电晕放电和沿面放电

高电压技术速记版专题1-6专题一：高电压下气体、液体、固体放电原理1、绝缘的概念：将不同电位的导体分开，使之在电气上不相连接。

具有绝缘作用的材料称为电介质或绝缘材料。

2、电介质的分类：按状态分为气体、液体和固体三类。

3、极化的概念：在外电场作用下，电介质的表面出现束缚电荷的现象叫做电介质极化。

4、极化的形式：电子式极化、离子式极化、偶极子式极化；夹层式极化。

(前三种极化均是在单一电介质中发生的。

但在高压设备中，常应用多种介质绝缘，如电缆、变压器、电机等)5、电子式极化：由于电子发生相对位移而发生的极化。

特点：时间短，弹性极化，无能量损耗。

[注]：存在于一切材料中。

6、离子式极化：离子式极化发生于离子结构的电介质中。

固体无机化合物(如云母、陶瓷、玻璃等)多属于离子结构。

特点：时间短，弹性极化，无能量损耗。

[注]：存在于离子结构物质中。

7、偶极子极化：有些电介质具有固有的电矩，这种分子称为极性分子，这种电介质称为极性电介质(如胶木、橡胶、纤维素、蓖麻油、氯化联苯等)。

特点：时间较长，非弹性极化，有能量损耗。

[注]：存在于极性材料中。

8、夹层式极化特点：时间很长，非弹性极化，有能量损耗。

[注]：存在于多种材料的交界面；当绝缘受潮时，由于电导增大，极化完成时间将大大下降；对使用过的大电容设备，应将两电极短接并彻底放电，以免有吸收电荷释放出来危及人身安全。

9、为便于比较，将上述各种极化列为下表：10、介电常数：[注]：用作电容器的绝缘介质时，希望些好。

大些好。

用作其它设备的绝缘介质时，希望小11、电介质电导：电介质内部带点质点在电场作用下形成电流。

金属导体：温度升高，电阻增大，电导减小。

绝缘介质：温度升高，电阻减小，电导增大。

12、绝缘电阻：在直流电压作用下，经过一定时间，当极化过程结束后，流过介质的电流为稳定电流称为泄漏电流，与其对应的电阻称为绝缘电阻。

(1)介质绝缘电阻的大小决定了介质中泄漏电流的大小。

1绝缘强度：电解质保证绝缘性能所能蒙受的最高电场强度。

2自由行程：电子发生相邻两次碰撞经过的行程。

3汤逊电子崩理论：特别是电子在电场力作用下产生碰撞电离，使电荷快速增添的现象。

4自持放电：去掉外界电离要素，仅有电场自己即可保持的放电现象。

5非自持放电：去掉外界电离要素放电立刻停止的放电现象。

6 汤逊第一电离系数：一个电子逆着电场方向前进1cm 均匀发生的电离次数。

7汤逊第三电离系数：一个正离子碰撞阴极表面产生的有效电子数。

8电晕放电：不均匀电场中曲率大的电极四周发生的一种局部放电现象。

9伏秒特征：作用在气隙上的击穿电压最大值与击穿时间的关系。

10U%50击穿电压：冲击电压作用下负气隙击穿的概率为50%的击穿电压。

11爬电比距：电气设施外绝缘的爬电距离与最高工作线电压有效值之比。

12检查性试验：检查绝缘介质某一方面特征，据此间接判隔离缘情况。

13耐压试验：模拟电气设施在运转中收到的各样电压，以此判断耐压能力。

14汲取比：加压后 60s 与 15s 丈量的电阻之比。

15容升效应（电容效应）回路为容性，电容电压在变压器漏抗上的压降使电容电压高于电源电压的现象。

16耦合系数：互波阻与正波阻之比。

17地面落雷密度 ; 每一雷暴日每平方公里地面上受雷击的次数。

18落雷次数：每一百公里线路每年落雷次数。

19工频续流：过电压消逝后，工作电压作用下避雷器空隙持续流过的工频电流。

20残压：雷电流过阀片电阻时在其上产生的最大压降。

21灭弧电压：灭弧前提下润徐加在避雷器上的最高工频电压。

22保护比：残压与灭弧电压之比。

23耐雷水平：雷击线路，绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值。

24雷击跳闸率：每一百公里线路每年由雷击惹起的跳闸次数。

25击杆率：雷击杆塔的次数与雷击线路总次数的比。

（山区大）26绕击率：雷绕击导线的次数与雷击导线总次数的比。

27保护角：避雷线与边相导线的夹角。

28工频过电压：系统运转方式因为操作或故障发生改变时，产生的频次为工频的过电压。

臭氧的制取方法和技术:光化学法、电化学法、电晕放电法一、光化学法–紫外线臭氧发生器此方法是光波中的紫外光会使氧气分子 O2分解并聚合成臭氧 O3，大气上空的臭氧层即是由此产生的。

