华北电力大学高电压技术1-6

高电压(diànyā)技术张重远、赵涛高压(gāoyā)教研室

2011年2月电力工程系精品资料绪论各种高电压现象研究对象中国电力系统(diànlìxìtǒnɡ)电压等级划分高电压技术在其它领域的应用课程相关信息精品资料雷电(léidiàn)极光(jíguāng)电离圈绝缘子闪络

电晕电弧各种高电压现象精品资料研究(yánjiū)对象1.内容(nèiróng)与范畴：《高电压技术》主要研究高电压（强电场）下的各种电气设备物理问题。它起源于20世纪初期，由于大功率、远距离输电而发展形成的一门独立学科，属于现代物理学中电学的一个分支。2.电气设备的绝缘：①绝缘介质（固、液、气体）在电场作用下的电气物理性能和击穿的理论、规律。②高压试验——判断、监视绝缘质量的主要试验方法与试验原理。3.电力系统的过电压：③过电压及其防护——过电压的成因与限制措施。精品资料中国电力系统(diànlìxìtǒnɡ)电压等级划分高压(gāoyā)（HV）：1kV～220kV10kV,20kV,35kV,110kV,220kV超高压(gāoyā)（EHV）：330～1000kV330kV,500kV,750kV特高压(gāoyā)（UHV）：1000kV及以上交流系统直流系统

超高压（EHV）：±500kV±666kV特高压（UHV）：±

800kV精品资料高电压技术(jìshù)在其它领域的应用医学：利用高压脉冲体外碎石、治疗癌症；农业：高压静电(jìngdiàn)喷药，高电场诱发变异育种；环保：高压脉冲放电处理污水，电除尘技术；军事：大功率脉冲技术，电磁干扰、电子对抗；其它：静电(jìngdiàn)喷涂，高压设备制造等。精品资料课程(kèchéng)相关信息参考书：《高电压绝缘技术》，中国电力，严璋，朱德恒《电网过电压教程》，中国电力，陈维贤《高电压试验技术》，清华，张仁豫《高电压技术》，中国电力，赵智大《High-VoltageEngineering》，PergamonPress,E.Kuffel(Canada),W.S.Zaengl,(Switzerland)学习方法：理论联系实际考试：20%（作业(zuòyè)+实验）+80%（闭卷笔试）答疑安排：时间：周四下午3:00-5:00地点：教三楼一楼105室精品资料第一篇高电压(diànyā)绝缘及实验第一章电介质的极化、电导和损耗第二章气体放电的物理(wùlǐ)过程第三章气隙的电气强度第四章固体液体和组合绝缘的电气强度精品资料第一章电介质的极化(jíhuà)、电导和损耗电介质有气体、固体、液体三种形态，电介质在电气设备中是作为绝缘材料使用的。一切(yīqiè)电介质在电场的作用下都会出现极化、电导和损耗等电气物理现象。电介质的电气特性分别用以下几个参数来表示：即介电常数εr，电导率γ(或其倒数——电阻率ρ)，介质损耗角正切tgδ,击穿场强E，它们分别反映了电介质的极化、电导、损耗、抗电性能。精品资料绝缘的作用：绝缘的作用是将电位不等的导体分隔开(ɡékāi)，使其没有电气的联系能保持不同的电位,又称为电介质.分类：气体绝缘材料：空气，SF6气体等固体绝缘材料：陶瓷，橡胶，玻璃，绝缘纸等液体绝缘材料：变压器油混合绝缘：电缆，变压器等设备§1.0电力系统(diànlìxìtǒnɡ)的绝缘材料精品资料§1.1电介质的极化(jíhuà)定义：电介质在电场作用下产生的束缚电荷的弹性位移和偶极子的转向位移现象，称为电介质的极化。效果(xiàoguǒ)：消弱外电场，使电介质的等值电容增大。物理量：介电常数类型：电子位移极化；离子位移极化；转向极化；空间电荷极化。精品资料电子(diànzǐ)位移极化一切电介质都是由分子组成，分子又是由原子组成，每个原子都是由带正电荷的原子核和围绕核带负电荷的电子云构成。当不存在外电场时，电子云的中心与原子核重合，此时电矩为零．当外加一电场，在电场力的作用下发生电子位移极化．当外电场消失(xiāoshī)时，原于核对电子云的引力又使二者重合，感应电矩也随之消失(xiāoshī)。电场中的所有电介质内都存在电子位移极化。qRRi-qO’OE图1-1电子位移极化精品资料离子(lízǐ)位移极化在由离子结合(jiéhé)成的电介质内，外电场的作用除促使各个离子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，称为离子位移极化。图l-2表示氯化钠晶体的离子位移极化。图l-2氯化钠晶体的离子位移极化

精品资料转向(zhuǎnxiàng)极化在极性电介质中，即使没有外加电场，由于分子中正、负电荷的作用中心不重合。就单个分子而言，就已具有偶极矩，称为固有偶极矩。但由于分子不规则的热运动，使各分子偶极矩方向的排列(páiliè)没有秩序，因此，从宏观而言，对外并不呈现电矩。当有外电场时，由于电场力的作用，每个分子的固有偶极矩就有转向与外电场平行的趋势，其排列(páiliè)呈现行一定的秩序。但是受分子热运动的干扰，这种转向有秩序的排列(páiliè)。UU电极电介质E图l-3偶极子的转向极化

精品资料空间电荷极化(jíhuà)图1-4双层电介质的夹层(jiācéng)极化G1G2C1C2U

上述的三种极化是带电质点的弹性位移或转向形成的，而空间电荷极化的机理则与上述三种完全不同，它是由带电质点(电子或正、负离子)的移动形成的。最明显的空间电荷极化是夹层极化。在实际的电气设备中，有不少多层电介质的例子，如电缆、电容器、旋转电机、变压器、互感器、电抗器的绕组绝缘等，都是由多层电介质组成的。

如图l-4所示，各层介质的电容分别为C1和C2；各层介质的电导分别为G1和G2；直流电源电压为U。为了说明的简便，全部参数均只标数值，略去单位。设C1=1，C2＝2，G1=2，G2=1，U＝3。精品资料当U作用在AB两端极扳上时，其瞬时电容(diànróng)上的电荷和电位分布，如图1-5(a)所示．整个介质的等值电容(diànróng)为。到达稳态时，电容(diànróng)上的电荷和电位分布如图l-5(b)所示。整个介质的等值电容(diànróng)为。分界面上堆积的电荷量为+4-1＝+3。图1-5双层电介质的电荷(diànhè)与电位分布（a）暂态分布（b）稳态分布

