《高电压技术》课件-第一章 各类材料的绝缘性能

1.1复合绝缘体的绝缘性能1.1复合绝缘体的绝缘性能【学习任务】1.了解双层介质的电场分布；2.熟悉复合绝缘结构的局部放电形态；3.重点学习不同绝缘结构的沿面放电特性及绝缘子表面污染时的沿面放电特性。CompanyLogo1.1复合绝缘体的绝缘性能（1）复合绝缘体的概念实用的绝缘结构使用一种绝缘的情况很少，多把不同绝缘组合起来构成复合绝缘结构。复合绝缘常见的形式是由多种介质构成的层叠绝缘。有机复合绝缘跌落式熔断器

“油－屏障”式绝缘油浸电力变压器主绝缘采用的是“油-屏障”式绝缘结构，在这种组合绝缘中以变压器油作为主要的电介质，在油隙中放置若干个屏障可使油隙的工频击穿电压提高到无屏障时的2倍或更高。（2）典型的复合绝缘体1.1复合绝缘体的绝缘性能油纸绝缘电气设备中使用的绝缘纸(包括纸板)纤维间含有大量的空隙，因而干纸的电气强度是不高的，用绝缘油浸渍后，整体绝缘性能可大大提高。油纸绝缘则是以固体介质为主体的组合绝缘，液体介质只是用作充填空隙的浸渍剂。这种组合绝缘的击穿场强很高，但散热条件较差。1.1复合绝缘体的绝缘性能（2）典型的复合绝缘体当施加冲击电压时，场强与各层介电常数成反比。一、双层介质的电场分布1.1复合绝缘体的绝缘性能当施加冲击电压时，击穿的容易程度按气体、液体、固体排序。双层绝缘的基础结构若缓慢施加直流电压时，场强与各层的电导率成反比。电导率随物质和其条件的不同变化很大，气体、液体、固体哪个容易击穿和当时环境状况有关。施加交流电压时，多和施加冲击电压的情况相当。一、双层介质的电场分布1.1复合绝缘体的绝缘性能CompanyLogo（1）局部放电的概念在含有气体（如气隙或气泡）或液体（如油膜）的固体电介质中，当击穿强度较低的气体或液体中的局部电场强度达到其击穿场强时，这部分气体或液体开始放电，使电介质发生不贯穿电极的局部击穿——局部放电。这种放电虽然不立即形成贯穿性通道，但长期的局部放电，使电介质（特别是有机电介质）的劣化损伤逐步扩大，导致整个电介质击穿。二、局部放电1.1复合绝缘体的绝缘性能CompanyLogo二、局部放电1.1复合绝缘体的绝缘性能（2）局部放电的类型沿面放电气隙放电气泡放电CompanyLogo二、局部放电1.1复合绝缘体的绝缘性能局部放电等值电路气隙ΙⅡZ~ΙⅡCg为气泡的电容Cb为与气泡串联的绝缘体的电容Ca为与它们并联的绝缘体的电容CompanyLogo当随U增加达到气隙放电电压Ug时，气隙发生放电，放电后Cg上的电压急剧下降，同时Cb通过气隙被充电。二、局部放电1.1复合绝缘体的绝缘性能当气隙上电压降至剩余电压Ur时，放电熄灭。CompanyLogo当电压再继续上升时，放电依次重复发生。当外施电压U经峰值后下降，分配在Cg上的电压也相应降低。二、局部放电1.1复合绝缘体的绝缘性能CompanyLogo当U降至一定值时，它将低于Cb在Cg放电时已充上的电压，则Cb向Cg反充电，在Cg上的电压达到﹣Ug时发生反向放电，放电后Cg上的电压下降至﹣Ur时放电熄灭。随着外施电压继续下降到反方向上升，放电则不断发生。二、局部放电1.1复合绝缘体的绝缘性能CompanyLogo二、局部放电1.1复合绝缘体的绝缘性能（3）局部放电的等值电路气泡放电结论

固体内部局部放电次数多的时间段不是在外加电压瞬时值最大时，而是电压瞬时率最大的时间段。CompanyLogo三、沿面放电1.1复合绝缘体的绝缘性能

电力系统中，电气设备的带电部分要使用固体绝缘材料来支撑或悬挂，这些固体绝缘大多处于空气之中。1.沿面放电的概念三、沿面放电1.1复合绝缘体的绝缘性能1.沿面放电的概念沿面放电——当绝缘子极间电压超过一定值时，常常在固体介质和空气的交界面上出现放电现象，这种沿着固体介质表面的气体发生的放电现象称为沿面放电。沿面闪络——当沿面放电发展成为贯穿性放电时，就称为沿面闪络，简称闪络。固体沿面闪络电压比纯空气气隙击穿电压要低，而且受绝缘表面状态、污染程度、气候条件等因素影响很大。三、沿面放电1.1复合绝缘体的绝缘性能1.沿面放电的概念电力系统中的绝缘事故，如输电线路遭受雷击时绝缘子的闪络、污秽工业区的线路或变电所在雨雾天时绝缘子闪络引起跳闸等，都是沿面放电造成的。所以研究它的放电机理和规律对电气设备的设计和安全运行都有重大的现实意义。CompanyLogo绝缘子，它是用来支持导线的绝缘体。绝缘子可以保证导线和横担、杆塔有足够的绝缘。它在运行中应能承受导线垂直方向的荷重和水平方向的拉力。因此，绝缘子既要有良好的电气性能，又要有足够的机械强度。三、沿面放电1.1复合绝缘体的绝缘性能绝缘子按结构可分为：支柱绝缘子、悬式绝缘子、套管绝缘子等。三、沿面放电1.1复合绝缘体的绝缘性能支柱绝缘子悬式绝缘子套管绝缘子的电气性故障有闪络和击穿两种。闪络发生在绝缘子表面，可见到烧伤痕迹，通常并不失掉绝缘性能。击穿发生在绝缘子的内部，通过铁帽与铁脚间瓷体放电，外表可能不见痕迹，但已失去绝缘性能，也可能因产生电弧使绝缘子完全破坏。三、沿面放电1.1复合绝缘体的绝缘性能CompanyLogo2.界面电场分布的三种典型情况气体介质与固体介质的交界——界面。三、沿面放电1.1复合绝缘体的绝缘性能(1)均匀电场：固体介质处于均匀电场中，且界面与电力线平行。1——电极；2——固体介质；3——电力线

