电气击穿强度试验仪

ZJC系列电气击穿强度试验仪设备参数一览：

      在电力工程中遇到的实际绝缘结构，电场大多是不均匀的，而且通常间隙距离很大，电场极不均匀。不均匀电场可分为稍不均匀电场和极不均匀电场两类。稍不均匀电场中放电的特点与均匀电场中放电类似，即放电达到自持，问隙就会发生击穿。而极不均匀电场中气体的放电则有许多新的特点，如击穿前存在电晕放电、电场不对称时存在极性效应等。本节着重分析极不均匀电场中的击穿过程。

极不均匀电场气隙中，因间隙距离大，击穿电压主要决定于间隙距离，而与电极的形状关系不大，故常以棒一板电极或棒一棒电极作为研究不均匀电场放电特性的典型电极。前者代表不对称的不均匀电场，后者代表对称的极不均匀电场。

一、电晕放电

当电场极不均匀时，随间隙上所加电压的升高，在曲率半径小的电极附近，电场强度将先达到引起游离过程的数值，间隙在这一局部区域形成自持放电，称电晕放电，在黑暗中可看到该电极周围有薄薄的发光层，这是游离区的放电过程造成的。游离区中的游离、复合，从激发状态回复到正常状态等过程都可能产生大量的光福射，电晕电极周围的游离层称电晕层。电晕层以外的电场很弱，电晕放电发生时，还可听到咝咝的声音，嗅到臭氧的气味，此时回路中电流便明显增加(但绝对值仍很小)，可以测出能量损耗。

电晕放电是一种自持放电形式，当外施电压甚低时，间隙中的放电过程取决于外部游离因素，放电是非自持的，放电电流极小，一般仪器难以测量。电晕发生后，放电电流突增到可以察觉的数值，而且此时放电过程也无需外部游离因素维持了，因此，电晕放电是极不均匀电场所特有的一种自持放电形式。开始发生电晕时的电压称电晕起始电压，而电极表面的电场强度称电晕起始电场强度。

电晕放电具有自己的特点，发生电晕时，游离区局限于电晕电极附近，放电电流受到不发生游离过程区域的限制。这是由于电场分布极不均匀造成，另外空间电荷也起着重要的作用。例如当曲率大的电极为正极性时，电晕层中积聚起正离子，在弱电场区也是正离子。当大曲率的电极为负极性时，电晕层中积聚起正离子，而电子向弱电场区(向另一极)运动，形成负离子。即游离区以外的离子是与电晕电极同号，它减少了电晕层中的场强，使放电稳定下来。随着电压升高，游离加强，电流增大。但随之外层中空间电荷密度也加大，其中的电场进一步加强，限制了电晕层上的压降，因而电晕层稍稍扩大后，放电过程重又得到平衡。因为外层不发生游离，电导不大，所以放电电流很小，间隙还没有完全击穿。

工程上经常遇到极不均匀电场，架空输电线就是一个例子。雨雪等恶劣天气时，在高压输电线附近常可听到电晕的咝咝声，夜晚还可看到导线周围有紫色晕光。一些高压设备上也会出现电晕。电晕放电会带来许多不利影响。气体放电过程中的光、声、热的效应以及化学反应等都能引起能量损耗。在电晕放电过程中，由于放电的脉冲现象，会形成高频电磁波，引起干扰。电学放电还会使空气发生化学反应，造成臭氧及氧化氮等产物，引起腐蚀作用。所以应力求避免或限制电晕放电。在建设超高压输线时，导线电晕引起的能量损耗及电磁波干扰是必须加以考虑的重要问题.

二、极性效应

在极不均匀电场中，间隙上所加电压还不足以导致击穿以前，在大曲率电极附近，由于电场最强，就可能发生游离现象，在极不均匀电场中空间电荷的积聚将对放电过程有影响。棒(尖)—板电极是典型的极不均匀电场 区此，以下讨论棒(尖)一板间隙中的放电过程。

棒一板间隙中，游离过程的开始总在棒电极附近，棒的极性不同时，空间电荷的作用是不同的。

1.棒极为负极性

如图1-5(a)所示，棒电极附近游离后，正空例电荷逐渐向棒极运动而消失于棒极，但由于其运动速度较慢，所以在棒电极附近出现了较集中的正空间电荷，而游离产生的电子则离开强电场区以越来越慢的速度向阳极运动。消关于电极或成为负离子，负空间电荷由于浓度小对外电场的影响不大，而正空间电荷将使电场畸变，如图1-5(b)中所示(曲线1为外电场分布，曲线2为空间电荷畸变的电场分布)。棒极附近电场得到增强，因而自持条件容易得以满足，易于形成电晕放电。而在正空间电荷向着板极的方向电场将受到减弱，难以发展电子崩形成间隙击穿。

2.棒极为正极性

如图1-6(a)所示，当在棒极附近出现游离后，电子向棒极运动，进入强电场区，开始引起游离而形成电子崩，随外加电压的升高，到达自持放电。在产生电晕之前，这种电子崩在间隙中已形成的相当多了。当电子崩到达棒极后，其中电子进入棒极，而正离子留在空间，相对地说它们是缓慢地向板极移动。于是在棒极附近，积聚起正空间电荷，从而减少了紧贴棒极附近的电场，而加强了外部空间的电场，如图1-6(b)中所示(图中Eex、Esp、E、x的意义与图1-5的相同)。这样，棒极附近的游离被减弱，使得达到自持放电或形成电晕困难，但空间电荷却使朝向板极范围的电场加强，对电子崩发展有利，使放电易于向板极推进，故棒极为正极性时放电电压较棒为负极性时的放电电压为低。

电场的极不均匀情况，可用棒（尖）—板和棒(尖)—棒（尖)作为其典型电极。工程上遇到很不均匀的电场时，可根据这些典型电极的击穿电压数据来估计绝缘距离。如果电场分布不对称，可参照棒(尖)一板电极的数据；如果电场分布对称，则参照棒(尖)一棒(尖)电极的数据。

极不均匀电场中直流、工频及冲击击穿电压间差别较明显，分散性也较大，且极性效应显著。

图1-7所示是尖一板及尖一尖空气隙的直流击穿电压UB和间隙距离的关系。由图可见，对于电场分布极不对称的尖一板间隙，其击穿电压和尖电极的极性有很大关系。这就是前述的极性效应。尖电极具有正极性时击穿电压比负极性时低得多，由图还可看出，尖一尖电极间的击穿电压介于极性不同的尖一板电极之间，这也是可以理解的，因为尖一尖电极装置中有正极性尖端，效电容易由此发展，故其击穿电压比负尖一正板的低。但尖一尖电极有两个尖端即有两个强电场区域，而在同样间隙距离下强电场区域增多后，通常其电场均匀程度会增加，因此尖一尖电极间的最大场强应比尖一板电极间的为低，从面使其击穿电压比正尖一负板的为高。

三、工频电压下的击穿电压

图1-8是棒一棒及棒一板空气间隙的工频击穿电压和间隙距离的关系曲线，间隙距离最大达250cm，棒一板电极间施加工频电压时，击穿总是在棒的极性为正、电压达幅值时发生，并且其击穿电压(幅值)和直流电压下正棒一负板的击穿电压相近。从图1-8中可知，除起给部分外，击穿电压和距离近似成直线关系，棒一棒间隙的平均击穿场强约为3.8kV/cm(有效值)或5.36kV/cm(幅值)，棒一板间隙的稍低一些，约为3.35kV/cm(有效值)或4.8kV/cm(幅值)。