极不均匀电场下的放电过程分析

上面用均匀电场阐述了气体放电理论和其放电发展过程。均匀电场中，流注形成，放电达到自持，间隙初击穿。但对于不均匀电场，情况就不同了。而工程实际中碰到的空气间隙往往是长间隙，属于不均匀电场。在极不均匀电场中，总是先发生局部放电，即电晕放电，而后随着外施电压的增大，整个间隙被击穿。不均匀电场的形式很多，绝大多数为不对称电场，少数为对称电场。不对称电场的典型代表为尖—板电极；对称电场的典型代表为尖—尖电极。下面结合这些典型电场来讨论电晕放电及极性对击穿电压的影响。

1.电晕放电

在极不均匀电场的气隙中，随着外施电压的升高，大曲率电极（尖电极）附近电场将先达到足以引起剧烈游离的数值，于是间隙在这一局部区域形成自持放电。当外加电压不再增加时，由于间隙中其余区域的电场强度较小，所以放电就局限在电极附近的小范围内。放电所发出的亮光犹如日月的晕光，故称为电晕放电。开始发生电晕的电压称为起始电压，产生电晕时，电极表面的临界场强称为电晕的起始电场强度。

产生电晕时，电极周围有放电的吱吱声，还会在空气中产生臭氧和氧化氮等气体，同时在回路中有电流流过，被称为电晕电流，这具有断续的高频脉冲性质。所有这些现象都表明电晕要引起能量的损耗，并产生高频电磁波，干扰通信，还可能引起化学腐蚀。因此，应力求避免或限制电晕放电。

2.极性效应

无论尖电极的性质如何，间隙的游离总是从尖电极附近开始，但以后的过程与尖电极的极性有很大关系，即放电有极性效应。因游离产生的带电粒子运动情况不同，电子向阳极运动十分迅速，而正离子则滞留于原来的位置（尖极附近），形成空间电荷，它们对不同极性的尖电极附近的电场影响不同。

当电极为正尖—负板时，如图1-14所示，尖电极附近的正空间电荷削弱了紧贴尖极附近的电场强度，使流注难以形成，也即电晕放电难以形成。但空间正电荷却加强了朝向极板方向的电场，使电晕放电易于向前发展。当流注一形成，就迅速向前发展，从而又加强了朝向极板方向的电场，所以其击穿电压比负尖—正板的击穿电压低得多，而电晕起始电压却比负尖—正板高。

当电极为负尖—正板时，如图1-15所示，尖电极附近正空间电荷加强了尖极表面附近的电场强度，使流注易于形成，也即易于形成电晕放电。但空间正电荷却减弱了朝向极板方向的电场强度，因此电晕被压缩在尖极附近，使放电不易发展。

尖—尖电极间的击穿电压介于极性不同的尖—板电极之间。这是因为尖—尖电极一方面有正尖极，放电易于发展，所以其击穿电压比负尖—正板的低；另一方面尖—尖电极有两个强电场区域，而使间隙中电场分布变得均匀了，因此尖—尖电极间的最大场强比尖—板电极间的低，从而其击穿电压又比正尖—负板的高。(www.xing528.com)

图1-14 正尖—负板间隙中空间电荷对外电场的畸变作用

1—外电场 2—畸变电场

E_ex—外电场E_sp—空间电荷的电场

图1-15 负尖—正板间隙中空间电荷对外电场的畸变作用

1—外电场 2—畸变电场

E_ex—外电场E_sp—空间电荷的电场