高电压技术1-6(2016)课件

高电压技术张重远赵涛高压教研室2016-2

电力工程系绪论

各种高电压现象研究对象中国电力系统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雷电极光电离圈绝缘子闪络

电晕电弧各种高电压现象研究对象1.电气设备绝缘：

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。2.电力系统过电压：

③过电压及其防护——过电压的成因与限制措施。

中国电力系统电压等级划分

高压（HV）：1kV～220kV10kV,20kV,35kV,110kV,220kV

超高压（EHV）：330kV,500kV,750kV

特高压（UHV）：1000kV及以上交流系统直流系统

超高压（EHV）：±500kV

特高压（UHV）：±

800kV高电压技术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：静电喷涂，高压设备制造等。课程相关信息参考书：《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：作业+实验+闭卷笔试答疑安排：时间：周四下午4:00-5:00地点：教三楼一楼118室第一篇高电压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第五章电气设备绝缘试验（一）第六章

电气设备绝缘试验（二）第一章电介质的极化、电导和损耗电介质的电气特性分别用以下几个参数来表示：一切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。介电常数εr:反映电介质的极化能力电导率γ(或电阻率ρ)：反映电介质的电导介质损耗角正切tgδ：反映电介质的损耗击穿场强E：反映电介质的抗电性能绝缘：绝缘的作用是将电位不等的导体分隔开，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，变压器等设备第一章电介质的极化、电导和损耗§1.1电介质的极化

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：削弱外电场，使电介质的等值电容增大。物理量：介电常数ε类型：电子位移极化；离子位移极化；转向极化；空间电荷极化。电子位移极化qRRi-qO’OE图1-1电子位移极化极化机理：电子偏离轨道介质类型：所有介质建立极化时间：极短，10-1410-15s极化程度影响因素： 电场强度（有关） 电源频率（无关） 温度（无关）极化弹性：弹性消耗能量：无 离子位移极化

在由离子结合成的电介质内，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

离子位移极化极化机理：正负离子位移介质类型：离子性介质建立极化时间：极短，10-12~10-13s极化程度影响因素： 电场强度（有关） 电源频率（无关） 温度（随温度升高而略有增加）极化弹性：弹性消耗能量：极微小

转向极化

极性电介质中，分子中正、负电荷的作用中心不重合。但由于分子不规则的热运动，从宏观而言，对外并不呈现电矩。当有外电场时，每个分子的固有偶极矩就有转向与外电场平行的趋势，其排列呈现一定的秩序。但是受分子热运动的干扰。UU电极电介质E图l-3偶极子的转向极化

极化机理：极性分子转向介质类型：偶极性介质建立极化时间：需时较长，10-610-2s极化程度影响因素： 电场强度（有关） 电源频率（有关） 温度（有关）极化弹性：非弹性消耗能量：有转向极化极化机理：电子或正负离子移动介质类型：含离子和杂质离子的介质建立极化时间：很长极化程度影响因素：

电场强度（有关） 电源频率（低频下存在） 温度（有关）极化弹性：非弹性消耗能量：有

空间电荷极化最明显的空间电荷极化是夹层极化。以最简单的平行板电极间的双层电介质为例，对夹层极化作以说明：其电路图如下图所示

(a)示意图(b)等值电路

空间电荷极化G1G2C1C2UG1、C1、U1——第一层介质的参数和电压；G2、C2、U2——第二层介质的参数和电压。（1）在t=0瞬间突然合闸，（2）时（到达稳态），电容相当于开路（“隔直”）

通常：

电荷重新分配，在两层介质的交界面处有积累电荷，称为夹层极化。

空间电荷极化

空间电荷极化

图1-4双层电介质的夹层极化

G1G2C1C2U

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。t=0时合闸，U作用在AB两端极板上，瞬时电容上的电荷和电位分布如图1-1-4(a)所示．整个介质的等值电容为。到达稳态时，电容上的电荷和电位分布如图1-1-4(b)所示。整个介质的等值电容为。分界面上堆积的电荷量为+4-1＝+3。

图1-1-4双层电介质的电荷与电位分布（a）暂态分布（b）稳态分布

空间电荷极化（续）空间电荷极化的特点多层介质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。介质界面上电荷的堆积是通过介质电导G完成的。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。电介质极化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§1.2电介质的介电常数一.介电常数的物理意义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

②在介质中,

D与E同向，为介质的相对介电常数，它是没有量纲和单位的纯数。③介质的介电常数通常，，的量纲和单位与相同§1.2电介质的介电常数

二、气体介质的相对介电常数一切气体的相对介电常数都接近1气体的介电常数随温度的升高略有减小，随压力的增大略有增加，但变化很小。气体种类相对介电常数氦1.000072氢1.000027氧1.00055氮1.00060甲烷1.00095二氧化碳1.00096乙烯1.00138空气1.00059§1.2电介质的介电常数

