電暈放電及其危害

電暈放電及其危害1氣體放電的根本形式在電力系統(tǒng)中，氣體(主要是空氣)是一種運(yùn)用得相當(dāng)廣泛的絕緣材料，如架空線、母線、變壓器的外絕緣、隔離開(kāi)關(guān)的斷口處等。在通常情況下，由于宇宙射線及地層放射性物質(zhì)的作用，氣體中有少量帶電質(zhì)點(diǎn)，它們?cè)趶?qiáng)電場(chǎng)作用下，沿電場(chǎng)方向移動(dòng)時(shí)，在間隙中會(huì)有電導(dǎo)電流。因此，氣體通常不是理想的絕緣材料，但當(dāng)電場(chǎng)較弱時(shí)，氣體電導(dǎo)極小，可視為絕緣體。當(dāng)氣體間隙上電壓提高至一定值后，可在間隙中突然形成一傳導(dǎo)性很高的通道，此時(shí)稱氣體間隙擊穿(也可叫氣體放電)。氣體間隙擊穿后，可依電源功率、電極形式、氣體壓力等具有不同的放電形式。在低氣壓、電源功率較小時(shí)，放電表現(xiàn)為充滿整個(gè)間隙的輝光放電形式；在高氣壓下，常表現(xiàn)為火花或電弧放電形式；在極不均勻電場(chǎng)中，會(huì)在局部電場(chǎng)較強(qiáng)處先開(kāi)始放電，稱為電暈放電。除使用純空氣間隙作絕緣外，電力系統(tǒng)中還有許多處在空氣中的固體絕緣，如輸電線路的絕緣子，電機(jī)定子繞組槽外局部的絕緣等，所以還會(huì)遇到氣體沿固體外表放電的情況(也稱沿面閃絡(luò))。2電暈放電現(xiàn)象當(dāng)在電極兩端加上較高但未達(dá)擊穿的電壓時(shí)，如果電極外表附近的電場(chǎng)〔局部電場(chǎng)〕很強(qiáng)，那么電極附近的氣體介質(zhì)會(huì)被局部擊穿而產(chǎn)生電暈放電現(xiàn)象。這里氣體的氣壓約為Pa。當(dāng)電極的曲率半徑很小時(shí)，由于其附近的場(chǎng)強(qiáng)特別高，很容易發(fā)生電暈放電。在通常的情況下，都是研究在曲率半徑很小電極處的電暈放電。電暈放電現(xiàn)象可在很多場(chǎng)合下觀察到，例如，在高壓傳輸線和同軸圓筒所包圍導(dǎo)線的外表，或在針形不規(guī)那么導(dǎo)體的附近以及在帶有高電壓的導(dǎo)體外表等處。根據(jù)空間電荷場(chǎng)的相對(duì)重要性和陰極提供電子過(guò)程的性質(zhì)區(qū)分了湯生放電、輝光放電和弧光放電。在湯生放電中，空間電荷場(chǎng)對(duì)外加電場(chǎng)的影響很小，而在輝光和弧光放電中，它卻起著重要的作用。在湯生和輝光放電中，次級(jí)電子的提供過(guò)程，如光子、正離子和亞穩(wěn)態(tài)原子過(guò)程所產(chǎn)生的作用不很明顯，而弧光那么是借助于十分有效的次級(jí)過(guò)程如場(chǎng)致發(fā)射和熱離子發(fā)射而工作。岡此，自持湯生或輝光放電的燃點(diǎn)電壓或陰極位降值都要超過(guò)氣體電離電位一個(gè)數(shù)量級(jí)的大小，而自持弧光放電的陰極位降十分接近于氣體的電離電位。電暈放電電壓降比輝光放電壓降大(千伏數(shù)量級(jí))，但放電電流更小〔微安數(shù)量級(jí)〕。且往往發(fā)生在電極間電場(chǎng)分布不均勾的條件下。假設(shè)電場(chǎng)分布均勻，放電電流又較大，那么發(fā)生輝光放電現(xiàn)象；在電暈放電狀況下如提高外加電壓，而電源的功率又不夠大，此時(shí)放電就轉(zhuǎn)變成火花放電；假設(shè)電源的功率足夠大時(shí)，那么電暈放電可轉(zhuǎn)變?yōu)榛」夥烹姟Ｔ陔姇灧烹娭?，一般說(shuō)來(lái)，電極的幾何構(gòu)形起著重要作用。電場(chǎng)的不均勻性把主要的電離過(guò)程局限于局部電場(chǎng)很高的電極附近，特別是發(fā)在曲率半徑很小的電極附近或大或小的薄層中，氣體的發(fā)光也只發(fā)生在這個(gè)區(qū)域里，這個(gè)區(qū)域稱為電離區(qū)域，或稱之為電暈層或起暈層。