三、沿面放电1.1复合绝缘体的绝缘性能(2)强垂直分量的极不均匀电场固体介质处于极不均匀电场中，且电力线垂直于界面的分量比平行于界面的分量大得多，类似套管。1——电极；2——固体介质；3——电力线

(2)强垂直分量的极不均匀电场1.1复合绝缘体的绝缘性能瓷套管变压器用电容套管三、沿面放电1.1复合绝缘体的绝缘性能(3)弱垂直分量的极不均匀电场固体介质处于极不均匀电场中，且电力线平行于界面的分量比垂直于界面的分量大得多，类似支持绝缘子。1——电极；2——固体介质；3——电力线

(3)弱垂直分量的极不均匀电场1.1复合绝缘体的绝缘性能复合支持绝缘子户外高压支持绝缘子3.均匀电场中的沿面放电其放电特点：放电发生在沿着固体介质表面，且放电电压比纯空气间隙的放电电压要低。均匀电场发生畸变，导致击穿电压下降。三、沿面放电1.1复合绝缘体的绝缘性能CompanyLogo造成电场发生畸变的原因：a.固体介质与电极表面没有完全密合而存在微小气隙，或者介面有裂纹，畸变原有电场。b.介质表面不可能绝对光滑，使表面电场不均匀。c.介质表面电阻不均匀使电场分布不均匀。d.介质表面易吸收水分,形成一层很薄的膜，水膜中的离子在电场作用下向两极移动，易在电极附近积聚电荷，使电场不均匀。3.均匀电场中的沿面放电1.1复合绝缘体的绝缘性能4.极不均匀电场具有强垂直分量时的沿面放电(套管型)(1)放电发展特点

沿面放电过程包括：电晕放电、细线火花放电、滑闪放电和沿面闪络击穿四个阶段。三、沿面放电1.1复合绝缘体的绝缘性能4.极不均匀电场具有强垂直分量时的沿面放电(套管型)(1)放电发展特点

电晕放电套管法兰附近电场强，放电首先从此处开始。随着加在套管上的电压逐渐升高并达到一定值，法兰边缘处的空气首先发生游离，出现电晕放电。三、沿面放电1.1复合绝缘体的绝缘性能(1)放电发展特点

b.细线状辉光放电随着电压继续升高，电晕放电火花向外延伸，形成许多平行的细线状火花。细线状火花的长度随外加电压的增加成比例地伸长。4.极不均匀电场具有强垂直分量时的沿面放电(套管型)1.1复合绝缘体的绝缘性能c.滑闪放电电压增加放电电流加大时，使火花通道头部电场增强，导致火花通道迅速向前发展，形成浅蓝色的、光亮较强的树枝状火花。这种树枝状火花不固定在一个位置上，而是不断地改变放电的路径，并有轻微的爆裂声——滑闪放电。(1)放电发展特点

