高電壓技術(shù)全套

高電壓技術(shù)全套課件第1頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四緒論

一．內(nèi)容與范疇《高電壓技術(shù)》主要研究高電壓（強(qiáng)電場(chǎng)）下的各種電氣物理問(wèn)題。它起源于20世紀(jì)初期，由于大功率、遠(yuǎn)距離輸電而發(fā)展、形成的一門獨(dú)立學(xué)科，屬于現(xiàn)代物理學(xué)中電學(xué)的一個(gè)分支。學(xué)習(xí)目的：正確處理電力系統(tǒng)中過(guò)電壓與絕緣的問(wèn)題。第2頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二．高電壓技術(shù)的研究對(duì)象

1.電氣設(shè)備的絕緣：

①絕緣試驗(yàn)（固、液、氣體）

——在電場(chǎng)作用下的電氣物理性能和擊穿的理論、規(guī)律。②高壓試驗(yàn)——判斷、監(jiān)視絕緣質(zhì)量的主要試驗(yàn)方法。2.電力系統(tǒng)的過(guò)電壓：③過(guò)電壓及其防護(hù)——過(guò)電壓的成因與限制措施。第3頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三．中國(guó)電力系統(tǒng)電壓等級(jí)的劃分與分類交流系統(tǒng)高壓（HV）：1KV～220KV，包括：10KV，35KV，110KV，220KV超高壓（EHV）：330KV～1000KV，包括：330KV，500KV，750KV特高壓（UHV）：1000KV及以上直流系統(tǒng)超高壓（EHV）：±500KV特高壓（UHV）：±

800KV第4頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四四．高電壓技術(shù)在其它領(lǐng)域的應(yīng)用1．醫(yī)學(xué)：利用高壓脈沖體外碎石、治療癌癥；2．農(nóng)業(yè)：高壓靜電噴藥，高電場(chǎng)誘發(fā)變異在育種上的應(yīng)用；3．環(huán)保：高壓脈沖放電處理污水，電除塵技術(shù)；4．軍事：大功率脈沖技術(shù)，電磁干擾、電子對(duì)抗；5．其它工業(yè)：靜電噴涂，高壓設(shè)備制造等。第5頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四五．課程相關(guān)信息參考書：《高電壓絕緣技術(shù)》，中國(guó)電力，嚴(yán)璋，朱德恒《電網(wǎng)過(guò)電壓教程》，中國(guó)電力，陳維賢《高電壓試驗(yàn)技術(shù)》，清華，張仁豫《高電壓技術(shù)》，中國(guó)電力，趙智大考試：

20%（作業(yè)10%

+實(shí)驗(yàn)10%

）+80%（閉卷筆試）答疑安排：時(shí)間：周四下午3:00-5:00地點(diǎn)：教三樓一樓110室（辦公電話：752-2357）第6頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第一篇高電壓絕緣及實(shí)驗(yàn)第一章電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和損耗第二章氣體放電的物理過(guò)程第三章氣隙的電氣強(qiáng)度第四章固體液體和組合絕緣的電氣強(qiáng)度第7頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第一章電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和損耗第一節(jié)電介質(zhì)的極化第二節(jié)電介質(zhì)的介電常數(shù)第三節(jié)電介質(zhì)的電導(dǎo)第四節(jié)電介質(zhì)中的能量損耗第8頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§1.電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和損耗電介質(zhì)有氣體、固體、液體三種形態(tài)，電介質(zhì)在電氣設(shè)備中是作為絕緣材料使用的。一切電介質(zhì)在電場(chǎng)的作用下都會(huì)出現(xiàn)極化、電導(dǎo)和損耗等電氣物理現(xiàn)象。電介質(zhì)的電氣特性分別用以下幾個(gè)參數(shù)來(lái)表示：即介電常數(shù)εr，電導(dǎo)率γ（或其倒數(shù)——電阻率ρ），介質(zhì)損耗角正切tgδ，擊穿場(chǎng)強(qiáng)E，它們分別反映了電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)、損耗、抗電性能。第9頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四絕緣的作用：絕緣的作用是將電位不等的導(dǎo)體分隔開，使其沒(méi)有電氣的聯(lián)系并能保持不同的電位。分類：氣體絕緣材料：空氣，SF6氣體等固體絕緣材料：陶瓷，橡膠，玻璃，絕緣紙等液體絕緣材料：變壓器油混合絕緣：電纜，變壓器等設(shè)備§1.0電力系統(tǒng)的絕緣材料第10頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四定義：電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的束縛電荷的彈性位移和偶極子的轉(zhuǎn)向位移現(xiàn)象，稱為電介質(zhì)的極化。效果：消弱外電場(chǎng)，使電介質(zhì)的等值電容增大。物理量：介電常數(shù)類型：電子位移極化；離子位移極化；轉(zhuǎn)向極化；空間電荷極化?！?.1電介質(zhì)的極化

第11頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一、電子位移極化一切電介質(zhì)都是由分子組成，分子又是由原子組成，每個(gè)原子都是由帶正電荷的原子核和圍繞核帶負(fù)電荷的電子云構(gòu)成。當(dāng)不存在外電場(chǎng)時(shí)，電子云的中心與原子核重合，此時(shí)電矩為零．當(dāng)外加一電場(chǎng)，在電場(chǎng)力的作用下發(fā)生電子位移極化．當(dāng)外電場(chǎng)消失時(shí)，原子核對(duì)電子云的引力又使二者重合，感應(yīng)電矩也隨之消失。電場(chǎng)中的所有電介質(zhì)內(nèi)都存在電子位移極化。qRRi-qO’OE圖1-1電子位移極化第12頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、離子位移極化在由離子結(jié)合成的電介質(zhì)內(nèi)，外電場(chǎng)的作用除促使各個(gè)離子內(nèi)部產(chǎn)生電子位移極化外還產(chǎn)生正、負(fù)離子相對(duì)位移而形成的極化，稱為離子位移極化。圖l-2表示氯化鈉晶體的離子位移極化。

第13頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三、轉(zhuǎn)向極化

在極性電介質(zhì)中，即使沒(méi)有外加電場(chǎng)，由于分子中正、負(fù)電荷的作用中心不重合。就單個(gè)分子而言，就已具有偶極矩，稱為固有偶極矩。但由于分子不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，使各分子偶極矩方向的排列沒(méi)有秩序，因此，從宏觀而言，對(duì)外并不呈現(xiàn)合成電矩。當(dāng)有外電場(chǎng)時(shí)，由于電場(chǎng)力的作用，每個(gè)分子的固有偶極矩就有轉(zhuǎn)向與外電場(chǎng)平行的趨勢(shì)，其排列呈現(xiàn)一定的秩序。但是受分子熱運(yùn)動(dòng)的干擾，這種轉(zhuǎn)向有秩序的排列只能達(dá)到某種程度，而不能完全。對(duì)外呈現(xiàn)出宏觀電矩。UU電極電介質(zhì)E圖l-3偶極子的轉(zhuǎn)向極化第14頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

四、空間電荷極化

圖1-4雙層電介質(zhì)的極化模型G1G2C1C2U

上述的三種極化是帶電質(zhì)點(diǎn)的彈性位移或轉(zhuǎn)向形成的，而空間電荷極化的機(jī)理則與上述三種完全不同，它是由帶電質(zhì)點(diǎn)(電子或正、負(fù)離子)的移動(dòng)形成的。最明顯的空間電荷極化是夾層極化。在實(shí)際的電氣設(shè)備中，如電纜、電容器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、變壓器、互感器、電抗器等的絕緣體，都是由多層電介質(zhì)組成的。

如圖l-4所示，各層介質(zhì)的電容分別為C1和C2；各層介質(zhì)的電導(dǎo)分別為G1和G2；直流電源電壓為U。為了說(shuō)明的簡(jiǎn)便，全部參數(shù)均只標(biāo)數(shù)值，略去單位。設(shè)C1=1，C2＝2，G1=2，G2=1，U＝3。第15頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四當(dāng)U作用在AB兩端極板上時(shí)，其瞬時(shí)電容上的電荷和電位分布，如圖1-5(a)所示．整個(gè)介質(zhì)的等值電容為。到達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)，電容上的電荷和電位分布如圖l-5(b)所示。整個(gè)介質(zhì)的等值電容為。分界面上堆積的電荷量為+4-1＝+3。

圖1-5雙層電介質(zhì)的電荷與電位分布（a）暫態(tài)分布（b）穩(wěn)態(tài)分布第16頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四特點(diǎn)夾層的存在將會(huì)造成電荷在夾層界面上的堆積和等值電容的增大，這就是夾層極化效應(yīng)。夾層界面上電荷的堆積是通過(guò)介質(zhì)電導(dǎo)G1完成的。高壓絕緣介質(zhì)的電導(dǎo)通常都是很小的，所以這種極化過(guò)程將是很緩慢的。它的形成時(shí)間從幾十分之一秒到幾分鐘甚至有長(zhǎng)達(dá)幾小時(shí)的。因此，這種性質(zhì)的極化只有在直流和低頻交流電壓下才能表現(xiàn)出來(lái)。該極化伴隨著能量損耗。大電容設(shè)備進(jìn)行高壓實(shí)驗(yàn)后應(yīng)對(duì)設(shè)備絕緣進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間放電。第17頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

