武漢大學(xué)高電壓絕緣總結(jié)(部分)

1、一描述電介質(zhì)電氣性能的物理現(xiàn)象和對應(yīng)的物理量：電介質(zhì)極化 相對介電常數(shù) r；電介質(zhì)電導(dǎo) 電導(dǎo)率；電介質(zhì)損耗 介質(zhì)損耗角正切 tg；電介質(zhì)擊穿 擊穿場強(qiáng) E b。2 輝光放電：貫穿于整個(gè)通道的發(fā)光現(xiàn)象。特點(diǎn)：氣壓不大，功率小，電流密度小，放電區(qū)占據(jù)整個(gè)空間。電弧放電 ：貫穿于兩級的細(xì)長明亮通道。特點(diǎn)：較高氣壓下，電導(dǎo)很大，電壓降低?；鸹ǚ烹?： 貫通兩極的 斷續(xù) 明亮的細(xì)火花。原因：電流突增，導(dǎo)致外回路阻抗上壓降增大，放電間隙電壓降低，火花熄滅；外回路電壓降低，放電間隙再形成火花 大氣壓下、電源功率小。電暈放電 ： 極不均勻電場 中，緊貼電極電場最強(qiáng)處出現(xiàn)的發(fā)光層。特點(diǎn)：只在極不均勻電場中出現(xiàn)，

2、且隨電壓升高發(fā)光層擴(kuò)大。刷狀放電：電暈放電時(shí)，如繼續(xù)升高電壓，從電暈電極伸展出許多明亮放電通道。注意 ：電暈放電、刷狀放電時(shí)氣隙未擊穿，而輝光放電、火花放電、電弧放電均指擊穿后的放電現(xiàn)象，且隨條件不同，這些放電現(xiàn)象可相互轉(zhuǎn)換。3 質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生： 光電離: 光輻射引起的氣體分子的電離過程。外光源( 紫外線照射)/ 激勵(lì)態(tài)原子回到基態(tài)/正負(fù)離子的復(fù)合 碰撞電離： 由于質(zhì)點(diǎn)碰撞所引起的電離過程。（主要是電子碰撞電離）。 是氣體中產(chǎn)生帶電粒子的最重要的方式。 分級電離時(shí)能量小于上式。分析氣體放電發(fā)展過程時(shí)，往往只考慮電子所引起的碰撞電離。 熱電離： 因氣體熱狀態(tài)引起的電離過程。熱電離實(shí)質(zhì)上是熱狀態(tài)下碰撞電

3、離和光電離的綜合。表面電離 金屬表面電離比氣體空間電離更易發(fā)生。 陰極表面電離 在氣體放電過程中起著相當(dāng)重要的作用。 正離子撞擊陰極表面：正離子碰撞陰極時(shí)把能量（主要是勢能）傳遞給金屬極板中的電子，使其逸出金屬 正離子必須碰撞出一個(gè)以上電子時(shí)才能產(chǎn)生自由電子 逸出的電子有一個(gè)和正離子結(jié)合成為原子，其余成為自由電子。 光電子發(fā)射（光電效應(yīng)）：高能輻射先照射陰極時(shí)，會引起光電子發(fā)射，其條件是光子的能量應(yīng)大于金屬的逸出功。 熱電子發(fā)射： 當(dāng)陰極被加熱到很高溫度時(shí)，其中的電子獲得巨大動能，逸出金屬表面 在許多電子器件中常利用加熱陰極來實(shí)現(xiàn)電子發(fā)射。 強(qiáng)場發(fā)射（冷發(fā)射）： 當(dāng)陰極表面附近空間存在很強(qiáng)的電

4、場時(shí)，能使陰極發(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)度氣體的擊穿過程中會起一定的作用；真空中更起著決定性作用。另外，電負(fù)性氣體有負(fù)離子的形成：電子碰撞中性的分子或原子沒發(fā)生電離，也沒被反彈回來被中性的分子捕捉，成為自己的束縛電子形成了負(fù)離子。 形成負(fù)離子時(shí)可釋放出能量,有時(shí)需吸收能量 有些氣體容易形成負(fù)離子， 負(fù)離子的形成起著阻礙放電的作用 4 質(zhì)點(diǎn)消失：電場作用定向移動消失于電極形成電流，驅(qū)引速度Vd=bE，b遷移率。擴(kuò)散：在熱運(yùn)動的過程中，粒子從濃度較大的區(qū)域運(yùn)動到濃度較小的區(qū)域，從而使每種粒子的濃度分布均勻化的物理過程。 特點(diǎn)：氣壓越低，溫度越高，擴(kuò)散進(jìn)行的越

5、快。 電子的熱運(yùn)動速度大、自由行程長度大，其擴(kuò)散速度也要比離子快得多。 帶電粒子的復(fù)合，氣體中帶異號電荷的粒子相遇而發(fā)生電荷的傳遞與中和，還原為分子的過程。帶電粒子的復(fù)合過程中會發(fā)生光輻射，這種光輻射在一定條件下又成為導(dǎo)致電離的因素 參與復(fù)合的粒子的相對速度 越大，復(fù)合概率 越小。通常放電過程中 離子間的復(fù)合更為重要 帶電粒子濃度越大，復(fù)合速度越大， 強(qiáng)烈的電離區(qū)也是強(qiáng)烈的復(fù)合區(qū)。5 開始光電離，帶電質(zhì)點(diǎn)速度大，因復(fù)合導(dǎo)致消失數(shù)目少，消失于電極數(shù)目大，電流隨電壓增大；Ua附近時(shí)電流飽和，因電離產(chǎn)生的質(zhì)點(diǎn)全部落入電極，電流取決于外電離因素與電壓無關(guān)；達(dá)到Ub時(shí)，電子在強(qiáng)電場 作用下發(fā)生碰撞電離，

