絕緣知識小結(jié)

1、小結(jié)11、氣體不是理想的絕緣體正常情況下，氣體是絕緣體，但其中仍有少量的帶電質(zhì)點，這是在空中高能射線（如紫外線、宇宙射線及地球內(nèi)部輻射）作用下產(chǎn)生的。在電場作用下，這些帶電質(zhì)點作定向運動而形成電導電流。因為，氣體不是理想的絕緣體，不過，當電場較弱時，帶電質(zhì)點數(shù)極少，電流極小，氣體仍是良好的絕緣體。2、什么是擊穿當氣體中的電場強度達到一定數(shù)值后，氣體中電流劇增，在氣體間隙中形成一條導電性能高的通道，氣體失去絕緣能力，氣體這種由絕緣狀態(tài)突變?yōu)榱紝щ姞顟B(tài)的過程，稱為擊穿。3、什么是氣體放電氣體中流過電流的各種形式，統(tǒng)稱為氣體放電。氣體放電的形式：u 在氣壓低、電源功率較小時，為充滿間隙的輝光放電；u

2、 在大氣壓下，表現(xiàn)為火花放電或電弧放電；u 在極不均勻電場中，會在局部電場最強處產(chǎn)生電暈放電。4、氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生ü 氣體本身發(fā)生游離ü 氣體中的金屬電極發(fā)生表面游離5、激勵、能級任何電介質(zhì)都是由原子組成的，原子則由一帶正電的原子核和圍繞著原子核旋轉(zhuǎn)的外層電子組成。由于原子所帶正、負電荷相等，故正常情況呈中性。電子的能量不同，其所處的軌道也不同。通常電子能量越小，其軌道半徑越小，離原子核越近。穩(wěn)定的原子的外層電子都在各自的能級軌道上運轉(zhuǎn)，此時原子的位能最小。當外界給予原子一定的能量使內(nèi)層電子獲得能量不能脫離原子核的束縛，只能躍遷到標志著能量更高的、離原子核較遠的軌道上去

3、時，該原子就處于激勵狀態(tài)，原子的位能也增加，這一過程叫激勵。根據(jù)原子中電子的能量狀態(tài)，原子有一系列可取的確定的能量狀態(tài)，稱為能級。6、激勵能、反激勵原子激勵所需能量等于較遠軌道與正常軌道的能級之差，稱為激勵能。處于激勵狀態(tài)的原子的壽命極短，之后會自動地返回到原始狀態(tài)，以光子的形式釋放出所吸收的能量，這一過程稱為反激勵。7、游離過程、游離能、分級游離若原子吸收的外界能量足夠大，使得原子中一個或幾個電子脫離原子核的束縛而形成自由電子，中性原子失去電子成為正離子，該原子就被游離了。這一過程稱為游離過程，所需能量稱為游離能。處于激勵狀態(tài)的原子，也可再獲得能量發(fā)生游離，稱為分級游離。這種分級游離所需能量

4、小于原子直接游離所需的能量。8,（1）氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生帶電質(zhì)點可由以下形式的游離形成：1）碰撞游離2）光游離3）熱游離4）表面游離幾點說明 不管是什么形式的游離方式，要在氣體中產(chǎn)生自由電子，都應使氣體外層電子或金屬表面電子獲得足夠能量，以克服原子核的吸引力，且每次滿足條件的碰撞不一定都能產(chǎn)生游離過程。 在氣體質(zhì)點相互碰撞中，還會產(chǎn)生帶負電的負離子，這是由于自由電子和氣體分子碰撞時，被氣體分子吸附而形成負離子。負離子的形成雖然未減少帶電質(zhì)點的數(shù)目，但其游離能力比自由電子小得多。因此，負離子的形成對氣體放電的發(fā)展是不利的，有助于氣體抗電強度的提高。（2）氣體中帶電質(zhì)點的消失在氣體中產(chǎn)生帶電質(zhì)點

5、的同時，也存在著帶電質(zhì)點的消失過程。帶電質(zhì)點的消失主要有以下三種方式：1）帶電質(zhì)點在電場作用下作定向運動，流入電極，中和電荷。2）帶電質(zhì)點從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域擴散。這是由于質(zhì)點的熱運動造成的，電子由于體積、質(zhì)量遠小于離子，因而電子擴散比離子擴散更快。3）帶電質(zhì)點的復合。帶正、負電荷的質(zhì)點相遇，發(fā)生電荷的傳遞、中和而還原成中性質(zhì)點的過程，稱為復合?？傊?氣體中存在游離過程，也就存在復合過程。在電場的作用下，氣體間隙是發(fā)展成擊穿還是保持其絕緣能力，取決于氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生和消失：l 如果帶電質(zhì)點的產(chǎn)生占主要地位，氣體間隙中的帶電質(zhì)點數(shù)目就增加，放電就能發(fā)展下去成為擊穿；l 如果帶電質(zhì)點的消失