空间电荷极化（续）精品资料空间电荷极化(jíhuà)的特点夹层的存在将会造成电荷在夹层界面上的堆积和等值电容的增大。这就是夹层极化效应。夹层界面上电荷的堆积是通过介质电导G完成的。高压绝缘介质的电导通常都是很小的，所以，这种极化过积将是很缓慢的。它的形成时间从几十分之一秒到几分钟甚至(shènzhì)有长达几小时的。因此，这种性质的极化只有在直流和低频交流电压下才能表现出来。该极化伴随着能量损耗。大电容设备进行高压实验后应对设备绝缘进行较长时间放电。精品资料电介质极化(jíhuà)种类及比较极化类型产生场合所需时间能量损耗产生原因电子式极化任何电介质10-14~10-15S无束缚电子运行轨道偏移离子式极化离子式结构电介质10-12~10-13S几乎没有离子的相对偏移偶极子极化极性电介质10-10~10-2S有偶极子的定向排列夹层极化多层介质的交界面10-1S～数小时有自由电荷的移动精品资料§1.2电介质的介电常数(jièdiànchánɡshù)一.介电常数的物理(wùlǐ)意义①在真空中，有关系式式子中E——场强矢量；D——电位移矢量，即电通量密度矢量，D与E同向，比例常数为真空中的介电常数精品资料②在介质中,D与E同向，为介质的相对介电常数，它是没有(méiyǒu)量纲和单位的纯数。③介质的介电常数通常，，的量纲和单位与相同二、气体介质的相对介电常数①一切气体的相对介电常数都接近于1。②任何气体的相对介电常数均随温度的升高而减小，随压力(yālì)的增大而增大，但影响都很小。

三、液体介质的相对介电常数1.中性液体电介质：石油、苯、四氯化碳、硅油等均为中性或弱极性液体介质．其介电常数不大，其值在1.8—2.8范围内。精品资料2．极性液体介质：(1)这类介质通常介电常数都较大。但这类介质的缺点是在交变电场中的介质损较大，在高压(gāoyā)绝缘中很少应用。(2)影响极性液体(yètǐ)介质介电常数的主要因素：a.介电常数与温度的关系b.介电常数与电场频率f的关系四、固体电介质的介电常数

1.中性或弱极性固体电介质：只具有电子式极化和离子式极化，其介电常数较小。介电常数与温度之间的关系也与介质密度与温度的关系很接近。2.极性固体电介质：介电常数都较大，一般为3—6，甚至更大。这类电介质的介电常数与温度的关系类似极性液体所呈现的规律。电介质的介电常数(续)精品资料§1.3电介质的电导(diàndǎo)电介质的电导与金属的电导有本质(běnzhì)上的区别。一.表征电介质导电性能的物理量——电导率

（或：电阻率）电导形式电导率金属导体（自由电子）电子电导很大气体液体固体自由电子、正离子、负离子杂质电导、自身离解离子杂质、离子电导很小

很大精品资料二、影响介质电导(diàndǎo)的因素(1)温度式中A、B——常数(chángshù)；T——绝对温度；——电导率。温度升高时，液体介质的黏度降低，离子受电场力作用而移动时所受的阻力减小，离子的迁移率增大，使电导增大；另一方面，温度升高时，液体介质分子热离解度增加，这也使电导增大。所以在测量电介质的电导或绝缘电阻时，必须注意记录温度。(2)电场强度精品资料§1.4电介质中的能量(néngliàng)损耗一.电介质损耗(sǔnhào)的基本概念二.等效电路与相量图三.简化等效电路与损耗(sǔnhào)四.吸收电流与吸收曲线本节主要内容：精品资料在电场(diànchǎng)的作用下，电介质由于电导引起的损耗和有损极化（如偶极子极化、夹层极化等）引起的损耗，总称为电介质的损耗。一.电介质损耗(sǔnhào)的基本概念精品资料二.等效电路与相量图R3C1R2C2

i=i1+i2+i3i1i2i3uUδφ图中C1代表介质的无损极化（电子式和离子式极化），C2—R2代表各种(ɡèzhǒnɡ)有损极化，而R3则代表电导损耗。介质(jièzhì)损耗角δ为功率因数角φ的余角，其正切tgδ又可称为介质(jièzhì)损耗因数，常用百分数（%）来表示。另，tgδ同样随温度、频率的变化而变化。精品资料三.简化(jiǎnhuà)等效电路与损耗UU～IRCPUδφIP=UIcosφ=UIR=UICtgδ=U2ωCptgδ式中ω——电源角频率；φ——功率因数角；δ——介质(jièzhì)损耗角。精品资料在等值电路上加上直流电压时，电介质中流过的将是电容电流i1、吸收电流i2和传导电流i3。三者随时间的变化如上右图。这三个电流分量加在一起，即得出总电流上右图中的总电流i,它表示在直流电压作用(zuòyòng)下，流过绝缘的总电流随时间而变化的曲线，称为吸收曲线。四.吸收电流(diànliú)与吸收曲线返回精品资料第二章气体(qìtǐ)放电的物理过程第一节气体中带电质点的产生和消失第二节气体放电(fàngdiàn)机理第三节电晕放电(fàngdiàn)第四节不均匀电场气隙的击穿第五节雷电放电(fàngdiàn)第六节气隙的沿面放电(fàngdiàn)精品资料§2.1气体中带电质点(zhìdiǎn)的产生和消失一.带电(dàidiàn)质点在气体中的运动二.带电(dàidiàn)质点的产生三.带电(dàidiàn)质点的消失本节主要内容：精品资料一.带电质点在气体(qìtǐ)中的运动1.自由行程长度当气体中存在电场(diànchǎng)时，其中的带电粒子将具有复杂的运动轨迹，它们一方面与中性的气体粒子（原子或分子）一样，进行着混乱热运动，另一方面又将沿着电场(diànchǎng)作定向漂移。各种粒子在空气中运动时都会不断碰撞。一个质点在每两次碰撞之间自由通过的距离叫自由行程长度。实际的自由行程长度是随机量，并有很大的分散性。单位行程中的碰撞次数Z的倒数λ即为该粒子的平均自由行程长度。精品资料2.带电粒子的迁移率带电离子虽然不可避免地要与气体分子不断地发生碰撞，但在电场力的驱动下，仍将沿着电场方向漂移，其速度u与场强E其比例系数k=u/E，称为(chēnɡwéi)迁移率，它表示该带电粒子单位场强（1V/m）下沿电场方向的漂移速度。由于电子的平均自由行程长度比离子大得多，而电子的质量比离子小得多。更易加速，所以电子的迁移率远大于离子。3.扩散(kuòsàn)

气体中带电粒子和中性粒子的运动还与粒子的浓度有关。在热运动的过程中，粒子会从浓度较大的区域运动到浓度较小的区域，从而使每种粒子的浓度分布均匀化，这种物理过程叫扩散。气压越低或温度越高，则扩散进行的越快。电子的热运动速度大、自由行程长度大，所以其扩散速度也要比离子快得多。

一.带电质点在气体中的运动（续）精品资料二.带电(dàidiàn)质点的产生气体中带电质点的来源有二：一是气体分子本身发生(fāshēng)电离(包括撞击电离，光电离、热电离等多种形式)；另一是气体中的固体或液体金属发生(fāshēng)表面电离。