6、電流增加；電壓升高至臨界值U0時(shí)，電流劇增氣體進(jìn)入良好導(dǎo)電狀態(tài)。電場均勻U0就是擊穿電壓，不均勻時(shí)電暈起始電壓。六湯遜放電：電子的碰撞電離和正離子撞擊陰極造成的表面電離起主要作用。電子崩：由外電離因素產(chǎn)生一個(gè)初始電子電子（電場力作用下，電子沿電場做定向移動）與中性粒子發(fā)生電子碰撞（中性粒子發(fā)生電離）產(chǎn)生正離子和自由電子原來的電子和新產(chǎn)生的電子繼續(xù)移動，不斷發(fā)生電子碰撞電離電子數(shù)目迅速增加，如同冰山上發(fā)生雪崩一樣，形成了電子崩。過程：正離子撞擊陰極引起表面電離和激勵(lì)狀態(tài)回到正常狀態(tài)及復(fù)合釋放的光子引起的光電離。和逸出功有關(guān)，因此和電極材料和表面狀態(tài)有關(guān)。 自持放電條件物理意義： 一個(gè)電子 從陰極

7、到陽極途中因 電子崩（ 過程）而造成的正離子數(shù)為 e d 1 ，這批正離子在陰極上造成的二次自由電子數(shù) （ 過程） 應(yīng)為 (e d 1 ) ，如果它等于1，就意味著那個(gè)初始電子有了一個(gè)后繼電子，從而使放電得以自持。 當(dāng)自持放電條件得到滿足時(shí)，放電就能 自己維持 下去?！就怆婋x因素下，陰極表面電離和氣體空間電離產(chǎn)生自由電子，電子在電場中加速，發(fā)生碰撞電離，形成電子崩，留下的正離子撞擊陰極表面過程，產(chǎn)生新的自由電子，滿足自持放電條件，不斷循環(huán)最終擊穿氣體間隙】 巴申定律：起始電壓U 0 放電由非自持轉(zhuǎn)為自持時(shí)的電壓。 均勻電場中：起始電壓U 0 擊穿電壓U b 均勻電場中氣體的擊穿電壓U b 是氣

8、壓和電極間距離的乘積（pd）的函數(shù)。假設(shè)d 不變： 當(dāng)氣壓很小時(shí) ，氣體稀薄，雖然電子自由程大，可以得到足夠的動能，但碰撞總數(shù)小，所以擊穿電壓升高 當(dāng)氣體增大時(shí) ，電子自由程變小，得到的動能減小，所以擊穿電壓升高。 總有一個(gè)氣壓對碰撞電離最有利，此時(shí)擊穿電壓最小。局限性：pd 較大時(shí)，解釋現(xiàn)象與實(shí)際不符 放電外形湯遜理論解釋： 放電外形均勻，如輝光放電；pd 大時(shí)的實(shí)際現(xiàn)象： 外形不均勻，有細(xì)小分支； 放電時(shí)間：T pd 大 <<T 湯遜 擊穿電壓：U b·pd 大 <<U b· 湯遜 陰極材料影響 湯遜理論解釋： 陰極材料對放電有影響( ( 過程）

9、；pd 大時(shí)的實(shí)際現(xiàn)象： 陰極材料對放電無影響；7 流注理論：在外電離因素下氣隙產(chǎn)生有效電子，發(fā)生碰撞電離形成電子崩，畸變電場，由于氣體原子或分子的激勵(lì)電離復(fù)合等過程產(chǎn)生光電離發(fā)射光子，在強(qiáng)電場作用下產(chǎn)生新的電子崩，不斷匯入主崩，形成等離子通道（流注），流注高速向電極發(fā)展，由陽極向陰極(正流注) 或由陰極向陽極( 負(fù)流注，外加電壓擊穿電壓 )。流注形成的條件就是自持放電條件，在均勻電場中也就是導(dǎo)致?lián)舸┑臈l件。流注理論對pd 較大時(shí)放電現(xiàn)象的解釋 放電外形現(xiàn)象：pd 較大時(shí),放電不均勻，有分支，有細(xì)小的通道解釋： 二次電子崩在空間的形成和發(fā)展帶有統(tǒng)計(jì)性，所以火花通道常是曲折的，并帶有分枝 放電時(shí)

10、間現(xiàn)象：放電時(shí)間極短 解釋：光子以光速傳播，所以流注發(fā)展速度極快，這就可以說明pd很大時(shí)放電時(shí)間特別短的現(xiàn)象 陰極材料的影響現(xiàn)象： 放電與陰極材料無關(guān) 解釋： pd 很大時(shí)， 維持放電自持的是空間光電離，而不是陰極表面的電離過程8 比較湯遜理論放電充斥整個(gè)空間，流注理論只是線狀空間；湯遜理論碰撞電離起主要作用，流注理論以光電離為主；流注理論光子以光速傳播，時(shí)間快；湯遜理論強(qiáng)調(diào)陰極材料的影響，因?yàn)槠渥猿謼l件是表面電離，而流注理論強(qiáng)調(diào)空間光電離，陰極材料無影響。引起氣體放電的外部原因有兩個(gè)，其一 是電場作用， 其二 是外電離因素。自持放電條件的比較 (1) 湯遜理論：自持放電由陰極 過程來維持；流

