第1章 高电压绝缘1

1、第第1 1章章 高电压绝缘高电压绝缘1.1 1.1 概 述 自然界的物质根据其物理导电性能可分为三类：自然界的物质根据其物理导电性能可分为三类： 导体：常温下电阻率导体：常温下电阻率1010-6 -61010-2 -2 .cm .cm 绝缘体：常温下电阻率绝缘体：常温下电阻率10109 910102222 .cm .cm 半导体：常温下电阻率半导体：常温下电阻率1010-3 -310109 9 .cm .cmu在电力系统中，普遍使用气体、液体、固体绝缘材在电力系统中，普遍使用气体、液体、固体绝缘材料。这些绝缘材料在外电场的作用下，会产生极化、料。这些绝缘材料在外电场的作用下，会产生极化、电导、

2、电离、损耗和击穿放电等现象。电导、电离、损耗和击穿放电等现象。一、电介质（绝缘材料）1 1、定义：电介质是指通常条件下导电性能极差的物、定义：电介质是指通常条件下导电性能极差的物质。质。2 2、绝缘材料的类型：、绝缘材料的类型：（1 1）按其形态分为：气体）按其形态分为：气体如空气、如空气、SFSF6 6 等。液等。液体体如变压器油。固体如变压器油。固体如橡胶、瓷瓶、玻璃如橡胶、瓷瓶、玻璃等。等。（2 2）按绝缘材料的耐热等级分为七级：）按绝缘材料的耐热等级分为七级： Y A E B F H C Y A E B F H C 90 105 120 130 155 180 180 90 105 1

3、20 130 155 180 180度以上度以上3 3、绝缘材料的性能：、绝缘材料的性能： 电气性能、机械性能、耐热性能、吸潮性能、生化电气性能、机械性能、耐热性能、吸潮性能、生化性能。性能。电介质的分类：根据化学结构分为4类非极性电介质：非极性电介质：分子由共价键结合，由非极性分分子由共价键结合，由非极性分子组成的电介质称非极性电介质。如子组成的电介质称非极性电介质。如N N2 2、PTFEPTFE（聚四氟乙烯）。（聚四氟乙烯）。弱极性电介质：弱极性电介质：有些有些非极性非极性电介质由于存在分子电介质由于存在分子异构或支链，多少有些极性，称弱极性电介质。异构或支链，多少有些极性，称弱极性电介

4、质。如如PSPS（聚苯乙烯）、石蜡、变压器油。（聚苯乙烯）、石蜡、变压器油。偶极性电介质：偶极性电介质：由极性分子组成的电介质。如由极性分子组成的电介质。如PVCPVC（聚氯乙烯）、有机玻璃、胶水等。（聚氯乙烯）、有机玻璃、胶水等。离子性电介质：离子性电介质：离子性电介质没有个别的分子，离子性电介质没有个别的分子，只以固体的形式存在。分为晶体和无定形体两类。只以固体的形式存在。分为晶体和无定形体两类。如石英、云母、如石英、云母、NaClNaCl2 2、陶瓷。、陶瓷。二、电介质的极化1、极化、极化电介质在电场作用下，正、负电荷作微小位移而电介质在电场作用下，正、负电荷作微小位移而产生偶极矩，或在

5、电介质表面出现感应束缚电荷的现象。产生偶极矩，或在电介质表面出现感应束缚电荷的现象。 E0 极化前 极化后 + + + + + + + - - - - - - - 未加外电场时电介质中的粒子未加外电场时电介质中的粒子在电介质中各粒子的正、负电荷中心重合在电介质中各粒子的正、负电荷中心重合或者各分子的原子或者各分子的原子( (或离子或离子) )处在各自的平衡位处在各自的平衡位置，均无感应偶极矩置，均无感应偶极矩或者极性分子或者极性分子( (偶极子偶极子) )混乱分布，在各个方向的混乱分布，在各个方向的合成偶极矩为零合成偶极矩为零施加外电场后电介质中粒子极化施加外电场后电介质中粒子极化或由于正、负