波长λ ＝ 185nm(10 -9 m) 的紫外光效率最高，此时，光量子被 O2 吸收率最大。

其反应基本过程为：O2＋hr→ O+OO2+O+M→ O3 +Mhr －紫外光量子M －存在的任何惰性物体，如反应器器壁、氮、二氧化碳气体分子等。

使用 185nm 紫外光产生臭氧的光效率为 130gO3/kw·h ，是比较高的。

但目前低压汞紫外灯的电－光转换效率很低，只为 0.6 ％～ 1.5 ％，则紫外法产生臭氧的电耗高达600kwh/kgO3，即 1.5gO3 /kw. h ，工业应用价值不大。

紫外法产生臭氧的优点是对湿度、温度不敏感，具有很好的重复性；同时，可以通过灯功率线性控制臭氧浓度、产量。

这两个特性对于臭氧用于人体治疗与作为仪器的臭氧标准源是非常合适的。

二、电化学法–电解纯水臭氧发生器利用直流电源电解含氧电解质产生臭氧气体的方法，其历史同发现臭氧一样悠久。

八十年代以前，电解液多为水内填加酸、盐类电解质，电解面积比较小，臭氧产量很小，运行费用很高。

由于人们在电极材料、电解液与电解机理、过程方面作了大量的研究工作，电解法臭氧发生技术取得了很大进步。

近期发展的 SPE （固态聚合物电解质）电极与金属氧化催化技术，使用纯水电解得到 14 ％以上的高浓度臭氧，使电化学法臭氧发生器技术向前迈进了一大步。

日本某公司向市场推出了 120gO3/h 的电解臭氧发生器，电耗150kw·h/kgO3，使这种类型产品达到了工业化应用规模。

我国武汉大学早期开展了电解臭氧技术的研究，上海唐锋电器公司研究开发了电解法臭氧发生器系列产品，臭氧浓度可达 20 ％，最大臭氧产量为 100g/h 。

该产品使用纯水电解产生臭氧后在机内直接与水混合形成 4-20mg/L 高浓度臭氧水，其规格为高浓度臭氧水供水量由 60L/h 到 5000L/h 。

火花放电是电极间的气体被击穿，形成电流在气体中的通道，即明显的电火花称为火花放电。

电晕放电是电极间的气体还没有被击穿，电荷在高电压的作用下发生移动而进行的放电，放电的现象是：在黑暗中可以看到电极的尖端有蓝色的光晕，称为电晕放电。

火花放电的电流大多都很大，而电晕放电的电流比较小。

电晕放电的形成机制因尖端电极的极性不同而有区别，这主要是由于电晕放电时空间电荷的积累和分布状况不同所造成的。

在直流电压作用下，负极性电晕或正极性电晕均在尖端电极附近聚集起空间电荷。

在负极性电晕中，当电子引起碰撞电离后，电子被驱往远离尖端电极的空间，并形成负离子，在靠近电极表面则聚集起正离子。

电场继续加强时，正离子被吸进电极，此时出现一脉冲电晕电流，负离子则扩散到间隙空间。

此后又重复开始下一个电离及带电粒子运动过程。

如此循环，以致出现许多脉冲形式的电晕电流。

电晕电流这一现象是G.W. 特里切尔于1938年发现的，称为特里切尔脉冲。

若电压继续升高，电晕电流的脉冲频率增加、幅值增大，转变为负辉光放电。

电压再升高，出现负流注放电，因其形状又称羽状放电或称刷状放电。

当负流注放电得以继续发展到对面电极时，即导致火花放电，使整个间隙击穿。

正极性电晕在尖端电极附近也分布着正离子，但不断被推斥向间隙空间，而电子则被吸进电极，同样形成重复脉冲式电晕电流。

电压继续升高时，出现流注放电，并可导致间隙击穿。

电晕放电频电晕电流与电压同相，反映出电晕功率损耗。

工程应用中还常以外施电压与电晕电荷量的关系表示电晕特性，称为电晕的伏库特性。

