《高电压技术》全套教学课件

高电压技术全套可编辑PPT课件

本课件是可编辑的正常PPT课件一、能源演变路径绪论

低密度能源向高密度能源转型高碳向低碳转型新能源不断大规模发展远距离大容量高压输电特高压电网可提升清洁电力供应能力，并有力推动清洁低碳转型，实现能源电力可持续发展本课件是可编辑的正常PPT课件二、高压输电的发展过程绪论

全球特高压输电技术发展历程本课件是可编辑的正常PPT课件二、高压输电的发展过程绪论

1875年,法国巴黎建成世界上第一座发电厂，标志着世界电力时代的到来1891年，在德国劳芬电厂安装了世界第一台三相交流发电机；它发出的三相交流电通过第一条13.8kV输电线将电力输送到远方用电地区，从而开始了高压输电的时代1879年，中国上海公共租界点亮了第一盏电灯。1882年，第一家电业公司-上海电气公司成立。100多年来，输电电压由最初的13.8kV逐步发展到20，35，66，110，220，330，500，750，1000kV本课件是可编辑的正常PPT课件二、高压输电的发展过程绪论

输电电压一般分高压、超高压和特高压。高压（HV）：35~220kV；超高压（EHV）：330~750kV；特高压（UHV）：1000kV及以上高压直流（HVDC）：±600kV及以下特高压直流（UHVDC）：±600kV以上，包括±750kV和±800kV1908年，美国建成了世界第一条110kV输电线路；经过15年，于1923年，第一条230kV线路投入运行；1954年建成第一条345kV线路。从230kV电压等级到345kV电压等级经历了31年。在345kV投运15年后，1969年建成了765kV线路本课件是可编辑的正常PPT课件二、高压输电的发展过程绪论

1952年，瑞典建成世界上第一条380kV超高压线路

1965年，加拿大建成世界第一条735kV超高压线路

1952年，前苏联建成第一条330kV线路；1956年建成400kV线路；1967年建成750kV线路。从330kV电压等级发展到750kV电压等级用了15年时间。欧洲和美国，在超高压输电方面，主要发展345kV、380kV和750kV电压级，500kV线路发展比较慢。1964年，美国建成第一条500kV线路，从230kV到500kV输电，时间间隔达36年。前苏联的500kV电压等级是在400kV基础上升级发展起来的，1964年，建成完善的500kV输电系统本课件是可编辑的正常PPT课件二、高压输电的发展过程绪论

1985年，前苏联建成世界上第一条1150kV特高压输电线路。从500kV电压等级到1150kV电压等级用了20年时间中国，1949年前，电力工业发展缓慢，输电电压按具体工程决定，电压等级繁多：1908年建成22kV石龙坝水电站至昆明线路1921年建成33kV石景山电厂至北京城的线路1933年建成抚顺电厂的44kV出线1934年建成66kV延边至老头沟线路1935年建成抚顺电厂至鞍山的154kV线路1943年建成110kV镜泊湖水电厂至延边线本课件是可编辑的正常PPT课件二、高压输电的发展过程绪论

中国，1949年新中国成立后，按电网发展统一电压等级，逐渐形成经济合理的电压等级系列：高压电网向特高压电网发展的历程1952年，用自主技术建设了110kV输电线路，逐渐形成京津唐110kV输电网1954年，建成丰满至李石寨220kV输电线路，随后继续建设辽宁电厂至李石寨，阜新电厂至青堆子等220kV线路，迅速形成东北电网220kV骨干网架1972年建成330kV刘家峡—关中输电线路，全长534km，随后逐渐形成西北电网330kV骨干网架。1981年建成500kV姚孟—武昌输电线路，全长595km。本课件是可编辑的正常PPT课件二、高压输电的发展过程绪论

通常按未来20~30年输电网不同的平均输送容量和不同的平均输电距离的要求，以1～2个电压等级进行输电能力分析，作出不同方案的每KW电力的输电成本曲线，以各成本曲线的经济平衡点或平衡区决定更高电压的标称值世界各国在选择345kV和500kV以上的更高电压等级时，分析比较，并进行了大量的计算得出结论：330kV（345kV）电网，选用750kV（765kV），平均输电距离300km及以上；500kV电网，选用1000kV（1100kV），平均输送距离500km及以上本课件是可编辑的正常PPT课件二、高压输电的发展过程绪论

中国特高压输电等级分布图本课件是可编辑的正常PPT课件二、高压输电的发展过程绪论

中国特高压“14交12直”线路图本课件是可编辑的正常PPT课件二、高压输电的发展过程绪论

晋东南-南阳-荆门1000千伏特高压交流输电淮南-上海1000千伏特高压交流输电榆横-潍坊1000千伏特高压交流输电锡盟-山东1000千伏特高压交流输电浙北-福州1000千伏特高压交流输电蒙西-天津南1000千伏特高压交流输电中国特高压交流输电工程本课件是可编辑的正常PPT课件二、高压输电的发展过程绪论

向家坝-上海±800千伏特高压直流输电锦屏-苏南±800千伏特高压直流输电哈密南-郑州±800千伏特高压直流输电溪洛渡左岸-浙江金华±800千伏特高压直流输电甘肃酒泉-湖南湘潭±800千伏特高压直流输电山西晋北-南京±800千伏特高压直流输电锡盟-江苏泰州±800千伏特高压直流输电中国特高压直流输电工程本课件是可编辑的正常PPT课件二、高压输电的发展过程绪论

内蒙古上海庙-山东临沂±800千伏特高压直流输电内蒙古扎鲁特-山东青州±800千伏特高压直流输电新疆昌吉-安徽皖南±1100千伏特高压直流输电宁夏灵武-浙江绍兴±800千伏特高压直流输电青海海南州-河南郑州±800千伏特高压直流输电中国特高压直流输电工程本课件是可编辑的正常PPT课件二、高压输电的发展过程绪论

本课件是可编辑的正常PPT课件三、高电压技术的应用绪论

国防军事：脉冲功率技术航空航天：等离子推进器集成电路：微电子产业封装技术以及芯片信息存储技术工业生产：高电压静电除尘技术、液电效应技术以及线爆技术农业生产：等离子体育种技术食品科学：高压脉冲电场技术医疗卫生：等离子体消杀技术、高压纳秒脉冲技术本课件是可编辑的正常PPT课件第一章

气体放电的基本物理过程1.1带电粒子的产生和消失1.2电子崩的形成和发展过程1.3流注的发展过程1.4不均匀电场中的放电过程1.5长气隙击穿过程1.6放电等离子体本课件是可编辑的正常PPT课件