三、液体介质的相对介电常数非极性和弱极性电介质：如石油、苯、四氯化碳、硅油等r数值不大，在1.82.5范围内。介电常数和温度的关系和单位体积中的分子数与温度的关系相似极性电介质：如蓖麻油、氯化联苯等，r数值在26范围内。还能用作绝缘介质强极性电介质：如酒精、水等，r>10，此类液体电介质用作电容器浸渍剂，可使电容器的比电容增大，但通常损耗都较大

§1.2电介质的介电常数§1.2电介质的介电常数转向极化对介电常数随温度及频率变化的关系：（1）T不变：f增大，r减小（2）f不变：T升高，r先增（分子间黏附力↓）后减（热运动↑）频率f1f2f3极性液体电介质介电常数同温度和频率的关系（氯化联苯）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。§1.2电介质的介电常数选择绝缘讨论极化的意义多层介质的合理配合研究介质损耗的理论依据电气预防性试验研发新型材料§1.3电介质的电导电介质的电导与金属的电导有本质上的区别。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

很大二、影响介质电导的因素(1)气体介质电导与电场强度关系(2)固体和液体介质电导与温度关系

式中A、B——常数；T——绝对温度；——电导率。

在测量电介质的电导或绝缘电阻时，必须注意记录温度。二、影响介质电导的因素(3)杂质的影响电导受杂质影响很大。§1.4电介质中的能量损耗一.电介质损耗的基本概念二.等效电路与相量图三.简化等效电路与损耗四.讨论tgδ的意义五.吸收电流与吸收曲线本节主要内容：

电介质在电场作用下会产生能量损耗。一.电介质损耗的基本概念◆在电场作用下，电介质由于电导引起的损耗和有损极化（如转向极化、空间电荷极化等）引起的损耗，总称为“介质损耗”。◆直流电场下,介质损耗就仅由电导损耗组成。

二.等效电路与相量图如果电场的速度可以与极化建立的速度相比拟，极化强度落后于交变电场的强度此时介电常数可以表示为一个复数考虑到介质中的极化电流密度二.等效电路与相量图电子位移极化离子位移极化转向极化空间电荷极化二.等效电路与相量图

Jg为真空和无损极化所引起的电流密度，纯容性；Jp为有损极化所引起的电流密度，它由无功部分Jpc和有功部分Jpr组成。Jlk为漏导引起的电流密度，纯阻性；二.等效电路与相量图R3C1R2C2

i=i1+i2+i3i1i2i3uUδφ图中C1

代表介质的真空电容和无损极化（电子式和离子式极化），C2—R2

代表各种有损极化，而R3则代表电导损耗。

介质损耗角δ为功率因数角φ的余角，其正切tgδ又可称为介质损耗因数，常用百分数（%）来表示。三.简化等效电路与损耗UU～IRCPUδφI

P=UIcosφ=UIR=UICtgδ=U2ωCptgδ

式中ω—电源角频率；φ—功率因数角；δ—介质损耗角。◆用介质损耗P来表示介质品质好坏不方便。◆对同类试品，可直接用tg

代替P值，对绝缘进行判断。◆介质损失角正切值tg，如同r一样，取决于材料的特性，而与材料尺寸无关，可以方便地表示介质的品质。四.讨论tgδ的意义P=UIcosφ=UIR=UICtgδ=U2ωCptgδ

四.讨论tgδ的意义（3）在绝缘试验中，tg

的测量是一项基本测试项目。（4）用做绝缘材料的介质，希望tg

小。在其他场合，可利用tg

引起的介质发热，如电瓷泥坯的阴干需较长时间，在泥坯上加适当的交流电压，则可利用介质损耗发热，加速干燥过程。（1）设计绝缘结构时，应注意到绝缘材料的tg

值。（2）用于冲击测量的连接电缆，其tg

必须要小。

五.吸收电流与吸收曲线返回

i1－电容电流由电容和无损极化引起，存在时间短

i2－吸收电流由有损极化（主要为夹层极化）引起，存在时间长，几到几十分钟

i3－泄漏电流或电导电流不随时间变化i－吸收曲线第二章气体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机理第三节电晕放电第四节不均匀电场气隙的击穿第五节雷电放电第六节气隙的沿面放电§2.1气体中带电质点的产生和消失