6、电荷的相对位移或由于正、负电荷的相对位移位移极化位移极化或由于偶极子的转向或由于偶极子的转向偶极转向极化偶极转向极化均在电场方向产生偶极矩均在电场方向产生偶极矩按电介质分子电结构不同，可分为：按电介质分子电结构不同，可分为： 无极分子（如无极分子（如 CH CH 4 4）和有极分子（如和有极分子（如 H H2 2O O ）。）。解释：解释：1 1 ）是束缚电荷而不是自由电子）是束缚电荷而不是自由电子 。 2 2）是有限位移而不是电荷流通，不产生电流）是有限位移而不是电荷流通，不产生电流 。 3 3）内部电荷的总和仍为零，但由于外电场的）内部电荷的总和仍为零，但由于外电场的作用对外显现电场力作用

7、对外显现电场力 。2 2、介质的相对介电常数 r r 表示电介质极化的程度。 dAUQC000 dAUQQC 00000QQQCCr Q3 3、电介质极化的基本类型 1 1）电子位移极化）电子位移极化 2 2）离子位移极化）离子位移极化 3 3）偶极子极化）偶极子极化 4 4）夹层极化）夹层极化 前三种极化都是由于带电质点的弹性位移或转向而形成前三种极化都是由于带电质点的弹性位移或转向而形成的的 ，夹层极化是由自由电荷（通常为离子）在电场中的，夹层极化是由自由电荷（通常为离子）在电场中的运动所形成的。运动所形成的。 中性电介质极性电介质电子位移极化：电子位移极化：电介质：一般由分子构成，分子由

8、原子构成，原子由带正电的原电介质：一般由分子构成，分子由原子构成，原子由带正电的原子核和围绕核的带负电电子构成。子核和围绕核的带负电电子构成。感应电矩：没有外电场时，电子云中心与原子核重合，感应电矩感应电矩：没有外电场时，电子云中心与原子核重合，感应电矩为零，对外不显现极性。为零，对外不显现极性。 感应电矩消失：外电场消失后，原子核与电子云的引力又使二者感应电矩消失：外电场消失后，原子核与电子云的引力又使二者 重合，感应电矩也随之消失。重合，感应电矩也随之消失。电子位移极化：外加一个电场，原子核向外电场方向移动，而电电子位移极化：外加一个电场，原子核向外电场方向移动，而电 子向反方向移动，达到

9、平衡后，感应力矩也稳定，子向反方向移动，达到平衡后，感应力矩也稳定， 这个过程叫电子位移极化。这个过程叫电子位移极化。 E离子位移极化：离子位移极化：由离子结合成的介质内，外电场的作用除了促使内部产生由离子结合成的介质内，外电场的作用除了促使内部产生电子位移极化外，还产生正、负离子相对位移而形成的极化，称电子位移极化外，还产生正、负离子相对位移而形成的极化，称为离子位移极化。为离子位移极化。lClClClCNaNaNaNalCNaNalClClCNaNaE偶极子极化：偶极子极化：极性电介质：即使没有外加电场，由于分子中正负电荷的作用中极性电介质：即使没有外加电场，由于分子中正负电荷的作用中 心

10、的不重合，就单个分子而言，就已具有偶极矩，心的不重合，就单个分子而言，就已具有偶极矩， 称为固有偶极矩。称为固有偶极矩。 由于分子的不规则热运动，使各分子偶极矩排列无序，对由于分子的不规则热运动，使各分子偶极矩排列无序，对外不呈现合成电矩。外不呈现合成电矩。有外电场时，每个分子的固有偶极矩有转向电场方向的趋有外电场时，每个分子的固有偶极矩有转向电场方向的趋势，顺电场方向作定向排列，它在不同程度上达到平衡，对外呈势，顺电场方向作定向排列，它在不同程度上达到平衡，对外呈现宏观电矩，这就是极性分子的转向极化。现宏观电矩，这就是极性分子的转向极化。外电场愈强，转向定向愈充分，外电场消失，宏观的转向外电

