紫外電(diàn)暈探測(cè)

一，       什麼是電暈(yùn)放電(diàn)？

電(diàn)暈放(fàng)電（corona discharge）是(shì)由(yóu)圍繞(rào)在高電壓導(dǎo)體(tǐ)周(zhōu)圍的流(liú)體(tǐ)電離(lí)造(zào)成的放電，此處最常見的流(liú)體(tǐ)就是(shì)空氣，此放(fàng)電因(yīn)在黑暗中狀(zhuàng)似月暈而(ér)得名
。

電(diàn)暈放電時，在(zài)沿(yán)著(zhuó)導綫或電極的(dí)表麵可以看到(dào)光層（電暈），伴有咝(sī)咝聲，並產(chǎn)生臭氧(yǎng)，氧化氮(dàn)等
。非(fēi)導電介質(zhì)也(yě)有(yǒu)此現象，此因在高(gāo)電壓(yā)下(xià)電場(cháng)強(qiáng)度過(guò)大，導致非導(dǎo)電(diàn)介質被擊(jī)穿，絕緣(yuán)體的電阻(zǔ)迅速(sù)下降，繼(jì)而使得(dé)一部分(fēn)絕緣體變為導體，而形(xíng)成放(fàng)電現象(xiàng)，常(cháng)發生在(zài)高(gāo)壓(yā)電綫周(zhōu)圍或(huò)帶(dài)電體(tǐ)的尖端附(fù)近（尖端放電(diàn)）
。

電暈放(fàng)電(diàn)

二，電(diàn)暈(yùn)放(fàng)電的危害

電(diàn)暈(yùn)現(xiàn)象就是(shì)帶(dài)電(diàn)體表(biǎo)麵在氣體或液體(tǐ)介質中局部放電的(dí)現象(xiàng)，常發(fā)生(shēng)在不均匀(yún)電場中電(diàn)場強度很高的(dí)區域(yù)內（例如高壓導綫(xiàn)的周圍，帶電體的尖端(duān)附(fù)近(jìn)）
。其特點(diǎn)為(wéi)：出(chū)現與(yǔ)日暈(yùn)相(xiāng)似的(dí)光(guāng)層，發出(chū)嗤(chī)嗤(chī)的聲音，產(chǎn)生(shēng)臭氧，氧化(huà)氮等
。

均匀電場中(zhōng)，由於(yú)各點(diǎn)電場強度都是一樣的(dí)，當施加穩態(tài)電(diàn)壓（直(zhí)流(liú)，工頻(pín)交(jiāo)流），電場(cháng)強(qiáng)度達(dá)到空氣的(dí)擊穿強(qiáng)度時(shí)，間(jiān)隙就擊(jī)穿(chuān)了(liǎo)
。但(dàn)日常(cháng)很難見(jiàn)到(dào)均匀(yún)電場(cháng)
。對於(yú)稍不(bù)均匀的(dí)電場，日常(cháng)見得很(hěn)多
。如球-球間隙(xì)，球-板間隙(xì)等(děng)，以(yǐ)球(qiú)-球間隙為(wéi)例，當(dāng)間(jiān)隙距離(lí)小(xiǎo)於(yú)1/4D時，其電(diàn)場(cháng)基本為(wéi)均匀電(diàn)場，當 D/4 ≤S≤ D/2 時(shí)，其電(diàn)場(cháng)為稍(shāo)不均(jūn)匀電場
。

均匀電(diàn)場的放(fàng)電電壓也可(kě)用(yòng)公式(shì)計算，公(gōng)式(shì)為（單(dān)位為kV）：

24.44δs+6.08

δ—空氣相對密(mì)度
；

s—間(jiān)隙距離cm
；

不均匀(yún)電場的差(chà)別(bié)就在於空氣(qì)間隙內，各(gè)點的電場強度(dù)不(bù)均(jūn)匀，在電力(lì)綫(xiàn)比較集中的(dí)電極附(fù)近，電場強度最(zuì)大，而電(diàn)力綫疏的(dí)地(dì)方(fāng)，電(diàn)場強(qiáng)度很小，如(rú)棒(bàng)-棒間(jiān)隙(xì)，是一(yī)對稱的(dí)不(bù)均(jūn)匀電場，在電(diàn)極的尖端處(chǔ)電(diàn)力綫(xiàn)最集中，電場(cháng)強(qiáng)度也(yě)最(zuì)大
。

