電氣絕緣基礎(chǔ)知識(shí)

1、一、氣體介質(zhì)的絕緣特性一、氣體介質(zhì)的絕緣特性二、液體介質(zhì)的絕緣特性二、液體介質(zhì)的絕緣特性三、固體介質(zhì)的絕緣特性三、固體介質(zhì)的絕緣特性四、組合絕緣的耐電特性四、組合絕緣的耐電特性第二章 電氣絕緣基礎(chǔ)知識(shí)一、空氣間隙的擊穿機(jī)理1、電離電離形式： a.碰撞電離b.光電離c.熱電離 d.表面電離2、空氣間隙的擊穿過(guò)程少量帶電粒子的碰撞游離電子崩流注流注接通兩極形成擊穿輸電線路以氣體作為絕緣材料輸電線路以氣體作為絕緣材料變壓器相間絕緣以氣體作變壓器相間絕緣以氣體作為絕緣材料為絕緣材料3、非自持放電和自持放電（1）依靠外界電離因素維持的是非自持放電（2）僅靠電場(chǎng)本身作用的是自持放電4、空氣間隙在電場(chǎng)作用下

2、出現(xiàn)自持放電是否一定會(huì)發(fā)生擊穿？答：在均勻電場(chǎng)中，氣體間隙一旦出現(xiàn)自持放電，同時(shí)即被擊穿。在極不均勻電場(chǎng)中，氣體局部達(dá)到自持放電時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電暈放電，間隙并不擊穿。5、流注：空氣間隙中往兩極發(fā)展的充滿正負(fù)帶點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)的混合等離子通道。流注分類（1）陽(yáng)極（正）流注：從陽(yáng)極向陰極發(fā)展（2）陰極（負(fù)）流注：從陰極向陽(yáng)極發(fā)展二、均勻電場(chǎng)中氣體間隙擊穿電壓與氣體密度的關(guān)系1、除去氣體過(guò)于稀薄外，氣體密度越大，擊穿電壓越高。2、巴申定律： 當(dāng)氣體種類和電極材料一定時(shí)，均勻電場(chǎng)中氣隙的放電電壓UF是氣體壓力P和間隙極間距離S乘積的函數(shù)。 UF=f(PS)三、電場(chǎng)是否均勻?qū)諝忾g隙擊穿電壓影響 在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，溫度

3、為20時(shí)，均勻電場(chǎng)中空氣間隙的擊穿場(chǎng)強(qiáng)大約是30kv/cm。 極不均勻電場(chǎng)間隙大于50cm時(shí)，負(fù)極性的直流擊穿電壓平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)約為10kv/cm，而正極性的直流擊穿場(chǎng)強(qiáng)約為4.5kv/cm，與均勻電場(chǎng)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)相比下降很多。1、均勻電場(chǎng)氣隙在穩(wěn)態(tài)電壓下的擊穿特性均勻電場(chǎng)中一旦出現(xiàn)自持放電，間隙即被擊穿，形成電弧放電或火花放電，無(wú)電暈放電。2、稍不均勻電場(chǎng)氣隙在穩(wěn)態(tài)電壓下的擊穿特性不均勻電場(chǎng)分類依據(jù)：能否維持穩(wěn)定的電暈放電極不均勻電場(chǎng) 稍不均勻電場(chǎng)能不能稍不均勻電場(chǎng)舉例：球隙測(cè)量器3、極不均勻電場(chǎng)氣隙在穩(wěn)態(tài)電壓下的擊穿特性 一定電壓作用下,在曲率半徑小的電極附近發(fā)生局部游離,并發(fā)出大量光輻射,有