6、占主要地位，氣體間隙中帶電質(zhì)點數(shù)目就減少，放電就會逐漸停止，氣隙尚能起絕緣作用。9、對于均勻電場氣隙的擊穿，可用湯遜理論或流注理論來描述。湯遜理論基于低氣壓情況下通過實驗總結(jié)出來的，流注理論則可以很好地解釋大氣壓下的氣隙擊穿。湯遜理論：該理論是在1903年由英國人湯遜根據(jù)試驗事實，提出了比較系統(tǒng)的氣體放電理論，闡述了氣體放電過程，并確定出放電電流和擊穿電壓之間的函數(shù)關系。湯遜氣體放電理論最早定量地解釋了氣體放電理論，內(nèi)容為：氣體間隙中發(fā)生的碰撞電離以及陰極上發(fā)生的二次電子發(fā)射過程是氣體間隙擊穿的主要機制。流注理論：解釋氣體擊穿過程的基本理論之一，與湯遜理論相互補充，能較好地解釋高氣壓長間隙以及

7、不均勻電場中的氣體放電現(xiàn)象。理論認為：在氣體擊穿的過程中，除了湯遜放電理論中所闡述的電離現(xiàn)象之外，空間電荷引起的電場畸變以及間隙中的光電離也是很重要的影響因素。10、不均勻電場中的放電過程電場的不均勻程度：U電極間電壓s電極距離氣體放電、非自持放電、自持放電通常情況下，氣體是良好的絕緣體，并不導電。然而，加熱、照射（紫外線、放射性射線）等都能使氣體電離，這些因素統(tǒng)稱為電離劑。因電離產(chǎn)生的全部離子都被驅(qū)趕到電極上，于是電流達到飽和，飽和電流的大小取決于電離劑的強度，一旦撤離電離劑，氣體離子很快消失，電流中止。這種導電稱為被激導電或非自持放電。當電壓增加到某一數(shù)值后，氣體中電流急劇增加，即使撤去電

8、離劑，導電仍能維持。這種情形稱為氣體自持導電或自激放電，氣體由被激導電過渡到自持導電的過程，稱為氣體被擊穿或點燃。相應的電壓叫作擊穿電壓。11,電暈放電氣體介質(zhì)在不均勻電場中的局部自持放電。最常見的一種氣體放電形式。在曲率半徑很小的尖端電極附近，由于局部電場強度超過氣體的電離強度，使氣體發(fā)生電離和激勵，因而出現(xiàn)電暈放電，發(fā)生電暈時在電極周圍可以看到光亮，并伴有咝咝聲。電暈放電可以是相對穩(wěn)定的放電形式，也可以是不均勻電場間隙擊穿過程早期發(fā)展階段。12、電暈放電在工程技術中的影響電力系統(tǒng)中的高壓及超高壓輸電線路導線上發(fā)生電暈，會引起電暈功率損失、無線電干擾、電視干擾以及噪聲干擾，進行線路設計時，應

9、選擇足夠的導線截面積，或采用分裂導線降低導線表面電場的方式，以避免發(fā)生電暈。對于高電壓電氣設備，發(fā)生電暈放電會漸漸破壞設備絕緣性能。13、電場形式對放電電壓的影響（1）均勻電場中的擊穿電壓不可能出現(xiàn)持續(xù)的局部放電，流注一旦形成，間隙就被擊穿。無極性效應。（2）稍不均勻電場中的擊穿電壓一旦出現(xiàn)局部放電，立即導致整個間隙的完全擊穿；電場不對稱時，極性效應不很顯著，其極性效應為大曲率半徑的電極為負極性的擊穿電壓略低于為正極性時的數(shù)值。擊穿電壓與電場均勻程度關系極大。電場越均勻，同樣間隙距離下的擊穿電壓就越高，其極限就是均勻電場的擊穿電壓。（3）極不均勻電場中的擊穿電壓工程上常用的電場，絕大多數(shù)是極不