11、场愈强，转向定向愈充分，外电场消失，宏观的转向极化也随之消失。极化也随之消失。E12021CCUUt 1221GGUUt 21 21 ttUUUU21021 UGGGUGGGU2122111111 UGGGU2112 UCCCUCCCU2122111111 UCCCU2112 4 4、讨论电介质极化现象在工程中的实际意义1 1）不同应用场合，对）不同应用场合，对 r r 大小的要求不同。大小的要求不同。 中性电介质中性电介质： r r小，热损耗小小，热损耗小用作高压电气设备的绝用作高压电气设备的绝缘结构、电缆绝缘等；缘结构、电缆绝缘等； 极性电介质极性电介质： r r大，在相同的耐电强度下，可

12、使单位电容大，在相同的耐电强度下，可使单位电容器的体积和重量减小器的体积和重量减小用作极板间的的绝缘物质等。用作极板间的的绝缘物质等。2 2）在交流及冲击电压作用下，多层介质的合理配合：）在交流及冲击电压作用下，多层介质的合理配合： 电场分布与电场分布与 成反比成反比 ，组合绝缘采用适当的材料可使电，组合绝缘采用适当的材料可使电场分布合理。场分布合理。2211EE 三、电介质的电导1 1、绝缘电阻、绝缘电阻R R的定义的定义电介质的电阻很大，达到几百电介质的电阻很大，达到几百 几千几千MM。称为：绝缘称为：绝缘电阻。电阻。电导：绝缘电阻的倒数。电导：绝缘电阻的倒数。对于固体介质，对于固体介质，

13、R R包括绝缘的体积电阻和表面电阻。包括绝缘的体积电阻和表面电阻。表面电阻受外界环境的影响大。表面电阻受外界环境的影响大。2、电导 任何电介质都不是理想的绝缘体，它们总是少量的任何电介质都不是理想的绝缘体，它们总是少量的带电质点存在，在电场作用下，带电质点作有方向的运带电质点存在，在电场作用下，带电质点作有方向的运动构成电流。因而任何电介质都具有一定的电导，表征动构成电流。因而任何电介质都具有一定的电导，表征电导大小的物理量是电导率电导大小的物理量是电导率 （或电阻率（或电阻率 ）。）。1电介质电导与金属电导的本质区别电介质电导与金属电导的本质区别 带电质点不同：带电质点不同：电介质为带电离子

14、（固有离子，杂质离子）；金属为自由电子 。数量级不同：数量级不同：电介质的小，泄漏电流小；金属电导的电流很大。 电导电流的受影响因素不同：电导电流的受影响因素不同：电介质中的电导电流由离子数目决定，与外加电压、温度、频率、杂质等有关；而金属中的电导电流主要由外加电压决定。3、电流 ciaigit tI I0i ic ci i c ci i a ai ig gai3、电流 介质加介质加直流直流电压后测得电流为电压后测得电流为 ：a a g gc c a a 偶极子极化、夹层极化的吸收电流偶极子极化、夹层极化的吸收电流 （存在的时间（存在的时间 较长，衰减较慢）较长，衰减较慢） g g离子位移极化

15、的泄漏电流离子位移极化的泄漏电流 （不随时间变化）（不随时间变化） c c电子极化、离子极化的几何电流电子极化、离子极化的几何电流 （存在的时间很（存在的时间很 短，很快衰减到零）短，很快衰减到零）4、吸收比 吸收现象的意义：对判断绝缘是否受潮很有用。吸收现象的意义：对判断绝缘是否受潮很有用。 在实际应用中，通常是用兆欧表测量在实际应用中，通常是用兆欧表测量 60s 60s 和和 15s 15s 时电介质的绝缘电阻值时电介质的绝缘电阻值 R R60 60 和和 R R15 15 ，R R6060/R/R15 15 的比值的比值越大，则绝缘越干燥。这个比值成为：越大，则绝缘越干燥。这个比值成为：

