第五章高電壓與絕緣

1、第五章第五章 高電壓工程與絕緣技術(shù)高電壓工程與絕緣技術(shù)電氣工程概論電氣工程概論第一節(jié) 氣體放電理論及應(yīng)用一、氣體放電的主要形式一、氣體放電的主要形式（1）火花放電：常壓附近的放電行為 （2）輝光放電：低氣壓下的放電行為（3）電暈放電：極不均勻電場下的放電行為 （4）電弧放電：強(qiáng)放電行為第一節(jié) 氣體放電理論及應(yīng)用二、強(qiáng)電場下氣體中載流子輸運(yùn)行為（一）載流子的產(chǎn)生過程1.碰撞電離（1）氣體中粒子的相互碰撞與四種碰撞效應(yīng)1）激發(fā)：電子制動(dòng)2）電離：電子產(chǎn)生3）復(fù)合：電子消失4）附著：電子消失第一節(jié) 氣體放電理論及應(yīng)用（2）電子碰撞電離與電離系數(shù)：基本條件（核外電子所獲能量大于克服原子核束縛所需能量）

2、根據(jù)物理學(xué)原理可以知道在氣體中所有粒子的相互碰撞中，與自由電子的碰撞最容易引起碰撞電離，電子的碰撞電離是把外電場能量傳遞給氣體的最有效過程iiuvmu21121EBpAep/第一節(jié) 氣體放電理論及應(yīng)用幾個(gè)物理參數(shù)湯遜第一電離系數(shù)(電子碰撞電離系數(shù)） 描述與E/p的關(guān)系：其中A是與分子半徑以及溫度有關(guān)的參數(shù)；r是氣體分子半徑；Ui是氣體分子電離能第一節(jié) 氣體放電理論及應(yīng)用第一節(jié) 氣體放電理論及應(yīng)用湯遜第二電離系數(shù) (離子碰撞電離系數(shù)）離子的質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子，因此離子碰撞電離系數(shù)遠(yuǎn)小于電子碰撞電離系數(shù)，因此離子碰撞電離對(duì)載流子的增殖效應(yīng)幾乎可以忽略。pEp第一節(jié) 氣體放電理論及應(yīng)用其他載流子倍增機(jī)理

3、及表征參數(shù)1.光致電離：光子的能量大于氣體分子電離能2.熱電離：當(dāng)氣體分子的溫度很高，原子或分子的熱運(yùn)動(dòng)能量足夠大，高速運(yùn)動(dòng)的原子或分子相互碰撞時(shí)，也可導(dǎo)致氣體分子碰撞電離，稱為熱電離。實(shí)際上只有當(dāng)溫度在上萬攝氏度以上才可能有顯著的熱電離發(fā)生，所以熱電離是極高溫度下的現(xiàn)象3.電極表面發(fā)射：在較高電場下電極表面將向氣體中發(fā)射電子，根據(jù)電場大小的不同，又可分為熱發(fā)射和場致發(fā)射。第一節(jié) 氣體放電理論及應(yīng)用附著電子效應(yīng)與附著系數(shù)附著電子效應(yīng)與附著系數(shù)一些電子親和力大的元素，不僅在生成化合物時(shí)易于形一些電子親和力大的元素，不僅在生成化合物時(shí)易于形成負(fù)離子而且當(dāng)它們以原子或分子狀態(tài)存在時(shí)，如果遇成負(fù)離子而

4、且當(dāng)它們以原子或分子狀態(tài)存在時(shí)，如果遇到電子，也會(huì)吸附電子而形成負(fù)離子。到電子，也會(huì)吸附電子而形成負(fù)離子。為定量描寫附著電子的作用過程，定義一個(gè)電子附著系為定量描寫附著電子的作用過程，定義一個(gè)電子附著系數(shù)數(shù)，附著系數(shù)的含義是指在電場力作用下電子運(yùn)動(dòng)單位附著系數(shù)的含義是指在電場力作用下電子運(yùn)動(dòng)單位距離附著于中性粒子的電子數(shù)，即生成的負(fù)離子數(shù)或電距離附著于中性粒子的電子數(shù)，即生成的負(fù)離子數(shù)或電子數(shù)的減少子數(shù)的減少影響附著系數(shù)的因素：氣體成分，氣體壓力和外施電場影響附著系數(shù)的因素：氣體成分，氣體壓力和外施電場強(qiáng)度（圖強(qiáng)度（圖5-25-2）電負(fù)性氣體：附著系數(shù)大的氣體（電負(fù)性氣體：附著系數(shù)大的氣體（S

