由高壓線的嗞嗞聲引發的對放電問題的探討

顏家瑞

（長沙市南雅中學 湖南長沙市 410000）

由高壓線的嗞嗞聲引發的對放電問題的探討

顏家瑞

（長沙市南雅中學 湖南長沙市 410000）

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

電暈；電弧；電火花；人造閃電

1 前言

年來，隨著我國經濟社會的發展，水力發電、風力發電及核電的規模和質量都獲得了很大的發展。與此同時大規模跨區送電，西電東送的規模也日益龐大。因此，以前比較少見的高壓電網及鐵塔現在即使在城區也是隨處可見。

這些高壓電線及鐵塔周圍經常會發出一些嗞嗞的聲響，特別是在潮濕或陰雨的天氣里，甚至會看到淡藍色的光環。它是不是漏電了？這是為什么，它有什么危害，產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別？

為解開這個謎團，本文對比分析了這幾類自然現象的形成機理、產生因素、危害及作用，探討了這幾類自然現象的共同本質——放電在不同的外部環境下所產生的表現形式的差異，加深了對電學知識的理解。

2 高壓電線發出嗞嗞聲的原理分析

2.1 產生的原因

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

圖1

電暈是極不均勻電場中所特有的電子崩——流注形式的穩定放電。在不均勻的電場周圍曲率半徑小的電極附近當電壓升高到一定值時，由于空氣游離就會發生放電，形成電暈。電暈放電的形成機制因尖端電極的極性不同而有區別，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。在負極性電暈中，當電子引起碰撞電離后，電子被驅往遠離尖端電極的空間，并形成負離子，在靠近電極表面則聚集起正離子。電場繼續加強時，正離子被吸進電極，此時出現一脈沖電暈電流，負離子則擴散到間隙空間。此后又重復開始下一個電離計帶電粒子運動過程。如此循環，以致出現許多脈沖形式的電暈電流。若電壓繼續升高，電暈電流的脈沖頻率增加、幅值增大，出現流注放電，并可導致間隙擊穿。

2.2 產生的部位

高壓電線在向遠方延伸中，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，架空電力線路產生電暈的根源分別有三類：在導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域中放電并產生火花；連接松動或接觸不良產生的間隙火花放電。當運行電壓在100kV以上，第一種根源占據主導地位，成為不可消除的，屬線路固有的特性。

2.3 影響因素

架空線路產生電暈是與外部環境密切相關的。①它與架空線所處的海拔高度有關。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，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。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。架空線傳輸的電壓等級也是影響電暈產生的關鍵因素之一。架空線傳輸的電壓等級越高，則越容易引起電暈。

2.4 產生的危害及影響

架空線路上電暈的發生會伴隨著熱、臭氧、氮的氧化物的產生，這些對架空線及其鐵塔的絕緣都是及其有害的，它會導致股線松散，絕緣老化，而且也會污染環境。電暈電流產生的高頻脈沖，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 高壓電線產生的電暈與日常所見的電弧、電火花及人造閃電的區別

3.1 電弧

電弧是一種氣體放電現象，是電流流過某些絕緣介質（例如空氣）所產生的瞬間火花。電弧放電是由于電極表面的電離子消散過程不充分，放電點不分散，多次連續在同一處放電而形成，它是穩定的放電過程，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，加強絕緣就可以杜絕電弧的產生。

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，當兩電極足夠接近時，其中間介質會被擊穿，隨即發生火花放電。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。

電弧一般產生于交流電路，電火花只能通過直流電路來實現。

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作而制造出的各式各樣令人眩目的放電現象。“特斯拉線圈”變壓器實際是個諧振變壓器，它利用負載和設備的串聯諧振用較低的激勵電壓在負載上取得高電壓。所產生的高電壓經由兩極線圈，從放電終端放電。人造閃電制造出的電壓最高可達50萬V。

4 電暈處理在生產及生活中的應用

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5000～15000V/m2）而產生低溫等離子體，使塑料表面產生游離基反應而使聚合物發生交聯，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.高等教育出版社，2009.

[2]張保全，尹項根.電力系統繼電保護.中國電力出版社，2010.

[3]張曉娟，于秀娜.工廠供電技術.化學工業出版社，2014.

[4]國網冀北電力有限公司管理培訓中心.繼電保護及二次回路實用技術.中國電力出版社，2015.

[5]孟遂民，孔偉，唐波.架空輸電線設計.中國電力出版社，2015.

TM755

A

1004-7344（2016）35-0139-01

2016-11-21

顏家瑞（1999-），男。