電介質(zhì)極化種類及比較極化類型產(chǎn)生場(chǎng)合所需時(shí)間能量損耗產(chǎn)生原因電子式極化任何電介質(zhì)10-14~10-15S無(wú)束縛電子運(yùn)行軌道偏移離子式極化離子式結(jié)構(gòu)電介質(zhì)10-12~10-13S幾乎沒(méi)有離子的相對(duì)偏移偶極子極化極性電介質(zhì)10-10~10-2S有偶極子的定向排列夾層極化多層介質(zhì)的交界面10-1S～數(shù)小時(shí)有自由電荷的移動(dòng)第18頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§1.2電介質(zhì)的介電常數(shù)一.介電常數(shù)的物理意義1.在真空中，有關(guān)系式式子中E——場(chǎng)強(qiáng)矢量；

D——電位移矢量，即電通量密度矢量，

D與E同向，比例常數(shù)為真空的介電常數(shù)第19頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四在介質(zhì)中,

D與E同向，為介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)，它是沒(méi)有量綱和單位的純數(shù)。3.介質(zhì)的介電常數(shù)通常，，的量綱和單位與相同。二、氣體介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)

①一切氣體的相對(duì)介電常數(shù)都接近于1。②任何氣體的相對(duì)介電常數(shù)均隨溫度的升高而減小，隨壓力的增大而增大，但影響都很小。第20頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三、液體介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)1．中性液體電介質(zhì)：石油、苯、四氯化碳、硅油等均為中性或弱極性液體介質(zhì)。其介電常數(shù)不大，其值在1.8—2.8范圍內(nèi)。2．極性液體介質(zhì)：(1)這類介質(zhì)通常介電常數(shù)都較大。但這類介質(zhì)的缺點(diǎn)是在交變電場(chǎng)中的介質(zhì)損較大，在高壓絕緣中很少應(yīng)用。(2)影響極性液體介質(zhì)介電常數(shù)的主要因素：a.介電常數(shù)與溫度的關(guān)系（圖1-2-1）；b.介電常數(shù)與電場(chǎng)頻率f的關(guān)系（圖1-2-2）。第21頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四四、固體電介質(zhì)的介電常數(shù)1.中性或弱極性固體電介質(zhì)：只具有電子式極化和離子式極化，其介電常數(shù)較小。介電常數(shù)與溫度之間的關(guān)系也與介質(zhì)密度與溫度的關(guān)系很接近。2.極性固體電介質(zhì)：介電常數(shù)都較大，一般為3—6，甚至更大。該類電介質(zhì)的介電常數(shù)與溫度的關(guān)系類似極性液體所呈現(xiàn)的規(guī)律（圖1-2-3）。第22頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§1.3電介質(zhì)的電導(dǎo)電介質(zhì)的電導(dǎo)與金屬的電導(dǎo)有本質(zhì)上的區(qū)別。一.表征電介質(zhì)導(dǎo)電性能的物理量——電導(dǎo)率

（or：電阻率）

電導(dǎo)形式電導(dǎo)率金屬導(dǎo)體（自由電子）電子電導(dǎo)很大氣體液體固體自由電子、正離子、負(fù)離子雜質(zhì)電導(dǎo)、自身離解離子雜質(zhì)、離子電導(dǎo)很小很大第23頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、影響介質(zhì)電導(dǎo)的因素(1)溫度式中A、B——常數(shù)；T——絕對(duì)溫度；——電導(dǎo)率。溫度升高時(shí)，液體介質(zhì)的黏度降低，離子受電場(chǎng)力作用而移動(dòng)時(shí)所受的阻力減小，離子的遷移率增大，使電導(dǎo)增大；另一方面，溫度升高時(shí)，液體介質(zhì)分子熱離解度增加，這也使電導(dǎo)增大。在測(cè)量電介質(zhì)的電導(dǎo)或絕緣電阻時(shí)，必須注意記錄溫度。(2)電場(chǎng)強(qiáng)度E

第24頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(3)雜質(zhì)：（考慮對(duì)固體介質(zhì)的影響）固體介質(zhì)除了體積電導(dǎo)以外，還存在著表面電導(dǎo)。表面電導(dǎo)是由于介質(zhì)表面吸附一些水分、塵埃、或?qū)щ娦缘幕瘜W(xué)沉淀物而形成的，其中水分起著特別重要的作用。一般中性介質(zhì)的表面電導(dǎo)最小，極性介質(zhì)次之，離子性介質(zhì)最大。采取使介質(zhì)表面洗凈、光潔、烘干、或表面涂以石蠟、絕緣漆、有機(jī)硅等措施，可以降低介質(zhì)表面電導(dǎo)。第25頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§1.4電介質(zhì)中的能量損耗一.電介質(zhì)損耗的基本概念在電場(chǎng)的作用下，電介質(zhì)由于電導(dǎo)引起的損耗和有損極化（如偶極子極化、夾層極化等）引起的損耗，總稱為電介質(zhì)的損耗。等值電路(1)細(xì)化等效電路（從物理概念出發(fā)）——泄漏電阻，代表電導(dǎo)損耗?！橘|(zhì)真空和無(wú)損耗極化所形成的電容，代表介質(zhì)的無(wú)損耗極化?！袚p耗極化形成的等效電阻.代表各種——有損耗極化形成的等效電容.有損耗極化

第26頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(2)計(jì)算用等效電路（或簡(jiǎn)化等效電路）（從工程實(shí)際測(cè)量出發(fā)）第27頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(3)相量圖——介質(zhì)損耗角——功率因數(shù)角

介質(zhì)損耗角

δ

為功率因數(shù)角φ的余角，其正切tgδ

又可稱為介質(zhì)損耗因數(shù)，常用百分?jǐn)?shù)（%）來(lái)表示。＋＝90°

(4)損耗功率的表達(dá)式第28頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二.吸收電流與吸收曲線在等值電路上加上直流電壓時(shí)，電介質(zhì)中流過(guò)的將是電容電流i1、吸收電流

i2和傳導(dǎo)電流i3。三者隨時(shí)間的變化如上右圖。這三個(gè)電流分量加在一起，即得出總電流上右圖中的總電流i,它表示在直流電壓作用下，流過(guò)絕緣的總電流隨時(shí)間而變化的曲線，稱為吸收曲線。i1i3i2iI606015I15it(s)第29頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第二章氣體放電的物理過(guò)程第一節(jié)氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生和消失第二節(jié)氣體放電機(jī)理第三節(jié)電暈放電第四節(jié)不均勻電場(chǎng)氣隙的擊穿第五節(jié)雷電放電第六節(jié)氣隙的沿面放電第30頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§2.1氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生和消失一.帶電質(zhì)點(diǎn)在氣體中的運(yùn)動(dòng)1.自由行程長(zhǎng)度當(dāng)氣體中存在電場(chǎng)時(shí)，其中的帶電粒子將具有復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)軌跡，它們一方面與中性的氣體粒子（原子或分子）一樣，進(jìn)行著混亂熱運(yùn)動(dòng)，另一方面又將沿著電場(chǎng)作定向漂移。各種粒子在空氣中運(yùn)動(dòng)時(shí)都會(huì)不斷碰撞。

第31頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四單位行程中的碰撞次數(shù)Z的倒數(shù)λ即為該粒子的平均自由行程長(zhǎng)度。實(shí)際的自由行程長(zhǎng)度是隨機(jī)量，并有很大的分散性，粒子的平均自由形成長(zhǎng)度等于或大于某一距離x的概率為：所以電子的平均自由行程長(zhǎng)度:式中r——?dú)怏w分子的半徑；

N——?dú)怏w分子的密度；由于代入上式即得:第32頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.帶電粒子的遷移率

帶電離子雖然不可避免地要與氣體分子不斷地發(fā)生碰撞，但在電場(chǎng)力的驅(qū)動(dòng)下，仍將沿著電場(chǎng)方向漂移，其速度u與場(chǎng)強(qiáng)E其比例系數(shù)k=u/E，稱為遷移率，它表示該帶電粒子單位場(chǎng)強(qiáng)（1V/m）下沿電場(chǎng)方向的漂移速度。

由于電子的平均自由行程長(zhǎng)度比離子大得多，而電子的質(zhì)量比離子小得多。更易加速，所以電子的遷移率遠(yuǎn)大于離子。第33頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.擴(kuò)散

氣體中帶電粒子和中性粒子的運(yùn)動(dòng)還與粒子的濃度有關(guān)。在熱運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，粒子會(huì)從濃度較大的區(qū)域運(yùn)動(dòng)到濃度較小的區(qū)域，從而使每種粒子的濃度分布均勻化，這種物理過(guò)程叫擴(kuò)散。氣壓越低或溫度越高，則擴(kuò)散進(jìn)行的越快。電子的熱運(yùn)動(dòng)速度大、自由行程長(zhǎng)度大，所以其擴(kuò)散速度也要比離子快得多。

第34頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二.帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的來(lái)源有二：一是氣體分子本身發(fā)生電離(包括撞擊電離，光電離、熱電離等多種形式)；另一是氣體中的固體或液體金屬發(fā)生表面電離。1.電離是氣體放電的首要前提

電離——產(chǎn)生帶電離子的物理過(guò)程稱為電離。

激勵(lì)——在常態(tài)下，電子受外界因素影響由低能量級(jí)軌道上躍遷到高能量級(jí)軌道的現(xiàn)象稱為激勵(lì)。產(chǎn)生激勵(lì)所需的能量（激勵(lì)能）等于該軌道和常態(tài)軌道的能級(jí)差。第35頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.電離的幾種形式(1)光電離頻率為ν的光子能量為W=hν