5、FSF6 6和氟利昂氣體等）和氟利昂氣體等）第一節(jié) 氣體放電理論及應(yīng)用第一節(jié) 氣體放電理論及應(yīng)用為什么要研究這些過程 ？自由電子的產(chǎn)生機(jī)理：碰撞電離、光致電離、熱電離以及電極表面發(fā)射等與其對(duì)立過程如復(fù)合和附著效應(yīng)等是氣體放電理論的基礎(chǔ)，研究這些過程可以了解氣體間隙中電流的激增過程以及與外施電壓的關(guān)系，解釋氣體放電的各種現(xiàn)象和探求控制放電電壓的途徑。第一節(jié) 氣體放電理論及應(yīng)用氣體放電的基本理論氣體放電的基本理論氣體放電的電子碰撞電離理論（氣體放電的電子碰撞電離理論（2020世紀(jì)初由湯遜提出）世紀(jì)初由湯遜提出）基本思想：電子碰撞電離作用是氣體放電時(shí)電流倍增的基本思想：電子碰撞電離作用是氣體放電時(shí)電

6、流倍增的主要過程，而電極表面電子發(fā)射是維持自持放電的必要主要過程，而電極表面電子發(fā)射是維持自持放電的必要條件。條件。碰撞電離的基本過程分析碰撞電離的基本過程分析第一節(jié) 氣體放電理論及應(yīng)用電子雪崩與電流倍增電子雪崩與電流倍增電子雪崩的產(chǎn)生過程：當(dāng)電場足夠強(qiáng)時(shí)，由于碰撞電離電子雪崩的產(chǎn)生過程：當(dāng)電場足夠強(qiáng)時(shí)，由于碰撞電離作用，氣體中電子數(shù)目將由一個(gè)增為兩個(gè)，兩個(gè)增為四作用，氣體中電子數(shù)目將由一個(gè)增為兩個(gè)，兩個(gè)增為四個(gè)，從陰極出發(fā)的一個(gè)電子，運(yùn)動(dòng)單位距離后就增加為個(gè)，從陰極出發(fā)的一個(gè)電子，運(yùn)動(dòng)單位距離后就增加為2 2n n 個(gè)電子。（如圖個(gè)電子。（如圖5-35-3所示）所示）第一節(jié) 氣體放電理論及應(yīng)

7、用崩頭崩尾發(fā)生電子碰撞電離時(shí)，電子和正離子是成對(duì)產(chǎn)生的，但電子速度快，所以電子位于接近正極的一面，稱為崩頭，而正離子速度慢，近似看成留在其產(chǎn)生的位置上，稱為崩尾。第一節(jié) 氣體放電理論及應(yīng)用第二節(jié)液體和固體介質(zhì)的電氣特性表征電介質(zhì)的常用參數(shù)電導(dǎo)率或絕緣電阻率介電常數(shù)介質(zhì)損耗角正切tan擊穿電場強(qiáng)度Eb空間電荷分布第二節(jié)液體和固體介質(zhì)的電氣特性液體和固體介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和損耗液體和固體介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和損耗電介質(zhì)的極化：電介質(zhì)在電場作用下，其束縛電荷相應(yīng)電介質(zhì)的極化：電介質(zhì)在電場作用下，其束縛電荷相應(yīng)于電場方向產(chǎn)生彈性位移現(xiàn)象和偶極子的取向現(xiàn)象。于電場方向產(chǎn)生彈性位移現(xiàn)象和偶極子的取向現(xiàn)象。電介質(zhì)

8、極化的強(qiáng)弱可用介電常數(shù)的大小來表示，它與該電介質(zhì)極化的強(qiáng)弱可用介電常數(shù)的大小來表示，它與該電介質(zhì)的極性強(qiáng)弱有關(guān)，還受到溫度、外加電場頻率等電介質(zhì)的極性強(qiáng)弱有關(guān)，還受到溫度、外加電場頻率等因素的影響因素的影響第二節(jié)液體和固體介質(zhì)的電氣特性dAUQC000dAUQQC00000QQQCCr第二節(jié)液體和固體介質(zhì)的電氣特性極化形式極化形式電子位移極化：在外電場的作用下，構(gòu)成原子外圍的電子云相電子位移極化：在外電場的作用下，構(gòu)成原子外圍的電子云相對(duì)原子核發(fā)生位移形成的極化，建立和消除電子極化時(shí)間極短，對(duì)原子核發(fā)生位移形成的極化，建立和消除電子極化時(shí)間極短，約為約為1010-15-15-10-10-16-

