電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)劃分和應(yīng)用

1、緒論一、電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)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(jí)劃分的級(jí)差為23倍。電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)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(zhǎng)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(shí)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(jì)、快捷、安全、方便、清潔。電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)劃分和應(yīng)用三、要采用高電壓首先要解決的技術(shù)問(wèn)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(jī)，改用粉云母紙作絕緣，其他條件不變時(shí)，發(fā)電機(jī)容量就提高到MW，可見(jiàn)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?yàn)榻^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(wèn)題。因?yàn)樵陔娏ο到y(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(jí)劃分和應(yīng)用四、如何解決絕緣問(wèn)題？尋找和研制新型的絕緣材料，限制作用在絕緣上的過(guò)電壓。例：由于瓷吹避雷器使作用在被保護(hù)設(shè)備上的殘壓降低，使原設(shè)計(jì)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(jí)劃分和應(yīng)用五、高電壓技術(shù)課程講授的兩個(gè)問(wèn)題： 絕緣問(wèn)題和限制作用在絕緣上的過(guò)電壓是本課程的兩大內(nèi)容。 電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)劃分和應(yīng)用六、學(xué)科特點(diǎn)：1、歷史短，研究不充分，理論很不完整，工程上高電壓?jiǎn)栴}不能用理論來(lái)分析，所以只能從試驗(yàn)入手。2、研究起來(lái)很困難，其所研究的問(wèn)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(wèn)題，場(chǎng)的問(wèn)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(chǎng)地難以滿足，問(wèn)題的重復(fù)性小，一次擊穿后很難找到完全相同的對(duì)象，是暫態(tài)問(wèn)題。4、思考問(wèn)題的領(lǐng)域?qū)?。電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)劃分和應(yīng)用第一章 氣體的放電基本

4、物理過(guò)程和電氣強(qiáng)度一、補(bǔ)充的基本概念1、放電：在電場(chǎng)的作用下由于游離使流過(guò)電介質(zhì)電流增大的現(xiàn)象。2、擊穿：電介質(zhì)在電場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)：使電介質(zhì)失去其絕緣性能所需要的最低、臨界、外加電場(chǎng)強(qiáng)度。5、絕緣強(qiáng)度：在均勻電場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度。6、絕緣水平：電氣設(shè)備出廠時(shí)保證承受的試驗(yàn)電壓。電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)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(bǔ)充）中性質(zhì)點(diǎn)中的電子擺脫原子核的束縛成為自由電子的過(guò)程就是游離。要游離需要吸收能量，吸收的

5、能量稱(chēng)為游離能。結(jié)論：氣體間隙中帶電粒子來(lái)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(jí)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(diǎn)的能量不小于被撞質(zhì)點(diǎn)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(lái)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(jí)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(lái)源。具有分級(jí)游離的特點(diǎn)。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(dú)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(jí)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(gè)呈現(xiàn)負(fù)電性的分子稱(chēng)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(duì)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(jí)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(shì)壘的束縛成為自由電子的過(guò)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(lái)源：包括光電子發(fā)射、熱電子發(fā)射、強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)射和二次發(fā)射。 日光燈中起

7、始帶電粒子來(lái)源于熱電子發(fā)射。電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)劃分和應(yīng)用二、帶電粒子的消失1、進(jìn)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(jìn)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(diǎn)的過(guò)程。影響復(fù)合的主要因素是帶電粒子之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度和濃度。帶電粒子在固體表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較慢，容易復(fù)合，滅弧柵也利用了這一點(diǎn)。3、擴(kuò)散：帶電粒子從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域運(yùn)動(dòng)。磁吹避雷器、空氣斷路器等都利用了這一點(diǎn)。電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)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(chǎng)作用下，流過(guò)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(yùn)動(dòng)，隨著外加電壓的加大，帶電粒子的運(yùn)動(dòng)速度越來(lái)越快，故電流在加大。2、ab段，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的帶電粒子全部投入運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到趨引速度，沒(méi)有新的帶電粒子來(lái)源。3、bc段，產(chǎn)生碰撞游離，放電。4、c點(diǎn)以后，自持放電。電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)劃分和應(yīng)用四、湯遜理論kpacm）短間隙氣隙的氣體放電實(shí)驗(yàn)出發(fā)，總結(jié)出較系統(tǒng)的氣體放電理論。湯遜理論的實(shí)質(zhì)是電子崩理論。外界游離因素電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)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(gè)條件來(lái)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(jí)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(gè)電子沿電場(chǎng)方向行經(jīng)1cm長(zhǎng)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(gè)正離子撞擊陰極板時(shí)，使陰極板平均釋放出來(lái)的有效電子數(shù)。3、一個(gè)啟始帶電粒子從陰極到陽(yáng)極的過(guò)程中由于碰撞游離產(chǎn)生的正離子撞擊陰極板時(shí)如果能打拉出兩個(gè)電子，一個(gè)與正離子復(fù)合掉了，另一個(gè)成為自由電子，它會(huì)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(jí)劃分和應(yīng)用五、巴申特性曲線 A點(diǎn)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(chǎng)強(qiáng)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(diǎn)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(chǎng)強(qiáng)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(méi)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(jí)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(chǎng)。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(zhǎng)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(jì)算的擊穿電壓比實(shí)際值高； 2、按湯遜理論計(jì)算的擊穿所需時(shí)間比實(shí)