10、均勻電場。當所加電壓小于間隙擊穿電壓時，可出現(xiàn)局部的持續(xù)的電暈放電。電暈放電的空間電荷使外電場強烈畸變，使得決定擊穿電壓的主要因素是間隙距離，電極形狀對擊穿電壓的影響不大。放電分散性較大，且極性效應顯著，棒極為正極性時的擊穿電壓比棒極為負極性時的擊穿電壓低。結(jié)論l 間隙距離相同時，電場越均勻，氣隙的擊穿電壓就越高。l 一般情況下，極間距離越大，放電電壓越高，但不是成正比地增加。14、電壓波形對擊穿電壓的影響（1）直流電壓下的擊穿電壓對于電場極不均勻的棒板間隙，其擊穿電壓存在著明顯的極性效應，棒極為正時擊穿電壓比棒極為負時低得多。棒棒電極間的擊穿電壓介于不同極性的棒板電極之間。（2）工頻電壓下的

11、擊穿電壓間隙擊穿總是在棒極為正，電壓達到幅值時發(fā)生，且其擊穿電壓（峰值）和直流電壓下的正棒負板的擊穿電壓相近。除了起始部分外，擊穿電壓與距離近似成正比：棒板間隙的平均擊穿場強（峰值）比棒棒稍低一些。但當間隙距離超過2m后，擊穿電壓與間隙距離的關系出現(xiàn)明顯的飽和趨向，平均擊穿場強明顯降低，棒板間隙尤其嚴重。這就使得棒板間隙與棒棒間隙擊穿電壓的差距拉大。因此，在電氣設備中希望盡量采用“棒棒”類型的電極結(jié)構(gòu)而避免“棒板”類型。（3）沖擊電壓下的擊穿電壓沖擊電壓作用下，氣體的擊穿電壓要比持續(xù)電壓作用下的擊穿電壓高，它們的比值稱為沖擊系數(shù)，一般大于1。棒板間隙有明顯的極性效應，棒棒間隙也有較小的極性效應

12、。擊穿電壓與距離成正比，沒有顯著的飽和趨勢。15、氣體的性質(zhì)和狀態(tài)對放電電壓的影響（1）氣體狀態(tài)對放電電壓的影響提高氣體壓力時，可以提高氣隙的擊穿電壓。工程上為提高氣隙的擊穿電壓，在電氣設備上采用了壓縮空氣。當間隙距離不變時，擊穿電壓隨壓力提高而很快增加，但當壓力增加到一定值后，擊穿電壓增加的速度逐漸減小，說明再繼續(xù)升高氣壓的效果不大。在高氣壓下，擊穿電壓與電極的表面狀態(tài)及材料有很大關系。電極表面不光潔，擊穿電壓下降，分散性也大。材料不同，擊穿電壓不同。如不銹鋼電極的擊穿電壓比鋁制電極的擊穿電壓要高。在高氣壓下，電場均勻程度對擊穿電壓的影響比在標準大氣壓下要顯著得多，擊穿電壓將隨電場均勻程度下

13、降而劇烈降低。在高氣壓下，濕度增加，擊穿電壓明顯下降，電場不均勻，下降更顯著。隨著海拔高度的增大，空氣變得逐漸稀薄，大氣壓力和相對密度減小了，因而空氣的電氣強度也將降低。（2）氣體性質(zhì)對放電電壓的影響不同氣體，具有不同的耐電強度。在間隙中采用高電強度氣體，可以大大提高氣隙的擊穿電壓或大大減少工作壓力（氣壓太高，使制造工藝復雜，設備造價高，運行麻煩）。高電強度氣體其電氣強度比空氣高得多。16、沿面放電電氣設備中用來固定支撐帶電部分的固體介質(zhì)，多數(shù)是在空氣中。如輸電線路的針式或懸式絕緣子、隔離開關的支柱絕緣子、變壓器套管等，當導線電位超過一定限制時，常在固體介質(zhì)和空氣的分界面上出現(xiàn)沿固體介質(zhì)表面的

14、氣體放電現(xiàn)象，稱為沿面放電（或稱沿面閃絡）。沿面放電是一種氣體放電現(xiàn)象，沿面閃絡電壓比氣體或固體單獨作絕緣介質(zhì)時的擊穿電壓都低，受表面狀態(tài)、空氣污穢程度、氣候條件等因素影響很大。17、影響沿面放電電壓的因素（1）電場分布情況和電壓波形的影響在均勻電場中或具有弱垂直分量的不均勻電場中，沿面閃絡電壓與閃絡距離近似成線性關系。在具有強垂直分量的不均勻電場中，直流電壓下，沿面閃絡電壓與閃絡距離仍是線性關系。作用電壓是工頻、高頻或沖擊電壓時，則隨著沿面閃絡距離的增長，沿面閃絡電壓的提高呈顯著飽和趨勢。（2）介質(zhì)材料的影響介質(zhì)材料的影響主要表現(xiàn)在介質(zhì)表面的吸潮方面。吸潮性大的介質(zhì)如玻璃、陶瓷比吸潮性小的介

