【正文】 c） 所 示 。 極性效應(yīng) 負極性（棒） 如圖 112（ a） 所示： 棒極負極 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)往板極運動 。 這些正空間電荷削弱了棒極附近的電場強度，而加強了正離子群外部空間的電場，因此當電壓進一步提高，隨著電暈放電區(qū)的擴展，強場區(qū)亦將逐漸向板極方向推進，因而放電的發(fā)展是順利的。 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棒極后即將被中和棒極附近強場區(qū)內(nèi)的電暈 放電將在棒極附近空間留下許多正離子。 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。 ? 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)。 ? 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。 ? 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)線表面最大電場強度值最小。 降低電暈的方法 總原則： 從根本上設(shè)法限制和降低導(dǎo)線的表面電場強度 。 ? 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。 電暈放電的電流強度取決于外加電壓 、 電極形狀 、 極間距離 、氣體性質(zhì)和密度等 。 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度下就 會出現(xiàn)電暈放電 。 二 極不均勻電場中的電暈放電現(xiàn)象 電暈放電 ： 由于電場強度沿氣隙的分布極不均勻 ， 因而當所加 電壓達到某一臨界值時 ， 曲率半徑較小的電極附近空 間的電場強度首先達到了起始場強 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 。 通常 f2時為稍不均勻電場， f4就明顯地屬于極不均勻電場。 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。 由實驗可知 ， 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 。 當外加電壓進一步增大時 ， 電極表面電暈層亦隨之擴大 ，并出現(xiàn)刷狀的細火花 ， 火花越來越長 ， 最終導(dǎo)致氣隙完全擊穿 。 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 。 因此 ， 均 勻電場中電負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) 。 這是因為在電負性氣體 中 ， 正離子數(shù)等于新增的電子數(shù)與負離子數(shù)之和 。 均勻場中強負電性流注自持放電的條件 自持放電條件公式非電負性氣體是適用的 ， 但對于強電負性 （ 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) 。根據(jù)流注理論，二次崩的起始電子是由光電子形成的，而光子的速度遠比電子的大，二次崩又是在加強了的電場中，所以流注發(fā)展更迅速，擊穿時間比湯遜理論推算小得多。 流注理論與湯遜理論的區(qū)別與聯(lián)系： 相同點： 都有電子崩的產(chǎn)生 不同點： 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。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，因此流注理論認為：二次電子的主要光源是空間的光電離。到流注通道 把兩極接通時，就導(dǎo)致氣隙 完全被擊穿（圖 （ c））。這個通道就稱為流注。 當初崩發(fā)展到 陽極時圖示崩頭中電子迅 速跑到該極進行中和 。 本節(jié)重點： ?流注的形成過程 ?流注的條件 氣體放電 流注理論 以實驗為基礎(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 。 以自然界的雷電為例 ， 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) 。 間隙的劃分：2cm以下的為短間隙 、 2—100cm為一般間隙 、 100cm及以上 的為長間隙 。 巴申曲線特性 巴申曲線特性 巴申定律更普遍的形式是以氣體的密度 （ δ） 代替壓 力 ， 對空氣可以表示為： )( dfU b ??TpTppTss ????（ 112） 式中 Ts 、 ps為標準大氣壓條件 （ ps＝ ， Ts＝ 293K） ；T、 p為實驗時大氣條件 。 圖 均勻場的巴申曲線 因此 ， 在某一個 p下 αd有最大值 ， 從而 Ub最小 。 圖 均勻場的巴申曲線 巴申定律 由圖 ：隨 pd的變化 ， 擊穿電壓 Ub有最小值 。 它的內(nèi)容是： 當氣體成分和電極材料一定時 ， 氣體間隙擊穿電壓 （ Ub） 是 氣壓 （ p） 和極間距離 (d)乘積的函數(shù) 。 U0為氣溫不變的條件下 ， 均勻電場中氣體的自持放電的起始電壓 ， 它 等于氣隙的擊穿電壓 Ub。 自持放電 前面的放電過程，可用下圖概括 圖 低氣壓、短氣隙放電過程 巴申定律 根據(jù)自持放電條件可以導(dǎo)出擊穿電壓的表達式為： EBpA p e /???(110) 式中， A、 B是兩個與氣體種類有關(guān)的常數(shù)，式 (110)表明了擊穿電壓與氣體狀態(tài)等因素的關(guān)系。 