電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用

1、緒論一、電力系統(tǒng)的電壓等級是如何劃分的、依據(jù)是什么？電暈電能污染資料1kVkVkV36V高壓低壓普通高壓1250kV超高壓2501000kV特高壓1000kV及以上電壓等級劃分的級差為23倍。電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用二、為什么采用高電壓？ 電力系統(tǒng)輸送的電能P正比于電壓的平方（U2 ），反比于系統(tǒng)阻抗Z，而系統(tǒng)阻抗Z正比于線路長度L ，所以P正比于U2，反比于L。 所以采用高電壓是大功率遠(yuǎn)距離輸電的要求，要實現(xiàn)大功率遠(yuǎn)距離輸電唯一可行的措施就是采用高電壓。作為二次能源，輸送電能要較輸送一次能源經(jīng)濟、快捷、安全、方便、清潔。電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用三、要采用高電壓首先要解決的技術(shù)問題是什

2、么？例：1、用青殼紙和電纜紙作絕緣的kV、10MW的發(fā)電機，改用粉云母紙作絕緣，其他條件不變時，發(fā)電機容量就提高到MW，可見絕緣限制了設(shè)備的容量。2、絕緣限制了設(shè)備的壽命；3、絕緣限制了電力系統(tǒng)的投資。1、因為絕緣限制了設(shè)備的溫升、限制了溫升也就限制了設(shè)備的容量、體積和重量；高電壓下的絕緣問題。因為在電力系統(tǒng)三大技術(shù)材料（導(dǎo)電材料、導(dǎo)磁材料和絕緣材料）中絕緣的影響力最大：電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用四、如何解決絕緣問題？尋找和研制新型的絕緣材料，限制作用在絕緣上的過電壓。例：由于瓷吹避雷器使作用在被保護設(shè)備上的殘壓降低，使原設(shè)計額定電壓為400 kV的輸變電系統(tǒng)生壓為500 kV的系統(tǒng)。電力系

3、統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用五、高電壓技術(shù)課程講授的兩個問題： 絕緣問題和限制作用在絕緣上的過電壓是本課程的兩大內(nèi)容。 電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用六、學(xué)科特點：1、歷史短，研究不充分，理論很不完整，工程上高電壓問題不能用理論來分析，所以只能從試驗入手。2、研究起來很困難，其所研究的問題與其他學(xué)科完全不同。其他學(xué)科研究的是電的導(dǎo)通，而高壓研究的是絕緣，它所研究的 是空間的問題，場的問題，所受的影響因素（溫度、濕度、氣壓、極距）很多。3、研究手段難以具備，場地難以滿足，問題的重復(fù)性小，一次擊穿后很難找到完全相同的對象，是暫態(tài)問題。4、思考問題的領(lǐng)域?qū)?。電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用第一章 氣體的放電基本

4、物理過程和電氣強度一、補充的基本概念1、放電：在電場的作用下由于游離使流過電介質(zhì)電流增大的現(xiàn)象。2、擊穿：電介質(zhì)在電場作用下喪失其絕緣性能，形成溝通兩極的放電。3、擊穿電壓：使電介質(zhì)失去其絕緣性能所需要的最低、臨界、外加電壓。4、擊穿場強：使電介質(zhì)失去其絕緣性能所需要的最低、臨界、外加電場強度。5、絕緣強度：在均勻電場中、使電介質(zhì)不失去其絕緣性能所需要的最高、臨界、外加電場強度。6、絕緣水平：電氣設(shè)備出廠時保證承受的試驗電壓。電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用湯遜理論和流注理論 一、氣體間隙中帶電粒子的產(chǎn)生（補充）中性質(zhì)點中的電子擺脫原子核的束縛成為自由電子的過程就是游離。要游離需要吸收能量，吸收的

5、能量稱為游離能。結(jié)論：氣體間隙中帶電粒子來源于氣體分子本身的游離和金屬表面游離。1、氣體分子本身的游離電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用2、氣體分子本身的游離方式 按照電子獲得能量的方式劃分游離：1）碰撞游離：由于碰撞引起的游離。其條件是撞擊質(zhì)點的能量不小于被撞質(zhì)點的游離能、并且有足夠的作用能。碰撞游離是氣體放電中主要的帶電粒子來源，電子是碰撞游離的主導(dǎo)因素。紅球：氣體分子小綠球：電子粉色球：正離子紅球帶綠球：負(fù)離子電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用2）光游離：由于高能射線的作用產(chǎn)生的游離。其條件是光子的能量不小于游離能。光游離是起始帶電粒子的主要來源。具有分級游離的特點。3）熱游離：在高溫（溫度達(dá)104