16、吸收比吸收比。四、介质损耗 直流电压下的损耗损失类型：在直流电压作用下介质的损失仅有漏导损失损失类型：在直流电压作用下介质的损失仅有漏导损失（纯电阻性的）（纯电阻性的）。表征方式：可用体积电阻率表征方式：可用体积电阻率 V V 或表面电导率或表面电导率 S S 表征。表征。交流电压下的损耗损失类型：在交流电压作用下介质的损失除了漏导损失外，损失类型：在交流电压作用下介质的损失除了漏导损失外，还有极化损失还有极化损失（电容性的）（电容性的）。表征方式：仅有表征方式：仅有 V V 或或 S S 不够。不够。需要另外的特征量来表示介质在交流电压作用下的能量损需要另外的特征量来表示介质在交流电压作用下

17、的能量损耗。耗。12四、介质损耗 定义：定义： 在在交流交流电压作用下，电介质中会产生电导电流和位移电电压作用下，电介质中会产生电导电流和位移电流，电介质的部分电能将转变为热能，这部分能量损耗称流，电介质的部分电能将转变为热能，这部分能量损耗称为介质的损耗。为介质的损耗。 IU电介质的等效电路：电介质的等效电路：1I1C2I2R2C3I3RI电容支路：由真空和无损极化所引起的电流为纯容性。电容支路：由真空和无损极化所引起的电流为纯容性。阻容支路：由有损极化所引起的电流分为有功和容性无阻容支路：由有损极化所引起的电流分为有功和容性无功两部分。功两部分。纯阻支路：由漏导引起的电流，为纯阻性的。纯阻

18、支路：由漏导引起的电流，为纯阻性的。cI1I2cI3IrI2rI2IIU计算用等值电路：计算用等值电路：cIeqCrIeqGIcIrIIU21rceqeqUPUIUIUI tgUtgUC tgC单位体积介质的损耗功率单位体积介质的损耗功率电介质的损耗角电介质的损耗角介质损耗因数介质损耗因数tg工程上常用工程上常用 表征介质的品质表征介质的品质tg讨论电介质损耗在工程中的实际意义在设计绝缘结构时，要注意材料的在设计绝缘结构时，要注意材料的tgtg。tgtg的大小可以判断绝缘受潮或劣化的程度。的大小可以判断绝缘受潮或劣化的程度。 tgtg能量损耗大能量损耗大绝缘电阻绝缘电阻判断绝缘材料有受潮、判断

19、绝缘材料有受潮、劣化、气泡现象劣化、气泡现象 用做绝缘材料的介质，希望用做绝缘材料的介质，希望 tg tg 小。在其他场合，可小。在其他场合，可利用利用 tgtg 引起的介质发热，如电瓷泥坯的阴干。引起的介质发热，如电瓷泥坯的阴干。在绝缘试验中，在绝缘试验中，tgtg 的测量是一项基本测试项目。的测量是一项基本测试项目。1.2 1.2 气体的绝缘性能一、气体中带电粒子的产生和消失 1 1、气体中带电粒子的产生（游离过程）、气体中带电粒子的产生（游离过程） 1 1）碰撞电离）碰撞电离 气体介质中粒子相撞，撞击粒子传给被撞粒子能量，使其电气体介质中粒子相撞，撞击粒子传给被撞粒子能量，使其电离。离。

20、 条件：条件： 撞击粒子的总能量被撞粒子的电离能撞击粒子的总能量被撞粒子的电离能 动能、位能动能、位能 2 2） 光电离光电离 短波射线的光子具有很大的能量，它以光的速度运动，短波射线的光子具有很大的能量，它以光的速度运动，当它射到中性介质的分子或原子上时，所产生的游离称为当它射到中性介质的分子或原子上时，所产生的游离称为光游离光游离。 必要条件：光子的能量大于气体粒子的电离能必要条件：光子的能量大于气体粒子的电离能。紫外线，紫外线，X X射线，是引起光游离的主要因素。射线，是引起光游离的主要因素。3 3）热电离）热电离 在高温下，气体的质点热运动加剧，相互碰撞而产生在高温下，气体的质点热运动