當加(jiā)上(shàng)高壓後，會在(zài)電(diàn)極附(fù)近產生空氣的局部放電(diàn)——電(diàn)暈(yùn)放電(diàn)，電壓再(zài)加高時(shí)，電(diàn)暈(yùn)放(fàng)電(diàn)更加(jiā)強烈(liè)，致使(shǐ)間隙內發(fā)生刷(shuā)狀(zhuàng)放電，而(ér)後(hòu)就擊穿(chuān)了（電弧(hú)放電）
。如棒-板間隙(xì)，在尖電(diàn)極(jí)附近(jìn)電場(cháng)強度最(zuì)大，加上高壓後，電極附近先產生電(diàn)暈放(fàng)電，而板(bǎn)上的電力綫(xiàn)很(hěn)疏，不會(huì)產生電暈
。

當電壓(yā)足夠(gòu)高(gāo)時，棒極也將(jiāng)產生(shēng)刷(shuā)狀(zhuàng)，火(huǒ)花(huā)放電(diàn)，最(zuì)後(hòu)導致電弧(hú)放電（擊穿(chuān)）
。電暈多(duō)發(fā)生(shēng)在導(dǎo)體殼的(dí)曲率半(bàn)徑小的(dí)地(dì)方，因為這(zhè)些(xiē)地(dì)方(fāng)，特別(bié)是尖(jiān)端(duān)，其電荷密(mì)度很大
。而(ér)在緊(jǐn)鄰帶電表麵(miàn)處，電場E與(yǔ)電(diàn)荷密度σ成(chéng)正比，故在導(dǎo)體(tǐ)的(dí)尖端(duān)處(chǔ)場(cháng)強很強(qiáng)（即(jí)σ和E都極(jí)大）
。

因(yīn)此(cǐ)，在空氣周(zhōu)圍的導體(tǐ)電勢(shì)升(shēng)高(gāo)時，這些(xiē)尖端之處能產(chǎn)生電暈(yùn)放(fàng)電(diàn)
。

通常均將空(kōng)氣視為非導體(tǐ)，但空(kōng)氣中(zhōng)含(hán)有(yǒu)少數(shù)由宇宙(zhòu)綫照射而(ér)產生的(dí)離子，帶正(zhèng)電(diàn)的導體(tǐ)會吸引周(zhōu)圍空氣中的(dí)負(fù)離子而自行徐徐(xú)中和
。若帶電(diàn)導(dǎo)體有(yǒu)尖(jiān)端，該處附(fù)近空氣(qì)中(zhōng)的(dí)電(diàn)場強度E可變得很高
。當離(lí)子被(bèi)吸向導(dǎo)體時將(jiāng)獲得很(hěn)大(dà)的加速度，這些離(lí)子與(yǔ)空氣碰撞時(shí)，將(jiāng)會(huì)產(chǎn)生大量(liáng)的離(lí)子(zǐ)，使空氣變成(chéng)極易導(dǎo)電(diàn)，同時(shí)借(jiè)電(diàn)暈(yùn)放電而(ér)加速(sù)導體放電
。因(yīn)空氣分子(zǐ)在(zài)碰撞時(shí)會發(fā)光(guāng)，故電暈時(shí)在(zài)導體尖(jiān)端處可(kě)見亮(liàng)光
。

因此(cǐ)，電(diàn)暈有許(xǔ)多不(bù)利(lì)影響：

1，       輸電綫路上的電能(néng)損失
；

2，       射頻(pín)(RF)產生的噪聲(shēng)會幹(gān)擾(rǎo)消費和(hé)工(gōng)業電子產品(pǐn)
；

3，       產生的臭氧(yǎng)和氮(dàn)氧化物氣(qì)體(tǐ)的(dí)對生(shēng)活在輸電綫路附(fù)近的(dí)人們(mén)有(yǒu)不(bù)利影響
；

4，       對綫路(lù)，變壓(yā)器或絕緣體(tǐ)的損壞會加(jiā)劇問題(tí)的產(chǎn)生(shēng)，導致(zhì)更多的功率損失(shī)和可能發生的電弧狀(zhuàng)況(kuàng)
；