15、質(zhì)如石蠟的沿面閃絡電壓低很多，但將玻璃、陶瓷烘干，則其沿面閃絡電壓可增高。（3）氣體狀態(tài)的影響u 增加氣體壓力也能提高沿面閃絡電壓。此時氣體必須干燥。u 濕度對沿面閃絡電壓也有顯著影響。在空氣相對濕度低于50%-60%時，沿面閃絡電壓受濕度影響較小，但當濕度大于50%-65%時，表面吸附水分能力大的介質(zhì)，閃絡電壓隨濕度增加而顯著下降。表面吸附水分能力大的介質(zhì)（如陶瓷、玻璃），受濕度的影響顯著；而表面吸附水分能力小的介質(zhì)（如石蠟），情況則相反。u 溫度影響同純空氣隙，但不如純空氣隙顯著。（4）電介質(zhì)表面情況的影響1）表面被雨淋濕的沿面放電當固體絕緣表面被雨淋濕時，在其表面會形成一層導電性水膜，放

16、電電壓迅速下降。為了防止這種狀況，實際工程中的戶外絕緣子總是具有較大的裙邊。下雨時仍淋濕裙邊的上表面，上表面形成一層較厚的水膜，電導較大，裙邊的下表面和金具表面不直接被雨淋濕，只是由落在下面一個絕緣子上的雨滴所濺濕，受濕程度較小，水膜不能貫通絕緣子的上下兩級。這樣絕緣子總是存在一部分較干燥的表面，沿面閃絡電壓得以提高。2）污穢的影響電力系統(tǒng)中電氣設備的外絕緣在運行中會受到工業(yè)污穢（化工、冶金、水泥、化肥等）或自然界鹽、堿、飛塵等污穢的污染。干燥情況下，這些污穢物對對絕緣子的沿面閃絡電壓沒有多大的影響，但在毛毛雨、霧、露、雪等惡劣氣候條件下，會造成絕緣子沿面閃絡電壓下降，甚至可能在運行電壓下絕緣

17、子就發(fā)生閃絡，引起線路跳閘，危及電力系統(tǒng)的安全運行。這種污閃事故一般為永久性的故障，不能用自動重合閘消除，往往會引起大面積停電，檢修恢復時間長，影響嚴重。運行中的絕緣子，在毛毛雨、霧、露等的作用下，其表面污穢層受潮濕潤，在絕緣子表面形成導電水膜，表面電導大大增加，污層電導與污穢中所含導電物質(zhì)多少，污層吸潮性能的強弱、水分的導電性能等有關。表面電導增加，流過絕緣子表面泄漏電流急劇增大。由于絕緣子結(jié)構(gòu)形狀、污穢分布和受潮情況的不均勻等原因，表面各處電流密度不均勻。電流密度大的地方，局部污層表面發(fā)熱增大而被烘干，出現(xiàn)干燥區(qū)，干燥區(qū)的電阻大，因此電壓降集中在此，易產(chǎn)生輝光放電。隨著表面電阻增大，電壓分

18、布變化，最后形成局部電弧。局部電弧可能發(fā)展成整個絕緣子的閃絡，也可能自行熄滅，取決于外加電壓的高低和電弧中流過的電流。當局部小弧產(chǎn)生時，局部電弧又迅速烘干鄰近的濕潤表面，并很快向前發(fā)展，此時，整個絕緣子表面可視為局部電弧燃燒與剩余濕潤部分相串聯(lián)，表面泄漏電流取決于電弧通道中的電導和剩余濕潤層電導。n 污穢較輕或絕緣子的泄漏距離較長或功率不足時剩余濕潤污層電阻較大，則干燥帶上的電弧中電流較小，放電呈藍紫色的細線狀。當放電電弧長度延伸到一定程度時，如外施電壓和電流不足以維持電弧燃燒，在交流電流過零時電弧熄滅。此時干燥帶已擴展到較大范圍，使表面總的電阻增大，表面泄漏電流以減小，烘干作用大為減弱。經(jīng)過一些時間，干燥帶又重新濕潤，泄漏電流增大，重復上述過程，整個過程就成為烘干與濕潤、燃弧與熄弧間隙性交替的過程，表面泄漏電流具有跳變的特點。這樣的過程可以持續(xù)幾個小時而不發(fā)生整個絕緣子的全面閃絡。n 污穢嚴重或絕緣子泄漏距離較短時剩余濕潤部分的電阻小，流過干燥區(qū)的局部電弧的電流較大，放電呈黃紅色編織狀，通道溫度也增加到熱游離程度，成為具有下降伏安特性的