6、 k0）作用下發(fā)生的游離。熱游離不是一種單獨的游離形式，是碰撞游離和光游離的綜合。電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用2、負(fù)離子的形成 能夠俘獲電子與之結(jié)合成一個呈現(xiàn)負(fù)電性的分子稱為具有電負(fù)性。例如：水分子、SF6等。 具有電負(fù)性的分子俘獲電子后，使碰撞游離的主導(dǎo)因素降低，所以對放電具有抑制作用。為什么陰雨天容易觸電呢？電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用3、金屬表面游離： 金屬中的電子擺脫金屬表面的位能勢壘的束縛成為自由電子的過程。其條件是電子的能量不小于金屬的逸出功。金屬的逸出功要比氣體的游離能低，所以金屬表面游離是氣體放電起始電子的主要來源：包括光電子發(fā)射、熱電子發(fā)射、強電場發(fā)射和二次發(fā)射。 日光燈中起

7、始帶電粒子來源于熱電子發(fā)射。電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用二、帶電粒子的消失1、進入電極并中和電量：所有物質(zhì)的電子都是相同的，但不同物質(zhì)的正離子是不同的，所以，電子可以進入電極中和電量，而正離子是靠其能量打、拉出電子與之復(fù)合。2、復(fù)合：正負(fù)帶電粒子碰到一起重新形成中性質(zhì)點的過程。影響復(fù)合的主要因素是帶電粒子之間的相對運動速度和濃度。帶電粒子在固體表面相對運動速度較慢，容易復(fù)合，滅弧柵也利用了這一點。3、擴散：帶電粒子從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域運動。磁吹避雷器、空氣斷路器等都利用了這一點。電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用三、伏安特性曲線 伏安特性曲線：電介質(zhì)在電場作用下，流過電介質(zhì)的電流與外加電壓的

8、關(guān)系曲線。外界游離因素1、0a段，啟始帶電粒子定向運動，隨著外加電壓的加大，帶電粒子的運動速度越來越快，故電流在加大。2、ab段，單位時間內(nèi)產(chǎn)生的帶電粒子全部投入運動，運動速度達(dá)到趨引速度，沒有新的帶電粒子來源。3、bc段，產(chǎn)生碰撞游離，放電。4、c點以后，自持放電。電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用四、湯遜理論kpacm）短間隙氣隙的氣體放電實驗出發(fā)，總結(jié)出較系統(tǒng)的氣體放電理論。湯遜理論的實質(zhì)是電子崩理論。外界游離因素電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用湯遜理論外界游離因素非自持放電：需要電壓和外界游離因素兩個條件來維持的放電。自持放電：只需要外加電壓就能維持的放電。電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用湯遜理論自

9、持放電條件 1、湯遜第一放電系數(shù)：一個電子沿電場方向行經(jīng)1cm長度，平均發(fā)生的碰撞游離次數(shù)。 2、湯遜第三放電系數(shù)：一個正離子撞擊陰極板時，使陰極板平均釋放出來的有效電子數(shù)。3、一個啟始帶電粒子從陰極到陽極的過程中由于碰撞游離產(chǎn)生的正離子撞擊陰極板時如果能打拉出兩個電子，一個與正離子復(fù)合掉了，另一個成為自由電子，它會產(chǎn)生新的電子崩，維持放電的發(fā)展，就發(fā)生了自持放電。電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用五、巴申特性曲線 A點左側(cè)：（1）p一定、s減小、外加電壓一定，p一定、自由行程一定，s減小、電場強度加大，所以游離能加大，游離率提高；p一定、s減小，碰撞次數(shù)減少，其幅度比游離率增大的幅度大，所以總游離

10、數(shù)降低，擊穿電壓提高。（2）s一定、p減小，同上。 A點右側(cè)：（1）p一定、s增大、外加電壓一定，p一定、自由行程一定，s加大、電場強度減小，所以游離能減小，游離率降低；p一定、s增大，碰撞次數(shù)增多，其幅度沒有游離率下降的幅度大，所以總游離數(shù)降低，擊穿電壓提高。（2）s一定、p增大，同上。電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用六、湯遜理論的適用范圍 湯遜理論適用于低氣壓、短間隙、均勻電場。間隙的劃分：2cm以下的為短間隙、2100cm為一般間隙、100cm及以上的為長間隙。 湯遜理論解釋不了一般間隙、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下氣隙的放電： 1、按湯遜理論計算的擊穿電壓比實際值高； 2、按湯遜理論計算的擊穿所需時間比實