1.电离是气体放电的首要前提

电离——产生带电离子的物理过程称为电离。

激励——在常态下，电子受外界因素影响由低能量级轨道上跃迁到高能量级轨道的现象称为激励。

精品资料2.电离(diànlí)的几种形式(1)光电离(diànlí)频率为ν的光子能量为W=hν式中h——普郎克常数=发生空间光电离(diànlí)的条件为或者式中λ——光的波长，m；c——光速Wi——气体的电离(diànlí)能，eV。二.带电(dàidiàn)质点的产生（续）精品资料(2)撞击(zhuàngjī)电离主要是电子碰撞游离。原因(yuányīn)：1.电子小，自由程长，可以加速到很大的速度。2.电子的质量小，可以加速到很大。产生条件:所以提高场强可以使碰撞电离加剧。（3）热电离在常温下，气体分子发生热电离的概率极小。是气体在热状态下光电离和撞击电离的综合。二.带电质点的产生（续）精品资料（4）表面电离电子从金属表面逸出需要一定的能量，称为逸出功。主要发生在阴极，原因：阳极自由电子不会向气体中释放。主要有4种形式：1.正离子撞击阴极表面：通常正离子动能不大，可忽略，只有在它的势能等于或大于阴极材料逸出功两倍时，才能引起阴极表面电离，这个条件可满足。2.光电子发射：高能辐射先照射阴极时，会引起光电子发射，其条件是光子的能量应大于金属的逸出功。3.热电子发射：金属中的电子在高温下也能获得(huòdé)足够的动能而从金属表面逸出，称为热电子发射。在许多电子器件中常利用加热阴极来实现电子发射。4.强场发射（冷发射）：当阴极表面附近空间存在很强的电场时（106V/cm数量级），也能时阴极发射电子。常态下作用气隙击穿完全不受影响；在高气压、压缩的高强度气体的击穿过程中会起一定的作用；真空中更起着决定性作用。二.带电质点(zhìdiǎn)的产生（续）精品资料当电子与气体分子碰撞时，可能会发生电子与中性分子相结合而形成负离子的情况，这种过程成为附着。易于产生负离子的气体称为电负性气体。这个过程有时需要放出能量，有时需吸收能量。负离子的形成不会改变带电质点的数量(shùliàng)，但却使自由电子数减少，因此对气体放电的发展起抑制作用。（或有助于提高气体的耐电强度）。如SF6气体对电子有很强的亲和性，因此具有高电气强度。（5）负离子的形成(xíngchéng)二.带电质点的产生（续）精品资料三.带电(dàidiàn)质点的消失气体中带电粒子的消失有可能下述几种情况：(1)带电粒子在电场的驱动下作定向运动，在到达电极时，消失于电极上而形成外电路中的电流；(2)带电粒子因扩散现象而逸出气体放电空间。(3)带电粒子的复合。气体中带异号电荷的粒子相遇时，可能发生电荷的传递(chuándì)与中和，这种现象称为复合，是与电离相反的一种过程。精品资料§2.2气体(qìtǐ)放电机理电子崩自持放电与非自持放电放电发展过程与电场的关系汤森德放电理论(lǐlùn)帕邢定律流注放电理论(lǐlùn)精品资料一.电子(diànzǐ)崩外界电离因子在阴极附近产生一个初始电子，如果空间的电场强度足够大，该电子在向阳极(yángjí)运动时就会引起碰撞电离，产生出一个新电子，初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,这种急剧增大的空间电流被称为电子崩。精品资料二.自持(zìchí)放电与非自持(zìchí)放电当场强小于某个临界值时候，电子崩有赖于外界电离因素的原始电离才能持续和发展，如果外界电离因素消失，则这种电子崩也随之逐渐衰减以至消失，称这种放电为非自持放电。当场强大于某个临界值时，电子崩可以仅由电场的作用而自行维持和发展，不再(bùzài)依赖外界电离的因素，这种性质的放电称为自持放电。精品资料(二)在很不均匀的电场中(以棒电极为例)(1)在电压比较低时,棒极附近场强可能已超过临界值,即发生自持放电,离棒端稍远处有电晕出现.(2)电压再升高时,若电极间距不大,则有可能从电晕放电直接转为整个间隙的火花击穿,若电极间隙较大,则从电晕到击穿之间还有刷状放电的过渡阶段.(3)电压再提高,刷形放电中的个别光束突发的前伸,形成明亮的火花通道到达(dàodá)对面电极,气隙被就击穿了.当电源功率足够时,火花击穿迅速的转变成电弧。(一)在大体均匀的电场中，各处场强的差异不大,任意一处一旦形成自持放电(fàngdiàn),就会很快发展到整个间隙,气隙即被直接击穿.三.放电发展过程与电场的关系精品资料（三）电场不均匀(jūnyún)系数Emax最大电场(diànchǎng)强度Eav平均电场(diànchǎng)强度。

U——电极间的电压

d——极间距离

f<2时为稍不均匀电场，例如：高压实验中用来测高电压的球隙、全封闭组合电器中的分相母线筒。

f>4以上时明显地属于极不均匀电场，可分为棒-棒间隙和棒-板间隙，例如架空线的导线-导线，导线-大地。三.放电发展过程与电场的关系（续）精品资料四.汤森德气体放电(fàngdiàn)理论1.适用条件(tiáojiàn)低气压、短间隙的电场中，即2.理论要点电子碰撞电离和正离子撞击阴极产生的金属表面电离是使带电质点激增,并导致击穿的主要因素。击穿电压大体上是的函数.精品资料(1)系数，表示一个电子由阴极(yīnjí)到阳极每1cm路程中与气体质点相碰撞所产生的自由电子数(平均值)。(2)系数，表示一个正离子由阳极到阴极(yīnjí)每1cm路程中与气体质点相碰撞所产生的自由电子数(平均值)。(3)系数，表示一个正离子撞击到阴极(yīnjí)表面时使阴极(yīnjí)逸出的自由电子数(平均值）。3.引用三个系数来定量的反映(fǎnyìng)三种因素的作用四.汤森德气体放电理论（续）系数和与气体的性质、密度及该处的电场强度等因素有关。精品资料根据碰撞电离系数(xìshù)α的定义，可得分离(fēnlí)变数并积分，可得均匀电场，α不随x变化ddxxn0nna4.电子碰撞电离系数α抵达阳极的电子数四.汤森德气体放电理论（续）精品资料5.自持放电条件与表面电离(diànlí)系数γ如果电压(电场强度）足够大，初始电子崩中的正离子能在阴极上产生出来的新电子数等于或大于n0，那么(nàme)即使除去外界电离因子的作用放电也不会停止，即放电仅仅依靠已经产生出来的电子和正离子（它们的数目取决于电场强度）就能维持下去，这就变成了自持放电。在整个路程撞击出的正离子数为：令γ表示一个正离子撞击到阴极表面时产生出来的二次电子数，则从金属表面电离出的电子数为：若该电子数大于等于起始电子数n0,那么放电可以自持，即自持放电条件为：四.汤森德气体放电理论（续）精品资料式（1-14）包含的物理意义为：一个电子从阴极到阳极途中因电子崩而造成的正电子数为ead-1,这批在阴极上造成的二次自由电子数应为γ(ead-1)，如果它等于1，就意味着那个初试电子有了一个后继电子，从而使放电得以(déyǐ)自持。物理(wùlǐ)物理意义在不均匀电场中，各点的电场强度E不同，所以各处的α值也不同，在这中条件下，上面的自持条件应改写成：

实验表明正离子在返回阴极途中造成的碰撞电离作用极小，可以忽略不计。上述过程可以用图2-1中的图解加以概括，当自持放电条件得到满足时，就会形成图解闭环部分循环不息的状态，放电就能自己维持下去，而不再依赖外界电离因子的作用了。四.汤森德气体放电理论（续）精品资料外界电离因子阴极表面电离气体空间电离气体中的自由电子在电场中加速碰撞电离电子崩（α）过程阴极表面二次发射(γ过程）正离子图2-1低气压、短气隙情况下气体的放电过程

