高電壓技術(shù)-第二章

1、在電氣設(shè)備中:外絕緣:一般由氣體介質(zhì)(空氣)和固體介質(zhì)(絕緣子)聯(lián)合構(gòu)成。內(nèi)絕緣:一般由固體介質(zhì)和液體介質(zhì)聯(lián)合構(gòu)成。在電氣作用下，電介質(zhì)中出現(xiàn)的電氣現(xiàn)象可分為兩大類:弱電場電場強度比擊穿場強小得多極化、電導(dǎo)、介質(zhì)損耗等強電場電場強度等于或大于放電起始放電、閃絡(luò)、擊穿等場強或擊穿場強1.1 氣體放電的基本物理過程高壓電氣設(shè)備中的絕緣介質(zhì)有氣體、液體、固體以及其它復(fù)合介質(zhì)。由于氣體絕緣介質(zhì)不存在老化的問題，在擊穿后也有完全的絕緣自恢復(fù)特性，再加上其成本非常廉價，因此氣體成為了在實際應(yīng)用中最常見的絕緣介質(zhì)。氣體擊穿過程的理論研究雖然還不完善，但是相對于其他幾種絕緣材料來說最為完整。因此，高電壓絕緣的

2、論述一般都由氣體絕緣開始。1.1.1 帶電質(zhì)點的產(chǎn)生氣體放電是對氣體中流通電流的各種形式統(tǒng)稱。由于空氣中存在來自空間的輻射，氣體會發(fā)生微弱的電離而產(chǎn)生少量的帶電質(zhì)點。正常狀態(tài)下氣體的電導(dǎo)很小，空氣還是性能優(yōu)良的絕緣體；在出現(xiàn)大量帶電質(zhì)點的情況下，氣體才會喪失絕緣性能。1、氣體中電子與正離子的產(chǎn)生電離是指電子脫離原子核的束縛而形成自由電子和正離子的過程。電離可一次完成，也可以是先激勵再電離的分級電離方式。電離方式可分為 ： 光電離 碰撞電離 熱電離 分級電離電子在電場中的運動軌跡視頻連接（1）熱電離常溫下，氣體分子發(fā)生熱電離的概率極小。氣體中發(fā)生電離的分子數(shù)與總分子數(shù)的比值m稱為該氣體的電離度。

3、圖1-1 不同溫度下空氣和氣體的熱電離程度下圖為不同溫度下空氣和SF6氣體的熱電離程度。（2）光電離當滿足以下條件時，產(chǎn)生光電離式中： ：光的波長；c ：光速；光子來源Wi：氣體的電離能 外界高能輻射線氣體放電本身(1-2)iWhc(1-3)（3）碰撞電離電子或離子在電場作用下加速所獲得的動能1 2（ mv ）與質(zhì)點電荷量(e)、電場強度（E）以2及碰撞前的行程(x)有關(guān)即eExmv 221式中：e：電子的電荷量； E：外電場強度； x ：電子移動的距離(1-4)高速運動的質(zhì)點與中性的原子或分子碰撞時，如原子或分子獲得的能量等于或大于其電離能，則會發(fā)生電離。因此，電離條件為iWeEx為使碰撞能

4、導(dǎo)致電離，質(zhì)點在碰撞前必須經(jīng)過的距離為：式中Ui為氣體的電離電位，在數(shù)值上與以eV為單位的Wi相等xi的大小取決于場強E，增大氣體中的場強將使 xi值減少?？梢娞岣咄饧与妷簩⑹古鲎搽婋x的概率和強度增大。(1-4)EUEqWxieii（4）分級電離當逸出功電離能時，陰極表面電離可在下列情況下發(fā)生：正離子撞擊陰極表面光電子發(fā)射強場發(fā)射熱電子發(fā)射2、電極表面的電子逸出逸出功使電子從金屬表面逸出需要的能量。不同金屬的逸出功不同，如表1-2所示：金屬逸出功鋁1.8銀3.1銅3.9鐵3.9氧化銅5.3表1-2 一些金屬的逸出功（eV）電子從電極表面逸出所需的能量可通過下述途徑獲得 ：（1）正離子撞擊陰極（

5、2）光電子發(fā)射（3）強場發(fā)射（4）熱電子發(fā)射3、氣體中負離子的形成附著：電子與氣體分子碰撞時，不但有可能引起碰撞電離而產(chǎn)生出正離子和新電子，也可能發(fā)生電子附著過程而形成負離子。負離子的形成并未使氣體中帶電粒子的數(shù)目改變，但卻能使自由電子數(shù)減少，因而對氣體放電的發(fā)展起抑制作用。電子親合能：使基態(tài)的氣體原子獲得一個電子形成負離子時所放出的能量，其值越大則越易形成負離子。電子親合能未考慮原子在分子中的成鍵作用，為了說明原子在分子中吸引電子的能力，在化學(xué)中引入電負性概念。電負性：一個無量綱的數(shù)，其值越大表明原子在分子中吸引電子的能力越大 。1.1.2 帶電質(zhì)點的消失帶電質(zhì)點的消失可能有以下幾種情況：帶

6、電質(zhì)點受電場力的作用流入電極 ；帶電質(zhì)點因擴散而逸出氣體放電空間；帶電質(zhì)點的復(fù)合。復(fù)合：當氣體中帶異號電荷的粒子相遇時，有可能發(fā)生電荷的傳遞與中和，這種現(xiàn)象稱為復(fù)合。復(fù)合可能發(fā)生在電子和正離子之間，稱為電子復(fù)合，其結(jié)果是產(chǎn)生一個中性分子；復(fù)合也可能發(fā)生在正離子和負離子之間，稱為離子復(fù)合，其結(jié)果是產(chǎn)生兩個中性分子。帶電質(zhì)點的復(fù)合1.1.3 電子崩與湯遜理論氣體放電現(xiàn)象與規(guī)律因氣體的種類、氣壓和間隙中電場的均勻度而異。但氣體放電都有從電子碰撞電離開始發(fā)展到電子崩的階段。（1）非自持放電和自持放電的不同特點宇宙射線和放射性物質(zhì)的射線會使氣體發(fā)生微弱的電離而產(chǎn)生少量帶電質(zhì)點；另一方面、負帶電質(zhì)點又在不