11、注理論：依賴于空間光電離。(2) 系數(shù)的物理意義不同。9 放電相似定律;不均勻電場中，溫度不變時(shí)，對于幾何相似間隙，其起始電壓為氣體壓力和決定氣隙形狀的幾何尺寸乘積的函數(shù)。巴申理論的拓展。十電暈放電效應(yīng)：咝咝的聲音、臭氧的氣味、電極附近空間藍(lán)色的暈光；化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生新物質(zhì)； 回路電流明顯增加( 絕對值仍很小) ，可以測量到能量損失；產(chǎn)生高頻脈沖電流；兩種形式：電子崩起暈電極曲率很大時(shí)，放電初期，電暈層很薄且比較均勻，放電電流穩(wěn)定，自持放電采用湯遜放電形式。 放電達(dá)到自持時(shí)， 在整個(gè)間隙中部巳達(dá)到相當(dāng)數(shù)值。這時(shí)和均勻電場中情況類似；流注形式 升高電壓：電暈層擴(kuò)大，個(gè)別電子崩 流注 再電壓升高：個(gè)別

12、流注強(qiáng)烈發(fā)展 出現(xiàn)刷狀放電 繼續(xù)升高電壓：流注貫穿間隙 擊穿一電暈放電弊：發(fā)光、發(fā)熱，損失能量；使空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生O 3 、NO 、NO 2 等，引起腐蝕作用；O 3 是強(qiáng)氧化劑， NO 、NO 2 遇到水氣會形成硝酸和亞硝酸，從而會對電力設(shè)備引起腐蝕作用脈沖現(xiàn)象產(chǎn)生高頻電磁波，干擾通訊和測量，還可能產(chǎn)生超過環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的噪聲。利：電暈可削弱輸電線上雷電沖擊電壓波的幅值及陡度；工業(yè)應(yīng)用，利用電暈放電產(chǎn)生的氧化劑除菌清新空氣、處理污水、利用電暈放電的高功率脈沖形成高能活性離子進(jìn)行尾氣處理。消除：（1）采用分裂導(dǎo)線，使等值曲率半徑增大（2）改進(jìn)電極形狀，增大電極的曲率半徑，使表面光滑二.極不均勻

13、電場放電：電離總是在棒極附近開始，存在極性效應(yīng)。1非自持放電階段：（1）正棒負(fù)板：棒極附近強(qiáng)場區(qū)域內(nèi)形成電子崩，電子崩頭部的電子被棒極中和，在棒極附近留下許多正離子，積聚起的正空間電荷，減少了緊貼棒極附近的電場，而加強(qiáng)了外部空間的電場，棒極附近難以造成流注，使得自持放電、即電暈放電難以形成。（2）負(fù)棒正板：電子崩中電子離開強(qiáng)電場區(qū)后，難以再引起電離，正離子逐漸向棒極運(yùn)動，在棒極附近出現(xiàn)了比較集中的正空間電荷，使電場畸變，棒極附近的電場得到增強(qiáng)，因而自待放電條件就易于得到滿足， 易于轉(zhuǎn)入流注而形成電暈放電。2流注發(fā)展階段：（1）正棒負(fù)板：電子崩進(jìn)入棒電極，正電荷留在棒尖 加強(qiáng)了前方（板極）的電場

14、；電場的加強(qiáng)對形成流注發(fā)展有利。頭部前方產(chǎn)生新電子崩，吸引入流注頭部正電荷區(qū)內(nèi)，加強(qiáng)并延長流注通道；流注及其頭部的正電荷使強(qiáng)電場區(qū)向前移，促進(jìn)流注通道進(jìn)一步發(fā)展，逐漸向陰極推進(jìn)，形成正流注。（2）負(fù)棒正板：電子崩由強(qiáng)場區(qū)向弱場區(qū)發(fā)展，對電子崩發(fā)展不利。棒極前的正電荷區(qū)消弱了前方（陽極）空間的電場，使流注發(fā)展不利 等離子體層前方電場足夠強(qiáng)后，發(fā)展新電子崩，形成了大量二次電子崩，匯集起來后使得等離子體層向陽極推進(jìn)，形成負(fù)流注。（長間隙流注不足以擊穿）3先導(dǎo)放電：流注通道發(fā)展到足夠的長度后，將有較多的電子循通道流向電極，通過通道根部的電子最多，于是流注根部溫度升高，出現(xiàn) 熱電離過程。這個(gè)具有熱電離過

15、程的通道稱為 先導(dǎo)通道。正先導(dǎo)較快。4主放電：當(dāng)先導(dǎo)通道頭部發(fā)展到接近對面電極時(shí)，將發(fā)生十分強(qiáng)烈的放電過程，這個(gè)過程將沿著先導(dǎo)通道以一定速度向反方向擴(kuò)展到棒極，這個(gè)過程稱為 主放電過程。主放電過程使貫穿兩極間的通道成為溫度很高、電導(dǎo)很大、軸向場強(qiáng)很小的等離子體火花通道( 如電源功率足夠，則轉(zhuǎn)為電弧通道) ，從而使氣隙完全失去了絕緣性能，氣隙被擊穿?！菊龢O性電暈電壓高，擊穿電壓低】三.氣體間隙擊穿電壓的主要因素：電場分布（均勻、稍不均勻、極不均勻）、電壓形式（直流、交流 （ 持續(xù) 作用電壓） 、雷電沖擊、操作沖擊）、氣體種類（空氣、電負(fù)性氣體（SF6 ）)、氣體狀態(tài)（氣壓、溫度、濕度、海拔高度）

