不均勻電場

不均勻電場

不均勻電場是電場區域內電場強度的大小和方向隨空間坐標而變的電場。反之,電場強度的大小和方向與坐標無關的電場被稱為均勻電場。

不均勻電場

正文

電場區域內電場強度的大小和方向隨空間坐標而變的電場。反之,電場強度的大小和方向與坐標無關的電場被稱為均勻電場。
電場的不均勻程度用電場不均勻係數ƒ表征:

不均勻電場

式中U為極間電壓,d為極間最小距離,不均勻電場為場域中的最大電場強度值。均勻電場的ƒ等於1,不均勻電場的ƒ總是大於1,即ƒ≥1。電場不均勻係數的倒數稱為絕緣利用係數η,η=1/ƒ,η≤1。
對於不均勻電場的計算,除了一些電極形狀比較簡單(例如同軸圓柱電極間的電場,同心圓球電極間的電場等)的情況可以用解析方法精確計算外,大部分情況下只能用近似的解析計算方法或電場數值計算方法計算,或用電場的實際測量或模擬測量技術測得。電場的數值計算方法有有限差分法、有限元法、模擬電荷法等。電場的模擬測量包括電解槽模擬和導電紙模擬測量。
不均勻電場中的電介質的性狀與電場的不均勻程度有關。根據其不均勻程度,不均勻電場可分為稍不均勻電場和極不均勻電場。若電場的不均勻程度不嚴重,當極間電壓達到足以使氣體介質發生自持放電時,氣體間隙就被擊穿(見氣體介質擊穿),這種電場稱為稍不均勻電場。若電場不均勻程度比較嚴重,當極間電壓達到足以使氣體介質發生自持放電時,氣體間隙並不被擊穿,只是電場強度較高處的氣體發生電暈放電;進一步提高電壓後,氣體間隙才被擊穿,這樣的電場稱為極不均勻電場。
也可以根據電場不均勻係數來區分不均勻電場。對於圓球形電極,當電場不均勻係數處於2~4時,極間電場為稍不均勻電場;當電場不均勻係數大於4時,極間電場為極不均勻電場。
電場的不均勻程度會影響電介質的絕緣強度。在其他條件相同的情況下,電場愈不均勻,電介質的絕緣強度愈低。
高壓電力設備中經常遇到的是極不均勻電場,例如高壓架空輸電線路周圍的電場,高壓交流電機線棒出槽處的電場,電力變壓器引線附近的電場等。屬於稍不均勻電場的電場有高壓靜電電壓表(見靜電系電錶兩電極間的電場,閥型避雷器放電間隙中的電場等。

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