11、際值長； 3、一般間隙的擊穿電壓與陰極材料無關(guān)； 4、放電形狀不同因為湯遜理論沒有考慮空間電荷對電場的畸變和光游離對放電的影響，流注理論對標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、一般間隙的氣體放電現(xiàn)象進行了解釋。電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用湯遜理論一個由外界游離因素從陰極釋放出來的初始電子，在奔向陽極運動的過程中，不斷地產(chǎn)生碰撞游離而發(fā)展成電子崩，此電子崩稱為初始電子崩。初始電子崩不斷發(fā)展，由于電子的移動速度大，故電子總是位于朝向陽極方向的電子崩的頭部。而正離子速度慢，可近似地看成停留在原來產(chǎn)生的位置上，較緩慢地向陰極運動，相對于電子來說，可認(rèn)為正離子是靜止的。電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用初始電子崩在其發(fā)展過程中逐漸增大

12、，電子崩中出現(xiàn)大量的空間電荷，這些電荷在空間的分布將使電極間的電場發(fā)生畸變?nèi)鐖D2所示。從圖中可以看出，空間電荷的存在，大大加強了電子崩頭部和尾部的電場，而削弱了其正負(fù)極區(qū)域之間的電場。電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用電子崩頭部前后的強電場有利于發(fā)生游離和激勵，它們從激勵狀態(tài)回復(fù)到正常狀態(tài)時，將發(fā)射出光子。電子崩中部的弱電場區(qū)，則有助于發(fā)生復(fù)合過程，同樣也發(fā)出光子。當(dāng)初始電子崩發(fā)展到陽極時，電子迅速進入陽極并中和電量了。留下來的正離子作為正空間電荷，使后面的電場受到畸變和加強，同時向周圍發(fā)射出大量的光子。這些光子射到附近的氣體中，導(dǎo)致光游離，在空間產(chǎn)生光電子，它們在正空間電荷所畸變和加強的電場作用下

13、，又形成新的電子崩，稱為子崩。子崩中的帶電粒子受主崩的吸引，將注入到主崩中，而形成帶電粒子數(shù)更多的區(qū)域，稱為流注。流注從陽極向陰極發(fā)展，由于它的導(dǎo)電性能良好，其邊緣又有子崩留下的正電荷，因此大大加強了流注前方的電場，促使更多的新電子崩相繼產(chǎn)生并與之匯合，從而使流注不斷向陰極發(fā)展。當(dāng)流注發(fā)展到陰極后，整個間隙就被導(dǎo)電良好的正負(fù)帶電離子的混合通道所貫通，從而導(dǎo)致整個間隙的擊穿。電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用不均勻電場中氣體的放電一、電暈：極不均勻電場中特有的氣體放電現(xiàn)象。電暈是劃分普通高壓與超高壓的依據(jù)、是劃分均勻（稍不均勻）電場和極不均勻電場的依據(jù)。 1、電暈具有的效應(yīng)： 1）聲、光、熱效應(yīng)； 2

14、） 消耗能量； 3）對無線電產(chǎn)生干擾； 4）產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)； 5）產(chǎn)生“電風(fēng)”。2、能夠引起電暈的電壓稱為起暈電壓，起暈電壓與電極的曲率半徑有關(guān)，而與間隙距離關(guān)系不大，半徑越小、起暈電壓越低。電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用 二、極性效應(yīng) 1、 極性效應(yīng)：不對稱極不均勻電場中曲率半徑小的電極所帶電荷極性對擊穿電壓的影響。引出：同一個針對板的不對稱極不均勻電場，極間距離為4cm，當(dāng)針極為正時，擊穿電壓是35kV；當(dāng)針極為負(fù)時，擊穿電壓是80kV；而針對針的對稱極不均勻電場，極間距離是4cm 時，擊穿電壓為45 kV。為什么會有這么大的區(qū)別？2、分析：（針極為正、板極為負(fù)）針極附近產(chǎn)生的電暈，帶電粒子定

15、向運動，正離子向板極運動，由于速度慢，就在針極附近形成電荷積累區(qū)，使未游離區(qū)的電場強度增大，而導(dǎo)致?lián)舸╇妷航档?。電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用試驗數(shù)據(jù)1、均勻電場的擊穿場強為30kV/cm，極不均勻電場的平均擊穿場強為5 kV/cm。隨著間隙距離的增大，擊穿電壓隨著增大，但擊穿場強是隨著降低的，因為擊穿電壓的增加速度沒有距離增加的速度快。2、在極不均勻電場的情況下，不管棒-板間隙或是不同直徑的球-板間隙，擊穿電壓和距離的關(guān)系曲線都比較接近。就是說，在極不均勻電場中，擊穿電壓主要決定于間隙距離，而與電極形狀的關(guān)系不大。因此在工程實踐中常用棒-板或棒-棒這兩種類型間隙的擊穿特性曲線作為選擇絕緣距離的