7、斷復(fù)合，使氣體空間存在一定濃度的帶電質(zhì)點。因此，在氣隙的電極間施加電壓時，可檢測到微小的電流。1、放電的電子崩階段因素產(chǎn)生的帶電質(zhì)點全部進入電極，所以電流值僅取決于外電離因素的強弱而與電壓無關(guān)圖13 氣體間隙中電流與外施電壓的關(guān)系由圖1-3可見，（1）在I-U曲線的OA段：氣隙電流隨外施電壓的提高而增大，這是因為帶電質(zhì)點向電極運動的速度加快導(dǎo)致復(fù)合率減小。當電壓接近U A 時，電流趨于飽和，因為此時由外電離電過程又進入了一個新的階段。此時氣隙轉(zhuǎn)入良好的導(dǎo)電狀態(tài)，即氣體發(fā)生了擊穿。圖13 氣體間隙中電流與外施電壓的關(guān)系（2）在I-U曲線的B、C點：電壓升高至UB 時，電流又開始增大，這是由于電子

8、碰撞電離引起的，因為此時電子在電場作用下已積累起足以引起碰撞電離的動能。電壓繼續(xù)升高至U0 時，電流急劇上升，說明放（3）在I-U曲線的BC段：雖然電流增長很快，但電流值仍很小，一般在微安級，且此時氣體中的電流仍要靠外電離因素來維持，一旦去除外電離因素，氣隙電流將消失。圖13 氣體間隙中電流與外施電壓的關(guān)系U0間隙中電離過程只靠外施電壓已能維持，不再因此，外施電壓小于U0 時的放電是非自持放電。電壓達到 U0后，電流劇增，且此時需要外電離因素了。外施電壓達到U0后的放電稱為自持放電，U0稱為放電的起始電壓。（2）電子崩的形成外界電離因子在陰極附近產(chǎn)生了一個初始電子，如果空間電場強度足夠大，該電

9、子在向陽極運動時就會引起碰撞電離，產(chǎn)生一個新的電子，初始電子和新電子繼續(xù)向陽極運動，又會引起新的碰撞電離，產(chǎn)生更多電子。電子崩的演示圖14 電子崩的示意圖視頻連接依此，電子將按照幾何級數(shù)不斷增多，類似雪崩似地發(fā)展，這種急劇增大的空間電子流被稱為電子崩。為了分析碰撞電離和電子崩引起的電流，引入：電子碰撞電離系數(shù) 。:表示一個電子沿電場方向運動1cm的行程所完成的碰撞電離次數(shù)平均值。圖15 計算間隙中電子數(shù)增長的示意圖如圖1-5為平板電極氣隙，板內(nèi)電場均勻，設(shè)外界電離因子每秒鐘使陰極表面發(fā)射出來的初始電子數(shù)為n0。由于碰撞電離和電子崩的結(jié)果，在它們到達x處時，電子數(shù)已增加為n，這n個電子在dx的距

10、離中又會產(chǎn)生dn個新電子。根據(jù)碰撞電離系數(shù)的定義，可得：(1-7)(1-8)對于均勻電場來說，氣隙中各點的電場強度相同，值不隨x而變化，所以上式可寫成：(1-9)分離變量并積分之，可得：xndndxdxenn00axenn0抵達陽極的電子數(shù)應(yīng)為：(1-10)將式(1-8)的等號兩側(cè)乘以電子的電荷，即得電流關(guān)系式：途中新增加的電子數(shù)或正離子數(shù)應(yīng)為：(1-11)式(1-12)中，(1-12)adaenn0) 1(00daennnndeII0eqnI00數(shù)規(guī)律隨極間距離d而增大，但這時放電還不能自變?yōu)榱?。持，因為一旦除去外界電離因子(令 I0 0)，即 I式(1-12) 表明：雖然電子崩電流按指de

11、II0(1-13)（3）影響碰撞電離系數(shù)的因素若電子的平均自由行程為 ，則在1cm長度內(nèi)一個電子的平均碰撞次數(shù)為1/。由上式積分得：設(shè)在處有個電子沿電力線方向運動，行經(jīng)距離時還剩下個電子未發(fā)生過碰撞，則在到這一距離中發(fā)生碰撞的電子數(shù)應(yīng)為/0 xenndxndn 由第一節(jié)公式，實際自由行程長度等于或大于xi的概率為 ，所以也就是碰撞電離的概率。 根據(jù)碰撞電離系數(shù)的定義，即可得出：(1-14)內(nèi)容可知，電子反比，即：由第一節(jié)公式 (1-15)eixeEuexeeieiee11prkTe2的平均自由長度 與氣溫T成正比、與氣壓P成 pTee當氣溫 T不變時，式(1-14)即可改寫為：式中A、B是兩個

12、與氣體種類有關(guān)的常數(shù)。由上式不難看出：電場強度E增大時，急劇增大;p 很大或很小時， 都比較小。(1-16)EBpApe所以，在高氣壓和高真空下，氣隙不易發(fā)生放電現(xiàn)象，具有較高的電氣強度。但能引起電離的概率很?。桓邭鈮簳r， 很小，單位長度上的碰撞次數(shù)很多，低氣壓和真空時， 很大，總的碰撞次數(shù)少，所以也比較小。ee2、湯遜理論前述已知，只有電子崩過程是不會發(fā)生自持放電的。要達到自持放電的條件，必須在氣隙內(nèi)初始電子崩消失前產(chǎn)生新的電子（二次電子）來取代外電離因素產(chǎn)生的初始電子。實驗現(xiàn)象表明，二次電子的產(chǎn)生機制與氣壓和氣隙長度的乘積（pd ）有關(guān)。 pd 值較小時自持放電的條件可用湯遜理論來說明；

13、pd 值較大時則要用流注理論來解釋。（1） 過程與自持放電條件由于陰極材料的表面逸出功比氣體分子的電離能小很多，因而正離子碰撞陰極較易使陰極釋放出電子。此外正負離子復(fù)合時，以及分子由激勵態(tài)躍遷回正常態(tài)時，所產(chǎn)生的光子到達陰極表面都將引起陰極表面電離，統(tǒng)稱為 過程。 為此引入系數(shù)。增至在到達陰極表面時可撞出些電子在電極空間的碰撞電離同樣又能產(chǎn)生更多的正離子，如此循環(huán)下去。設(shè)外界光電離因素在陰極表面產(chǎn)生了一個自由電子，此電子到達陽極表面時由于 過程，電子總數(shù)ed 個。因在對 系數(shù)進行討論時已假設(shè)每次電離撞出一個正離子，故電極空間共有 （ ed-1）個正離子。由系數(shù) 的定義，此（ ed-1）個正離子