架空输电线路导线电晕起始电场强度E s可由皮克公式计算：（千伏／厘米）式中δ为空气相对密度，m为绞线系数,R为导线半径（厘米）。

当δ=1、m＝0.5、R＝0.9厘米时,E s=19.7千伏／厘米。

实际上,导线表面状况如损伤、雨滴、附着物等,都会使电晕放电易于发生。

电晕放电在工程技术领域中有多种影响。

电力系统中的高压及超高压输电线路导线上发生电晕（见图），会引起电晕功率损失、无线电干扰、电视干扰以及噪声干扰。

击穿：当气体中的电场强度达到一定数值，气体中的电流剧增，在气体间隙中形成一条导电性很高的通道，气体丧失绝缘能力，气体这种由绝缘状态变成良导电状态的过程。

自持放电：只依靠电场就能维持下去的放电。

非自持放电：依靠外界游离因素支持的放电。

伏秒特性曲线：用气隙上出现电压最大值与放电时间关系来表征气隙在冲击电压下的击穿特性。

50%击穿电压：在该电压下进行多次试验，气隙击穿概率为50%。

沿面放电：在固体介质和空气的分界面上出现沿着固体介质表面的气体放电现象。

耐压试验：模拟设备在运行过程中实际可能碰到的危险的过电压状况对绝缘加上与之等价的高电压来进行试验，从而考核绝缘的耐电强度。

极化指数：对大电容量的设备，可采用10min和1min 时的绝缘电阻之比。

绝缘吸收比：加压60s时的绝缘电阻与15s时的绝缘电阻的比值。

局部放电：当外加电压在电气设备中产生的场强，足以使绝缘部分区域发生放电，但在放电区域内未形成固定放电通道的这种放电现象，称为局部放电。

彼得逊法则：计算节点的电流、电压，可把线路等值成一个电压源，其电动势是入射波的2倍，其波形不限，电源内阻是波阻抗Z1。

雷电日：一年中有雷电的日数（小时数）。

阀型避雷器残压：避雷器动作后雷电流流过阀片在阀片上形成的压降。

耐雷水平：雷击线路时线路绝缘布发生冲击闪络的最大雷电流幅值。

雷击跳闸率：每100km线路每年由雷击引起的跳闸次数。

反击：线路绝缘上电压的幅值随雷电流增大而增大，当这个幅值大于绝缘子串冲击闪络电压时，绝缘子串将发生闪络，由于此时杆塔电位较导线电位为高，此类闪络称为反击。

绕击：雷绕过避雷线而直接击中导线。

绕击率：发生绕击的概率。

进线段保护：在临近变电所1~2km的一段线路上加强防雷保护措施。

绝缘配合：根据电气设备在系统中可能承受的各种电压，并考虑过电压的限制措施和设备的绝缘性能后来确定的绝缘水平，以便把作用于电气设备上的各种电压所引起的绝缘损坏降低到经济上和运行上所能接受的水平。

沿面放电实验（一）实验目的：1．了解沿面放电的基本概念。

2．研究介质沿面放电的基本现象与影响沿面放电的一些因素。

（二）实验内容：固体介质处于不均匀电场中，且介质界面电场具有强垂直分量。

当所加电压还不高时，电极附近首先出现电晕放电，然后随着所加电压的不断升高，放电区域逐渐变成由许多平行的火花细线组成的光带，即出现辉光放电。

火花细线的长度随着电压的升高而增大，当电压超过某一临界值后，放电性质发生变化，出现滑闪放电。

当电压再升高一些，放电火花就将到达另一电极，发生沿面闪络。

仔细观察沿面放电的整个过程，了解各个阶段沿面放电现象的特点，并阐明发生沿面放电现象的原理。

（三）实验用仪器设备：1．800kV无局放工频试验变压器2．JJFB－1交流峰值电压表3．平板式电极〔小圆柱和平板为电极〕（四）实验用详细线路图或其它示意图：图1 沿面放电试验线路图图2 平板式电极〔小圆柱和平板为电极〕（五）实验有关原理与原始计算数据，所应用的公式：实验的有关原理请参考文献[4]和上述〔四〕中部分实验的原理图。

