高電壓技術(shù)(全套)

1、高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)緒 論 一一內(nèi)容與范疇內(nèi)容與范疇高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)主要研究高電壓（強(qiáng)電場）下的各種電主要研究高電壓（強(qiáng)電場）下的各種電氣物理問題。氣物理問題。它起源于它起源于20世紀(jì)初期，由于大功率、遠(yuǎn)距世紀(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)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)的一個分支。中電學(xué)的一個分支。 學(xué)習(xí)目的：正確處理電力系統(tǒng)中過電壓與絕緣的問題。學(xué)習(xí)目的：正確處理電力系統(tǒng)中過電壓與絕緣的問題。二高電壓技術(shù)的研究對象 1.1.電氣設(shè)備的絕緣電氣設(shè)備的絕緣： 絕緣試驗(yàn)（固、液、氣體）絕緣試驗(yàn)（固、液、氣體） 在電場作用下的電氣物

2、在電場作用下的電氣物理性能和擊穿的理論、規(guī)律。理性能和擊穿的理論、規(guī)律。高壓試驗(yàn)高壓試驗(yàn)判斷、監(jiān)視絕判斷、監(jiān)視絕緣質(zhì)量的主要試驗(yàn)方法。緣質(zhì)量的主要試驗(yàn)方法。2.2.電力系統(tǒng)的過電壓：電力系統(tǒng)的過電壓：過電壓及其防護(hù)過電壓及其防護(hù)過電壓過電壓的成因與限制措施的成因與限制措施。三三中國電力系統(tǒng)電壓等級的劃分與分類中國電力系統(tǒng)電壓等級的劃分與分類交流系統(tǒng)交流系統(tǒng) 高壓（高壓（HV）：）：1KV220KV， 包括：包括：10KV，35KV，110KV，220KV 超高壓（超高壓（EHV）：）：330KV1000KV， 包括：包括：330KV，500KV，750KV 特高壓（特高壓（UHV）：）：100

3、0KV及以上及以上直流系統(tǒng)直流系統(tǒng) 超高壓（超高壓（EHV）：）： 500KV 特高壓（特高壓（UHV）：）： 800KV四高電壓技術(shù)在其它領(lǐng)域的應(yīng)用四高電壓技術(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；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，高電場誘發(fā)變異在育種上的應(yīng)農(nóng)業(yè)：高壓靜電噴藥，高電場誘發(fā)變異在育種上的應(yīng)用；用；3環(huán)保：高壓脈沖放電處理污水，電除塵技術(shù)；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、電子對抗；軍事：大功率脈沖技術(shù)，電磁干擾、電子對抗；5其它工業(yè)：靜電噴涂，高壓設(shè)備制造等。其它工業(yè)：靜電噴涂，高壓設(shè)備制造等。

4、五五課程相關(guān)信息課程相關(guān)信息 參考書：參考書：u 高電壓絕緣技術(shù)高電壓絕緣技術(shù)，中國電力，嚴(yán)璋，朱德恒，中國電力，嚴(yán)璋，朱德恒u 電網(wǎng)過電壓教程電網(wǎng)過電壓教程，中國電力，陳維賢，中國電力，陳維賢u 高電壓試驗(yàn)技術(shù)高電壓試驗(yàn)技術(shù)，清華，張仁豫，清華，張仁豫u 高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)，中國電力，趙智大，中國電力，趙智大 考試： 20%（作業(yè)（作業(yè)10% +實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)10% ）+80%（閉卷筆試）（閉卷筆試） 答疑安排：u 時間：周四下午時間：周四下午3:00-5:00u 地點(diǎn)：教三樓一樓地點(diǎn)：教三樓一樓110室（辦公電話：室（辦公電話：752-2357）第一篇 高電壓絕緣及實(shí)驗(yàn)第一章第一章 電介質(zhì)的極