16、參考。kV（有效值）/cmkV（幅值）/cm，kV（有效值）/cmkV（幅值）/cm。電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用氣隙在各種電壓下的擊穿特性 一、標(biāo)準(zhǔn)波形 為了檢驗絕緣耐受雷電沖擊電壓的能力，在實驗室中可以利用沖擊電壓發(fā)生器產(chǎn)生沖擊高壓，以模擬雷電放電引起的過電壓。為了使得到結(jié)果可以相互比較，需規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)波形。我國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的雷電沖擊電壓標(biāo)準(zhǔn)波形為T1=1.2us30%，T2= 5020%us， us/50us，直擊雷的雷電波形為10/350us，感應(yīng)雷和傳導(dǎo)雷的雷電波形為8/20us。 。電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用二、放電時延一個氣體間隙，在持續(xù)電壓的作用下?lián)舸┧璧淖畹碗妷悍Q為靜態(tài)擊穿電

17、壓。但在幅值大于靜態(tài)擊穿電壓的沖擊電壓作用下，當(dāng)電壓值超過靜態(tài)擊穿電壓時，氣隙是不會擊穿的，氣隙的擊穿總是發(fā)生在靜態(tài)擊穿電壓之后的某一時刻，即氣隙在沖擊電壓作用下?lián)舸┦切枰獣r間的。所需的全部時間為：t = t1 + ts + tf t1為升壓時間，ts為統(tǒng)計時延，tf為放電形成時延 電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用三、50%沖擊放電電壓在持續(xù)電壓作用下，當(dāng)氣體狀態(tài)不變時，一定距離的間隙，其擊穿電壓具有確定的數(shù)值，當(dāng)間隙上所加的電壓達(dá)到其擊穿電壓時間隙就擊穿了。 在沖擊電壓作用下，單獨用一個電壓來描述間隙的擊穿就不合理了。U50%的含義是在該電壓作用下，氣隙擊穿和不擊穿的概率各為50%。電力系統(tǒng)的電

18、壓等級劃分和應(yīng)用四、伏秒特性 在同一波形、不同幅值的沖擊電壓作用下，間隙上出現(xiàn)的電壓最大值和放電時間的關(guān)系曲線稱為間隙的伏秒特性曲線。工程上常用它來表征間隙在沖擊電壓下的擊穿特性。 1、曲線的作出2、伏秒特性曲線的配合：保護設(shè)備要保護被保護設(shè)備，其伏秒特性曲線必須完全位于被保護設(shè)備伏秒特性曲線的下面電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用四、伏秒特性 間隙的伏秒特性形狀與極間電場分布有關(guān)。對于均勻或梢不均勻電場，由于擊穿時的平均場強較高，放電發(fā)展較快，放電時延短，所以間隙的伏秒特性曲線比較平坦，而且分散性也較小，僅在放電時間極短時，略顯上翹。也就是說，在均勻電場中靠提高電壓來縮短擊穿所需時間是很難的。因為

19、均勻電場的伏秒特性很平，其50%沖擊擊穿電壓和靜態(tài)擊穿電壓是相一致，所以在實踐中常常利用電場比較均勻的球間隙作為測量靜態(tài)電壓和沖擊電壓的通用儀表。 電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用 對于極不均勻電場中的間隙，其平均擊穿場強較低，放電形成時延tf 受電壓的影響大， 較長且分散性也大，其伏秒特性曲線在放電時間還相當(dāng)大時，便隨時間t之減小而明顯上翹，曲線比較陡。即使在電壓作用時間較長（擊穿發(fā)生在波尾）時，沖擊擊穿電壓也高于靜態(tài)擊穿電壓。電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用 具有較陡伏秒特性曲線的保護設(shè)備不容易與具有平伏秒特性的被保護設(shè)備配合所以不能用保護間隙、管型避雷器來保護變壓器電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用大

20、氣條件對氣隙擊穿電壓的影響 標(biāo)準(zhǔn)大氣條件：溫度t0=200C,大氣壓力P0=101.3kPa,濕度f0=11g/m3。 大氣條件對氣隙擊穿電壓的影響的分析方法是：從大氣條件的自由行程和碰撞次數(shù)的影響，來分析總游離數(shù)的變化，從而得出對擊穿電壓的影響。1、溫度的影響：溫度升高，氣體密度下降，自由行程加大，外加電場強度不變時，游離率加大；氣體密度下降使氣體分子數(shù)減少，但其減小幅度小于游離率增大的幅度，所以總游離數(shù)加大，使擊穿電壓降低。2、濕度的影響：濕度加大，水分子含量加大，由于水具有電負(fù)性，能俘獲電子形成負(fù)離子，對放電具有抑制作用，所以濕度加大，氣體的擊穿電壓升高。 濕度對氣隙擊穿電壓的影響與電場

