顏家瑞

（長沙市南雅中學(xué) 湖南長沙市 410000）

由高壓線的嗞嗞聲引發(fā)的對放電問題的探討

顏家瑞

（長沙市南雅中學(xué) 湖南長沙市 410000）

探究了高壓電線發(fā)出嗞嗞聲的生成機(jī)理，產(chǎn)生因素及其危害和作用，對比分析了本質(zhì)同屬放電的電弧，電火花及人造閃電在表現(xiàn)形式和原理上的差異。加深了對電學(xué)知識的理解。

電暈；電弧；電火花；人造閃電

1 前言

年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電及核電的規(guī)模和質(zhì)量都獲得了很大的發(fā)展。與此同時大規(guī)模跨區(qū)送電，西電東送的規(guī)模也日益龐大。因此，以前比較少見的高壓電網(wǎng)及鐵塔現(xiàn)在即使在城區(qū)也是隨處可見。

這些高壓電線及鐵塔周圍經(jīng)常會發(fā)出一些嗞嗞的聲響，特別是在潮濕或陰雨的天氣里，甚至?xí)吹降{(lán)色的光環(huán)。它是不是漏電了？這是為什么，它有什么危害，產(chǎn)生的電磁輻射會不會對人體造成傷害？它與我們熟知的電弧，電火花及人造閃電有何區(qū)別？

為解開這個謎團(tuán)，本文對比分析了這幾類自然現(xiàn)象的形成機(jī)理、產(chǎn)生因素、危害及作用，探討了這幾類自然現(xiàn)象的共同本質(zhì)——放電在不同的外部環(huán)境下所產(chǎn)生的表現(xiàn)形式的差異，加深了對電學(xué)知識的理解。

2 高壓電線發(fā)出嗞嗞聲的原理分析

2.1 產(chǎn)生的原因

在帶電的高壓架空電力線路上，導(dǎo)線周圍會產(chǎn)生電場。如果電場強(qiáng)度超過了空氣的擊穿強(qiáng)度時，就使導(dǎo)線周圍的空氣電離而呈現(xiàn)局部放電現(xiàn)象，這就是在高壓線附近就能聽到嗞嗞聲音的原因。這種現(xiàn)象在物理學(xué)上叫做電暈。電暈的發(fā)生，除了有嗞嗞的聲音，還會伴有藍(lán)紫色暈光。放電所產(chǎn)生的電暈電流是一個斷斷續(xù)續(xù)的高頻脈沖電流，電暈電流越大，造成的聲音和暈光的強(qiáng)度也會越大。

圖1

電暈是極不均勻電場中所特有的電子崩——流注形式的穩(wěn)定放電。在不均勻的電場周圍曲率半徑小的電極附近當(dāng)電壓升高到一定值時，由于空氣游離就會發(fā)生放電，形成電暈。電暈放電的形成機(jī)制因尖端電極的極性不同而有區(qū)別，這主要是由于電暈放電時空間電荷的積累和分布狀況不同所造成的。在直流電壓作用下，負(fù)極性電暈或正極性電暈均在尖端電極附近聚集起空間電荷。在負(fù)極性電暈中，當(dāng)電子引起碰撞電離后，電子被驅(qū)往遠(yuǎn)離尖端電極的空間，并形成負(fù)離子，在靠近電極表面則聚集起正離子。電場繼續(xù)加強(qiáng)時，正離子被吸進(jìn)電極，此時出現(xiàn)一脈沖電暈電流，負(fù)離子則擴(kuò)散到間隙空間。此后又重復(fù)開始下一個電離計帶電粒子運(yùn)動過程。如此循環(huán)，以致出現(xiàn)許多脈沖形式的電暈電流。若電壓繼續(xù)升高，電暈電流的脈沖頻率增加、幅值增大，出現(xiàn)流注放電，并可導(dǎo)致間隙擊穿。

2.2 產(chǎn)生的部位

高壓電線在向遠(yuǎn)方延伸中，需要鐵塔的支撐和固定。在鐵塔上是使用陶瓷的絕緣子連接兩段高壓電線的。通常情況下，架空電力線路產(chǎn)生電暈的根源分別有三類：在導(dǎo)線及其金屬表面處空氣中的電暈放電；絕緣子承受高電位梯度區(qū)域中放電并產(chǎn)生火花；連接松動或接觸不良產(chǎn)生的間隙火花放電。當(dāng)運(yùn)行電壓在100kV以上，第一種根源占據(jù)主導(dǎo)地位，成為不可消除的，屬線路固有的特性。