16、。.氣隙擊穿的必備條件:足夠大的電場強(qiáng)度； 在氣隙中存在有效電子，以能電子崩并導(dǎo)致流柱和主放電需要有一定的時(shí)間，讓放電得以逐步發(fā)展并完成擊穿。持續(xù)電壓（直流、工頻電壓）， 電壓的變化速度很小。相比之下放電發(fā)展所需時(shí)間可以忽略不計(jì)，當(dāng)氣體狀態(tài)不變時(shí)，一定距離的間隙的擊穿電壓具有確定的數(shù)值。非持續(xù)電壓下（雷電、操作沖擊電壓）， 因?yàn)殡妷翰▉砣ニ俣群芸欤烹姲l(fā)展速度就不能忽略不計(jì)了。間隙的擊穿電壓與作用電壓的波形（即作用時(shí)間）有很大關(guān)系。四均勻電場中的擊穿電壓：只有小間隙數(shù)據(jù)、無極性效應(yīng)、分散性小。稍不均勻：沒有穩(wěn)定電暈放電、極性效應(yīng)不明顯、 直流、工頻下的擊穿電壓( 幅值) 以及50 沖擊擊穿電壓

17、相同， 分散性不大、擊穿電壓和電場均勻程度關(guān)系極大，電場越均勻，同樣間隙距離下的擊穿電壓就越高。極不均勻：主要因素是間隙距離（短流注理論、長先導(dǎo)放電）因?yàn)閾舸┣鞍l(fā)生電暈，以后放電在電暈空間電荷已強(qiáng)烈畸變外電場下發(fā)生、分散性較大、極性效應(yīng)明顯。一般規(guī)律： 間距很大， 電極影響不大，都接近于棒- -板間隙； 極性效應(yīng)明顯； 分散性很大， 不同電壓波形下差異明顯。直流電壓：正棒負(fù)板< < 棒- - 棒< < 負(fù)棒正板。工頻電壓： 擊穿總是發(fā)生在棒極為正時(shí)，接近直流電壓；長間隙中棒- - 板間隙的“ 飽和” 現(xiàn)象尤為明顯。五 50% 沖擊擊穿電壓:多次施加電壓時(shí)，其中半數(shù)導(dǎo)致?lián)?/p>

18、穿的電壓，以此來反映間隙的耐受沖擊電壓特性。多級法和升降法。均勻電場和稍不均勻電場的擊穿特性 擊穿電壓 分散性小，U 50% 和U0（靜態(tài)擊穿電壓）相差很?。话舭鍢O性明顯，棒棒極性不大。.伏秒特性：用間隙上出現(xiàn)的電壓最大值和放電時(shí)間的關(guān)系來表征間隙在沖擊電壓下的擊穿特性。均勻或稍不均勻電場形狀： 曲線較為平坦；原因： 由于擊穿時(shí)平均場強(qiáng)較高，流注發(fā)展較快，放電時(shí)延很短。極不均勻電場形狀：曲線較陡；原因：由于擊穿時(shí)平均場強(qiáng)較低，而且流注總是從強(qiáng)場區(qū)向弱場區(qū)發(fā)展，放電速度受到電場分布影響，所以放電時(shí)延長。主要用于比較不同設(shè)備絕緣的沖擊特性，即用于絕緣配合。為了使被保護(hù)設(shè)備得到可靠的保護(hù)，被保護(hù)設(shè)備

19、絕緣的伏秒特性曲線的下包線必須始終高于保護(hù)設(shè)備的伏秒特性曲線的上包線。放電時(shí)延原因：（1）出現(xiàn)自由電子需要一定時(shí)間（2）自由電子結(jié)合成了負(fù)離子、擴(kuò)散到間隙之外，沒有引起電離過程（3）由于不利因素，電離終止六 操.作過電壓：電感和電容存在使在操作或者事故時(shí)引起振蕩過程，造成很高的電壓。極性效應(yīng)，正極性下50 擊穿電壓比負(fù)極性下低；電場分布的影響“ 鄰近效應(yīng) ” ： 接地物體靠近放電間隙會顯著降低其正極性擊穿電壓，提高一些負(fù)極性擊穿電壓；飽和現(xiàn)象隨著氣隙長度增加，除了負(fù)極性 “ 棒 棒 ” 氣隙外，其它棒間隙的 “ 飽和 ”現(xiàn)象十分明顯。 “ 棒 板 ” 間隙飽和現(xiàn)象最為嚴(yán)重。 顯然，這時(shí)增大 “