14、（ed-1） 個新電子，這 (e 1) =1自持放電條件為d ：一個正離子撞擊到陰極表面時產(chǎn)生出來的二次電子數(shù) ：電子碰撞電離系數(shù)d ：兩極板距離此條件物理概念十分清楚，即一個電子在自己進入陽極后可以由及過程在陰極上又產(chǎn)生一個新的替身，從而無需外電離因素放電即可繼續(xù)進行下去。(1-21)（2）湯遜放電理論的適用范圍出現(xiàn)變化，湯遜理論就不再適用了。湯遜理論是在低氣壓、 d 較小的條件下在放電實驗的基礎(chǔ)上建立的。 d 過小或過大，放電機理將擊穿電壓似乎應(yīng)不斷上升，但實際上電壓U上升到一定程度后，場致發(fā)射將導(dǎo)致?lián)舸?，湯遜的碰撞電離理論不再適用，擊穿電壓將不再增加。d 過小時，氣壓極低( 過小在實際上

15、是不可能d的)， / 過小， 遠大于 d，碰撞電離來不及發(fā)生，的很多實驗現(xiàn)象無法全部在湯遜理論范圍內(nèi)給以解釋：放電外形；放電時間；擊穿電壓；陰極材料。d 過大時，氣壓高，或距離大，這時氣體擊穿mmHg)時，擊穿過程將發(fā)生變化，湯遜理論的計算結(jié)果不再適用，但其碰撞電離的基本原理仍是普遍有效的。因此，通常認為，d 0.26 cm(pd200 cm Ub f (pd)(1-23)1.1.4 巴申定律與適用范圍1、巴申定律早在湯遜理論出現(xiàn)之前，巴申(Paschen)就于1889年從大量的實驗中總結(jié)出了擊穿電壓ub 與pd的關(guān)系曲線，稱為巴申定律，即線，有極小值。圖1-7給出了空氣間隙的ub與 pd 的

16、關(guān)系曲線。從圖中可見，首先， ub并不僅僅由d 決定，而是 pd 的函數(shù)；其次ub不是pd的單調(diào)函數(shù)，而是U型曲圖1-7 實驗求得的均勻場不同氣體間隙ub f(pd) 曲線u度很小的情況下。不同氣體，其巴申曲線上的最低擊穿電壓Ub,min，以及使 ub Ub,min 的d值(d)min各不相同。對空氣， b的極小值為Ub,min 325V。此極小值出現(xiàn)在d 75105cm時，即ub 的極小值不是出現(xiàn)在常壓下，而是出現(xiàn)在低氣壓，即空氣相對密圖1-7 實驗求得的均勻場不同氣體間隙ub f(pd)曲線1.1.5 不均勻電場中的氣體放電電氣設(shè)備中很少有均勻電場的情況。但對不均勻電場還要區(qū)分兩種不同的情

17、況，即稍不均勻電場和極不均勻電場。全封閉組合電器(GIS)的母線筒和高壓實驗室中測量電壓用的球間隙是典型的稍不均勻電場；高壓輸電線之間的空氣絕緣和實驗室中高壓發(fā)生器的輸出端對墻的空氣絕緣則屬于極不均勻電場。:平均電場強度 Ev 1. 稍不均勻電場和極不均勻電場的特點與劃分均勻電場是一種少有的特例，在實際電力設(shè)施中常見的卻是不均勻電場。為了描述各種結(jié)構(gòu)的電場不均勻程度，可引入一個電場不均勻系數(shù)f，表示為： U df4屬不均勻電場。(1-26)Emax:最大電場強度EvvEEfmax2. 極不均勻電場的電暈放電（1）電暈放電在極不均勻場中，當電壓升高到一定程度后，在空氣間隙完全擊穿之前，大曲率電極

18、(高場強電極)附近會有薄薄的發(fā)光層，這種放電現(xiàn)象稱為電暈。電暈放電是極不均勻電場所特有的一種自持放電形式。開始出現(xiàn)電暈時的電壓稱為電暈起始電壓Uc，而此時電極表面的場強稱為電暈起始場強Ec 。根據(jù)電暈層放電的特點，可分為兩種形式：電子崩形式和流注形式。當起暈電極的曲率很大時，電暈層很薄，且比較均勻，放電電流比較穩(wěn)定，自持放電采取湯遜放電的形式，即出現(xiàn)電子崩式的電暈。隨著電壓升高，電暈層不斷擴大，個別電子崩形成流注，出現(xiàn)放電的脈沖現(xiàn)象，開始轉(zhuǎn)入流注形式的電暈放電。若電極曲率半徑加大，則電暈一開始就很強烈，一出現(xiàn)就形成流注的形式。電壓進一步升高，個別流注快速發(fā)展，出現(xiàn)刷狀放電，放電脈沖更強烈，最后

19、貫通間隙，導(dǎo)致間隙完全擊穿。沖擊電壓下，電壓上升極快，因此電暈從一開始就具有流注的形式。爆發(fā)電暈時能聽到聲，看到光，嗅到臭氧味，并能測到電流。（2）電暈放電的起始場強電暈放電的起始場強一般由實驗總結(jié)出的經(jīng)驗公式來計算，電暈的產(chǎn)生主要取決于電極表面的場強，所以研究電暈起始場強 Ec和各種因素間的關(guān)系更直接。對于輸電線路的導(dǎo)線，在標準大氣壓下其電暈起始場強 Ec的經(jīng)驗表達式為（此處指導(dǎo)線的表面場強，交流電壓下用峰值表示）：)0.3rEc 30(1+式中r導(dǎo)線半徑，cm。(1-28)kV/cmx dx K條件為:式（1-28）說明導(dǎo)線半徑 r 越小則 Ec 值越大。因為r越小，則電場就越不均勻，也就

20、是間隙中場強隨著其離導(dǎo)線的距離增加而下降得更快，而碰撞電離系數(shù) 隨離導(dǎo)線距離的增加而減小得越快。所以輸電線路起始電暈c0式中xxc起始電暈層的厚度， xc 時 0?？梢婋妶鲈讲痪鶆?，要滿足式(1-29)時導(dǎo)線表面場強應(yīng)越高。式(1-28)表明，當 r 時， Ec=30kV/cm。(1-29)而對于非標準大氣條件，則進行氣體密度修正以后的表達式為kV/cm (1-30)式中 氣體相對密度實際上導(dǎo)線表面并不光滑，所以對于絞線要考慮導(dǎo)線的表面粗糙系數(shù) m1。此外對于雨雪等使導(dǎo)線表面偏離理想狀態(tài)的因素（雨水的水滴使導(dǎo)線表面形成突起的導(dǎo)電物）可用系數(shù) m2 加以考慮。+rEc3 . 0130理想光滑導(dǎo)線

