电介质绝缘特性-气体的绝缘特性（高电压技术课件）

电介质绝缘特性操作冲击电压下空气的击穿电压一、操作冲击电压下空气的击穿电压电力系统在操作或发生事故时，因状态发生突然变化引起电感一电容回路的振荡产生过电压，称为操作冲击电压(或操作过电压)。操作过电压峰值有时可高达相电压的3－3.5倍。因此，为保证安全运行，对于超高压电气设备需要考察其绝缘耐受操作过电压的能力。（1）标准操作冲击电压波形IEC推荐了250／2500μs的操作冲击电压标准波形，标准中也采用了这个标准波形。（2）操作冲击击穿电压的特点曲线操作冲击电压下击穿的U形曲线

操作冲击电压下的极性效应更加显著击穿电压具有明显的饱和现象极性效应饱和击穿电压的分散性大分散

通过本知识点的学习，使学生了解操作过冲击电压的定义，掌握操作冲击电压下的特点，为今后的课程学习打下良好的基础。电介质绝缘特性伏秒特性曲线的应用一、伏秒特性的概念

一般用同一波形下，间隙上出现的电压最大值和间隙击穿时间的关系来表示间隙的冲击绝缘特性，此曲线称为间隙的伏秒特性。二、伏秒特性曲线1）伏秒特性曲线用实验方法求取。对同一间隙，施加一系列标准波形的冲击电压，使间隙击穿，用示波器来观察。

2）由于击穿时间具有分散性，所以在每级电压下可得到一系列击穿时间。实际上伏秒特性曲线是以上、下包络线为界的一个带状区域。三、伏秒特性的应用1）间隙伏秒特性曲线的形状取决于电极间电场的分布。在极不均匀电场中伏秒特性曲线随击穿时间的减少而明显上翘；在均匀和稍不均匀电场中伏秒特性曲线比较平坦。2）伏秒特性对于比较不同设备绝缘的冲击击穿特性有重要意义

如果一个电压同时作用在两个并联的绝缘结构上，其中一个绝缘结构先击穿，则电压被截断短接，另一个绝缘结构就不会再被击穿，称前者保护了后者。

通过本知识点的学习，使学生掌握伏秒特性曲线的概念和应用，为今后的课程学习打下良好的基础。电介质绝缘特性雷电冲击电压下空气的击穿电压一、雷电冲击电压下空气的击穿电压

电力系统中，雷电冲击电压是由雷云放电引起的，其持续时间极短，只有约几个微秒到几十个微秒，可与击穿所需的时间相比拟，故空气间隙在雷电冲击电压作用下的击穿具有与持续电压作用下不同的特点。（1）标准雷电冲击电压波形正极性和负极性的标准波形简单表示为+1.2／50μs或－1.2／50μs。（2）击穿时间t0升压时间

统计时延放电形成时延tstf（2）50％冲击击穿电压及冲击系数

1)50％冲击击穿电压

由于放电时延t1具有分散性，在间隙上多次施加同一电压，有时击穿，有时不击穿。冲击电压值越大，T越大，击穿概率越大。工程上采用了击穿概率为50％的冲击电压来表示绝缘耐受冲电压的大小，用U50％表示。

2)冲击系数β

冲击系数β表示50％冲击击穿电压U50％与静态击穿电压U0的比值，即:

通过本知识点的学习，使学生了解雷电过冲击电压的定义，掌握雷电冲击电压下空气击穿的过程，为今后的课程学习打下良好的基础。电介质绝缘特性提高气体间隙击穿电压的方法（一）改进电极形状

改进电极形状、增大电极曲率半径，以改善电场分布，提高间隙的击穿电压。同时，电极表面应尽量避免存在毛刺、棱角等以消除电场局部增强的现象。(二）极不均匀电场中屏障的采用

在电场极不均匀的空气间隙中，放人薄片固体绝缘材料(如纸或纸板)，在一定条件下可以显著地提高间隙的击穿电压。（三）高气压的采用

由巴申定律可知：在均匀电场中提高气体的压力，可以提高气体的击穿电压。因为气压增大后分子的密度加大，电子的平均自由行程缩小，从而减弱了游离过程。在一定气压范围内，增大气体压力对提高间隙的击穿电压是极为有效的（四）高真空的采用采用高真空的情况与提高气压的情况相似，也是削弱了间隙中气体的游离过程。因为这时虽然电子的自由行程变得很大，但间隙中已无气体分子可供碰撞，因此游离过程无从发展，从而可以显著提高间隙击穿电压。（五）高电气强度气体(SF6)的采用六氟化硫(SF6)和其他一些含卤族元素的气体化合物都是高电气强度气体。具有较高的电气强度是因为它们具有很强的电负性，容易吸附电子成为负离子，从而削弱了游离过程，同时也加强了复合过程；另外，这些气体具有较大的分子量和分子直径，电子在其中运动时平均自由行程较短，不易积聚能量，从而减小了其碰撞游离能力。

