先導放電

先導放電是長空氣間隙的主要放電形式，是高電導率、高溫的等離子通道(溫度約為1500~5000K)，而先導通道頭部前方是流注區，流注區提供的電流維持了先導通道所需要的能量並使得其不斷發展，而高導電率的先導通道又反過來使流注區頭部產生足以維持強烈電離過程的電場使流注生長。這種流注-先導系統在放電間隙中不斷發展，直至流注到達對面電極貫穿間隙，繼而引發主放電，最終使間隙擊穿。

基本介紹

• 中文名：先導放電
• 外文名：leader discharge
• 相關領域：高電壓技術
• 套用：防雷
• 學科：電力工程
• 領域：能源

簡介

先導放電是極不均勻電場下長氣體間隙中的一种放電形式，是連線流注放電與主放電的中間環節。當空氣間隙距離較長（如棒-板間隙距離大於1m），流注放電形成的通道不足以貫穿整個間隙。當流注通道發展到足夠長度時，較多電子循通道流向電極，通過根部的電子數量大量增加，導致流注根部溫度升高，產生了熱電離過程，則稱該熱電離通道為先導通道。

在棒-板氣隙中，根據棒極電性，分為正先導與負先導。

在棒-棒氣隙中，根據先導發展方向，分為上行先導與下行先導。

先導通道中的電荷濃度可以達到個離子/，電流可以達到數百安培。

現象描述

先導放電必定產生於長氣體間隙，並且伴隨熱電離。熱電離產生的光子使得先導通路發光，產生的熱量和劇烈的發展過程使得空氣產生爆破聲，但先導過程的現象一般非常短暫，間隙電場足夠大後，先導放電變發展為更加劇烈的主放電。

產生機理

正先導

正先導放電多發展於正棒-負板結構的氣體間隙。正流注中的電子被陽極吸引，，當電子濃度足夠高時，電流足夠大，流注通道中即開始熱電離，熱電離引起通道中帶電質點濃度進一步增大，引起電導和電流的持續增大，流注通道演化成具有高電導的等離子通道——先導。
在先導的頭部，由於熱電離產生的電子崩繼續發展，產生新的流注，使得先導不斷向前推進。

正先導發展過程與電場分布

負先導

負先導發展過程與正先導類似，但是由於棒極電性為負，電子流動的方向是從電極到流注頭部，當新的流注開始發展，電子繼續進入間隙深處，在沒有發生電離的區域建立負極性空間電荷，這給先導的推進帶來困難，因此，負先導間隙的擊穿需要更高的電壓。

上行先導與下行先導

上行先導與下行先導一般同時發生，多見於雷雲對地放電。下行先導指從雷雲開始發展，向下方延伸的先導通道；上行先導指從地面（多見於突出地面的尖端，如建築物、樹木）開始發展，向上方延伸的先導通道。一般下行先導先開始發展，雷雲多為負極性雲，該過程與負先導相同。當餘下間隙的電場足夠大，上行先導開始發展，負先導在氣隙中堆積的電子大量流向正極，加劇上行先導的發展，最終上行先導與下行先導通道距離足夠小，則發生完全擊穿，產生主放電。

上行先導與下行先導發展過程

隨機性

當先導推進至間隙深處，由於間隙電場急劇增大，其端部會出現許多流注，這些流注往不同方向發展，任何一個都可以成為先導繼續發展的方向，而其中通道電離越強的流注越可能成為先導發展方向，但是具有偶然性，服從一定機率分布。對先導發展過程中路徑機率的研究是先導放電主要的研究工作。

先導隨機性示意圖

研究歷史

20 世紀 70 年代開始， 以雷納迪實驗室為首的研究人員，在實驗室里對正極性棒–板、線–板以及棒–棒等間隙的放電機理作了深入的研究，為建立新的計算模型提供了一定試驗基礎。通過大量試驗結果，提出了一些經驗的、半定量的先導起始判據，其中包括臨界電暈半徑法、Rizk 先導起始判據與 Petrov 的臨界場強判據等。

在此基礎上，Dellera L 和 Garbagnati E 於 1989 年首先提出了先導發展模型（LPM）。