11、際值長(zhǎng)； 3、一般間隙的擊穿電壓與陰極材料無(wú)關(guān)； 4、放電形狀不同因?yàn)闇d理論沒(méi)有考慮空間電荷對(duì)電場(chǎng)的畸變和光游離對(duì)放電的影響，流注理論對(duì)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、一般間隙的氣體放電現(xiàn)象進(jìn)行了解釋。電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)劃分和應(yīng)用湯遜理論一個(gè)由外界游離因素從陰極釋放出來(lái)的初始電子，在奔向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)的過(guò)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(chēng)為初始電子崩。初始電子崩不斷發(fā)展，由于電子的移動(dòng)速度大，故電子總是位于朝向陽(yáng)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(lái)產(chǎn)生的位置上，較緩慢地向陰極運(yùn)動(dòng)，相對(duì)于電子來(lái)說(shuō)，可認(rèn)為正離子是靜止的。電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)劃分和應(yīng)用初始電子崩在其發(fā)展過(guò)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(chǎng)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(qiáng)了電子崩頭部和尾部的電場(chǎng)，而削弱了其正負(fù)極區(qū)域之間的電場(chǎng)。電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)劃分和應(yīng)用電子崩頭部前后的強(qiáng)電場(chǎng)有利于發(fā)生游離和激勵(lì)，它們從激勵(lì)狀態(tài)回復(fù)到正常狀態(tài)時(shí)，將發(fā)射出光子。電子崩中部的弱電場(chǎng)區(qū)，則有助于發(fā)生復(fù)合過(guò)程，同樣也發(fā)出光子。當(dāng)初始電子崩發(fā)展到陽(yáng)極時(shí)，電子迅速進(jìn)入陽(yáng)極并中和電量了。留下來(lái)的正離子作為正空間電荷，使后面的電場(chǎng)受到畸變和加強(qiáng)，同時(shí)向周?chē)l(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?cè)谡臻g電荷所畸變和加強(qiáng)的電場(chǎng)作用下