21、加剧，相互碰撞而产生的游离称为热游离。的游离称为热游离。热电离是热状态下碰撞电离和光电离的综合热电离是热状态下碰撞电离和光电离的综合 。只有在只有在5000500010000K10000K的高温下才能产生热游离。的高温下才能产生热游离。4）表面电离）表面电离 金属表面的电子受外界能量的作用后逸出金属金属表面的电子受外界能量的作用后逸出金属表面而成为自由电子的现象称为表面电离。表面而成为自由电子的现象称为表面电离。 游离需要能量，称逸出功，小于电离能。游离需要能量，称逸出功，小于电离能。 获得逸出功的途径：获得逸出功的途径： 热电子发射：金属电极加热，分子动能热电子发射：金属电极加热，分子动能

22、强场发射或冷发射：电极加上强电场强场发射或冷发射：电极加上强电场 二次发射：高能量粒子撞击金属电极表面二次发射：高能量粒子撞击金属电极表面 2、气体中带电粒子的消失 中和中和 受电场力作用流入电极，中和电量受电场力作用流入电极，中和电量 。扩散扩散 带电粒子由高浓度区向低浓度区移动，使空间带电粒子由高浓度区向低浓度区移动，使空间各处的浓度趋于均匀的过程。由热运动造成各处的浓度趋于均匀的过程。由热运动造成 。复合复合 带有异号电荷的粒子相遇，发生电荷的传递，带有异号电荷的粒子相遇，发生电荷的传递，中和而还原为中性粒子的过程。中和而还原为中性粒子的过程。 复合时异号粒子的静电复合时异号粒子的静电力

23、起重要作用力起重要作用 。3 3、游离和复合的关系 游离过程吸收能量产生电子等带电质点，不利于游离过程吸收能量产生电子等带电质点，不利于绝缘；复合过程放出能量，使带电质点减少消失，绝缘；复合过程放出能量，使带电质点减少消失，有利于绝缘。有利于绝缘。两种过程在气体中同时存在，条件不同，强弱程两种过程在气体中同时存在，条件不同，强弱程度不同。游离主要发生在强电场区、高能量区；度不同。游离主要发生在强电场区、高能量区；复合发生在低电场、低能量区。复合发生在低电场、低能量区。 二、气体放电过程的一般描述 十九世纪九十年代，英国物理学家汤逊（Townsend）采用图1 的实验装置测出了气体小间隙的伏安特

24、性曲线如图2所示。二、气体放电过程的一般描述 1 1、 外加电压很小时，气隙中外加电压很小时，气隙中的电流是由外界因素所造成的电流是由外界因素所造成的电子和离子所形成的。（的电子和离子所形成的。（A A段）段） 随电压随电压，这些质点中和，这些质点中和后，电流饱和，仍有极微小后，电流饱和，仍有极微小的泄漏电流。的泄漏电流。( (B B 段）段） 场强高达某一定值后，场强高达某一定值后，气体发生连续的碰撞电离，气体发生连续的碰撞电离，向雪崩似的增长，称电子崩。向雪崩似的增长，称电子崩。电流大增电流大增 。( (C C段）段） 外界电离因外界电离因子在阴极附近产子在阴极附近产生一个初始电子生一个初

25、始电子如果空间的电场如果空间的电场强度足够大，该强度足够大，该电子在向阳极运电子在向阳极运动时就会引起碰动时就会引起碰撞电离，产生出撞电离，产生出一个新电子，初一个新电子，初始电子和新电子始电子和新电子继续向阳极运动，又会引起新的碰撞电离，产生出更多的电继续向阳极运动，又会引起新的碰撞电离，产生出更多的电子。依次类推，电子数将按几何级数不断增多，象雪崩似的子。依次类推，电子数将按几何级数不断增多，象雪崩似的发展发展, ,这种急剧增大的空间电流被称为这种急剧增大的空间电流被称为电子崩电子崩。2 2、 cr cr （临界场强：由非自持放电转入临界场强：由非自持放电转入自持放电的场强）时，电子崩有赖