1.1带电粒子的产生和消失1.1.1气体放电的主要形式1.1.2

带电粒子的产生1.1.3带电粒子的消失本课件是可编辑的正常PPT课件辉光放电当气体压力不大，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。霓虹管中的放电就是辉光放电的例子，管中所充气体不同，发光颜色也不内阴极和阳极间整个空间忽然出现发光现象气体放电的主要形式本课件是可编辑的正常PPT课件气体放电的主要形式根据气体压力、电源功率、电极形状等因素的不同，击穿后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晕放电刷形放电火花放电电弧放电本课件是可编辑的正常PPT课件电晕放电电极曲率半径很小或电极间距离很远（电场极不均匀），当电压升高到一定值后，首先在紧贴电极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气体放电的主要形式本课件是可编辑的正常PPT课件刷形放电电极间距较大、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线状光束，称为刷形放电电压再升高，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气体放电的主要形式本课件是可编辑的正常PPT课件火花放电在较高气压（例如大气压力）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气体放电的主要形式本课件是可编辑的正常PPT课件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气体放电的主要形式本课件是可编辑的正常PPT课件根据气体压力、电源功率、电极形状等因素的不同，击穿后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碰撞电离光电离热电离电极表面的电离带电粒子的产生本课件是可编辑的正常PPT课件碰撞电离必要条件：撞击质点所具有的总能量（包括动能和势能）大于被撞击质点在该种状态下所需的电离能需要一定的相互作用的时间和条件考虑动能，在电场作用下，撞击质点被加速而获得动能。将可能引起碰撞电离的条件带电粒子的产生

me：电子的质量ve：电子的速度Wi：气体分子的电离能本课件是可编辑的正常PPT课件碰撞电离碰撞电离的形成与电场强度和平均自由行程的大小有关气体放电中，碰撞电离主要是电子和气体分子碰撞而引起的带电粒子的产生本课件是可编辑的正常PPT课件光电离光辐射引起的气体分子的电离过程称为光电离自然界、人为照射、气体放电过程光子能量满足下面条件，将引起光电离，分解成电子（光电子）和正离光辐射能够引起光电离的临界波长（即最大波长）：带电粒子的产生

本课件是可编辑的正常PPT课件光电离铯蒸汽的电离电位最小（3.88V），产生直接光电离的波长应小于318nm（紫外）对所有气体来说，在可见光（400∼750nm）的作用下，一般是不能发生直接光电离的分级电离

光电离在气体放电中起重要作用

反激励、复合释放具有一定能量的光子(具有较大的初始速度)带电粒子的产生本课件是可编辑的正常PPT课件热电离因气体热状态引起的电离过程称为热电离带电粒子的产生K：波尔茨曼常数

K=1.38×10-23J/KT：绝对温度，K分子的热运动所固有的动能不足以产生碰撞电离，20℃时，气体分子平均动能约0.038eV。热电离起始温度为103K在一定热状态下物质会发出辐射，热辐射光子能

量大，会引起光电离

本课件是可编辑的正常PPT课件热电离热电离实质上是热状态下碰撞电离和光电离的综合例如：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带电粒子的产生本课件是可编辑的正常PPT课件电极表面的电离金属阴极表面发射电子

逸出功：与金属的微观结构、表面状态有关金属的逸出功一般比气体的电离能小得多，在气体放电中起重要作用金属表面电离所需能量获得的方式正离子碰撞阴极（二次发射）带电粒子的产生本课件是可编辑的正常PPT课件电极表面的电离正离子碰撞阴极时把能量（主要是势能）传递给金属中的电子，使其逸出金属正离子必须碰撞出一个以上电子时才能产生自由电子正离子与电子复合时发出的势能起作用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带电粒子的产生本课件是可编辑的正常PPT课件正离子撞击阴极表面正离子在电场中向阴极运动，当其与阴极发生碰撞时，可将其具有的能量传递给阴极中的电子光电子发射金属表面受到短波光的照射。同样的光辐射引起的电极表面电离要比引起空间光电离强烈得多带电粒子的产生本课件是可编辑的正常PPT课件热电子放射当阴极被加热到很高温度时，其中的电子获得巨大动能，逸出金属表面对于某些电弧放电的过程有重要的意义强场发射当阴极附近所加外电场足够强时，可使阴极发射出电子。场强在106V/cm左右，一般气体击穿场强远低于此值此情况会出现在高气压间隙和高真空间隙放电中带电粒子的产生本课件是可编辑的正常PPT课件气体中带电粒子的消失可有下述几种情况（一）电场力作用下带电粒子流入电极（二）带电粒子的扩散（三）带电粒子的复合带电粒子的消失放电后绝缘材料表面积累电荷的消散过程本课件是可编辑的正常PPT课件带电质点产生以后，在外电场作用下将作定向运动，形成电流：带电质点在一定的电场强度下运动达到某种稳定状态，保持平均速度，即上述的带电质点的驱引速度电子迁移率比离子迁移率大两个数量级带电粒子的消失

vd：平均速度

b：迁移率电场力作用下带电粒子流入电极本课件是可编辑的正常PPT课件带电质点的扩散是由于热运动造成，带电质点的扩散规律和气体的扩散规律相似气体中带电质点的扩散和气体状态有关，气体压力越高或者温度越低，扩散过程也就越弱电子的质量远小于离子，所以电子的热运动速度很高，它在热运动中受到的碰撞也较少，因此，电子的扩散过程比离子的要强得带电粒子的消失带电粒子的扩散本课件是可编辑的正常PPT课件正离子和负离子或电子相遇，发生电荷的传递而互相中和、还原为分子的过程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成为导致电离的因素参与复合的质点的相对速度愈大，复合概率愈小。通常放电过程中离子间的复合更为重要带电质点浓度越大，复合速度越大，强烈的电离区也是强烈的复合区带电粒子的消失带电粒子的复合本课件是可编辑的正常PPT课件

1.2电子崩的形成和发展过程1.2.1非自持放电和自持放电1.2.2

电子崩的形成和发展1.2.3自持放电的条件1.2.3气体击穿和帕邢定律本课件是可编辑的正常PPT课件非自持放电和自持放电外电离因数：宇宙线、地面上的放射性辐射、太阳光中的紫外线等外施电压小于U0时，间隙电流远小于微安级，此阶段气体绝缘性能完好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U0以前的放电形式称为非自持放电气体放电的伏安特性曲线本课件是可编辑的正常PPT课件非自持放电和自持放电当电压达到U0后，气体中发生了强烈的电离，电产生电子崩，电流剧增气体中电离过程只靠电场作用可自行维持，不再需要外电离因素了U0以后的放电形式称为自持放电气体放电的伏安特性曲线本课件是可编辑的正常PPT课件一个起始电子自电场获得动能后，会碰撞电离出一个第二代电子这两个电子作为新的第一代电子，又将电离出新的第二代电子，这时空间已存在四个自由电子这样一代一代不断增加的过程，会使电子数目迅速增加，如同冰山上发生雪崩一样，形成了电子崩电子崩形成的示意图电子崩的形成和发展本课件是可编辑的正常PPT课件α电离系数定义：一个电子沿着电场方向行经1cm长度，与气体分子发生碰撞所产生的自由电子数α即是一个电子在单位长度行程内新电离出的电子数或正离子数电子崩形成的示意图电子崩的形成和发展本课件是可编辑的正常PPT课件设：在外电离因素光辐射的作用下，单位时间内阴极单位面积产生n0个电子距离阴极为x的横截面上，单位时间内单位面积有n个电子飞过这n个电子行过dx之后，又会产生dn个新的电子计算气隙中电子数增长的示意图将此式积分，可得电子的增长规律为

电子崩的形成和发展本课件是可编辑的正常PPT课件电子崩的形成和发展设对于均匀电场，α不随空间位置而变相应的电子电流增长规律为令x=S，得进入阳极的电子电流，即外回路中的电流

本课件是可编辑的正常PPT课件自持放电条件正离子在间隙中造成的空间电离过程不可能具有显著作用，一般不考虑β过程正离子向阴极移动，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γ电离系数定义一个正离子碰撞到阴极表面时使阴极金属表面平均释放出的自由电子本课件是可编辑的正常PPT课件设从阴极飞出n0个电子，到达阳极后电子数将增加为正离子数为正离子到达阴极，从阴极电离出的电子数为