deII ?0?11 ?? ）（ de ??一個起始帶電粒子從陰極到陽極的過程中由于碰撞游離產(chǎn)生的正離子撞擊陰極板時如果能打拉出兩個電子，一個與正離子復(fù)合掉了，另一個成為自由電子，它會產(chǎn)生新的電子崩，維持放電的發(fā)展，就發(fā)生了自持放電，因此自持放電的條件為： 湯遜理論自持放電條件 在不均勻場中，由于各點的電場強度 E不一樣，而各處的 α值也不一樣，自持放電條件為： 1)1( 0 ???d dxe ??(19) (18) 湯遜放電的實質(zhì)是 ： 電子碰撞電離 是氣體放電的主要原因 ， 二 次電子來源于正離子撞擊陰極使陰極表面逸出 電子 ， 逸出電子是維持氣體放電的必要條件 。 圖 為了定量分析氣隙中氣體放電過程 ， 引入三個系數(shù) ： ：表示一個 電子 沿電場方向運動 1cm的行程 所完 成的碰撞電離次數(shù)平均值 ； ：一個 正離子 沿著電場方向行徑 1cm長度 ， 平 均發(fā)生 的碰撞電離次數(shù)； ：表示折合到每個 碰撞陰極表面的正離子 ， 使陰 極金屬平均釋放出的自由電子數(shù) 。依此，電子將按照幾何級數(shù)不斷增多，類似雪崩似地發(fā)展。 湯遜理論的實質(zhì)是電子崩理論 。 4 c點以后 ， 氣隙擊穿 ， 轉(zhuǎn)入良好的自持放電狀態(tài) 。 一 非自持放電和自持放電 氣體放電通常分為： ? 非自持放電 依靠外電離因素的作用 而維持的放電 ? 自持放電 只需要外加電壓就能 維持的放電 圖 測定氣體間隙的電壓和電流 圖 氣體放電的伏案特性 a—b段 ， 單位時間內(nèi)產(chǎn)生的帶電粒子帶電粒子投入運動 ， 運動速度達到趨引速度 ， 沒有新的帶電粒子來源 。 金屬的逸出功要比氣體的游離能低 ， 所以金屬表面游離是氣體放電起始電子的主要來源：包括光電子發(fā)射 、 熱電子發(fā)射 、 強電場發(fā)射和二次發(fā)射 。 氣體分子本身的游離 金屬表面游離 ： 金屬中的電子擺脫金屬表面的位能勢壘的束縛成為自由電子的過程 。 要游離需要吸收能量，吸收的能量稱為游離能。 絕緣水平：電氣設(shè)備出廠時保證承受的試驗電壓。 擊穿場強：使電介質(zhì)失去其絕緣性能所需要的最低 、 臨界 、 外加電場強度 。 擊穿：電介質(zhì)在電場作用下喪失其絕緣性能 ， 形成溝通兩極的 放電 。 例：由于瓷吹避雷器使作用在被保護設(shè)備上的殘壓降低，使原設(shè)計額定電壓為 400 kV的輸變電系統(tǒng)生壓為 500 kV的系統(tǒng)。 因為絕緣限制了設(shè)備的溫升、限制了溫升也就限制了設(shè)備的容量、體積和重量； 高電壓下的絕緣問題 。 三、要采用高電壓首先要解決的技術(shù)問題是什么？ 例： 用青殼紙和電纜紙作絕緣的 、 10MW的發(fā)電機 ，改用粉云母紙作絕緣 ， 其他條件不變時 ， 發(fā)電機容量就提高到， 可見絕緣限制了設(shè)備的容量 。 ZUP 2? 所以采用高電壓是大功率遠距離輸電的要求，要實現(xiàn)大功率遠距離輸電唯一可行的措施就是采用高電壓。 800kV直流工程。 800千伏直流輸電工程，已于2021年 6月實現(xiàn)單極投運、 2021年 6月雙極投運。 直流177。 目前世界上已基本形成兩個主要的超高壓－特高壓電壓等級系列 (交流 )： 330(345)－ 750(765)－ 1500kV 500－ 1000(1100)kV 交流 750kV系統(tǒng)： 2021年 9月 26日，西北 750kV青海官亭至甘肅蘭州東輸變電示范工程正式投入運行，線路全長 141km。 電網(wǎng)的基本功能 電能不能大規(guī)模儲存，發(fā)電和用電實時保持供需平衡 電網(wǎng)＝輸電網(wǎng)＋配電網(wǎng) 提高功率輸送能力： 提高電壓等級； 降低線路阻抗 區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)：電力資源優(yōu)化配置，電力經(jīng)濟調(diào)度 電網(wǎng)的發(fā)展歷史 歐美： 1908年－第一條 110kV線路（美國）； 1923年－ 230kV（ 美國） ； 1952年－世界第一條 380kV超高壓線路（瑞典） 1954年－ 345kV（ 美國） ； 1964年－ 500kV（ 美國）； 1965年－世界第一條 735kV線路（加拿大） 1969年－ 765kV（ 美國） 蘇聯(lián)： 1952年－ 330kV線路； 1956年－ 400kV 1964年－建成完善的 500kV輸電系統(tǒng) (源自 400kV) 1967年－ 750kV； 1985年－ 1150kV； 中國的輸電線路 早期輸電線路的電壓視具體工程決定，電壓等級繁多、混亂。 發(fā)展簡史 1875年－法國巴黎建成世界上第一座火力發(fā)電廠； 1879年－中國上海公共租界點亮了第一盞燈； 1882年－在上海創(chuàng)辦了中國第一家公用電業(yè)公司 （上海電氣公司）； 1891年－德國建設(shè)世界上第一臺三相交流發(fā)電機 （ ） 1985年－ 1150kV輸電線， 6年商業(yè)運行 輸電電壓提高 1倍，輸送功率的能力提高幾倍？ 電能從產(chǎn)生到銷費的四個環(huán)節(jié)：發(fā)電、輸電、配電、用電。 刊 名 出 版 單 位 種類 國家 中國電機工程學(xué)報 中國電機工程學(xué)會 半月刊 中國 電力系統(tǒng)自動化 國家電力公司電力自動化研究院 半月刊 中國 電工電能新技術(shù) 中國科學(xué)院電工研究所 季刊 中國 電網(wǎng)技術(shù) 中國電力科學(xué)研究院 半月刊 中國 電工技術(shù)學(xué)報 中國電工技術(shù)學(xué)會 雙月刊 中國