在這個(gè)區(qū)域之外，由于電場(chǎng)弱，不發(fā)生或很少發(fā)生電離，電流的傳導(dǎo)依靠正離子和負(fù)離子或電子的遷移運(yùn)動(dòng)，因此電離區(qū)域之外的區(qū)域被稱為遷移區(qū)域或外圍區(qū)域。假設(shè)兩極中僅有一個(gè)電極起暈，那么放電的遷移區(qū)域中根本上只有一種符號(hào)的帶電粒子，在此情況下，電流是單極性的。形成電暈所需電場(chǎng)不均勻的程度與氣體的種類有很大關(guān)系。在負(fù)電性的氣體中(如氣壓為Pa的空氣)，當(dāng)電極為球——平面幾何構(gòu)形，電極間隙為球半徑時(shí)可建立電暈放電；與此相反，假設(shè)充以非負(fù)電性氣體，那么不會(huì)產(chǎn)生電暈放電現(xiàn)象。電暈放電的電流強(qiáng)度取決于加在電極之間的電壓大小、電極的形狀、極間距離、氣體的性質(zhì)和密度。電暈放電是—種自持放電，它不需要外加電離源來(lái)引發(fā)和維持放電。另外，電暈放電的電壓降不取決于外電路中的電阻，而決定于放電遷移區(qū)域的電導(dǎo)；在遷移區(qū)域內(nèi)存在單極性的空間電荷時(shí)，它阻礙著放電電流的通過(guò)，此時(shí)電暈放電的壓降大局部落在遷移區(qū)域上。當(dāng)兩極間的電位差由零逐漸增大時(shí)，最初發(fā)生無(wú)聲的非自持放電，這時(shí)的電流很微弱，其大小決定于剩余電離；當(dāng)電壓增加到—定數(shù)值Vs時(shí)，電暈放電發(fā)生了。該電壓Vs稱為起暈電壓或電暈放電的閥值電壓，它的大小數(shù)值由電極間電流的突然增大(從大約到A)和在曲率半徑較小的電極處朦朧的輝光的出現(xiàn)所表征。假設(shè)繼續(xù)增大電位差，那么電流強(qiáng)度將增大，發(fā)光層的大小及其亮度也同時(shí)增大。當(dāng)外加電壓比閥值電壓高很多時(shí)，電暈放電會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榛鸹ǚ烹姟l(fā)生火花的擊穿。電暈放電的極性決定于具有小曲率半徑的電極的極性。如果曲率半徑小的電極帶正電位，那么發(fā)生的電暈稱為正電暈；反之那么稱為負(fù)電暈；此外，按提供的電壓類型也可以將電暈放電分為直流電暈、交流電暈和高頻電暈。按出現(xiàn)電暈電極的數(shù)目分類時(shí)，那么有單極電暈、雙極電暈和多極電暈。電暈放電現(xiàn)象的應(yīng)用很廣，例如除塵器、高速打印饑、漂白裝置等。在某些場(chǎng)合，又不希望它發(fā)生，如高壓傳輸線上的電暈會(huì)引起電能的損耗和對(duì)播送電視的干擾。因此，研究電暈的根本過(guò)程具有重要的實(shí)用價(jià)值。3電暈產(chǎn)生的機(jī)理電暈即局部放電，是指當(dāng)電壓應(yīng)力超過(guò)某一臨界值時(shí)，在絕緣系統(tǒng)中氣體瞬時(shí)電離引起的一種局部放電現(xiàn)象。顯然，“局部”并不是每一處，“瞬時(shí)’并非持續(xù)，“氣體電離’那么說(shuō)明無(wú)氣體便無(wú)電暈，因此，氣體是電暈產(chǎn)生的最根本的條件之一。眾所周知，氣體是不導(dǎo)電的，為優(yōu)良的絕緣體。但是，當(dāng)提高氣體間隙上的外施電壓而到達(dá)一定數(shù)值后，電流會(huì)突然劇增，從而使氣體失去絕緣性能，產(chǎn)生自持放電現(xiàn)象。所以，電暈產(chǎn)生有兩個(gè)主要的因素：一是空氣隙的存在，另一個(gè)就是電壓應(yīng)力(即電場(chǎng)強(qiáng)度)超過(guò)了空氣隙的擊穿電壓。在絕緣材料的內(nèi)部、電極之間都會(huì)存在一定的空氣隙，因而，當(dāng)作用在這些空氣隙上的電壓應(yīng)力超過(guò)氣體的擊穿電壓時(shí)，氣體就會(huì)被擊穿，形成電暈。