（六）实验数据记录：放电阶段施加电压放电特点电晕放电辉光放电滑闪放电表1空气间隙放电实验记录表的参考式样（七）实验结果的计算与曲线：本次实验沿面放电分为三个阶段：电晕放电、辉光放电和滑闪放电。

图3 电晕放电阶段图4辉光放电阶段图5滑闪放电阶段（八）对实验结果、实验中某些现象的分析讨论：思考并完成下述问题：1．进行高电压试验时为什么要特别注意安全？应采取那些安全措施？〔1〕因为在高电压下工作，由于疏忽，人体与带高电压设备部分的距离小于安全距离时极可能发生人身伤亡事故；因错接试验电路或错加更高的试验电压很可能使试验设备或被试设备发生损坏。

〔2〕为了保证实验安全的进行，可采取以下安全措施：○1充分做好实验前的准备工作，拟定好实验方案，严格按照相关规程和实验老师的的指导进行实验；○2多人协同工作，明确分工，同时相互提醒，也可专设一人负责安全监察；○3实验中，全体人员必须思想集中，全神贯注，不能闲聊、随意走动，更不可随意触碰；○4时刻注意与带电高压设备保持安全距离；等。

闪络：在高电压作用下，气体或液体介质沿绝缘表面发生的破坏性放电。

其放电时的电压称为闪络电压。

发生闪络后，电极间的电压迅速下降到零或接近于零。

闪络通道中的火花或电弧使绝缘表面局部过热造成炭化，损坏表面绝缘.沿绝缘体表面的放电叫闪络。

而沿绝缘体内部的放电则称为是击穿。

电晕：在110kV以上的变电所和线路上，时常能听到“陛哩”的放电声和淡蓝色的光环，这就是电晕。

长期以来，电晕被默认是“永不消失的”，电晕真的永不消失吗?电晕的产生是因为不平滑的导体产生不均匀的电场，在不均匀的电场周围曲率半径小的电极附近当电压升高到一定值时，由于空气游离就会发生放电，形成电晕。