5，       產生(shēng)的紫外綫(xiàn)還(huán)會對某些(xiē)動物(wù)造成(chéng)困(kùn)擾
。

如果輸電(diàn)綫路(lù)係(xì)統的(dí)組件正在(zài)經歷電暈而問題(tí)沒有得到(dào)解決，則由(yóu)此(cǐ)產(chǎn)生的(dí)損(sǔn)壞(huài)可(kě)能導(dǎo)致附(fù)近導(dǎo)體放(fàng)電或(huò)電弧(hú)
。電弧(hú)會對輸(shū)電(diàn)係(xì)統造成重大(dà)損害，並導致過熱，從(cóng)而導致潛在的故障(zhàng)
。電暈(yùn)放(fàng)電可(kě)以通過改善(shàn)絕緣(yuán)性，使用電暈環(huán)，以(yǐ)及(jí)采用(yòng)圓(yuán)滑的導(dǎo)綫截(jié)麵並設計(jì)足(zú)夠(gòu)大(dà)的(dí)截麵(miàn)麵積(jī)來避免
。

三，幾(jī)種用(yòng)於探測和減少電(diàn)暈(yùn)影響的技術

1，聲(shēng)學傳(chuán)感器和射頻(pín)傳(chuán)感器可(kě)以(yǐ)探測到電(diàn)暈(yùn)產生(shēng)的噪聲(shēng)，但電(diàn)暈(yùn)的精確定(dìng)位(wèi)是困(kùn)難的
。

2，熱圖像可以用來(lái)定位傳輸(shū)綫(xiàn)或變(biàn)壓(yā)器上的(dí)“熱點(diǎn)”，但是當(dāng)熱成(chéng)像(xiàng)儀(yí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題(tí)時，電弧已經對(duì)其造(zào)成(chéng)了嚴重(zhòng)損壞
。

3，探測和(hé)定(dìng)位(wèi)電暈的可靠(kào)和精確的方(fāng)法是(shì)使用紫(zǐ)外綫（UV）成像，它可(kě)以(yǐ)探測到(dào)與電暈事(shì)件區(qū)域(yù)內，電(diàn)子(zǐ)和離(lí)子重組(zǔ)相(xiāng)關(guān)的(dí)極低水平的深(shēn)紫外綫
。

雖然(rán)在(zài)這個過(guò)程中(zhōng)也產生了可見(jiàn)光，但(dàn)由(yóu)太陽產生的環境可(kě)見(jiàn)光量比電暈產(chǎn)生的可見光(guāng)量(liáng)大(dà)好幾個(gè)數(shù)量級
。波長小(xiǎo)於300nm的(dí)太陽光(guāng)，即(jí)深(shēn)紫外綫，被地球(qiú)的臭(chòu)氧層(céng)吸收
。非常敏感的(dí)日盲(máng)圖(tú)像增(zēng)強器隻對這種(zhǒng)較深的(dí)紫(zǐ)外光敏(mǐn)感(gǎn)，並且可(kě)以(yǐ)在全(quán)白天(tiān)工(gōng)作，同時仍(réng)能(néng)探測和(hé)定(dìng)位微弱的(dí)紫外綫(xiàn)電暈(yùn)輻射
。

四，探測方(fāng)案

典(diǎn)型的紫外電暈(yùn)成(chéng)像儀如(rú)圖1所示
。紫(zǐ)外成(chéng)像係統包括紫(zǐ)外綫鏡頭(tóu)，日(rì)盲圖像增(zēng)強器(qì)，CMOS相機與(yǔ)像(xiàng)增(zēng)強器(qì)耦(ǒu)合器(qì)件，以(yǐ)及圖像處理電(diàn)子學(xué)設(shè)備
。