4、些像日月的暈光,稱為電暈放電. 間隙擊穿電壓遠(yuǎn)高于電暈起始電壓4、均勻電場(chǎng)和不均勻電場(chǎng)工頻擊穿電壓的比較 均勻電場(chǎng)：30kv/cm 稍不均勻電場(chǎng)：S一定D越小,UF 越低 極不均勻電場(chǎng)： UF(棒板) 低于UF（棒棒四、氣體間隙的直流擊穿電壓和極性效應(yīng) 極性效應(yīng)：當(dāng)棒為正極時(shí)，間隙的直流擊穿電 壓要遠(yuǎn)低于棒為負(fù)極時(shí)的直流擊穿電壓。 UF（負(fù)棒正板） UF（棒棒） UF（正棒負(fù)板）五、沖擊電壓作用下空氣間隙的擊穿電壓1、雷電沖擊電壓和操作沖擊電壓 （1） 雷電沖擊電壓：幾微秒到幾十微秒 持續(xù)時(shí)間 操作沖擊電壓：幾百微秒或幾千微秒2、沖擊電壓的標(biāo)準(zhǔn)波形 沖擊波波形可由波頭長(zhǎng)度T1及波長(zhǎng)T2加以確定

5、，現(xiàn)用的雷電沖擊電壓的波形參數(shù)為1.2/50S，操作沖擊電壓的波形參數(shù)為 250/2500S。3、沖擊電壓作用下空氣間隙的擊穿電壓 雷電沖擊擊穿電壓與極間距離近似正比關(guān)系，操作沖擊擊穿電壓隨波前時(shí)間T1的變化成U型曲線4、50%沖擊擊穿電壓概念：是指在該沖擊電壓作用下，放電的概率為50%。工程上采用該值作為間隙的沖擊電壓擊穿值用符號(hào)U50%表示。六、影響氣體擊穿電壓的各種因素1、氣體狀態(tài)： 氣體密度（氣壓、溫度）、濕度 濕度增大，氣體的間隙擊穿電壓增高。2、電壓作用時(shí)間（電壓波形）對(duì)擊穿電壓的影響 均勻電場(chǎng)中，擊穿電壓與電壓波形、電壓作用時(shí)間無(wú)關(guān) 。 極不均勻電場(chǎng)中，雷電沖擊電壓遠(yuǎn)高于工頻擊穿

6、電壓。 操作過(guò)電壓可能低于工頻擊穿電壓幅值。原因：空氣中的水分子捕獲自由電子形成負(fù)離子，負(fù)離子不易電離，導(dǎo)致氣體UF增高。3、電壓的極性對(duì)擊穿電壓的影響 對(duì)于極不均勻電場(chǎng)中的棒板間隙，空氣間隙的直流或沖擊擊穿電壓與棒極的極性有關(guān)，一般是負(fù)極性放電電壓高。4、電場(chǎng)的均勻程度對(duì)擊穿電壓的影響 電場(chǎng)越均勻，擊穿電壓越高5、電極材料和光潔度對(duì)擊穿電壓的影響例：鋁極表面易發(fā)射電子，UF低；不銹鋼電極的UF略高。討論： 斷路器新電極為什么要進(jìn)行老煉處理？ 答：新電極表面會(huì)存在小毛刺，因此常需進(jìn)行老煉處理。通過(guò)對(duì)電極加壓進(jìn)行老煉處理，除去電極表面的小毛刺后，不僅提高間隙的擊穿電壓，而且擊穿電壓的分散性減小。

7、6、不同氣體種類對(duì)擊穿電壓的影響 含鹵族元素的氣體，例如六氟化硫、二氯二氟二碳和四氯化碳等，在一切條件都相同的情況下，其擊穿電壓比空氣高幾倍，稱為高強(qiáng)度氣體。 此類氣體具有高電氣強(qiáng)度原因：七、SF6氣體絕緣特性1、 SF6氣體的電氣絕緣強(qiáng)度與氣體壓力和棒極極性的關(guān)系 SF6氣體在普通狀態(tài)下是不燃、無(wú)嗅、無(wú)毒、無(wú)色的惰性氣體。正常情況下相對(duì)密度是空氣的5倍。在均勻電場(chǎng)中，同一個(gè)大氣壓力時(shí)，電氣絕緣強(qiáng)度約為空氣的2.33倍。 （1）分子尺寸大；（）分子尺寸大；（2）具有很強(qiáng)的負(fù)電性）具有很強(qiáng)的負(fù)電性尺寸大運(yùn)動(dòng)中易碰撞，自由行程短，運(yùn)動(dòng)電子無(wú)足夠動(dòng)能進(jìn)行碰撞游離，不易擊穿放電。具有很強(qiáng)的負(fù)電性，中性

