刷状放电，不断形成猛烈流注，脉冲没有规章。
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高压电气绝缘与测试
电气0929-0931班 任课教师 罗旖旎
第三节 不均匀电场中气体的击穿过程
电晕放电
极性效应 极不均匀电场的放电过程
均匀电场是一种少有的特例，在实际电力设 施中常见的却是不均匀电场。 为了描述各种结构的电场不均匀程度离大，击穿电压 主要取决于间隙距离，而与电极形状关系不大。 所以棒—棒电极或棒—板电极作为研究极不均匀 电场放电特性的典型电极。
建立的，而不是在整个间隙被流注通道贯穿后建立的，
先导过程与主放电过程就发展得越充分，所以长间隙的 平均击穿场强远小于短间隙的平均击穿场强。
小结
电晕放电。极不均匀电场特有的自持放电。
极性效应。电极形状不对称的不均匀电场，间隙 的起晕电压和击穿电压与棒电极的极性有关。 短间隙不均匀电场中的放电过程 长间隙不均匀电场中的放电过程
正棒—负板间隙 当电子崩发展到棒极时，电子进入棒极中和。正离子留在 棒极附近以较慢速度向板极运动，正空间电荷使紧贴棒极 附近的电场减弱，不易形成流注，放电难以自持，故起晕 电压高。而正空间电荷加强了朝向板极的电场，有利于流 注向板发展，故击穿电压较低。
负棒—正板
阴极表面游离产生的电子通过强场区形成电子崩，电子向 板极运动进入弱场区后不再引起游离，并大多形成负离子。 因其浓度小，对电场影响小。正空间电荷加强了棒极附近 的电场，易形成自持放电，故起晕电压低。朝向板极方向 的电场被减弱，流注不易发展，故击穿电压较高。
结论：
在间隙距离d相同时
虽然UC(+)＞UC(-)
但 Ub(+)＜Ub(-)
式中 UC——电晕起始电压
Ub——击穿电压
此称为极性效应。
极性决定于表面电场较强的电极所具有的电位符
号：
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“棒-板”
气隙。 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。
三、短间隙不均匀电场中的放电过程
指间隙距离不超过1m的间隙，以棒板间隙为例。 图2-9、2-10。 由于正流注所形成的空间电荷总是加强流注通道 头部前方的电场，所以正流注的发展是连续的， 速度很快。 棒极为负时流注的发展实际上是阶段式的，其平 均速度比正棒极流注小得多，击穿同一间隙所需 的外电压要高得多。
m：导线表面粗糙系数与气象系数的乘积;
δ:空气相对密度； r: 导线半径（cm）
3、电晕放电的效应
（1）电晕电流具有高频脉冲性质，对无线电通讯 产生干扰。
（2）电晕使空气发生化学反应，产生O3、NO、 NO2。 （3）产生能量损耗。电晕损耗是超高压输电线路 设计时必须考虑的因素，坏天气时电晕损耗要比 好天气时大得多。 降低电晕的方法：
电晕放电是极不均匀电场特有的自持放电形式。
电晕放电的现象
薄薄的发光层；
伴有“咝咝”放电声；
发出臭氧气味。
2、电晕放电的起始电压和起始场强
起始电压
开始出现电晕时的电压
起始场强
开始出现电晕时电极表面的场强
输电线路的电晕起始场强与导线半径及空气密 度有关，一般用经验公式来推算，应用最广的是皮 克公式： 0.3 Ec 30m (1 )(kV / cm) r
从根本上设法限制和降低导线的表面电场强度。
二、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。 对于电极形状不对称的不均匀电场气隙，如棒— —板间隙，棒电极的极性不同时，间隙的起晕电 压和击穿电压的大小也不同。这种现象称为极性 效应。
原因：棒电极的极性不同时，间隙中的空间电荷 对外电场的畸变作用不同。
四、长间隙不均匀电场中的放电过程
（d＞1m时） 1.先导放电阶段 具有热游离过程的通道称为先导 通道。 2.主放电阶段 温度更高、电导更大，轴向电场
更小的等离子体火花通道。此时，
间隙接近于短路状态，气隙完全 丧失了绝缘性能。
结论：
a、长间隙的放电通常分为电子崩、流注、先导放电和主放
电四个阶段。 b、短间隙的放电没有先导放电阶段，只分为电子崩、流注 和主放电三个阶段。 c、长间隙放电时，炽热的导电通道是在放电发展的过程中
棒-棒电极代表对称 的不均匀电场
棒-板电极代表不 对称的不均匀电场
图 不均匀电场的几种典型形式
一、电晕放电
1、电晕的产生
极不均匀电场中，间隙中的最大场强比平均场强 大得多。外加电压比较低的时候，曲率大（曲率 半径较小）的电极附近电场强度已足够大可引起 强烈的游离，在这局部的强场区形成放电。这种 仅仅发生在强场区的局部放电称为电晕放电。