1.1复合绝缘体的绝缘性能(1)放电发展特点

d.闪络放电当电压升高到滑闪放电的树枝状火花到达另一电极时，就产生沿面闪络击穿。4.极不均匀电场具有强垂直分量时的沿面放电(套管型)1.1复合绝缘体的绝缘性能(2)影响沿面放电因素分析a.固体介质的介电系数越大,厚度越小，则电容越大，沿介质表面电压分布越不均匀，其沿面闪络电压越低。b.同理，固体介质的体积电阻越小，沿面闪络电压越低。c.固体介质表面电阻减少，可降低沿面的最大电场强度，从而提高沿面闪络电压。4.极不均匀电场具有垂直分量时的沿面放电(套管型)1.1复合绝缘体的绝缘性能(3)提高沿面闪络电压措施a.减少套管的表面电容。如增大固体介质厚度，加大法兰处套管的外径。b.减少绝缘的表面电阻。如在套管表面法兰处涂半导体漆或半导体釉(电瓷表面施半导体釉后可使表面电阻率降低，可以改善电压分布；提高电晕电压，防止无线电干扰以及延长绝缘子的清扫周期等)。4.极不均匀电场具有垂直分量时的沿面放电(套管型)1.1复合绝缘体的绝缘性能由于电极本身的形状和布置已使电场很不均匀，故介质表面积聚电荷使电压重新分布不会显著降低沿面闪络电压。因电场垂直分量较小，沿介质表面也不会有较大的电容电流流过，则放电过程中不会出现热游离和滑闪放电现象。5.极不均匀电场具有强切线分量时的沿面放电(支柱绝缘子型)1.1复合绝缘体的绝缘性能为了提高沿面闪络电压，一般从改进电极形状和改善电极附近的电场着手。5.极不均匀电场具有强切线分量时的沿面放电(支柱绝缘子型)1.1复合绝缘体的绝缘性能增高支柱绝缘子，加大绝缘子装设均压环CompanyLogo绝缘子串的机械强度仍与单个绝缘子相同，其沿面闪络电压则随绝缘子片数的增多而提高。6.悬式绝缘子串的电压分布及闪络特性1.1复合绝缘体的绝缘性能CompanyLogoa.只考虑对地电容C为绝缘子本身的电容CE为绝缘子金属部分的对地电容CL为绝缘子金属部分对导线电容当CE两端有电位差时，必然有一部分电流经CE流入接地铁塔，流过CE的电流都是由绝缘子串分流出去的，由于各个CE分流的电流将使靠近导线的绝缘子流过的电流最多，从而电压降也最大。1.1复合绝缘体的绝缘性能CompanyLogo由于各个CL分流电流，将使靠近铁塔的绝缘子流过的电流最大，从而电压降也最大。1.1复合绝缘体的绝缘性能b.只考虑对导线电容C为绝缘子本身的电容CL为绝缘子金属部分对导线电容CompanyLogoC为绝缘子本身的电容CE为绝缘子金属部分的对地电容CL为绝缘子金属部分对导线电容由于CE＞CL，即CE的影响比CL大，所以绝缘子串中，靠近导线端的绝缘子电压降最大。当靠近铁塔横担时，CL作用显著，电压降又有些升高。1.1复合绝缘体的绝缘性能c.同时考虑对地和对导线a.绝缘子片数越多，电压分布越不均匀。绝缘子本身的电容C越大，绝缘子串的电压分布也就比较均匀；增大CL，能在一定程度上补偿CE的影响，使电压分布的不均匀程度减小。b.靠近导线端第一个绝缘子电压降最高，易产生电晕放电。在工作电压下不允许产生电晕，故对330kV及以上电压等级考虑使用均压环。分析结果：1.1复合绝缘体的绝缘性能CompanyLogo湿闪：表面洁净的绝缘子在淋雨时的闪络。干闪：表面干燥、洁净的绝缘子发生的闪络。污闪：表面脏污的绝缘子在受潮情况下的闪络。绝缘子的三种闪络方式1.1复合绝缘体的绝缘性能干闪和湿闪在过电压条件下才能发生，而污闪一般在工作电压下就能发生，常造成长时间、大面积的停电，要待不利的气象条件消失后才能供电，因此污闪事故对电力系统造成的危害特别大。CompanyLogo绝缘子在长期运行中，大气中的尘埃微粒沉积到其表面形成污秽层。在干燥气候时，污秽层电阻很大，绝缘性能不会降低，但在雾、露、小雨、雪等气象条件下，污秽层中的电解质湿润后，使表面电导率增加，绝缘性能下降，而其中的灰分等保持水分，促进污秽层进一步受潮，从而溶解更多的电解质，造成绝缘子湿润表面的闪络放电——污闪。7.绝缘子表面污秽时的沿面放电1.1复合绝缘体的绝缘性能案例11998-2002的5年，珠海地区110-220kV线路共运行38.286百公里·年，在此期间共发生污闪跳闸9次，污闪跳闸率为0.24次/百公里·年，远远大于规模推荐值的0.1次/百公里·年。线路污闪事故1.1复合绝缘体的绝缘性能案例22002年2月22日凌晨，沈阳地区电网因浓雾发生大面积严重污闪，污闪造成220kV供电系统崩溃，66kV及以下供电系统随之崩溃和严重波动，直到午时1点供电才趋于平稳，此次污闪造成了化工厂全长供电、供水、供汽中断，常压、催化裂解、气体分馏、尿素脱腊产品精制等生产装置停车。特别是催化装置的主风机、汽压机等重要设备突然停机，一旦操作不慎极易引发爆燃爆炸事故。线路污闪事故1.1复合绝缘体的绝缘性能CompanyLogo案例32012年3月17日，哈尔滨市发生66kV送电线路污闪事故，由于自动装置不配合，大电网的集中管理不协调，造成2个电厂、33条送电线路、45个变电所、121条配电线路停电。哈尔滨市的用电几乎全停的大面积停电事故。线路污闪事故1.1复合绝缘体的绝缘性能CompanyLogo哈尔滨电业局未按环境条件变化及时进行预防绝缘子污闪的工作，以致哈尔滨热电厂的7条送电线路在很短的时间，相继发生污闪故障，是这次大面积停电事故发生的直接原因。由于哈市电网已发展成为大电网，但是没有按大电网的特点和相应措施来集中管理，自动装置不配合，在很短的时间与东北主网解列，地区内2个厂、45个所、38条送电线路、121条配电线路全停，是事故扩大的主要原因。这次大面积停电事故暴露出运行单位对线路污闪问题重视不够，特别是对污源掌握不准，防污工作未能抢前抓早地进行。线路污闪事故1.1复合绝缘体的绝缘性能CompanyLogo绝缘子污闪放电的显著特点是闪络电压低，可能低到10kV及以下。标准绝缘子在干燥清洁状态下每片的闪络电压平均为75kV，在潮湿状态下也有45kV。污秽绝缘子的沿面放电过程与清洁表面完全不同，不再是一种单纯的空气间隙的击穿现象，而是一种与电、热、化学因素有关的污秽表面气体电离、表面层发热和烘干，以及局部电弧发生、发展的热动力平衡过程。7.绝缘子表面污秽时的沿面放电1.1复合绝缘体的绝缘性能CompanyLogo宏观上可将污闪放电过程分为四个阶段：绝缘子表面的积污、污秽层的湿润、形成干带、局部放电的产生和发展并导致沿面闪络。因此污闪的三要素：绝缘子表面积污、污秽层湿润和电压作用。7.绝缘子表面污秽时的沿面放电1.1复合绝缘体的绝缘性能CompanyLogo污秽受潮——