26、外界游离因自持放电的场强）时，电子崩有赖外界游离因素，为素，为非自持放电非自持放电。 cr cr 时，电子崩仅由电场的作用而自行时，电子崩仅由电场的作用而自行维持和发展，为维持和发展，为自持放电自持放电。 3 3、此后的发展随电场情况不同：、此后的发展随电场情况不同： 均匀电场均匀电场气隙击穿气隙击穿 不均匀电场：自持放电形成电晕不均匀电场：自持放电形成电晕 火花击穿（小）火花击穿（小） 刷形放电（大），刷形放电（大）， 火花击穿火花击穿 当电源功率大时，火花击穿迅速变成电弧。当电源功率大时，火花击穿迅速变成电弧。三、均匀电场中气隙的击穿 1 1、汤逊放电理论、汤逊放电理论 （适用范围：低气压

27、、短间隙、均匀电场）适用范围：低气压、短间隙、均匀电场）解释：由天然辐射作用产生电离生成正离子和电子，解释：由天然辐射作用产生电离生成正离子和电子，在高电场作用下，电子加速碰撞气体分子，产生新在高电场作用下，电子加速碰撞气体分子，产生新的电子和离子，形成电子崩。正离子撞击阴极又会的电子和离子，形成电子崩。正离子撞击阴极又会产生新的电子崩。即使外界不供给起始电子，放电产生新的电子崩。即使外界不供给起始电子，放电过程也能持续下去，这种放电现象称为自持放电。过程也能持续下去，这种放电现象称为自持放电。 汤逊放电理论的实质是：电子碰撞游离是气体放电汤逊放电理论的实质是：电子碰撞游离是气体放电的主要原因

28、。的主要原因。 2 2、巴森定律 -U = f ( pU = f ( p* *d )d )分析：分析：* *曲线有一极小值点，当曲线有一极小值点，当p p* *d=10d=10- -2 2bar.mmbar.mm，其击穿电压最低其击穿电压最低；*当当p p* *d d 由大变小时，击穿电压由大变小时，击穿电压变低；变低；*当当p p* *d d 太小时，击穿电压较高。太小时，击穿电压较高。 实际意义：将气隙抽真空（减小实际意义：将气隙抽真空（减小p）或加大气隙或加大气隙气压，均能提高气隙的绝缘强度（气压，均能提高气隙的绝缘强度（U）3 3、流注理论 （适用范围：高气压、短间隙、不均匀、均匀电场

29、中。）（适用范围：高气压、短间隙、不均匀、均匀电场中。） 解释：正离子的运动速度太小，正离子在阳极的解释：正离子的运动速度太小，正离子在阳极的密度很大，密度很大，p p* *d d 越大，浓度越大，使二次电子崩越大，浓度越大，使二次电子崩与初始电子崩汇合，电子和正离子混合，形成等与初始电子崩汇合，电子和正离子混合，形成等离子通道，生成流注。离子通道，生成流注。 流注理论的实质是：流注理论的实质是： 电子的碰撞游离和光电离是气体放电的主要原电子的碰撞游离和光电离是气体放电的主要原因，并强调空间电荷畸变电场的作用。因，并强调空间电荷畸变电场的作用。当电子崩走完整个间隙当电子崩走完整个间隙后，大密度

30、的头部空间后，大密度的头部空间电荷大大加强了后部的电荷大大加强了后部的电场，并向周围放射出电场，并向周围放射出大量光子大量光子光子引起空间光电离，光子引起空间光电离，其中的光电子被主电子其中的光电子被主电子崩头部的正空间电荷所崩头部的正空间电荷所吸引，在受到畸变而加吸引，在受到畸变而加强了的电场中，造成了强了的电场中，造成了新的电子崩，称为新的电子崩，称为二次二次电子崩电子崩 二次电子崩1主电子崩 2二次电子崩正流注的形成二次电子崩中的电子进入二次电子崩中的电子进入主电子崩头部的正空间电主电子崩头部的正空间电荷区（电场强度较小），荷区（电场强度较小），大多形成负离子。大量的大多形成负离子。大量

31、的正、负带电质点构成了等正、负带电质点构成了等离子体，这就是离子体，这就是正流注正流注。流注通道导电性良好，其流注通道导电性良好，其头部又是二次电子崩形成头部又是二次电子崩形成的正电荷，因此流注头部的正电荷，因此流注头部前方出现了很强的电场。前方出现了很强的电场。1主电子崩2二次电子崩3流注正流注向阴极推进流注头部的电离放射出大量光流注头部的电离放射出大量光子，继续引起空间光电离。流子，继续引起空间光电离。流注前方出现新的二次电子崩，注前方出现新的二次电子崩，它们被吸引向流注头部，延长它们被吸引向流注头部，延长了流注通道。了流注通道。流注不断向阴极推进，且随着流注不断向阴极推进，且随着流注接近