20、 棒 板 ”氣 隙的長度，已不能有效的提高其擊穿電壓。波形的影響在一定波前時(shí)間范圍內(nèi)，U 50% 甚至?xí)裙ゎl擊穿電壓低 ，呈現(xiàn)出“U 形曲線 ” 。故對于220kV 的超高壓輸電系統(tǒng)和電力設(shè)備，應(yīng)按操作過電壓的電氣特性進(jìn)行絕緣設(shè)計(jì)?！癠 形曲線 ” 是 放電時(shí)延 和 空間電荷( 形成及遷移) 這兩類不同因素的影響所造成的。對應(yīng)極小值的波前時(shí)間隨著間隙距離加大而增加。對7m 以下的間隙，在50 200s 這段時(shí)間內(nèi)，氣息的擊穿最易發(fā)生。 分散性大，空間電荷形成擴(kuò)散放電時(shí)延有統(tǒng)計(jì)性。七提高氣體介質(zhì)電氣強(qiáng)度：改善電場分布，使之盡量均勻（內(nèi)因） 利用其它方法來削弱氣體中的電離過程（外因）。1.改善電

21、場分布：改進(jìn)電極形狀（1）增大電極曲率半徑減小表面場強(qiáng)。如變壓器套管端部加球形屏蔽罩（2）改善電極邊緣電極邊緣做成弧形（3）使電極具有最佳外形如穿墻高壓引線上加金屬扁球；2利用空間電荷畸變電場 極不均勻電場中擊穿前發(fā)生電暈放電，利用放電產(chǎn)生的 空間電荷改善電場分布，使電場均勻度提高 ，從而提高擊穿電壓；3 采用屏障。 在電場極不均勻的氣隙中，放入 薄片固體絕緣材料 （例如紙或紙板），在一定條件下，可以顯著提高氣隙的擊穿電壓。影響屏障氣隙的擊穿電壓的因素： 屏障位置 及 棒電極的極性。當(dāng)棒為正極性 屏障在間隙的任何位置都會增加擊穿電壓值。當(dāng)x=1/51/6d時(shí)最有利； 當(dāng)棒為負(fù)極性屏障離棒極很近

22、時(shí)，有一定的屏障效果； 屏障離開棒電極一定距離，設(shè)置屏障反而降低間隙的擊穿電壓2削弱氣體電離過程：4采用高氣壓(1)原理：減小電子的平均自由行程，削弱電離過程(2)高氣壓下應(yīng)盡可能的改善電場分布，使電場均勻，否則用高氣壓不能改善(3)壓縮空氣絕緣及其它壓縮氣體絕緣在一些電氣設(shè)備中已得到采用氣壓來提高擊穿電壓的效果不明顯5采用高電氣強(qiáng)度氣體鹵族元素：很強(qiáng)的電負(fù)性；分子直徑大，電子自由行程短；易發(fā)生極化現(xiàn)象6采用高真空削弱間隙中的碰撞電離過程 ，從而顯著增高間隙的擊穿電壓。八閃絡(luò)電壓比空氣擊穿電壓低原因： 固體介質(zhì)與電極表面沒有完全密合存在小氣隙, , 或介面有裂紋； 介質(zhì)表面易吸收水分，形成一層

23、很薄的膜，水膜中的離子在電場作用下向兩極移動，易在電極附近積聚電荷，使介質(zhì)表面電場不均勻 ，降低閃絡(luò)電壓，導(dǎo)致放電總發(fā)生在沿著固體介質(zhì)表面； 介質(zhì)表面不可能絕對光滑及 介質(zhì)表面電阻不均勻 ，使 表面電場不均勻 ，降低閃絡(luò)電壓，導(dǎo)致放電總發(fā)生在沿著固體介質(zhì)表面。1 滑閃放電：特征：介質(zhì)表面放電通道中發(fā)生熱電離。條件：通道中帶點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)劇增。開始放電時(shí)，細(xì)線通道中由于碰撞電離有大量質(zhì)點(diǎn)，在強(qiáng)電場垂直分量作用下撞擊介質(zhì)表面局部溫度升高。一定電壓下，溫度升高至發(fā)生熱電離，通道帶電質(zhì)點(diǎn)劇增，電阻劇降，頭部場強(qiáng)劇增，通道迅速增長轉(zhuǎn)入滑閃放電。在交流和沖擊電壓下明顯，直流沒有明顯現(xiàn)象。九提高沿面放電：（1）電壓

24、變化快，w大，放電電壓低；介質(zhì)厚度小，相對介電常數(shù)大，即比電容大，電壓低；介質(zhì)表面電阻率大，表面電壓分布不均勻，低。（2）減小比電容，如增加絕緣厚度（加大法蘭處套管外徑）和采用介電常數(shù)小的介質(zhì)；減小表面電阻率，如在靠近法蘭處涂半導(dǎo)體漆或上釉。十復(fù)合絕緣子：（1）抗拉性能好（2）重量輕，體積小，彈性好。（3）防污閃性能好。（4）工藝簡單，成型溫度低。突出優(yōu)點(diǎn)： 與瓷質(zhì)或玻璃絕緣子相比，耐污閃、濕閃性能優(yōu)異；運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低。缺點(diǎn)： 老化或損壞。特別的，鳥類或鼠類咬傷傘裙護(hù)套、絕緣子表面有微生物或菌類生長。懸式絕緣子串片數(shù)：10-1,35-（2-3），66-5，110-7,220-（13-14），3