泄露电流增大——

形成干区——

电弧出现——

干区扩大——

电弧贯穿两极。7.绝缘子表面污秽时的沿面放电1.1复合绝缘体的绝缘性能CompanyLogo(1)对污秽绝缘子定期或不定期进行清洗。8.防止绝缘子的污闪，应采取措施1.1复合绝缘体的绝缘性能(2)绝缘子表面涂一层憎水性防尘材料。8.防止绝缘子的污闪，应采取措施1.1复合绝缘体的绝缘性能CompanyLogo(3)增加爬电距离爬电距离是指沿面最短距离，可直接加大沿面最短距离，抑制电流，提高闪络电压。因此对悬式绝缘子串，常用增加片数或采用大爬电距离的绝缘子。8.防止绝缘子的污闪，应采取措施1.1复合绝缘体的绝缘性能CompanyLogo(4)采用半导体釉绝缘子。(5)采用合成釉绝缘子。8.防止绝缘子的污闪，应采取措施1.1复合绝缘体的绝缘性能CompanyLogo1.1复合绝缘体的绝缘性能答：当绝缘子极间电压超过一定值时，常常在固体介质和空气的交界面上出现放电现象，这种沿着固体介质表面的气体发生的放电现象称为沿面放电。当沿面放电发展成为贯穿性放电时，就称为沿面闪络，简称闪络。思考题（1）什么是沿面放电和沿面闪络？CompanyLogo1.1复合绝缘体的绝缘性能思考题（2）为了防止绝缘子的污闪，可以采取哪些措施？答：1)对污秽绝缘子定期或不定期进行清洗；2)绝缘子表面涂一层憎水性防尘材料；3)增加爬电距离；4)采用半导体釉绝缘子。5)采用合成釉绝缘子。CompanyLogo1.1复合绝缘体的绝缘性能本节小结1.双层介质的电场分布加冲击电压:击穿容易程度,气体＞液体＞固体;缓慢施加直流电压:气体、液体、固体哪个容易击穿和当时环境状况有关;加交流电压:多和施加冲击电压的情况相当。2.局部放电固体内部局部放电次数多的时间段不是在外加电压瞬时值最大时，而是电压瞬时率最大的时间段。CompanyLogo1.1复合绝缘体的绝缘性能本节小结3.沿面放电（1）不同绝缘结构的沿面放电特性均匀电场中的沿面放电：放电原因为小气隙和薄水膜；极不均匀电场具有强垂直分量时的沿面放电（套管）：沿面放电过程包括电晕放电、细线火花放电、滑闪放电和沿面闪络击穿四个阶段；极不均匀电场具有强切线分量时的沿面放电（支柱绝缘子）：因电场垂直分量较小，放电过程中不会出现热游离和滑闪放电现象。CompanyLogo1.1复合绝缘体的绝缘性能本节小结3.沿面放电（2）悬式绝缘子串的电压分布及闪络特性绝缘子片数越多，电压分布越不均匀。靠近导线端第一个绝缘子电压降最高，易产生电晕放电。（3）绝缘子表面污染时的沿面放电污闪的放电过程包括绝缘子表面的积污、污秽层的湿润、形成干带、局部放电的产生和发展并导致沿面闪络四个宏观阶段。1.2气体的绝缘性能1.2气体的绝缘性能【学习任务】1.了解汤逊理论、巴森定律、流注理论的理论要点，理解汤逊理论与流注理论的异同点。（解释放电现象）2.了解极不均匀电场中电晕放电的几种效应。CompanyLogo气体绝缘材料是用以隔绝不同电位导电体的气体。其特点：具有高的电离场强和击穿场强，击穿后能迅速恢复绝缘性能，化学稳定性好，不燃、不爆、不老化，无腐蚀性，不易为放电所分解，并且导热性、流动性均好。1.2气体的绝缘性能CompanyLogo气体特别是空气是电力系统中最常见的应用最广泛的绝缘材料。例如，交、直流输电线路的架空导线间、架空导线对地间均由空气绝缘。1.2气体的绝缘性能由于气体的介电系数稳定，其介质损耗极小，所以高压标准电容器均采用气体介质，早期采用高气压的氮或二氧化碳，目前已为六氟化硫