通过本知识点的学习，使学生掌握提高气体间隙间隙击穿电压的基本方法，为今后的课程学习打下良好的基础。电介质绝缘特性常用的绝缘子材料一、电工陶瓷

电工陶瓷是无机介质，由石英、长石和黏土做原料焙烧而成，能耐受不利的大气环境，不受酸碱污秽的侵蚀，抗老化性能好，具有足够的电气和机械强度。电工陶瓷是一种脆性材料，抗压强度比抗拉强度大得多。二、钢化玻璃

有和电工陶瓷同样的环境稳定性，而且工艺简单。经过退火和钢化处理后，钢化玻璃的机械强度比普通的瓷还高1～2倍，电气性能也好于瓷。输电线路采用钢化玻璃绝缘子还有一个优点，就是损坏后具有“自爆”的特性，便于巡线时及时发现。三、有机合成绝缘子

由环氧树脂和硅橡胶伞裙护套构成的有机合成绝缘子是新一代绝缘子，具有重量轻、机械强度高、制造方便，污闪能力强等明显优点。它的出现打破了无机材料在高压外绝缘一统天下的局面，在我国及许多国家得到大量应用，显示出迅猛的发展势头和良好的发展前景。

通过本知识点的学习，使学生了解常用绝缘子的材料，掌握绝缘子今后的发展方向，为今后的课程学习打下良好的基础。电介质绝缘特性极不均匀电场中的沿面放电一、套管的沿面放电(电场具有强垂直分量)电晕放电刷型放电滑闪放电闪络

(一）放电过程

(二）提高套管沿面闪络电压的方法二、支柱绝缘子的沿面放电(电场具有弱垂直分量)

支柱绝缘子介质表面的电场分布极不均匀，介质表面电荷的堆积已不会再造成电场更大的改变。另外，支持绝缘子表面电场的垂直分量小，沿固体介质表面没有较大的电容电流流过，放电过程中不会出现热游离现象，故没有明显的滑闪放电。

(二）提高支柱绝缘子沿面闪络电压的方法三、悬式绝缘子串的沿面放电(电场具有弱垂直分量)悬式绝缘子串的表面电场的垂直分量也很小(与支柱绝缘子一样)，沿固体介质表面也没有较大的电容电流流过，放电过程中不会出现热游离现象，故没有明显的滑闪放电，因而垂直于放电发展方向的介质厚度对放电电压实际上没有影响。

(二）提高悬式绝缘子串沿面闪络电压的方法

330kV及以上电压等级的线路可考虑使用均压环来改善绝缘子串的电压分布。

通过本知识点的学习，使学生掌握极不均匀电场中的沿面放电的基本知识，熟悉提高沿面放电电压的基本方法，为今后的课程学习打下良好的基础。电介质绝缘特性均匀电场中的沿面放电一、均匀电场中的沿面放电

使固体介质表面的气体发生闪络时的电压称为固体介质的沿面闪络电压。二、沿面放电击穿电压大小

放电总是发生在固体介质表面，而且沿固体表面的闪络电压比纯空气间隙的击穿电压要低得多。原因分析：1）固体介质表面会吸附气体中的水分形成水膜。水膜中的离子在电场中沿介质表面移动，电极附近逐渐积累起电荷，使介质表面电压分布不均匀，从而使沿面闪络电压低于空气间隙的击穿电压。

2）介质表面电阻不均匀和介质表面有伤痕裂纹，也会畸变电场的分布，使闪络电压降低。

3）固体介质与电极表面接触不良，在它们之间存在气隙。气隙处场强大，极易发生游离，产生的带电质点到达介质表面，会畸变原电场的分布，使闪络电压降低。

通过本知识点的学习，使学生掌握均匀电场中的沿面放电的基本知识，为今后的课程学习打下良好的基础。电介质绝缘特性提高绝缘子污闪电压的方法一、污秽时绝缘子的沿面放电过程