13、，又形成新的電子崩，稱(chēng)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(chēng)為流注。流注從陽(yáng)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(qiáng)了流注前方的電場(chǎng)，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(gè)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(gè)間隙的擊穿。電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)劃分和應(yīng)用不均勻電場(chǎng)中氣體的放電一、電暈：極不均勻電場(chǎng)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(chǎng)和極不均勻電場(chǎng)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(duì)無(wú)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(chēng)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(jí)劃分和應(yīng)用 二、極性效應(yīng) 1、 極性效應(yīng)：不對(duì)稱(chēng)極不均勻電場(chǎng)中曲率半徑小的電極所帶電荷極性對(duì)擊穿電壓的影響。引出：同一個(gè)針對(duì)板的不對(duì)稱(chēng)極不均勻電場(chǎng)，極間距離為4cm，當(dāng)針極為正時(shí)，擊穿電壓是35kV；當(dāng)針極為負(fù)時(shí)，擊穿電壓是80kV；而針對(duì)針的對(duì)稱(chēng)極不均勻電場(chǎng)，極間距離是4cm 時(shí)，擊穿電壓為45 kV。為什么會(huì)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(yùn)動(dòng)，正離子向板極運(yùn)動(dòng)，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(chǎng)強(qiáng)度增大，而導(dǎo)致?lián)舸╇妷航档?。電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)劃分和應(yīng)用試驗(yàn)數(shù)據(jù)1、均勻電場(chǎng)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)為30kV/cm，極不均勻電場(chǎng)的平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)強(qiáng)是隨著降低的，因?yàn)閾舸╇妷旱脑黾铀俣葲](méi)有距離增加的速度快。2、在極不均勻電場(chǎng)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(shuō)，在極不均勻電場(chǎng)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(shí)踐中常用棒-板或棒-棒這兩種類(lèi)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(jí)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(yàn)絕緣耐受雷電沖擊電壓的能力，在實(shí)驗(yàn)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(guò)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(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的雷電沖擊電壓標(biāo)準(zhǔn)波形為T(mén)1=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(jí)劃分和應(yīng)用二、放電時(shí)延一個(gè)氣體間隙，在持續(xù)電壓的作用下?lián)舸┧璧淖畹碗妷悍Q(chēng)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(guò)靜態(tài)擊穿電壓時(shí)，氣隙是不會(huì)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(shí)刻，即氣隙在沖擊電壓作用下?lián)舸┦切枰獣r(shí)間的。所需的全部時(shí)間為：t = t1 + ts + tf t1為升壓時(shí)間，ts為統(tǒng)計(jì)時(shí)延，tf為放電形成時(shí)延 電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)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(shí)，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(shí)間隙就擊穿了。 在沖擊電壓作用下，單獨(dú)用一個(gè)電壓來(lái)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(jí)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(shí)間的關(guān)系曲線稱(chēng)為間隙的伏秒特性曲線。工程上常用它來(lái)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(hù)設(shè)備要保護(hù)被保護(hù)設(shè)備，其伏秒特性曲線必須完全位于被保護(hù)設(shè)備伏秒特性曲線的下面電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)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(chǎng)分布有關(guān)。對(duì)于均勻或梢不均勻電場(chǎng)，由于擊穿時(shí)的平均場(chǎng)強(qiáng)較高，放電發(fā)展較快，放電時(shí)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(shí)間極短時(shí)，略顯上翹。也就是說(shuō)，在均勻電場(chǎng)中靠提高電壓來(lái)縮短擊穿所需時(shí)間是很難的。因?yàn)?/p>

19、均勻電場(chǎng)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(shí)踐中常常利用電場(chǎng)比較均勻的球間隙作為測(cè)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(jí)劃分和應(yīng)用 對(duì)于極不均勻電場(chǎng)中的間隙，其平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)較低，放電形成時(shí)延tf 受電壓的影響大， 較長(zhǎng)且分散性也大，其伏秒特性曲線在放電時(shí)間還相當(dāng)大時(shí)，便隨時(shí)間t之減小而明顯上翹，曲線比較陡。即使在電壓作用時(shí)間較長(zhǎng)（擊穿發(fā)生在波尾）時(shí)，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(jí)劃分和應(yīng)用 具有較陡伏秒特性曲線的保護(hù)設(shè)備不容易與具有平伏秒特性的被保護(hù)設(shè)備配合所以不能用保護(hù)間隙、管型避雷器來(lái)保護(hù)變壓器電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)劃分和應(yīng)用大

20、氣條件對(duì)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f(wàn)0=11g/m3。 大氣條件對(duì)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(lái)分析總游離數(shù)的變化，從而得出對(duì)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(chǎng)強(qiáng)度不變時(shí)，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(duì)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(duì)氣隙擊穿電壓的影響與電場(chǎng)