21、m1 1，絞線m10.80.9，好天氣時m2 可按0.8估算。算得 Ec 后就不難根據(jù)電極布置求得電暈起始電壓Uc。例如，對于離地高度為h 的單根導(dǎo)線可寫出出對于距離為 d 的兩根平行導(dǎo)線（d r ）則可寫(1-32)(1-33)此時式（1-30）則寫為kV/cm (1-31)+rmmEc3 . 013021rhrEUcc2lnrdrEUccln（3）電暈放電的危害、對策及其利用電暈放電引起的光、聲、熱等效應(yīng)使空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，都會消耗一定的能量。電暈損耗是超高壓輸電線路設(shè)計時必須考慮的因素。電暈放電中，由于電子崩和流注不斷消失和重新出現(xiàn)所造成的放電脈沖會產(chǎn)生高頻電磁波，從而對無線電和電視廣播

22、產(chǎn)生干擾。電暈放電還會產(chǎn)生可聞噪聲，并有可能超出環(huán)境保護所容許的標準。降低電暈的方法：從根本上設(shè)法限制和降低導(dǎo)線的表面電場強度。在選擇導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)和尺寸時，應(yīng)使好天氣時電暈損耗接近于零，對無線電和電視的干擾應(yīng)限制到容許水平以下。對于超高壓和特高壓線路的分裂線來說，找到最佳的分裂距，使導(dǎo)線表面最大電場強度值最小。（4）極不均勻電場中放電的極性效應(yīng)在電暈放電時，空間電荷對放電的影響已得到關(guān)注。由于高場強電極極性的不同，空間電荷的極性也不同，對放電發(fā)展的影響也就不同，這就造成了不同極性的高場強電極的電暈起始電壓的不同，以及間隙擊穿電壓的不同，稱為極性效應(yīng)。Eex外電場Esp空間電荷電場棒板間隙這種典型

23、的極不均勻場當棒具有正極性時，間隙中出現(xiàn)的電子向棒運動，進入強電場區(qū)，開始引起電離現(xiàn)象而形成電子崩，如圖1-8（a）所示。隨著電壓的逐漸上升，到形成自持放電爆發(fā)電暈之前，在間隙中形成相當多的電子崩。圖18 正棒負板間隙中非自持放電階段空間電荷對外電場畸變作用當電子崩達到棒極后，其中的電子就進入棒極，而正離子仍留在空間，相對來說緩慢地向板極移動。于是在棒極附近，積聚起正空間電荷，如圖1-8（b）所示。這樣就減少了緊貼棒極附近的電場，而略為加強了外部空間的電場。因此，棒極附近的電場被削弱，難以形成流注，這就使得放電難以得到自持。當棒具有負極性時，陰極表面形成的電子立即進入強電場區(qū)，造成電子崩，如圖

24、1-9（a）所示。當電子崩中的電子離開強電場區(qū)后，電子就不再能引起電離，面以越來越慢的速度向陽極運動。一部分電子直接消失于陽極，其余的可為氧原子所吸附形成負離子。Eex外電場Esp空間電荷電場電子崩中的正離子逐漸向棒極運動而消失于棒極，但由于其運動速度較慢，所以在棒極附近總是存在著正空間電荷。結(jié)果在棒極附近出現(xiàn)了比較集中的正空間電荷，而在其后則是非常分散的負空間電荷，如圖1-9（b）所示。圖19 負棒正板間隙中非自持放電階段空間電荷對外電場的畸變作用Eex外電場Esp空間電荷電場負空間電荷由于濃度小，對外電場的影響不大，而正空間電荷將使電場畸變。棒極附近的電場得到增強，因而自持放電條件易于滿足

25、、易于轉(zhuǎn)入流注而形成電暈放電。圖19 負棒正板間隙中非自持放電階段空間電荷對外電場的畸變作用圖110 兩種極性下棒板間隙的電場分布圖（a）正棒負板 （b）負棒正板E -電場場強 x 棒極到板極的距離圖1-10是兩種極性下棒板間隙的電場分布圖，其中曲線1為外電場分布，曲線2為經(jīng)過空間電荷畸變以后的電場。通過實驗已證明，棒板間隙中棒為正極性時電暈起始電壓比負極性時略高。而極性效應(yīng)的另一個表現(xiàn)，就是間隙擊穿電壓的不同。隨著電壓升高，在緊貼棒極附近，形成流注，產(chǎn)生電暈；以后在不同極性下空間電荷對放電的進一步發(fā)展所起的影響就和對電暈起始的影響相異了。負極性下的擊穿電壓應(yīng)較正極性時為高。（5）長間隙擊穿過

26、程在間隙距離較長時，存在某種新的、不同性質(zhì)的放電過程，稱為先導(dǎo)放電。長間隙放電電壓的飽和現(xiàn)象可由先導(dǎo)放電現(xiàn)象作出解釋。長間隙的放電大致可分為先導(dǎo)放電和主放電兩個階段，在先導(dǎo)放電階段中包括電子崩和流注的形成及發(fā)展過程。不太長間隙的放電沒有先導(dǎo)放電階段、只分為電子崩、流注和主放電階段。3. 稍不均勻電場中的極性效應(yīng)稍不均勻電場意味著電場還比較均勻，高場強區(qū)電子電離系數(shù)達足夠數(shù)值時，間隙中很大一部分區(qū)域中的 也達到相當值，起始電子崩在強場區(qū)發(fā)展起來，經(jīng)過一部分間隙距離后形成流注。流注一經(jīng)產(chǎn)生，隨即發(fā)展至貫通整個間隙，導(dǎo)致完全擊穿。在高電壓工程中常用的球球間隙、同軸圓柱間隙等屬稍不均勻電場。稍不均勻電

27、場間隙的放電特點和均勻電場相似，氣隙實現(xiàn)自持放電的條件就是氣隙的擊穿條件。在直流電壓作用下的擊穿電壓和工頻交流下的擊穿電壓幅值以及50沖擊擊穿電壓都相同，擊穿電壓的分散性也不大，這也和均勻電場放電特點一致。稍不均勻場也有一定的極性效應(yīng)，但不很明顯。高場強電極為正極性時擊穿電壓稍高；為負極性時擊穿電壓稍低。這是因為在負極性下電暈易發(fā)生，而稍不均勻場中的電暈很不穩(wěn)定。從擊穿電壓的特點來看，稍不均勻場的極性效應(yīng)與極不均勻場的極性效應(yīng)結(jié)果相反。在稍不均勻場中，高場強電極為正電極時，間隙擊穿電壓稍高；高場強電極為負電極時，間隙擊穿電壓稍低。而在極不均勻場中卻是高場強電極為正時，間隙擊穿電壓低；高場強電極