(SF6)气体取代。在高压断路器中SF6兼作灭弧和绝缘，性能优良，已逐步取代少油断路器和压缩空气断路器。1.2气体的绝缘性能六氟化硫断路器CompanyLogo一、汤逊放电理论1.2气体的绝缘性能20世纪除英国物理学家汤逊在均匀电场、低气压、短间隙的条件下进行了放电试验，根据试验结果提出了解释气体放电的理论，称为汤逊理论。CompanyLogo实验电路：一、汤逊放电理论1.2气体的绝缘性能CompanyLogo分析：oA段：电流随电压升高而升高。AB段：电流趋向于饱和值，所以电流值与所加电压无关。BC段：由于气隙中出现碰撞电离和电子崩。电压升高碰撞电离增强但仍靠外电离维持(非自持)C点后：只靠外加电压就能维持(自持)一、汤逊放电理论1.2气体的绝缘性能均匀电场中气体的伏安特性碰撞游离处于电场中的带电质点，受电场力的作用，沿电场方向不断得到加速并积累动能。当具有的动能积累到一定数值后，在其与气体原子（或分子）发生碰撞时，可以使后者发生游离。由碰撞而引起的游离称为碰撞游离。一、汤逊放电理论1.2气体的绝缘性能电子崩外界电离因子在阴极附近产生了一个初始电子，如果空间电场强度足够大，该电子在向阳极运动时就会引起碰撞电离，产生一个新的电子。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，产生更多电子。依此，电子将按照几何级数不断增多，类似雪崩似地发展，这种急剧增大的空间电子流——电子崩。一、汤逊放电理论1.2气体的绝缘性能CompanyLogo非自持放电去掉外界游离因素的作用后，放电随即停止。自持放电不需要外界游离因素存在，放电也能维持下去。一、汤逊放电理论1.2气体的绝缘性能CompanyLogo一、汤逊放电理论1.2气体的绝缘性能CompanyLogo汤逊理论的实质：将电子崩和阴极上的γ过程作为气体自持放电的决定因素——汤逊理论的基础。电子碰撞电离是气体放电的主要原因。二次电子来源于正离子撞击阴极表面逸出电子，逸出电子是维持气体放电的必要条件。所逸出的电子能否接替起始电子的作用是自持放电的判据。一、汤逊放电理论1.2气体的绝缘性能CompanyLogo汤逊理论是在低气压pd较小条件下建立起来的，当pd过大时（气压高、距离大）汤逊理论无法解释。一、汤逊放电理论1.2气体的绝缘性能CompanyLogo表征均匀电场气体间隙的击穿电压与间隙距离和气压之间关系的定律。该定律说明：在均匀电场下，气体间隙击穿电压(ub)是气压(p)和极间距离(d)乘积的函数。二、巴森定律1.2气体的绝缘性能CompanyLogo二、巴森定律1.2气体的绝缘性能均匀电场中几种气体击穿电压Ub与pd的关系极值CompanyLogo二、巴森定律1.2气体的绝缘性能高气压、高真空都可以提高击穿电压，工程上已得到广泛应用（如：压缩空气开关、真空开关等）d一定时：p↓→气体密度↓→碰撞次数↓→Ub↑p一定时：d↓→电子雪崩不能充分发展→Ub↑d一定时：p↑→电子碰撞的平均距离↓→电子碰撞电离所需能量↑→Ub↑p一定时：d↑→碰撞次数↑→电场强度E↓→Ub↑巴森定律解释左半支U=f(pd)右半支CompanyLogo三、流注理论1.2气体的绝缘性能

高电压技术面对的往往是高气压、长间隙、不均匀的情况。汤逊理论并不适用，比如雷电放电并不存在金属电极，因而阴极上的γ过程和二次电子发射根本无关。高压放电——闪电的现实模拟CompanyLogo1.在pd乘积较大时，用汤逊理论无法解释的几种现象：击穿放电时间