21、的形式有關(guān)，均勻電場(chǎng)和稍不均勻電場(chǎng)中濕度的影響比較小，極不均勻電場(chǎng)中濕度的影響比較大，其原因是均勻電場(chǎng)中擊穿場(chǎng)強(qiáng)較高，電子運(yùn)動(dòng)速度較大，水分子不易吸附電子，所以濕度的影響較?。辉跇O不均勻電場(chǎng)中，平均擊穿場(chǎng)較低，放電形成時(shí)延較長(zhǎng)，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(duì)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(guó)有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)于擬用于海拔高度高于1000米，但不超過(guò)4000米處的電氣設(shè)備的外絕緣，其試驗(yàn)電壓應(yīng)按規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的試驗(yàn)電壓乘以系數(shù)Ka ，其中電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)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(chǎng)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)比極不均勻電場(chǎng)的平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)高，所以考慮如何改進(jìn)電極形狀；2、依據(jù)巴申特性曲線進(jìn)行分析。措施一、改進(jìn)電極形狀1、改進(jìn)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(chǎng)強(qiáng)，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(hù)金具、超高壓線路上采用擴(kuò)徑導(dǎo)線等都是根據(jù)屏蔽原理改善電場(chǎng)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(chǎng)局部增強(qiáng)的現(xiàn)象。 3、邊緣效應(yīng)電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)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(chǎng)分布

23、在極不均勻電場(chǎng)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(lái)改善電場(chǎng)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?yàn)椋寒?dāng)導(dǎo)線直徑很小時(shí)，周?chē)菀仔纬杀容^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(chǎng)分布，從而提高了擊穿電壓。當(dāng)氣隙距離超過(guò)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(jí)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(chǎng)中采用屏障改善電場(chǎng)分布。4、沖擊電壓作用下正極性棒對(duì)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(shí)屏蔽基本上不起作用，這說(shuō)明屏障對(duì)負(fù)極性傍時(shí)流注的分級(jí)發(fā)展過(guò)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(duì)電場(chǎng)分布的改善實(shí)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(jí)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(guò)程1、采用高氣壓：空氣在常壓下的電氣強(qiáng)度約為30kV/cm，MPa，MPa的空氣具有極高的擊穿電壓，但此時(shí)對(duì)電氣設(shè)備外殼的密封

25、性能和機(jī)械強(qiáng)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(jí)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(qiáng)電負(fù)性氣體，它們的電氣強(qiáng)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(yùn)行得以簡(jiǎn)化。強(qiáng)電負(fù)性氣體要在工程中獲得實(shí)際應(yīng)用，除電氣強(qiáng)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(shí)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(jià)格不能過(guò)高。2、采用強(qiáng)電負(fù)性氣體（高電氣強(qiáng)度）目前、得到工程應(yīng)用的強(qiáng)電負(fù)性氣體惟有六氟化硫及其混合氣體。 SF6的電氣強(qiáng)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(qiáng)度是因?yàn)樗哂须娯?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(chǎng)中才能充分發(fā)揮，因此設(shè)計(jì)SF6氣體作為絕緣的各種電氣設(shè)備時(shí)，應(yīng)盡量使氣隙的電場(chǎng)均勻化。電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)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(huì)得出擊穿電壓極高甚至趨于無(wú)限大的結(jié)論。試驗(yàn)也表明極間距離較小時(shí)高真空的擊穿電壓很高，其值超過(guò)了壓縮氣體；但極間距離較大時(shí)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(shí)應(yīng)用真空擊穿理論進(jìn)行放電解釋?zhuān)捍藭r(shí)高真空的擊穿是與陰極表面的強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射密切相關(guān)的。由于強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射所引起的電流密度很大，導(dǎo)致電極局部過(guò)

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(zhǎng)時(shí)應(yīng)用全電壓效應(yīng)解釋?zhuān)弘S著氣隙距離的增大及擊穿電壓的提高，電子從陰極到陽(yáng)極積聚了很大的動(dòng)能，這些高能電子轟擊陽(yáng)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(qiáng)了該極的表面游離，這樣反復(fù)作用將產(chǎn)生越來(lái)越大的電子流，時(shí)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(jí)劃分和應(yīng)用沿面放電一、問(wèn)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(lái)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(kāi)關(guān)的支柱絕緣子等。當(dāng)這些絕緣子的極間電壓超過(guò)一定值時(shí)，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(chēng)為沿面放電。當(dāng)沿面放電發(fā)展成貫通兩極的放電時(shí)，稱(chēng)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(jiàn)一個(gè)絕緣裝置的實(shí)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(shí)的沿面放電，而且要研究表面潮濕、污染時(shí)的沿面放電，因?yàn)樗鼈兊姆烹姍C(jī)理有很大的不同，甚至可能在工作電壓下發(fā)生閃絡(luò)，對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)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(huì)有。電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)劃分和應(yīng)用沿面放電二、均勻電場(chǎng)中的沿面放電 在平行板的均勻電