32、阴极，其头部电场越流注接近阴极，其头部电场越来越强，因而其发展也越来越来越强，因而其发展也越来越快。快。流注发展到阴极，间隙被导电流注发展到阴极，间隙被导电良好的等离子通道所贯通，间良好的等离子通道所贯通，间隙的击穿完成，这个电压就是隙的击穿完成，这个电压就是击穿电压击穿电压 。（返程票）（返程票）电离室中的放电过程照片在电离室中得到的初始电子崩照片图a和图b的时间间隔为110-7秒 p=270毫米汞柱，E=10.5 kV/cm 初始电子崩转变为流注瞬间照片p273毫米汞柱E=12 kV/cm电子崩在空气中的发展速度约为电子崩在空气中的发展速度约为1.25 107 cm/s在电离室中得到的阳极

33、流注发展过程的照片正流注的发展速度约为11082108cm/s负流注的形成当外施电压高于击穿电当外施电压高于击穿电压时，则电子崩发展无压时，则电子崩发展无需到达阴极，其头部电需到达阴极，其头部电离（引发二次电子崩）离（引发二次电子崩）就可直接形成流注。就可直接形成流注。 ( (单程票单程票) )发展速度：发展速度：正流注正流注 负流注负流注电子崩电子崩4.长间隙的放电机理不能用汤逊放电理论和流注不能用汤逊放电理论和流注放电理论放电理论 进行解释。进行解释。以棒对平板的长间隙进行分以棒对平板的长间隙进行分析：在棒电极头部电场高的析：在棒电极头部电场高的地方发生多个局部流注放电，地方发生多个局部流

34、注放电，即即先导先导；先导到达平板电极；先导到达平板电极时，将两电极跨接起来；电时，将两电极跨接起来；电源供给很大能量，先导转为源供给很大能量，先导转为主放电，即绝缘被击穿。主放电，即绝缘被击穿。雷电现象中的先导放电阶段雷电现象中的先导放电阶段三、不均匀电场中气隙的击穿 1 1、局部放电（电晕放电）、局部放电（电晕放电）在极不均匀电场中电极曲率半径小的附近空间的在极不均匀电场中电极曲率半径小的附近空间的局部场强很大，造成局部放电。局部场强很大，造成局部放电。电晕放电的现象。电晕放电的现象。2 2、气体放电的几种形式辉光放电辉光放电（低气压，小功率）（低气压，小功率）火花或电弧放电（高气压）火花

35、或电弧放电（高气压）电晕放电电晕放电（极不均匀电场中的局部放电）（极不均匀电场中的局部放电） 沿面放电沿面放电（沿固体介质表面的气体放电）（沿固体介质表面的气体放电） 辉光放电电晕放电3 3、影响气体间隙击穿的主要因素 电极的几何形状（均匀、极不均匀电场）电极的几何形状（均匀、极不均匀电场） 电压的类型（直流、工频交流、冲击电压）电压的类型（直流、工频交流、冲击电压） 极间距离极间距离 持续时间持续时间大大电电流流母母线线1 1. .3 3 液体的绝缘性能 液体绝缘，主要是从石油中提炼出来的矿物油。液体绝缘，主要是从石油中提炼出来的矿物油。其击穿理论与气体和固体不同，是至今仍在进行研其击穿理论

36、与气体和固体不同，是至今仍在进行研究的领域。究的领域。 主要有电击穿、气泡击穿和悬浮粒主要有电击穿、气泡击穿和悬浮粒子产生的击穿。子产生的击穿。一、电击穿 主要是电子起主要作用的击穿。主要是电子起主要作用的击穿。液体绝缘在电场作用下，阴极上由于强电场发射液体绝缘在电场作用下，阴极上由于强电场发射或热电子发射出来的电子被加速后，引起电子崩。或热电子发射出来的电子被加速后，引起电子崩。由于液体的分子密度高，不需要气体击穿时的自由于液体的分子密度高，不需要气体击穿时的自持放电的条件，仅当电子密度达到一定值时就发持放电的条件，仅当电子密度达到一定值时就发生击穿。生击穿。液体中同样存在流注和先导。液体中