25、30-（19-22）,500-（25-28），1000-（54-60）。絕緣子串越長，電壓分布越不均勻。提高閃絡(luò)電壓的措施：1）加裝均壓環(huán)：均壓環(huán)增加了絕緣子對導(dǎo)線電容，可改善電壓分布。（ 220kV 以下，可以提高起暈電壓，但不能提高閃絡(luò)電壓； 220kV 以上，可以提高閃絡(luò)電壓）2 ）涂半導(dǎo)體涂料（ RTV ）一污閃;絕緣子積污、受潮（介質(zhì)表面電導(dǎo)率上升，電流增大，發(fā)熱升溫），形成干區(qū)（干區(qū)表面電阻上升，電壓增大，當(dāng)該電壓大于空氣沿面閃絡(luò)電壓），干區(qū)形成局部電弧，電弧發(fā)展（延伸拉長（爬電現(xiàn)象），表面閃絡(luò)，電弧擊穿.影響臟污表面沿面放電的因素：根本原因：工業(yè)粉塵、廢氣、自然鹽堿、灰塵、鳥糞等

26、污穢.降低污閃措施：定期清掃、采用防塵涂料、采用半導(dǎo)體釉絕緣子、采用復(fù)合絕緣子、 調(diào)整爬距（增大泄露距離）電弧延伸的長度（爬電距離）是有限的（ 增加絕緣子串?dāng)?shù)； 增加每串絕緣子的表面面積，增加裙帶； 采用耐污絕緣子。）2 空氣中放電電壓隨密度增大而增大，因?yàn)槊芏仍黾?，空氣中電子平均自由行程縮短，電離過程減弱。濕度的校正：大氣的濕度越大，氣隙的擊穿電壓增高大氣中的水分子能夠俘獲自由電子而形成負(fù)離子，對氣體的放電過程起著抑制作用 均勻和稍不均勻電場中，濕度影響不太明顯，放電開始時(shí)，整個(gè)氣隙的電場強(qiáng)度都很大，電子運(yùn)動速度較快，不易被水分子俘獲 極不均勻電場中，濕度影響很明顯 ，放電開始時(shí)，電場強(qiáng)度比

27、較低，出現(xiàn)電暈放電，這時(shí)電子運(yùn)動速度較慢，容易被水分子俘獲3 SF6：是高介電強(qiáng)度氣體介質(zhì)，均勻電場中介電強(qiáng)度是空氣的2.53倍.在極不均勻電場中擊穿電壓下降程度比空氣大，是其絕緣的重要特性。引發(fā)電子崩初始電子來源：外界輻射對氣體分子的電離，SF6分子吸附電子生成的負(fù)離子的重新解離，曲率較大電極處于負(fù)極性時(shí)的強(qiáng)場發(fā)射。由于SF6分子對電子的吸附作用減少有效電子出現(xiàn)概率，與空氣相比其平均統(tǒng)計(jì)時(shí)延長時(shí)延分散性大。SF6中帶點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)不易擴(kuò)散空間電荷屏蔽效果差，且多用于稍不均勻電場中，故SF6氣體負(fù)極性操作沖擊擊穿電壓與工頻擊穿電壓相似。雖然放電時(shí)延比空氣大，但空氣間隙通常為極不均勻結(jié)構(gòu)，故其伏秒特性不

28、如SF6氣體絕緣平坦。與空氣一樣，在SF6氣體中若固體電介質(zhì)表面臟污、受潮，則閃絡(luò)電壓也會明顯降低。4 電介質(zhì)的極化 ：電場作用下電介質(zhì)中帶電物質(zhì)產(chǎn)生應(yīng)變，會在電介質(zhì)的端面上產(chǎn)生與電極極性相反的電荷。分類：電子式、離子式、偶極子極化、夾層介質(zhì)界面極化、空間電荷極化?！?電子式極化存在于一切氣體、液體和固體電介質(zhì)中；完成極化需要的時(shí)間極短，約10 -15 s ， r 與 電源頻率無關(guān)； 極化具有彈性，即外電場消失，整體恢復(fù)中性。所以 電子式極化不產(chǎn)生能量損耗，不會使介質(zhì)發(fā)熱； 溫度對極化影響小?！俊?離子式極化存在于多數(shù)固體無機(jī)化合物中，如云母，陶瓷材料等； 極化需要的時(shí)間極短10 -13 s

29、， r 與 頻率無關(guān)； 極化具有彈性，不產(chǎn)生能量損耗。溫度對離子式極化的影響，存在相反的兩種作用溫度升高：離子間的結(jié)合力減小 極化程度增強(qiáng)；溫度升高： 離子的密度減小 極化程度減弱。 注意：通常前一種影響較大， r 一般具有正的溫度系數(shù)。】【 極化時(shí)間相對較長10 -10 10 -2 s ， r 與 頻率有較大關(guān)系； 偶極子極 化非彈性， 產(chǎn)生能量損耗； 溫度對偶極子極化影響大；a) 對于極性氣體介質(zhì)溫度 分子熱運(yùn)動加劇 阻礙偶極子排列 極化b) 對于極性液體和固體介質(zhì)（雙向作用） 低溫下隨溫度的升高 分子間聯(lián)系減弱 偶極子轉(zhuǎn)向容易 極化加強(qiáng)；當(dāng)熱運(yùn)動變得較強(qiáng)烈時(shí) 分子熱運(yùn)動阻礙極性分子沿電場