式中h——普郎克常數(shù)=發(fā)生空間光電離的條件為或者式中λ——光的波長(zhǎng)，m；c——光速

Wi——?dú)怏w的電離能，eV。第36頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(2)撞擊電離主要是電子碰撞電離。原因：1.電子小，自由程長(zhǎng)，可以加速到很大的速度。2.電子的質(zhì)量小，可以加速到很大。產(chǎn)生條件:所以提高場(chǎng)強(qiáng)可以使碰撞電離加劇.（3）熱電離在常溫下，氣體分子發(fā)生熱電離的概率極小。是氣體在熱狀態(tài)下光電離和撞擊電離的綜合。第37頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（4）表面電離電子從金屬表面逸出需要一定的能量，稱為逸出功。主要發(fā)生在陰極，原因：陽(yáng)極自由電子不會(huì)向氣體中釋放。主要有4種形式：1.熱電子發(fā)射：金屬中的電子在高溫下也能獲得足夠的動(dòng)能而從金屬表面逸出，稱為熱電子發(fā)射。在許多電子器件中常利用加熱陰極來(lái)實(shí)現(xiàn)電子發(fā)射。2.強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射（冷發(fā)射）：當(dāng)陰極表面附近空間存在很強(qiáng)的電場(chǎng)時(shí)（106V/cm數(shù)量級(jí)），也能時(shí)陰極發(fā)射電子。常態(tài)下作用氣隙擊穿完全不受影響；在高氣壓、壓縮的高強(qiáng)度氣體的擊穿過(guò)程中會(huì)起一定的作用；真空中更起著決定性作用。3.正離子撞擊陰極表面：通常正離子動(dòng)能不大，可忽略，只有在它的勢(shì)能等于或大于陰極材料逸出功兩倍時(shí)，才能引起陰極表面電離，這個(gè)條件可滿足。4.光電子發(fā)射：高能輻射先照射陰極時(shí)，會(huì)引起光電子發(fā)射，其條件是光子的能量應(yīng)大于金屬的逸出功。第38頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四當(dāng)電子與氣體分子碰撞時(shí)，可能會(huì)發(fā)生電子與中性分子相結(jié)合而形成負(fù)離子的情況，這種過(guò)程稱為附著。易于產(chǎn)生負(fù)離子的氣體稱為電負(fù)性氣體。這個(gè)過(guò)程有時(shí)需要放出能量，有時(shí)需吸收能量。

負(fù)離子的形成不會(huì)改變帶電質(zhì)點(diǎn)的數(shù)量，但卻使自由電子數(shù)減少，因此對(duì)氣體放電的發(fā)展起抑制作用。（或有助于提高氣體的耐電強(qiáng)度）。如SF6氣體對(duì)電子有很強(qiáng)的親和性，因此具有高電氣強(qiáng)度。（5）負(fù)離子的形成第39頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三、帶電質(zhì)點(diǎn)的消失氣體中帶電粒子的消失有可有下述幾種情況：(1)帶電粒子在電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下作定向運(yùn)動(dòng)，在到達(dá)電極時(shí)，消失于電極上而形成外電路中的電流；(2)帶電粒子因擴(kuò)散現(xiàn)象而逸出氣體放電空間。(3)帶電粒子的復(fù)合。氣體中帶異號(hào)電荷的粒子相遇時(shí)，可能發(fā)生電荷的傳遞與中和，這種現(xiàn)象稱為復(fù)合，是與電離相反的一種過(guò)程。第40頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§2.2氣體放電機(jī)理自持放電與非自持放電放電發(fā)展過(guò)程與電場(chǎng)的關(guān)系電子崩湯森德放電理論帕邢定律流注放電理論第41頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一.自持放電、非自持放電當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)小于某個(gè)臨界值時(shí)候，電子崩有賴于外界電離因素的原始電離才能持續(xù)和發(fā)展，如果外界電離因素消失，則這種電子崩也隨之逐漸衰減以至消失，稱這種放電為非自持放電。當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)大于某個(gè)臨界值時(shí)，電子崩可以僅由電場(chǎng)的作用而自行維持和發(fā)展，不再依賴外界電離的因素，這種性質(zhì)的放電稱為自持放電。第42頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(二)在很不均勻的電場(chǎng)中(以棒電極為例)(1)在電壓比較低時(shí),棒極附近場(chǎng)強(qiáng)可能已超過(guò)臨界值,即發(fā)生自持放電,離棒端稍遠(yuǎn)處有電暈出現(xiàn).(2)電壓再升高時(shí),若電極間距不大,則有可能從電暈放電直接轉(zhuǎn)為整個(gè)間隙的火花擊穿,若電極間隙較大,則從電暈到擊穿之間還有刷狀放電的過(guò)渡階段.(3)電壓再提高,刷狀放電中的個(gè)別光束突發(fā)的前伸,形成明亮的火花通道到達(dá)對(duì)面電極,氣隙被就擊穿了.當(dāng)電源功率足夠時(shí),火花擊穿迅速的轉(zhuǎn)變成電弧。(一)在大體均勻的電場(chǎng)中，各處場(chǎng)強(qiáng)的差異不大,任意一處一旦形成自持放電,就會(huì)很快發(fā)展到整個(gè)間隙,氣隙即被直接擊穿.二.放電發(fā)展過(guò)程與電場(chǎng)的關(guān)系第43頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（三）電場(chǎng)不均勻系數(shù)式中，Emax最大電場(chǎng)強(qiáng)度；Eav平均電場(chǎng)強(qiáng)度。

式中，U——電極間的電壓；

d——極間距離。

f<2時(shí)為稍不均勻電場(chǎng)，例如：高壓實(shí)驗(yàn)中用來(lái)測(cè)高電壓的球隙、全封閉組合電器中的分相母線筒。

f>4以上時(shí)明顯地屬于極不均勻電場(chǎng)，可分為棒-棒間隙和棒-板間隙，例如架空線的導(dǎo)線-導(dǎo)線，導(dǎo)線-大地。均勻電場(chǎng)

f=1不均勻電場(chǎng)

f>1第44頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三.電子崩外界電離因子在陰極附近產(chǎn)生一個(gè)初始電子如果空間的電場(chǎng)強(qiáng)度足夠大，該電子在向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)時(shí)就會(huì)引起碰撞電離，產(chǎn)生出一個(gè)新電子，初始電子和新電子繼續(xù)向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)，又會(huì)引起新的碰撞電離，產(chǎn)生出更多的電子。依次類推，電子數(shù)將按幾何級(jí)數(shù)不斷增多，象雪崩似的發(fā)展,這種急劇增大的空間電流被稱為電子崩。第二節(jié)電子崩第45頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1.適用條件低氣壓、短間隙的電場(chǎng)中。2.理論要點(diǎn)電子碰撞電離和正離子撞擊陰極產(chǎn)生的金屬表面電離是使帶電質(zhì)點(diǎn)激增,并導(dǎo)致?lián)舸┑闹饕蛩?。擊穿電壓大體上是的函數(shù).四.湯森德氣體放電理論第46頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(1)系數(shù)，表示一個(gè)電子由陰極到陽(yáng)極每1cm路程中與氣體質(zhì)點(diǎn)相碰撞所產(chǎn)生的自由電子數(shù)(平均值)。(2)系數(shù)，表示一個(gè)正離子由陽(yáng)極到陰極每1cm路程中與氣體質(zhì)點(diǎn)相碰撞所產(chǎn)生的自由電子數(shù)(平均值)。(3)系數(shù)，表示一個(gè)正離子撞擊到陰極表面時(shí)使陰極逸出的自由電子數(shù)(平均值）。系數(shù)和與氣體的性質(zhì)、密度及該處的電場(chǎng)強(qiáng)度等因素有關(guān)。3.引用三個(gè)系數(shù)來(lái)定量地反映所考慮的三種因素的作用第47頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四ddxxn0nna4.電子碰撞電離系數(shù)α根據(jù)碰撞電離系數(shù)α的定義，可得分離變數(shù)并積分，可得均勻電場(chǎng)，α不隨x變化抵達(dá)陽(yáng)極的電子數(shù)第48頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四5.自持放電條件與表面電離系數(shù)γ如果電壓(電場(chǎng)強(qiáng)度）足夠大，初始電子崩中的正離子能在陰極上產(chǎn)生出來(lái)的新電子數(shù)等于或大于n0，那么即使除去外界電離因子的作用放電也不會(huì)停止，即放電僅僅依靠已經(jīng)產(chǎn)生出來(lái)的電子和正離子（它們的數(shù)目取決于電場(chǎng)強(qiáng)度）就能維持下去，這就變成了自持放電。在整個(gè)路程撞擊出的正離子數(shù)為：令γ表示一個(gè)正離子撞擊到陰極表面時(shí)產(chǎn)生出來(lái)的二次電子數(shù)，則從金屬表面電離出的電子數(shù)為：若該電子數(shù)大于等于起始電子數(shù)n0,那么放電可以自持，即自持放電條件為：第49頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四式（1-14）包含的物理意義為：一個(gè)電子從陰極到陽(yáng)極途中因電子崩而造成的正電子數(shù)為ead-1,這批在陰極上造成的二次自由電子數(shù)應(yīng)為γ(ead-1)，如果它等于1，就意味著那個(gè)初試電子有了一個(gè)后繼電子，從而使放電得以自持。物理物理意義在不均勻電場(chǎng)中，各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度E不同，所以各處的α值也不同，在這種條件下，上面的自持條件應(yīng)改寫成：