击穿过程所需时间，汤逊理论计算值比实测放电时间小10-100倍。与阴极材料无关

按汤逊理论，击穿过程与阴极材料有关，然而在大气压力下的空气中，间隙击穿电压与阴极材料无关。放电过程有分支明亮细通道

按汤逊理论，气体放电应在整个间隙中均匀连续地发展，但在大气中击穿时，会出现有分支的明亮细通道。三、流注理论1.2气体的绝缘性能CompanyLogo三、流注理论1.2气体的绝缘性能1939年，Leob（勒布）和Meek（米克）等在雾室里对放电过程中带电粒子的运动轨迹拍照进行研究，在实验基础上于1940年发表了流注理论，它能较好的解释这种高气压长气隙中的气体放电现象。建立的基础：在电子崩理论基础上经过大量实验，为补充和发展电子崩理论而提出的。流注理论与汤逊理论的不同之处：1）空间电荷对原有电场的影响；2）空间光电离的作用。起始电子发生碰撞电离形成初始电子崩。初崩发展到阳极，正离子作为空间电荷畸变原电场，加强正离子与阴极间电场，放射出大量光子。光电离产生二次电子，在加强的局部电场下形成二次崩1.2气体的绝缘性能二次崩电子与正空间电荷汇合成流注通道，其端部有二次崩留下的正电荷，加强局部电场产生新电子雪崩使其发展。流注头部电离迅速发展，放射出大量光子，引起空间光电离，流注前方出现新的二次电子雪崩，延长流注通道。流注通道贯通，气隙击穿。1.2气体的绝缘性能3.流注条件（必要条件）电子雪崩发展到足够的程度，电子雪崩中的空间电荷足以使原电场明显畸变，加强电子雪崩头部和崩尾处的电场。电子雪崩中电荷密度很大，所以复合频繁，放射出的光子在这部分很强，电场区很容易成为引发新的空间光电离的辐射源，二次电子主要来源于空间光电离；气隙中一旦形成流注，放电就可由空间光电离自行维持。三、流注理论1.2气体的绝缘性能CompanyLogo1.2气体的绝缘性能思考题（1）流注理论与汤逊理论的区别在哪里？他们各自适应的范围如何？答：1）空间电荷对原有电场的影响；2）空间光电离的作用。汤逊理论主要解释低气压、短间隙的气体放电，流注理论解释高气压、长间隙的气体放电。CompanyLogo在电力工程的大多数实际绝缘结构中，电场都是不均匀的。考虑到实际绝缘结构中电场分布形式的多样性，常用棒—棒（或针—针）和棒—板（或针—板）间隙的电场作为典型的不均匀电场来研究。工程上遇到不均匀电场时，可根据这两种电极的击穿电压数据来估算绝缘距离。四、局部放电1.2气体的绝缘性能四、局部放电1.2气体的绝缘性能定义：由于电场强度沿气隙的分布极不均匀，因而当所加电压达到某一临界值时，曲率半径较小的电极附近空间的电场强度首先达到了起始场强E，在这个局部区域出现碰撞电离和电子崩，甚至出现流注，这种仅仅发生在强场区（小曲率半径电极附近空间）的局部放电——电晕放电。电晕放电是极不均匀电场所特有的一种自持放电形式。开始发生电晕时的电压称为电晕起始电压，而电极表面的电场强度称为电晕起始电场强度。1.电晕放电CompanyLogo1.电晕放电四、局部放电1.2气体的绝缘性能电晕放电的不利影响产生能量损耗工程上经常遇到极不均匀电场。架空输电线路就是一个例子，雨雪等恶劣天气时，在高压输电线路附近可听到电晕的咝咝声，夜晚开可以看到导线周围有紫色晕光。气体放电过程中的光、声、热的效应以及化学反应等都要引起能量损耗。CompanyLogo1.电晕放电四、局部放电1.2气体的绝缘性能电晕放电的不利影响产生高频电磁波，干扰通信产生臭氧、氮氧化物，有腐蚀作用臭氧（O3）硝酸腐蚀的示例1.电晕放电四、局部放电1.2气体的绝缘性能限制电晕的方法改进电极形状，增大曲率半径变电站或开关站220kV及以上电压等级的母线通常采用管型母线，使母线周围电场分布均匀，提高起晕电压，限制电晕。1.电晕放电1.2气体的绝缘性能限制电晕的方法对输电线路采用分裂导线与单根导线相比，分裂导线附近的电磁场分布发生了变化，每相电荷在该相的各根分导线上，这样就等效于加大了该相导线的半径，减小导线表面电荷密度，因而降低导线表面电场强度，从而抑制电晕放电。2.极不均匀电场的放电过程以棒—板为例，在棒与板之间的长间隙施加正冲击电压，在棒电极头部电场高的地方发生多个局部流注放电，这些流注汇集起来成为导电性较高的高密度等离子体状态——先导。先导到达对面平板电极时，把两电极跨接起来。电源供给很大能量，先导转为主放电，即绝缘击穿。四、局部放电1.2气体的绝缘性能3.极性效应在极不均匀电场中，放电一定从曲率半径较小的那个电极表面开始，与该电极极性无关。但后来的发展过程、气隙的电气强度、击穿电压等都与该电极的极性有密切的关系。极不均匀电场中的放电存在着明显的极性效应。四、局部放电1.2气体的绝缘性能CompanyLogo3.极性效应极性决定于表面电场较强的电极所具有的电位符号：在两个电极几何形状不同时，极性取决于曲率半径较小的那个电极的电位符号，如“棒-板”气隙。在两个电极几何形状相同时，极性取决于不接地的那个电极上的电位，如“棒-棒”气隙。四、局部放电1.2气体的绝缘性能CompanyLogo正极性(1)自持放电前阶段正空间电荷削弱棒极附近场强，阻止棒极附近流注形成，使电晕起始电压提高。(2)自持放电阶段空间电荷加强放电区外部空间的电场，因此当电压进一步提高时，强场区将逐渐向极板推进至击穿。1.2气体的绝缘性能正棒-负板间隙1.2气体的绝缘性能负极性(1)自持放电前阶段正空间电荷加强棒极附近场强，促进棒极附近流注形成，使电晕起始电压降低。(2)自持放电阶段正空间电荷削弱外部电场，当电压进一步提高时，电晕区不易向外扩展，气隙击穿将不顺利，因此负极性击穿电压比正极性高很多，完成击穿所需时间也长得多。负棒-正板间隙3.极性效应四、局部放电1.2气体的绝缘性能起晕电压击穿电压负棒-正板间隙＜正棒-负板间隙负棒-正板间隙＞正棒-负板间隙四、局部放电1.2气体的绝缘性能思考题（1）什么是电晕放电？电晕会有哪些不利的影响？答：在极不均匀电场中，间隙击穿前在强场区（小曲率半径电极附近空间）的局部放电称为电晕放电。不利影响：a）产生能量损耗；b）产生高频电磁波，干扰通信；c）产生臭氧、氮氧化物，有腐蚀作用。四、局部放电1.2气体的绝缘性能思考题（2）什么是极性效应?比较棒—板气隙极性不同时电晕起始电压和击穿电压的高低？答：在极不均匀电场中，间隙的起晕电压和击穿电压等都与该电极的极性有密切的关系。正极性棒-板间隙电晕起始电压比负极性的略高；负极性棒-板间隙的击穿电压比正极性的高得多。CompanyLogo汤逊理论只适用于pd值较小的范围，流注理论只适用于pd值较大的范围，二者过渡值为pd=26.66kPa·cm。1.汤逊理论的基本观点电子碰撞电离是气体放电时电流倍增的主要过程，而阴极表面的电子发射是维持放电的必要条件。小结1.2气体的绝缘性能CompanyLogo2.流注理论的基本观点以汤逊理论的碰撞电离为基础，强调空间电荷对电场的畸变作用，着重于用气体空间光电离来解释气体放电通道的发展过程。放电从起始到击穿并非碰撞电离连续量变的过程，当初始电子崩中离子数达108以上时，引起空间光电离质变，电子崩汇合成流注。流注一旦形成，放电转入自持。小结1.2气体的绝缘性能3.巴森定律在均匀电场中，气体的击穿电压Ub是气压p和间隙距离d乘积的函数。4.电晕放电电晕放电是极不均匀电场中特有的放电现象。在空间电荷的作用下，棒-板电极会出现极性效应：负棒-正板间隙比正棒-负板间隙更容易产生电晕；正棒-负板间隙比负棒-正板间隙更容易被击穿。小结1.2气体的绝缘性能1.3液体的绝缘性能CompanyLogo1.3液体的绝缘性能【学习任务】1.了解液体电介质的击穿机理。2.理解影响液体电介质击穿电压的因素。3.掌握提高液体电介质击穿电压的方法。CompanyLogo液体绝缘材料：又称绝缘油，在常温下为液体，在电气设备中起绝缘、传热、浸渍及填充作用，主要用在变压器、断路器、电容器和电缆等油浸式的电气设备中。1.3液体的绝缘性能CompanyLogo液体绝缘材料的特点在断路器和电容器中的绝缘油还分别有灭弧和储能的作用；液体电介质有流动性，与固体电介质一道使用时，可以填充固体介质的空隙，从而大大提高了绝缘的局部放电起始电压和绝缘的电气强度；液体电介质与气体电介质一样，击穿后有自愈性，但电气强度比气体的高，用液体电介质代替气体电介质制造的高压电气设备体积小，节省材料。1.3液体的绝缘性能注意：液体电介质大多可燃，易氧化变质，产生水分、气体、酸、油泥等，导致电气性能变坏。CompanyLogo液体绝缘材料的分类（1）矿物油绝缘用矿物油是由石油精制而成的液体绝缘材料，其主要成分是烷烃、环烷烃和芳香烃，具有很好的化学稳定性和电气稳定性。1.3液体的绝缘性能目前使用最广泛的是矿物油，而矿物油又以变压器油的用量最多。CompanyLogo液体绝缘材料的分类（2）合成油合成油是人工合成的液体绝缘材料。它克服了矿物油中难以除净降低绝缘性能的组分、易燃烧、耐热性低、介电常数不高等缺点，开发了性能优良的合成绝缘油。1.3液体的绝缘性能液体绝缘材料的分类（3）植物油天然植物油的主要成分是甘油三脂肪酸酯。植物油来源于天然的油料作物经压榨、精炼和改性等工艺获得，具有良好的电气性能，几乎可以完全生物降解，闪点高于300℃。同时，植物油的工频击穿电压值明显比其他绝缘油高，对水分有较强的吸收能力，有利于延缓绝缘纸老化速度。1.3液体的绝缘性能CompanyLogo1.3液体的绝缘性能纯净液体的电气强度很高，其击穿机理主要是以下两种：电击穿气泡击穿CompanyLogo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产生碰撞电离形成电子崩，最后导致液体击穿。由电击穿理论知：纯净液体的密度增加时，击穿场强会增大；温度升高时液体膨胀，击穿场强会下降；由于电子崩的产生和空间电荷层的形成需要一定时间，当电压作用时间很短时，击穿场强将提高，因此液体介质的冲击击穿场强高于工频击穿场强。

