电晕放电和极性效应.ppt
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2.电晕起始电压Uc和起始场强Ec；
3.外区中空间电荷的作用
结论： ①外区中的离子和电晕电极同号； ②加强了外区中的电场，减少了电晕层中的场强。
4.电晕放电有两种不同形式：电子崩形式和流注形式
5. 电晕放电危害
1. 伴随着游离、复合、激励、反激励等过程而有声、光、 热等效应，会有能量损耗。 2. 在尖端或电极的某些突出处，电子和离子在局部强场的 驱动下高速运动，与气体分子交换动量，形成“电风”。 当电极固定得刚性不够时，气体对“电风”的反作用力会 使电晕极振动或转动。 3. 电晕会产生高频脉冲电流，其中还包含着许多高次谐波, 这会造成对无线电的干扰。 4. 电晕产生的化学反映产物具有强烈的氧化和腐蚀作用， 电晕是促使有机绝缘老化的重要因素。 5. 电晕还可能产生超过环保标准的噪声，对人们会造成生 理、心理的影响。
（二）电晕放电的脉冲现象
1. 试验装置和放电现象 ①U很低时，放电电流极小，电流波形不规则。 ②U ，会突然出现显著的电流和重复脉冲。 ③U ，电流脉冲幅值不变，但f增高，脉冲更密集。 ④电压继续升高到一定程度后， 高频脉冲突然消失， 转入持续电晕阶段，但电流 仍继续随电压增高而加大 ⑤临近击穿时出现刷状放电 和不规则的强烈电流脉冲 ⑥最后发生击穿。
四.极不均匀电场中的击穿、极性效应
(一)长空气间中放电过程的实验研究
1.试验设备 1) 旋转照相机 2）像变换管 3）光电倍增管 4）光谱分析仪 5）示波设备等
2)变象管
放电现象1经物镜2投射到半透明的光电阴极3,根据投射来的光辐射， 光电阴极发射出电子。发射出的电子由电极4聚焦成象并得到加速。聚焦 后的电子束经光阑5、闭锁电极6、垂直偏转电极7、水平偏转电极8及补 偿电极9而到达荧光屏10，又重现为发光图象。利用偏转电极可将放电现 象随时间展开。在闭锁电极上施加间断的释放脉冲电压还可在荧光屏上 得到分幅的图象。荧光屏上的图象可用普通照相机摄制下来。变象管扫 描速度高，分辨率好，控制灵活，灵敏度高(能增强发光微弱现象的亮度) ，因此获得越来越广泛的应用。
结论：电场比较均匀：击穿电压=放电自持电压 电场极不均匀：电晕起始电压=放电自持电压
由此可见，电场的不均匀程度可以根据能否维持电 晕放电来划分。 ➢极不均匀电场：不均匀到可以维持电晕放电的程度； ➢稍不均匀电场：虽然电场不均匀，但还不能维持稳定的 电晕放电，一旦放电达到自持，必然会导致整个间隙立 即击穿。
6.消除电晕措施
最根本的途径就是设法限制和降低导线（导体）的表面电 场强度。 1. 采用分裂导线，使等值曲率半径增大。 2. 改进电极的形状，增大电极的曲率半径，使表面光滑。
7.电晕效应有利的方面
1. 电晕可削弱输电线上雷电冲击或操作冲击波的幅值和陡 度； 2. 利用电晕放电来改善电场分布； 3. 利用电晕原理制造除尘器、静电涂喷装置、臭氧发生器 等。
2. 脉冲现象的解释： 空间电荷的影响。
（三）电晕放电的起始场强和电压
1. 电晕放电起始电压Uc根据
d
exp 0 dx=1
理论求解
2. 利用经验公式求解电晕起始电压（Peek公式）
①平行导线：
r
d
Ec
=30.3m
1
百度文库
0.298
r
kV/cm
导线尺寸，大气状态，大气湿度，电极材料，电源频率，导线表面状态等 对Ec都有影响。
最后间隙完全击穿； 总结电晕放电电压和击穿电压的关系：
①d<d0,两电压相等； ②d>d0',击穿电压 >电晕起始电压； ③d0<d<d0', 过渡区，放电电压很不稳定，击穿电压分散性
很大。 从上述试验可知：放电过程与电场均匀性有着密切联系.
