兩條挨著的高壓線之間會不會產生高壓電弧放電?謝謝?

時間 2021-05-12 14:25:18

1樓:Patrick Zhang

題主這個問題有點科普價值。

要解答這個問題,我們首先要弄清楚放電是怎麼回事。我們來仔細研究一下。

我們看下圖:

圖1:氣體放電管呈現出來的放電伏安特性曲線

圖1中的左圖是氣體放電管電路,我們能在氣體放電管中模擬高壓電放電現象。

我們首先讓氣體放電管內的氣壓保持為乙個大氣壓。我們從零開始調高電源E的電動勢,對應的伏安特性曲線就是右圖中天藍色的區域。在靠近零點附近,隨著電壓上公升電流有一定的增長,這是因為空氣中存在一定的輻射(例如紫外線),產生了空氣電離現象。

正負離子向兩極運動,造成的電流。如果我們把輻射源遮蔽掉,我們發現電流立刻就下降了。

我們繼續調高電壓,我們發現雖然電壓增長很快,但電流增長很慢,似乎凝固住了,其原因就是宇宙射線的量在一定的海拔高度是固定的。

我們再調高電壓,此時兩極之間的電場強度比較高,些許電子被高電場拉出,引起電流增加。當電子流增加到一定的程度,即使外界的輻射因素被遮蔽,但電流強度依舊。我們把此時的放電現象叫做擊穿,就是圖1曲線中的C點,其中Uc叫做擊穿電壓。

我們繼續調高電壓,我們發現氣體放電管的壓降也就是空氣被擊穿區域的氣體壓降反而降低,而電流卻增加。我們把電壓變化率與電流變壓率之比叫做動態電阻,在C點的右側,動態電阻取負值,此區域叫做負阻效應區域。

擊穿電壓右側第乙個區域是輝光放電區,也就是日光燈燈管內的放電現象。輝光放電的特點是放電充滿整個空間,溫度較低,電流也小,電極電壓降較高。

我們繼續加大電流,氣體放電管中出現了一種特殊現象,因為電子跑得快而正離子跑得慢,在放電空間中形成了一種特殊空間結構,叫做電子崩。電子崩內因為正負離子改變了電場結構,使得正負離子復合並發出強光。在氣體放電管中會出現多個電子崩,當我們繼續加大電流後,這些電子崩逐漸融合在一起,形成流注,溫度也急劇上公升,達到6000K以上,此時空氣被徹底地擊穿了,形成了弧光放電,電弧就此出現。

電弧的特點是:直徑小溫度高,並發出強光。

圖1的右上角是巴申曲線。我把它重繪如下:

圖2:氣體放電的巴申曲線

我們仔細看圖2,圖2的橫座標是壓強p與電極間隙d的乘積,縱座標就是擊穿電壓。我們注意看空氣的巴申曲線,擊穿電壓存在最小值。最小值的左側和右側,分別代表這真空區域和高氣壓區域。

這告訴我們兩個重要資訊:

1)若電極間隙大於擊穿電壓所對應的距離,則電極間就能避免放電。

2)空氣的擊穿電壓存在極小值。極小值的左側是真空區域,右側是高氣壓區域,可見真空和高氣壓都能提高空氣的擊穿電壓。所以,在高海拔地區,高壓線之間的距離,要比平原地區更寬。

對於高壓線來說,設計的線間距離肯定大於此海拔條件下擊穿電壓所對應的距離,所以,高壓線之間一般不會發生電弧放電。

其次,通過前文我們已經知道,空氣擊穿後並不一定會立即發展成為電弧,而是要經過輝光放電、火花放電等過程,直至弧光放電。

我們看下圖:

圖3:高壓線對電塔鋼結構放電

圖3中我們看到了高壓線(其實是絕緣子)對鐵塔鋼結構放電,並拉出了電弧。

高壓線都是高電壓的交流電,我們知道交流電的頻率是50赫茲的,1秒鐘內高壓電流會過零100次。當電弧出現後,每次電流過零電弧就熄滅,過零後若氣體溫度很高,且離子的數量也足夠,則電弧將重燃。

電弧出現後,電弧自身也會散熱。電弧的弧長越長,散發的熱量就越大,電弧就越容易熄滅而不重燃。可見,只要高壓線之間的距離足夠,一方面它們之間的空氣不容易擊穿,另一方面電弧也無法維持。

可見,高壓線之間保持安全距離是多麼重要。

圖4:電塔

我們看看圖4的電塔,高壓線之間的距離是遠超擊穿電壓對應的距離的,所以高壓線之間一般不會產生高壓電弧放電。

回答完畢。

增加一點知識。

我們來看看擊穿電壓的表示式是怎樣的,如下:

,式1式1中的p是氣體壓強,d是電極間隙,T是氣體的絕對溫度,γ是電離度,A和B是與氣體相關的係數。

圖5:技術手冊中的A、B值

圖5中我們看到了空氣的A和B的值。

式1真的有點意思。為何?它是重分數的形式,而且式子中都有自然對數。這個式子的曲線就是圖2所示的樣式。

根據巴申的研究結果,在我們現代工業裡,更多的是把有關氣體放電擊穿電壓的理論應用到開關電器技術中,把高壓開關做成兩種形式,即真空開關和六氟化硫開關。

真空開關把開關的動、靜觸頭放置在高真空中,以獲得極好的電氣隔離效果。六氟化硫開關則把開關本體包括觸頭都置於六氟化硫氣體中,並加壓到7個大氣壓,同樣也獲得了很好的電氣隔離效果。

另外,在圖1擊穿電壓左右的曲線區域,研究最多的是另外一位科學家,叫做湯遜,所以這段區域又叫做湯遜放電區域。

空氣被擊穿後,電子和陽離子向陽極、陰極運動,並在空間中又與中性空氣粒子碰撞,並造成電離,電離度γ指的就是這種碰撞效果。電子在電場的驅動下逸出和運動,電子對空氣粒子的碰撞等理論,也是物理學中很有意思也很有意義的理論知識。

就寫這麼多吧。知友們可以參閱物理書以獲得更多的氣體放電知識。

2樓:大王叫我來尋膳

看距離和絕緣強度。距離大於安全距離就不會,你看那些高壓電杆、電塔,還有地下高壓電纜,正常使用時哪有電線間電弧放電的?

絕緣強度不夠、線間距離過小,就可能會出現線間電弧放電,甚至短路。

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