自持放电条件本课件是可编辑的正常PPT课件当n0=1时正离放电有非自持转入自持的条件为在均匀电场中，这也就是间隙击穿的条件，上式具有清楚的物理意义

自持放电条件

本课件是可编辑的正常PPT课件自持放电条件低气压、短气隙情况下气体的放电过程当自持放电条件得到满足时，就会形成图解中闭环比分所示的循环不息的状态，放电就能自己维持下去本课件是可编辑的正常PPT课件气体击穿和帕邢定律击穿电压：根据自持放电条件推导击穿电压设电子在均匀电场中行经距离x而未发生碰撞，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λe，自由行程大于xi的概率为本课件是可编辑的正常PPT课件气体击穿和帕邢定律利用汤森放电理论的自持放电条件

以及电子碰撞电离系数α与气压p、电场强度E的关系是，并考虑均匀电场中自持放电起始场强(式中U0为起始电压)，即可得到下面的关系式本课件是可编辑的正常PPT课件气体击穿和帕邢定律当温度不变时，均匀电场中气体的击穿电压U0是气体压力和电极间距离的乘积pd的函数

本课件是可编辑的正常PPT课件气体击穿和帕邢定律击穿电压与δ⋅S的规律在汤逊碰撞电离学说提出之前，帕邢已从实验中总结出来了，汤逊理论从理论上解释了试验结果帕邢定律空气和SF6气体的击穿电压U与pd值关系的实验曲线本课件是可编辑的正常PPT课件气体击穿和帕邢定律从试验曲线上可以看出，存在一个最小值

气压很小时，气体稀薄，虽然电子自由程大，可以得到足够的动能，但碰撞总数小，所以击穿电压升高气体增大时，电子自由程变小，得到的动能减小，所以击穿电压升高。总有一个气压对碰撞电离最有利，此时击穿电压最小帕邢定律本课件是可编辑的正常PPT课件

1.3流注的发展过程1.3.1空间电荷对原有电场的影响1.3.2

流注的形成1.3.3电负性气体的情况本课件是可编辑的正常PPT课件空间电荷对原有电场的影响电子崩外形好似球头的锥体，空间电荷分布极不均匀，电子崩中的电子数：n＝eαx例如，正常大气条件下，若E＝30kV／cm，则α≈11cm-1，计算随着电子崩向阳极推进，崩头中的电子数本课件是可编辑的正常PPT课件空间电荷对原有电场的影响空间电荷畸变了外电场大加强了崩头及崩尾的电场，削弱了崩头内正、负电荷区域之间的电场电子崩头部电场明显增强，电离过程强烈，有利于发生分子和离子的激励现象，当它们回复到正常状态时，发射出光子崩头内部正负电荷区域电场大大削弱，有助于发生复合过程，发射出光子本课件是可编辑的正常PPT课件流注的形成光电离、二次崩电子崩走完整个间隙后，大密度的头部正离子空间电荷大大加强了后部的电场，并向周围放射出大量光子光子引起空间光电离，其中电子被主电子崩头部的正空间电荷所吸引，在受到畸变而加强了的电场中，造成了新的电子崩，称为二次电子崩流注阶段1：主电子崩2：二次电子崩3：流注本课件是可编辑的正常PPT课件流注的形成正流注的形成二次电子崩中的电子进入主电子崩头部的正空间电荷区（电场强度较小），大多形成负离子。大量的正、负带电质点构成了等离子体，这就是正流注流注通道导电性良好，其头部又是二次电子崩形成的正电荷，因此流注头部前方出现了很强的电场1：主电子崩2：二次电子崩3：流注本课件是可编辑的正常PPT课件流注的形成正流注向阴极推进流注头部的电离放射出大量光子，继续引起空间光电离。流注前方出现新的二次电子崩，它们被吸引向流注头部，延长了流注通道流注不断向阴极挺进，且随着流注接近阴极，其头部电场越来越强，因而其发展也越来越快流注发展到阴极，间隙被导电良好的等离子通道所贯通，间隙的击穿完成，这个电压就是击穿电1：主电子崩2：二次电子崩3：流注本课件是可编辑的正常PPT课件流注的形成负流注的形成电压较低时，电子崩需经过整个间隙才形成流注，电压较高时，电子崩不需经过整个间隙，其头部电离程度已足以形成流注主电子崩头部的电离很强烈，光子射到主崩前方，在前方产生新的电子崩，主崩头部的电子和二次崩尾的正离子形成混合通道，形成向阳极推进的流注，称为负流注间隙中的正、负流注可以同时向两极发展1：主电子崩2：二次电子崩3：流注本课件是可编辑的正常PPT课件流注的形成流注自持放电条件一旦形成流注，放电就进入了新的阶段，放电可以由本身产生的空间光电离而自行维持，即转入自持放电了如果电场均匀，间隙就将被击穿。所以流注形成的条件就是自持放电条件，在均匀电场中也就是导致击穿的条件放电外形：δd较大时，放电具有通道形式流注中电荷密度很大，电导很大，其中电场强度很小。因此流注出现后，对周围空间内的电场有屏蔽作用，并且随着其向前发展而更为增强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本课件是可编辑的正常PPT课件

1.4不均匀电场中的放电过程1.4.1稍不均匀电场和极不均匀电场的放电特性1.4.2

极不均匀电场中的电晕放电1.4.3电晕放电的起始场强1.4.3极不均匀电场中的极性效应本课件是可编辑的正常PPT课件稍不均匀电场和极不均匀电场的放电特性

稍不均匀电场中放电的特点与均匀电场中的相似，在间隙击穿前看不到放电的迹象。极不均匀电场中的放电则不同，这时由于电场强度沿气隙的分布极不均匀，因而当外施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值E0，因而在这个局部区域先出现碰撞电离和电子崩，甚至出现流注。1—击穿电压；2—电晕起始电压；3—放电的不稳定区半径为r的球间隙的放电特性与极间距离的关系本课件是可编辑的正常PPT课件稍不均匀电场和极不均匀电场的放电特性引入电场不均匀系数

f表示各种结构的电场的均匀程度f<2，稍不均匀电场f>4，极不均匀电场本课件是可编辑的正常PPT课件电场比较均匀的情况放电达到自持时，α在整个间隙中部巳达到相当数值。这时和均匀电场中情况类似电场不均匀程度增加但仍比较均匀的情况大曲率电极附近α达到足够数值，间隙中很大一部分区域α

也都已达相当数值，流注一经产生，随即发展至贯通整个间隙，导致间隙完全击穿极不均匀电场电晕放电本课件是可编辑的正常PPT课件电场极不均匀的情况大曲率电极附近很小范围内α已达相当数值时，间隙中大部分区域值α都仍然很小，放电达到自持放电后，间隙没有击穿电场越不均匀，击穿电压和电晕起始电压间的差别也越大1、发生电晕放电现象的条件局部强场区的放电过程造成------自持放电极不均匀电场电晕放电本课件是可编辑的正常PPT课件极不均匀电场中的极性效应正极性在棒极附近，积聚起正空间电荷，减少了紧贴棒极附近的电场，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E0-原电场；Eq-空间电荷附加电场；Ecom-合成电场本课件是可编辑的正常PPT课件极不均匀电场中的极性效应负极性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，使电场畸变棒极附近的电场得到增强，因而自待放电条件就易于得到满足、易于转入流注而形成电晕放电E0-原电场；Eq-空间电荷附加电场；Ecom-合成电场本课件是可编辑的正常PPT课件