21、的形式有關(guān)，均勻電場和稍不均勻電場中濕度的影響比較小，極不均勻電場中濕度的影響比較大，其原因是均勻電場中擊穿場強較高，電子運動速度較大，水分子不易吸附電子，所以濕度的影響較??；在極不均勻電場中，平均擊穿場較低，放電形成時延較長，所以濕度的影響就比較明顯。 3、海拔高度的影響：隨著海拔高度的增加，空氣逐漸稀薄，大氣壓力及空氣相對密度下降，因此空氣的擊穿電壓也隨著降低?？紤]到這一影響，我國有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對于擬用于海拔高度高于1000米，但不超過4000米處的電氣設(shè)備的外絕緣，其試驗電壓應(yīng)按規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的試驗電壓乘以系數(shù)Ka ，其中電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用提高氣隙擊穿電壓的方法提高氣

22、隙擊穿電壓的途徑：1、均勻電場的擊穿場強比極不均勻電場的平均擊穿場強高，所以考慮如何改進電極形狀；2、依據(jù)巴申特性曲線進行分析。措施一、改進電極形狀1、改進電極形狀，增大電極曲率半徑。采用屏蔽罩以增大電極的曲率半徑是一種常用的方法，一些高壓設(shè)備的高壓出現(xiàn)端都加裝屏蔽罩以降低出線端附近空間的最大場強，提高電暈起始電壓。此外、在超高壓線路絕緣子串上安裝保護金具、超高壓線路上采用擴徑導(dǎo)線等都是根據(jù)屏蔽原理改善電場分布提高電暈起始電壓的具體應(yīng)用。2、去除電極表面及邊緣的毛刺和棱角，消除電場局部增強的現(xiàn)象。 3、邊緣效應(yīng)電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用提高氣隙擊穿電壓的方法措施二、利用空間電荷改善電場分布

23、在極不均勻電場中，由于氣隙擊穿前先發(fā)生電暈放電，因此在一定條件下，可以利用放電自身產(chǎn)生的空間電荷來改善電場分布。例如采用細(xì)線，如“線-板”、“線-線”結(jié)構(gòu)在一定的距離范圍內(nèi)有可能提高氣隙的擊穿電壓。這是因為：當(dāng)導(dǎo)線直徑很小時，周圍容易形成比較均勻的電暈層，電暈放電形成的空間電荷調(diào)整和改善了電場分布，從而提高了擊穿電壓。當(dāng)氣隙距離超過一定值，細(xì)線也將產(chǎn)生刷形放電，或?qū)Ь€直徑較大因其表面不夠光滑將產(chǎn)生局部電暈和刷形放電，破壞了比較均勻的電暈層，此后其擊穿電壓也將下降。電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用提高氣隙擊穿電壓的方法措施三、極不均勻電場中采用屏障改善電場分布。4、沖擊電壓作用下正極性棒對屏蔽的作用

24、大約與持續(xù)電壓作用下一樣；負(fù)極性棒時屏蔽基本上不起作用，這說明屏障對負(fù)極性傍時流注的分級發(fā)展過程影響不大。1、在直流電壓下，擊穿電壓隨著屏障位置的不同有很大的變化。最有利的地方在處,針正板負(fù)間隙擊穿電壓可提高2-3倍，但針負(fù)板正間隙擊穿電壓僅提高0.2倍。2、極間障能夠提高氣隙的擊穿電壓不是靠它自身分壓，而是利用空間電荷對電場分布的改善實現(xiàn)的。3、交流電壓作用下，屏障作用同在直流電壓下針正板負(fù)間隙電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用提高氣隙擊穿電壓的方法措施四、削弱或抑制游離過程1、采用高氣壓：空氣在常壓下的電氣強度約為30kV/cm，MPa，MPa的空氣具有極高的擊穿電壓，但此時對電氣設(shè)備外殼的密封