2、同轴圆柱间隙放电
① 电场比较均匀：放电达到自持 时，α在整个间隙中都已达到相 当数值。初始电子崩经过整个问 隙后，形成阳极流注，击穿。
d Uc=Ecr ln r kV
②地面上的单根导线：
r
h
Ec
=30.3m
1
0.298
r
kV/cm
d Uc=Ecr ln r kV
d = 2h
③同轴圆柱：
r R
Ec
=31.5
1
0.305
r
kV/cm
R Uc=Ecr ln r kV
④球-球间隙
r
d
Ec
=27.7
1
0.337
r
kV/cm
Uc的计算：先计算不均匀系数f，计算平均电场Eav， Uc=Eav*d
隙中大部分区域α值都仍然很小。这时，初始电子崩只能 在大曲率电极附近很小范围内发展，放电自持时形成 的流注也不能发展至贯通整个间隙。只是在大曲率 电极附近出现薄薄的紫色晕光层，也就是电晕放电。电压 必须继续增加到一定值后，才会形成贯通两电极的放电通 道，导致击穿。
电场越不均匀，击穿电压和电晕起始电压间的差别也 越大。
②电场不均匀程度增加但仍比较 均匀的情况下：
当大曲率电极附近α达到足够 数值时，起始电子崩在间隙中强 电场区内发展起来，经过间隙中 相当一部分距离后，形成流注。 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。
R=10cm
2、同轴圆柱间隙放电
③ 电场极不均匀的情况下： 当大曲率电极附近很小范围内α已达相当数值时，间
华北电力大学
高电压绝缘技术
王胜辉
华北电力大学 电气与电子工程学院 高压教研室
2012年2月
§5 不均匀电场中气体击穿的发展过程
一.稍不均匀电场和极不均匀电场特征 1、球间隙放电
HV
D
d
放电现象
①d<d0,电场比较均匀，击穿之前看不到放电迹象，类似于
均匀电场；
②d>d0, 电压逐步升高，先出现电晕放电，然后刷状放电，
r
R
dx=
ln
1
r
R r
Ap
exp
-
Bp E
dx=
R r
Ap exp -
Bpx ln R/r
U0
dx= ln
1
三.极不均匀电场中的电晕放电
棒-板间隙电晕
导线表面电晕
三.极不均匀电场中的电晕放电
1.电晕放电现象 ➢在极不均匀电场中，最大场强与平均场强相差很大，以至 当外加电压及其平均场强还较低的时候，电极曲率半径较小 处附近的局部场强已很大。 ➢在这局部强场区中，产生强烈的游离，但由于离电极稍远 处场强已大为减小，所以，此游离区不可能扩展到很大，只 能局限在此电极附近的强场范围内。 ➢伴随着游离而存在的复合和反激励，发出大量的光辐射， 使在黑暗中可以看到在该电极附近空间发出蓝色的晕光，这 就是电晕。 ➢电晕放电是极不均匀电场所特有的一种自持放电形式。
不均匀系数： f= Emax = Emax Eav U / d
{ f<2 :稍不均匀电场 f>4 :极不均匀电场
二.稍不均匀电场和极不均匀电场特征
稍不均匀电场中击穿电压的计算
0d
dxln
1
20
Ape Bp/E
EU / f ( x )
自持放电电压 也即击穿电压
如同轴圆柱体：
E
U x ln
R
3.外区中空间电荷的作用
结论： ①外区中的离子和电晕电极同号； ②加强了外区中的电场，减少了电晕层中的场强。
4.电晕放电有两种不同形式：电子崩形式和流注形式
5. 电晕放电危害
1. 伴随着游离、复合、激励、反激励等过程而有声、光、 热等效应，会有能量损耗。 2. 在尖端或电极的某些突出处，电子和离子在局部强场的 驱动下高速运动，与气体分子交换动量，形成“电风”。 当电极固定得刚性不够时，气体对“电风”的反作用力会 使电晕极振动或转动。 3. 电晕会产生高频脉冲电流，其中还包含着许多高次谐波, 这会造成对无线电的干扰。 4. 电晕产生的化学反映产物具有强烈的氧化和腐蚀作用， 电晕是促使有机绝缘老化的重要因素。 5. 电晕还可能产生超过环保标准的噪声，对人们会造成生 理、心理的影响。
（二）电晕放电的脉冲现象
1. 试验装置和放电现象 ①U很低时，放电电流极小，电流波形不规则。 ②U ，会突然出现显著的电流和重复脉冲。 ③U ，电流脉冲幅值不变，但f增高，脉冲更密集。 ④电压继续升高到一定程度后， 高频脉冲突然消失， 转入持续电晕阶段，但电流 仍继续随电压增高而加大 ⑤临近击穿时出现刷状放电 和不规则的强烈电流脉冲 ⑥最后发生击穿。
四.极不均匀电场中的击穿、极性效应
(一)长空气间中放电过程的实验研究
1.试验设备 1) 旋转照相机 2）像变换管 3）光电倍增管 4）光谱分析仪 5）示波设备等
2)变象管
放电现象1经物镜2投射到半透明的光电阴极3,根据投射来的光辐射， 光电阴极发射出电子。发射出的电子由电极4聚焦成象并得到加速。聚焦 后的电子束经光阑5、闭锁电极6、垂直偏转电极7、水平偏转电极8及补 偿电极9而到达荧光屏10，又重现为发光图象。利用偏转电极可将放电现 象随时间展开。在闭锁电极上施加间断的释放脉冲电压还可在荧光屏上 得到分幅的图象。荧光屏上的图象可用普通照相机摄制下来。变象管扫 描速度高，分辨率好，控制灵活，灵敏度高(能增强发光微弱现象的亮度) ，因此获得越来越广泛的应用。