28、為負時，間隙擊穿電壓高。電暈的起始電壓就是間隙擊穿電壓。小結(jié)氣體中電離的方式可分為熱電離、光電離、碰撞電離和分級電離。正離子撞擊陰極光電子發(fā)射強場發(fā)射熱電子發(fā)射電子從電極表面逸出所需的能量可通過下述途徑獲得氣體放電過程中，帶電質(zhì)點除在電場作用下定向運動，還可能因擴散和復(fù)合使帶電質(zhì)點在放電空間消失。二次電子的來源是正離子撞擊陰極使陰極表面從陰極表面平均釋放的自由電子數(shù)。湯遜理論認為：在低氣壓、 d較小的條件下，發(fā)生電子逸出。并引入 系數(shù)表示每個正離子巴申定律 ：出現(xiàn)在湯遜理論之前，總結(jié)了擊穿電壓與的關(guān)系曲線， 即Ub f (pd)電場不均勻系數(shù) f的定義為間隙中最大場強 Emax與平均場強 Ea

29、v的比值：f Emax / Eav均勻電場 f 1；稍不均勻電場 f2；極不均勻電場 f 4。電暈放電是極不均勻電場所特有的一種自持放電形式。開始出現(xiàn)電暈時的電壓稱為電暈起始電壓，而此時電極表面的場強稱為電暈起始場強。棒板間隙的極性效應(yīng)。棒為正極性時，電暈起始電壓比負極性時略高；棒為負極性時，擊穿電壓較正極性時為高。（本節(jié)完）1.2 氣體介質(zhì)的電氣強度實際工程應(yīng)用中，擊穿電壓的確定方式如下：參照一些典型電極的擊穿電壓來選擇絕緣距離；根據(jù)實際電極布置情況，通過實驗來確定?？諝忾g隙放電電壓的影響因素如下：電場情況電壓形式大氣條件1.2.1 持續(xù)作用電壓下的擊穿1.2.2 雷電沖擊電壓下的擊穿1.2

30、.3 操作沖擊電壓下空氣的絕緣特性1.2.4 大氣條件對氣體擊穿的影響1.2.5 提高氣體擊穿電壓的措施本節(jié)內(nèi)容1.2.1 持續(xù)作用電壓下的擊穿實際中，大均勻電場間隙要求電極尺寸做得很大。因此，對于均勻場間隙，通常只有間隙長度不大時的擊穿數(shù)據(jù)，如圖1-11所示。1、均勻電場中的擊穿圖1-11 均勻電場中空氣間隙的擊穿電壓峰值Ub 隨間隙距離d的變化電極布置對稱，無擊穿的極性效應(yīng)；間隙中各處電場強度相等，擊穿所需時間極短；直流擊穿電壓、工頻擊穿電壓峰值以及50沖擊擊穿電壓相同；擊穿電壓的分散性很小。均勻電場的擊穿特性：對于圖 1-11所示的擊穿電壓(峰值)實驗曲線，可用以下經(jīng)驗公式表示：kV式中

31、Ub 24.22d +6.08 dd間隙距離，cm； 空氣相對密度b從圖 1-11 中可以得出，當d 在110cm范圍內(nèi)時，擊穿強度 E（用電壓峰值表示）約等于30kV/cm。(1-34)2、稍不均勻電場中的擊穿稍不均勻電場的擊穿特點：擊穿前無電暈；無明顯的極性效應(yīng)；直流擊穿電壓、工頻擊穿電壓峰值及50沖擊擊穿電壓幾乎一致。稍不均勻電場的擊穿電壓通?？梢愿鶕?jù)起始場強經(jīng)驗公式進行估算U Emax d / ff 取決于電極布置，可用靜電場計算的方法或電解槽實驗的方法求得。對于稍不均勻場，當 Emax達臨界場強 E0時， U達到擊穿電壓Ub ，從而Ub E0 d / f(1-35)(1-36)圖1-

32、12 幾種典型電極結(jié)構(gòu)示意圖1、同心球 2、球平板 3、球球 4、同軸圓柱5、圓柱平板 6、圓柱圓柱 7、曲面平面 8、曲面曲面下面給出幾種典型的電極結(jié)構(gòu):球板電極E0 = 27.7(1+0.337 / r )drUdEmax(1+= 0.9r + drd= 0.9U 0.91+ d /rf =dr0.9(d + r)Uc = E0(1-40)(1-39)(1-38)(1-37)柱板電極E0 = 30.3(1+0.298 / r )Emax0.9Ud + rrln(r=)0.9dd + rrln(rf =)d + rrln(r0.9Uc = E0(1-43)(1-44)(1-42)(1-41)

33、平行圓柱電極E0 = 30.3(1+0.298 / r )Emax0.9Ud + 2r2rln(2r=)0.9dd + 2r2rln(2rf =)d + 2r2rln(2r0.9Uc = E0(1-45)(1-46)(1-47)(1-48)U c = E0rln ( )同軸圓柱電極E0 = 31.5(1+0.305 / r )Urln(R/r)Emax=R rrln(R/r)f =Rr(1-49)(1-50)(1-51)(1-52)同心球電極E0 = 24(1+1 / r )EmaxRUr(R r)=f = R/r(R r)rRU c = E0(1-53)(1-56)(1-55)(1-54)

34、Uc = E0球球電極E0 = 27.7(1+0.337 / r )d2rUdEmax(1+= 0.9d2r(1-57)(1-58)f = 0.9(1+(1-59)d(1-60)0.9(1+ d /2r)另外，對于某些不太好根據(jù)經(jīng)驗公式求的電場結(jié)構(gòu)，也可以用 E030kV/cm進行大致估算，則間隙擊穿電壓 Ub為Ub 30d / f(1-61)3、極不均勻電場中的擊穿極不均勻場的擊穿特性：電場不均勻程度對擊穿電壓的影響減弱；極間距離對擊穿電壓的影響增大；在直流電壓中，直流擊穿電壓的極性效應(yīng)非常明顯；工頻電壓下，擊穿都發(fā)生在正半周峰值附近。當間隙距離不大時，擊穿電壓基本上與間隙距離呈線性上升的關(guān)

35、系；當間隙距離很大時，平均擊穿場強明顯降低，即擊穿電壓不再隨間隙距離的增大而線性增加，呈現(xiàn)出飽和現(xiàn)象。1.2.2 雷電沖擊電壓下的擊穿大氣中雷電產(chǎn)生的過電壓對高壓電氣設(shè)備絕緣會產(chǎn)生重大威脅。因此在電力系統(tǒng)中，一方面應(yīng)采取措施限制大氣過電壓，另一方面應(yīng)保證高壓電氣設(shè)備能耐受一定水平的雷電過電壓。雷電過電壓是一種持續(xù)時間極短的脈沖電壓，在這種電壓作用下絕緣的擊穿具有與穩(wěn)態(tài)電壓下?lián)舸┎煌奶攸c。1、雷電沖擊電壓的標準波形按雷電發(fā)展的方向可分為：雷電能對地面設(shè)備造成危害的主要是云地閃。下行雷在雷云中產(chǎn)生并向大地發(fā)展；上行雷由接地物體頂部激發(fā)，并向雷云方向發(fā)展。下行負極性雷通常可分為3個主要階段：先導(dǎo)過

