不均匀场气体的击穿

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1、本次课程的目的要求:1、能说明极不均匀场中放电特点2、能表述极性效应的具体内容及原因，会分析空间电荷对电场的影响3、能表述冲击波及冲击放电的特点4、能说明伏秒特性曲线的应用5、能说明U50％、冲击系数的含义1.3极不均匀场中气体的击穿过程放电特点：1、电晕放电2、极性效应一、电晕放电1、定义：电场极不均匀时，在大曲率电极附近空间局部场强首先达到引起强烈游离的数值，使其附近很薄一层空气中形成自持放电，产生薄薄的淡紫色发光层。该放电仅局限在大曲率电极周围很小范围内，而整个气隙尚未击穿，这种现象即为电晕放电。刚开始出

2、现电晕时的电压称为电晕起始电压或起晕电压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：2、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。危害：电晕放电引起光、声、热等效应使空气发生化学反应，不但消耗能量，还产生臭氧和氧化氮等有害气体，腐蚀金具和有机绝缘物。坏天气要比好天气时的电晕损耗大得多。电晕放电中，由于电子崩和流注不断消失、出现造成的放电脉冲会产生高频电磁波，对无线电和广播产生干扰。电晕放电还会产生可闻噪声。有利方面：降

3、低输电线上的雷电或操作冲击波的幅值和波前陡度。电晕放电还在除尘器、静电喷涂装置、臭氧发生器等工业设施中得到广泛应用。某些场合可改善电场分布。消除方法：改进电极形状，减小电极曲率；如电极采用大尺寸球面，超高压线路采用扩径导线等。二、极性效应1、定义：电极形状不对称的极不均匀场中，大曲率电极极性不同时，间隙的击穿电压和起晕电压各不相同。即：Ub-→

4、+>Ub+→

5、-2、分析：下面以电场极不均匀的“棒－板”气隙为例，从流注的概念出发，说明放电的发展过程和极性效应。(a)正尖——负板电子崩头部的电子到达棒极后即将被中和

6、，留在棒极附近的为正空间电荷。这些正离子向阴极移动速度很慢而暂留在棒极附近。它们削弱了棒极附近的电场，棒极附近难以形成流注，自持放电难以实现，故起晕电压较高。而它们同时加强了朝向极板的电场，促进放电向前发展，故放电电压较低。(a)负尖——正板电子崩将由棒极表面出发向极板发展，崩头的电子在离开强场（电晕）区后，不再引起碰撞游离，但仍继续往板极运动，并大多形成负离子，负空间电荷浓度小，对电场影响不大。留在棒极附近是大批正离子，它们将加强棒极表面附近的电场，容易形成自持放电，所以其起晕电压较低。间隙深处的电场被消弱，

7、使流注不易向前发展，间隙的击穿电压要比正极性时高得多。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。三、极不均匀场放电特点无论尖极极性如何，放电总是从尖极开始尖极附近总是留下空间电荷存在极性效应：Ub-→

8、+>Ub+→

9、-1.4雷电冲击电压下气体的击穿一、冲击波形及特点冲击波：①雷电冲击②操作冲击标准雷电波：IEC和国标规定：T1=1.2μs±30％T2=50μs±20%一般写为±1.20/50特点：高幅值、高

10、陡度、短时间标准雷电冲击电压波T1——视在波前时间T2——视在半峰值时间标准雷电截波：用来模拟雷电过电压引起气隙击穿或外绝缘闪络后所出现的截尾冲击波。T1——波前时间Tc——截断时间二、冲击放电特点足够大的电场强度或足够高的电压。在气隙中存在能引起电子崩并导致流注和主放电的有效电子。需要有一定的时间，让放电得以逐步发展并完成击穿。1、完成气隙击穿的三个必备条件：总放电时间tb=t0＋ts＋tf2、放电时间的组成：t1＝ts＋tf称为放电时延t0－气隙在持续电压下的击穿电压为Us，为所加电压从0上升到Us的时间；

11、完成击穿所需放电时间很短（微秒级）：直流电压、工频交流等持续作用的电压，满足上述三个条件不成问题；当所加电压为变化速度很快、作用时间很短的冲击电压时，因有效作用时间短，放电时间就变成一个重要因素。ts－从电压达到U0瞬时起到气隙中出现第一个有效电子为止的时间称为统计时延。tf－出现有效电子后，引起碰撞游离，形成电子崩，发展到流注和主放电，最后完成气隙击穿需要的时间，称为放电形成时延。短气隙中（1cm以下），特别是电场均匀时，tf<

12、率增加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。冲击放电特点：具有放电时延；Ub>U0三、伏秒特性对雷电冲击电压来说，电压变化速度极快，在电压达到静态击穿电压后的放电时延内，电压变化较大，击穿电压高于静态击穿电压；且击穿电压随时间而变。当击穿过程中加在间隙上的电压随时间变化时，击穿电压指间隙上的最高电压。对持续电压来说，电压