【文章內(nèi)容簡介】 電為例 ， 它發(fā)生在兩塊雷云之間或雷云與 大地之間 ， 這時不存在金屬陰極 ， 因而與陰極上的 γ 過程和二次電子發(fā)射根本無關(guān) 。 因此 ， 必須采用另外一 種理論－－流注理論來解釋 。 本節(jié)重點(diǎn)： ?流注的形成過程 ?流注的條件 氣體放電 流注理論 以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ) ， 它考慮了高氣壓 、 長氣隙情況下不容忽視的若干因素對氣體放電的影響 ， 主要有以下兩方面： ?空間電荷對原有電場的影響 ? 空間光電離的作用 流注的形成過程 在外電離 （ 如光源 ） 作用 下 ， 在陰極附近產(chǎn)生起始 電子 。 這些電子在電場作 用下 ， 在向陽極運(yùn)動的途 中與中性原子發(fā)生碰撞電 離 ， 而形成初始電子崩圖 （ a） 。 當(dāng)初崩發(fā)展到 陽極時圖示崩頭中電子迅 速跑到該極進(jìn)行中和 。 圖 流注的形成過程 流注形成過程 暫留的正離子（在電子崩頭部其密度最大）作為正空間電荷使原有的電場畸變，加強(qiáng)了的局部電場作用下，又形成新的電子崩叫二次崩（ （ b）），二次崩頭部的電子跑向初崩的正空間電荷區(qū)域，與之匯合成為充滿正負(fù)帶電離子的混合通道。這個通道就稱為流注。 圖 流注的形成過程 流注的發(fā)展 流注通道導(dǎo)電性能良好，其 端部（流注的發(fā)展方向是從 陽極到陰極，與初崩的方向 相反）又有二次崩留下的正 電荷，因此大大加強(qiáng)了流注 發(fā)展方向的電場，促使更多 的新電子崩相繼產(chǎn)生并與之 匯合，從而使流注向前發(fā)展 （圖 （ b）。到流注通道 把兩極接通時，就導(dǎo)致氣隙 完全被擊穿（圖 （ c））。 圖 流注的發(fā)展 流注形成的條件 流注理論認(rèn)為：形成流注的必要條件是電子崩發(fā)展到足夠的程度后，電子崩中的空間電荷足以使原電場（外施電壓在氣隙中產(chǎn)生的電場）明顯畸變，大大加強(qiáng)電子崩崩頭和崩尾處的電場。另一方面，電子崩中電荷密度很大，所以復(fù)合過程頻繁，放射出的光子在這部分強(qiáng)場區(qū)很容易成為引發(fā)新的空間光電離的輻射源，因此流注理論認(rèn)為：二次電子的主要光源是空間的光電離。 形成流注的條件 氣隙中一旦出現(xiàn)了流注，放電過程可以由本身產(chǎn)生的空間光電離而自行維持，因此形成流注的條件即自持放電的條件，對均勻場可寫成： eαd＝常數(shù) （ 113) 或 γ eαd＝ 1， αd＝ ln(1/γ)（ 114） 一 般認(rèn)為當(dāng) αd ≈20（或 eαd ≈108）便可滿 足上述條件，使流注得以形成。 流注理論與湯遜理論的區(qū)別與聯(lián)系： 相同點(diǎn)： 都有電子崩的產(chǎn)生 不同點(diǎn)： 流注的形成過程中有二次崩的形成、二次電離在氣體擊穿過程中起了重要作用。 流注理論可以解釋湯遜理論無法解釋的在 高電壓、 長氣隙情況下出現(xiàn)的放電現(xiàn)象 。根據(jù)流注理論，二次崩的起始電子是由光電子形成的，而光子的速度遠(yuǎn)比電子的大，二次崩又是在加強(qiáng)了的電場中，所以流注發(fā)展更迅速，擊穿時間比湯遜理論推算小得多。二次崩的發(fā)展具有不同的方位，所以流注的推進(jìn)也不可能均勻，而且具有分支，大氣條件下氣體放電的發(fā)展不是依靠正離子使陰極表明電離形成的電子維持的，而是靠空間光電離產(chǎn)生的電子維持的，故陰極材料對氣體擊穿電壓影響不大。 