實(shí)驗(yàn)表明正離子在返回陰極途中造成的碰撞電離作用極小，可以忽略不計(jì)。上述過(guò)程可以用圖2-1中的圖解加以概括，當(dāng)自持放電條件得到滿足時(shí)，就會(huì)形成圖解閉環(huán)部分循環(huán)不息的狀態(tài)，放電就能自己維持下去，而不再依賴外界電離因子的作用了。第50頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四外界電離因子陰極表面電離氣體空間電離氣體中的自由電子在電場(chǎng)中加速碰撞電離電子崩（α）過(guò)程陰極表面二次發(fā)射(γ過(guò)程）正離子圖2-1低氣壓、短氣隙情況下氣體的放電過(guò)程第三節(jié)自持放電放電條件放電過(guò)程第51頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四五.帕邢定律Ub(kV)圖2-2均勻電場(chǎng)中空氣的帕邢曲線0.10.20.30.5123510203050100300100050201010.3520.20.10.5330δS第52頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四帕邢定律：在均勻的電場(chǎng)中，擊穿電壓與氣體的相對(duì)密度、極間距離S的積有函數(shù)關(guān)系，只要的乘積不變，也就不變。物理解釋：假設(shè)S保持不變，當(dāng)氣體密度增大時(shí)，電子的平均自由行程縮短了，相鄰兩次碰撞之間，電子積聚到足夠動(dòng)能的幾率減小了，故必然增大。反之；當(dāng)減到過(guò)小時(shí)，電子在碰撞前積聚到足夠動(dòng)能的幾率雖然增大了，但氣體很稀薄，電子在走完全程中與氣體分子相撞的總次數(shù)卻減到很小，所以也會(huì)增大。在這兩者之間，總有一個(gè)值對(duì)造成撞擊游離最有利，此時(shí)最?。?3頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四同樣，可假設(shè)保持不變。S值增大時(shí)，欲得一定的場(chǎng)強(qiáng)，電壓必須增大。當(dāng)S值減到過(guò)小時(shí)，場(chǎng)強(qiáng)雖大增，但電于在走完全程中所遇到的撞擊次數(shù)已減到很小．故要求外加電壓增大，才能擊穿。這兩者之間，也總有一個(gè)S的值對(duì)造成撞擊游離最有利，此時(shí)最小。湯森德放電機(jī)理的不足：(1)只是在一定的范圍內(nèi)有效(2)不均勻的電場(chǎng)中，該理論不適用。其主要原因如下：湯森德理論沒(méi)有考慮電離出來(lái)的空間電荷會(huì)使電場(chǎng)畸變，從而對(duì)放電過(guò)程產(chǎn)生影響。湯森德理論沒(méi)有考慮光子在放電過(guò)程中的作用（空間光電離和陰極表面光電離）。第54頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四六.流注理論高電壓技術(shù)面對(duì)的往往是高氣壓長(zhǎng)氣隙的情況。湯遜理論并不適用，應(yīng)當(dāng)用流注理論解釋，適用條件為：流注理論也是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的，影響因素主要有以下幾方面：

(一)空間電荷對(duì)原有電場(chǎng)的影響電子崩的頭部集中著大部分的正離子和幾乎全部電子。原有均勻場(chǎng)強(qiáng)在電子崩前方和尾部處都增強(qiáng)了，在這兩個(gè)強(qiáng)場(chǎng)區(qū)中間出現(xiàn)了一個(gè)電場(chǎng)強(qiáng)度很小但電子和正離子濃度卻最大的區(qū)域，使此處產(chǎn)生強(qiáng)烈的復(fù)合并發(fā)射出許多光子，成為引發(fā)新的空間光電離的輻射源。x(a)(b)EE0dE0第三節(jié)第55頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四上面所說(shuō)的輻射源向氣隙空間各處發(fā)射光子而引起光電離。如果光子位于強(qiáng)場(chǎng)區(qū)，二次電子崩將以更大得多的電離強(qiáng)度向陽(yáng)極發(fā)展，或匯入崩尾。這些電離強(qiáng)度和發(fā)展速度遠(yuǎn)大于初始電子崩的新放電區(qū)（二次電子崩）以及它們不斷匯入初崩通道的過(guò)程被稱為流注。(二)空間光電離的作用第三節(jié)（自持放電條件（二）空間光電離的作用流柱理論圖2-3流柱形成過(guò)程(a)(b)(c)第56頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

流注的特點(diǎn)：電離強(qiáng)度很大，傳播速度很快（超過(guò)初崩發(fā)展速度10倍以上）。出現(xiàn)流注后放電便獲得獨(dú)立繼續(xù)發(fā)展的能力，而不再依賴外界電離因子的作用，可見出現(xiàn)流注的條件也就是自持放電條件。

初崩頭部空間電荷數(shù)必須達(dá)到某一臨界值，對(duì)于均勻電場(chǎng)自持放電條件應(yīng)為：

或第57頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§2.3電暈放電一.基本物理過(guò)程在極不均勻電場(chǎng)中，最大場(chǎng)強(qiáng)與平均場(chǎng)強(qiáng)相差很大，以至當(dāng)外加電壓及其平均場(chǎng)強(qiáng)還較低的時(shí)候，電極曲率半徑較小處附近的局部場(chǎng)強(qiáng)已很大。在這局部強(qiáng)場(chǎng)區(qū)中，產(chǎn)生強(qiáng)烈的游離，但由于離電極稍遠(yuǎn)處場(chǎng)強(qiáng)已大為減小，所以，此游離區(qū)不可能擴(kuò)展到很大，只能局限在此電極附近的強(qiáng)場(chǎng)范圍內(nèi)。伴隨著游離而存在的復(fù)合和反激勵(lì)，發(fā)出大量的光輻射，使在黑暗中可以看到在該電極附近空間發(fā)出藍(lán)色的暈光，這就是電暈。第58頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1.外觀特征：電極附近空間發(fā)出藍(lán)色的暈光——電暈。2.外加電壓增大，電暈區(qū)也隨之?dāng)U大，放電電流也增大（由微安級(jí)到毫安級(jí)），但氣隙總的來(lái)看，還保持著絕緣狀態(tài)，還沒(méi)有被擊穿。3.電暈放電是極不均勻電場(chǎng)所特有的一種自持放電形式。它可以是極不均勻電場(chǎng)氣隙擊穿的第一個(gè)階段，也可以是長(zhǎng)期存在的穩(wěn)定的放電形式，它與其他的形式的放電有著本質(zhì)的區(qū)別。第59頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二.電暈放電效應(yīng)1.伴隨著游離、復(fù)合、激勵(lì)、反激勵(lì)等過(guò)程而有聲、光、熱等效應(yīng)，表現(xiàn)是發(fā)出“絲絲”的聲音，藍(lán)色的暈光以及使周圍氣體溫度升高等。2.在尖端或電極的某些突出處，電子和離子在局部強(qiáng)場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下高速運(yùn)動(dòng)，與氣體分子交換動(dòng)量，形成“電風(fēng)”。當(dāng)電極固定得剛性不夠時(shí)，氣體對(duì)“電風(fēng)”的反作用力會(huì)使電暈極振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。3.電暈會(huì)產(chǎn)生高頻脈沖電流，其中還包含著許多高次諧波，這會(huì)造成對(duì)無(wú)線電的干擾。4.電暈產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物具有強(qiáng)烈的氧化和腐蝕作用，所以，電暈是促使有機(jī)絕緣老化的重要因素。5.電暈還可能產(chǎn)生超過(guò)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的噪聲。對(duì)人們會(huì)造成生理、心理的影響。6.電暈放電，會(huì)有能量損耗。第60頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三、消除電暈措施最根本的途徑就是設(shè)法限制和降低導(dǎo)線的表面電場(chǎng)強(qiáng)度。1.采用分裂導(dǎo)線，使等值曲率半徑增大。2.改進(jìn)電極的形狀，增大電極的曲率半徑，使表面光滑。四、電暈效應(yīng)有利的方面1.電暈可削弱輸電線上雷電沖擊或操作沖擊波的幅值和陡度；2.利用電暈放電來(lái)改善電場(chǎng)分布；3.利用電暈原理制造除塵器、靜電涂噴裝置、臭氧發(fā)生器等．第61頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§2.4不均勻電場(chǎng)氣隙的擊穿極不均勻電場(chǎng)中的放電存在明顯的極性效應(yīng)。在兩個(gè)電極幾何形狀不同的場(chǎng)合極性取決于曲率半徑較小的那個(gè)電極的電位符號(hào)，幾何形狀相同則取決于不接地的那個(gè)電極上的電位。下面以最不均勻的“棒——板”氣隙為例，從流注理論的概念出發(fā)，說(shuō)明放電發(fā)展過(guò)程的極性效應(yīng)。第62頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四E0(c)Ecom=E0+EqE0EEqx(a)(b)正極性一、短氣隙的擊穿（一）正極性棒極帶正電位時(shí)，棒極附近強(qiáng)場(chǎng)區(qū)域的電暈放電將在棒極附近空間留下許多正離子，這些空間電荷削弱的棒極附近的電場(chǎng)強(qiáng)度，加強(qiáng)了正離子群外部空間的電場(chǎng)。因此隨著電壓提高電暈的擴(kuò)展，強(qiáng)場(chǎng)區(qū)也將逐漸向板極方向推進(jìn)，因而放電的發(fā)展是順利的直至氣隙被擊穿。第63頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四Ecom=E0+Eq++Eq-(c)E0EEq+x(a)(b)Eq-E0負(fù)極性（二）負(fù)極性棒極帶負(fù)電位時(shí)，電子崩將由棒極表面出發(fā)向外發(fā)展，留在棒極附近的也是大批正離子它們將加強(qiáng)棒極表面附近的電場(chǎng)而削弱外圍空間電場(chǎng)，電暈區(qū)不易向外擴(kuò)展，整個(gè)氣隙的擊穿是不順利的，氣隙的擊穿電壓要比正極性時(shí)高很多，完成擊穿所需時(shí)間也比正極性時(shí)間長(zhǎng)得多。第64頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四結(jié)論：（1）