1.5长气隙击穿过程1.5.1放电时间1.5.2

冲击电压波形的标准化1.5.3冲击电压下的气隙击穿特性本课件是可编辑的正常PPT课件放电时间最低静态击穿电压U0

击穿时间tb

t0、ts、tf、tl

（放电时延）ts（平均值）的影响因数电极材料、外加电压、短波光照射、电场情况tf

的影响因数间隙长度、电场均匀度、外加电压短间隙且电场比较均匀：tf<<ts

tl=ts+tftb=t0+ts+tf本课件是可编辑的正常PPT课件冲击电压波形的标准化作用时间短暂的电压称为冲击电压，在冲击电压作用下空气间隙的击穿具有新的特性。雷电在电力系统中造成的过电压是一种冲击电压，这是电力系统发生事故的重要因素。为了模拟雷电压，各国规定了试验用雷电冲击电压的标准波形，分为全波和截波两种雷电全波雷电截波T1—视在波前时间；T2—视在半峰值时间；Um—冲击电压峰值T1—波前时间；Tc—截断时间本课件是可编辑的正常PPT课件冲击电压波形的标准化操作过电压波形是随着电压等级、系统参数、设备性能、操作性质、操作时机等因素而有很大变化的，用来等效模拟电力系统中的操作过电压波，一般也采用非周期性双指数波，但它的波前时间和半峰值时间都要比雷电冲击电压波长得多Tcr—波前时间；T2—半峰值时间；Um—冲击电压峰值(a)非周期性双指数冲击波(b)衰减震荡波本课件是可编辑的正常PPT课件冲击电压下的气隙击穿特性气隙击穿电压的概率分布无论何种作用电压，气隙的击穿电压都有分散性，但分散程度不同接近正态分布：用50%击穿电压U50%和相对标准偏差σ来表示耐受电压：工程中将对应于（99%以上）的电压最为耐受电压U50%(1-3σ)——击穿几率99.86%50%冲击击穿电压（U50%）本课件是可编辑的正常PPT课件冲击电压下的气隙击穿特性在冲击电压作用下，间隙的击穿电压比静态击穿电压(直流或工频交流持续作用下的击穿电压)高。这是因为整个间隙击穿放电的发展过程不仅需要足够高的作用电压，还需要一定作用时间的缘故。同一个气隙，在峰值较低但延续时间较长的冲击电压作用下可能击穿，而在峰值较高但延续时间较短的冲击电压作用下可能不击穿伏秒特性曲线伏秒特性本课件是可编辑的正常PPT课件冲击电压下的气隙击穿特性对非持续作用的电压来说，一个气隙的耐电压性能就不能单一地用“击穿电压”值来表达了，而必须用电压峰值和击穿时间这两者来共同表达才行，这就是该气隙在该电压波形下的伏秒特性伏秒特性伏秒特性曲线本课件是可编辑的正常PPT课件冲击电压下的气隙击穿特性伏秒特性伏秒特性带与50%伏秒特性1—上包线；2—50%伏秒特性；3—下包线1—均匀电场；2—不均匀电场均匀电场和不均匀电场间隙的伏秒特性比较本课件是可编辑的正常PPT课件

1.6放电等离子体1.6.1等离子体基本参数1.6.2

等离子体鞘层1.6.3等离子体的应用本课件是可编辑的正常PPT课件等离子体的基本参数

根据电子温度可以将等离子体分为高温等离子体与低温等离子体。一般将温度高于10000K（1eV）的等离子体称为高温等离子体，将温度低于10000K（1eV）的等离子体称为低温等离子体。低温等离子体则又可以分为热等离子体与冷等离子体。电子和正离子的移动，将会在局部形成一个电场。在等离子体中，这个由电荷所产生电场的最大作用距离称为德拜半径本课件是可编辑的正常PPT课件等离子体鞘层等离子体鞘层

等离子体鞘层如图所示，在主等离子体与鞘层之间存在一个名为预鞘层的过渡区域。在预鞘层内，电子与正离子的密度一致，离子在预鞘层内被加速。假定在鞘层和预鞘层中无碰撞发生，且电子能量服从玻尔兹曼分布，可以得到空间电子密度分布。本课件是可编辑的正常PPT课件等离子体的应用农业：针板放电产生非平衡等离子体技术环保：高压电离气体除尘技术工业：喷漆及敷粉技术医疗卫生：臭氧消菌杀毒技术本课件是可编辑的正常PPT课件第二章

气体间隙的击穿特性2.1均匀和稍不均匀电场气隙的击穿特性2.2极不均匀电场气隙的击穿特性2.3大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正2.4提高气体介质电气强度的方法2.5绝缘气体和气体绝缘电气设备本课件是可编辑的正常PPT课件

2.1均匀和稍不均匀电场气隙的击穿特性

大气条件对气隙击穿电压的影响

气隙的击穿沿绝缘外表的闪络本课件是可编辑的正常PPT课件均匀和稍不均匀电场气隙的击穿特性均匀电场中的击穿电压击穿电压与电压极性无关直流、工频击穿电压（峰值）以及50％冲击击穿电压都相同，分散性很小

本课件是可编辑的正常PPT课件均匀电场中的击穿电压当d不过于小时（d>1cm），均匀电场中空气的电气强度（峰值）大致等于30kV/c均匀和稍不均匀电场气隙的击穿特性均匀电场中空气间隙的击穿电压特性本课件是可编辑的正常PPT课件稍不均匀电场中的击穿电压球—球间隙球—板间隙圆柱—板同轴圆柱间隙均匀和稍不均匀电场气隙的击穿特性不能形成稳定的电晕放电电场不对称时，有极性效应，不很明显直流、工频下的击穿电压(幅值)以及50％冲击击穿电压相同，分散性不大击穿电压和电场均匀程度关系极大，电场越均匀，同样间隙距离下的击穿电压就越高直接测量高电压峰值的最简单又有一定准确度的手段本课件是可编辑的正常PPT课件稍不均匀电场中的击穿电压均匀和稍不均匀电场气隙的击穿特性临近效应：对电场的畸变作用使间隙电场分布不对称极性效应：电场最强的电极为负极性时的击穿电压略低于正极性时的数值电场均匀程度影响：同一间隙距离下，球电极直径越大，击穿电压也越高照射效应：增大气隙中出现有效电子的概率，减小击穿电压的分散性越高不同直径D的球间隙击穿电压峰值Ub与极间距离d的关系本课件是可编辑的正常PPT课件稍不均匀电场中的击穿电压均匀和稍不均匀电场气隙的击穿特性根据起始场强经验公式估算击穿电压f：不均匀系数，决定于电极布置，可根据静电场计算或电解槽等实验方法求得当Emax达到临界值（30kV/cm幅值），间隙击穿Ｅ0实际上和电极布置有关本课件是可编辑的正常PPT课件

2.2极不均匀电场气隙的击穿特性2.2.1直流电压2.2.2工频交流电压2.2.3雷电冲击电压2.1.3操作冲击电压本课件是可编辑的正常PPT课件特点极不均匀电场气隙的击穿特性影响击穿电压的主要因素是间隙距离选择电场极不均匀的极端情况作为典型电极研究

