電氣工程師公共基礎(chǔ)科目第70講氣體中沿固體表面的放電及液體與固體介質(zhì)的擊穿

1、第37章氣體中沿固體表面的放電37.1界面電場分布對沿面放電的影響37. 1. 1均勻電場的沿面放電固體介質(zhì)處丁均勻電場中，£1界而與平行，工程實(shí)際中很少沿面閃絡(luò)電圧明顯低J：純氣隙中的擊原因:固體介質(zhì)與電極表面接觸不良，存大氣中的潮氣吸附到固體介質(zhì)的表電力線Y2穿電壓在小氣均勻電場匸 31弱垂直分量的 極不均勻電場強(qiáng)垂直分量的 極不均勻電場面形成薄水膜，電極表面集聚了電荷，降低了閃絡(luò)電壓。固體表面電阻的不均勻和粗糙不平4電極2固體介質(zhì)3 電力線也會造成電場畸變。37.1.2界面上有強(qiáng)垂直電場分量時(shí)的沿而放電典型的如固體介質(zhì)處極不均勻電場中，II界而電場的垂直分量En比平行于表而的切

2、線分量Et大得多, 套管1. 基本過程各處場強(qiáng)差異大，套管法蘭附近的電力線密集，電場最強(qiáng)，可出現(xiàn)持續(xù)局部沿面放電u t f淺蘭色的電暈放電u t t -電暈延伸，形成平行細(xì)光線，是一種輝光放電u t 臨界值f放電性質(zhì)改變，明亮的樹枝狀火花，在不同位置交替出現(xiàn)，有輕的爆裂聲，稱滑閃放電u t 一點(diǎn)一滑閃放電火花迅速増長，貫穿兩級f沿面閃絡(luò)提高套管的起暈電壓和滑閃電壓的措施：減小co：加大法蘭處套管的外徑和壁厚，也可釆用介電常數(shù)較小的介質(zhì)，如用瓷一油組合絕緣代替純 瓷介質(zhì)等辦法。減小絕緣表面電阻，如在套管靠近法蘭處涂半導(dǎo)體釉或半導(dǎo)體漆，使此處壓降逐漸減小，防止滑閃電 壓過早出現(xiàn)，從而提高沿面閃絡(luò)電

3、壓。對T35kV以上的高壓套管，以上措施還不夠，必須采用能調(diào)節(jié)徑向和軸向電場的電容式套管或絕緣性 能更好的充油式套管37.1.3界面上有弱垂直電場分量時(shí)的沿面放電固體介質(zhì)處丁極不均勻電場中，但大部分界面上的電場切線分量Et大丁垂直分量En,典型的如支柱絕緣以支柱絕緣子為例，這時(shí)沿瓷面的電場切線分量Et較強(qiáng)，而垂直分量En很弱，這時(shí)絕緣子的兩個(gè)電極之 間的距離較長，其間的固體介質(zhì)本身不可能擊穿，可能出現(xiàn)的只有沿面閃絡(luò)。這時(shí)固體介質(zhì)處丁極不均勻電 場中，因此其平均閃絡(luò)場強(qiáng)耍比均勻電場低，但由于界面上的垂直電場分量很弱，沿介質(zhì)表面不會有較大的 電容電流流過，故放電發(fā)展過程中不會出現(xiàn)熱電離和滑閃放電。

4、這種絕緣子的干閃絡(luò)電壓基本隨極間距離的增大而提高。37.2受潮表面的沿面放電在遇到毛毛雨、霧、露等不利夭氣時(shí)，污層受潮，電導(dǎo)增大，在工作電圧下的泄漏電流増大，所產(chǎn)生的 熱量使水分蒸發(fā)、污層變干，出現(xiàn)干區(qū)或干帶。37.3污染絕緣表面的沿面放電37. 3. 1污閃的特點(diǎn)絕緣子的污閃是一個(gè)復(fù)朵的過程，通?？梢苑譃榉e污、受潮、干區(qū)形成、局部電弧出現(xiàn)和發(fā)展四個(gè)階段。積污是發(fā)生污閃的根本原因一城區(qū)比農(nóng)村嚴(yán)重、化工廠、火電廠、冶煉廠等地方最嚴(yán)重；污層受潮取決于氣象條件一多霧、毛毛雨、易凝露的地區(qū)容易發(fā)生污閃；干區(qū)出現(xiàn)的部位和局部電弧發(fā)展、延伸的難易，都與絕緣子的結(jié)構(gòu)形狀有密切關(guān)系，是絕緣子設(shè)計(jì)耍解 決的重要