均勻場中強(qiáng)負(fù)電性流注自持放電的條件 自持放電條件公式非電負(fù)性氣體是適用的 ， 但對于強(qiáng)電負(fù)性 （ 絕緣性能好 ） 氣體 ， 還應(yīng)引入 η系數(shù)描述電子的附著 η過 程 ， 的定義與 α相似 ， 即一個電子沿電場方向行徑 1cm時平均發(fā) 生的電子附著次數(shù) 。 由此可知 ， 在電負(fù)性氣體中 ， 有效碰撞電 離系數(shù) ： 對于這種情況 ， 湯遜理論自持放電條件 （ 113） 、 （ 114） 式 中的 α不能簡單的用 αη來代替 。 這是因?yàn)樵陔娯?fù)性氣體 中 ， 正離子數(shù)等于新增的電子數(shù)與負(fù)離子數(shù)之和 。 一般強(qiáng)電負(fù)性的工程應(yīng)用屬于流注放電的范疇 。 因此 ， 均 勻電場中電負(fù)性氣體的流注自持放電條件為： (αη)d=K （ 116） 式中 ， K為電子崩中電子的臨界值取對數(shù) 。 ???? ??（ 115） 第二節(jié) 不均勻電場中的放電過程 第二節(jié) 不均電場中的放電過程 一 稍不均勻電場和極不均勻電場的放電特點(diǎn) 圖 D 的球隙的放電電壓與 極間矩 d的關(guān)系曲 線 。 d≤2D， 電場比較均 勻 ， 其放電特性與均 勻電場相似 ， 一旦出 現(xiàn)自持放電 ， 立即導(dǎo) 致整個氣隙擊穿 。 稍不均勻電場和極不均勻電場的放電特點(diǎn) 當(dāng) d≥4D后 ， 電場強(qiáng)度 沿氣隙分布不均 ， 因而 當(dāng)所加電壓達(dá)到某一臨 界值時 ， 在靠近二球極 的表面出現(xiàn)藍(lán)紫色的暈 光 ， 并發(fā)出 “ 嗞嗞 ” ， 這種局部放電現(xiàn)象稱為 電暈放電 ， 開始出現(xiàn)電 暈放電的電壓稱為電暈 起始電壓 。 當(dāng)外加電壓進(jìn)一步增大時 ， 電極表面電暈層亦隨之?dāng)U大 ，并出現(xiàn)刷狀的細(xì)火花 ， 火花越來越長 ， 最終導(dǎo)致氣隙完全擊穿 。 氣隙距離在 2D～ 4D之間時 ， 屬于過渡區(qū)域 ， 隨電壓升高會出現(xiàn)電暈 ， 但不穩(wěn)定 ， 該球隙立刻就轉(zhuǎn)為火花放電 。 由實(shí)驗(yàn)可知 ， 隨著電場不均勻程度增加 ， 放電現(xiàn)象不相同 ， 電場越是不均勻 (兩球距離越大 ， 電場越不均勻 ）擊穿電壓和電暈起始電壓之間的差別也越大 。 不均勻場的劃分 用是否存在穩(wěn)定的電暈放電來區(qū)分電場的不均勻度： 如果電場的不均勻程度導(dǎo)致存在穩(wěn)定電暈放電就稱為極不 均勻電場； 雖然電場不均勻 ， 但還不存在穩(wěn)定的電暈放電 ， 電暈一旦 出現(xiàn) ， 氣隙立刻被擊穿 ， 就稱為不均勻電場 。 要明確劃分稍不均勻場和極不均勻常比較困難，通常用電 場的不均勻系數(shù)來大致劃分。不均勻系數(shù) f等于氣隙中最大場 強(qiáng) E max與平均場強(qiáng) Eav的比值 avEEf m a x?dUEav ?式中， U為極間電壓； d為極間距離。 通常 f2時為稍不均勻電場， f4就明顯地屬于極不均勻電場。 （ 117） （ 118） 由上述可見 ， 在稍不均勻電場中放電達(dá)到自持條件時發(fā)生擊穿現(xiàn)象 ， 此時氣隙中平均電場強(qiáng)度比均勻電場氣隙的要小 ， 因此在同樣極間距離時稍不均勻常氣隙的擊穿電壓比均勻場氣隙的要低 ， 在 極不均勻場氣隙中自持放電條件即是電暈起始條件 ， 有發(fā)生電暈至擊穿電壓的過程還必須升高電壓才能完成 。 