棒(尖)—板：电场分布不对称

棒(尖)—棒(尖)：电场分布对称这两种气隙击穿电压是不均匀气隙击穿电压曲线的上下包线，根据典型电极的击穿电压数据来估计绝缘距离直流、工频及冲击击穿电压间的差别比较明显，分散性较大本课件是可编辑的正常PPT课件直流电压极不均匀电场气隙的击穿特性极性效应：棒—棒电极间的击穿电压介于极性不同的棒—板电极之间击穿电压与间隙距离接近正比，平均击穿场强：正棒—负板：4.5kV/cm负棒—正板：l0kV/cm棒—棒：4.8~5.0kV/cm“棒—板”和“棒—棒”气隙在板间距离还不大时的直流击穿电压特性曲线本课件是可编辑的正常PPT课件工频交流电压极不均匀电场气隙的击穿特性击穿在棒的极性为正、电压达到幅值时发生间隙距离小于2.5cm，击穿电压和距离近似直线关系平均击穿场强(幅值)：棒—棒间隙为5.36kV/cm，棒—板间隙为4.8kV/cm“饱和现象”：距离加大，平均击穿场强明显降低，棒—板间隙尤为严重本课件是可编辑的正常PPT课件雷电冲击电压极不均匀电场气隙的击穿特性在多次施加电压（波形1.2/50μs）中，其中半数导致击穿的电压，工程上以此来反映间隙的耐受冲击电压的特性在极不均匀电场，由于放电时延较长，雷电冲击50％击穿电压比工频击穿电压高，即雷电冲击系数大于l，击穿电压的分散性也大一些，其标准偏差可取为3%本课件是可编辑的正常PPT课件极不均匀电场气隙的击穿特性在图所示范围内击穿电压和间隙距离呈直线关系棒—板间隙有明显的极性效应，棒—棒间隙也有不大的极性效应1—“棒—板”，正极性；2—“棒—棒”，正极性；3—“棒—棒”，负极性；4—“棒—板”，负极性本课件是可编辑的正常PPT课件操作冲击电压极不均匀电场气隙的击穿特性极不均匀电场中的操作冲击50％击穿有许多特点1—（-）棒—板；2—（-）棒—棒；3—（+）棒—棒；4—（+）棒-板本课件是可编辑的正常PPT课件操作冲击电压极不均匀电场气隙的击穿特性极性效应正极性下50％击穿电压比负极性下低，所以也更危险电场分布的影响“邻近效应”：接地物体靠近放电间隙会显著降低其正极性击穿电压，但能多少提高一些负极性击穿电压“饱和”现象：和工频电压下类似，棒—板间隙更严重分散性大：波前时间在数十到数百微秒之间，U50的标准偏差约为5％；波前时间超过1000μs以后，可达8%本课件是可编辑的正常PPT课件操作冲击电压极不均匀电场气隙的击穿特性波的影响

波前时间在一定的范围内，U50具有最小值，即临界击穿电压（对应临界波前时间）。呈现出“U形曲线”放电时延和空间电荷这两个因素的影响所造成的对应极小值的波前时间随间隙距离的加大而增加，对7m以下的间隙，在50~200μs之间工频击穿电压比临界波前操作冲击击穿电压（操作冲击系数小于1）“棒—板”气隙正极性50%操作冲击击穿电压与波前时间的关系本课件是可编辑的正常PPT课件操作冲击电压极不均匀电场气隙的击穿特性50％击穿电压极小值的经验公式对于1∼20m的长间隙计算结果和试验结果很好地符合

(kV)本课件是可编辑的正常PPT课件

2.3大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正2.3.1对空气密度的校正2.3.2对湿度的校正2.3.3对海拔高度的校正本课件是可编辑的正常PPT课件大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正

大气条件主要是指气压、温度、湿度等条件，这些条件会影响间隙的击穿电压，海拔高度也有类似的影响。由于大气的压力、温度、湿度等条件都会影响空气的密度、电子自由行程长度、碰撞电离及附着过程，所以也必然会影响气隙的击穿电压。海拔高度的影响亦与此类似，因为随着海拔高度的增加，空气的压力和密度均下降。因此，对气隙击穿特性的校正包含以下几个条件：空气密度湿度海拔高度本课件是可编辑的正常PPT课件

2.4提高气体介质电气强度的方法2.4.1改进电极形状以改善电场分布2.4.2利用空间电荷改善电场分布2.4.3采用屏障2.4.4采用高气压2.4.5采用高电气强度气体2.4.6采用高真空本课件是可编辑的正常PPT课件改进电极形状以改善电场分布增大电极曲率半径减小表面场强。如变压器套管端部加球形屏蔽罩；采用扩径导线等改善电极边缘电极边缘做成弧形；尽量使其与某等位面相近使电圾具有最佳外形如穿墙高压引线上加金属扁球；墒洞边缘做成近似垂接线旋转体500kV、四分裂导线双串悬垂链端的附加金具本课件是可编辑的正常PPT课件利用空间电荷改善电场分布极不均匀电场中击穿前发生电晕放电，利用放电产生的空间电荷改善电场分布，提高击穿电压直径D＝20、16mm时，击穿电压曲线的直线部分和尖一板间隙相近导线直径减为3mm以至0.5mm时，击穿电压曲线的直线部分陡度大为增加，曲线逐渐与均匀电场中的相近——“细线效应”本课件是可编辑的正常PPT课件采用屏障在电场极不均匀的气隙中，放入薄片固体绝缘材料（例如纸或纸板），在一定条件下，可以显著提高气隙的击穿电压原理是屏障积聚空间电荷，改善电场分布随着屏障位置不同，击穿电压发生很大的变化，尖电极的极性不同，屏障的影响也有别在“正棒—负棒”气隙中设置屏障前后的电场分布本课件是可编辑的正常PPT课件采用屏障尖电极为正极性屏障离尖电极过近，屏障效应将减弱尖电极为负极性屏障离尖电极过近，仍有相当的屏降效应屏障离开尖电极一定距离，设置屏障反而降低间隙的击穿电压屏障的安装位置对“棒—板”气隙直流击穿电压的影响本课件是可编辑的正常PPT课件采用屏障工频电压下屏障的作用设置屏障可以显著提高间隙的击穿电压。雷电冲击电压下屏障的作用尖电极具有正极性时，设置屏障可显著提高间隙的击穿电压负极性时设置屏障后，间隙的击穿电压和没有屏障时相差不多本课件是可编辑的正常PPT课件采用高气压减小电子的平均自由行程，削弱电离过程例：大气压力下空气的电气强度仅约为变压器油的1/5∼1/8，提高压力至1∼1.5MPa，空气的电气强度和一般的液、固态绝缘材料如变压器油、电瓷、云母等的电气强度相接近压缩空气绝缘及其它压缩气体绝缘在一些电气设备中已得到采用高压空气断路器、高压标准电容器等某些电介质在均匀电场中的击穿电压与极间距离的关系Tcr—波前时间；T2—半峰值时间；Um—冲击电压峰值本课件是可编辑的正常PPT课件采用高气压在小于1MPa的压力范围内，击穿场强的提高遵循巴申定律，并且击穿场强和气压成正比。从1MPa开始，实验结果和巴申定律的分歧就逐渐明显了。增加呈饱和趋势电极表面状态对击穿电压的影响比常压下显著在均匀电场中不同极间距离下空气间隙的击穿电压和pd的关系强场发射：106kV/cm本课件是可编辑的正常PPT课件采用高气压电极面积的影响随气压的增高越显著面积效应：在不影响电场分布的情况下，电极面积愈大，气隙的击穿电压愈低，面积增大到很大时，击穿电压趋于稳定值在设计电极面积较大、工作在高气压下的设备，不能将小面积时的测试结果简单推广到大面积的工程应用在均匀电场中不同极间距离下空气间隙的击穿电压和pd的关系本课件是可编辑的正常PPT课件采用高气压提高气压后，间隙的击穿电压将高于大气压力下的数值，但其提高程度不如均匀电场电场均匀程度对击穿电压的影响比在常压下要显著得多，电场均匀程度下降，击穿电压将剧烈降低设计充有高气压气体的电气设备，应尽量提高其电场的均匀度本课件是可编辑的正常PPT课件采用高电气强度气体含卤族元素的气体化合物，如六氟化硫（SF6）、氟利昂（CCl2F2）等，其电气强度比空气的要高很多。称为高电气强度气体含有卤族元素，气体具有很强的电负性，气体分子容易和电子结合成为负离子，削弱电子的碰撞电离能力，同时又加强复合过程气体的分子量比较大，分子直径较大，电子在其中的自由行程缩短，不易积聚能量，从而减少其碰撞电离能力电子和这些气体的分子相遇时，还易于引起分子发生极化等过程，增加能量损失，从而减弱其碰撞电离能本课件是可编辑的正常PPT课件采用高电气强度气体对高强度气体的要求液化温度要低采用高电气强度气体时，常常同时提高压力，以便更大程度的提高间隙的击穿电压，缩小设备的体积和重量。所以这些气体的液化温度要低，以便在较低的运行温度下，还能施加相当的压力具有良好的化学稳定性，不易腐蚀设备中的其它材料，无毒，不会爆炸，不易燃烧，即使在放电过程中也不易分解等经济上应当合理，价格便宜，能大量供应本课件是可编辑的正常PPT课件采用高真空采用高度真空可以提高气隙的击穿电压，变化规律如图原因：削弱间隙中的碰撞电离过程，从而显著增高间隙的击穿电压本课件是可编辑的正常PPT课件采用高真空高真空中击穿机理发生了改变距离较小时，阴极强场放射密切有关距离较大时，击穿是由“全电压效应”引起的分散性很大：电极材料、电极表面的光洁度及清洁度

