均匀电场与不均匀电场的电气特性_New
不均匀电场放电PPT课件
极不均匀电场中的电晕放电现象
• 矛盾：D越小，电场越不均匀，应该越接近尖-板，实际却远离尖-板 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-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
棒为负极性(流注阶段)： 非自持放电 正空间电荷
E棒附近↑U外>Uc
大量分散 电子崩
负流注
棒半径↑
E↓ U外↑ 新电子崩
流注伸长
Ub () Ub ()
• 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。
结论：
在相同间隙下
正棒—负板
电晕起始电压
Uc () Uc ()
流注发展阶段
– 正极性：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。
– 负极性：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。
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 (Uc)低于击穿电压(Ub)，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，应用最广的是皮克公式， 电晕起始场强近似为：同直径的两根平行园导线
电晕起始电压可由Ec求得。对于离地高度为h的单向 导线可写出
高度为h的单根导线：U c
非均匀电场中空气间隙的击穿场强
非均匀电场中空气间隙的击穿场强1. 引言在电气工程领域，非均匀电场中空气间隙的击穿场强是一个非常重要的概念。
它涉及到电场强度和介质击穿的关系，对于电力设备的设计和运行具有重要意义。
本文将从电场的基本概念开始，逐步深入探讨非均匀电场中空气间隙的击穿场强，以帮助读者更深入地理解这一话题。
2. 电场的基本概念电场是由电荷引起的力场，其强度大小和方向可以通过电场强度来描述。
在均匀电场中，电场强度是恒定的，但在非均匀电场中，电场强度会随着位置的不同而变化。
当介质中存在空气间隙时，电场的分布会更加复杂，这就涉及到了击穿场强的概念。
3. 非均匀电场中的空气间隙在电气设备中，空气间隙是不可避免的。
当电场作用于空气间隙时，由于空气的击穿特性，电场强度会达到一定数值时，就会导致击穿现象的发生。
研究非均匀电场中空气间隙的击穿场强对于电器设备的设计和绝缘结构的合理性具有重要意义。
4. 非均匀电场中空气间隙的击穿机理空气间隙的击穿是非均匀电场中重要的击穿形式。
当电场强度达到一定数值时，空气中的原子和分子会发生电离，形成等离子体，导致电流的流动和电场的崩溃。
而击穿场强就是指在这种情况下，电场强度达到使介质击穿的临界值。
我们通常用特定的实验方法来测量空气间隙的击穿场强，以便在电器设备中合理地应用。
5. 非均匀电场中空气间隙的影响因素在研究非均匀电场中空气间隙的击穿场强时，需要考虑到许多影响因素，比如空气间隙的形状、尺寸、表面状态，电场的分布情况以及气体的密度和湿度等。
这些因素都会对击穿场强产生影响，因此在实际应用中需要进行全面的考虑和合理的控制。
6. 个人观点和总结在实际工程中，我们需要充分理解非均匀电场中空气间隙的击穿场强，以便合理设计电气设备，确保设备能够稳定可靠地运行。
我们需要深入研究电场的基本理论，结合实际工程问题，不断提高自己的专业水平，为电气设备的发展做出贡献。
结语通过本文的探讨，相信读者对非均匀电场中空气间隙的击穿场强有了更深入的理解。
高电压技术,第一章第6节不均匀电场的放电过程
r— 导线半径（cm）
在雨、雪、雾天气时，导线表面会出现许 多水滴，它们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，结果在较低的电压和电 场强度下就会出现电晕放电。
1.5.1 电晕放电
2、电晕放电的物理过程和效应 效应： 1)、声、光、热 吱吱的响声 蓝紫色的晕光 周围气体温度升高
曲尖晕极特式率端光有。不发半状的均生 放径自匀的 电小持场。蓝的放的紫电电一极色形种
1.5.1 电晕放电
电晕放电的起始电压一般用经验公式来推算，流 传最广的是皮克公式，电晕起始场强近似为：
Ec3m 0(10r.3 )k( V/cm )
m—导线表面粗糙系数 ，光滑导线 m1 ，
绞线的 m0.8~0.9