36、程主放電過程余光放電過程先導(dǎo)過程：延續(xù)約幾毫秒，以遠級發(fā)展、高電導(dǎo)、高溫的、具有極高電位的先導(dǎo)通道將雷云到大地之間的氣隙擊穿。沿先導(dǎo)通道分布著電荷，其數(shù)量達幾庫侖。主放電過程：當下行先導(dǎo)和大地短接時，發(fā)生先導(dǎo)通道放電的過渡過程。在主放電過程中，通道產(chǎn)生突發(fā)的亮光，發(fā)出巨大的聲響，沿著雷電通道流過幅值很大、延續(xù)時間為近百微秒的沖擊電流。上述3個階段組成下行負雷的第一個分量。余光放電：主放電完成后，云中的剩余電荷沿著雷電通道繼續(xù)流向大地，這時在展開照片上看到的是一片模糊發(fā)光的部分，相應(yīng)的電流是逐漸衰減的，約為 10 10 A，延續(xù)時間約為幾毫秒。3通常，雷電放電并未結(jié)束，隨后還有幾個(甚至十幾個)

37、后續(xù)分量。每個后續(xù)分量也是由重新使雷電通道充電的先導(dǎo)階段、使通道放電的主放電階段和余光放電階段組成。各分量中的最大電流和電流增長最大陡度是造成被擊物體上的過電壓、電動力、電磁脈沖和爆破力的主要因素。而在余光階段中流過較長時間的電流則是造成雷電熱效應(yīng)的重要因素。T1波前時間T2半峰值時間 Umax-沖擊電壓峰值圖1-13表示雷電沖擊電壓的標準波形和確定其波前和波長時間的方法(波長指沖擊波衰減至半峰值的時間)。圖1-13 標準雷電沖擊電壓波形T1波前時間T2半峰值時間 Umax沖擊電壓峰值1圖中O為原點，P點為波峰。國際上都用圖示的方法求得名義零點 O（即圖中虛線所示，連接P點與0.3倍峰值點作虛

38、線交橫軸、于 O1點）圖1-13 標準雷電沖擊電壓波形目前國際上大多數(shù)國家對于標準雷電波的波形規(guī)定是：T1 =1.2s 30%對于不同極性的標準雷電波形可表示為 + 1.2/50us或 - 1.2/50us。T2 = 50s 20%2、放電延時完成氣隙擊穿的三個必備條件：最低靜態(tài)擊穿電壓；在氣隙中存在能引起電子崩并導(dǎo)致流注和主放電的有效電子；需要有一定的時間，讓放電得以逐步發(fā)展并完成擊穿。圖1-14 沖擊擊穿所需時間的示意圖總放電時間后面兩個分量之和稱為放電延時tb t0+ts+tf(1-62)tlag ts+tf圖1-14 沖擊擊穿所需時間的示意圖ts從t1開始到氣隙中出現(xiàn)第一個有效電子所需

39、的時間稱為統(tǒng)計時延；tst0氣隙在持續(xù)電壓下的擊穿電壓為Us ，為所加電壓從0上升到Us的時間；圖1-14 沖擊擊穿所需時間的示意圖tf出現(xiàn)有效電子后，引起碰撞電離，形成電子崩，發(fā)展到流注和主放電，最后完成氣隙的擊穿。這個過程需要的時間稱為放電形成時延tf 。放電時間tb和tlag放電時延的長短都與所加電發(fā)展的越快，tb和tlag越短。tb和tf都具有統(tǒng)計性壓的幅值 U有關(guān)，總的趨勢是U 越高，放電過程3、50擊穿電壓在工程實際中廣泛采用擊穿百分比為50時的電壓（ U50% ）來表征氣隙的沖擊擊穿特性。實際中，施加10次電壓中有4-6次擊穿了，這一電壓即可認為是50沖擊擊穿電壓。極不均勻電場中

40、,，沖擊擊穿電壓的分散性也較大，其標準偏差可取3。Ub50U 0 =(1-64)U50%與靜態(tài)擊穿電壓Ur的比值稱為沖擊系數(shù)：均勻和稍不均勻電場下， 1;4、伏秒特性沖擊擊穿特性最好用電壓和時間兩個參量來表示，這種在“電壓時間”坐標平面上形成的曲線，通常稱為伏秒特性曲線，它表示該氣隙的沖擊擊穿電壓與放電時間的關(guān)系。如圖1-15所示：圖1-15 伏秒特性繪制方法圖1-16 50伏秒特性示意圖（虛線表示沒有被試間隙時的波形）實際的伏秒特性曲線如圖1-16所示，是一個以上、下包線為界的帶狀區(qū)域。通常取50伏秒特性或平均伏秒特性曲線來表征一個氣隙的沖擊擊穿特性。1-0伏秒特性2100伏秒特性350伏秒

41、特性450沖擊擊穿電壓50沖擊擊穿電壓（靜態(tài)擊穿電壓）1.2.3 操作沖擊電壓下空氣的絕緣特性電力系統(tǒng)在操作或發(fā)生事故時，因狀態(tài)發(fā)生突然變化引起電感和電容回路的振蕩產(chǎn)生過電壓，稱為操作過電壓。目前的試驗標準規(guī)定，對額定電壓在300kV以上的高壓電氣設(shè)備要進行操作沖擊電壓試驗。這說明操作沖擊電壓下的擊穿只對長間隙才有重要意義。1、操作沖擊電壓波形操作過電壓波形是隨著電壓等級、系統(tǒng)參數(shù)、設(shè)備性能、操作性質(zhì)、操作時機等因素而有很大變化的。IEC推薦了2502500 us 的操作沖擊電壓標準波形，我國國家標準也采用了這個標準波形。2500us ，允許誤差為土60；峰值允許誤差土3；如圖1-17所示，波

42、形特征參數(shù)為：波前時間 Tcr250us ，允許誤差為土20；半峰值時間 T2 90蜂值以上持續(xù)時間 Td 未作規(guī)定。圖1-17 操作沖擊電壓全波圖中0點為實際零點，u為電壓值，圖中u1.0處為電壓u峰值Td電壓值持續(xù)處于0.9倍電壓峰值以上時間Tcr波前時間T2半峰值時間2. 操作沖擊放電電壓的特點U形曲線極性效應(yīng)飽和現(xiàn)象分散性大鄰近效應(yīng)1.2.4 大氣條件對氣體擊穿的影響濕度校正因數(shù)空氣密度校正因數(shù)海拔高度的影響前面介紹的不同氣隙在各種電壓下的擊穿特性均對應(yīng)于標準大氣條件和正常海拔高度。由于大氣的壓力、溫度、濕度等條件都會影響空氣的密度、電子自由行程長度、碰撞電離及附著過程，所以也必然會影