第三节自持放电(fàngdiàn)放电(fàngdiàn)条件精品资料五.帕邢定律(dìnglǜ)Ub(kV)图2-2均匀电场中空气(kōngqì)的帕邢曲线0.10.20.30.5123510203050100300100050201010.3520.20.10.5330δS精品资料分析：1.当不变的时候，提高气压或降低气压到真空都能提高气隙的击穿(jīchuān)电压。2.当S不变的时候，气体的相对密度增大或减小的时候，击穿(jīchuān)电压增大；3.在均匀的电场中，击穿(jīchuān)电压与气体的相对密度、极间距离S的积有函数关系，只要的乘积不变，也就不变。物理解释：假设S保持不变，当气体密度增大时，电子的平均自由行程缩短了，相邻两次碰撞之间，电子积聚到足够动能的几率减小了，故必然增大。反之，当减小时，电子在碰撞前积聚到足够动能的几率虽然增大了，但气体很稀薄，电子在走完全程中与气体分子相撞的总次数(cìshù)却减到很小，所以也会增大。五.帕邢定律（续）精品资料在这两者之间，总有一个值对造成撞击游离最有利，此时最小．同样，可假设保持不变。S值增大时，欲得一定的场强，电压必须(bìxū)增大。当S值减到过小时，场强虽大增，但电于在走完全程中所遇到的撞击次数己减到很小，故要求外加电压增大，才能击穿。这两者之间，也总有一个S的值对造成撞击游离最有利，此时最小。汤森德放电机理的不足(1)只是在一定的范围内有效(yǒuxiào)(2)不均匀的电场中，该理论不适用。五.帕邢定律（续）精品资料六.流注(liúzhù)理论(一)空间电荷对原有电场(diànchǎng)的影响(二)空间光电离的作用

高电压技术面对的往往是高气压长气隙的情况。汤逊理论并不适用，应当用流注理论解释，适用条件为：流注理论也是以实验为基础的，影响因素主要有以下两方面：精品资料电子崩的头部集中着大部分的正离子和几乎全部电子。原有均匀场强在电子崩前方和尾部处都增强了，在这两个强场区中间出现了一个电场强度很小但电子和正离子浓度却最大的区域，使此处产生强烈的复合并发射(fāshè)出许多光子，成为引发新的空间光电离的辐射源。x(a)(b)EE0dE0(一)空间电荷对原有电场(diànchǎng)的影响精品资料上面所说的辐射源向气隙空间各处发射光子而引起光电离。如果光子位于强场区，二次电子崩将以更大得多的电离强度向阳极发展，或汇入崩尾。这些电离强度和发展速度远大于初始电子崩的新放电区（二次电子崩）以及它们不断汇入初崩通道的过程(guòchéng)被称为流注。(二)空间(kōngjiān)光电离的作用图2-3流注形成过程(a)(b)(c)精品资料流注的特点：电离强度很大，传播速度(sùdù)很快（超过初崩发展速度(sùdù)10倍以上）。出现流注后放电便获得独立继续发展的能力，而不在依赖外界电离(diànlí)因子的作用可见出现流注的条件也就是自持放电条件。

初崩头部空间电荷数必须达到某一临界值，对于均匀电场自持放电条件应为：

或

(三)流注的特点精品资料§2.3电晕(diànyūn)放电一.基本(jīběn)物理过程在极不均匀电场中，最大场强与平均场强相差很大，以至当外加电压及其平均场强还较低的时候，电极曲率半径较小处附近的局部场强已很大。在这局部强场区中，产生强烈的游离，但由于离电极稍远处场强已大为减小，所以，此游离区不可能扩展到很大，只能局限在此电极附近的强场范围内。拌随着游离而存在的复合和反激励，发出大量的光辐射，使在黑暗中可以看到在该电极附近空间发出蓝色的晕光，这就是电晕。精品资料1.外观特征：电极附近空间发出蓝色的晕光——电晕。2.外加电压增大，电晕区也随之扩大，放电电流也增大（由微安级到毫安级），但气隙总的来看，还保持着绝缘状态，还没有被击穿。3.电晕放电是极不均匀电场所特有的一种自持放电形式。它可以是极不均匀电场气隙击穿的第一个阶段，也可以是长期存在的稳定(wěndìng)的放电形式，它与其他的形式的放电有着本质的区别。§2.3电晕(diànyūn)放电（续）精品资料1.伴随着游离、复合、激励、反激励等过程而有声、光、热等效应，会有能量损耗。2.在尖端或电极的某些突出处，电子和离子在局部强场的驱动下高速运动，与气体分子交换动量，形成“电风”。当电极固定得刚性不够时，气体对“电风”的反作用力会使电晕极振动或转动。3.电晕会产生高频脉冲电流，其中还包含着许多高次谐波，这会造成对无线电的干扰。4.电晕产生的化学反映产物具有强烈的氧化和腐蚀作用，所以，电晕是促使有机绝缘老化的重要因素。5.电晕还可能产生超过环保标准的噪声，对人们会造成生理(shēnglǐ)、心理的影响。二.电晕(diànyūn)放电效应§2.3电晕放电（续）精品资料三、消除电晕措施最根本的途径就是设法限制和降低导线（导体）的表面电场强度。1.采用分裂导线，使等值曲率半径增大。2.改进电极(diànjí)的形状，增大电极(diànjí)的曲率半径，使表面光滑。四、电晕效应有利的方面1.电晕可削弱输电线上雷电冲击或操作冲击波的幅值和陡度；2.利用(lìyòng)电晕放电来改善电场分布；3.利用(lìyòng)电晕原理制造除尘器、静电涂喷装置、臭氧发生器等。§2.3电晕放电（续）精品资料§2.4不均匀电场(diànchǎng)气隙的击穿极不均匀电场中的放电存在明显的极性效应。在两个电极几何形状不同(bùtónɡ)的场合极性取决于曲率半径较小的那个电极的电位符号，几何形状相同则取决于不接地的那个电极上的电位符号。下面以最不均匀的“棒—板”气隙为例，从流注理论的概念出发，说明放电发展过程的极性效应。精品资料E0(c)Ecom=E0+EqE0EEqx(a)(b)棒极带正电位时，棒极附近强场区域的电晕放电将在棒极附近空间留下许多正离子，这些空间电荷削弱的棒极附近的电场强度，加强了正离子群外部(wàibù)空间的电场。因此随着电压提高电晕的扩展，强场区也将逐渐向板极方向推进，因而放电的发展是顺利的直至气隙被击穿。短气隙的击穿(jīchuān)：正极性精品资料Ecom=E0+Eq++Eq-(c)E0EEq+x(a)(b)Eq-E0棒极带负电位时，电子崩将由棒极表面出发向外发展，留在棒极附近的也是大批正离子，它们将加强棒极表面附近的电场而削弱外围空间电场，电晕区不易向外扩展，整个气隙的击穿是不顺利的，气隙的击穿电压要比正极性时高很多，完成(wánchéng)击穿所需时间也比正极性时间长得多。短气隙的击穿(jīchuān)：负极性精品资料（1）结论（2）精品资料气隙较长时，流注往往不能一次贯穿整个气隙，而出现逐级推进的先导放电现象(xiànxiàng)。长间隙的放电过程：电晕放电——先导放电——主放电——整个气隙被击穿。电离形式：热电离雷电放电是自然界的超长间隙放电，其先导过程和主放电过程发展的最充分。二.长气隙的击穿(jīchuān)精品资料§2.6沿面放电(fàngdiàn)和污闪事故一.沿面放电的一般概念二.沿面放电的类型三.沿面放电电压低的原因四.支柱(zhīzhù)绝缘子的沿面闪络过程五.固体表面有水膜时的沿面放电六.绝缘子污染状态下的沿面放电七.污闪事故的对策精品资料