仅某些特殊领域，如真空断路器中用作灭弧和绝缘，普遍应用本课件是可编辑的正常PPT课件

2.5绝缘气体和气体绝缘电气设备2.5.1SF6气体的绝缘性能2.5.2SF6气体理化特性方面的若干问题2.5.3SF6混合气体2.5.4气体绝缘电气设备本课件是可编辑的正常PPT课件SF6气体的绝缘性能工程上已得到采用的是六氟化硫（SF6）。SF6除了其电气强度很高以外，还具有优良的灭弧性能，很适合用于高压断路器中SF6已不仅用来制作单台电气设备（如SF6断路器、避雷器、电容器等），而且发展成了各种组合设备，即将整套送变电设备组成一体，密封后充以SF6气体，如全封闭组合电器、气体绝缘变电所、充气输电管道等。这些SF6组合设备具有很多优点，如可大大节省占地面积、简化运行维护等等本课件是可编辑的正常PPT课件SF6气体的绝缘性能电场特性适用于均匀电场和稍不均匀电场极性效应，SF6气体绝缘结构的绝缘水平由负极性电压决定时间特性，统计时延及其分散性增大，气隙总的击穿时间及其分散性增大压力特性，较为适宜的范围：0.1MPa<p20<0.4MPa本课件是可编辑的正常PPT课件SF6气体理化特性方面的若干问题液化问题高寒地区需要对断路器采取加热措施，或采用SF6-N2混合气体来降低液化温度毒性分解物使SF6气体分解的原因有三，即电子碰撞、热和光辐射。

SF6气体的分解物有毒对材料有腐蚀作用，因此通常采用吸附剂来消除。含水量水分会影响SF6的分解物，且会与HF形成氢氟酸，引起材料的腐蚀和导致机械故障，因此需控制气体含水量本课件是可编辑的正常PPT课件SF6混合气体与纯SF6气相比混合气SF6-N2的绝缘能力对电场不均匀性的敏感度较小，无论是电极表面的粗糙度还是自由导电微粒的存在，使混合气体系统绝缘强度的损失，均比纯SF6气系统的损失少，因而使用SF6-N2混合气体，不仅可降低成本，还可相对提高绝缘的可靠性。1—纯N2；2—SF6含量为10%；3—SF6含量为25%；4—SF6含量为50%；5—纯SF6本课件是可编辑的正常PPT课件气体绝缘电气设备封闭式气体绝缘组合电器大大节省占地面积和空间体积；运行安全可靠；有利于环境保护，使运行人员不受电场和磁场的影响；安装工作量小、检修周期长气体绝缘管道输电线电容量小；损耗小；传输容量大；能用于大落差场合气体绝缘变压器GIT是防火防爆型变压器，特别适合城市高层建筑的供电和地下矿井；气体传递振动的能力比液体小，噪声小；气体介质不会老化，简化了维护工作本课件是可编辑的正常PPT课件第三章

液体电介质的电气性能3.1液体电介质的极化和损耗3.2液体电介质的电导3.3液体电介质的击穿3.4变压器油及其特性本课件是可编辑的正常PPT课件

3.1液体电介质的极化和损耗3.1.1液体电介质的介电常数3.1.2液体电介质的损耗本课件是可编辑的正常PPT课件液体电介质的极化和损耗电介质中某一点的宏观电场强度E，是指极板上的自由电荷以及电介质中所有极化形成的偶极矩共同在该点产生的场强。对于充以电介质的平板电容器，如果介质是连续均匀线性的，则可运用电场叠加原理。

液体电介质的介电常数该点场强的大小与液体电介质中的极化强度密切相关，直接决定了材料的相对介电常数。本课件是可编辑的正常PPT课件液体电介质的极化和损耗非极性液体电介质：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。极性液体介质：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，在高压绝缘中很少应用。影响极性液体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。

液体电介质的介电常数本课件是可编辑的正常PPT课件液体电介质的极化和损耗介质损耗：在电场作用下电介质中总有一定的能量损耗，包括由电导引起的损耗和某些有损极化（例如偶极子、夹层极化）引起的损耗，总称介质损耗。直流下：电介质中没有周期性的极化过程，只要外加电压还没有达到引起局部放电的数值，介质中的损耗将仅由电导组成，所以可用体积电导率和表面电导率说明问题，不必再引入介质损耗这个概念了。

液体电介质的损耗本课件是可编辑的正常PPT课件液体电介质的极化和损耗交变电场，电介质能量损耗包括：电导损耗

通过电介质的贯穿性泄漏电流所引起的能量损耗。极化损耗

在交流电压下，由周期性极化所引起的能量损耗。

液体电介质的损耗因此，电介质在交流电压作用下，产生的有功功率损耗，称为介质损耗，它包括电导损耗、极化损耗。本课件是可编辑的正常PPT课件液体电介质的极化和损耗非极性和弱极性液体电介质的极化主要是电子位移极化，而偶极子极化对极化的贡献甚微。在工频等较低频率下两种极化均能及时建立，相对介电常数与频率无关（εr=εs）由于电子位移极化为无损极化，介质损耗主要来源于电导损耗，所以介质损耗角正切为

液体电介质的损耗极性液体电介质的介质损耗与黏度有关。如果黏度相当大，那么分子极化跟不上电场的变化；如果黏度很小，那么分子定向转动时无摩擦。对这两种情况，偶极子转向极化引起的损耗都很小。本课件是可编辑的正常PPT课件

3.2液体电介质的电导3.2.1液体电介质的离子电导3.2.2液体电介质的电泳电导与华尔顿定律3.2.3液体电介质在强电场下的电导本课件是可编辑的正常PPT课件液体电介质的电导