25、性能和機械強度要求很高，因此目前廣泛應(yīng)用SF6，MPa的氣壓舊可.電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用提高氣隙擊穿電壓的方法六氟化硫、氟里昂等一些喊有鹵族元素氣體屬于強電負(fù)性氣體，它們的電氣強度比空氣高得多，因此用于電氣設(shè)備氣壓不必太高，這就可以使設(shè)備的制造和運行得以簡化。強電負(fù)性氣體要在工程中獲得實際應(yīng)用，除電氣強度要高以外，還必須具備液化溫度不高、化學(xué)性能穩(wěn)定、在該氣體中發(fā)生放電時不宜分解、不燃燒、不產(chǎn)生有毒物質(zhì)，并且生產(chǎn)不太困難、價格不能過高。2、采用強電負(fù)性氣體（高電氣強度）目前、得到工程應(yīng)用的強電負(fù)性氣體惟有六氟化硫及其混合氣體。 SF6的電氣強度約為空氣的2.5倍，其滅弧能力則為空氣的10

26、0倍以上。SF6所以具有較高的電氣強度是因為它具有電負(fù)性、游離能高、分子量大。但應(yīng)該注意到： SF6優(yōu)異的絕緣性能只有在均勻電場中才能充分發(fā)揮，因此設(shè)計SF6氣體作為絕緣的各種電氣設(shè)備時，應(yīng)盡量使氣隙的電場均勻化。電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用3、高真空的采用。依據(jù)巴申特性曲線，采用高真空將會得出擊穿電壓極高甚至趨于無限大的結(jié)論。試驗也表明極間距離較小時高真空的擊穿電壓很高，其值超過了壓縮氣體；但極間距離較大時擊穿電壓提高緩慢，明顯低于壓縮氣體間隙的擊穿電壓。間隙較短時應(yīng)用真空擊穿理論進行放電解釋：此時高真空的擊穿是與陰極表面的強場發(fā)射密切相關(guān)的。由于強場發(fā)射所引起的電流密度很大，導(dǎo)致電極局部過

27、熱使電極釋放出金屬氣體，破壞高真空度從而引起擊穿。間隙較長時應(yīng)用全電壓效應(yīng)解釋：隨著氣隙距離的增大及擊穿電壓的提高，電子從陰極到陽極積聚了很大的動能，這些高能電子轟擊陽極表面使之釋放出正離子和光子，當(dāng)它們到達(dá)陰極又加強了該極的表面游離，這樣反復(fù)作用將產(chǎn)生越來越大的電子流，時電極局部氣化，最終導(dǎo)致間隙擊穿。電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用沿面放電一、問題提出 電力系統(tǒng)中，電氣設(shè)備的帶電部分總要用固體絕緣材料來支撐或懸掛。絕大多數(shù)情況下，這些固體絕緣是處于空氣中的。如輸電線路的懸式絕緣子、隔離開關(guān)的支柱絕緣子等。當(dāng)這些絕緣子的極間電壓超過一定值時，常常在固體電介質(zhì)和空氣的交界面上出現(xiàn)放電現(xiàn)象，這種沿著

28、固體電介質(zhì)表面的氣體發(fā)生的放電稱為沿面放電。當(dāng)沿面放電發(fā)展成貫通兩極的放電時，稱為閃絡(luò)。研究表明：在相同的放電距離下，沿面閃絡(luò)電壓比純氣隙的擊穿電壓低得多，可見一個絕緣裝置的實際耐壓能力是取決于它的沿面閃絡(luò)電壓的。因此，在確定輸電線路和變電所外絕緣的絕緣水平是，其沿面閃絡(luò)電壓起著決定性作用。應(yīng)該注意的是，不僅要研究表面干燥、清潔時的沿面放電，而且要研究表面潮濕、污染時的沿面放電，因為它們的放電機理有很大的不同，甚至可能在工作電壓下發(fā)生閃絡(luò)，對電力系統(tǒng)的安全運行構(gòu)成威脅，因而日益受到重視。由于污閃引起的事故每年都會有。電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用沿面放電二、均勻電場中的沿面放電 在平行板的均勻電

29、場中放一瓷柱，并使瓷柱的表面與電力線平行，瓷柱的存在并未影響極板間電場分布。但當(dāng)兩電極尖的電壓逐漸增加時，放電總是發(fā)生在沿瓷柱的表面，即在同樣條件下沿瓷柱的閃絡(luò)電壓比純氣隙電壓低得多。并且與電介質(zhì)表面的材質(zhì)有關(guān)。為什么？電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用二、均勻電場中的沿面放電1、解釋方法一： 雖然電瓷表面是光滑的，但畢竟不是理想的光滑，夸張地說是凸凹不平的，這樣在電瓷表面就形成了固體與氣體的串聯(lián)。在交流或沖擊電壓的作用下，多層串聯(lián)電介質(zhì)中的電場分布與介質(zhì)的介電常數(shù)成反比，空氣的介電常數(shù)遠(yuǎn)小于固體介質(zhì)的介電常數(shù)，所以氣體分擔(dān)的電壓遠(yuǎn)比固體的要高，而氣體的絕緣強度又比固體的低，所以很容易發(fā)生局部放電。