二 極不均勻電場中的電暈放電現(xiàn)象 電暈放電 ： 由于電場強(qiáng)度沿氣隙的分布極不均勻 ， 因而當(dāng)所加 電壓達(dá)到某一臨界值時 ， 曲率半徑較小的電極附近空 間的電場強(qiáng)度首先達(dá)到了起始場強(qiáng) E0， 因而在這個 局部區(qū)域出現(xiàn)碰撞電離和電子崩 ， 甚至出現(xiàn)流注 ， 這 種僅僅發(fā)生在強(qiáng)場區(qū) （ 小曲率半徑電極附近空間 ） 的 局部放電稱為 電暈放電 。 它是極不均勻電場中特有的 氣體放電現(xiàn)象 ， 是劃分均勻 （ 稍不均勻 ） 電場和極不 均勻電場的依據(jù) 。 電暈放電現(xiàn)象 在雨 、 雪 、 霧天氣時 ， 導(dǎo)線表面會出現(xiàn)許多水滴 ， 它們在強(qiáng)電 場和重力的作用下 ， 將克服本身的表面張力而被拉成錐形 ， 從而 使導(dǎo)線表面的電場發(fā)生變化 ， 結(jié)果在較低的電壓和電場強(qiáng)度下就 會出現(xiàn)電暈放電 。 電暈具有的效應(yīng) ： ① 聲 、 光 、 熱效應(yīng)； ② 消耗能量； ③ 對無線電產(chǎn)生干擾； ④ 產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)； ⑤ 產(chǎn)生 “ 電風(fēng) ” 。 電暈放電的電流強(qiáng)度取決于外加電壓 、 電極形狀 、 極間距離 、氣體性質(zhì)和密度等 。 能夠引起電暈的電壓稱為 起暈電壓 ， 起暈電壓與電極的曲率半徑有關(guān) ， 而與間隙距離關(guān)系不大 ， 半徑越小 、 起暈電壓越低 。 電暈放電的危害 ? 電暈放電引起的光、聲、熱等效應(yīng)使空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，都會消耗一定的能量。電暈損耗是超高壓輸電線路設(shè)計(jì)時必須考慮的因素，壞天氣時電暈損耗要比好天氣時大得多。 ? 電暈放電中，由于電子崩和流注不斷消失和重新出現(xiàn)所造成的放電 ? 脈沖會產(chǎn)生高頻電磁波，從而對無線電和電視廣播產(chǎn)生干擾。 ? 電暈放電還會產(chǎn)生可聞噪聲，并有可能超出環(huán)境保護(hù)所容許的標(biāo)準(zhǔn)。 降低電暈的方法 總原則： 從根本上設(shè)法限制和降低導(dǎo)線的表面電場強(qiáng)度 。 ? 在選擇導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)和尺寸時，應(yīng)使好天氣時電暈損耗接近于零，對無線電和電視的干擾應(yīng)限制到容許水平以下。 ? 對于超高壓和特高壓線路的分裂線來說，找到最佳的分裂距，使導(dǎo)線表面最大電場強(qiáng)度值最小。 電暈放電的有利之處： 在列舉電暈放電所引起的危害之后，也應(yīng)提到它有利 的一面，例如： ? 在輸電線上傳播的雷電電壓波因電暈放電而衰減其幅值和降低其波前陡度。 ? 電暈放電還在除塵器、靜電噴涂裝置、臭氧發(fā)生器等工業(yè)設(shè)施中得到廣泛應(yīng)用。 ? 在輸電線上傳播的雷電電壓波因電暈放電而衰減其幅值和降低其波前陡度。 ? 操作過電壓的幅值也會受到電暈的抑制 三 極不均勻電場中的放電過程 極性效應(yīng) 在極不均勻電場中，放電一定從曲率半徑較小的那個電極表面開始，與該電極極性無關(guān)。