一、电击穿1.3液体的绝缘性能CompanyLogo液体分子由电子碰撞而产生气泡，或在电场作用下因其它原因产生气泡，由气泡内的气体放电而引起液体击穿。二、气泡击穿1.3液体的绝缘性能CompanyLogo液体中气泡产生的原因：阴极的强场发射或热发射的电子电流加热液体介质，分解出气体。由电场加速的电子碰撞液体分子，使液体分子解离产生气体。电极表面吸附的气泡脱离出来电极上尖的或不规则的凸起物上的电晕放电引起液体气化。二、气泡击穿1.3液体的绝缘性能气泡击穿过程液体电介质中出现气泡以后，在足够强的电场作用下，首先气泡内的气体电离，气泡温度升高、体积膨胀，电离进一步发展。带电离子又不断撞击液体分子，使液体分解出气体，扩大了气体通道。电离的气泡或在电极间形成连续小桥，或畸变了液体电介质中的电场分布，导致液体电介质击穿。二、气泡击穿1.3液体的绝缘性能工程用变压器油是有杂质的，这些杂质的介电常数和电导率均与变压器油不同，从而会畸变油中电场，影响油的击穿。用“小桥”理论来解释。三、悬浮粒子产生的击穿1.3液体的绝缘性能三、悬浮粒子产生的击穿1.3液体的绝缘性能当液体介质中有悬浮固体杂质微粒时，也会使液体介质击穿场强降低。一般固体悬浮粒子的介电常数比液体大，在电场力的作用下，这些粒子在电极表面几种处逐渐聚集起来，在电极间形成小桥，击穿电压下降。杂质小桥击穿模型“小桥”理论：CompanyLogo1.水分和其他杂质悬浮状水滴在油中是十分有害的，当含水量为万分之几时，它对击穿电压就有明显的影响。当油中有其他杂质时，击穿电压的下降程度随杂质的种类和数量而异。

四、影响液体电介质击穿电压的因素1.3液体的绝缘性能CompanyLogo2.温度温度对液体电介质击穿电压的影响随介质的品质、电场的均匀程度以及电压种类的不同而异。3.压力不论电场均匀与否，工程上用的变压器油在工频电压作用下，其击穿电压随压力增加而增大。