（2）二、長(zhǎng)氣隙的擊穿氣隙較長(zhǎng)時(shí)，流注往往不能一次貫穿整個(gè)氣隙，而出現(xiàn)逐級(jí)推進(jìn)的先導(dǎo)放電現(xiàn)象。長(zhǎng)間隙的放電過(guò)程：電暈放電——先導(dǎo)放電——主放電——整個(gè)氣隙被擊穿。電離形式：熱電離。

雷電放電是自然界的超長(zhǎng)間隙放電，其先導(dǎo)過(guò)程和主放電過(guò)程發(fā)展的最充分。第65頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§2.6氣隙的沿面放電一、概述：一切導(dǎo)體都要靠固體絕緣裝置（各類絕緣子）固定，這些固體絕緣裝置還起著電氣絕緣的作用。它們喪失絕緣功能有兩種可能，：一是固體介質(zhì)本身的擊穿。二是沿著固體介質(zhì)表面發(fā)生閃絡(luò)。電力系統(tǒng)的外絕緣一般都是自恢復(fù)絕緣，絕緣子閃絡(luò)或空氣間隙擊穿后，它們的絕緣性能很快自動(dòng)恢復(fù)。實(shí)驗(yàn)表明：沿固體表面的閃絡(luò)電壓不但比固體介質(zhì)本身的擊穿電壓低得多，而且也比極間距離相同的純氣隙的擊穿電壓低不少?？梢娨粋€(gè)固體絕緣裝置的實(shí)際耐壓能力取決于沿面閃絡(luò)電壓。在確定輸電線路和變電所外絕緣的絕緣水平時(shí)，沿面閃絡(luò)電壓起著決定性作用。在表面潮濕污染的情況下，沿面閃絡(luò)電壓會(huì)更低。第66頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（1）固體介質(zhì)處于均勻電場(chǎng)中，且界面與電力線平行，這種情況在工程中比較少見，但實(shí)際結(jié)構(gòu)中會(huì)遇到固體處于稍不均勻電場(chǎng)中、且界面與電力線大致平行的情況。此時(shí)的沿面放電特性與均勻電場(chǎng)的情況有些相似。E固體介質(zhì)與氣體介質(zhì)交界面上的電場(chǎng)分布狀況對(duì)沿面放電特性有很大影響。界面電場(chǎng)分布可分為典型三種情況。

二、沿面放電的類型與特點(diǎn)第67頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四下面就三種情況分別介紹其放電特性。

情況一中，雖界面與電力線平行，但沿面閃絡(luò)電壓仍要比空氣間隙的擊穿電壓低很多。說(shuō)明電場(chǎng)發(fā)生了畸變，主要原因如下：（2）固體介質(zhì)處于極不均勻電場(chǎng)中，且界面電場(chǎng)的垂直分量En比平行于表面的切線分量Et大得多。如右上圖EtEnE（3）固體介質(zhì)處于極不均勻電場(chǎng)中，但大部分分界面上的電場(chǎng)切線分量Et大于垂直分量En。右下圖。EtEnE（一）均勻和稍不均勻電場(chǎng)中的沿面放電。第68頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

在電壓還不高時(shí)，如右a圖法蘭附近先出現(xiàn)電暈放電，隨著電壓升高放電區(qū)變成許多平行的火花細(xì)線組成的光帶（b圖），當(dāng)電壓超過(guò)某一臨界值后個(gè)別細(xì)線突然迅速增長(zhǎng)，轉(zhuǎn)為分叉的樹枝狀明亮火花通道，如c圖。導(dǎo)桿法蘭這種樹枝火花在不同的位置上交替出現(xiàn)，成為滑閃放電。電壓再升高一些火花就到達(dá)另一電極，完成表面氣體的完全擊穿，稱為沿面閃絡(luò)或簡(jiǎn)稱“閃絡(luò)”。第69頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（1）固體介質(zhì)與電極表面接觸不良，存在小氣隙。小氣隙中的電場(chǎng)強(qiáng)度很大，首先發(fā)生放電，所產(chǎn)生的帶電粒子沿固體介質(zhì)表面移動(dòng)，畸變了原有電場(chǎng)?？刹捎迷诠腆w介質(zhì)表面噴涂導(dǎo)電粉末的辦法消除。（2）大氣的濕度影響。大氣中的潮氣吸附在固體介質(zhì)表面形成水膜，其中的離子受電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)而沿著介質(zhì)表面移動(dòng)，降低了閃絡(luò)電壓。與固體介質(zhì)吸附水分的性能也有關(guān)。（3）固體介質(zhì)表面電阻的不均勻和表面的粗糙不平也會(huì)造成沿面電場(chǎng)畸變。（二）極不均勻電場(chǎng)具有強(qiáng)垂直分量時(shí)的沿面放電。

第70頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

這種絕緣子的兩個(gè)電極之間的距離較長(zhǎng)，其間固體介質(zhì)本身不可能被擊穿，只可能出現(xiàn)沿面閃絡(luò)。與前兩種相比平均閃絡(luò)場(chǎng)強(qiáng)要比均勻電場(chǎng)時(shí)低得多。不出現(xiàn)熱電離和滑閃放電。干閃絡(luò)電壓隨極間距離的增大而提高，平均閃絡(luò)場(chǎng)強(qiáng)大于前一種有滑閃放電時(shí)的情況。

三、沿面放電電壓的影響因素和提高方法影響因素：（一）固體介質(zhì)材料主要取決于該材料的親水性或憎水性。（二）電場(chǎng)形式同樣的表面閃絡(luò)距離下均勻與稍不均勻電場(chǎng)閃絡(luò)電壓最高。界面電場(chǎng)主要為強(qiáng)切線分量的極不均勻電場(chǎng)中，閃絡(luò)電壓比同樣距離的純空氣間隙的擊穿電壓低的較少?gòu)?qiáng)垂直分量極不均勻電場(chǎng)則低得很多。（三）極不均勻電場(chǎng)垂直分量很弱時(shí)的沿面放電。第71頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四主要是增大極間距離，防止或推遲滑閃放電。以瓷套管為例，要在瓷套的內(nèi)壁上噴鋁，消除內(nèi)壁消除內(nèi)壁兩側(cè)的電位差。加大法蘭處瓷套的外直徑和壁厚或涂半導(dǎo)體漆或半導(dǎo)體釉，防止滑閃放電過(guò)早出現(xiàn)。對(duì)35kV以上的高壓套管要采用電容式套管和充油式套管。四、固體表面有水膜時(shí)的沿面放電此處討論的是潔凈的瓷表面被雨水淋濕時(shí)的沿面放電，相應(yīng)的電壓稱為濕閃電壓。絕緣子表面有濕污層時(shí)的閃絡(luò)電壓稱為污閃電壓，將在后面再作探討。提高方法：第72頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四如右圖，棒型絕緣子除最上面的一個(gè)傘裙的上表面會(huì)全部淋濕外，下面各傘的上表面都只有一部分淋濕，且全部傘裙的下表面及瓷柱也不會(huì)被淋濕，只可能有少量的回濺雨水?？梢娊^緣子表面的水膜是不均勻和不連續(xù)的。有水膜覆蓋的表面電導(dǎo)大，無(wú)水膜處的表面電導(dǎo)小，決大多數(shù)外加電壓將由干表面（圖中的BCA’）段來(lái)承受。ABCA’B’當(dāng)電壓升高時(shí)，或者空氣間隙BA’先擊穿或者干表面BCA’先閃絡(luò)，但結(jié)果都是形成ABA’電弧放電通道，出現(xiàn)一連串的ABA’通道就造成整個(gè)絕緣子完全閃絡(luò)。如雨量特別大時(shí)，傘絕緣間有可能被雨水短接而構(gòu)成電弧通道，絕緣子也將發(fā)生完全的閃絡(luò)。四、固體表面有水膜時(shí)的沿面放電