一.带电质点在气体中的运动二.带电质点的产生三.带电质点的消失本节主要内容：一.带电质点在气体中的运动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。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。1.平均自由行程◆电子在其自由行程内从外电场获得动能，能量除决定于电场强度外，还和其自由行程有关◆电子的平均自由行程要比分子和离子的大得多◆气体分子密度越大，其中质点的平均自由行程越小。一.带电质点在气体中的运动（续）2.带电粒子的迁移率

带电粒子在电场力的驱动下，沿着电场方向运动，其速度v与场强E的比例系数k=v/E，称为迁移率，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。一.带电质点在气体中的运动（续）3.扩散

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。气体压力越高或者温度越低，扩散过程也就越弱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）二.带电质点的产生

气体中带电质点的来源有二：一是气体分子本身发生电离；另一是气体中的固体或液体金属发生表面电离。◆气体分子的电离可由下列因素引起：（1）电子或正离子与气体分子的碰撞电离（2）各种光辐射（光电离）（3）高温下气体中的热能（热电离）（4）负离子的形成

二.带电质点的产生（续）气体原子

e离原子核的轨道半径r不同，电子能量We不同

r越小——低能级；r越大——高能级激励——在外界因素作用下，电子由低能级跃迁高能级，这一过程称为激励，激励过程所需能量称为激励能We

电离（游离）——当原子吸收的能量足够大时，e就可以脱离原子核的约束而成为自由电子,原子核成为正离子。达到电离所需的最小能量称为电离能Wi（ev），也可用电离电位Ui（v）表示

◆气体电离的几种形式二.带电质点的产生（续）◆气体电离的几种形式(1)撞击电离■气体放电中，碰撞电离主要是电子和气体分子碰撞而引起原因：1.电子体积小，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:■碰撞电离的形成与电场强度和平均自由行程的大小有关■碰撞电离是气体中带电质点数目增加的重要原因二.带电质点的产生（续）(2)光电离：当气体分子（原子）受光辐射获得W>Wi时会产生光电离，分解成电子和正离子来源：自然界、人为照射、气体放电过程频率为ν的光子能量为W=hν=hc/λ光辐射能够引起电离的临界波长（即最大波长）为对所有气体来说，在可见光（400750nm）的作用下，一般是不能直接发生光电离的x、α、β、γ和宇宙射线比紫外线更短，可产生光电离且较强（3）热电离在常温下，热运动平均动能很小，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。■在高温下，例如发生电弧放电时，气体温度可达数千度，气体分子动能就足以导致发生明显的碰撞电离■高温下高能热辐射光子也能造成气体的电离二.带电质点的产生（续）

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。负离子的形成不会改变带电质点的数量，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。（4）负离子的形成二.带电质点的产生（续）■电子从金属表面逸出需要一定的能量，称为逸出功。■逸出功

：金属的微观结构、金属表面状态

■金属的逸出功一般比气体的电离能小许多，表明金属表面电离比气体空间电离更容易发生。表2-1-1，2-1-2■金属表面电离有多种方式，即可以有多种方法供给电子以逸出金属所需的能量。二.带电质点的产生（续）◆金属（阴极）的表面电离主要有4种形式：1.正离子撞击阴极表面：正离子碰撞阴极时使电子逸出金属（传递的能量要大于逸出功）。逸出的电子有一个和正离子结合成为原子，其余的成为自由电子。因此正离子必须碰撞出两个及以上电子时才能出现自由电子。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。三.带电质点的消失

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。由热运动造成，电子的扩散比离子快得多。■在带电质点的复合过程中会发生光辐射，这种光辐射在一定条件下又可能成为导致电离的因素