什么样的电场是不均匀电场？
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、同轴圆筒状电极。 极不均匀电场：棒-板电极，棒-棒电极
=1
电场不均匀系数f
f = E max
<2
E av
>4
二、电晕放电
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。
混合质通道
➢在进行外绝缘的冲击电压实验时，也往往施加正 极性冲击电压，因为此时电气强度较低。
➢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， 击穿发生在外加电压为正极性的那半周内。
小结
➢用不均匀系数来描述电场的不均匀程度； ➢电晕放电是发生在小曲率半径电极附近的 放电； ➢电场极不均匀的“棒-板”气隙，负极性击 穿电压高于正极性击穿电压。
影响固体介质击穿电压的因素很多
式中
Ub——击穿电压峰值，kV ； d ——极间距离，cm ； δ ——空气相对密度
上式符合巴申定律。由上式可知，随着极间距离 d的增大，击穿场强Eb 稍有下降。 相应的平均击穿场强:
Eb Ub 24.55 6.66 / d (kV / cm ) d
随着极距离 d 的增大，击穿场强 Eb 稍有下降，在 d=1～10cm 的范围内，其击穿场强约为 30kv/cm 。
16
悬式绝缘子
17
绝缘子、瓷套及套管按下述分类：
（1）按形状分类；
（2）按工作电压分类，
（3）按材质分类。
18
套管的分类
当导体穿过变压器等的箱体以及墙壁、地 板、屋顶等隔板时需要有通道，套管就是 使这些导体与隔板绝缘的一种支持装置。 套管可分类如下：
19
瓷套管 单一式套管－ 树脂套管 充油式套管 油纸电容式套管 套管－ 电容式套管－ 胶纸电容式套管 复合套管 充填绝缘混合物套管 充气 套管
14
气绝缘管道输电线亦可称为气体绝缘电缆 (GIC），它与充油电缆相比具有如下优点： 1、电容量小。 2、损耗小。 3、传输容量大。 气体绝缘变压器（GIT）与传统的油浸变压器 相比，有以下主要优点： 1、GIT是防火防爆型变压器。 2、GIT的噪声小于油浸变压器。 3、气体介质不会老化，简化了维护工作。
电场的不均匀程度对SF6 电气强度的影响远 比对空气的的大， SF6 的优异性能只有在电场比 较均匀的情况下才能得到充分的发挥。
12
电极表面粗糙度Ra 对SF6 气体强度Eb的影响随 着工作气压的提高而增大。电极表面粗糙度大时表 面突起处的局部电场强度要比气隙的平均电场强度 的得多。电极表面还会有其他缺陷，电极表面积越 大这类缺陷出现的概率也就越大，SF6 的击穿场强 就越低，这一现象称为“面积效应”。
高电压技术-第二章.
（1） 过程与自持放电条件
由于阴极材料的表面逸出功比气体分子的电离能 小很多，因而正离子碰撞阴极较易使阴极释放出电 子。此外正负离子复合时，以及分子由激励态跃迁 回正常态时，所产生的光子到达阴极表面都将引起
阴极表面电离，统称为 过程。 为此引入系数。
设外界光电离因素在阴极表面产生了一个自由电
但气体放电都有从电子碰撞电离开始发展到 电子崩的阶段。
1、放电的电子崩阶段 （1）非自持放电和自持放电的不同特点
宇宙射线和放射性物质的射线会使气体发生 微弱的电离而产生少量带电质点；另一方面、负 带电质点又在不断复合，使气体空间存在一定浓 度的带电质点。因此，在气隙的电极间施加电压 时，可检测到微小的电流。
自持放电条件为 γ (eαd −1) =1
(1-21)
γ ：一个正离子撞击到阴极表面时产生出来的 二次电子数
α ：电子碰撞电离系数 d ：两极板距离
此条件物理概念十分清楚，即一个电子在自己进
入阳极后可以由α及γ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继续进行下去。
（2）汤逊放电理论的适用范围
为了分析碰撞电离和电子崩引起的电流，引入： 电子碰撞电离系数 α 。
α: 表示一个电子沿电场方向运动1cm的行程所完
成的碰撞电离次数平均值。
如图1-5为平板电极气 隙，板内电场均匀，设外 界电离因子每秒钟使阴极 表面发射出来的初始电子 数为n0。
由于碰撞电离和电子
崩的结果，在它们到达x处 时，电子数已增加为n，这 n个电子在dx的距离中又会 图1－5 计算间隙中电子数增长的示意图 产生dn个新电子。
1.1.1 带电质点的产生
气体放电是对气体中流通电流的各种形式统称。