液体电介质中的离子电导电导率表征电介质导电性能的主要物理量，其倒数为电阻率。任何电介质都有电导按载流子的不同，电介质电导分为离子电导、电子电导、电泳电导本征离子电导：极性电介质有较大的本征离子电导，电阻率1010～1014Ωcm。

杂质离子电导：在中性和弱极性电介质中，主要是杂质离子电导，电阻率1017～1019Ωcm。本课件是可编辑的正常PPT课件液体电介质的电导

液体电介质中的电泳电导电泳电导：载流子为带电的分子团，通常是乳化状态的胶体粒子（例如绝缘油中的悬浮胶粒）或细小水珠，他们吸附电荷后变成了带电粒子。本课件是可编辑的正常PPT课件

3.3液体电介质的击穿3.3.1高度纯净去气液体电介质的电击穿理论3.3.2含气纯净液体电介质的气泡击穿理论3.3.3工程用液体电介质的杂质击穿3.3.4减小杂质影响的措施本课件是可编辑的正常PPT课件液体电介质的击穿一旦作用于固体和液体介质的电场强度增大到一定程度时，在介质中出现的电气现象就不再限于前面介绍的极化、电导和介质损耗了。与气体介质相似，液体和固体介质在强电场(高电压)的作用下，也会出现由介质转变为导体的击穿过程。

从击穿机理的角度，可将液体电介质分为两类：纯净液体电介质非纯净液体电介质(工程用)本课件是可编辑的正常PPT课件液体电介质的击穿纯净液体电介质的击穿理论电击穿理论（电子碰撞电离理论）：在外电场足够强时，液体中因强场发射等原因产生的电子，电子在碰撞液体分子可引起电离，使电子数倍增，形成电子崩。导致液体介质击穿。击穿特点：和长空气间隙的放电过程很相似本课件是可编辑的正常PPT课件液体电介质的击穿气泡击穿理论（小桥理论）

纯净的液体介质由于某种原因出现了气泡，在交流电压下，串联介质中电场强度的分布与介质的εr

成反比。由于气泡的εr

最小，其击穿强度又比液体介质低很多，所以气泡必先发生电离。

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。

本课件是可编辑的正常PPT课件液体电介质的击穿纯净油的电气强度：相当高，可达800～1000kV/cm，但提取工艺相当复杂。电气设备在制造过程中难免混入杂质，运行中也会老化而分解出气体和聚合物（蜡状物）。因此，工程上用的绝缘油总是含有一些气体和杂质。非纯净液体电介质（工程用液体电介质）本课件是可编辑的正常PPT课件液体电介质的击穿工程用液体电介质的杂质击穿油中的杂质：水分、固体绝缘材料（如纸、布）脱落纤维、液体本身老化分解。“杂质小桥”的形成：由于水和纤维的介电常数分别为81和6～7，比油的介电常数1.8～2.8大得多，从而这些杂质容易极化并在电场方向定向排列成小桥--杂质的“小桥”。本课件是可编辑的正常PPT课件液体电介质的击穿工程用液体电介质的杂质击穿水在变压器油中有两种状态：溶解状态：高度分散、且分布非常均匀；悬浮状态：呈水珠状一滴一滴悬浮在油中。水分和其他杂质本课件是可编辑的正常PPT课件液体电介质的击穿工程用液体电介质的杂质击穿若气体和水分溶于液体介质则对Ub影响不大；若呈悬浮状态则将形成小桥使Ub明显下降。含水继续增多仅增加几条击穿并联通道，

Ub不再下降当有纤维存在时，水分影响特别明显本课件是可编辑的正常PPT课件液体电介质的击穿干燥的油潮湿的油在0～60℃时，t↑→Ub↑↑(油中悬浮水分溶解)温度更高>80℃，

t↑→Ub↓(油中水分汽化增多)油温度的影响本课件是可编辑的正常PPT课件液体电介质的击穿油体积的影响油的击穿强度随间隙中油体积的增加而明显下降，这是间隙中杂质出现的概率随着油体积的增大而增大的缘故。变压器油中对于极不均匀电场的体积效应弱于稍不均匀电场。电场越均匀，杂质对击穿电压的影响越大，击穿电压的分散性也越大；而在不均匀电场中，杂质对击穿电压的影响较小。变压器油中水分含量为31×10-6

时的Ub与d的关系本课件是可编辑的正常PPT课件液体电介质的击穿电压形式的影响油隙的击穿电压会随电压作用时间的增加而下降，加电压时间还会影响油的击穿性质。电压作用时间为数十到数百微秒时，杂质的影响还不能显示出来，仍为电击穿，击穿电压很高。这时影响油隙击穿电压的主要因素是电场的均匀程度电压作用时间更长时，杂质开始聚集，油隙的击穿开始出现热过程，于是击穿电压再度下降，为热击穿。稍不均匀电场中变压器油的击穿电压与极间距离的关系本课件是可编辑的正常PPT课件液体电介质的击穿减小杂质影响的措施过滤。使油以一定的压力从滤油机内的滤纸上流过，从而把纤维、炭粒及其他固态杂质去除，同时油中的绝大部分水分及有机酸等被吸附到滤纸上。防潮。绝缘件必须干燥后才能浸油，有条件的可采用真空干燥法除去水分。祛气。对油进行加热、喷为雾状、抽真空可脱除油品中的水分、气体。固体绝缘介质阻挡。通常采取的措施有覆盖层、绝缘层、屏障等。覆盖层多用于均匀或者稍不均匀电场的电极上，材质可为电缆纸、黄蜡布或者漆膜等。本课件是可编辑的正常PPT课件

3.4变压器油及其特性3.4.1变压器油的主要作用3.4.2变压器油的特性要求3.4.3矿物油和植物油的对比本课件是可编辑的正常PPT课件变压器油及其特性变压器油的主要作用绝缘作用。变压器油具有比空气高得多的绝缘强度。散热作用。变压器在工作时，会产生“铜耗”和“铁耗”，这些损耗均转化为热的形式，因此变压器会产生大量热量。消弧作用。油断路器及变压器有载调压开关上的触头切换时可能会产生电弧。信息载体。变压器的内部故障难以通过直接的监测设备得到，然而变压器中的大多数故障都伴随着变压器油的过热分解，区别在于不同的故障类型所产生的分解产物有所不同，因此可以通过监测变压器油的相关性能指标的变化，对设备的运行状态做出判断。本课件是可编辑的正常PPT课件变压器油及其特性变压器油的性能要求良好的绝缘性能。变压器油的绝缘性能一般用击穿电压（或介电强度）、介质损耗因数等来评定。适中的黏度。黏度直接影响变压器油的流动性，流动性会影响变压器的散热。凝固点应尽量低。凝固点主要影响变压器油的许用温度，凝固点越低，变压器工作温度的下限越低，可以在寒冷地区使用。酸、碱、硫、灰分等杂质含量越低越好。安定度不应太低。安定度一般以酸价实验中的沉淀物来表示，它代表油脂抗老化性能。本课件是可编辑的正常PPT课件变压器油及其特性矿物油和植物油的对比矿物油和植物油的主要差异：电气性能抗燃性能降解性能原料来源本课件是可编辑的正常PPT课件第四章