一切导体都要靠固体绝缘装置（各类绝缘子）固定，这些固体绝缘装置还起着电气绝缘的作用。它们丧失绝缘功能有两种可能，：一是固体介质本身的击穿。二是沿着(yánzhe)固体介质表面发生闪络。电力系统的外绝缘一般都是自恢复绝缘，绝缘子闪络或空气间隙击穿后，它们的绝缘性能很快自动恢复。实验表明：沿固体表面的闪络电压不但比固体介质(jièzhì)本身的击穿电压低得多，而且也比极间距离相同的纯气隙的击穿电压低不少。可见一个固体绝缘装置的实际耐压能力取决与沿面闪络电压。在确定输电线路和变电所外绝缘的绝缘水平时，沿面闪络电压其者决定性作用。在表面潮湿污染的情况下，沿面闪络电压会更低。一.沿面放电的一般概念精品资料（1）固体介质处于均匀电场中，且界面(jièmiàn)与电力线平行，这种情况在工程中比较少见，但实际结构中会遇到固体处于稍不均匀电场中、且界面(jièmiàn)与电力线大致平行的情况。此时的沿面放电特性与均匀电场的情况有些相似。E固体介质(jièzhì)与气体介质(jièzhì)交界面上的电场分布状况对沿面放电特性有很大影响。界面电场分布可分为典型三种情况。二.沿面放电的类型精品资料

（2）固体介质处于极不均匀电场中，且界面电场的垂直分量En比平行于表面的切线分量Et大得多。如右上图。EtEnE（3）固体介质处于极不均匀电场中，但大部分分界面上的电场切线分量Et大于垂直分量En。右下图。EtEnE二.沿面放电(fàngdiàn)的类型（续）精品资料（1）固体介质与电极表面接触不良，存在小气隙。小气隙中的电场强度很大，首先发生放电(fàngdiàn)，所产生的带电粒子眼固体介质表面移动，畸变了原有电场。（2）大气的湿度影响。大气中的潮气吸附在固体介质表面形成水膜，其中的离子受电场的驱动而沿着介质表面移动，降低了闪络电压。与固体介质吸附水分(shuǐfèn)的性能也有关。（3）固体介质表面电阻的不均匀和表面的粗糙不平也会造成沿面电场畸变。三.沿面放电电压低的原因精品资料在电压还不高时，如右a图法兰附近先出现电晕放电；随着电压升高放电区变成许多(xǔduō)平行的火花细线组成的光带（b图），成为滑闪放电；当电压超过某一临界值后个别细线突然迅速增长，转为分叉的树枝状明亮火花通道，成为火花放电，如c图所示；电压再升高一些火花就到达另一电极，完成表面气体的完全击穿，称为沿面闪络或简称“闪络”。导杆法兰四.支柱(zhīzhù)绝缘子的沿面闪络过程

a图b图c图精品资料五.固体(gùtǐ)表面有水膜时的沿面放电概念(gàiniàn)：ABCAB湿闪电压：洁净的瓷表面被雨水淋湿时的沿面放电电压称为湿闪电压。污闪电压：绝缘子表面有湿污层时的闪络电压称为污闪电压。部分淋湿，绝缘子表面的水膜是不连续的（AB湿，BCA’干）有水膜覆盖的表面电导大，无水膜处的表面电导小。大多数外加电压将由干表面（图中的BCA’）段来承受。或者空气间隙BA’先击穿或者干表面BCA’先闪落，但结果都是形成ABA’电弧放电通道——闪络。如雨量特别大时，伞间（BB’）被雨水短接构成电弧通道——闪络。①沿湿表面AB和干表面BCA’发展②沿湿表面AB和空气间隙BA’发展③沿湿表面AB和水流BB’发展湿闪只有干闪电压的40%～50%，还受雨水电导率的影响。绝缘子的湿闪电压不会降低太多。湿闪电压将降低到很低的数值。◆在设计时对各级电压的绝缘子应有的伞裙数、伞的倾角、伞裙直径应仔细考虑、合理选择。精品资料绝缘子污染通常可分为积污、受潮、干区形成、局部电弧的出现和发展等四个阶段。采取措施抑制或阻止其中任何一个阶段的完成就能防止(fángzhǐ)污闪事故的发生。六.绝缘子污染状态(zhuàngtài)下的沿面放电积污：气候条件：包括雨、露、霜、雪、风等环境作用：和工业粉尘、废气、自然盐碱、灰尘、鸟粪等污秽外绝缘被污染的过程一般是渐进的。染污绝缘子表面上的污层在干燥状态下一般不导电。污层湿润：遇到雨、雾、露等不利天气时，污层被湿润，电导增大，在工作电压下的泄漏电流大增。干区形成：电流所产生的焦耳热，既可能使污层电导增大，又可能使水分蒸发、污层变干而减小其电导。电场畸变：干区的电阻比其余湿区的电阻大的多。整个绝缘子上的电压都集中到干区上，一般干区宽度不大，所以电场强度很大。局部电弧：如果电场强度已足已引起表面空气的电离，开始出现电晕放电或辉光放电，由于此时泄漏电流较大，电晕或辉光放电很容易转为绝缘子局部表面的有明亮通道的电弧。精品资料击穿：随着干区的扩大(kuòdà)，电弧被拉长。在雾、露天，污层湿润度不断增大，泄漏电流也随之增大，在一定电压下能维持的局部电弧长度也不断增大。自动延伸直至贯穿两极完成沿面闪络。六.绝缘子污染(wūrǎn)状态下的沿面放电（续）污闪后果严重：由于一个区域内绝缘子积污受潮情况差不多，所以容易发生大面积污闪事故。自动重合闸成功率远低于雷击闪落时，造成事故的扩大和长时间停电。就经济损失而言，污闪在各类事故中居首位。污秽度除了与积污量有关还与污秽的化学成分有关。通常采用“等值附盐密度”（简称“等值盐密”）来表征绝缘子表面的污秽度，它指的是每平方厘米表面所沉积的等效氯化钠（NaCl）毫克数。等值的方法：把表面沉积的污秽刮下，溶于300ml蒸馏水，测出其在20℃水温时的电导率；然后在另一杯20℃、300ml的蒸馏水中加入NaCl，直到其电导率等于混合盐溶液的电导率时，所加入的NaCl毫克数，即为等值盐量，再除以绝缘子的表面积，即可得出“等值盐密”(mg/cm2)精品资料（一）调整爬距（增大泄露(xièlòu)距离）爬电比距λ指外绝缘“相—地”之间的爬电距离(cm)与系统最高工作(gōngzuò)（线）电压（kV,有效值）之比。一定要遵循规定的爬电比距来选择绝缘子串的总爬电距离和片数。七.污闪事故的对策