但后來的發(fā)展過程、氣隙的電氣強(qiáng)度、擊穿電壓等都與該電極的極性有密切的關(guān)系。 極不均勻電場中的放電存在著明顯的 極性效應(yīng) 極性效應(yīng) 決定極性要看表面電場較強(qiáng)的那個電極所具有的電位符號 ： 1)在兩個電極幾何形狀不同時，極性取決于曲率半徑較小的那個電極的電位符號，如 “ 棒 板 ” 氣隙。 2)在兩個電極幾何形狀相同時，極性取決于不接地的那個電極上的電位，如 “ 棒 棒 ” 氣隙。 極性效應(yīng) 下面以電場極不均勻的 “ 棒 板 ” 氣隙為例，從流注的概念出發(fā)，說明放電的： 1發(fā)展過程 2極性效應(yīng) 極性效應(yīng) 正極性 如圖所示，棒極帶正電位時，電子崩頭部的電子到達(dá)棒極后即將被中和棒極附近強(qiáng)場區(qū)內(nèi)的電暈 放電將在棒極附近空間留下許多正離子。這些正離子雖朝板極移動，但速度很慢而暫留在棒極附近。 這些正空間電荷削弱了棒極附近的電場強(qiáng)度，而加強(qiáng)了正離子群外部空間的電場，因此當(dāng)電壓進(jìn)一步提高，隨著電暈放電區(qū)的擴(kuò)展，強(qiáng)場區(qū)亦將逐漸向板極方向推進(jìn)，因而放電的發(fā)展是順利的。 正極性 空間正電荷阻止了棒極附近的流注形成 ， 從而使電暈起始電壓有所提高 。 極性效應(yīng) 負(fù)極性（棒） 如圖 112（ a） 所示： 棒極負(fù)極 性時 ， 電子崩將由棒極表面出發(fā)向 外發(fā)展 ， 崩頭的電子在離開強(qiáng)場 （ 電暈 ） 區(qū)后 ， 雖不能再引起碰撞 電離 ， 但仍繼續(xù)往板極運(yùn)動 。 圖 1 12（ b） 中 ：留在棒極附近的也是 大批正離子 ， 這時它們將加強(qiáng)棒極 表面附近的電場而削弱外圍空間的 電場 。 極性效應(yīng) 電場情況如圖 112（ c） 所 示 。 所以 ， 當(dāng)電壓進(jìn)一步提 高時 ， 電暈區(qū)不易向外擴(kuò) 展 ， 整個氣隙擊穿將是不順 利的 ， 因而這時氣隙的擊穿 電壓要比正極性時高得多 ， 完成擊穿過程所需的時間也 要比正極性時長得多 。 極性效應(yīng) ? 輸電線路和電氣設(shè)備外絕緣的空氣間隙大都屬于極不均勻電場的情況，所以在工頻高電壓的作用下，擊穿發(fā)生在外加電壓為正極性的那半周內(nèi)。 ? 在進(jìn)行外絕緣的沖擊電壓實(shí)驗(yàn)時，也往往施加正極性沖擊電壓，因?yàn)榇藭r電氣強(qiáng)度較低。 均勻電場的擊穿場強(qiáng)為 30kV/cm， 極不均勻電場的平均擊穿場強(qiáng)為 5 kV/cm。 隨著間隙距離的增大，擊穿電壓隨著增大，但擊穿場強(qiáng)是隨著降低的，因?yàn)閾舸╇妷旱脑黾铀俣葲]有距離增加的速度快。 試驗(yàn)數(shù)據(jù) 試驗(yàn)數(shù)據(jù) 在極不均勻電場的情況下 ， 不管棒 板間隙或是不同直徑的球 板間隙 ， 擊穿電壓和距離的關(guān)系曲線都比較接近 。 就是說 ， 在極不均勻電場中 ， 擊穿電壓主要決定于間隙距離 ， 而與電極形狀的關(guān)系不大 。 因此在工程實(shí)踐中常用棒 板或棒 棒這兩種類型間隙的擊穿特性曲線作為選擇絕緣距離的參考 。 試驗(yàn)數(shù)據(jù) 在工頻電壓作用下 ， 棒 板間隙的擊穿總是發(fā)生在棒的極性為正 、 電壓達(dá)幅值時 ， 并且其擊穿電壓 （ 幅值 ） 和直流電壓下的正棒 負(fù)板的擊穿電壓相近 。 棒 棒間隙的平均擊穿場強(qiáng)為 （ 有效值 ） /cm或 （