5、問題；37. 3. 2防止污閃的對策增大爬電比距（增大泄漏距離）由丁污閃是污染絕緣子表面上局部電弧逐漸延伸的結(jié)果，在一定電壓下，能夠維持的局部電弧長度是有 限的（存在一臨界值），因此在判斷外絕緣的爬電距離（簡稱爬距，或泄漏距離）是否足夠時(shí)，必須與所加 電壓的高低聯(lián)系起來，所以通常用“爬電比距”這一指標(biāo)來表示外絕緣的絕緣水平定期或不定期清掃（減小絕緣子表面的污穢沉積）避免在絕緣形成連續(xù)的水膜涂料，在絕緣子表面涂上憎水性材料：采用半導(dǎo)體釉絕緣子新型復(fù)合絕緣子第38章液體與固體介質(zhì)的擊穿38. 1液體介質(zhì)的擊穿38. 1. 1工程液體介質(zhì)的小橋擊穿理論38. 1.2影響擊穿的因素（1）朵質(zhì)的影響：水

6、分和其他朵質(zhì)水在變圧器油中有兩種狀態(tài)： 溶解狀態(tài)：高度分散、11分布非常均勻； 懸浮狀態(tài):呈水珠狀一滴一滴懸浮在油中 圖中表示在常溫下油的含水量對均勻電場油間0.04含水:隙工頻擊穿電壓的影響。當(dāng)油中含水量達(dá)十萬分之 幾時(shí)，對擊穿電壓就有明顯影響。當(dāng)油中還含有其他雜質(zhì)時(shí)，擊穿電壓的下降程 度隨雜質(zhì)的種類和數(shù)量而異。(2)油溫?fù)舸╇妷号c溫度的關(guān)系比較復(fù)雜，隨電場的均 勻度、油的品質(zhì)以及電壓類型的不同而異。(3)電場均勻度優(yōu)質(zhì)油：保持油不變,而改善電場均勻度，能使工頻擊穿電圧顯著増大，也能大大提高其沖擊擊穿電壓。品質(zhì)差的油：改善電場對丁提高其工頻擊穿電壓的效果較差在沖擊電壓下，由丁朵質(zhì)來不及形成小

7、橋，故改善電場總是能顯著提高油隙的沖擊擊穿電壓，而與油的品質(zhì)好壞兒乎無關(guān)。而下降，加電壓時(shí)很高，擊穿有時(shí)延隙的擊穿開始出(4)電圧作用時(shí)間油隙的擊穿電圧會隨電壓作用時(shí)間的增加 間還會影響油的擊穿性質(zhì)。在電圧作用時(shí)間短至兒個(gè)微秒時(shí)擊穿電壓 特性，屬電擊穿：電壓作用時(shí)間更長時(shí)，雜質(zhì)開始聚集，油 現(xiàn)熱過程，丁是擊穿電壓再度下降，為熱擊穿。油圧的影響不論電場均勻度如何，工業(yè)純變圧器油的工頻擊穿電圧總是隨油圧的增加而增加，這是因?yàn)橛椭袣馀莸?電離電壓増高和氣體在油中的溶解度增大的緣故。38. 1. 3提高擊穿強(qiáng)度的措施油中朵質(zhì)對油隙的工頻擊穿電圧有很大的影響，所以對丁工程用油來說，應(yīng)設(shè)法減少朵質(zhì)的影響，

