由高压线的嗞嗞声引发的对放电问题的探讨

颜家瑞

（长沙市南雅中学 湖南长沙市 410000）

由高压线的嗞嗞声引发的对放电问题的探讨

颜家瑞

（长沙市南雅中学 湖南长沙市 410000）

探究了高压电线发出嗞嗞声的生成机理，产生因素及其危害和作用，对比分析了本质同属放电的电弧，电火花及人造闪电在表现形式和原理上的差异。加深了对电学知识的理解。

电晕；电弧；电火花；人造闪电

1 前言

年来，随着我国经济社会的发展，水力发电、风力发电及核电的规模和质量都获得了很大的发展。与此同时大规模跨区送电，西电东送的规模也日益庞大。因此，以前比较少见的高压电网及铁塔现在即使在城区也是随处可见。

这些高压电线及铁塔周围经常会发出一些嗞嗞的声响，特别是在潮湿或阴雨的天气里，甚至会看到淡蓝色的光环。它是不是漏电了？这是为什么，它有什么危害，产生的电磁辐射会不会对人体造成伤害？它与我们熟知的电弧，电火花及人造闪电有何区别？

为解开这个谜团，本文对比分析了这几类自然现象的形成机理、产生因素、危害及作用，探讨了这几类自然现象的共同本质——放电在不同的外部环境下所产生的表现形式的差异，加深了对电学知识的理解。

2 高压电线发出嗞嗞声的原理分析

2.1 产生的原因

在带电的高压架空电力线路上，导线周围会产生电场。如果电场强度超过了空气的击穿强度时，就使导线周围的空气电离而呈现局部放电现象，这就是在高压线附近就能听到嗞嗞声音的原因。这种现象在物理学上叫做电晕。电晕的发生，除了有嗞嗞的声音，还会伴有蓝紫色晕光。放电所产生的电晕电流是一个断断续续的高频脉冲电流，电晕电流越大，造成的声音和晕光的强度也会越大。

图1

电晕是极不均匀电场中所特有的电子崩——流注形式的稳定放电。在不均匀的电场周围曲率半径小的电极附近当电压升高到一定值时，由于空气游离就会发生放电，形成电晕。电晕放电的形成机制因尖端电极的极性不同而有区别，这主要是由于电晕放电时空间电荷的积累和分布状况不同所造成的。在直流电压作用下，负极性电晕或正极性电晕均在尖端电极附近聚集起空间电荷。在负极性电晕中，当电子引起碰撞电离后，电子被驱往远离尖端电极的空间，并形成负离子，在靠近电极表面则聚集起正离子。电场继续加强时，正离子被吸进电极，此时出现一脉冲电晕电流，负离子则扩散到间隙空间。此后又重复开始下一个电离计带电粒子运动过程。如此循环，以致出现许多脉冲形式的电晕电流。若电压继续升高，电晕电流的脉冲频率增加、幅值增大，出现流注放电，并可导致间隙击穿。

2.2 产生的部位

高压电线在向远方延伸中，需要铁塔的支撑和固定。在铁塔上是使用陶瓷的绝缘子连接两段高压电线的。通常情况下，架空电力线路产生电晕的根源分别有三类：在导线及其金属表面处空气中的电晕放电；绝缘子承受高电位梯度区域中放电并产生火花；连接松动或接触不良产生的间隙火花放电。当运行电压在100kV以上，第一种根源占据主导地位，成为不可消除的，属线路固有的特性。

2.3 影响因素

架空线路产生电晕是与外部环境密切相关的。①它与架空线所处的海拔高度有关。海拔越高，空气越稀薄，则起晕放电电压越低。②它与架空线所处地的湿度有关，湿度增加，表面电阻率降低，起晕电压下降。③架空线及铁塔端部高阻防晕层与温度有关。如常温下高阻防晕层阻值高，则温度升高其起晕电压也提高。常温下如高阻防晕层阻值偏低，起晕电压随温度升高而下降。架空线传输的电压等级也是影响电晕产生的关键因素之一。架空线传输的电压等级越高，则越容易引起电晕。

2.4 产生的危害及影响

架空线路上电晕的发生会伴随着热、臭氧、氮的氧化物的产生，这些对架空线及其铁塔的绝缘都是及其有害的，它会导致股线松散，绝缘老化，而且也会污染环境。电晕电流产生的高频脉冲，会引起高压电线有功功率的损耗，对无线电通信也会造成干扰。

3 高压电线产生的电晕与日常所见的电弧、电火花及人造闪电的区别

3.1 电弧

电弧是一种气体放电现象，是电流流过某些绝缘介质（例如空气）所产生的瞬间火花。电弧放电是由于电极表面的电离子消散过程不充分，放电点不分散，多次连续在同一处放电而形成，它是稳定的放电过程，放电时爆炸力小，蚀除量低。电弧比电晕更危险，消耗的能量非常剧烈，甚至可以用来切割金属。电弧比较好处理，加强绝缘就可以杜绝电弧的产生。

3.2 电火花

火花放电的两个电极间在放电前具有较高的电压，当两电极足够接近时，其中间介质会被击穿，随即发生火花放电。伴随击穿过程，两电极间的电阻急剧变小，两极之间的电压也随之变低。因此，火花放电会在维持短暂的时间后自动熄灭，它会使放电的能量仅作用于极小范围，也可造成电极的局部被腐蚀。

电弧一般产生于交流电路，电火花只能通过直流电路来实现。

3.3 人造闪电

人造闪电是通过“特斯拉线圈”变压器的高频共振原理运作而制造出的各式各样令人眩目的放电现象。“特斯拉线圈”变压器实际是个谐振变压器，它利用负载和设备的串联谐振用较低的激励电压在负载上取得高电压。所产生的高电压经由两极线圈，从放电终端放电。人造闪电制造出的电压最高可达50万V。

4 电晕处理在生产及生活中的应用

利用高频率高电压在被处理塑料表面电晕放电（高频交流电压高达5000～15000V/m2）而产生低温等离子体，使塑料表面产生游离基反应而使聚合物发生交联，表面变粗糙以致增加承印物表面的附着能力。

[1]秦曾煌，姜三勇.电工学.高等教育出版社，2009.

[2]张保全，尹项根.电力系统继电保护.中国电力出版社，2010.

[3]张晓娟，于秀娜.工厂供电技术.化学工业出版社，2014.

[4]国网冀北电力有限公司管理培训中心.继电保护及二次回路实用技术.中国电力出版社，2015.

[5]孟遂民，孔伟，唐波.架空输电线设计.中国电力出版社，2015.

TM755

A

1004-7344（2016）35-0139-01

2016-11-21

颜家瑞（1999-），男。