结论：电场比较均匀：击穿电压=放电自持电压 电场极不均匀：电晕起始电压=放电自持电压
由此可见，电场的不均匀程度可以根据能否维持电 晕放电来划分。 ➢极不均匀电场：不均匀到可以维持电晕放电的程度； ➢稍不均匀电场：虽然电场不均匀，但还不能维持稳定的 电晕放电，一旦放电达到自持，必然会导致整个间隙立 即击穿。
6.消除电晕措施
最根本的途径就是设法限制和降低导线（导体）的表面电 场强度。 1. 采用分裂导线，使等值曲率半径增大。 2. 改进电极的形状，增大电极的曲率半径，使表面光滑。
7.电晕效应有利的方面
1. 电晕可削弱输电线上雷电冲击或操作冲击波的幅值和陡 度； 2. 利用电晕放电来改善电场分布； 3. 利用电晕原理制造除尘器、静电涂喷装置、臭氧发生器 等。
2. 脉冲现象的解释： 空间电荷的影响。
（三）电晕放电的起始场强和电压
1. 电晕放电起始电压Uc根据
d
exp 0 dx=1
理论求解
2. 利用经验公式求解电晕起始电压（Peek公式）
①平行导线：
r
d
Ec
=30.3m
1
百度文库
0.298
r
kV/cm
导线尺寸，大气状态，大气湿度，电极材料，电源频率，导线表面状态等 对Ec都有影响。
最后间隙完全击穿； 总结电晕放电电压和击穿电压的关系：
①d<d0,两电压相等； ②d>d0',击穿电压 >电晕起始电压； ③d0<d<d0', 过渡区，放电电压很不稳定，击穿电压分散性
很大。 从上述试验可知：放电过程与电场均匀性有着密切联系.
2、同轴圆柱间隙放电
① 电场比较均匀：放电达到自持 时，α在整个间隙中都已达到相 当数值。初始电子崩经过整个问 隙后，形成阳极流注，击穿。
d Uc=Ecr ln r kV
②地面上的单根导线：
r
h
Ec
=30.3m
1
0.298
r
kV/cm
d Uc=Ecr ln r kV
d = 2h
③同轴圆柱：
r R
Ec
=31.5
1
0.305
r
kV/cm
R Uc=Ecr ln r kV
④球-球间隙
r
d
Ec
=27.7
1
0.337
r
kV/cm
Uc的计算：先计算不均匀系数f，计算平均电场Eav， Uc=Eav*d
隙中大部分区域α值都仍然很小。这时，初始电子崩只能 在大曲率电极附近很小范围内发展，放电自持时形成 的流注也不能发展至贯通整个间隙。只是在大曲率 电极附近出现薄薄的紫色晕光层，也就是电晕放电。电压 必须继续增加到一定值后，才会形成贯通两电极的放电通 道，导致击穿。
电场越不均匀，击穿电压和电晕起始电压间的差别也 越大。
②电场不均匀程度增加但仍比较 均匀的情况下：
当大曲率电极附近α达到足够 数值时，起始电子崩在间隙中强 电场区内发展起来，经过间隙中 相当一部分距离后，形成流注。 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。
R=10cm
2、同轴圆柱间隙放电
③ 电场极不均匀的情况下： 当大曲率电极附近很小范围内α已达相当数值时，间
华北电力大学
高电压绝缘技术
王胜辉
华北电力大学 电气与电子工程学院 高压教研室
2012年2月
§5 不均匀电场中气体击穿的发展过程
一.稍不均匀电场和极不均匀电场特征 1、球间隙放电
HV
D
d
放电现象
①d<d0,电场比较均匀，击穿之前看不到放电迹象，类似于
均匀电场；
②d>d0, 电压逐步升高，先出现电晕放电，然后刷状放电，
r
R
dx=
ln
1
r
R r
Ap
exp
-
Bp E
dx=
R r
Ap exp -
Bpx ln R/r
U0
dx= ln
1
三.极不均匀电场中的电晕放电
棒-板间隙电晕
导线表面电晕
三.极不均匀电场中的电晕放电
1.电晕放电现象 ➢在极不均匀电场中，最大场强与平均场强相差很大，以至 当外加电压及其平均场强还较低的时候，电极曲率半径较小 处附近的局部场强已很大。 ➢在这局部强场区中，产生强烈的游离，但由于离电极稍远 处场强已大为减小，所以，此游离区不可能扩展到很大，只 能局限在此电极附近的强场范围内。 ➢伴随着游离而存在的复合和反激励，发出大量的光辐射， 使在黑暗中可以看到在该电极附近空间发出蓝色的晕光，这 就是电晕。 ➢电晕放电是极不均匀电场所特有的一种自持放电形式。
不均匀系数： f= Emax = Emax Eav U / d
{ f<2 :稍不均匀电场 f>4 :极不均匀电场
二.稍不均匀电场和极不均匀电场特征
稍不均匀电场中击穿电压的计算
0d
dxln
1
20
Ape Bp/E
EU / f ( x )
自持放电电压 也即击穿电压
如同轴圆柱体：
E
U x ln
R