■正、负离子间的复合概率要比离子和电子间的复合概率大得多。通常放电过程中离子间的复合更为重要■一定空间内带电质点由于复合而减少的速度决定于其浓度

三.带电质点的消失

(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与中和，这种现象称为复合，是与电离相反的一种过程。§2.2气体放电机理气体放电的主要形式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帕邢定律流注放电理论根据气体压强、电源功率、电极形状等因素的不同，气体放电可具有多种不同形式。利用放电管可以观察放电现象的变化。辉光放电电弧放电火花放电电晕放电刷状放电一、气体放电的主要形式辉光放电当气体压强不大，电源功率很小（放电回路中串入很大阻抗）时，外施电压增到一定值后，回路中电流突增至明显数值，管内阴极和阳极间整个空间忽然出现发光现象特点是放电电流密度较小，放电区域通常占据了整个电极间的空间。HV一、气体放电的主要形式电弧放电减小外回路中的阻抗，则电流增大，电流增大到一定值后，放电通道收细，且越来越明亮，管端电压则更加降低，说明通道的电导越来越大电弧通道和电极的温度都很高，电流密度极大，电路具有短路的特征HV一、气体放电的主要形式在较高气压（例如大气压强）下，击穿后总是形成收细的发光放电通道，而不再扩散于间隙中的整个空间。当外回路中阻抗很大，限制了放电电流时，电极间出现贯通两极的断续的明亮细火花火花放电的特征是具有收细的通道形式，并且放电过程不稳定火花放电HV一、气体放电的主要形式电极曲率半径很小或电极间距离很远，即电场极不均匀，则当电压升高到一定值后，首先紧贴电极在电场最强处出现发光层，回路中出现用一般仪表即可察觉的电流。随着电压升高，发光层扩大，放电电流也逐渐增大发生电晕放电时，气体间隙的大部分尚未丧失绝缘性能，放电电流很小，间隙仍能耐受电压的作用电晕放电HV一、气体放电的主要形式电场极不均匀情况下，如电压继续升高，从电晕电极伸展出许多较明亮的细放电通道，称为刷状放电电压再升高，根据电源功率而转入火花放电或电弧放电，最后整个间隙被击穿如电场稍不均匀，则可能不出现刷状放电，而由电晕放电直接转入击穿刷状放电HV一、气体放电的主要形式二.自持放电与非自持放电外施电压小于U0时，间隙内虽有电流，但其数值甚小，通常远小于微安级，因此气体本身的绝缘性能尚未被破坏，即间隙还未被击穿。而且这时电流要依靠外电离因素来维持，如果取消外电离因素，那么电流也将消失。称为非自持放电。二.自持放电与非自持放电当电压达到U0后，气体中发生了强烈的电离，电流剧增。同时气体中电离过程只靠电场的作用已可自行维持，而不再继续需要外电离因素了。因此U0以后的放电形式也称为自持放电。二.自持放电与非自持放电

当场强小于某个临界值Ecr时候，放电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，则这种放电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Ecr时，放电可以仅由电场的作用而自行维持和发展，不再依赖外界电离的因素，这种性质的放电称为自持放电。由非自持放电转入自持放电的场强称为临界场强，相应的电压称为临界电压。电场不均匀系数Emax最大电场强度Eav

平均电场强度。

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三.放电发展过程与电场的关系（续）■如电场比较均匀，各处场强的差异不大，任意一处一旦形成自持放电，就会很快发展到整个间隙，气隙即被直接击穿。此后根据气压、外回路阻抗等条件形成辉光放电、火花放电或电弧放电，临界电压即为击穿电压。■如电场极不均匀，则当放电由非自持转入自持时，在大曲率电极表面电场集中的区域发生电晕放电，这时起始电压是间隙的电晕起始电压，而击穿电压可能比起始电压高很多。四.汤森德气体放电理论1.适用条件低气压、短间隙的均匀电场中，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。(1)系数，表示一个电子由阴极到阳极每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表面时使阴极逸出的自由电子数(平均值）。3.引用三个系数来定量的反映三种因素的作用四.汤森德气体放电理论（续）

4.α过程（电子崩）四.汤森德气体放电理论（续）

根据碰撞电离系数α的定义，可得分离变量并积分，可得ddxxn0nna4.α过程抵达阳极的电子数四.汤森德气体放电理论（续）对于均匀电场，

不随空间位置而变

正离子在间隙中造成的空间电离过程不可能具有显著的作用。正离子向阴极移动，依靠它所具有的动能及位能，在撞击阴极时能引起表面电离，使阴极释放出自由电子来。5.

过程在整个路程撞击出的正离子数为：正离子到达阴极表面时，从金属表面电离出的电子数为：四.汤森德气体放电理论（续）n0个电子从阴极，到达阳极后，电子数将增加为6.自持放电条件正离子到达阴极表面时，从金属表面电离出的电子数大于等于起始电子数n0，则放电可以自持，即自持放电条件为：上式的物理意义：一个电子从阴极到阳极途中因电子崩而产生的正离子数为ead-1,其在阴极上产生的二次自由电子数为γ(ead-1)，如果它等于1，就意味着那个初始电子有了一个后继电子，从而使放电得以自持。在均匀电场中，此为间隙击穿的条件。

四.汤森德气体放电理论（续）外界电离因素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）正离子第三节自持放电放电条件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。四.汤森德气体放电理论（续）五.帕邢定律在均匀电场中，击穿电压Ub与气体的相对密度δ、极间距离S的积有函数关系，只要δS的乘积不变，Ub也就不变。根据自持放电条件推导击穿电压，先推导的计算式ddxxn0nna物理意义

设电子在均匀电场中行经距离x而未发生碰撞，则此时电子从电场获得的能量为eEx，电子如要能够引起碰撞电离，必须满足条件只有那些自由行程超过xi＝Ui／E的电子，才能与分子发生碰撞电离若电子的平均自由行程为，自由行程大于xi的概率为五.帕邢定律在1cm长度内，一个电子的平均碰撞次数为1／