2.3 影響因素

架空線路產(chǎn)生電暈是與外部環(huán)境密切相關(guān)的。①它與架空線所處的海拔高度有關(guān)。海拔越高，空氣越稀薄，則起暈放電電壓越低。②它與架空線所處地的濕度有關(guān)，濕度增加，表面電阻率降低，起暈電壓下降。③架空線及鐵塔端部高阻防暈層與溫度有關(guān)。如常溫下高阻防暈層阻值高，則溫度升高其起暈電壓也提高。常溫下如高阻防暈層阻值偏低，起暈電壓隨溫度升高而下降。架空線傳輸?shù)碾妷旱燃壱彩怯绊戨姇灝a(chǎn)生的關(guān)鍵因素之一。架空線傳輸?shù)碾妷旱燃壴礁?，則越容易引起電暈。

2.4 產(chǎn)生的危害及影響

架空線路上電暈的發(fā)生會伴隨著熱、臭氧、氮的氧化物的產(chǎn)生，這些對架空線及其鐵塔的絕緣都是及其有害的，它會導(dǎo)致股線松散，絕緣老化，而且也會污染環(huán)境。電暈電流產(chǎn)生的高頻脈沖，會引起高壓電線有功功率的損耗，對無線電通信也會造成干擾。

3 高壓電線產(chǎn)生的電暈與日常所見的電弧、電火花及人造閃電的區(qū)別

3.1 電弧

電弧是一種氣體放電現(xiàn)象，是電流流過某些絕緣介質(zhì)（例如空氣）所產(chǎn)生的瞬間火花。電弧放電是由于電極表面的電離子消散過程不充分，放電點(diǎn)不分散，多次連續(xù)在同一處放電而形成，它是穩(wěn)定的放電過程，放電時爆炸力小，蝕除量低。電弧比電暈更危險，消耗的能量非常劇烈，甚至可以用來切割金屬。電弧比較好處理，加強(qiáng)絕緣就可以杜絕電弧的產(chǎn)生。

3.2 電火花

火花放電的兩個電極間在放電前具有較高的電壓，當(dāng)兩電極足夠接近時，其中間介質(zhì)會被擊穿，隨即發(fā)生火花放電。伴隨擊穿過程，兩電極間的電阻急劇變小，兩極之間的電壓也隨之變低。因此，火花放電會在維持短暫的時間后自動熄滅，它會使放電的能量僅作用于極小范圍，也可造成電極的局部被腐蝕。

電弧一般產(chǎn)生于交流電路，電火花只能通過直流電路來實(shí)現(xiàn)。

3.3 人造閃電

人造閃電是通過“特斯拉線圈”變壓器的高頻共振原理運(yùn)作而制造出的各式各樣令人眩目的放電現(xiàn)象?！疤厮估€圈”變壓器實(shí)際是個諧振變壓器，它利用負(fù)載和設(shè)備的串聯(lián)諧振用較低的激勵電壓在負(fù)載上取得高電壓。所產(chǎn)生的高電壓經(jīng)由兩極線圈，從放電終端放電。人造閃電制造出的電壓最高可達(dá)50萬V。

4 電暈處理在生產(chǎn)及生活中的應(yīng)用

利用高頻率高電壓在被處理塑料表面電暈放電（高頻交流電壓高達(dá)5000～15000V/m2）而產(chǎn)生低溫等離子體，使塑料表面產(chǎn)生游離基反應(yīng)而使聚合物發(fā)生交聯(lián)，表面變粗糙以致增加承印物表面的附著能力。

[1]秦曾煌，姜三勇.電工學(xué).高等教育出版社，2009.

[2]張保全，尹項根.電力系統(tǒng)繼電保護(hù).中國電力出版社，2010.

[3]張曉娟，于秀娜.工廠供電技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社，2014.

[4]國網(wǎng)冀北電力有限公司管理培訓(xùn)中心.繼電保護(hù)及二次回路實(shí)用技術(shù).中國電力出版社，2015.

[5]孟遂民，孔偉，唐波.架空輸電線設(shè)計.中國電力出版社，2015.

TM755

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1004-7344（2016）35-0139-01

2016-11-21

顏家瑞（1999-），男。