9、16s s，與溫度無關(guān)。，與溫度無關(guān)。第二節(jié)液體和固體介質(zhì)的電氣特性原子極化：在外電場原子極化：在外電場E E作用下，構(gòu)成分子的原子或原子團(tuán)或離作用下，構(gòu)成分子的原子或原子團(tuán)或離子發(fā)生相對(duì)移動(dòng)形成的極化，極化時(shí)間子發(fā)生相對(duì)移動(dòng)形成的極化，極化時(shí)間1010-12-12-10-10-13-13s s第二節(jié)液體和固體介質(zhì)的電氣特性偶極子轉(zhuǎn)向極化：當(dāng)極性分子受外電場作偶極子轉(zhuǎn)向極化：當(dāng)極性分子受外電場作用時(shí)，偶極子與電場的作用就會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)向，由于偶極矩與電場用時(shí)，偶極子與電場的作用就會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)向，由于偶極矩與電場方向相同時(shí)，偶極子的位能最小，于是就電介質(zhì)整體來看，偶方向相同時(shí)，偶極子的位能最小，于是就電介

10、質(zhì)整體來看，偶極矩不再等于零而出現(xiàn)沿外施電場方向的宏觀偶極矩。極化時(shí)極矩不再等于零而出現(xiàn)沿外施電場方向的宏觀偶極矩。極化時(shí)間間1010-10-10-10-10-2-2s s第二節(jié)液體和固體介質(zhì)的電氣特性極性電介質(zhì)的極性電介質(zhì)的r 值與外施電場頻率有較大的關(guān)系，頻率值與外施電場頻率有較大的關(guān)系，頻率太高時(shí)偶極子將來不及轉(zhuǎn)動(dòng)，因而其值變小太高時(shí)偶極子將來不及轉(zhuǎn)動(dòng)，因而其值變小溫度對(duì)極性電介質(zhì)的溫度對(duì)極性電介質(zhì)的r 值有很大的影響，溫度升高時(shí)，值有很大的影響，溫度升高時(shí)，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，阻礙極性分子沿電場取向，使極性減分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，阻礙極性分子沿電場取向，使極性減弱，所以通常極性氣體介質(zhì)均具有負(fù)的

11、溫度系數(shù)，但對(duì)弱，所以通常極性氣體介質(zhì)均具有負(fù)的溫度系數(shù)，但對(duì)極性液體和固體介質(zhì)來說，關(guān)系比較復(fù)雜，當(dāng)溫度很低極性液體和固體介質(zhì)來說，關(guān)系比較復(fù)雜，當(dāng)溫度很低時(shí)，由于分子間的聯(lián)系緊密，例如液體介質(zhì)的粘度很大，時(shí)，由于分子間的聯(lián)系緊密，例如液體介質(zhì)的粘度很大，偶極子轉(zhuǎn)動(dòng)比較困難，所以偶極子轉(zhuǎn)動(dòng)比較困難，所以r 也很小。也很小。第二節(jié)液體和固體介質(zhì)的電氣特性第二節(jié)液體和固體介質(zhì)的電氣特性夾層極化：由不同介電常數(shù)和電導(dǎo)率的多種電介質(zhì)組成的絕緣結(jié)構(gòu)，在加上外電場后，各層電壓將從按介電常數(shù)分布開始逐漸過渡到按電導(dǎo)率分布，在電壓重新分配的過程中，夾層界面上積聚空間電荷并使整個(gè)介質(zhì)的等值電容增大。這種極化涉

12、及電荷的移動(dòng)和積累，所以必然伴隨能量損耗，而且過程較慢，一般需要幾分之一秒、幾秒、幾分鐘甚至幾小時(shí)，所以這種極化只有在直流和低頻交流電壓下才能表現(xiàn)出來第二節(jié)液體和固體介質(zhì)的電氣特性12021CCUUt1221GGUUt在t=0瞬間合上開關(guān),兩層電介質(zhì)上的電壓分配將與電容成反比，兩層介質(zhì)的分界面上沒有多余的正空間電荷或負(fù)空間電荷。到達(dá)穩(wěn)態(tài)后，設(shè)(t)，此時(shí)電壓分配將與電導(dǎo)成反比。一般情況下，C2/C1G2/G1，!可見有一個(gè)電壓重新分配的過程，亦即C1和C2 上的電荷要重新分配。第二節(jié)液體和固體介質(zhì)的電氣特性第二節(jié)液體和固體介質(zhì)的電氣特性電介質(zhì)的電導(dǎo)電介質(zhì)電導(dǎo)的一般描述任何電介質(zhì)內(nèi)部總是或多或少