四、影响液体电介质击穿电压的因素1.3液体的绝缘性能CompanyLogo4.电压作用时间油隙的击穿电压会随着电压作用时间的增加而下降，外加电压时间还会影响油的击穿性质。电压作用时间为数百微秒前，杂质的影响没有显示出来，为电击穿。时间更长，杂质开始聚集，油隙的击穿开始出现热过程，为热击穿。四、影响液体电介质击穿电压的因素1.3液体的绝缘性能5.电场均匀程度电场愈均匀，水分等杂质对击穿电压的影响愈大，击穿电压的分散性也愈大。当绝缘油的纯度较高时，改善电场的均匀程度使工频或直流电压下的击穿电压明显提高。品质较差的绝缘油，杂质的聚集和排列使电场畸变，改善电场以提高击穿电压的作用不明显。四、影响液体电介质击穿电压的因素1.3液体的绝缘性能1.提高以及保持油的品质过滤：用滤纸吸附变压器油中的纤维，有机酸等杂质。防潮：充油的电气设备在制造、检修及运行过程中必须注意防止水分侵入。脱气：先将油加热，在真空下利用水的沸点低，实现油和水的自然分离（脱水）。

五、提高液体电介质击穿电压的措施1.3液体的绝缘性能2.采用固体电介质降低杂质的影响在绝缘结构上采用覆盖层、绝缘层和屏障，降低杂质的影响。

五、提高液体电介质击穿电压的措施1.3液体的绝缘性能2.采用固体电介质降低杂质的影响覆盖层：在曲率半径小的电极上覆盖薄（＜1mm）的电缆纸、黄蜡布、涂漆膜。绝缘层：在不均匀电场中曲率半径较小的电极上包裹较厚的（几mm）的电缆纸等固体绝缘层。屏障：在油中采用厚度2-7mm的纸、胶纸、胶布等压板或圆筒、圆管。五、提高液体电介质击穿电压的措施1.3液体的绝缘性能1.3液体的绝缘性能思考题（1）影响液体介质击穿电压的主要因素有哪些？答：1）水分或其他杂质；2）温度；3）压力；4）电压作用时间；5）电场均匀程度。1.3液体的绝缘性能思考题（2）提高液体电介质击穿电压的措施？答：1）采用过滤、防潮和脱气等方式，提高以及保持油的品质；2）在绝缘结构上采用覆盖层、绝缘层和屏障等固体电介质，降低杂质的影响。1.4固体的绝缘性能用作内绝缘的固体介质常见的有绝缘纸、纸板、云母、塑料等,以及用于制造绝缘子的电瓷、玻璃和硅橡胶等。1.4固体的绝缘性能【学习任务】1.了解固体电介质的击穿机理。2.了解影响固体电介质击穿电压的因素，能正确运用提高固体电介质击穿电压的方法。固体绝缘材料：用以隔绝不同电位导电体的固体。一般还要求固体绝缘材料兼具支撑作用。与气体绝缘材料、液体绝缘材料相比，固体绝缘材料由于密度较高，因而击穿强度也高得多。空气绝缘材料的耐电强度一般在3kV/mm-4kV/mm左右；液体绝缘材料的耐电强度在10kV/mm-20kV/mm；固体绝缘材料的耐电强度在十几至几百kV/mm。1.4固体的绝缘性能固体介质击穿的特点：击穿场强一般比气体和液体电介质高得多，可以减少绝缘厚度。击穿场强与电压作用时间有很大的关系。绝缘是非自恢复的，一旦发生击穿，其绝缘性能不能再自行恢复。1.4固体的绝缘性能1.4固体的绝缘性能固体绝缘材料的分类（1）陶瓷瓷是以粘土、长石等主要原料经高温烧制而成具有坚硬结构的无机材料。作为绝缘材料有着悠久的历史，对电力工业的发展做出了重要贡献。在当今电力系统中，陶瓷绝缘材料仍然是输变电设施的主要绝缘材料。与其它绝缘材料相比，陶瓷材料不仅价格低廉、机械强度高、变形小，而且还具有优异的耐冷、耐热和耐腐蚀性，因而应用广泛。支柱绝缘子悬式绝缘子1.4固体的绝缘性能固体绝缘材料的分类（2）玻璃与瓷绝缘子相比，钢化玻璃绝缘子强度是瓷质绝缘子的2倍左右，耐电击穿性能是瓷质绝缘子的3-4倍。此外，钢化玻璃绝缘子的耐振动、耐疲劳、耐电弧烧伤和耐冷热冲击性能也都优于瓷质绝缘子。玻璃绝缘子1.4固体的绝缘性能固体绝缘材料的分类（3）云母云母是钾、铝、镁、铁、锂等金属的铝硅酸盐的总称，它具有很高的电绝缘强度、耐电晕、耐热以及良好的力学性能，被广泛用作电子、电力工业上的绝缘材料。例如，一片厚度为0.025mm的云母片，其电击穿强度达4kV；它的抗电晕和电火花的能力，高于所有的有机绝缘材料；在500℃以下的温度范围内，它能长期保持透明状态，没有弹性损失和碳化现象。云母矿石1.4固体的绝缘性能固体绝缘材料的分类（4）合成树脂合成树脂是人工合成的一类高分子聚合物，为粘稠液体加热可软化的固体，受热时通常由熔融或软化的温度范围，在外力作用下，可呈塑性流动状态，某些性质与天然树脂相似。合成树脂最重要的应用是制造塑料。合成树脂还是制造合成纤维、涂料、胶粘剂、绝缘材料等基础原料。交联聚乙烯环氧树脂干式变压器胶木（酚醛）固体绝缘的击穿1.4固体的绝缘性能固体电介质击穿后，出现烧焦或熔化的通道、裂缝等，即使去掉外施电压，也不像气体、液体电介质那样能自动恢复绝缘性能。电击穿——在强电场下电介质内部电子剧烈