8、分子易吸附電子成為負(fù)離子，使電子減少以提高擊穿電壓。注：（1）只有在均勻電場(chǎng)中提高氣壓才能提高氣隙的擊穿電壓（2）Sf6的極性效應(yīng)與空氣間隙不同，擊穿電壓負(fù)極低于正極，其絕緣水平由負(fù)極性電壓決定。2、 Sf6氣體的液化特性 壓力越高，液化溫度越高。 電氣設(shè)備使用SF6要注意防止出現(xiàn)液化，根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀髼l件可能出現(xiàn)的最低溫度選擇合適的充氣壓力。3、 Sf6氣體的滅弧性能 該氣體具有良好的滅弧性能，故適用于高壓斷路器中。4、 Sf6氣體分解物的毒性 純凈的SF6氣體是無(wú)毒的，但在水分和電弧的作用下，會(huì)產(chǎn)生水解，形成有毒或有腐蝕性的物質(zhì)。八、氣體放電的不同形式1、輝光放電特點(diǎn)：放電電流密度小，放電區(qū)域

9、通常占據(jù)放電管電極整個(gè)空間。2、電弧放電特點(diǎn)：電流密度極大，溫度極高，具有耀眼而細(xì)長(zhǎng)的放電弧道，弧道電阻很小，具有短路的性質(zhì)。3、火花放電特點(diǎn)：放電回路的阻抗很大，限制放電電流，電極間空氣間隙的放電時(shí)斷時(shí)續(xù)，出現(xiàn)斷續(xù)的明亮火花。4、電暈放電特點(diǎn)：空氣間隙電場(chǎng)極不均勻，在電極附近強(qiáng)電場(chǎng)處出現(xiàn)局部空氣游離發(fā)光現(xiàn)象，電流很小，整個(gè)空氣間隙并未擊穿，仍能耐受住電壓作用。5、刷狀放電（電壓升高到一定程度電暈放電發(fā)展而成）九、氣體中固體介質(zhì)的沿面放電 沿固體介質(zhì)表面發(fā)生的氣體放電現(xiàn)象稱為沿面放電。沿面放電發(fā)展成貫穿性短路時(shí)稱為沿面閃絡(luò)。 沿面放電電壓通常比純空氣間隙的擊穿電壓要低。1、影響空氣中固體介質(zhì)沿

10、面放電電壓的各種因素 （1）固體絕緣表面光潔度的影響。 （2）大氣濕度和固體絕緣表面吸潮的影響。 （3）導(dǎo)體與固體絕緣結(jié)合狀況的影響。 （4）電場(chǎng)分布的影響。 固體介質(zhì)與氣體介質(zhì)交界面的電場(chǎng)分布一般有三 種情況：(1). 固體介質(zhì)處于均固體介質(zhì)處于均勻電場(chǎng)中勻電場(chǎng)中,且界面與電且界面與電力線平行力線平行;(2). 固體介質(zhì)處于極不均勻電場(chǎng)固體介質(zhì)處于極不均勻電場(chǎng)中中,且電力線垂直于界面的分量比且電力線垂直于界面的分量比平行于界面的分量大得多平行于界面的分量大得多;類似套管類似套管(3). 固體介質(zhì)處于極不均勻電固體介質(zhì)處于極不均勻電場(chǎng)中場(chǎng)中,且電力線平行于界面的且電力線平行于界面的分量以垂直于

11、界面的分量大得分量以垂直于界面的分量大得多多.類似支持絕緣子類似支持絕緣子舉例：高壓套管強(qiáng)垂直分量不均勻電場(chǎng)引起的沿面 放電。(1) 放電發(fā)展特點(diǎn)放電發(fā)展特點(diǎn):a. 電暈放電電暈放電c. 滑閃放電滑閃放電b. 線狀火花放電線狀火花放電 （刷狀放電）（刷狀放電）2、提高空氣中固體絕緣沿面放電電壓的措施（1）戶外安裝的電氣設(shè)備絕緣子設(shè)置裙邊。（2）在容易出現(xiàn)潮濕污穢的地區(qū)絕緣子表面涂憎水性涂料。（3）配電裝置各導(dǎo)電部位應(yīng)力求做到電場(chǎng)均勻，以增強(qiáng)其耐電強(qiáng)度。一、液體絕緣介質(zhì)的種類 礦物油1、按其來(lái)源分 植物油 人工合成油2、變壓器油的牌號(hào) 10、25和45 DB10號(hào)變壓器油適用于氣溫不低于10的地