第73頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四可見絕緣子在雨下有三種可能的閃絡(luò)途徑：①沿濕表面AB和干表面BCA’發(fā)展②沿濕表面AB和空氣間隙BA’發(fā)展；③沿濕表面AB和水流BB’發(fā)展。第一種情況濕閃只有干閃電壓的40%～50%，還受雨水電導(dǎo)率的影響。第二種情況下絕緣子的濕閃電壓不會(huì)降低太多。第三種情況，濕閃電壓將降低到很低的數(shù)值。在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)各級(jí)電壓的絕緣子應(yīng)有的傘裙數(shù)、三的傾角、傘裙直徑、傘裙伸出長(zhǎng)度與傘裙間氣隙長(zhǎng)度的比均應(yīng)仔細(xì)考慮、合理選擇。絕緣子污染通?？煞譃榉e污、受潮、干區(qū)形成、局部電弧的出現(xiàn)和發(fā)展等四個(gè)階段。采取措施抑制或阻止其中任何一個(gè)階段的完成就能防止污閃事故的發(fā)生。五、絕緣子污染狀態(tài)下的沿面放電第74頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四線路和變電所的外絕緣受環(huán)境應(yīng)力的作用，包括雨、露、霜、雪、風(fēng)等氣候條件和工業(yè)粉塵、廢氣、自然鹽堿、灰塵、鳥糞等污穢物的污染。外絕緣被污染的過(guò)程一般是漸進(jìn)的，但有時(shí)也可能是急速的。染污絕緣子表面上的污層在干燥狀態(tài)下一般不導(dǎo)電。遇到雨、霧、露等不利天氣時(shí)，污層被濕潤(rùn)，電導(dǎo)增大，在工作電壓下的泄漏電流大增。電流所產(chǎn)生的焦耳熱，既可能使污層電導(dǎo)增大，又可能使水分蒸發(fā)、污層變干而減小其電導(dǎo)。例如懸式絕緣子鐵腳和鐵帽附近的污層中電流密度較大，污層烘干較快先出現(xiàn)干區(qū)或干帶。干區(qū)的電阻比其余濕區(qū)的電阻大的多。整個(gè)絕緣子上的電壓都集中到干區(qū)上，一般干區(qū)寬度不大，所以電場(chǎng)強(qiáng)度很大。第75頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四如果電場(chǎng)強(qiáng)度已足以引起表面空氣的電離，在鐵腳和鐵帽周圍即開始電暈放電或輝光放電，由于此時(shí)泄漏電流較大，電暈或輝光放電很容易轉(zhuǎn)為只存在于絕緣子局部表面的有明亮通道的電弧，成為局部電弧。隨著干區(qū)的擴(kuò)大，電弧被拉長(zhǎng)。在霧、露天，污層濕潤(rùn)度不斷增大，泄漏電流也隨之增大，在一定電壓下能維持的局部電弧長(zhǎng)度也不斷增大。一旦局部電弧達(dá)到某一臨界長(zhǎng)度時(shí)弧道溫度已很高，弧道的進(jìn)一步伸長(zhǎng)不需要更高電壓，而是自動(dòng)延伸直至貫穿兩極完成沿面閃絡(luò)。污閃造成的后果很嚴(yán)重，由于一個(gè)區(qū)域內(nèi)絕緣子積污受潮情況差不多，所以容易發(fā)生大面積污閃事故。自動(dòng)重合閘成功率遠(yuǎn)低于雷擊閃落時(shí)，造成事故的擴(kuò)大和長(zhǎng)時(shí)間停電。就經(jīng)濟(jì)損失而言，污閃在各類事故中居首位。第76頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四污穢度除了與積污量有關(guān)還與污穢的化學(xué)成分有關(guān)。通常采用“等值附鹽密度”（簡(jiǎn)稱“等值鹽密”）來(lái)表征絕緣子表面的污穢度，它指的是每平方厘米表面所沉積的等效氯化鈉（NaCl）毫克數(shù)。等值的方法：把表面沉積的污穢刮下，溶于300ml蒸餾水，測(cè)出其在20℃水溫時(shí)的電導(dǎo)率；然后在另一杯20℃、300ml的蒸餾水中加入NaCl，直到其電導(dǎo)率等于混合鹽溶液的電導(dǎo)率時(shí)，所加入的NaCl毫克數(shù)，即為等值鹽量，再除以絕緣子的表面積，即可得出“等值鹽密”(mg/cm2)

（一）調(diào)整爬距（增大泄漏距離）

爬電比距

λ

指外絕緣“相—地”之間的爬電距離(cm)與系統(tǒng)最高工作（線）電壓（kv,有效值）之比。一定要遵循規(guī)定的爬電比距來(lái)選擇絕緣子串的總爬電距離和片數(shù)。六、污閃事故的對(duì)策第77頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四下表為各污穢等級(jí)所要求的爬電比距值λ3.10(3.41)3.10(3.57)2.91～3.45(3.20～3.80)2.78～3.30(3.20～3.80)Ⅳ2.50(2.75)2.50(2.88)2.27～2.91(2.50～3.20)2.17～2.78(2.50～3.20)Ⅲ2.00(2.20)2.00(2.30)1.82～2.27(2.00～2.50)1.74～2.17(2.00～2.50)Ⅱ1.60(1.76)1.60(1.84)1.45～1.82(1.60～2.00)1.39～1.74(1.60～2.00)Ⅰ__1.45(1.60)1.39(1.60)0330kv及以下220kv及以下330kv及以下220kv及以下發(fā)電廠、變電所線路爬電比距(cm/kv)污穢等級(jí)

注括號(hào)內(nèi)的數(shù)據(jù)為以系統(tǒng)額定電壓為基準(zhǔn)的爬電比距值。各污穢等級(jí)所要求的爬電比距值λ

第78頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

（二）定期或不定期的清掃。

（三）涂料

（四）半導(dǎo)體釉絕緣子

（五）新型合成絕緣子

1、重量輕（僅相當(dāng)于瓷絕緣子的1/10左右）。2、抗彎、抗拉、耐沖擊附和等機(jī)械性能都很好。3、電氣絕緣性能好，特別是在嚴(yán)重污染和大氣潮濕的情況下性能十分優(yōu)異；4、耐電弧性能也很好。價(jià)格昂貴、老化等問(wèn)題是影響它獲得更大推廣的問(wèn)題。隨著材料工藝的進(jìn)步這種絕緣子必將獲得越來(lái)越多的采用。新型合成絕緣子的優(yōu)點(diǎn)：第79頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四七、提高間隙沿面閃絡(luò)電壓的方法1.屏障如果使安放在電場(chǎng)中的固體電介質(zhì)在電場(chǎng)等位面方向具有突出的棱緣(稱為屏障），則將能顯著地提高沿面閃絡(luò)電壓。最有效的形式是使屏障的邊緣接近與等位面平行。2.屏蔽與氣隙中的放電相似，改善電極形狀使沿固體電介質(zhì)表面的電位分布均勻化，使其最大電位梯度減小，也可以提高沿面閃絡(luò)電壓，這種處理方法稱為屏蔽。3.加電容極板。4.消除窄氣隙。5.絕緣表面處理。6.改變局部絕緣體的表面電阻率。7.強(qiáng)制固定絕緣沿面的電位。8.附加金具。9.阻抗調(diào)節(jié)。第80頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§3氣隙的電氣強(qiáng)度第一節(jié)氣隙的擊穿時(shí)間第二節(jié)氣隙的伏秒特性和擊穿電壓的概率分布第三節(jié)大氣條件對(duì)氣隙擊穿電壓的影響第四節(jié)較均勻/不均勻電場(chǎng)氣隙的擊穿電壓第五節(jié)提高氣隙擊穿電壓的方法第81頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§3.1氣隙的擊穿時(shí)間靜態(tài)擊穿電壓U0——長(zhǎng)時(shí)間作用在間隙上能使間隙擊穿的最低電壓。擊穿時(shí)間tb——從開始加壓的瞬時(shí)起到氣隙完全擊穿為止總的時(shí)間稱為擊穿時(shí)間。第82頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(1)升壓時(shí)間t。——電壓從零升到靜態(tài)擊穿電壓U0所需的時(shí)間。(2)統(tǒng)計(jì)時(shí)延ts——從電壓達(dá)到U0的瞬時(shí)起到氣隙中形成第一個(gè)有效電子為止的時(shí)間。(3)放電發(fā)展時(shí)間tf——從形成第一個(gè)有效電子的瞬時(shí)起到氣隙完全被擊穿為止的時(shí)間。(4)t1=ts+tf

t1——放電時(shí)延第83頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§3.2氣隙的伏秒特性一.電壓波形1.直流電壓直流試驗(yàn)電壓大都由交流整流而得，其波形必然有一定的脈動(dòng)，通常所稱的電壓值是指平均值。直流電壓的脈動(dòng)幅值是最大值與最小值之差的—半。紋波系數(shù)為脈動(dòng)幅值與平均值之比。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定被試品上直流試驗(yàn)電壓的紋波系數(shù)應(yīng)不大于3％。2.工頻交流電壓工頻交流試驗(yàn)電壓應(yīng)近似為正弦波，正負(fù)兩半波相同，其峰值與有效值之比應(yīng)在以內(nèi)。頻率一般在45—65Hz范圍內(nèi)。第84頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.雷電沖擊電壓——為了模擬雷電電壓而制定的①標(biāo)準(zhǔn)的雷電沖擊全波：非周期的雙指數(shù)波1.2/50us第85頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四參數(shù)：視在波前時(shí)間視在半峰值時(shí)間峰值允許誤差第86頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四②截波：模擬雷電沖擊波被某處放電而截?cái)嗟牟ㄐ螀?shù)：視在波前時(shí)間截?cái)鄷r(shí)間截波峰值Uc；截?cái)鄷r(shí)間Uj第87頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4.操作沖擊電壓：模擬電力系統(tǒng)中的操作過(guò)電壓波250/2500us參數(shù)：波前時(shí)間半峰值時(shí)間峰值允差第88頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、伏秒特性1.概念氣隙的伏秒特性——在同一波形，不同幅值的沖擊電壓作用下，氣隙上出現(xiàn)的電壓最大值和放電時(shí)間的關(guān)系，稱為該氣隙的伏秒特性。伏秒特性曲線——表示該氣隙伏秒特性的曲線，稱為伏秒特性曲線。50%沖擊擊穿電壓（U50%)——指某氣隙被擊穿的概率為50%的沖擊電壓峰值。沖擊系數(shù)β——U50%與靜態(tài)擊穿電壓Us之比稱為沖擊系數(shù)β。均勻和稍不均勻電場(chǎng)下沖擊擊穿電壓的分散性很小，沖擊系數(shù)β≈1。極不均勻電場(chǎng)中由于放電時(shí)延較長(zhǎng)，沖擊系數(shù)β均大于1。第89頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.伏秒特性曲線的制作①保持一定的沖擊電壓波形不變，而逐級(jí)升高電壓，以電壓為縱坐標(biāo)，時(shí)間為橫坐標(biāo)，