13、地具有一些帶電粒子載流子。在外電場的作用下某些束縛較弱的載流子會(huì)產(chǎn)生定向漂移而形成傳導(dǎo)電流電導(dǎo)電流和泄漏電流。表征電介質(zhì)導(dǎo)電性能的主要物理量即為電導(dǎo)率或其倒數(shù)電阻率電介質(zhì)的電導(dǎo)可分為離子電導(dǎo)和電子電導(dǎo)兩種(載流子的性質(zhì))，前者以離子為載流子，而后者以自由電子為載流子。正常情況下，電介質(zhì)的電導(dǎo)主要是離子電導(dǎo)，電子電導(dǎo)通常非常微弱。離子電導(dǎo)又可分為本征(固有)離子電導(dǎo)和雜質(zhì)離子電導(dǎo)。在純凈的非極性電介質(zhì)中，電導(dǎo)率是很小的，亦即電阻率很大，可高達(dá)10171019.cm以上，而極性電介質(zhì)因具有較大的本征離子電導(dǎo)，其電阻率就小得多1010 1014 . cm第二節(jié)液體和固體介質(zhì)的電氣特性電泳電導(dǎo)：在液體

14、介質(zhì)中，某些載流子為帶電的分子團(tuán)，通常是乳化狀態(tài)的膠體粒子，如絕緣油中的懸浮膠粒或細(xì)小水珠，它們吸附電荷后變成帶電粒子。固體和液體介質(zhì)的電導(dǎo)與溫度關(guān)系密切TBAe式中A和B為常數(shù)，均與介質(zhì)的特性有關(guān)，但固體介質(zhì)的常數(shù)B通常比液體介質(zhì)的B 值大，T為絕對(duì)溫度第二節(jié)液體和固體介質(zhì)的電氣特性絕緣電阻或絕緣電阻率的測量原理：在被測試品上施加直流電壓，測量達(dá)到穩(wěn)定電流時(shí)的電流值，根據(jù)歐姆定律可以得到絕緣電阻。第二節(jié)液體和固體介質(zhì)的電氣特性電介質(zhì)的損耗物理本質(zhì)：由電導(dǎo)、有損極化引起的能量耗散，直流電場下，沒有周期性的極化損耗，用體積電導(dǎo)率和表面電導(dǎo)率可以描述介質(zhì)的損耗，而在交流電場下，介質(zhì)中電流包含了有功

15、和無功電流兩種電流分量，介質(zhì)損耗用于描述交流電場下介質(zhì)中有功電流引起的能量耗散。第二節(jié)液體和固體介質(zhì)的電氣特性CRIIItantancos2PCRCUUIUIUIP在交流電壓作用下，流過電介質(zhì)的電流!包含有功分量IR和無功分量IC介質(zhì)中有功電流引起的功率損耗正切tan稱為介質(zhì)損耗因數(shù)，它僅取決于材料損耗特性，與外施電壓等無關(guān)，為用于綜合反映電介質(zhì)損耗特性優(yōu)劣第二節(jié)液體和固體介質(zhì)的電氣特性氣體、液體和固體介質(zhì)的損耗氣體、液體和固體介質(zhì)的損耗氣體介質(zhì)損耗：氣體分子間的距離很大，相互氣體介質(zhì)損耗：氣體分子間的距離很大，相互間的作用力很弱，所以在極化過程中不會(huì)引起間的作用力很弱，所以在極化過程中不會(huì)引

16、起損耗。損耗。如果外施電場還不足以引起電離過程，則氣體如果外施電場還不足以引起電離過程，則氣體中只存在很小的電導(dǎo)損耗，其中只存在很小的電導(dǎo)損耗，其tantan 1010-8-8。當(dāng)氣體中的電場強(qiáng)度達(dá)到放電起始強(qiáng)度時(shí)，氣當(dāng)氣體中的電場強(qiáng)度達(dá)到放電起始強(qiáng)度時(shí)，氣體中將發(fā)生局部放電，這時(shí)損耗將急劇增大，體中將發(fā)生局部放電，這時(shí)損耗將急劇增大，這種情況常發(fā)生在固體或液體介質(zhì)中含有氣泡這種情況常發(fā)生在固體或液體介質(zhì)中含有氣泡的場合。的場合。第二節(jié)液體和固體介質(zhì)的電氣特性第二節(jié)液體和固體介質(zhì)的電氣特性液體介質(zhì)損耗液體介質(zhì)損耗中性和弱極性液體介質(zhì)，如變壓器油的極化損耗很小，中性和弱極性液體介質(zhì)，如變壓器油的