（二）定期或不定期的清扫。

（三）涂料

（四）半导体釉绝缘子

（五）新型合成绝缘子新型合成绝缘子的优点：1、重量轻（仅相当于瓷绝缘子的1/10左右）

2、抗弯、抗拉、耐冲击附和等机械性能都很好

3、电气绝缘性能好，特别是在严重污染和大气潮湿的情况下性能十分优异；

4、耐电弧性能也很好。精品资料第三章气隙的电气(diànqì)强度第一节气隙的击穿时间第二节气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布第三节大气条件对气隙击穿电压的影响第四节较均匀/不均匀电场气隙的击穿电压第五节提高(tígāo)气隙击穿电压的方法精品资料§3.1气隙的击穿(jīchuān)时间完成气隙击穿的三个必备条件：1.足够大的电场强度或足够高的电压；2.在气隙中存在能引起电子崩并导致流注和主放电的有效电子；3.需要有一定的时间，让放电得以逐步发展并完成击穿。完成击穿所用时间都以微秒记，在直流和工频等持续电压下，时间不成问题。但冲击电压的有效作用时间也以微秒记，所以放电时间就成为重要(zhòngyào)因素。

放电的总时间tb由三部分组成，即

tb=tl+ts+tf

ts——统计时延，指从tl到气隙中出现第一个有效电子

tf——放电形成时延，从出现有效电子到最终击穿。tlag——放电时延

tlag=ts+tf

tst1tftlagtbUut精品资料§3.2气隙的伏秒特性(tèxìng)和击穿电压的概率分布电压波形伏秒特性(tèxìng)气隙击穿电压的概率分布精品资料一.电压(diànyā)波形（一）直流电压直流试验电压大都由交流整流而得，其波形必然有一定的脉动，通常(tōngcháng)所称的电压值是指平均值。直流电压的脉动幅值是最大值与最小值之差的—半。纹波系数为脉动幅值与平均值之比。国家标准规定被试品上直流试验电压的纹波系数应不大于3％。（二）工频交流电压工频交流试验电压应近似为正弦波，正负两半波相同，其峰值与有效值之比应在以内。频率一般在45—65Hz范围内。精品资料（三）标准雷电冲击(chōngjī)电压波

用来模拟电力系统中的雷电过电压波，采用(cǎiyòng)非周期性双指数波。如图：T1—视在波前时间；T2—视在半峰值时间；Um—冲击电压峰值0.30.50.9100’T1T2

u/UmtT1=1.2μs，

容许偏差±30%；T2=50μs，容许偏差±20%通常写成1.2/50μs，并可在前面加上正、负号表示极性。国际电工委员会(IEC)和我国国家标准规定为：一.电压波形(续）精品资料T1=1.2μs，容许(róngxǔ)偏差±30%；Tc=2～5μs.可写成1.2/2～5μs.0.900.31

u/Um0’T1Tct（四）标准(biāozhǔn)雷电截波

用来模拟雷电过电压引起气隙击穿或外绝缘闪络后出现的截尾冲击波，如图。

IEC标准和我国国家标准规定为：一.电压波形(续）精品资料用来等效模拟电力系统中操作过电压波，一般也用非周期性双指数波。IEC标准和我国标准规定为[下左图]：波前时间Tcr=250μs,容许偏差±20%；半峰值时间T2=2500μs,容许偏差±60%。可写成250/2500μs冲击波。当在试验中上述波形不能满足要求时，推荐采用100/2500μs和500/2500μs冲击波。此外(cǐwài)还建议采用一种衰减震荡波[下右图]，第一个半波的持续时间在2000～3000μs之间，极性相反的第二个半波的峰值约为第一个半波峰值的80%0.510

u/UmTcrT2tu0UmTcrtTcr=1000～1500us（五）标准操作冲击(chōngjī)电压波一.电压波形(续）精品资料二.伏秒特性(tèxìng)气隙的伏秒特性——在同一波形，不同幅值的冲击电压作用下，气隙上出现的电压最大值和放电时间的关系，称为该气隙的伏秒特性。伏秒特性曲线——表示该气隙伏秒特性的曲线，称为伏秒特性曲线。50%冲击击穿电压（U50%)——指某气隙被击穿的概率为50%的冲击电压峰值。冲击系数β——U50%与静态击穿电压Us之比称为冲击系数β。均匀(jūnyún)和稍不均匀(jūnyún)电场下冲击击穿电压的分散性很小，冲击系数β≈1。极不均匀(jūnyún)电场中由于放电时延较长，冲击系数β均大于1。精品资料（一）伏秒特性(tèxìng)曲线的制作保持一定的冲击电压波形不变，而逐级升高电压，以电压为纵坐标，时间为横坐标，电压较低时，击穿一般发生在波尾，取该电压的峰值与击穿时刻，得到相应(xiāngyīng)的点；电压较高时，击穿一般发生在波头，取击穿时刻的电压值及该时刻，得到相应(xiāngyīng)的点；把这些相应(xiāngyīng)的点连成一条曲线，就是该气隙在该电压波形下的“伏秒特性曲线”。u0t123二.伏秒特性（续）

精品资料实际上伏秒特性具有统计分散性，是一个以上下包线为界的带状区域。工程上，通常取“50%伏秒特性曲线(qūxiàn)”来表征一个气隙的冲击击穿特性。U50%u0t231（一）伏秒特性(tèxìng)曲线的制作（续）精品资料举例：如果一个电压同时作用在两个(liǎnɡɡè)并联的气隙S1和S2上，其中一个气隙先被击穿了，则电压被短接截断，另一个气隙就不会再被击穿了。这个原则如用于保护装置和被保护设备，那就是前者保护了后备。设前者的伏秒特性以S2记之，后者的以S1记之，如图3-2-6情况。（二）伏秒特性(tèxìng)曲线的应用在保护设备和被保护设备的绝缘配合上具有重要的意义。是防雷设计中实现保护设备和被保护设备的绝缘配合的依据。精品资料三.气隙击穿(jīchuān)电压的概率分布不论是在何种电压作用下，气隙的击穿电压都有一定的分散性，即“击穿概率分布特性”。研究表明，气隙击穿的几率分布接近正态分布，通常可以用U50%和变异系数Z来表示。用作绝缘的气隙，人们所关心的不仅(bùjǐn)是其U50%击穿电压，更重要的是其耐受电压即能确保耐受而不被击穿的电压。100%的耐受电压是很难测的（要做无穷次的实验），工程实际中常用对应于很高耐受几率(例如99％以上)的电压作为耐受电压。精品资料

我国的国家标准所规定(guīdìng)的标准大气条件为：压力(yālì)p0=101.3kpa（760mmHG）；温度t0=20℃或T0=293K；绝对湿度hc=11g/m3。§3.3大气条件对气隙击穿电压的影响

在实际试验条件下的气隙击穿电压U与标准大气条件下的击穿电压U0之间可以通过相应的校正因数进行如下换算式中Kd——空气密度校正因数；Kh——湿度校正因数。精品资料空气的密度与压力(yālì)和温度有关。空气的相对密度式中p——气压(qìyā)，kPa；T——温度，K。

在大气条件下，气隙的击穿电压随δ的增大而提高。当δ处于0.95～1.05的范围内时，气隙的击穿电压几乎与δ成正比，即此时的空气密度校正因数Kd≈δ，因而U

≈δU0

气隙不长（例如不超过1m）时，上式能足够精确的使用于各种电场形式和各种电压类型下近似的工程估算。一.对空气密度的校正

精品资料研究表明：对更长空气间隙来说，击穿电压与大气的关系并不是一种简单的线形关系。而是随电极形状、电压类型和气隙长度而变化的复杂关系。Kd如下(rúxià)式计算式中指数m，n与电极形状、气隙长度、电压类型及极性有关，值在0.4～1.0的范围(fànwéi)内变化，具体取值可参考有关国家标准的规定。一.对空气密度的校正(续)