43、響氣隙的擊穿電壓。海拔高度的影響亦與此類似，因為隨著海拔高度的增加，空氣的壓力和密度均下降。國標規(guī)定的大氣條件：正由于此，在不同大氣條件和海拔高度下所得出的擊穿電壓實測數(shù)據(jù)都必須換算到某種標準條件下才能互相進行比較。壓力： 0=101.3kPa(760mmHg)；溫度：t0=20攝氏度或T0=293K；絕對濕度：hc=11g/m。p3Kd ：空氣密度校正因數(shù)Kh ：濕度校正因數(shù)上式不僅適用于氣隙的擊穿電壓，也適用于外絕緣的沿面閃絡(luò)電壓。UsKdKhU 實驗條件下的氣隙擊穿電壓U與標準大氣條件下的擊穿電壓U S 之間關(guān)系：(1-66)在進行高壓試驗時，也往往要根據(jù)實際試驗時的大氣條件，將試驗標準

44、中規(guī)定的標準大氣條件下的試驗電壓值換算得出實際應(yīng)加的試驗電壓值。下面分別討論各個校正因數(shù)的取值：濕度校正因數(shù)正如在“負離子的形成”一段中所介紹的那樣，大氣中所含的水氣分子能俘獲自由電子而形成負離子，這對氣體中的放電過程顯然起著抑制作用，可見大氣的濕度越大，氣隙的擊穿電壓也會增高。在均勻和稍不均勻電場中，放電開始時，整個氣隙的電場強度都較大，電子的運動速度較快，不易被水氣分子所俘獲，因而濕度的影響就不太明顯，可以忽略不計。例如用球隙測量高電壓時，只需要按空氣相對密度校正其擊穿電壓就可以了，而不必考慮濕度的影響。在極不均勻電場中，濕度的影響就很明顯了，這時可以用下面的濕度校正因數(shù)來加以修正：Kh

45、= k(1-68)式中的因數(shù)k與絕對濕度和電壓類型有關(guān)，而指數(shù)之值則取決于電極形狀、氣隙長度、電壓類型及其極性?？諝饷芏刃Ｕ驍?shù)空氣密度與壓力和溫度有關(guān)?？諝獾南鄬γ芏龋?1-67)式中p試驗條件下的氣溫，Pa； t試驗條件下的氣溫，；ps，ts標準狀態(tài)下的氣壓和氣溫nsmsdttppK+273273U U0在大氣條件下，氣隙的擊穿電壓隨的增大而提高。因而：K d = m（1-69）實驗表明，當處于0.951.05的范圍內(nèi)時，氣隙的擊穿電壓幾乎與 成正比，即此時的空氣密度校正因數(shù)：海拔高度的影響我國幅員遼闊，有不少電力設(shè)施(特別是輸電線路)位于高海拔地區(qū)。隨著海拔高度的增大，空氣變得逐漸稀薄，

46、大氣壓力和相對密度減小，因而空氣的電氣強度也將降低。海拔高度對氣隙的擊穿電壓和外絕緣的閃絡(luò)電壓的影響可利用一些經(jīng)驗公式求得。US 4U = KAUS =11.1 H 10(1-70)我國國家標準規(guī)定：對于安裝在海拔高于1000m、但不超過4000m處的電力設(shè)施外絕緣，其試驗電壓U應(yīng)為平原地區(qū)外絕緣的試驗電壓Us乘以海拔校正因數(shù)足Ka即：式中 H安裝地點海拔高度，m。1.2.5 提高氣體擊穿電壓的措施電極形狀的改進空間電荷對原電場的畸變作用極不均勻場中屏障的采用提高氣體壓力的作用高真空和高電氣強度氣體SF6的采用為了縮小電力設(shè)施的尺寸，總希望將氣隙長度或絕緣距離盡可能取得小一些，為此就應(yīng)采取措施

47、來提高氣體介質(zhì)的電氣強度。從實用角度出發(fā)，要提高氣隙的擊穿電壓不外乎采用兩條途徑：改善氣隙中的電場分布，使之均勻；設(shè)法削弱和抑制氣體介質(zhì)中的電離過程。1、電極形狀的改進電場分布越均勻，氣隙的平均擊穿場強也就越大。因此，可以通過改進電極形狀的方法來減小氣隙中的最大電場強度，以改善電場分布，提高氣隙的擊穿電壓。如：增大電極的曲率半徑改善電極邊緣使電極具有最佳外形2、空間電荷對原電場的畸變作用極不均勻電場氣隙被擊穿前先出現(xiàn)電暈放電。在一定條件下，可以利用放電本身所產(chǎn)生的空間電荷來調(diào)整和改善空間的電場分布，以提高氣隙的擊穿電壓。3、極不均勻場中屏障的采用在極不均勻場的空氣間隙中，放入薄片固體絕緣材料(

48、如紙或紙板)，在一定條件下可以顯著地提高間隙的擊穿電壓。屏障的作用在于屏障表面上積聚的空間電荷，使屏障與板電極間形成較均勻的電場，從而使整個間隙的擊穿電壓提高。工頻電壓下，在尖板電極中設(shè)置屏障可以顯著提高擊穿電壓，因為工頻電壓下?lián)舸┛偸前l(fā)生在尖電極為正極性的半周內(nèi)。雷電沖擊電壓下，屏障也可提高正尖板間隙的擊穿電壓，但是幅度比穩(wěn)態(tài)電壓下要小一些。4、提高氣體壓力的作用在常壓下空氣的電氣強度比較低，約為30kV/cm。即使采取上述各種措施來盡可能改善電場，其平均擊穿場強也不可能超越這一極限?？梢?，常壓下空氣的電氣強度要比一般固體和液體介質(zhì)的電氣強度低得多。如果把空氣壓縮，使氣壓大大超過0.1MPa