高电压技术第三章
高电压技术第三章
(3)极不均匀电场长气隙的操作冲击击穿特性 具有显著的“饱和特征”，而其雷电冲击击穿特性 却是线性的。电气强度最差的正极性“棒—板”气隙 的饱和现象最为严重，尤其是在气隙长度大于5m 以后，这对特高压输电技术来说，是一个极其不 利的制约因素。
高电压技术第三章
正由于此，在不同大气条件和海拔高度下所 得出的击穿电压实测数据都必须换算到某种标准 条件下才能互相进行比较。
国标规定的大气条件：
压力：p0=101.3kPa(760mmHg)； 温度：t0=20摄氏度或T0=293K； 绝对湿度：hc=11g/m3。
高电压技术第三章
实验条件下的气隙击穿电压U与标准大气条
高电压技术第三章
二、稍不均匀电场气隙的击穿特性 与均匀电场相似，冲击系数接近1，冲击击穿电
压与工频击穿电压及直流击穿电压相等。
1、球间隙 若球间距离d，球极直径为D d<D/4时，与均匀电场相似 d>D/4时，不均匀度增大，大地影响加大
一般取d ≤ D/2范围内工作
高电压技术第三章
2、同轴圆筒
外筒内半径 R=10cm，改变内筒 外半径r之值，气 隙起始电晕电压Uc 和击穿电压随内筒 外直径r变化规律 如图2-3所示。
高电压技术第三章
三、对海拔的校正
我国幅员辽阔，有不少电力设施(特别是输电 线路)位于高海拔地区。随着海拔高度的增大，空 气变得逐渐稀薄，大气压力和相对密度减小，因 而空气的电气强度也将降低。
海拔高度对气隙的击穿电压和外绝缘的闪络 电压的影响可利用一些经验公式求得。
高电压技术第三章
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。
华南理工考研电介质物理基础课后习题整理版
第一章 电介质的极化1.什么是电介质的极化？表征介质极化的宏观参数是什么？若两平行板之间充满均匀的电介质，在外电场作用下，电介质的内部将感应出偶极矩，在与外电场垂直的电介质表面上出现与极板上电荷反号的极化电荷，即束缚电荷σˊ。
这种在外电场作用下，电介质内部沿电场方向产生感应偶极矩，在电介质表面出现极化电荷的现象称为电介质极化。
为了计及电介质极化对电容器容量变化的影响，我们定义电容器充以电介质时的电容量C与真空时的电容量C 0的比值为该电介质的介电系数，即0r C C=ε，它是一个大于1、无量纲的常数，是综合反映电介质极化行为的宏观物理量。
2.什么叫退极化电场？如何用一个极化强度P 表示一个相对介电常数为r ε的平行板介质电容器的退极化电场、平均宏观电场、电容器极板上充电电荷产生的电场。
电介质极化以后，电介质表面的极化电荷将削弱极板上的自由电荷所形成的电场，所以，由极化电荷产生的场强被称为退极化电场。
退极化电场：00εεσPE d -='-= 平行宏观电场：)1(0-=r PE εε充电电荷产生的电场：)1()1(0000000-=+-=+===+=r r r d PP P P E D E E E εεεεεεεεεεσ 3.氧离子的半径为m 101032.1-⨯，计算氧原子的电子位移极化率按式304r πεα=代入相应的数据进行计算。
240310121056.2)1032.1()1085.8(14.34m F ∙⨯≈⨯⨯⨯⨯⨯=---α4.在标准状态下，氖的电子位移极化率为2101043.0m F ∙⨯-。
试求出氖的相对介电常数。
单位体积粒子数253231073.24.221010023.6⨯=⨯⨯=Ne r N αεε=-)1(0 12402501085.81043.01073.211--⨯⨯⨯⨯+=+=∴εαεer N 5.试写出洛伦兹有效电场的表达式。
适合洛伦兹有效电场时，电介质的介电系数r ε和极化率α有什么关系？其介电系数的温度系数的关系式又如何表示。
电晕放电和沿面放电
2、理论分析
等值电路： 由介质表面电阻RS、比电容 C0和体积电阻G1构成。
(22)
3、放电特点
滑闪放电在交流和冲击电压下很 明显； 随着电压的增加，滑闪长度增加得 很快，靠增加沿面闪络距离来提高 闪络电压的效果有限； 法兰处套管的外径和壁厚越大，滑 闪放电电压越大。
(23)
(11)
流柱发展阶段
（1）当棒具有负极性时 电子崩由强场区向弱场区发展，对电子崩 发展不利。棒极前的正电荷区消弱了前方空间 的电场，使流柱发展不利（曲线2）； 等离子体层前方电场足够强后，发展新电 子崩，形成了大量二次电子崩，汇集起来后使 得等离子体层向阳极推进，形成负流柱
U放棒板 U放棒板