電壓較低時(shí)，擊穿一般發(fā)生在波尾，取該電壓的峰值與擊穿時(shí)刻，得到相應(yīng)的點(diǎn)；

電壓較高時(shí)，擊穿一般發(fā)生在波頭，取擊穿時(shí)刻的電壓值及該時(shí)刻，得到相應(yīng)的點(diǎn)；把這些相應(yīng)的點(diǎn)連成一條曲線，就是該氣隙在該電壓波形下的“伏秒特性曲線”。第90頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四②實(shí)際上伏秒特性具有統(tǒng)計(jì)分散性，是一個(gè)以上下包線為界的帶狀區(qū)域。工程上，通常取“50%伏秒特性曲線”來(lái)表征一個(gè)氣隙的沖擊擊穿特性。第91頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.應(yīng)用：在保護(hù)設(shè)備和被保護(hù)設(shè)備的絕緣配合上具有重要的意義。是防雷設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)保護(hù)設(shè)備和被保護(hù)設(shè)備的絕緣配合的依據(jù)。舉例：如果一個(gè)電壓同時(shí)作用在兩個(gè)并聯(lián)的氣隙S1和S2上，其中一個(gè)氣隙先被擊穿了，則電壓被短接截?cái)?，另一個(gè)氣隙就不會(huì)再被擊穿了。這個(gè)原則如用于保護(hù)裝置和被保護(hù)設(shè)備，那就是前者保護(hù)了后備。設(shè)前者的伏秒特性以S2記之，后者的以S1記之，如圖3-2-6情況。第92頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三.氣隙擊穿電壓的概率分布不論是在何種電壓作用下，氣隙的擊穿電壓都有一定的分散性，即“擊穿概率分布特性”。研究表明，氣隙擊穿的幾率分布接近正態(tài)分布，通?？梢杂肬50%和變異系數(shù)Z來(lái)表示。用作絕緣的氣隙，人們所關(guān)心的不僅是其U50%擊穿電壓，更重要的是其耐受電壓即能確保耐受而不被擊穿的電壓。100%的耐受電壓是很難測(cè)的（要做無(wú)窮次的實(shí)驗(yàn)），工程實(shí)際中常用對(duì)應(yīng)于很高耐受幾率(例如99％以上)的電壓作為耐受電壓。第93頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§3.3大氣條件對(duì)氣隙擊穿電壓的影響

一、標(biāo)準(zhǔn)大氣條件壓強(qiáng)P。=101.3KPa溫度濕度二、影響1.氣隙的擊穿電壓隨著大氣密度或濕度的增加而升高。原因：①大氣密度升高而擊穿電壓升高：隨著空氣密度的增大，氣體中自由電子的平均自由程縮短了，不易造成撞擊電離。②濕度的增加而擊穿電壓升高：水蒸汽是電負(fù)性氣體，易俘獲自由電子形成負(fù)離子，使自由電子的數(shù)量減少，阻礙了電離的發(fā)展。第94頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.國(guó)標(biāo)GB/T16927.1—1997提出了大氣校正因數(shù)Kt，(1)(2)式中U0為標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下，外絕緣破壞性放電電壓值。Kd為空氣密度校正因數(shù)。Kh為空氣濕度校正因數(shù)。(關(guān)于Kd和Kh值的求取教材有詳細(xì)的說(shuō)明)第95頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§3.4電場(chǎng)在不同電壓下的擊穿電壓一、較均勻電場(chǎng)氣隙的擊穿電壓1.在均勻電場(chǎng)中，電場(chǎng)是對(duì)稱的，故擊穿電壓與電壓極性無(wú)關(guān)，由于間隙各處的場(chǎng)強(qiáng)大致相等，不可能出現(xiàn)持續(xù)的局部放電，故起始放電電壓就等于氣隙的擊穿電壓。不同電壓波形作用下，擊穿電壓實(shí)際上相同，且分散性很小，對(duì)于空氣，可以用以下的經(jīng)驗(yàn)公式表示：[KV（peak）]式中——空氣的相對(duì)密度S——?dú)庀兜木嚯x，cm第96頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.稍不均勻電場(chǎng)稍不均勻電場(chǎng)的結(jié)構(gòu)形式有多種多樣，常遇到的較典型的電場(chǎng)結(jié)構(gòu)形式有；球—球、球—板、圓柱—板、兩同軸圓筒、兩平行圓柱、兩垂直圓柱等。對(duì)這些較簡(jiǎn)單的、有規(guī)則的、較典型的電場(chǎng)，有相應(yīng)的計(jì)算擊穿電壓的經(jīng)驗(yàn)公式或曲線，可參閱有關(guān)的手冊(cè)和資料。3.影響稍不均勻電場(chǎng)間隙擊穿電壓的因素：電場(chǎng)結(jié)構(gòu)、大氣條件、還有鄰近效應(yīng)和照射效應(yīng)。第97頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、不均勻電場(chǎng)氣隙的擊穿電壓不均勻電場(chǎng)的特征：各處場(chǎng)強(qiáng)差別很大，在所加電壓小于整個(gè)間隙擊穿電壓時(shí)，可能出現(xiàn)局部的持續(xù)的放電。由于持續(xù)的局部放電的存在，空間電荷的積累對(duì)擊穿電壓的影響很大，導(dǎo)致顯著的極性效應(yīng)。對(duì)很不均勻電場(chǎng)，只要宏觀上保持原有的電場(chǎng)布局和氣隙最小距離不變，則電極的具體形狀、尺寸和結(jié)構(gòu)的改變，對(duì)擊穿電壓的影響不大。預(yù)先對(duì)幾種典型的電場(chǎng)的氣隙，如棒—棒或線—線、棒—板或線—板作出擊穿電壓和氣隙距離的關(guān)系曲線，在工程上遇到的各種不均勻電場(chǎng)，其擊穿電壓可以參照與接近的典型氣隙的擊穿電壓來(lái)估計(jì)。第98頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(一)直流電壓作用下總結(jié)：第99頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（二）工頻電壓作用下:表示中等距離空氣間隙的工頻擊穿電壓曲線圖3-5-2棒-棒和棒-板空氣間隙的工頻擊穿電壓與間隙距離的關(guān)系擊穿總是發(fā)生在棒極為正半波時(shí)。第100頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四結(jié)論:氣隙較大時(shí)（S大于2.5m），擊穿電壓與距離關(guān)系出現(xiàn)了明顯的飽和趨向，特別是棒—板氣隙，其飽和趨向更明顯。第101頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（三）雷電沖擊電壓作用下實(shí)驗(yàn)表明，導(dǎo)線—平板氣隙的U50%與棒—板氣隙的十分接近（不論正/負(fù)極性），在缺乏線—板擊穿電壓的具體數(shù)據(jù)的時(shí)候，可以用棒—板的擊穿數(shù)據(jù)來(lái)估計(jì)。(圖3-5-4)另外，棒—棒和棒—板的擊穿電壓曲線是各種不均勻電場(chǎng)氣隙擊穿電壓曲線的上下包絡(luò)線，這點(diǎn)對(duì)設(shè)計(jì)很有用。第102頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖3-5-4氣隙的沖擊擊穿電壓與距離的關(guān)系第103頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（四）操作沖擊電壓作用下1.波形的影響：一般均指“正極性”情況。圖3-5-8不同性質(zhì)電壓作用下棒—板氣隙的擊穿電壓與氣隙距離的關(guān)系第104頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.飽和現(xiàn)象：長(zhǎng)氣隙在操作電壓作用下呈現(xiàn)顯著的“飽和現(xiàn)象”。圖3-5-9棒—棒和棒-板間隙的操作沖擊擊穿電壓第105頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.分散性大（五）疊加性電壓作用下工程實(shí)際中，作用在氣隙上的電壓常常是由不同性質(zhì)電壓疊加的，而不是單一性質(zhì)的。注意：同一氣隙對(duì)疊加性電壓的、耐受程度與對(duì)單一性電壓的耐受程度是不同的。當(dāng)工作電壓是穩(wěn)態(tài)直流時(shí)，兩者的差異更顯著。第106頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§3.5提高氣隙擊穿電壓的方法一、改善電場(chǎng)分布一般說(shuō)來(lái)，電場(chǎng)分布越均勻，氣隙的擊穿電壓就越高。故如能適當(dāng)?shù)馗倪M(jìn)電極形狀．增大電極的曲率半徑，改善電場(chǎng)分布，就能提高氣隙的擊穿電壓。不僅要注意改善高壓電極的形狀以降低該電極旁邊的局部強(qiáng)場(chǎng)，還要注意改善接地電極和中間電極的形狀，以降低該電極旁邊的局部場(chǎng)強(qiáng)。常用辦法：增大電極的曲率半徑（簡(jiǎn)稱屏蔽）。第107頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、采用高度真空從氣體撞擊游離的理論可知，將氣隙抽成高度的真空能抑制撞擊游離的發(fā)展，提高氣隙的擊穿電壓。注意：高真空中，擊穿機(jī)理發(fā)生了變化，撞擊電離的機(jī)制不起主要作用，而擊穿與強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射有關(guān)。應(yīng)用：真空斷路器中用作絕緣和滅弧。三、增高氣壓增高氣體的壓力可以減小電子的平均自由行程，阻礙撞擊游離的發(fā)展．從而提高氣隙的擊穿電壓。在一定的氣壓范圍內(nèi)，增高氣壓對(duì)提高氣隙的擊穿電壓是極為有效的。但是容器的密封比較困難，即使做到了密封，造價(jià)也比較昂貴。第108頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四四、采用高耐電強(qiáng)度氣體鹵族元素的氣體：六氟化硫（SF6）、氟里昂（CCl2F2）等耐電強(qiáng)度比氣體高的多，采用該氣體或在其他氣體中混入一定比例的這類氣體，可以大大提高擊穿電壓。鹵族物有高耐電強(qiáng)度的原因：⑴鹵族元素（尤其是F和CL）分子具有很強(qiáng)的電負(fù)性，易俘獲電子形成負(fù)離子，使電離能力很強(qiáng)的電子數(shù)減少，且形成負(fù)離子以后，易與正離子相復(fù)合。⑵這些氣體的分子量較大，分子直徑較大，使電子在其中的自由程縮短，不易積聚能量，從而減小了其撞擊電離的能力。第109頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四高耐電強(qiáng)度氣體除了具有較高的耐電強(qiáng)度以外，還應(yīng)具有較好的物理化學(xué)性能，才能在工程上得到廣泛應(yīng)用。如：⑴液化溫度要低。在大氣壓力下和常溫下是液態(tài)的物質(zhì)，不能采用。(如CCL4在大氣壓力下和常溫下是液態(tài))⑵有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。不易腐蝕其他材料，不易燃，不易爆，無(wú)毒，即使在放電的過(guò)程中也不易分解等。⑶對(duì)環(huán)境無(wú)明顯的負(fù)面影響。（氟里昂對(duì)大氣中的臭氧層有破壞作用，故不能采用。）⑷有實(shí)用的經(jīng)濟(jì)性，能大量的供應(yīng)。