30、電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用二、均勻電場中的沿面放電2、解釋方法二： 固體介質(zhì)與電極表面沒有完全密合接觸而存在微小氣隙，或介質(zhì)表面有裂紋。由于空氣的介電常數(shù)總比固體的低，這些微小氣隙中的場強將比平均場強大得多，從而引起局部放電。放電產(chǎn)生的帶電質(zhì)點從氣隙中逸出，帶電質(zhì)點到達(dá)介質(zhì)表面后，畸變原有的電場，從而降低了沿面閃絡(luò)電壓。 在實際絕緣結(jié)構(gòu)中常將電極與介質(zhì)接觸面仔細(xì)研磨，使兩者緊密接觸，以消除氣隙，或在介質(zhì)端面上噴涂金屬，將氣隙短路，使沿面閃絡(luò)電壓提高。電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用二、均勻電場中的沿面放電3、解釋方法三： 固體電介質(zhì)表面吸收水分而形成水膜時，一方面水膜中的離子在電場作用下向兩極移

31、動，逐漸在兩電極附近積聚電荷，并使電介質(zhì)表面電場分布不均勻，電極附近電場場強增加，因而降低了閃落電壓；另一方面水的電導(dǎo)比較大，水膜上分擔(dān)的壓降低，而與之串聯(lián)的空氣上分擔(dān)的電壓要高，也容易引起局部放電，而使閃絡(luò)電壓降低。介質(zhì)表面的吸附水分的能力越大，閃絡(luò)電壓越低。電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用三、具有強垂直分量極不均勻電場中沿面放電1、放電發(fā)展過程 在電壓比較低時，在法蘭附近首先產(chǎn)生了電暈，隨著外加電壓的提高，電暈轉(zhuǎn)化成刷形放電；外加電壓進一步提高，刷形放電轉(zhuǎn)化成滑閃；當(dāng)電壓達(dá)到某臨界值時，滑閃溝通兩極形成閃絡(luò)。電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用三、具有強垂直分量極不均勻電場中沿面放電2、 極均勻電場中

32、沿面放電的形成 當(dāng)套管上加上交流電壓時，沿套管表面將有電流流過，由于R、C的存在，沿套管表面的電流是不相等的，越靠近法蘭處電流越大，單位距離上的壓降也越大，電場也越強。當(dāng)外加電壓不足以使整個間隙擊穿時，在法蘭處產(chǎn)生了電暈，帶電粒子被電力線的垂直分量壓在電介質(zhì)表面，縱向分量推動帶電粒子定向運動，加大了帶電粒子與電介質(zhì)的摩擦而使溫度升高，產(chǎn)生了熱游離，使放電發(fā)展。電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用三、具有強垂直分量極不均勻電場中沿面放電3、特點：1）固體介質(zhì)的介電常數(shù)越大，固體介質(zhì)的厚度越小，則電容越大，沿電介質(zhì)表面的電壓分布越不均勻，使沿面閃絡(luò)電壓越低；2）固體介質(zhì)的體積電阻越小，沿面閃絡(luò)電壓越低；3

33、）電壓變化速度越快，頻率高，分流作用也就越大，電壓分布越不均勻，閃絡(luò)電壓越低；4）表面電阻在一定范圍內(nèi)適當(dāng)減小，可使沿面的最大電場強度降低，從而提高閃絡(luò)電壓。電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用四、如何提高沿面閃絡(luò)電壓1、增大沿面距離 電介質(zhì)表面采用帶有瓷裙的結(jié)構(gòu)，瓷裙下面還帶棱。在系統(tǒng)中為防止污閃，對耐張絕緣子串來說，可通過增加串中片數(shù)達(dá)到目的；而對懸垂串來說，在增加片數(shù)有困難時可換用每片爬距較大的耐污型絕緣子或改用V形串固定導(dǎo)線，或推行用一種復(fù)合材料制成環(huán)狀薄片，將其嵌入絕緣子鐵帽下部的防污閃新技術(shù)，加裝了薄片后既增大了泄漏距離，又改善了絕緣子表面電場分布，對于抑制帽沿根部電暈的產(chǎn)生、防務(wù)和提高閃