其中是电子自由行程超过xi

而发生的碰撞，即电离碰撞次数对于一定的气体介质，电子的平均自由行程与气体的密度成反比，1／＝Aδ，并令AUi＝B，可得五.帕邢定律（续）将的计算式代入自持放电条件，并考虑到均匀电场中击穿场强E=Ub/S

击穿电压Ub温度不变时，均匀电场中气体的击穿电压Ub是气体密度和电极间距离的乘积δS的函数

五.帕邢定律（续）图2-2均匀电场中空气的帕邢曲线在均匀电场中，击穿电压Ub与气体的相对密度δ、极间距离S的积有函数关系，只要δS的乘积不变，Ub也就不变。五.帕邢定律（续）假设S保持不变，当气体密度δ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Ub必然增大。当δ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却减到很小，所以Ub也会增大。在这两者之间，总有一个δ值对造成碰撞电离最有利，此时Ub最小。五.帕邢定律（续）物理解释：假设δ保持不变，S值增大时，欲得一定的场强，电压必须增大。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。两者之间，总有一个S的值对造成撞击游离最有利，此时Ub最小。五.帕邢定律（续）物理解释：汤森德放电机理的不足(1)只是在一定的范围内有效(2)不均匀的电场中，该理论不适用。电力工程上经常接触到的是气压较高的情况（从一个大气压到数十个大气压），间隙距离通常也很大两者间的主要差异如下：

1.放电外形：均匀连续，如辉光放电；分枝的明细通道

2.放电时间：

火花放电时间的计算值比实测值要大得多

3.击穿电压：汤逊自持放电条件求得的击穿电压和实验值有很大出入

4.阴极材料的影响：实测得到的击穿电压和阴极材料无关

汤森德放电机理的不足六.流注理论(一)空间电荷对原有电场的影响

(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：

电子崩的头部集中着大部分的正离子和几乎全部电子。原以场强在电子崩前方和尾部处都增强，有利于激励和电离的发生。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，有利于产生强烈的复合并发射出许多光子，成为引发新的空间光电离的辐射源。电子崩阶段：空间电荷对原有电场的影响+-

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被称为流注。

图2-3流注形成过程(a)(b)(c)流注阶段：空间光电离作用，形成二次电子崩正流注的发展过程当初崩接近阳极时，N+>108开始光游离产生光电子光电子产生新崩，新崩头e受初崩吸引向初崩发展汇合到初崩中，由于E变弱变成负离子Θ形成正负离子混合通道（流注）并由于相互吸引使通道变细流注导电好E柱=5kV/cm；E0=30kV/cm流注发展速度较快（1-2）×108cm/s电子崩为1.25×107cm/s当U外施>Ub，由于E很强，不需初崩经过整个间隙其头部已聚集到足够的空间电荷来产生流注了，则流注由阴极产生向阳极发展，故称为阴极流注（负流注）由于阴极流注在发展过程中电子的运动受到电子崩留下的正电荷的牵制，故发展速度较正流注小，一般为0.7－0.8×108cm/s(比正流注慢）同样：流注贯串整个间隙时，间隙就击穿了负流注的发展过程

流注的特点：电离强度很大，传播速度很快（超过初崩发展速度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因素的作用，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)流注的特点流注理论对pd很大时放电现象的解释1．放电外形：Pd很大时，放电具有通道形式流注出现后，对周围空间内的电场有屏蔽作用当某个流注由于偶然原因发展更快时，将抑制其它流注的形成和发展，并且随着流注向前推进而越来越强烈二次电子崩在空间的形成和发展带有统计性，所以火花通道常是曲折的，并带有分枝电子崩不致影响到邻近空间内的电场，不会影响其它电子崩的发展，因此汤逊放电呈连续一片-辉光放电2．放电时间光子以光速传播，所以流注发展速度极快，这就可以说明pd很大时放电时间特别短的现象。3．阴极材料的影响根据流注理论，维持放电自持的是空间光电离，而不是阴极表面的电离过程，这可说明为何很大Pd下击穿电压和阴极材料基本无关了。§2.3电晕放电■电晕放电现象电离区的放电过程造成。咝咝的声音，臭氧的气味，回路电流明显增加(绝对值仍很小)，可以测量到能量损失■脉冲现象