最初，局部放電產(chǎn)生的電火花燒蝕絕緣外表，同時(shí)產(chǎn)生的臭氧和酸對(duì)絕緣外表也有腐蝕作用，使得絕緣外表變得粗糙，然后這種燒蝕和腐蝕緩慢滲入絕緣體內(nèi)部，但不會(huì)造成急劇損壞。燒蝕到一定階段就會(huì)向四周傳播，形成枝狀生長(zhǎng)的通路，該通路是導(dǎo)電的。這是因?yàn)橥返谋跁?huì)碳化或者因?yàn)槠渲械臍怏w高度電離所致。4電暈放電形成條件并不是所有的氣體放電都表現(xiàn)為電暈放電形式，只有在極不均勻電場(chǎng)中的氣體，當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)足夠大時(shí)，才會(huì)形成電暈。也就是說(shuō)只有當(dāng)極間距離對(duì)起暈電極外表最小曲率半徑的比值大于一定值時(shí)，電暈才有可能發(fā)生;假設(shè)比值小于此值，氣隙將發(fā)生火花擊穿。電力系統(tǒng)中所遇到的絕緣結(jié)構(gòu)大多是不均勻的。不均勻電場(chǎng)的形式很多，絕大多數(shù)是不對(duì)稱電場(chǎng)。在電場(chǎng)極不均勻時(shí)，隨間隙上所加電壓的升高，在大曲率電極附近很小范圍內(nèi)的電場(chǎng)足以使空氣發(fā)生游離，而間隙中大局部區(qū)域的電場(chǎng)仍然很小。于是在大曲率電極附近很薄一層空氣中將具備自持放電(即外界游離因素不存在，間隙中的放電僅靠電場(chǎng)作用繼續(xù)進(jìn)行下去)的條件，放電僅局限在大曲率電極周圍很小的范圍內(nèi)，而整個(gè)間隙尚未擊穿。這種放電稱為電暈放電。這是由于大曲率周圍的強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)的氣體游離造成的。伴隨強(qiáng)場(chǎng)區(qū)中的游離、復(fù)合，鼓勵(lì)和反鼓勵(lì)，發(fā)出大量光子，使起暈電極周圍有薄薄的紫色光層，稱為電暈層，電暈層以外的電場(chǎng)很弱，不再發(fā)生游離。電暈放電是極不均勻電場(chǎng)所特有的一種自持放電形式，是極不均勻電場(chǎng)的特征之一。它與其他形式的放電有本質(zhì)的區(qū)別，電暈放電時(shí)的電流強(qiáng)度并不取決于電路中的阻抗，而取決于電極外氣體空間的電導(dǎo)，這就取決于外加電壓、電極形狀、極間距離、氣體的性質(zhì)和密度等。通常以開(kāi)始出現(xiàn)電暈時(shí)的電壓稱為電暈起始電壓，它低于擊穿電壓，電場(chǎng)越不均勻，兩者的差值越大。5電暈放電產(chǎn)生的效應(yīng)氣體中的電暈放電具有以下幾種效應(yīng)：1〕伴隨著游離、復(fù)合、鼓勵(lì)和反鼓勵(lì)等過(guò)程而有聲、光、熱等效應(yīng)，表現(xiàn)為發(fā)出“嘶嘶”的聲音，發(fā)出藍(lán)色的暈光以及使周圍空氣溫度升高等。2〕在尖極或電極的某些突出局部，電子和離子在局部場(chǎng)強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)下高速運(yùn)動(dòng)，與氣體分子交換能量，形成“電風(fēng)”。當(dāng)電極固定的剛性不夠時(shí)(例如懸掛的導(dǎo)線)，氣體對(duì)電風(fēng)的反作用力會(huì)使電暈極振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。3〕電暈放電會(huì)產(chǎn)生高頻脈沖電流，其中還包含許多高次諧波，對(duì)無(wú)線電通訊造成干擾。高壓輸電線路的絕緣子和各種金具上很容易出現(xiàn)電暈，在壞天氣或在過(guò)電壓的情況下，甚至在整條導(dǎo)線上都有可能出現(xiàn)電暈。