因为在电晕的外围电场很弱，不发生碰撞游离，电晕外围带电粒子基本都是电离子，这些离子便形成了电晕放电电流。

简单地说，曲率半径小的导体电极对空气放电，便产生了电晕。

高压电机定子绕组在通风槽口及直线出槽口处、绕组端部电场集中，当局部位置场强达到一定数值时，气体发生局部电离，在电离处出现蓝色荧光，这即是电晕现象。

电晕产生热效应和臭氧、氦的氧化物，使线圈内局部温度升高，导致胶粘剂变质、碳化，股线绝缘和云母变白，进而使股线松散、短路，绝缘老化。

---高压电机定于线困在通风槽口及出槽口处，其绝缘表面的电场分布是极不均匀的。

当局部场强达到一定数值时，气体发生局部游离，在电窝处出现蓝色晕光，产生电晕。

电晕的发生伴随着热、奥、氧、氮的氧化物的产生，这些对电机绝缘都是极其有害的。

另外由于热固性绝缘表面与槽壁接触不良或不稳定时，在电磁振动的作用下，将引起槽内间隙火花放电。

这种火花放电造成的局部温升将使绝缘表面受到严重侵蚀。

这一切都将对电机绝缘造成极大的损害。

为了有效的消除这种电晕现象，正确地确定防晕结构参数和选用良好的防晕材料是十分重要的。

闪络在高电压作用下，气体或液体介质沿绝缘表面发生的破坏性放电。

其放电时的电压称为闪络电压。

发生闪络后，电极间的电压迅速下降到零或接近于零。

沿面放电的特征沿面放电的特征什么是沿面放电沿面放电是指在两个或多个电极之间的气体间发生的一种放电现象。

它是气体绝缘体电力设备中常见的故障之一，通常以电晕放电、击穿放电或电弧放电的方式发生。

沿面放电的特征沿面放电具有以下几个特征：1.放电预兆沿面放电通常会出现一些放电前的预兆，如噪声、振动、气味等。

这些预兆可以提前预警，帮助我们及时采取措施，避免设备故障。

2.电晕放电电晕放电是沿面放电最常见的形式之一。

当电压升高到一定程度时，电极周围的电场强度会足够产生电离，形成电晕放电现象。

这会导致较小的电流从电极表面放电，产生耀斑或发出微弱的光亮。

3.击穿放电当电压过高，使气体中的电场超过气体的击穿强度时，沿面放电会转变为击穿放电。

在击穿放电中，电流会急剧增加，电弧会形成，并且会出现强烈的闪光和声响。

击穿放电是沿面放电最严重的一种形式，易造成设备故障和短路。

4.放电路径沿面放电通常具有明显的放电路径，即电流会沿着特定的表面或通道进行传导。

这使得我们可以通过监测放电路径的变化，预测潜在的设备故障点。

5.放电能量沿面放电释放的能量较小，但也会产生一些热量和气体。

长时间的沿面放电会导致设备局部温度升高，增加设备故障的风险。

6.放电模式沿面放电可以呈现不同的模式，如稳定放电、脉冲放电等。

不同的放电模式对设备的损害程度和风险也不同，需要针对具体情况进行分析和处理。

总结沿面放电作为一种常见的气体绝缘体电力设备故障，具有一些独特的特征。

通过了解这些特征，我们可以更好地预测和防范设备故障，确保电力系统的安全运行。

高电压技术总复习第一章气体的放电基本物理过程和电气强度一、气体放电的一般分类：（根据电源容量、气体压力、电极形状不同）•辉光放电：气体压力小，点与昂功率很小，电流密度较小，放电区域占据电极的整个空间。

如节日彩灯等•火花放电:在大气压力下，电源功率较小时，间隙间歇性击穿，放电通道细而明亮。

•电弧放电：大气压力下，电源功率较大时，放电具有明亮、持续的细致通道•电晕放电：极不均匀电场中，高电场强度电极附近出现发光薄层。

二、气体间隙中带电质点的产生（1）碰撞游离：气体中带电质点在电场中获得加速后和气体分子碰撞时，把动能传给后者引起游离。

自由行程：一个带电质点在两次碰撞之间自由通过的平均距离。

自由行程与分子密度有关，分子密度越大自由行程越长，越容易获得足够的动能发生碰撞游离。

（2）光游离：所谓光游离是指由于光辐射引起的原子或分子游离W=hv=hc/λh ——普朗克常熟v ——光子频率λ——波长通常我们看到的可见光不会发生光游离，只有一些短的才会发生光游离，比如：宇宙射线、γ射线等所谓热游离并不是一种新游离，它实质上是在热状态下发生的碰撞游离和热辐射下引起的光游离。

这两种游离结合起来形成热游离。

（3）热游离：气体在热状态下引起的游离过程称为热游离所谓热游离并不是一种新游离，它实质上是在热状态下发生的碰撞游离和热辐射下引起的光游离。

这两种游离结合起来形成热游离。

第一节汤逊理论和流注理论1、自持放电与非自持放电必须借助外力因素才能维持的放电称为非自持放电不需其他任何加外电离因素而仅由电场的作用就能自行维持的放电称为自持放电2、汤逊理论α过程：（1）电子崩的形成，电子数按几何级数不断增多，像雪崩似的发展，这种急剧增大的空间电子流——电子崩（2）α过程引起的电流：只有α过程，放电不能自持。

β过程：正离子碰撞游离系数β——一个正离子沿着电场方向行径1cm长度，平均发生的碰撞电离次数；也称之为汤逊第二游离系数。

正离子在运动时，不易积累能引起碰撞游离的能量，因而β值极小，在分析时可予忽略 γ过程：正离子表面电离系数γ——表示折合到每个碰撞阴极表面的正离子，使阴极金属释放出的自由电子数。

1.1带电粒子的产生与消失电离：产生带电粒子的物理过程。

电力能：电力过程所需要的能量。

原子的激发（激励）：在外界因素作用下，气体原子获得外加能量时，一个或若干个电子有可能转移到离核较远的轨道上去的现象。

带电粒子的产生：碰撞电离（有碰撞引起的电离）光电离（由光辐射引起的气体原子或分子电离的现象）热电离（气体在热状态下引起的电离过程）表面电离（气体中的电子也可以由电场作用下的金属表面发射出来）。