17、極化損耗很小，其損耗主要由電導(dǎo)引起其損耗主要由電導(dǎo)引起極性液體介質(zhì)，如蓖麻油和氯化聯(lián)苯等，除了電導(dǎo)損耗極性液體介質(zhì)，如蓖麻油和氯化聯(lián)苯等，除了電導(dǎo)損耗外，還存在極化損耗外，還存在極化損耗介質(zhì)損耗與溫度的關(guān)系密切（以極性液體介質(zhì)為例）介質(zhì)損耗與溫度的關(guān)系密切（以極性液體介質(zhì)為例）第二節(jié)液體和固體介質(zhì)的電氣特性在低溫時(shí)，極化損耗和電導(dǎo)損耗都較小隨著溫度的升高，液體的黏度減小，偶極子轉(zhuǎn)向極化增強(qiáng)，電導(dǎo)損耗也增大，tan上升，并在t1時(shí)達(dá)到極大值在t1tt2以后，電導(dǎo)損耗隨溫度急劇上升，極化損耗不斷減小而退居次要地位， tan 將隨溫度升高而增大。第二節(jié)液體和固體介質(zhì)的電氣特性極性液體介質(zhì)的和tan與

18、電源角頻率的關(guān)系.當(dāng)較小時(shí)，偶極子的轉(zhuǎn)向極化完全能夠跟上電場的交變，極化得以充分發(fā)展，此時(shí)的最大，但此時(shí)偶極子的轉(zhuǎn)向頻率較低，因而極化損耗很小， tan也小，且主要是由電導(dǎo)損耗引起的。如減至很小時(shí)tan反而又稍有增加，這是因?yàn)殡娙蓦娏鳒p小的結(jié)果。隨著的增大，當(dāng)轉(zhuǎn)向極化逐漸跟不上電場的交變時(shí)， 開始下降，但由于轉(zhuǎn)向頻率增大仍會(huì)使極化損耗增加， tan增大。一旦大到偶極子完全來不及轉(zhuǎn)向時(shí)， 值變到最小而趨于某一定值， tan也變得很小，因?yàn)檫@時(shí)只存在電子極化了，在這樣的變化過程中一定有一個(gè)tan 的極大值，其對(duì)應(yīng)的角頻率為0。第二節(jié)液體和固體介質(zhì)的電氣特性固體介質(zhì)損耗無機(jī)絕緣材料有機(jī)絕緣材料第二節(jié)

19、液體和固體介質(zhì)的電氣特性相對(duì)介電常數(shù)與介質(zhì)損耗角正切的測量方法：電橋法和諧振法電橋法原理：電橋的測試原理是把試樣作為一個(gè)橋臂，其他三個(gè)橋臂的阻抗是已知或可讀數(shù)的，調(diào)節(jié)電橋達(dá)到平衡，再根據(jù)平衡條件，求出試樣的并聯(lián)等效電容和電阻，從而計(jì)算出試樣的相對(duì)介電常數(shù)和損耗角正切。諧振法：試樣電容可根據(jù)替代法二次諧振下調(diào)諧電容的差求出。第二節(jié)液體和固體介質(zhì)的電氣特性作業(yè)P265T5-6、5-8第二節(jié)液體和固體介質(zhì)的電氣特性液體介質(zhì)的擊穿純凈液體介質(zhì)的擊穿理論：電子碰撞電離理論和氣泡擊穿理論電子碰撞電離理論：當(dāng)外電場足夠強(qiáng)時(shí)，在陰極產(chǎn)生的強(qiáng)場發(fā)射或因肖特基效應(yīng)發(fā)射的電子將被電場加速而具有足夠的動(dòng)能，在碰撞液體