29、場(chǎng)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(chǎng)分布。但當(dāng)兩電極尖的電壓逐漸增加時(shí)，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(jí)劃分和應(yīng)用二、均勻電場(chǎng)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(shuō)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(chǎng)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(qiáng)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(jí)劃分和應(yīng)用二、均勻電場(chǎng)中的沿面放電2、解釋方法二： 固體介質(zhì)與電極表面沒(méi)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(chǎng)強(qiáng)將比平均場(chǎng)強(qiáng)大得多，從而引起局部放電。放電產(chǎn)生的帶電質(zhì)點(diǎn)從氣隙中逸出，帶電質(zhì)點(diǎn)到達(dá)介質(zhì)表面后，畸變?cè)械碾妶?chǎng)，從而降低了沿面閃絡(luò)電壓。 在實(shí)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(jí)劃分和應(yīng)用二、均勻電場(chǎng)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(shí)，一方面水膜中的離子在電場(chǎng)作用下向兩極移

31、動(dòng)，逐漸在兩電極附近積聚電荷，并使電介質(zhì)表面電場(chǎng)分布不均勻，電極附近電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)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(jí)劃分和應(yīng)用三、具有強(qiáng)垂直分量極不均勻電場(chǎng)中沿面放電1、放電發(fā)展過(guò)程 在電壓比較低時(shí)，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(jìn)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(shí)，滑閃溝通兩極形成閃絡(luò)。電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)劃分和應(yīng)用三、具有強(qiáng)垂直分量極不均勻電場(chǎng)中沿面放電2、 極均勻電場(chǎng)中

32、沿面放電的形成 當(dāng)套管上加上交流電壓時(shí)，沿套管表面將有電流流過(guò)，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(chǎng)也越強(qiáng)。當(dāng)外加電壓不足以使整個(gè)間隙擊穿時(shí)，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(dòng)帶電粒子定向運(yùn)動(dòng)，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(jí)劃分和應(yīng)用三、具有強(qiáng)垂直分量極不均勻電場(chǎng)中沿面放電3、特點(diǎn)：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(chǎng)強(qiáng)度降低，從而提高閃絡(luò)電壓。電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)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(duì)耐張絕緣子串來(lái)說(shuō)，可通過(guò)增加串中片數(shù)達(dá)到目的；而對(duì)懸垂串來(lái)說(shuō)，在增加片數(shù)有困難時(shí)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(chǎng)分布，對(duì)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(jí)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(gè)比普通絕緣子表面泄漏電流為大的表面電導(dǎo)電流流過(guò)，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(chǎng)集中現(xiàn)象，使干區(qū)不易出現(xiàn)局部電弧，沿整個(gè)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(jī)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(hù)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(shù)脂浸漬后通過(guò)引拔模加熱固化而成，有極高的抗

35、張強(qiáng)度。至目前為止，硅橡膠仍是最理想的傘套材料，它的電氣強(qiáng)度、憎水性強(qiáng)、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(jí)劃分和應(yīng)用五、絕緣子串上的電位分布1、不同電壓等級(jí)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(shuō)330kV線路絕緣子上不應(yīng)該發(fā)生電暈，但事實(shí)上，330kV線路在正常設(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)就有電暈，為什么？電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)劃分和應(yīng)用五、絕緣子串上的

36、電位分布 kV,已經(jīng)超過(guò)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(jí)劃分和應(yīng)用五、絕緣子串上的電位分布 電容：任意兩點(diǎn)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(jí)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(huì)有雜散電流通過(guò)它流入絕緣子。由于此電流比絕緣子對(duì)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(jí)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(duì)絕緣子的電容，提高其回路流過(guò)的電流，來(lái)補(bǔ)償絕緣子對(duì)地雜散電容中流走的電流。電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)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(chǎng)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(chǎng)的作用下，電子崩中

38、的正離子運(yùn)動(dòng)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(shí)，則放電轉(zhuǎn)為自持放電。湯遜理論只計(jì)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(guò)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(duì)電場(chǎng)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(jí)劃分和應(yīng)用項(xiàng)目湯遜理論流注理論放電開(kāi)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(diǎn)的增長(zhǎng)按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)，形成電子崩經(jīng)過(guò)三次增長(zhǎng)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(yùn)動(dòng)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，