电晕放电：从起始场强到危害与利用
电晕放电：从起始场强到危害与利用
电晕放电是一种常见的物理现象，在输电线路和电气设备中经常出现。了解电晕放电的起始场强及其影响因素，对于预防电晕放电带来的危害、合理利用电晕放电具有重要意义。本文将从电晕放电的起始场强、危害和利用三个方面进行介绍。
电晕放电的起始场强
在极不均匀电场中，由于最大场强与平均场强相差很大，以至于间隙击穿前在曲率半径较小的电极表面附近会出现局部的自持放电，即电晕放电。开始爆发电晕时的电压称为电晕起始电压Uc，此时电极表面的场强称为电晕起始场强Ec。
电晕放电的起始电压Uc通常由实验总结出的经验公式确定。以输电线路的导线为例，平行导线间电晕起始场强Ec(峰值，kV/cm)的经验公式为：
式中：
- r——导线半径，cm
- δ——气体相对密度
- m1——导线表面的粗糙系数，对光滑导线m1=1，绞线m1=0.8～0.9
- m2——气象系数，好天气时m2=1，坏天气时m2=0.8
求得Ec后，可根据电极结构及布置求得电晕起始电压Uc。例如，对于距离为d的两根平行导线(d>>r)，电晕起始电压为：
Uc = Ec * ln(d/r)
式中d——导线间距离。
对于单导线对地的情况，Ec和Uc的计算公式同上，但公式中d为镜像距离，Uc为导线对地电压。
对于三相输电线路，电晕起始电压Uc(相电压)为：
Uc = Ec * ln(D/r)
式中：
- D——导线的几何均距
- Dab、Dbc、Dca——分别为导线ab、bc、ca的间距
电晕放电的危害
电晕放电虽然是一种自然现象，但也会带来一些危害：
- 电学放电会引起能量损失
- 电晕放电形成的高频电磁波会对无线电信号产生干扰
- 电晕放电会使空气发生化学反应，产生O3、NO、NO2等有害气体，对金属及绝缘材料有氧化和腐蚀作用
- 电晕放电发出的噪声有可能超过环境保护的标准
防晕措施
对于电晕放电带来的危害，解决的途径是限制电极表面的电场强度，使其低于电晕放电的起始场强。具体措施包括：
对于输电线路，通常以晴天时不发生电晕放电的条件选择架空导线的截面积。对于超高压输电线路，可以采用扩径的空心导线或分裂导线以降低导线表面的电场强度。
对于电气设备，可采用改善电极形状的方法消除电学放电，如增大电极的曲率半径，同时电极表面应尽可能光滑，避免棱角、毛刺等以消除场强局部增高。某些高压设备的高压出线端加装均压环就是增大电极曲率半径的一个例子，如在悬式绝缘子串的导线端加装屏蔽环，在避雷器、互感器等设备的顶端加装均压环等。
电晕的利用
在一些特殊的场合，电晕也有可以利用的一面：
利用电晕放电产生的空间电荷改善极不均匀电场的电场分布，可以提高气体间隙的放电电压。
电放电可削弱输电线路上的雷电冲击电压的幅值和陡度，也可以降低操作过电压。
电晕在工业部门已获广泛应用，例如净化工业废气的静电除尘器、净化水用的臭氧发生器和静电喷涂等。