(a)时间刻度T=125s(b)0.7A电晕电流平均值(c)2A电晕电流平均值§2.3电晕放电一.基本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。局部强场区中，产生强烈的电离，离电极稍远处场强大为减小，所以，电离区只能局限在此电极附近的强场范围内。伴随着电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。■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。■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电晕放电（续）1.有能量损耗。2.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.对无线电的干扰。4.电晕产生的化学反应产物具有强烈的氧化和腐蚀作用，是促使有机绝缘老化的重要因素。5.可能产生超过环保标准的噪声，对人们会造成生理、心理的影响。二.电晕放电效应§2.3电晕放电（续）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.改进电极的形状，增大电极的曲率半径，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.利用电晕放电来改善电场分布；3.利用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）§2.4不均匀电场气隙的击穿

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。

下面以极不均匀的“棒—板”短气隙为例，说明放电发展过程的极性效应。一、短气隙的击穿

棒极带正电位时，放电在棒极附近空间留下的正离子，削弱了紧贴棒极附近的电场强度，而略微加强了外部空间的电场，棒极附近难以造成流注，使得自持放电、即电晕放电难以形成

。

短气隙的非自持放电阶段：正极性

棒极带负电位时，电子崩中电子离开强电场区后，不再引起电离，正离子逐渐向棒极运动，在棒极附近出现了比较集中的正空间电荷，使电场畸变，加强棒极表面附近的电场而削弱外围空间电场，棒极附近的电场得到增强，因而自持放电条件就易于得到满足、易于转入流注而形成电晕放电。短气隙的非自持放电阶段：负极性（1）棒—板间隙中棒为正极性时电晕起始电压比负极性时略高

结论U+（起晕）>U-（起晕）极性效应短气隙的流注发展阶段：正极性当棒具有正极性时流注等离子体头部的正电荷减弱等离子体中的电场，而加强其头部电场（曲线2）；电场加强的流注头部前方产生新电子崩，其电子吸引入流注头部正电荷区内，加强并延长流注通道，其尾部的正离子构成流注头部的正电荷；流注及其头部的正电荷使强电场区更向前移（曲线3），促进流注通道进一步发展，逐渐向阴极推进短气隙的流注发展阶段：负极性当棒具有负极性时棒极的强电场区产生大量的电子崩，汇入围绕棒极的正空间电荷，等离子体层呈扩散状分布，削弱前方电场（曲线2）在相当一段电压升高的范围内，电离只在棒极和等离子体层外沿之间的空间内发展；当由初崩向阴极发展的正流注完成，等离子体层前方电场足够强，才可能在前方空间发展新电子崩，其正电荷加强等离子体层前沿的电场，形成了大量二次电子崩，汇集起来后使得等离子体层向阳极推进。（2）棒—板间隙中棒为负极性时击穿电压比正极性时高结论U+（击穿）<U-（击穿）

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。间隙距离较长（大于1m），在流注不足以贯穿整个间隙的电压下，仍可能发展击穿过程。这时流注发展到足够长度后，将有较多的电子循通道流向电极，通过通道根部的电子最多，于是流注根部温度升高，出现热电离过程。这个具有热电离过程的通道称为先导。

二.长气隙的击穿正棒—负板间隙中先导通道的发展（ａ）先导和其头部的流注ｋｍ；（ｂ）流注头部电子崩的形成；（ｃ）ｋｍ由流注转变为先导和形成流注ｍｎ；（ｄ）流注头部电子崩的形成；（ｅ）沿着先导和空气间隙电场强度的分布3．先导放电4．主放电当先导通道头部极为接近板极时，间隙场强可达极大数值，引起强烈的电离，间隙中出现离子浓度远大于先导通道的等离子体；新出现的通道大致具有极板的电位，在它与先导通道交界处保持极高的电场强度，继续引起强烈的电离；高场强区（强电离区）迅速向阳极传播，强电离通道也迅速向前推进，这就是主放电过程。

１——主放电通道２——主放电和先导通道的交界区３——先导通道主放电发展和通道中轴向电场强度分布图长间隙的放电过程：起始放电阶段——流注发展阶段——先导放电(热电离过程)——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

§2.6沿面放电和污闪事故一.沿面放电的一般概念二.沿面放电的类型三.沿面放电电压的影响因素和提高方法四.固体表面有水膜时的沿面放电五.绝缘子污染状态下的沿面放电六.污闪事故的对策

丧失绝缘功能有三种可能：（1）固体介质本身的击穿；（2）气体间隙的击穿；（3）沿着固体介质表面发生闪络。■实验表明：沿固体表面的闪络电压不但比固体介质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。一般：U（固）>U（气）>U（沿面）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（1）平行：固体介质处于均匀电场中，且界面与电力线平行。，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

固体介质与气体介质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E

（2）强法线：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。EtEnE（3）弱法线：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