电气0929-0931班 任课教师 罗旖旎
第三节 不均匀电场中气体的击穿过程
电晕放电
极性效应 极不均匀电场的放电过程
均匀电场是一种少有的特例，在实际电力设 施中常见的却是不均匀电场。 为了描述各种结构的电场不均匀程度离大，击穿电压 主要取决于间隙距离，而与电极形状关系不大。 所以棒—棒电极或棒—板电极作为研究极不均匀 电场放电特性的典型电极。
建立的，而不是在整个间隙被流注通道贯穿后建立的，
先导过程与主放电过程就发展得越充分，所以长间隙的 平均击穿场强远小于短间隙的平均击穿场强。
小结
电晕放电。极不均匀电场特有的自持放电。
极性效应。电极形状不对称的不均匀电场，间隙 的起晕电压和击穿电压与棒电极的极性有关。 短间隙不均匀电场中的放电过程 长间隙不均匀电场中的放电过程
正棒—负板间隙 当电子崩发展到棒极时，电子进入棒极中和。正离子留在 棒极附近以较慢速度向板极运动，正空间电荷使紧贴棒极 附近的电场减弱，不易形成流注，放电难以自持，故起晕 电压高。而正空间电荷加强了朝向板极的电场，有利于流 注向板发展，故击穿电压较低。
负棒—正板
阴极表面游离产生的电子通过强场区形成电子崩，电子向 板极运动进入弱场区后不再引起游离，并大多形成负离子。 因其浓度小，对电场影响小。正空间电荷加强了棒极附近 的电场，易形成自持放电，故起晕电压低。朝向板极方向 的电场被减弱，流注不易发展，故击穿电压较高。
结论：
在间隙距离d相同时
虽然UC(+)＞UC(-)
但 Ub(+)＜Ub(-)
式中 UC——电晕起始电压
Ub——击穿电压
此称为极性效应。
极性决定于表面电场较强的电极所具有的电位符
号：
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“棒-板”
气隙。 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。
三、短间隙不均匀电场中的放电过程
指间隙距离不超过1m的间隙，以棒板间隙为例。 图2-9、2-10。 由于正流注所形成的空间电荷总是加强流注通道 头部前方的电场，所以正流注的发展是连续的， 速度很快。 棒极为负时流注的发展实际上是阶段式的，其平 均速度比正棒极流注小得多，击穿同一间隙所需 的外电压要高得多。
m：导线表面粗糙系数与气象系数的乘积;
δ:空气相对密度； r: 导线半径（cm）
3、电晕放电的效应
（1）电晕电流具有高频脉冲性质，对无线电通讯 产生干扰。
（2）电晕使空气发生化学反应，产生O3、NO、 NO2。 （3）产生能量损耗。电晕损耗是超高压输电线路 设计时必须考虑的因素，坏天气时电晕损耗要比 好天气时大得多。 降低电晕的方法：
电晕放电是极不均匀电场特有的自持放电形式。
电晕放电的现象
薄薄的发光层；
伴有“咝咝”放电声；
发出臭氧气味。
2、电晕放电的起始电压和起始场强
起始电压
开始出现电晕时的电压
起始场强
开始出现电晕时电极表面的场强
输电线路的电晕起始场强与导线半径及空气密 度有关，一般用经验公式来推算，应用最广的是皮 克公式： 0.3 Ec 30m (1 )(kV / cm) r
从根本上设法限制和降低导线的表面电场强度。
二、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。 对于电极形状不对称的不均匀电场气隙，如棒— —板间隙，棒电极的极性不同时，间隙的起晕电 压和击穿电压的大小也不同。这种现象称为极性 效应。
原因：棒电极的极性不同时，间隙中的空间电荷 对外电场的畸变作用不同。
四、长间隙不均匀电场中的放电过程
（d＞1m时） 1.先导放电阶段 具有热游离过程的通道称为先导 通道。 2.主放电阶段 温度更高、电导更大，轴向电场
更小的等离子体火花通道。此时，
间隙接近于短路状态，气隙完全 丧失了绝缘性能。
结论：
a、长间隙的放电通常分为电子崩、流注、先导放电和主放
电四个阶段。 b、短间隙的放电没有先导放电阶段，只分为电子崩、流注 和主放电三个阶段。 c、长间隙放电时，炽热的导电通道是在放电发展的过程中
棒-棒电极代表对称 的不均匀电场
棒-板电极代表不 对称的不均匀电场
图 不均匀电场的几种典型形式
一、电晕放电
1、电晕的产生
极不均匀电场中，间隙中的最大场强比平均场强 大得多。外加电压比较低的时候，曲率大（曲率 半径较小）的电极附近电场强度已足够大可引起 强烈的游离，在这局部的强场区形成放电。这种 仅仅发生在强场区的局部放电称为电晕放电。