SF6氣體得到了廣泛的應(yīng)用。用于高壓斷路器、高壓充氣電纜、高壓電容器等，以及用SF6絕緣的全封閉組合電器。第110頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四五、SF6氣體的應(yīng)用SF6氣體除了具有很高的電氣強(qiáng)度以外，還具有優(yōu)異的滅弧能力。利用SF6氣體作為絕緣介質(zhì)和滅弧媒質(zhì)制成的各種電力設(shè)備和封閉式組合電器具有一系列突出的優(yōu)點(diǎn)，如大大節(jié)省占地面積和空間體積、運(yùn)行安全可靠、簡(jiǎn)化安置維護(hù)等，發(fā)展前景十分廣闊。第111頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.固體、液體和組合絕緣的電氣強(qiáng)度第一節(jié)固體介質(zhì)的擊穿特性第二節(jié)液體電介質(zhì)的擊穿特性第三節(jié)組合絕緣第112頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.1固體電介質(zhì)的擊穿特性一.固體擊穿理論固體電介質(zhì)的擊穿有兩種不同的性質(zhì)：第一種是類似于氣體電介質(zhì)那樣，由于電場(chǎng)的作用使電介質(zhì)中的某些帶電質(zhì)點(diǎn)積聚的數(shù)量和移動(dòng)的速度達(dá)到一定程度時(shí)，使電介質(zhì)失去了絕緣的性能，形成導(dǎo)電通道，這樣的擊穿稱為電擊穿。第二種是在電場(chǎng)的作用下，由于電介質(zhì)損耗和泄漏等原因而使固體電介質(zhì)內(nèi)發(fā)出的熱量大于散失的熱量，使介質(zhì)溫度不斷上升，最終造成介質(zhì)本身的破壞，轉(zhuǎn)化成導(dǎo)電通道，這樣的擊穿稱為熱擊穿。第113頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、影響固體擊穿電壓的因素1.電壓作用時(shí)間的影響：注意臨界點(diǎn)圖4-1-1電工紙板的擊穿電壓與電壓作用時(shí)間的關(guān)系第114頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.溫度：臨界溫度是（熱擊穿和電擊穿的分界點(diǎn)）電擊穿熱擊穿圖4-1-2瓷的擊穿電壓與溫度的關(guān)系(均勻電場(chǎng)，交變電壓)第115頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.電場(chǎng)均勻度和介質(zhì)厚度的影響：①均勻電場(chǎng)：電擊穿：擊穿電壓與厚度無(wú)關(guān)。（不論電壓的性質(zhì)、電壓作用的時(shí)間長(zhǎng)短）熱擊穿：厚度越大，擊穿電壓越小。②不均勻電場(chǎng)：電擊穿和熱擊穿均隨介質(zhì)厚度的增大，擊穿電壓減小。4.電壓頻率的影響：①電擊穿領(lǐng)域：若電場(chǎng)均勻度不變，擊穿電壓與頻率無(wú)關(guān)。②熱擊穿領(lǐng)域：第116頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四5.受潮度的影響：某些具有吸水性的固體介質(zhì)，含水量升高，則擊穿電壓減小。6.機(jī)械力的影響：機(jī)械力使孔隙縮小，則擊穿電壓上升；機(jī)械力使致密的介質(zhì)產(chǎn)生裂縫，如該固體介質(zhì)放在氣體中，則氣體將充填到裂縫內(nèi)，造成擊穿電壓下降。7.多層性的影響8.累積效應(yīng)的影響：實(shí)驗(yàn)指出，不完全擊穿具有累積效應(yīng)，即介質(zhì)的擊穿電壓隨著過(guò)去承受過(guò)的不完全擊穿次數(shù)的增加而降低。第117頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三、提高具體擊穿電壓的方法1.改進(jìn)絕緣的設(shè)計(jì)：如采取合理的絕緣結(jié)構(gòu)，使各部分絕緣的耐電強(qiáng)度能與共所承擔(dān)的場(chǎng)強(qiáng)有適當(dāng)?shù)呐浜?；改善電極形狀及表面光潔度，盡可能使電場(chǎng)分布均勻，把邊緣效應(yīng)減到最??；改善電極與絕緣體的接觸狀態(tài)，消除接觸處的氣隙或使接觸處的氣隙不承受電位差。2.改進(jìn)制造工藝：盡可能地清除固體電介質(zhì)中殘留的雜質(zhì)、氣泡、水分等，使固體介質(zhì)盡可能做得均勻致密。這可以通過(guò)精選材料、改善工藝、真空干燥、加強(qiáng)浸漬等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。3.改善運(yùn)行條件：如注意防潮，防止塵污和各種有害氣體的侵蝕，加強(qiáng)散熱冷卻。第118頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四四、固體介質(zhì)的老化老化——電氣設(shè)備的絕緣在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中會(huì)發(fā)生一系列物理變化(如固體介質(zhì)軟化或熔解，低分子化合物及增塑劑的揮發(fā))和化學(xué)變化(如氧化、電解、電離、生成新物質(zhì))，致使其電氣、機(jī)械及其他性能逐漸劣化。1.環(huán)境老化：光氧老化（主要）、臭氧老化、鹽霧酸堿等污染性化學(xué)老化。2.電老化：電介質(zhì)在電場(chǎng)的長(zhǎng)時(shí)間作用下，會(huì)逐漸發(fā)生某些物理化學(xué)變化(例如電解、電離、氧化等)，形成新的物質(zhì)，逐漸使介質(zhì)的物理、化學(xué)性能發(fā)生不可逆的劣化，最終尋致被擊穿，這個(gè)過(guò)程稱為電老化。電老化主要有三種類型，即電離性老化，電導(dǎo)性老化和電解性老化。前兩種主要在交流電壓下產(chǎn)生，后一種主要在直流電壓下產(chǎn)生。第119頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.熱老化：在較高溫度下，固體介質(zhì)會(huì)逐漸熱老化。熱老化的主要過(guò)程為熱裂解、氧化裂解、交聯(lián)、以及低分子揮發(fā)物的進(jìn)出。熱老化的象征大多為介質(zhì)失去彈性,變僵硬，變脆．發(fā)生龜裂。設(shè)備“絕緣壽命”與其“工作溫度”之間的關(guān)系：蒙辛格熱老化規(guī)則:該類設(shè)備絕緣的工作溫度如提高10℃（8℃或6℃），絕緣壽命便縮短到原來(lái)的一半。第120頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§4.2液體電介質(zhì)的擊穿特性一、擊穿理論電擊穿、熱擊穿（或“雜質(zhì)擊穿”、“小橋理論”）“小橋理論”：液體中所含的雜質(zhì)在電場(chǎng)力的作用下沿電力線排列形成雜質(zhì)“小橋”。由于組成此“小橋”的纖維及水分等的電導(dǎo)較大，使泄漏電流增大，發(fā)熱增加，最終造成液體的擊穿。二、影響液體擊穿電壓的因素1.液體本身的介質(zhì)品質(zhì)2.電壓作用的時(shí)間3.電場(chǎng)情況4.溫度5.壓強(qiáng)第121頁(yè)，共155頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三、提高液體擊穿電壓的方法1.提高并保持油品質(zhì)2.覆蓋3.絕緣層4.極間障四、液體介質(zhì)的老化（一）變壓器油的老化過(guò)程1.油老化的現(xiàn)象和特征：①顏色逐漸深暗，從淡黃色變?yōu)樽睾稚?，從透明變?yōu)闇啙?。②粘度增大，閃燃點(diǎn)增高，灰分和水分增多。③酸價(jià)增加。④絕緣性能變壞，表現(xiàn)在電阻率降低，介質(zhì)損耗增大，擊穿電壓降低。⑤出現(xiàn)沉淀物。第122頁(yè)