12、區(qū)作為變壓器用油，或氣溫不低于5的地區(qū)作為戶外斷路器、油浸電容式套管和互感器用油。 DB25號(hào)變壓器油適用于氣溫低于10的地區(qū)作為電力變壓器用油，或者氣溫不低于20的地區(qū)作為戶外斷路器、油浸電容式套管和互感器用油。 DB45號(hào)油適用于氣溫低于10的地區(qū)作為電力變壓器用油，或者氣溫低于20的地區(qū)作為戶外斷路器、油浸電容式套管和互感器用油。二、變壓器油的擊穿過(guò)程1、由油中氣泡、水滴或纖維引起油間隙擊穿過(guò)程 “小橋小橋”理論理論(即即 :“氣泡氣泡”擊穿理論擊穿理論) p.81 氣體的耐電強(qiáng)度遠(yuǎn)比油低，因此氣泡先游離 變壓器油的擊穿主要原因,在于雜質(zhì)的影響,而雜質(zhì)是水分、潮濕的纖維和被游離了的氣泡等

13、構(gòu)成，它們?cè)陔妶?chǎng)的作用下，在電極間逐漸排列成為小橋，從而導(dǎo)致?lián)舸?。三、影響變壓器油擊穿電壓的各種因素注：只要油中含水，就會(huì)使耐壓值顯著下降1、壓力的影響：壓力上升，工頻擊穿電壓提高2、溫度的影響 受潮的變壓器油其擊穿電壓隨溫度的升高而上升，原因： 油中水分溶解 溫度升到80擊穿電壓下降，原因：水蒸發(fā)在油中產(chǎn)生大量氣泡 在零下幾十度到零度范圍內(nèi)擊穿電壓較高，原因：水結(jié)冰3、電場(chǎng)的均勻程度： 改善電場(chǎng)均勻度可提高擊穿電壓。4、電壓作用時(shí)間的影響： 短時(shí)間內(nèi)隨加壓時(shí)間的延長(zhǎng)擊穿電壓下降，達(dá)到一定時(shí)間不再明顯下降。工頻耐壓時(shí)間為1min.5、沖擊電壓作用下變壓器油間隙的擊穿場(chǎng)強(qiáng)6、油間隙寬度對(duì)擊穿場(chǎng)強(qiáng)

14、的影響一、固體電介質(zhì)的種類及其特性1、固體電介質(zhì)的種類2、電介質(zhì)的極化和相對(duì)介電常數(shù) 電介質(zhì)的極化： 在外加電場(chǎng)的作用下，電介質(zhì)中的正負(fù)電荷沿電場(chǎng)的方向作有限的位移或轉(zhuǎn)向，形成偶極矩。3、固體電介質(zhì)的物理化學(xué)性能 普通聚氯乙烯在火災(zāi)事故時(shí)會(huì)逸出大量氯化氫等有毒煙氣，妨礙消防工作、加劇火勢(shì)蔓延，而且煙氣的沉淀物有導(dǎo)電和腐蝕性，對(duì)電氣裝置產(chǎn)生“二次危害”。二、固體絕緣擊穿的三種形式 （1）電擊穿（2）熱擊穿（3）電化學(xué)擊穿三、影響固體介質(zhì)擊穿電壓的因素 （1）溫度 （2）電壓作用時(shí)間 （3）電場(chǎng)的均勻程度 （4）潮濕 （5）電壓種類 （6）機(jī)械負(fù)荷 （7） 固體介質(zhì)的局部放電和累積效應(yīng) 多次受高壓作用，內(nèi)部損傷越來(lái)越嚴(yán)重，亦會(huì)產(chǎn)生累積效應(yīng)，從而降低擊穿電壓。一、油紙絕緣的耐電性能 1、特點(diǎn)：耐熱性能低，易吸