大氣壓力下不均勻電場氣隙擊穿的發(fā)展過程

一、極不均勻電場氣體放電的特點(diǎn)

電氣設(shè)備中的絕緣結(jié)構(gòu)大多是不均勻電場。按照電場分布不均勻的程度可分為稍不均勻電場和極不均勻電場兩種情況。

1.極不均勻電場的典型電極

電場不均勻的程度一般用電場不均勻系數(shù)f表示

f=E_max/E_av   (TYBZ01402003)

式中 E_max——間隙中最大電場強(qiáng)度；

E_av——平均電場強(qiáng)度，為電極間電壓與電極間距離之比。

f<2時(shí)為稍不均勻電場，f＞4時(shí)為極不均勻電場。

極不均勻電場中，由于間隙距離大，擊穿電壓主要取決于間隙距離，與電極的具體形狀、尺寸關(guān)系不大，所以通常用棒一板電極(或線一板電極)和棒一棒電極(或線一線電極)分別作為研究不對稱的不均勻電場和對稱的不均勻電場放電特性的典型電極。對實(shí)際工程中的各種不均勻電場，其氣隙的擊穿電壓可以參照與之相近的典型電極氣隙的擊穿電壓來估算。

2.極不均勻電場氣體放電的特點(diǎn)

在極不均勻電場中，當(dāng)外施電壓達(dá)到一定數(shù)值，整個(gè)間隙擊穿前，曲率半徑小的電極表面附近的場強(qiáng)就已很高，在此局部空間會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的游離過程，黑暗中可以看到此處有藍(lán)紫色的暈光，并伴有“嗞嗞"聲響，這種放電現(xiàn)象稱為電暈放電。在游離區(qū)外(稱外部空間)由于場強(qiáng)較弱，不發(fā)生碰撞游離。

電暈放電是極不均勻電場所有的一種自持放電形式。極不均勻電場具有穩(wěn)定的電暈放電，開始出現(xiàn)電暈時(shí)的電壓稱為電暈起始電壓，此時(shí)電極表面的場強(qiáng)稱為電暈起始場強(qiáng)。隨著外施電壓的升高，電暈層擴(kuò)大，當(dāng)電壓升高到一定值時(shí)，形成貫穿兩極的放電通道，間隙擊穿。顯然擊穿電壓大于電暈起始電壓，并且電場越不均勻，兩者的差別越大。此外，不對稱的不均勻電場，曲率半徑較小的電極的極性不同時(shí)，間隙的電暈起始電壓和擊穿電壓也各不相同。

極不均勻電場氣體間隙的擊穿電壓與外施電壓的種類有關(guān)。同一氣體間隙，在不同性質(zhì)的電壓作用下，其擊穿電壓值不同，并且分散性較大。

二、極性效應(yīng)

1.極性效應(yīng)的概念

對于電極形狀不對稱的不均勻電場，曲率半徑較小的電極的電壓極性不同時(shí)，同一間隙的電暈起始電壓和擊穿電壓也不相同，這種現(xiàn)象稱為極性效應(yīng)。

2.極性效應(yīng)的結(jié)果

曲率半徑較小的電極為正極性時(shí)，間隙的電暈起始電壓比負(fù)極性時(shí)的高，而擊穿電壓比負(fù)極性時(shí)的低。

3.原因分析

極性效應(yīng)是由于曲率半徑較小的電極的電壓極性不同時(shí)，間隙中空間電荷對外電場的畸變作用不同，即對放電發(fā)展的影響不同而引起的。下面以典型的不對稱電場：棒一板間隙來分析產(chǎn)生極性效應(yīng)的原因及造成的結(jié)果。

若棒電極為正極性，間隙中出現(xiàn)的電子向棒電極運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入到強(qiáng)場區(qū)后，引起碰撞游離，形成電子崩。電子崩到達(dá)棒電極后，電子就進(jìn)入棒電極，而正離子則以相對緩慢的速度向板極運(yùn)動(dòng)，所以在棒電極附近積聚起正空間電荷。這些正空間電荷削弱了緊貼棒極附近的電場，加強(qiáng)了外部空間的電場，如圖TYBZ01402003-1所示。棒極附近電場被減弱，使得放電不易達(dá)到自持，故電暈起始電壓高。而外部電場被加強(qiáng)，即流注頭部前方電場被加強(qiáng)，利于放電通道向板電極發(fā)展，故擊穿電壓低。

若棒電極為負(fù)極性，陰極表面游離形成的電子立即進(jìn)入強(qiáng)場區(qū)發(fā)生碰撞游離，形成電子崩。當(dāng)電子崩中的電子離開強(qiáng)場區(qū)后就不再引起游離，一部分電子消失于陽極，一部分電子形成負(fù)離子，負(fù)空間電荷的濃度小，對放電的發(fā)展影響不大。電子崩中的正離子則積聚在棒極附近，如圖TYBZ01402003-2所示。正離子使得靠近棒極附近的電場被加強(qiáng)，放電易于達(dá)到自持，故其電暈起始電壓低；外部空間的電場被削弱，流注通道不易向板電極發(fā)展，故擊穿電壓高。