20、分子時(shí)可引起電離!使電子數(shù)倍增，形成電子崩。同時(shí)由碰撞產(chǎn)生的正離子將在陰極附近集結(jié)形成空間電荷層，增強(qiáng)陰極附近的電場，使陰極發(fā)射的電子數(shù)增多，當(dāng)外施電壓增大到一定程度時(shí)，電子崩電流會(huì)急劇增大，從而導(dǎo)致液體介質(zhì)的擊穿。第二節(jié)液體和固體介質(zhì)的電氣特性液體介質(zhì)擊穿特性：純凈液體的密度增加時(shí)，擊穿場強(qiáng)會(huì)增大；溫度升高時(shí)液體膨脹，擊穿場強(qiáng)會(huì)下降；由于電子崩的產(chǎn)生和空間電荷層的形成需要一定的時(shí)間，當(dāng)電壓作用時(shí)間很短時(shí)，擊穿場強(qiáng)將提高，因此液體介質(zhì)的沖擊擊穿場強(qiáng)高于工頻擊穿場強(qiáng)。第二節(jié)液體和固體介質(zhì)的電氣特性氣泡擊穿理論在交流電壓下，串聯(lián)介質(zhì)中電場強(qiáng)度的分布是與介質(zhì)的r成反比的，由于氣泡的r很小，近似為1，

21、其電氣強(qiáng)度又比液體介質(zhì)的低得多，所以氣泡必然先發(fā)生電離，氣泡電離后溫度上升，體積膨脹，密度減小，促使電離進(jìn)一步發(fā)展。電離產(chǎn)生的帶電離子撞擊液體介質(zhì)分子，使它又分解成氣體，導(dǎo)致氣體通道擴(kuò)大，如果許多電離的氣泡在電場中排列成氣體小橋，擊穿就可能在此通道中發(fā)生。第二節(jié)液體和固體介質(zhì)的電氣特性工程用液體介質(zhì)的擊穿過程及其特點(diǎn)工程液體介質(zhì)的特點(diǎn)是含有雜質(zhì)在均勻電場中，當(dāng)工頻電壓升高到某值時(shí)油中可能會(huì)出現(xiàn)一個(gè)火花放電，但旋即消失，即這個(gè)火花沒有引起油間隙擊穿，油又恢復(fù)其電氣強(qiáng)度，電壓再增加油中又可能出現(xiàn)火花，但可能又旋即消失。這樣反復(fù)多次，最后才會(huì)發(fā)生穩(wěn)定的擊穿。第二節(jié)液體和固體介質(zhì)的電氣特性液體介質(zhì)擊穿

22、場強(qiáng)的測試方法第二節(jié)液體和固體介質(zhì)的電氣特性變壓器油擊穿電壓的影響因素及其提高的方法水分：水在變壓器油中有兩種狀態(tài)，一是高度分散且分布非常均勻，可視為溶解狀態(tài)；二是呈水珠狀一滴一滴懸浮在油中，為懸浮狀態(tài)。懸浮狀態(tài)水滴在油中是十分有害的，因?yàn)樗鼈冊(cè)陔妶鲎饔孟聦O化而沿電場方向伸長，會(huì)畸變油中的電場分布，并可能在電極間連成小橋其他雜質(zhì)：當(dāng)油中還含有其他固體雜質(zhì)時(shí)，擊穿電壓的下降程度隨著雜質(zhì)的種類和數(shù)量而異。第二節(jié)液體和固體介質(zhì)的電氣特性當(dāng)油中含水量達(dá)到十萬分之幾時(shí)，它對(duì)擊穿電壓就有明顯的影響，這意味著油中已出現(xiàn)懸浮狀水滴；含水量達(dá)到萬分之二時(shí)，擊穿電壓已下降至10kV，比不含水分時(shí)的擊穿電壓下降很

23、多倍；含水量繼續(xù)增加時(shí)，擊穿電壓下降已不多，這是因?yàn)橹挥幸欢〝?shù)量的水分能懸浮于油中，多余的水分會(huì)沉淀到油的底部，但這對(duì)油的絕緣性能也是非常有害的。第二節(jié)液體和固體介質(zhì)的電氣特性油溫變壓器油的擊穿電壓與溫度的關(guān)系比較復(fù)雜，與電場的均勻度、油的品質(zhì)以及電壓類型的不同而各異。第二節(jié)液體和固體介質(zhì)的電氣特性第二節(jié)液體和固體介質(zhì)的電氣特性電場均勻度：保持油溫不變，而改善電場的均勻度，能使優(yōu)質(zhì)油的工頻擊穿電壓顯著增大，也能大大提高其擊穿電壓電壓作用時(shí)間：油隙的擊穿電壓會(huì)隨電壓作用時(shí)間的增加而下降，加壓時(shí)間還會(huì)影響油的擊穿性質(zhì)油壓的影響：不論電場均勻程度如何，工業(yè)純變壓器油的工頻擊穿電壓總是隨著油壓的增加而