。EtEnE

二.沿面放电的类型（续）

（1）固体介质与电极表面接触不良，存在小气隙。

（2）大气的湿度影响。

（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。情况1，虽界面与电力线平行，但沿面闪络电压仍要比空气间隙的击穿电压低很多。说明电场发生了畸变，主要原因如下：

二.沿面放电的类型（续）法兰附近先出现电晕放电，a图随着电压升高放电区变成许多平行的火花细线组成的光带，b图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，成为滑闪放电，c图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

a图b图c图极不均匀电场具有强垂直分量时的沿面放电

二.沿面放电的类型（续）

二.沿面放电的类型（续）

支柱绝缘子的两个电极之间的距离较长，其间固体介质本身不可能被击穿，只可能出现沿面闪络。

干闪络电压随极间距离的增大而提高，平均闪络场强大于前一种有滑闪放电时的情况。极不均匀电场垂直分量很弱时的沿面放电

三、气隙沿面放电电压的影响因素和提高方法影响因素：（一）固体介质材料，主要取决于该材料的亲水性或憎水性。

（二）电场形式同样的表面闪络距离下均匀与稍不均匀电场闪络电压最高弱垂直分量极不均匀电场则低（距离，绝缘子）界面电场主要为强垂直分量的极不均匀电场中，闪络电压更低（电场最强处厚度，套管）屏障；屏蔽；加电容极板；消除窄气隙；绝缘表面处理；改变局部绝缘体的表面电阻率；强制固定绝缘沿面各点的电位；附加金具；阻抗调节提高方法（3-8）：四.固体表面有水膜时的沿面放电概念：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’先闪络，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。ABCA’B’

绝缘子污闪通常可分为积污、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污闪事故的发生。

五.绝缘子污染状态下的沿面放电◆积污：环境作用：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。气候条件：包括雨、露、霜、雪、风等◆污层湿润◆干区形成◆电场畸变◆局部电弧◆击穿

五.绝缘子污染状态下的沿面放电（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。

五.绝缘子污染状态下的沿面放电（续）

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)（一）调整爬距（增大泄漏距离）

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（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。

六.污闪事故的对策3.10(3.41)3.10(3.57)2.91～3.45(3.20～3.80)2.78～3.30(3.20～3.80)Ⅳ2.50(2.75)2.50(2.88)2.27～2.91(2.50～3.20)2.17～2.78(2.50～3.20)Ⅲ2.00(2.20)2.00(2.30)1.82～2.27(2.00～2.50)1.74～2.17(2.00～2.50)Ⅱ1.60(1.76)1.60(1.84)1.45～1.82(1.60～2.00)1.39～1.74(1.60～2.00)Ⅰ__1.45(1.60)1.39(1.60)0330kv及以下220kv及以下330kv及以下220kv及以下

发电厂、变电所

线路爬电比距(cm/kv)污秽等级

注括号内的数据为以系统额定电压为基准的爬电比距值。

（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。

六.污闪事故的对策第三章气隙的电气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气隙击穿电压的方法§3.1气隙的击穿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.气隙中存在有效电子；

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直流和工频等持续电压下，时间不成问题；冲击电压下有效作用时间也以微秒记，所以放电时间就成为重要因素。击穿时间tb

三部分组成tb=t0+ts+tf

t0——升压时间ts——统计时延tf——放电发展时间tlag——放电时延，

tlag=ts+tf

§3.1气隙的击穿时间◆短间隙(1厘米以下)

tf<<ts

，平均统计时延

◆较长的间隙中

tl主要决定于tf◆间隙上外施电压增大，放电发展时间将会减小

§3.2气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布电压波形伏秒特性气隙击穿电压的概率分布一.电压波形（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一半。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。（三）雷电冲击电压

用来模拟电力系统中的雷电过电压波，采用非周期性双指数波。如图：T1—视在波前时间；T2—视在半峰值时间；Um—冲击电压峰值T1=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）T1=1.2μs，容许偏差±30%；截断时间Tc=2～5μs.可写成1.2/2～5μs.0.900.31

u/Um0’T1Tct（四）标准雷电截波

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）IEC标准和我国标准规定为[左下图]：波前时间Tcr=250μs±20%；半峰值时间T2=2500μs±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。此外还建议采用一种衰减震荡波[右下图]，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）操作冲击电压一.电压波形(续）二.伏秒特性

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击穿时间的关系，称为该气隙的伏秒特性。（一）伏秒特性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，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，得到相应的点；把这些相应的点连成一条曲线，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）

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”来表征一个气隙的冲击击穿特性。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。U50%u0t231（一）伏秒特性曲线的制作（续）3-U0%2-U50%1-U100%（二）伏秒特性曲线的应用间隙伏秒特性的形状决定于电极间电场分布伏秒特性对于比较不同设备绝缘的冲击击穿特性具有重要意义,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。