49、，它的電氣強度能得到顯著提高。這主要是因為提高氣壓可以大大減小電子的自由行程長度，從而削弱和抑制了電離過程。如能在采用高氣壓的同時，再以某些高電氣強度氣體（如SF6）代替空氣，那就能獲得更好的效果。5、高真空和高電氣強度氣體SF6的采用采用高真空也可以減弱氣隙中的碰撞電離過程，從而顯著提高氣隙的擊穿電壓。在電力設(shè)備中，實際采用高真空作為絕緣媒質(zhì)的情況還不多，主要因為在各種設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)中大都還要采用各種固體或液體介質(zhì)，它們在真空中都會逐漸釋出氣體，使高真空難以長期保持。有一些含鹵族元素的強電負性氣體電氣強度特別高，因而可稱之為高電氣強度氣體。采用這些氣體來替換空氣，可以大大提高氣隙的擊穿電壓，

50、甚至在空氣中混入一部分這樣的氣體也能顯著提高其電氣強度。但僅僅滿足高電氣強度是不夠的，還必須滿足以下條件：液化溫度要低，這樣才能同時采用高氣壓；良好的化學(xué)穩(wěn)定性，出現(xiàn)放電時不易分解、生產(chǎn)不太困難，價格不過于昂貴。不燃燒或爆炸、不產(chǎn)生有毒物質(zhì)；SF6同時滿足以上條件，而且還具備優(yōu)異的滅弧能力，其他有關(guān)的技術(shù)也相當好，因此SF6及其混合氣體在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。小結(jié)外施電壓的種類包括穩(wěn)態(tài)電壓和沖擊電 壓。穩(wěn)態(tài)電壓包括直流與工頻電壓，其特點 為隨時間的變化率很小。沖擊電壓包括雷電沖擊電壓和操作沖擊 電壓，其特點為持續(xù)時間極短。均勻電場：無極性效應(yīng)，擊穿時間短，擊穿電壓分散性?。簧圆痪鶆螂妶觯簱?/p>

51、穿前無電暈，極性效應(yīng)不明顯，工頻擊穿電壓峰值及50沖擊擊穿電壓幾乎一致。極不均勻電場：電場不均勻程度對擊穿電壓的影響減弱(由于電場已經(jīng)極不均勻)，極間距離對擊穿電壓的影響增大。穩(wěn)態(tài)電壓作用下的擊穿特點。 50沖擊擊穿電壓比工頻擊穿電壓的峰值要高一些； 均勻電場和稍不均勻電場間隙的放電時延短，擊穿的分散性小，沖擊擊穿通常發(fā)生在波峰附近； 極不均勻電場間隙的放電時延長，沖擊擊穿常發(fā)生在波尾部分。雷電沖擊電壓作用下的擊穿特點。 U形曲線 極性效應(yīng) 飽和現(xiàn)象 分散性大 鄰近效應(yīng)操作沖擊電壓作用下的擊穿特點。電極形狀的改進空間電荷對原電場的畸變作用極不均勻場中屏障的采用提高氣體壓力的作用高真空和高電氣強

52、度氣體的采用提高氣體擊穿電壓的措施（本節(jié)完）基本概念：閃 絡(luò)沿著整個固體絕緣表面發(fā)生的放電。1.3 固體絕緣表面的氣體沿面放電在放電距離相同時，沿面閃絡(luò)電壓低于純氣隙的擊穿電壓。工程中的事故往往由沿面閃絡(luò)造成，因此有必要研究沿面放電特性。高壓絕緣子的分類：按結(jié)構(gòu)分：（）絕緣子在機械上起固定，電氣上起隔離作用的固體高壓絕緣部件。如懸式絕緣子、支柱絕緣子、橫擔(dān)絕緣子等。（）套筒用作電器內(nèi)絕緣的容器，如互感器瓷套、避雷器瓷套及斷路器瓷套等。（）套管用作導(dǎo)電體穿過接地隔板、電器外殼和墻壁的絕緣件，如穿越墻壁的穿墻套管、變壓器、電容器的出線套管等。按材料分：（1）電工陶瓷（2）鋼化玻璃（3）硅橡膠、乙丙

53、橡膠等有機材料1.3.1 界面電場的分布1.3.2 均勻電場中的沿面放電1.3.3 極不均勻電場中的沿面放電1.3.4 絕緣子的污穢放電1.3.5 提高沿面放電電壓的措施本節(jié)內(nèi)容1.3.1 界面電場的分布界面電場的分布有以下三種典型情況：圖1-21 介質(zhì)在電場中的典型布置方式（a）均勻電場 （b）界面上電力線有強垂直分量 （c）界面上電力線有弱垂直分量1電極2固體介質(zhì)(a)固體介質(zhì)處于均勻電場中，且界面與電力線平行；圖1-21 介質(zhì)在電場中的典型布置方式（a）均勻電場 （b）界面上電力線有強垂直分量 （c）界面上電力線有弱垂直分量1電極2固體介質(zhì)(b)固體介質(zhì)處于極不均勻電場中，且電力線垂直于

54、界面的分量（垂直分量）比平行于表面的分量要大得多；圖1-21 介質(zhì)在電場中的典型布置方式（a）均勻電場 （b）界面上電力線有強垂直分量 （c）界面上電力線有弱垂直分量1電極2固體介質(zhì)(c) 固體介質(zhì)處于極不均勻電場中，但在界面大部分地方，電場強度平行于界面的分量要比垂直分量大。圖1-21 介質(zhì)在電場中的典型布置方式（a）均勻電場 （b）界面上電力線有強垂直分量 （c）界面上電力線有弱垂直分量1電極2固體介質(zhì)1.3.2 均勻電場中的沿面放電圖1-21 介質(zhì)在電場中的典型布置方式（a）均勻電場 （b）界面上電力線有強垂直分量（c）界面上電力線有弱垂直分量1電極2固體介質(zhì)沿面閃絡(luò)電壓的影響因素（一）

55、固體絕緣材料特性如圖122，取決于材料的親水性圖1-22 均勻電場中不同介質(zhì)的沿面閃絡(luò)電壓（工頻峰值）的比較1-空氣隙擊穿 2石蠟 3瓷4與電板接觸不緊密的瓷或憎水性（二）介質(zhì)表面的粗糙度（三）固體介質(zhì)與電極間的氣隙大小其中，前兩種因素的影響在高氣壓時表現(xiàn)得更加明顯，如圖1-23所示：圖1-23 均勻電場中氣壓對氮氣中沿面閃絡(luò)電壓的影響1-氮氣間隙3膠布板2塑料4瓷圖121(a)為均勻電場中引入一固體介質(zhì)，沿面閃絡(luò)電壓低于純空氣間隙的擊穿電壓，主要原因可歸結(jié)如下：圖1-21 介質(zhì)在電場中的典型布置方式（a）均勻電場（b）界面上電力線有強垂直分量 （c）界面上電力線有弱垂直分量1電極2固體介質(zhì)固體介質(zhì)表面會吸附氣體中的水分形成水膜，電極附近積累起電荷，使介質(zhì)表