24、增大；經(jīng)脫氣處理的油，其工頻擊穿電壓幾乎與油壓無關(guān)；油壓大小不影響沖擊擊穿電壓第二節(jié)液體和固體介質(zhì)的電氣特性固體介質(zhì)的擊穿：電擊穿、熱擊穿和電化學(xué)擊穿電擊穿理論：指僅由電場的作用而直接使介質(zhì)破壞并喪失絕緣性能的現(xiàn)象。固體介質(zhì)中存在少量處于導(dǎo)帶能級(jí)的電子傳導(dǎo)電子在強(qiáng)電場的作用下加速，并與晶格結(jié)點(diǎn)上的原子、離子不斷碰撞，當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)傳導(dǎo)電子從電場獲得的能量大于碰撞時(shí)失去的能量，則在電子的能量達(dá)到了能使晶格原子、離子發(fā)生電離的程度時(shí)，傳導(dǎo)電子數(shù)量將迅速增多，引起電子崩，破壞了固體介質(zhì)的晶格結(jié)構(gòu)，使電導(dǎo)增大而導(dǎo)致?lián)舸ｋ姄舸┑闹饕卣鳎簱舸╇妷簬缀跖c周圍環(huán)境溫度無關(guān)；除時(shí)間很短的情況外，擊穿電壓與電壓

25、作用時(shí)間的關(guān)系不大，介質(zhì)發(fā)熱不顯著；電場的均勻程度對(duì)擊穿電壓有顯著的影響。第二節(jié)液體和固體介質(zhì)的電氣特性熱擊穿的特征熱擊穿電壓會(huì)隨周圍媒質(zhì)溫度的上升而下降；熱擊穿電壓并不隨介質(zhì)厚度成正比增加，厚度越大，介質(zhì)中心附近的熱能散發(fā)越困難；固體介質(zhì)的擊穿場強(qiáng)隨厚度的增大而降低；如果介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)大，散熱系數(shù)也大，則熱擊穿電壓上升外施電場的頻率增大，或者介質(zhì)的損耗角正切增大，會(huì)使介質(zhì)的臨界擊穿電壓第二節(jié)液體和固體介質(zhì)的電氣特性電化學(xué)擊穿：固體介質(zhì)在長期工作電場的作用下，由于介質(zhì)內(nèi)部發(fā)生局部放電等原因而導(dǎo)致介質(zhì)絕緣性能劣化，電氣強(qiáng)度逐漸下降，最終導(dǎo)致介質(zhì)的擊穿。局部放電與電化學(xué)擊穿的關(guān)系：1.放電過程產(chǎn)生

26、的活性氣體O3、NO以及NO2等對(duì)介質(zhì)會(huì)產(chǎn)生氧化和腐蝕作用；2.放電過程有帶電粒子撞擊介質(zhì)，引起局部溫度上升，加速介質(zhì)氧化并使局部電導(dǎo)和介質(zhì)損耗增加；3.帶電粒子的撞擊還可能切斷分子鏈，導(dǎo)致局部樹枝化，進(jìn)而形成局部的低密度區(qū)，最終形成導(dǎo)電通道而引起擊穿。第二節(jié)液體和固體介質(zhì)的電氣特性電化學(xué)擊穿電壓的大小與加壓時(shí)間的關(guān)系非常密切，同時(shí)也因介質(zhì)種類的不同而各異第二節(jié)液體和固體介質(zhì)的電氣特性影響固體介質(zhì)擊穿電壓的主要因素電壓作用時(shí)間電場均勻程度溫度受潮累積效應(yīng)第三節(jié) 過電壓及絕緣配合波在單根均勻無損導(dǎo)線上的傳播單根輸電線路的等值電路用L0，R0，C0和G0分別表示導(dǎo)線單位長度上的電感、電阻、對(duì)地電容

27、和電導(dǎo)。在分析時(shí)不計(jì)R0和G0的影響時(shí)，稱為無損導(dǎo)線。第三節(jié) 過電壓及絕緣配合假設(shè)在時(shí)間dt內(nèi)，波前進(jìn)了dx，在這段時(shí)間內(nèi)長度為dx的導(dǎo)線的電容C0dx充電到u，獲得電荷為C0dxu，這些電荷是在時(shí)間dt內(nèi)通過電流i送過來的，有在同樣的時(shí)間dt內(nèi),長度為dx的導(dǎo)線上已建立起電流i,，這一段導(dǎo)線的電感為L0dx，產(chǎn)生的磁鏈為L0dxi，這些磁鏈?zhǔn)窃跁r(shí)間dt內(nèi)建立的，因此導(dǎo)線上的電壓為由上面兩個(gè)關(guān)系可以得到反映電壓波和電流波關(guān)系的波阻抗以及波的傳播速度第三節(jié) 過電壓及絕緣配合波阻抗與導(dǎo)線電阻的概念的區(qū)別波阻抗表示只有一個(gè)方向的電壓波和電流波的比值，其大小只決定于導(dǎo)線單位長度的電感和電容，與線路的長