固体电介质的电气性能4.1固体电介质的极化和损耗4.2固体电介质的电导4.3固体电介质的击穿4.4固体电介质的老化4.5常见固体电介质本课件是可编辑的正常PPT课件固体电介质的极化和损耗概述气、固、液三种电介质中，固体密度最大，耐电强度最高空气的耐电强度一般在3~4kV/mm左右液体的耐电强度在10~20kV/mm固体的耐电强度在十几至几百kV/mm固体电介质的击穿过程最复杂，且击穿后是唯一不可恢复的绝缘普遍规律：介质的击穿总是从电气性能最薄弱的缺陷处发展起来的，这里的缺陷可指电场的集中，也可指介质的不均匀性本课件是可编辑的正常PPT课件

4.1固体电介质的极化和损耗4.1.1固体电介质的介电常数4.1.2固体电介质的损耗本课件是可编辑的正常PPT课件固体电介质的极化和损耗固体电介质的介电常数

电介质的介电常数也称为电容率，是描述电介质极化的宏观参数。电介质极化的强弱可用介电常数的大小来表示，它与该介质分子的极性强弱有关，还受到温度、外加电场频率等因素的影响。电介质的相对介电常数为本课件是可编辑的正常PPT课件固体电介质的极化和损耗固体电介质的损耗在电场作用下没有能量损耗的理想介质是不存在的，实际电介质中总有一定的能量损耗，包括由电导引起的损耗和某些有损极化引起的损耗，总称为介质损耗。绝缘材料的介质损耗角正切就是损耗角δ的正切值，可直接用tanδ表示。固体无机电介质：无机晶体、无机玻璃、电工陶瓷固体有机电介质：聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、天然石蜡本课件是可编辑的正常PPT课件

4.2固体电介质的电导4.2.1固体电介质的离子电导4.2.2固体电介质的电子电导4.2.3固体电介质的表面电导本课件是可编辑的正常PPT课件固体电介质的电导固体电介质的离子电导离子电导类型晶体无机电介质：本征离子电导、弱束缚离子电导非晶体无机电介质：无机玻璃有机电介质本课件是可编辑的正常PPT课件固体电介质的电导固体电介质的电子电导在强电场作用下，固体电介质的电导模式以电子电导为主，这在禁带宽度较窄的介质及薄层介质上表现得较为明显。电介质的导电电子主要来源于电极与介质体内部的热电子发射、场致冷发射及碰撞电离过程，导电模型主要是自由电子气模型、能带模型及电子跳跃模型。本课件是可编辑的正常PPT课件固体电介质的电导固体电介质的表面电导电导率的影响因素电介质表面吸附水膜电介质分子结构：亲水电介质、疏水电介质电介质表面清洁度本课件是可编辑的正常PPT课件

4.3固体电介质的击穿4.3.1电击穿的基本理论4.3.2热击穿的基本理论4.3.3电化学击穿的基本理论本课件是可编辑的正常PPT课件固体电介质的击穿在电场作用下，固体介质可能因以下过程而被击穿：

电过程（电击穿）

t<0.2s

热过程（热击穿）

t>0.2s

电化学过程（电化学击穿）

数十小时本课件是可编辑的正常PPT课件固体电介质的击穿电击穿固体电介质中发生碰撞电离-----固体电介质中存在少量传导电子，在电场加速下与晶格结点上的原子碰撞电击穿理论本身又分为两种解释碰撞电离的理论

本征电击穿理论雪崩击穿理论本课件是可编辑的正常PPT课件固体电介质的击穿电击穿本征电击穿理论：在某一场强值内，上述关系式成立，获得和失去的能量平衡，超过则不成立，引起破坏，称之为固有击穿理论雪崩击穿理论：当上述平衡破坏后，电子整体上得到加速，与晶格产生碰撞电离，反复碰撞形成电子崩，电场作用下给电子注入能量激增，导致介质结构破坏，称之为雪崩击穿理论本课件是可编辑的正常PPT课件固体电介质的击穿电击穿的特点作用时间：电压作用时间短，击穿电压高介质特性：介质内含气孔或其它缺陷，对电场造成畸变，导致介质击穿电压降低电场均匀：电场的均匀程度影响极大累积效应：在极不均匀电场中、冲击电压作用下，介质有明显的不完全击穿现象，导致绝缘性能逐渐下降，称为累积效应。介质击穿电压会随冲击电压施加次数的增多而下降无关因素：击穿电压和介质温度、散热条件、介质厚度、频率等因素都无关本课件是可编辑的正常PPT课件固体电介质的击穿热击穿介质不断发热升温过程：介质损耗-----介质逐渐发热升温-----介质电阻的下降，使电流进一步增大-----损耗发热也随之增大电介质向外不断散热的过程：通过电极及其它介质向外散热同一时间内发热超过散热，则介质温度会不断上升，以致引起电介质分解炭化，最终击穿，这一过程称电介质的热击穿过程本课件是可编辑的正常PPT课件固体电介质的击穿热击穿曲线1,2,3：电介质发出热量Q与介质中最高温度tm的关系直线4：介质中最高温度大于周围环境温度t0时，散出的热量Q与介质中最高温度tm的关系电压：U1＞U2＞U3热击穿过程中的发热量曲线和散热量曲线本课件是可编辑的正常PPT课件固体电介质的击穿热击穿曲线1：发热永远大于散热，介质温度将不断升高，在电压U1下最终必定发生热击曲线2：与直线4相切U2

为临界热击穿电压；tk为临界热击穿温度热击穿过程中的发热量曲线和散热量曲线本课件是可编辑的正常PPT课件固体电介质的击穿热击穿曲线3：两个热平衡t>tb时：情况类似曲线1，最终发生热击穿t=tb时：发热等于散热，但因扰动使t大于tb，则介质温度上升，回不到tb，直至热击穿。称tb为不稳定热平衡点t0≤t<tb时：通过周围介质的散热调节，介质温度将逐渐稳定在ta，称ta为稳定热平衡点本课件是可编辑的正常PPT课件固体电介质的击穿电化学击穿概念：在电场的长时间作用下逐渐使介质的物理、化学性能发生不可逆的劣化，最终导致击穿，这过程称电老化电老化的类型：电离性老化、电导性老化和电解性老化。前两种主要在交流电压下产生，后一种主要在直流电压下产生本课件是可编辑的正常PPT课件固体电介质的击穿电化学击穿树老化类型电树老化和水树老化树老化的原因电离性老化：介质夹层或介质内部存在气隙或气泡，发生电离，造成邻近绝缘物的分解、破坏，表现为变酥、炭化等形式，并沿电场方向逐渐向绝缘层深处发展，在有机绝缘材料中会呈树枝状发展，称作“电树枝”导性老化：介质中存在液态导电物质（例如水），当该处场强超过某定值时，该液体会沿电场方向逐渐深入到绝缘层中，形成近似树枝状的痕迹，称作“水树枝”本课件是可编辑的正常PPT课件固体电介质的击穿电化学击穿电极尖端有、无气隙时的电树枝35kV聚乙烯电缆中的杂质电树枝状态本课件是可编辑的正常PPT课件

4.4固体电介质的老化4.4.1固体电介质的环境老化4.4.2固体电介质的电老化4.4.3固体电介质的热老化本课件是可编辑的正常PPT课件固体电介质的老化固体电介质的环境老化

电气设备在长期运行中，其介质不可避免的要承受热的、电的、化学的和机械力的作用。在这些因素的作用下，介质的物理性能逐渐劣化，如变酥、变脆、起层等，电气性能逐渐降低，如电导变大、损耗增加和绝缘强度下降。这种现象称为电介质的老化。老化形式：电老化（局