34、絡(luò)電壓很有效。電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用四、如何提高沿面閃絡(luò)電壓2、采用半導(dǎo)體釉和硅橡膠絕緣子防污閃半導(dǎo)體釉絕緣子表面一直有一個比普通絕緣子表面泄漏電流為大的表面電導(dǎo)電流流過，使絕緣子表面溫度比環(huán)境溫度略高，因而污層不易吸潮，積污也比較少。此外，釉層電導(dǎo)還能緩解干區(qū)電場集中現(xiàn)象，使干區(qū)不易出現(xiàn)局部電弧，沿整個絕緣子傳的電壓分布都比較均勻。但這種材料比較容易被腐蝕和老化，影響了其推廣。有機硅橡膠合成絕緣子的防污性能比普通絕緣子要好得多，它由承受外力負(fù)荷的芯棒和保護芯棒免受大氣環(huán)境侵襲的裙套以及金屬連接附件組成復(fù)合結(jié)構(gòu)絕緣子，玻璃鋼芯棒采用玻璃纖維束經(jīng)樹脂浸漬后通過引拔模加熱固化而成，有極高的抗

35、張強度。至目前為止，硅橡膠仍是最理想的傘套材料，它的電氣強度、憎水性強、耐污性能好，在不同溫度下性質(zhì)穩(wěn)定。電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用五、絕緣子串上的電位分布1、不同電壓等級使用絕緣子的片數(shù)一般35kV線路用3片，110 kV線路用7-9片， 220kV線路用13-15片，330 kV線路用19-21片，500kV線路用25-28片。以330kVkV,如果每片絕緣子分擔(dān)的電壓相等,則每片絕緣子分擔(dān)的電壓約為11kV。絕緣子的起暈電壓為2022kV，按理說330kV線路絕緣子上不應(yīng)該發(fā)生電暈，但事實上，330kV線路在正常設(shè)計和運行時就有電暈，為什么？電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用五、絕緣子串上的

36、電位分布 kV,已經(jīng)超過起暈電壓。為什么電壓分布是不均勻的呢？電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用五、絕緣子串上的電位分布 電容：任意兩點之間有電位差、又存在中間介質(zhì)的話就可以等效出電容。 由于每片絕緣子的鐵腳與鐵塔之間存在著電位差、又有空氣中間介質(zhì)存在，所以絕緣子與鐵塔之間存在雜散電容，通常絕緣子的等效電容為5070pF，絕緣子與鐵塔之間的等效電容為4-5pF，雖然比較小，但由于它的存在，要流走一部分電流，使電位分布不均勻。 第一片上分擔(dān)的電壓最高，越遠(yuǎn)離導(dǎo)線分擔(dān)的電壓越低。電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用五、絕緣子串上的電位分布由于導(dǎo)線與絕緣子鐵腳之間也存在電位差，同樣存在著雜散電容，此電容一般為0.

37、5-1 pF.由于它的存在,導(dǎo)線中會有雜散電流通過它流入絕緣子。由于此電流比絕緣子對鐵塔之間流走的電流小，所以影響力也小。但隨著它的積累，使得靠近鐵塔的幾片絕緣子上分擔(dān)的電壓有所上升。電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用五、絕緣子串上的電位分布如何改善絕緣子串上的電壓分布 安裝均壓環(huán)。330kV及以上的線路絕緣子串上要安裝均壓環(huán)，其原理是利用增大導(dǎo)線對絕緣子的電容，提高其回路流過的電流，來補償絕緣子對地雜散電容中流走的電流。電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用小 結(jié)外界游離因素提供的空間電荷形成了氣體間隙的電導(dǎo)。在較低外加電場的作用下，電子的碰撞游離，使氣體間隙出現(xiàn)非自持放電。在足夠外加電場的作用下，電子崩中

38、的正離子運動到陰極，使陰極發(fā)出的有效電子能夠取代外界游離因素使陰極發(fā)出起始電子時，則放電轉(zhuǎn)為自持放電。湯遜理論只計入了電子在空間的碰撞游離及正離子使陰極放出電子的過程，故湯遜理論只能解釋低氣壓短間隙中的氣體放電。在湯遜理論的基礎(chǔ)上，又考慮了空間電荷對電場的畸變和光游離的影響提出的流注理論，解釋了大氣壓下一般間隙的氣體放電。電力系統(tǒng)的電壓等級劃分和應(yīng)用項目湯遜理論流注理論放電開始條件外界游離因素作用，使陰極表面釋放出起始電子同左間隙中導(dǎo)電質(zhì)點的增長按指數(shù)規(guī)律增長，形成電子崩經(jīng)過三次增長階段：電子崩、流注、主放電自持放電條件電子崩中的正離子運動到陰極，使陰極發(fā)出有效電子數(shù)與外界游離因素作用使陰極表面放出的起始電子數(shù)相等主電子崩甭頭發(fā)射出足夠的光子，出現(xiàn)光游離，