30、取向 極化減弱】【極化時(shí)間緩慢， 極化非彈性， 產(chǎn)生能量損耗】5 電介質(zhì)的電導(dǎo)過程 在電介質(zhì)內(nèi)部或多或少存在數(shù)量很小的帶電粒子，它們在電場作用下會不同程度的作定向移動而形成 傳導(dǎo)電流 的物理現(xiàn)象。 電介質(zhì)電導(dǎo)主要是離子電導(dǎo)；溫度升高 分子離解度增大 電介質(zhì)中離子數(shù)增多，遷移率增大，泄漏電流 由介質(zhì)中自由的或聯(lián)系弱的帶電質(zhì)點(diǎn)在電場作用下運(yùn)動形成的；吸收電流電介質(zhì)極化形成。6 討論電介質(zhì)電導(dǎo)的意義： 在絕緣預(yù)防性試驗(yàn)中，以絕緣電阻值判斷絕緣是否受潮或有其他劣化現(xiàn)象； 多層介質(zhì)在直流電壓下，電壓分布與電導(dǎo)成反比 ，故設(shè)計(jì)用于直流的設(shè)備要注意所用介質(zhì)的電導(dǎo)，應(yīng)使材料使用合理。 設(shè)計(jì)時(shí)要考慮絕緣的使用環(huán)

31、境，特別是 濕度的影響 。 對某些能量較小的電源，如靜電發(fā)生器等，要注意減小絕緣材料表面泄漏電流以保證得到高電壓不是所有的情況下均要求絕緣電阻值高，有些情況下要設(shè)法減小絕緣電阻值。7 電介質(zhì)損耗 介質(zhì)在交、直流電壓下的有功功率損耗。形式： 電導(dǎo)損耗 在直流電壓下，無周期性極化過程，當(dāng)外施電壓低于發(fā)生局部放電電壓時(shí)，介質(zhì)中損耗由電流流過電阻引起極化損耗 在交流電壓下，除了電導(dǎo)損耗外，還由于存在周期性極化引起的能量損耗，引入損耗角正切tan，是功率因數(shù)角的余角。8 氣體電介質(zhì)的極化率極小，所以在極化中不會引起損耗；液體：中性和弱極性液體介質(zhì)（變壓器油）主要是電導(dǎo)損耗； 極性液體介質(zhì)（蓖麻油）這類介

32、質(zhì)中的損耗包括電導(dǎo)損耗和極化損托兩部分。固體： 分子式結(jié)構(gòu)（有機(jī)絕緣材料）中性介質(zhì)無極化損耗，主要是電導(dǎo)損耗，通常很??；極性介質(zhì) 有極化損耗和電導(dǎo)損耗，tg 與溫度、頻率的關(guān)系與極性液體相似，tg 值較大，高頻下更為嚴(yán)重。 離子式結(jié)構(gòu)（無機(jī)絕緣材料）結(jié)構(gòu)緊密的不含雜質(zhì)的離子晶體 主要是由電導(dǎo)損耗，tg 極??；結(jié)構(gòu)不緊密的離子結(jié)構(gòu) 有極化損耗和電導(dǎo)損耗，介質(zhì)的tg 較大，但隨成分和結(jié)構(gòu)的不同，tg 相差懸殊。不均勻結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)的tg 取決于其中各成分的性能和數(shù)量間的比例9 討論電介質(zhì)損耗的意義：設(shè)計(jì)絕緣結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)注意到絕緣材料的tg 值 。用于沖擊測量的連接電纜，其tg 必須要小 ，否則沖擊電壓

33、波在其中傳播時(shí)將發(fā)生畸變 ，影響測量精度 。 在絕緣試驗(yàn)中，tg 的測量是一項(xiàng)基本測試項(xiàng)目 。10 液體電擊穿理論： 與氣體放電湯遜理論相似 在外電場足夠強(qiáng)時(shí)，電子碰撞液體分子引起電離，使電子數(shù)倍增，形成電子崩。同時(shí)正離子在陰極附近形成空間電荷層增強(qiáng)了陰極附近的電場，使陰極發(fā)射的電子數(shù)增多，導(dǎo)致液體介質(zhì)擊穿。 液體密度比氣體密度大得多，電子的平均自由行程很小，積累能量困難，所以純凈液體的擊穿場強(qiáng)比氣體大得多。一氣泡擊穿理論：交流電壓下，串聯(lián)介質(zhì)中電場強(qiáng)度E的分布與各介質(zhì)介電常數(shù)成反比，氣體的擊穿場強(qiáng)比液體低，氣泡先電離溫度上升體積膨脹，電離進(jìn)一步發(fā)展，帶電粒子撞擊油分子使其分解出氣體，擴(kuò)大氣體

34、通道。電離的氣泡在電場中堆積成氣體“小橋”，擊穿就在此通道中發(fā)生。氣泡產(chǎn)生：電子電流加熱液體 ，分解出氣體；電子碰撞液體分子 ，使之解離產(chǎn)出氣體； 靜電斥力 ，電極表面吸附的氣泡表面積累電荷，當(dāng)靜電斥力大于液體表面張力時(shí)，氣泡體積變大；電極凸起處的電暈 引起液體氣化。工程液體擊穿： 工程用油含有雜質(zhì)，纖維，受潮含有水分，水和纖維介電常數(shù)很大，若定向排列的纖維貫穿電極間連成小橋，則由于水分及纖維的電導(dǎo)大而引起泄漏電流增大、溫度上升，促進(jìn)水分汽化，氣泡擴(kuò)大；若小橋未能貫穿電極則由于纖維的介電常數(shù)大而使纖維端部油中場強(qiáng)增大，高場強(qiáng)下油電離分解出氣體形成氣泡，氣泡電離發(fā)熱擴(kuò)大，電離出的氣泡形成小橋擊穿