28、度無關(guān)，而導(dǎo)線的電阻與長度成正比；波阻抗說明導(dǎo)線周圍電介質(zhì)所獲得的電磁能的大小，并以電磁能的形式貯存在周圍介質(zhì)中，并不消耗，而電阻則吸取電源能量并轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芟牡?；波阻抗有正?fù)號(hào)，表示不同方向的流動(dòng)波，而電阻一般沒有。行波的傳播速度：第三節(jié) 過電壓及絕緣配合波動(dòng)方程求解前行波反行波第三節(jié) 過電壓及絕緣配合描述行波在均勻無損單根導(dǎo)線上傳播的方程導(dǎo)線上任何一點(diǎn)的電壓和電流，等于通過該點(diǎn)的前行波與反行波之和，前行波電壓與電流之比等于+Z，反行波電壓與電流之比等于-Z第三節(jié) 過電壓及絕緣配合行波的折射與反射實(shí)際電力傳輸是一條分布參數(shù)的長線或與集中元件的集中阻抗如接地電阻等相連接，不同波阻抗的連接點(diǎn)稱為

29、節(jié)點(diǎn)，若有一行波來到節(jié)點(diǎn)時(shí)，將發(fā)生能量的重新分配過程，在節(jié)點(diǎn)上發(fā)生行波的折射和反射。第三節(jié) 過電壓及絕緣配合導(dǎo)線1上總的電壓和電流導(dǎo)線2上的電壓和電流當(dāng)線路2為無限長導(dǎo)線時(shí)，有有其中為折射電壓波與入射電壓波之比值，稱為電壓波折射系數(shù)，其值永遠(yuǎn)為正值，且在0 2范圍內(nèi)；表示反射電壓波與入射電壓波之比值，稱為電壓波反射系數(shù)，其值可正可負(fù)，且-11。1+=第三節(jié) 過電壓及絕緣配合幾個(gè)特殊情況線路末端開路：=2，=1，u1b=u1f，i1b=-i1f。電壓反射波與入射波疊加，使末端電壓上升一倍，電流為零，即波到達(dá)開路的末端時(shí)，全部磁場能量變?yōu)殡妶瞿芰?，使電壓上升一倍。第三?jié) 過電壓及絕緣配合線路末端短

30、路：=0，=-1，u1b=-u1f，i1f=i1b，電壓的反射波與入射波符號(hào)相反，數(shù)值相等，故末端電壓為零，電流上升一倍。第三節(jié) 過電壓及絕緣配合Z1Z2的兩導(dǎo)線相連時(shí)，電壓波及電流波發(fā)生折、反射第三節(jié) 過電壓及絕緣配合末端接入純電阻負(fù)載，即R=Z1，Z1=Z2，此時(shí)阻抗匹配，但是電磁波能量全部被電阻負(fù)載吸收，并轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。第三?jié) 過電壓及絕緣配合彼德遜等值電路：集中參數(shù)的等值電路。若求折射波電壓，可以將一個(gè)內(nèi)阻為Z1，電源為入射波電壓兩倍的2U1f與波阻抗Z2相連，則Z2兩端壓降即為折射波電壓U2f。使用條件：線路Z2中沒有反行波，或Z2中的發(fā)射波尚未到達(dá)節(jié)點(diǎn)A。第三節(jié) 過電壓及絕緣配合實(shí)際電網(wǎng)傳輸線上的行波行波通過串聯(lián)電感與并聯(lián)電容直角波通過串聯(lián)電感：一無窮長直角波U1f自具有波阻抗Z1的導(dǎo)線經(jīng)電感過渡至具有波阻抗Z2 的導(dǎo)線，并設(shè)Z2中反行波未到達(dá)節(jié)點(diǎn)。電路方程為無窮長直角波通過集中電感時(shí)，波頭被拉長，而電壓、電流的穩(wěn)態(tài)值與未串聯(lián)電感時(shí)一樣。波頭被拉長是由于電感L的作用，L愈大T愈大，波頭就愈平緩。第三節(jié) 過電壓及絕緣配合折射電壓波U2f的陡