8、提高 油的品質(zhì)。通?？梢圆捎眠^濾、防潮、色等方法來提高油的品質(zhì)，在絕緣設(shè)計(jì)中則可利用“油一屏障”式絕緣(例 如覆蓋層、絕緣層和隔板等)來減少雜質(zhì)的影響，這些措施都能顯著提高油隙的擊穿電床。38.2固體介質(zhì)的擊穿38. 2. 1電擊穿1、固體介質(zhì)的電擊穿是指僅僅由丁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。2、在介質(zhì)的電導(dǎo)很小，乂有良好的散熱條件以及介質(zhì)內(nèi)部不存在局部放電的情況下，固體介質(zhì)的擊穿通 常為電擊穿，擊穿場強(qiáng)可達(dá)105-106kV/mo3、電擊穿的主要特征 與周圍環(huán)境溫度有關(guān)； 除時(shí)間很短的情況，與電壓作用時(shí)間關(guān)系不大： 介質(zhì)發(fā)熱不顯著： 電場均勻程度對擊穿有顯著影響。38. 2

9、. 2熱擊穿固體介質(zhì)會因介質(zhì)損耗而發(fā)熱，如果周圍環(huán)境溫度高，散熱條件不好，無法達(dá)到熱均衡，介質(zhì)溫度不斷 升高，使介質(zhì)電導(dǎo)增大，進(jìn)一步升高溫度，從而介質(zhì)溫度將不斷上升而導(dǎo)致絕緣的破壞，如介質(zhì)分解、熔化、 碳化或燒焦，從而引起熱擊穿。38. 2. 3電化學(xué)擊穿固體介質(zhì)在長期工作電圧作用下，由于介質(zhì)內(nèi)部發(fā)生局部放電等原因，使絕緣劣化，電氣強(qiáng)度逐步下降 并引起擊穿的現(xiàn)象稱為電化學(xué)擊穿。局部放電是介質(zhì)內(nèi)部的缺陷（如氣隙或氣泡）引起的局部性質(zhì)的放電。局部放電使介質(zhì)劣化、損傷、電 氣強(qiáng)度下降的主要原因?yàn)椋?）產(chǎn)生活性氣體對介質(zhì)氧化、腐蝕：2）溫升使局部介質(zhì)損耗增加；3）切斷分子結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致介質(zhì)破壞。38. 3

10、組合絕緣的特性介質(zhì)的組合原則組合目的：同時(shí)滿足電氣性能、機(jī)械性能、熱性能的要求配合原則：在外加電壓的作用下，組合絕緣中各層絕緣所承受的電場強(qiáng)度與其電氣強(qiáng)度成正比，這樣整 個(gè)組合絕緣的電氣強(qiáng)度最高，各種絕緣材料的利用最合理、最充分。油紙絕緣是以固體介質(zhì)為主體的組合絕緣，液體只是用作填充空隙的浸漬劑。廣泛用于電纜、電容器、 電容式套管等電力設(shè)備中。缺點(diǎn)是：散熱條件差、易受污染、受潮。油紙絕緣中，令耳、齊、E1代表油層參數(shù)，5、卩2、E?代表浸漬紙參數(shù)，浸漬紙的電氣強(qiáng)度比油大得多在交流電壓下，電壓按介電常數(shù)反比分配，則£? >< E,電場分布不合理；在直流電壓下,電壓按電導(dǎo)率反比分配，則丫2<人正2> E-電場分布合理，同一根電纜在直流下的耐壓遠(yuǎn)高于交流 耐壓（約3倍）Chapter4液體和固體電介質(zhì)的絕緣特性一. 電介質(zhì)在弱電場下的電氣特性1. 極化的概念、基本形式和特點(diǎn)，介電常數(shù)&2. 電介質(zhì)電導(dǎo)的概念、特征，電導(dǎo)率Y ,固體電介 質(zhì)的體積絕緣電阻和表面絕緣電阻3介質(zhì)損耗的形式