精品资料大气中的水分子能够俘获自由电子而形成负离子，这对气体的放电过程起着抑制作用，可见大气的湿度越大，气隙的击穿电压也会增高(zēnggāo)。在均匀和稍不均匀电场中，放电开始时，整个气隙的电场强度都很大，电子运动速度较快，不易被水分子俘获，因而湿度影响不太明显，可以忽略不计。例如用球隙测量高电压时，只要按空气相对密度校正其击穿电压就可以了，而不必考虑湿度的影响。在极不均匀电场(diànchǎng)中，湿度影响就很明显了，可用下面的湿度校正因数来校正。式中因数k与绝对温度和电压类型有关，而指数ω之值取决于电极形状、气隙长度、电压类型及其极性。具体值亦可参考有关国家标准。

二.对湿度的校正Kh=kω精品资料我国国家标准规定：对于安装在海拔高于1000m、但不超过4000m处的电力设施外绝缘，其试验电压U应为平原地区外绝缘的试验电压Up乘以海拔校正(jiàozhèng)因数Kn，即U=KaUp(2-9)式中H——安装(ānzhuāng)点的海拔高度，m。三、对海拔的校正精品资料§3.4电场在不同(bùtónɡ)电压下的击穿电压1.在均匀电场中，电场是对称(duìchèn)的，故击穿电压与电压极性无关，由于间隙各处的场强大致相等，不可能出现持续的局部放电，故起始放电电压就等于气隙的击穿电压。不同电压波形作用下，击穿电压实际上相同，且分散性很小，对于空气，可以用以下的经验公式表示：[KV（peak）]式中——空气的相对密度S——气隙的距离，cm标准情况下，1cm空气间隙的击穿电压约为30kV.一.较均匀电场气隙的击穿电压精品资料2.稍不均匀电场稍不均匀电场的结构形式有多种多样，常遇到的较典型的电场结构形式有；球—球、球—板、圆柱—板、两同轴圆筒、两平行圆柱、两垂直圆柱等。对这些较简单的、有规则的、较典型的电场，有相应(xiāngyīng)的计算击穿电压的经验公式或曲线，而用时，可参阅有关的手册和资料。3.影响稍不均匀电场间隙击穿电压的因素：电场结构、大气条件、还有邻近效应和照射效应§3.4电场在不同(bùtónɡ)电压下的击穿电压(续)精品资料不均匀电场的特征：各处场强差别很大，在所加电压小于整个间隙击穿电压时，可能(kěnéng)出现局部的持续的放电。由于持续的局部放电的存在，空间电荷的积累对击穿电压的影响很大，导致显著的极性效应。对很不均匀电场，只要宏观上保持原有的电场布局和气隙最小距离不变，则电极的具体形状、尺寸和结构的改变，对击穿电压的影响不大。

二.不均匀电场(diànchǎng)气隙的击穿电压§3.4电场在不同电压下的击穿电压(续)精品资料(一)直流电压作用(zuòyòng)下：结论(jiélùn)：§3.4电场在不同电压下的击穿电压(续)图3-5-1棒-板和棒-棒气隙直流1min临界耐受电压与气隙距离的关系精品资料表示中等(zhōngděng)距离空气间隙的工频击穿电压曲线图3-5-2棒-棒和棒-板空气间隙(jiànxì)的工频击穿电压与间隙(jiànxì)距离的关系结论:击穿总是发生在棒极为正半波时。（二）工频电压作用下:§3.4电场在不同电压下的击穿电压(续)精品资料气隙较大时（S大于2.5m），击穿电压与距离关系出现了明显的饱和趋向(qūxiàng)，特别是棒—板气隙，其饱和趋向(qūxiàng)更明显。§3.4电场在不同(bùtónɡ)电压下的击穿电压(续)图3-5-3长气隙和绝缘子串的工频50%击穿（或闪络）电压与气隙距离的关系另外，棒-棒和棒-板的击穿电压曲线是各种不均匀电场气隙击穿电压曲线的上下包络线，这点对设计很有用。结论:精品资料实验表明，导线-平板气隙的U50%与棒-板气隙的十分接近（不论正/负极(fùjí)性），在缺乏线-板击穿电压的具体数据的时候，可以用棒-板的击穿数据来估计。(图3-5-4)§3.4电场在不同(bùtónɡ)电压下的击穿电压(续)（三）雷电冲击电压作用下图3-5-4气隙的冲击击穿电压与距离的关系精品资料1.波形(bōxínɡ)的影响：一般均指“正极性”情况。图3-5-8不同(bùtónɡ)性质电压作用下棒—板气隙的击穿电压与气隙距离的关系（四）操作冲击电压作用下§3.4电场在不同电压下的击穿电压(续)精品资料2.饱和现象：长气隙在操作电压(diànyā)作用下呈现显著的“饱和现象”。图3-5-9棒-棒和棒-板间隙的操作(cāozuò)冲击击穿电压§3.4电场在不同电压下的击穿电压(续)3.分散性大精品资料工程实际中，作用在气隙上的电压常常是由不同性质电压叠加的，而不是单一性质的。注意：同一气隙对叠加性电压的、耐受(naishòu)程度与对单一性电影的耐受(naishòu)程度是不同的。当工作电压是稳态直流时，两者的差异更显著。（五）叠加性电压(diànyā)作用下§3.4电场在不同电压下的击穿电压(续)精品资料§3.5提高(tígāo)气隙击穿电压的方法一.改善(gǎishàn)电场分布二.采用高度真空三.增高气压四.采用高耐电强度气体五.SF6气体的应用精品资料一般说来，电场分布越均匀，气隙的击穿电压就越高。故如能适当地改进电极形状．增大电极的曲率半径，改善电场分布，就能提高气隙的击穿电压。不仅要注意改善高压电极的形状以降低该电极旁边的局部场强，还要注意改善接地电极和中间电极的形状，以降低该电极旁边的局部场强。常用(chánɡyònɡ)办法：增大电极的曲率半径（简称屏蔽）。一.改善(gǎishàn)电场分布§3.5提高气隙击穿电压的方法（续）精品资料从气体撞击游离的理论可知，将气隙抽成高度的真空(zhēnkōng)能抑制撞击游离的发展，提高气隙的击穿电压。注意：高真空(zhēnkōng)中，击穿机理发生了变化，撞击电离的机制不起主要作用，而击穿与强场发射有关。应用：真空(zhēnkōng)断路器中用作绝缘和灭弧。增高气体的压力可以减小电子的平均自由行程，阻碍撞击游离(yóulí)的发展。从而提高气隙的击穿电压。在一定的气压范围内，增高气压对提高气隙的击穿电压是极为有效的。但是容器的密封比较困难，即使做到了密封，造价也比较昂贵。§3.5提高气隙击穿电压的方法（续）二.采用高度真空三.增高气压精品资料卤族元素(yuánsù)的气体：六氟化硫（SF6）、氟里昂（CCl2F2）等耐电强度比气体高的多，采用该气体或在其他气体中混入一定比例的这类气体，可以大大提高击穿电压。§3.5提高(tígāo)气隙击穿电压的方法（续）四.采用高耐电强度气体五.SF6气体的应用SF6气体除了具有很高的电气强度以外，还具有优异的灭弧能力。利用SF6气体作为绝缘介质和灭弧媒质制成的各种电力设备和封闭式组合电器具有一系列突出的优点，如大大节省占地面积和空间体积、运行安全可靠、简化安置维护等，发展前景十分广阔。精品资料第四章固体、液体和组合绝缘的电气(diànqì)强度第一节固体(gùtǐ)介质的击穿特性第二节液体电介质的击穿特性精品资料§4.1固体(gùtǐ)电介质的击穿特性固体击穿理论影响固体介质击穿电压的主要因素(yīnsù)提高固体击穿电压的方法固体介质的老化精品资料