3-2-6S2对S1起保护作用

3-2-7在高幅值冲击电压作用下，S2不起保护作用三.气隙击穿电压的概率分布

气隙的击穿电压具有一定的分散性，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。冲击系数β——U50%与静态击穿电压U0之比称为冲击系数β。均匀和稍不均匀电场下冲击击穿电压的分散性很小，冲击系数β≈1。极不均匀电场中由于放电时延较长，冲击系数β均大于1。

气隙绝缘，关心的不仅是其U50%击穿电压，更重要的是其耐受电压。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。

我国的国家标准所规定的标准大气条件为：

压力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

由于大气的压力、温度、湿度等条件会影响空气的密度、电子自由行程长度、碰撞电离及附着过程，影响气隙的击穿电压Ub。§3.3大气条件对气隙击穿电压的影响

气隙的击穿电压随大气密度或湿度的增加而升高原因：①大气密度升高而击穿电压升高：随着空气密度的增大，气体中自由电子的平均自由程缩短了，不易造成撞击电离。②湿度的增加而击穿电压升高：水蒸汽是电负性气体，易俘获自由电子形成负离子，使自由电子的数量减少，阻碍了电离的发展。式中:U——实际试验条件下的气隙击穿电压

U0——标准大气条件下的气隙击穿电压

Kd——空气密度校正因数

Kh——湿度校正因数气隙击穿电压的换算公式

空气的密度与压力和温度有关。空气的相对密度式中p——气压，kPa；

T——绝对温度，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（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

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)

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。

在极不均匀电场中，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W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=KW

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

乘以海拔校正因数Ka，即

U=KaUp(2-9)式中H——安装点的海拔高度，m。

三、对海拔的校正§3.4电场在不同电压下的击穿电压1.在均匀电场中，电场是对称的，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，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

——空气相对密度

S——间隙距离，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电场在不同电压下的击穿电压(续)二.不均匀电场气隙的击穿电压§3.4电场在不同电压下的击穿电压(续)◆影响击穿电压的主要因素是间隙距离◆直流、工频及冲击击穿电压间的差别比较明显，分散性较大，且极性效应显著◆工程上，击穿电压可以参照与接近的典型气隙的击穿电压来估计。◆选择电场极不均匀的极端情况典型电极来研究棒(尖)—板：电场分布不均匀、不对称

棒(尖)—棒(尖)：电场分布不均匀、对称

(一)直流电压作用下：§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◆棒—板间隙：棒具有正极性时，平均击穿场强约为4.5kV/cm；棒具有负极性时约为10kV/cm◆棒—棒间隙的平均击穿场强约为5.4kV/cm◆极性效应：图3-5-2棒-棒和棒-板空气间隙的工频击穿电压与间隙距离的关系（二）工频电压作用下:§3.4电场在不同电压下的击穿电压(续)击穿总在棒为正半波时发生除了起始部分外，击穿电压和距离近似线性关系

棒—棒3.8kV/cm，棒—板低：极性效应气隙较大时（S大于2.5m），击穿电压与距离关系出现了明显的饱和趋向，特别是棒—板气隙，其饱和趋向更明显。§3.4电场在不同电压下的击穿电压(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。“饱和现象”：

d=1m，5kV/cmd=10m，2kV/cm§3.4电场在不同电压下的击穿电压(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曲线1,4棒-板间隙；曲线2,3棒-棒间隙，一棒极接地极性效应明显1.极性的影响：极不均匀电场中同样有极性效应。正极性下50％击穿电压比负极性下低，所以也更危险；一般均指“正极性”情况。图3-5-8不同性质电压作用下棒—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)2.波形的影响：在具有某种波前的操作冲击电压作用下，棒-板气隙击穿电压比工频击穿电压还低。3.饱和现象：长气隙在操作电压作用下呈现显著的“饱和现象”。图3-5-9棒-棒和棒-板间隙的操作冲击击穿电压§3.4电场在不同电压下的击穿电压(续)4.分散性大操作冲击击穿电压分散性比雷电冲击电压下大得多。§3.5提高气隙击穿电压的方法两个途径：一、改善电场分布，使之尽量均匀二、利用各种方法来削弱气体中的电离过程

常用办法：增大电极的曲率半径（简称屏蔽）。一.改善电场分布§3.5提高气隙击穿电压的方法（续）

从气体碰撞电离的理论可知，将气隙抽成高度的真空能抑制碰撞电离的发展，提高气隙的击穿电压。注意：高真空中，击穿机理发生了变化，撞击电离的机制不起主要作