污层湿润度不断增大，泄漏电流逐渐变大，在一定电压下能维持的局部电弧长度亦不断增加，一旦局部电弧达到某一临界长度时，弧道温度已很高，弧道的进一步伸长就不再需要更高的电压，此时电弧将自动延伸直至贯通两极，导致沿面闪络。二、提高绝缘子污闪电压的方法增加爬电距离加强清扫绝缘子表面涂憎水性涂料采用人工合成绝缘子爬扫涂合

爬电距离是指两极问的沿面最短距离。增加爬电距离，可直接加大沿面电阻，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。

定期或不定期清扫，人工除去绝缘子表面污秽，可以提高闪络电压。就我国的污秽情况与气象情况而言，清扫最有效的季节在积污严重而降雨尚未到来的冬季。

在绝缘子表面涂上一层憎水性涂料，使受潮的污秽层形不成连续导电膜，抑制了泄漏电流，从而可提高闪络电压。硅油和地蜡涂料的寿命短，RTV涂料(室温硫化硅橡胶涂料)的寿命较长。

用耐老化性能极好，憎水性很强的硅橡胶制造绝缘子，其污闪电压是瓷绝缘子的两倍以上。

通过本知识点的学习，使学生熟悉污闪绝缘子的放电过程，掌握提高绝缘子污闪电压的方法，为今后的课程学习打下良好的基础。电介质绝缘特性均匀电场中气体的击穿过程一、汤逊理论

定义：在均匀电场、低气压、短间隙的条件下进行了放电实验，根据实验结果提出了解释气体放电过程的理论，称为汤逊理论(亦称电子崩理论)。（一）均匀电场中气体的伏安特性（二）汤逊理论电子崩形成示意图1-外界游离因数；2—起始电子；3—电子崩1、电子崩形成2、放电二、巴申定律

定义：早在汤逊理论提出之前，巴申就从实验中总结出了击穿电压Ub是气压p和间隙距离d乘积的函数，即Ub=f（pd）三、流注理论1）定义：流注理论认为电子的碰撞游离和空间光游离是形成自持放电的主要因素，空间电荷对电场的畸变作用是产生光游离的重要原因。

2）流注的形成和发展

通过本知识点的学习，使学生了解气体击穿的发展过程，掌握均匀电场中气体的击穿过程原理，为今后的课程学习打下良好的基础。电介质绝缘特性流注理论对放电现象的解释为什么比较切合实际（1）放电外形。pd很大时，放电具有通道形式，这从流注理论中可以得到说明。流注中的电荷密度很大，电导很大，故其中电场强度很小。流注出现后，将减弱其周围空间的电场(但加强了其前方电场)，并且这一作用伴随着流注的发展而更为强大。因此，电子崩形成流注后，当某个流注由于偶然原因发展更快时，它就将抑制其他流注的形成和发展，并且随着流注的向前推进，这种作用将越来越强烈。（2）放电时间。光子以光速传播，所以流注发展速度极快，这可以说明pd很大时放电时间特别短的现象。（3）阴极材料。根据流注理论，维持放电自持的是空间光游离，而不是阴极表面的游离过程。这就说明了为什么当pd较大时，击穿电压和阴极材料基本无关；而当pd较小，或压力小，或距离小时，电子崩发出的光子容易到达阴极，而不易被气体分子吸收，从而引起阴极表面游离，于是击穿电压和阴极材料有关。

通过本知识点的学习，使学生了解流注理论的放电原理，掌握流注理论放电的应用，为今后的课程学习打下良好的基础。电介质绝缘特性气体中带电质点的产生与消失一、气体中带电质点的产生（1）按照能量来源的不同，游离形式可分为:

光游离

热游离表面游离碰撞游离（2）金属表面游离所需能量获得途径：中和二、气体中带电质点的消失带点质点受电场力的作用流入电极带电质点的扩散带电质点的复合扩散复合

通过本知识点的学习，使学生了解气体中带电质点的产生条件，掌握气体中带电质点的产生和消失的方法，为今后的课程学习打下良好的基础。电介质绝缘特性汤逊理论能解释任何情况下的放电一、讨论汤逊理论能解释任何情况下的放电

汤逊理论是在间隙的pd值较小的条件下提出的，当pd值较大时，气压高或距离大，这时气体击穿的很多实验现象无法用汤逊理论来解释。（1）放电外形：高气压时，放电外形为有分支的细通道，而按照汤逊放电理论，放电应在整个电极空间连续进行。（2）放电时间：根据出现