可(kě)見(jiàn)光成像(xiàng)光路常(cháng)與紫外(wài)光(guāng)路(lù)部分共用(yòng)
。可(kě)見光(guāng)成像(xiàng)係(xì)統(tǒng)包括(kuò)可(kě)見光(guāng)透鏡(jìng)，CMOS或CCD可(kě)見光(guāng)相機，以(yǐ)及圖像(xiàng)處(chǔ)理(lǐ)電子設備等(děng)組成
。可(kě)見(jiàn)和紫(zǐ)外圖(tú)像在(zài)一個(gè)整(zhěng)體視頻(pín)中顯(xiǎn)示，允許檢(jiǎn)查(chá)員(yuán)在視(shì)野中檢測(cè)電暈，並通過現場(cháng)與(yǔ)顯(xiǎn)示(shì)圖(tú)像的比(bǐ)較來確定其(qí)精確位置(zhì)
。一些成像係統(tǒng)可(kě)以包括(kuò)一(yī)個(gè)熱成像(xiàng)儀，它可以幫助(zhù)確定(dìng)損傷的嚴(yán)重程度
。

                          圖Ⅰ 典型(xíng)的紫外(wài)電冕成(chéng)像係統配(pèi)置

五，       相關產品

1，       MCP像(xiàng)增(zēng)強器(qì)：英國(guó)Photek 是一家(jiā)專業(yè)生產像增(zēng)強(qiáng)器，超快 PMT，條紋(wén)相機管，真空(kōng)粒子(zǐ)探測器(qì)以(yǐ)及(jí)單(dān)光(guāng)子計(jì)數(shù)相機係統的(dí)廠(chǎng)家
。其像(xiàng)增強器(qì)最(zuì)大(dà)口(kǒu)徑(jìng)可(kě)達150mm，最多可做(zuò)到(dào) 3級(jí)MCP 連(lián)用
。

                                                   像(xiàng)增(zēng)強(qiáng)器結(jié)構圖

主(zhǔ)要特點(diǎn)：

> 口徑：18，25，40，75，150mm可(kě)選，並(bìng)接受(shòu)其(qí)他尺寸(cùn)的(dí)批(pī)量定製

> 波長覆(fù)蓋紫(zǐ)外，日盲，可(kě)見和(hé)近(jìn)紅(hóng)外

> 單(dān)，雙，三層(céng)MCP可選(xuǎn)，以滿(mǎn)足(zú)不同增益(yì)需(xū)求(qiú)（三層增(zēng)益超百萬(wàn)倍）

> 強磁場(cháng)環境下(xià)特(tè)殊(shū)封裝可(kě)選

> 磁聚焦(jiāo)器可選(xuǎn)

> 不同縮比可選

> 最短門寬可(kě)達200ps

> 主要應用(yòng)：電(diàn)暈探測(cè)，紫(zǐ)外預警(jǐng)，弱(ruò)光探測(cè)，微光夜視，時間(jiān)分(fēn)辨測試，條(tiáo)紋相機，分幅相(xiāng)機(jī)

陰極響應曲(qū)綫(xiàn)                        入(rù)射窗(chuāng)透過(guò)率(shuài)曲(qū)綫(xiàn)

2，       單光子成像相(xiāng)機：Photek 生產(chǎn)的(dí)光(guāng)子計數相(xiāng)機基(jī)於多(duō) MCP 的高度增益(yì)而(ér)設計的，其消除(chú)了由於(yú) CCD 等設(shè)備(bèi)帶來的(dí)模擬(nǐ)噪聲，噪聲可(kě)以低至(zhì) 2cps/cm2，是極其微弱信號的(dí)好(hǎo)選擇，同(tóng)時配(pèi)有 IFS32 分(fēn)析軟件，可以(yǐ)實(shí)現(xiàn)兩(liǎng)種(zhǒng)類型(xíng)的光子(zǐ)計數(shù)成(chéng)像方式(shì)和多(duō)區(qū)域(yù)信號分(fēn)析(xī)
。

3，相(xiāng)機：先鋒科技提供多(duō)種(zhǒng)相機(jī)方(fāng)案，包(bāo)括(kuò)世界(jiè)著(zhù)名的英國(guó)Andor公司的科學級CCD和sCMOS相(xiāng)機，日本ArtRay和加拿(ná)大(dà)Lumenera公司生產的工(gōng)業級(jí)相機
。

英國(guó)Andor的iKon係(xì)列(liè)CCD相機參(cān)數：

日本(běn)ArtRay的(dí)USB3.0 CMOS相機參(cān)數：

加拿大Lumenera公司的INFINITY係列高性(xìng)能相(xiāng)機(jī)參(cān)數(shù)：