37、同样存在流注和先导。 二、气泡击穿 液体中出现气泡交流电压下串联介质中电场强度的分布与介质的r成反比气泡r 最小，将承担高场强，且电气强度比液体介质低很多气泡先发生电离气泡电离后温度上升、体积膨胀、密度减小电离进一步发展电离产生的带电粒子撞击油分子，使它又分解出气体，导致气体通道扩大许多的气泡在电场中排列成气体小桥贯穿两极击穿在通道中完成u 击穿过程气泡产生的原因：气泡产生的原因：电极表面的微小突起使电流集中而引起液体加热。电极表面的微小突起使电流集中而引起液体加热。液体中的杂质使电流增大而将液体加热。液体中的杂质使电流增大而将液体加热。电极和流入电荷之间的或同电极注入电荷之间的排斥力抵电极和

38、流入电荷之间的或同电极注入电荷之间的排斥力抵消了液体表面张力。消了液体表面张力。电子崩引起的液体分子离解。电子崩引起的液体分子离解。电极表面吸附的气泡脱离出来。电极表面吸附的气泡脱离出来。三、悬浮粒子产生的击穿 液体中悬浮着杂质粒子，使电场畸变，在电极间搭成导电液体中悬浮着杂质粒子，使电场畸变，在电极间搭成导电小桥，使液体介质的抗电场度下降，导致击穿。小桥，使液体介质的抗电场度下降，导致击穿。以变压器油为例：以变压器油为例： 当变压器油中含有杂质时（水分和纤维），水被纤维吸收当变压器油中含有杂质时（水分和纤维），水被纤维吸收后，在电场作用下，沿电场分析排列形成导电的杂质小桥，后，在电场作用下，

39、沿电场分析排列形成导电的杂质小桥，当小桥连通电极时，泄漏电流增加，最后造成介质击穿。当小桥连通电极时，泄漏电流增加，最后造成介质击穿。可使用滤油机将油过滤，提高击穿电压。四、影响液体介质击穿电压的因素 水分：造成击穿电压水分：造成击穿电压U U下降下降 纤维和其它杂质：造成纤维和其它杂质：造成U U下降下降 电压作用的时间：时间越长，电压作用的时间：时间越长，U U下降下降 电场的均匀程度：电场越均匀，电场的均匀程度：电场越均匀，U U越高。越高。 电电力力变变压压器器u 判断变压器油的质量，主要依靠测量其判断变压器油的质量，主要依靠测量其电气强度、电气强度、 tg tg 和含水和含水量量。其

40、中最重要的实验项目就是用标准油杯测量油的。其中最重要的实验项目就是用标准油杯测量油的工频击工频击穿电压穿电压。米u 我国采用的标准油杯极间距离为我国采用的标准油杯极间距离为2.5mm2.5mm，电极是直径等于，电极是直径等于25mm25mm的圆的圆盘型铜电极，电极的边缘加工成半径盘型铜电极，电极的边缘加工成半径为为2.5mm2.5mm的半圆以减弱边缘效应，保的半圆以减弱边缘效应，保证了极间电场极板上是均匀的。证了极间电场极板上是均匀的。u 用来灌注高压电力变压器等的变压器用来灌注高压电力变压器等的变压器油，其工频击穿电压在油，其工频击穿电压在252540kV40kV以上以上u 灌注高压电缆和电容器的用油，其工灌注高压电缆和电容器的用油，其工频击穿电压在频击穿电压在50kV50kV或或60kV60kV以上以上五、提高液体介质击穿电压的措施 1 1、对液体介质进行过滤、干燥、脱气等。、对液体介质进行过滤、干燥、脱气等。2 2、提高并保持油的品质、提高并保持油的品质 。 提高：去杂质、水分、有