35、在此通道發(fā)生。二影響液體電介質(zhì)擊穿電壓的 主要因素：一雜質(zhì)： 含水量 ，液態(tài)水在油中的兩種狀態(tài)： 以分子狀態(tài)溶解于油中，對擊穿電壓影響不大 以乳化狀態(tài)懸浮在油中，易形成 “ 小橋 ” 使擊穿電壓明顯下降 含纖維量 電場作用下，纖維形成 “ 小橋 ” ，使油的擊穿電壓降低；有很強(qiáng)的吸附水分的能力，聯(lián)合作用使擊穿電壓降低更為嚴(yán)重。含碳量 碳粒的產(chǎn)生： 電弧 碳粒對油耐電強(qiáng)度作用的兩個(gè)方面： 碳粒具有較好的導(dǎo)電性，局部場強(qiáng)增加，擊穿電壓降低；活性碳粒有 很強(qiáng)的吸附水分和氣體的能力 。 含氣量 溶解在油中氣體影響較小，黏度和耐電強(qiáng)度稍降。 所溶氣體的來源： 直接、分解、電解 油中氣體析出后的危害： 一

36、是成為氣泡，導(dǎo)致局部放電，使油老化，降低擊穿電壓；二是與油分子發(fā)生化學(xué)結(jié)合，氧化，加速老化。二溫度、三電壓作用時(shí)間【 加壓后短至幾個(gè)微秒時(shí) 表現(xiàn)為電擊穿（電子碰撞電離），擊穿電壓很高電壓作用時(shí)間為數(shù)十到數(shù)百微秒無雜質(zhì)的影響，仍為電擊穿，這時(shí)影響油隙擊穿電壓的主要因素是 電場的均勻程度 ；電壓作用時(shí)間更長雜質(zhì)開始聚集，油隙的擊穿開始出現(xiàn) 熱過程 ，擊穿電壓再度下降，為熱擊穿】四電場均勻、五壓力（不論電場均勻度如何，變壓器油的工頻擊穿電壓總是 隨油壓的增加而增加）三.減少雜質(zhì)影響的措施： 過濾： 除去纖維、水分、有機(jī)酸。 防潮： 制造、檢修。 祛氣： 除去水分和氣體。 采用油和固體介質(zhì)組合； 防塵

37、四電擊穿理論：擊穿機(jī)理： 電擊穿理論建立在固體電介質(zhì)中發(fā)生 碰撞電離基礎(chǔ) 上，固體電介質(zhì)中存在少量傳導(dǎo)電子，在電場加速下與晶格結(jié)點(diǎn)上的原子碰撞 ，從而擊穿。 發(fā)生情況： 在介質(zhì)的電導(dǎo)很小，又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 。特點(diǎn)：電壓作用時(shí)間短，擊穿電壓高，電介質(zhì)溫度不高，擊穿場強(qiáng)與電場均勻程度密切相關(guān)與環(huán)境溫度無關(guān)。五熱擊穿理論：介質(zhì)加上場強(qiáng)后，因介質(zhì)損耗發(fā)熱升溫，而電阻有負(fù)溫度系數(shù)，阻值下降，電流增大，發(fā)熱大于散熱，溫度上升，引起介質(zhì)分解、碳化，最終擊穿。特點(diǎn)： 熱擊穿電壓會隨著周圍媒質(zhì)溫度t 0 的上升而下降，散熱直線會向右移動；熱擊穿電

38、壓并不隨介質(zhì)厚度成正比增加，因厚度越大，介質(zhì)中心附近的熱量逸出越困難，所以固體介質(zhì)的擊穿場強(qiáng)隨厚度 的增大而降低；六電化學(xué)擊穿理論 ：在電場的長時(shí)間作用下逐漸使介質(zhì)的物理、化學(xué)性能發(fā)生不可逆的劣化，最終導(dǎo)致?lián)舸舸C(jī)理：固體介質(zhì)在長期工作電壓下由于光、熱、電流等作用介質(zhì)內(nèi)部的小氣隙發(fā)生局部放電，產(chǎn)生帶電粒子，撞擊介質(zhì)表面固體介質(zhì)劣化絕緣性能下降固體介質(zhì)擊穿。七 樹老化類型 電樹老化 和 水樹老化。 電離性老化：介質(zhì)夾層或介質(zhì)內(nèi)部存在氣隙或氣泡，交變場下氣隙的場強(qiáng)>> 鄰近固體介質(zhì)內(nèi)的場強(qiáng)氣體的起始電離場強(qiáng)<< 固體介質(zhì)的起始電離場強(qiáng)，氣隙內(nèi)極易發(fā)生電離，鄰近絕緣 分解、破壞( 表現(xiàn)為變酥、炭化等形式)沿電場方向向絕緣層深處呈樹枝狀發(fā)展，形成 “ 電樹枝 “。電導(dǎo)性老化：絕緣層中存在液態(tài)導(dǎo)電物質(zhì)( 例如水)，當(dāng)該處場強(qiáng)超過某定值時(shí)，液體會沿電場方向以樹枝狀逐漸深入到絕緣