电击穿理论：类似于气体电介质那样，由于电场的作用使电介质中的某些带电质点积聚的数量和移动的速度达到一定程度时，使电介质失去了绝缘的性能，形成导电通道，这样的击穿称为电击穿。热击穿理论：在电场的作用下，由于电介质损耗和泄漏等原因而使固体电介质内发的的热量大于散失的热量，使介质温度不断上升，最终造成介质本身的破坏，转化成导电通道，这样的击穿称为热击穿。电化学击穿理论：固体介质在长期工作电压的作用下，由于介质内部(nèibù)发生局部放电等原因，是绝缘劣化、电气强度逐步下降并引起击穿的现象称为电化学击穿。在临近最终击穿阶段，可能因劣化处温度过高而以热击穿形式完成，也可以因劣化后电气强度下降而以电击穿形式完成。一.固体击穿(jīchuān)理论精品资料二.影响固体(gùtǐ)介质击穿电压的主要因素电压的作用时间温度电场均匀度和介质厚度电压频率受潮(shòucháo)度的影响机械力的影响多层性的影响累积效应的影响精品资料1.改进绝缘的设计：◆如采取合理的绝缘结构，使各部分绝缘的耐电强度能与共所承担的场强有适当的配合；◆改善电极形状及表面光洁度，尽可能使电场分布均匀，把边缘效应减到最小；◆改善电极与绝缘体的接触状态，消除接触处的气隙或使接触处的气隙不承受电位差。2.改进制造工艺：尽可能地清除(qīngchú)固体电介质中残留的杂质、气泡、水分等，使固体介质尽可能做得均匀致密。这可以通过精选材料、改善工艺、真空干燥、加强浸渍等方法来实现。3.改善运行条件：如注意防潮，防止尘污和各种有害气体的侵蚀，加强散热冷却。三.提高固体击穿电压(diànyā)的方法精品资料老化——电气设备的绝缘在长期运行过程中会发生一系列物理变化(如固体介质软化(ruǎnhuà)或熔解,低分子化合物及增塑剂的挥发)和化学变化(如氧化,电解,电离,生成新物质),致使其电气,机械及其他性能逐渐劣化。1.环境老化：光氧老化（主要）、臭氧老化、盐雾酸碱等污染性化学(huàxué)老化。2.电老化：电介质在电场的长时间作用下，会逐渐发生某些物理化学(huàxué)变化(例如电解、电离、氧化等)，形成新的物质，逐渐使介质的物理、化学(huàxué)性能发生不可逆的劣化，最终寻致被击穿，这个过程称为电老化。四.固体介质的老化精品资料3.热老化：在较高温度下，固体介质会逐渐热老化。热老化的主要过程为热裂解、氧化裂解、交联、以及低分子挥发物的进出。热老化的象征大多为介质失去弹性,变僵硬(jiāngyìng)，变脆．发生龟裂。设备“绝缘寿命”与其“工作温度”之间的关系：蒙辛格热老化规则:该类设备绝缘的工作温度如提高10℃（或8℃，6℃），绝缘寿命便缩短到原来的一半。四.固体(gùtǐ)介质的老化（续）精品资料§4.2液体电介质的击穿(jīchuān)特性击穿理论二.影响液体击穿电压的因素(yīnsù)三.提高液体击穿电压的方法精品资料一.击穿(jīchuān)理论当外电场足够强时，在阴极产生的强场发射或因肖特基效应(xiàoyìng)发射的电子将被电场加速而具有足够的动能，在碰撞液体分子是可引起电离，使电子数加倍，形成电子崩。与此同时由碰撞电离产生的正离子将在阴极附近集结词性成空间电荷层，增强了阴极附近的电场，使阴极发生的电子数增多；当外加电压增大到一定程度时，电子崩电流会急剧增大，从而导致液体介质的击穿。（一）电子碰撞电离理论精品资料（二）气泡击穿(jīchuān)理论一.击穿(jīchuān)理论（续）在交流电压下，串联介质中的电场分布是与介质的εr成反比的。由于气泡的εr最小（≈1），其电气强度又比液体介质低得多，所以气泡先发生电离。气泡电离后温度上升、体积膨胀、密度减小，这促使电离近一步发展。电离产生的带电离子撞击油分子，使它又分解出气体，导致气体通道扩大。如果许多电离的气泡在电场中排列成气体小桥，击穿就可能在此通道中发生。又称为小桥理论。精品资料1.液体本身的介质(jièzhì)品质2.电压作用的时间3.电场情况4.温度5.压强二.影响液体击穿电压(diànyā)的因素精品资料1.提高(tígāo)并保持油品质2.覆盖3.绝缘层4.极间障三.提高液体击穿电压(diànyā)的方法精品资料电气设备绝缘(juéyuán)试验概述为了保证电气设备乃至整个电力系统的安全可靠运行,必须恰当的选择各种电气设备的绝缘(包括绝缘材料和绝缘结构),使之具有一定(yīdìng)的电气强度,并且使绝缘在运行过程中保持良好的状态.但是由于种种原因,绝缘仍然是电力系统中的薄弱环节,绝缘故障通常是引发电力系统事故的首要原因。电介质理论仍远未完善,各种绝缘材料和绝缘结构的电气性能还不能仅依靠理论分析计算来解决问题,而必须同时借助于各种绝缘试验来检验和掌握绝缘的状态和性能,各种试验结果也往往成为绝缘设计的依据和基础。一、电气设备绝缘试验的必要性精品资料绝缘(juéyuán)试验按后果分可分为:非破坏性试验和破坏性试验.①非破坏性试验主要检测绝缘除电气强度以外的其他电气性能,是在较低电压下或用其他不损伤(sǔnshāng)绝缘的方法进行的,具有非破坏性的特性。

②破坏性试验则检测绝缘的电气强度,如耐压试验和击穿试验,具有破坏性的特征,所加的试验电压很高,以考验绝缘耐受各种过电压的能力,试验过程有可能给被试绝缘带来不可逆转的局部损伤(sǔnshāng)或整体损坏。二、电气设备绝缘试验的定义电气设备绝缘试验概述

为了准确全面的掌握电气设备绝缘的状态和性能,这两类试验都是不可缺少的,为了避免不必要的损失,一般将破坏性耐压试验放到非破坏性试验合格通过之后再进行。精品资料三、电气设备绝缘(juéyuán)试验的分类：绝缘(juéyuán)试验检查性试验（非破坏性试验）耐压试验（破坏性试验）1.工频高压试验2.直流高压试验3.冲击高压试验

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