这三种形式同时存在、相互作用，只是各种电离形式表现出的强弱不同。

空间电离：气体在间隙空间里带电粒子的产生过程。

逸出功：从金属电极表面发射电子需要的一定的能量。

去电离过程：当气体中发生放电时，与不断产生带电粒子的电力过程相反的过程。

气体去电离的基本形式：漂移（带电粒子在外电场的作用下做定向移动，消逝于电极面形成的回路电流，从而减少了气体中的带电粒子的现象）、扩散、复合、（吸附）。

1.2均匀电场中的气体放电均匀电场：在电场中，电场强度处处相等。

汤逊放电理论实验条件：均匀电场、低气压、短间隙。

自持放电：仅由电场的作用就能自行维持的放电。

非自持放电：需要外界电离因素才能维持的放电。

起始放电电压：放电由非自持转为自持的临界电压。

起始放电场强：起始放电电压对应的场强。

汤逊自持放电条件：电子碰撞电离形成电子崩是气体放电的主要过程，而放电是否由非自持转为自持，则取决于阴极表面是否释放出了二代电子。

光电离。

书图1.2巴申曲线：放电电压与放电距离d和气压p的乘积的曲线，呈U型。

巴申定律：高气压或真空都可提高击穿电压，工程上已广泛使用。

正流注：当外加电压较低时，电子崩需要整个间隙才能形成流注，这种流注是由阳极向阴极发展的。

负流注：外加电压高于击穿电压，流注由阴极向阳极发展。

流注放电理论：解释高气压长间隙以及不均匀电场中的气体放电现象。

1.3不均匀电场中的气体放电气体放电特征：稍不均匀电场的间隙击穿前看不到放电迹象，一旦出现自持放电，便立即导致整个间隙的击穿；极不均匀电场当外加电压达到某一临界时间时，首先出现电晕放电现象，当外加电压进一步增大时，电晕区也随之扩大，但气隙依然保持其绝缘状态没有被击穿。

电晕放电及其危害1气体放电的基本形式在电力系统中，气体(主要是空气)是一种运用得相当广泛的绝缘材料，如架空线、母线、变压器的外绝缘、隔离开关的断口处等。

在通常情况下，由于宇宙射线及地层放射性物质的作用，气体中有少量带电质点，它们在强电场作用下，沿电场方向移动时，在间隙中会有电导电流。

因此，气体通常不是理想的绝缘材料，但当电场较弱时，气体电导极小，可视为绝缘体。

当气体间隙上电压提高至一定值后，可在间隙中突然形成一传导性很高的通道，此时称气体间隙击穿(也可叫气体放电)。

气体间隙击穿后，可依电源功率、电极形式、气体压力等具有不同的放电形式。

在低气压、电源功率较小时，放电表现为充满整个间隙的辉光放电形式；在高气压下，常表现为火花或电弧放电形式；在极不均匀电场中，会在局部电场较强处先开始放电，称为电晕放电。

除使用纯空气间隙作绝缘外，电力系统中还有许多处在空气中的固体绝缘，如输电线路的绝缘子，电机定子绕组槽外部分的绝缘等，所以还会遇到气体沿固体表面放电的情况(也称沿面闪络)。

2电晕放电现象当在电极两端加上较高但未达击穿的电压时，如果电极表面附近的电场（局部电场）很强，则电极附近的气体介质会被局部击穿而产生电晕放电现象。

10Pa。

当电极的曲率半径很小时，由于其附近的场强特别这里气体的气压约为5高，很容易发生电晕放电。

在通常的情况下，都是研究在曲率半径很小电极处的电晕放电。

电晕放电现象可在很多场合下观察到，例如，在高压传输线和同轴圆筒所包围导线的表面，或在针形不规则导体的附近以及在带有高电压的导体表面等处。

根据空间电荷场的相对重要性和阴极提供电子过程的性质区分了汤生放电、辉光放电和弧光放电。

在汤生放电中，空间电荷场对外加电场的影响很小，而在辉光和弧光放电中，它却起着重要的作用。

在汤生和辉光放电中，次级电子的提供过程，如光子、正离子和亚稳态原子过程所产生的作用不很明显，而弧光则是借助于十分有效的次级过程如场致发射和热离子发射而工作。