(28)
(29)
污秽表征 污秽度除了与积污量有关还与污秽的化学成分有关。 通常采用“等值附盐密度”（简称“等值盐密”）来表征 绝缘子表面的污秽度，它指的是每平方厘米表面所沉积的 等效氯化钠（NaCl）毫克数。 衡量输电线路绝缘子抗污闪能力的参量是泄漏比距（也称 爬电比距）λ ： 指外绝缘“相—地”之间的爬电距离 (cm) 与系统最高工作（线）电压（kv,有效值）之比。
影响因素：
固体介质材料 主要取决于该材料的亲水性或憎水性。 电场形式 同样的表面闪落距离下均匀与稍不均匀电场闪落 电压最高。 大气条件 气压增大时，闪络电压增加不多； 湿度小于40%时无影响，大于40%时由水分在介质 表面的凝结状况确定。 固体介质表面状况 淋雨、污秽及覆冰等。
(26)
24不均匀电场气隙的击穿非自持放电阶段1当棒具有正极性时在棒极附近积聚起正空间电荷减少了紧贴棒极附近的电场而略微加强了外部空间的电场棒极附近难以造成流柱使得放电自持即电晕放电难以形成
极不均匀电场气隙的击穿特性
➢直流电压 ➢工频交流电压 ➢雷电冲击电压 ➢操作冲击电压
1
在各种各样的极不均匀电场气隙中：
➢“棒－棒”气隙：完全对称性 ➢“棒－板”气隙：最大不对称性
其它类型不均匀电场气隙击穿特性介于这两种之 间。
对于实际工程中遇到的各种极不均匀电场气隙来说， 均可按其电极的对称程度分别选用“棒-棒”或“棒-板” 两种典型气隙的击穿特性曲线来估计其电气强度。
15
(3)极不均匀电场长气隙的操作冲击击穿特性具有 显著的“饱和特征”，而其雷电冲击击穿特性却是 线性的。电气强度最差的正极性“棒—板”气隙的 饱和现象最为严重，尤其是在气隙长度大于5m以 后，这对特高压输电技术来说，是一个极其不利的 制约因素。
(4)操作冲击电压下的气隙击穿电压和放电时间的 分散性都要比雷电冲击电压下大得多。
2
一、直流电压 “棒－棒”和“棒－板”
击穿特性见图2-4。
可以看出：“棒－板” 负极性击穿电压大大高 于正极性击穿电压。
3
二、工频交流电压
升压方式：
电压慢电压慢慢升高，直至发生击穿。升 压的速率一般控制在每秒升高预期击穿电 压值的3％。
“棒-棒”气隙的工频击穿电压要比“棒板”气隙高一些，因为相对而言，“棒-棒” 气隙的电场要比“棒-板”气隙稍为均匀一 些。
传统的机械按键设计是需要手动按压按键触动PCBA上的开关按键来实现功 能的一种设计方式。
传统机械按键结构层图：
按键
PCBA
开关键
传统机械按键设计要点：
1.合理的选择按键的类型，尽量选择 平头类的按键，以防按键下陷。
2.开关按键和塑胶按键设计间隙建议 留0.05~0.1mm，以防按键死键。 3.要考虑成型工艺，合理计算累积公 差，以防按键手感不良。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
均匀电场与不均匀电场的电气特性
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
均匀电场与不均匀电场的电气特性
只要有电荷存在的地方，其周围就一定存在电场，通过电磁感应就可能对人体或设备带电。
因此，带电作业必须了解电场基本知识，加强防护措施。
根据电场强度的均匀程度，电场可以分为均匀电场与不均匀电场，如下图所示列出了几种常见的均匀电场和不均匀电场。
均匀电场与不均匀电场
在均匀电场中，各点的电场强度的大小，方向都相同，如图 (a)所示平板电容器中间
部分的电场即为均匀电场。
上述情况以外的电场都是不均匀电场；按不均匀程度的差别，又可分为稍不均匀电场和极不均匀电场。
稍不均匀电场如球距不大于球的直径的球间隙电场，如图(b)所示，极不均匀电场如棒一板间隙电场及棒一棒间隙电场，如图(c)、（d)所示。
棒一棒间隙电场属于对称的稍不均匀电场，棒一板间隙电场则属于不对称的不均匀电场。
前者比后者稍均匀些。
分析绝缘结构的击穿时，不仅要考虑绝缘距离，而且还要考虑电场不均匀程度的影响。
对于同样距离的间隙，电场愈不均匀，通常击穿电压愈低。
电气设备中的电场大多为不均匀电场，为了提高绝缘结构的击穿电压，必须设法减小电场的不均匀程度。
电极表面的电场强度与其表面的电荷密度成正比。
在电极的尖端或边缘，如图(a)及（e)所示，由于曲率半径小，表面电荷密度大，电力线密集，电场强度高，容易发生局部放电。
这种现象称为尖端效应或边缘效应。
电极的边缘或尖端是造成极不均匀电场的重要原因，所以工程上常需要改善电极形状，避免电极表面曲率半径过小或出现尖角。