[科普中国]-离子流密度

离子流密度是指导体通过高压直流电时会发生电晕，电离形成的离子在电场力的作用下，向附近空间运动，形成离子流。而地面单位面积截获的离子流称为离子流密度。

研究背景在高电压输电工程中，交、直流线路同走廊或同塔架设可以充分利用输电走廊的利用率，提高走廊的电能传输能力。然而，由于交、直流线路之间的相互影响，使交、直流线路临近架设时的电磁环境与按单独架设的交、直流线路的电磁环境有所不同。研究交、直流线路临近架设情况下的混合电场与离子流密度的分布变化规律，可为工程设计及其电磁环境评估提供理论依据，具有重要的学术和工程价值。1

与国外研究相比，20世纪80年代，中国电力科学研究院等研究机构借鉴国外研究成果，开展了离子流场的预测计算研究。进入21世纪后，随着我国±800 kV直流特高压输电工程的规划建设，一些单位对±800 kV特高压直流输电线路的电磁环境影响进行了一系列的试验和理论研究，取得了一定的研究成果。2

测量原理对地面的离子流密度的测量，一般采用威尔逊板法，即通过测对地绝缘的金属板截获的电流来测量。为了避免金属平板边缘对电场畸变造成的测量误差，金属板四周设有一圈一定宽度的金属接地环。另外为减少微弱电流测量带来的误差，金属板的面枳应该足够大。

进入吸收离子流板的离子电流可用两种方法测量：—种方法是将接收板通过一个能测量微弱电流的电流表接地，直接测量电流；一种方法是将接收板与地间并联一个电阻，通过测量该电阻上的压降，来推算出流过的电流大小。1

测量系统构成离子流测量系统主要是离子流收集板、数据电缆信号线、多通道小信号测量仪和数据收集终端（电脑）组成。

其中离子流板由正面的离子流收集板、中间的绝缘层、背面的接地板以及屏蔽环组成，屏蔽环与接地板一起直接接地，离子流板的尺寸为1m×1m，其中屏蔽环的宽度5cm，离子流板如图所示：

将离子流板的数据出口与数据电缆信号线的一端相连接，电缆线的另一端与多通道小信号测量仪相连，通过数据接收终端的软件设置采集时间后，就可以对某一点上的离子流密度进行测量。其中多通道小信号测量仪型号KEITHLEY 2701。

离子流板的摆放位置一般情况下同电场测量仪的摆放位置相同，当测量仪数量较多而离子流板数量较少时，可以选择比较重要的测量点优先摆放，即对于反映交直流导线下离子流分布规律比较敏感的位置。1

影响因素由于离子流密度是通过测量对地绝缘的金属板截获的电流来测量，而金属平板边缘对电场造成畸变会造成测量误差，所以金属板四周应有一圈一定宽度的金属接地屏蔽环。另外为了减少微弱电流测量带来的误差，金属板的面积应足够大，使其截获的离子电流数值能在当前测量仪表量程范围以内。另外还要考虑工频交流线路与离子流板之间的容性称合所产生的感应电流以及交流离子流对测量结果的影响。1

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所