隨著輸電電壓的不斷提高，延伸范圍不斷擴(kuò)大，線路上電暈造成的無(wú)線電干擾已成為很重要的問(wèn)題。4〕電暈放電還使空氣發(fā)生化學(xué)反響，生成臭氧、氮氧化物等產(chǎn)物，臭氧、氮氧化物是強(qiáng)氧化劑和腐蝕劑，會(huì)對(duì)氣體中的固體介質(zhì)及金屬電極造成損傷或腐蝕。5〕以上各點(diǎn)都使得電暈放電會(huì)產(chǎn)生能量損耗，在某些情況下，會(huì)到達(dá)可觀的程度。所以，在高壓輸電線路上應(yīng)力求防止或限制電暈，特別是超高壓系統(tǒng)中，限制電暈引起的能量損耗和電磁波對(duì)無(wú)線電的干擾已成為必須加以解決的重要問(wèn)題。6工程實(shí)際中的防暈措施限制電暈最有效的方法是改良電極的形狀，增大電極的曲率半徑，如采用均壓環(huán)、屏蔽環(huán);在某些載流量不能滿足要求的場(chǎng)合，可采用空心的、薄殼的、擴(kuò)大尺寸的球面或旋轉(zhuǎn)橢圓等形式的電極，如超高壓輸電線路采用分裂導(dǎo)線;在變電所中，當(dāng)電壓大于35kV時(shí)一般不采用矩形母線，而采用圓形或管形母線；在線路施工中，應(yīng)防止造成導(dǎo)線的損傷，出現(xiàn)毛刺等。1〕選擇耐電暈性能較好的絕緣材料。不同的絕緣材料.其耐電暈特性一也各不相同.低密度聚乙烯在電暈產(chǎn)生100h后就會(huì)絕緣失效.可見(jiàn).絕緣材料的耐電暈性能至關(guān)重要。在常用絕緣材料中，硅橡膠、PVC、DAP、聚四氟乙烯都是很好的耐電暈材料。2〕改良產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，盡量減少空氣隙的存在。3〕改善電場(chǎng)分布，使之盡量均勻。改良電極形狀，增大電極曲率半徑，以改善電場(chǎng)分布，提高氣體間隙的擊穿電壓。同時(shí)，電極表而應(yīng)盡量防止毛刺、棱角等，以消除電場(chǎng)局部增強(qiáng)的現(xiàn)象。4〕應(yīng)當(dāng)進(jìn)行局部放電的測(cè)量。對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行局部放電試驗(yàn)，測(cè)定局部放電的各項(xiàng)指標(biāo)，對(duì)放電現(xiàn)象進(jìn)行分析，改良產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。在某些特定場(chǎng)合下，電暈放電也有其有利的一面。例如，電暈可削弱輸電線上雷電沖擊或操作沖擊電壓波的幅值及陡度;可利用電暈放電改善電場(chǎng)分布;可利用電暈除塵等等。7結(jié)論國(guó)內(nèi)對(duì)絕緣技術(shù)的研究較晚，相對(duì)于國(guó)外來(lái)說(shuō)還比擬落后.尤其是對(duì)電暈的研究還只是處于起步階段，因此還有很多工作要做。我們相信，隨著我國(guó)電子技術(shù)的迅猛開(kāi)展以及人們對(duì)電暈認(rèn)識(shí)程度和研究的深入，一定能夠克服電暈給產(chǎn)品造成的危害，設(shè)計(jì)制造出性能優(yōu)良、品質(zhì)一流的無(wú)電暈產(chǎn)品。[本日：2本周：18本月：124總數(shù)：481][返回上一頁(yè)][打印]·上一篇文章：高壓電器知識(shí)講座·下一篇文章：APPEEC2009:Asia-PacificPowerandEnergyEngineeringConference文章評(píng)論評(píng)論內(nèi)容只代表網(wǎng)友觀點(diǎn)，與本站立場(chǎng)無(wú)關(guān)！用戶名：！查看更多評(píng)論分值：100分85分70分55分40分25分10分0分內(nèi)容：！(注“！”為必填內(nèi)容。)驗(yàn)證碼：頻道欄目導(dǎo)航文獻(xiàn)綜述