5、化、電導(dǎo)和損耗電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和損耗第二章第二章 氣體放電的物理過程氣體放電的物理過程第三章第三章 氣隙的電氣強(qiáng)度氣隙的電氣強(qiáng)度第四章第四章 固體液體和組合絕緣的電氣強(qiáng)度固體液體和組合絕緣的電氣強(qiáng)度第一章 電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和損耗第一節(jié)第一節(jié) 電介質(zhì)的極化電介質(zhì)的極化第二節(jié)第二節(jié) 電介質(zhì)的介電常數(shù)電介質(zhì)的介電常數(shù)第三節(jié)第三節(jié) 電介質(zhì)的電導(dǎo)電介質(zhì)的電導(dǎo)第四節(jié)第四節(jié) 電介質(zhì)中的能量損耗電介質(zhì)中的能量損耗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)介質(zhì)在電氣設(shè)備中是作為絕緣材料使用的。一切電

6、介質(zhì)在電場的作用下都會出現(xiàn)極化、電導(dǎo)和損耗等電氣物理在電場的作用下都會出現(xiàn)極化、電導(dǎo)和損耗等電氣物理現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 電介質(zhì)的電氣特性分別用以下幾個參數(shù)來電介質(zhì)的電氣特性分別用以下幾個參數(shù)來表示：即表示：即介電常數(shù)介電常數(shù)rr，電導(dǎo)率電導(dǎo)率（或其倒數(shù)（或其倒數(shù)電阻率電阻率），），介質(zhì)損耗角正切介質(zhì)損耗角正切tgtg，擊穿場強(qiáng)擊穿場強(qiáng) E E，它們分別反，它們分別反映了電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)、損耗、抗電性能。映了電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)、損耗、抗電性能。絕緣的作用：絕緣的作用： 絕緣的作用是將電位不等的導(dǎo)體分隔開，使其沒有電絕緣的作用是將電位不等的導(dǎo)體分隔開，使其沒有電氣的聯(lián)系并能保持不同的電位。氣的聯(lián)系并能

7、保持不同的電位。分類：分類： 氣體絕緣材料：空氣，氣體絕緣材料：空氣，SF6氣體等氣體等 固體絕緣材料：陶瓷，橡膠，玻璃，絕緣紙等固體絕緣材料：陶瓷，橡膠，玻璃，絕緣紙等 液體絕緣材料：變壓器油液體絕緣材料：變壓器油 混合絕緣：電纜，變壓器等設(shè)備混合絕緣：電纜，變壓器等設(shè)備1.0 1.0 電力系統(tǒng)的絕緣材料電力系統(tǒng)的絕緣材料 定義：定義：電介質(zhì)在電場作用下產(chǎn)生的束縛電荷的彈電介質(zhì)在電場作用下產(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，稱為性位移和偶極子的轉(zhuǎn)向位移現(xiàn)象，稱為電電 介質(zhì)的極化。介質(zhì)的極化。 效果：效果：消弱外電場，使電介質(zhì)的等值電容增大。消弱外電場，使電介質(zhì)的等值電容增大。

8、物理量：物理量：介電常數(shù)介電常數(shù) 類型：類型：電子位移極化；電子位移極化； 離子位移極化；離子位移極化； 轉(zhuǎn)向極化；轉(zhuǎn)向極化； 空間電荷極化?？臻g電荷極化。1.1 1.1 電介質(zhì)的極化電介質(zhì)的極化 一、 電子位移極化 一切電介質(zhì)都是由分子組成，一切電介質(zhì)都是由分子組成，分子又是由原子組成，每個原子分子又是由原子組成，每個原子都是由帶正電荷的原子核和圍繞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。核帶負(fù)電荷的電子云構(gòu)成。 當(dāng)不存在外電場時，電子云的當(dāng)不存在外電場時，電子云的中心與原子核重合，此時電矩為中心與原子核重合，此時電矩為零當(dāng)外加一電場，在電場力的零當(dāng)外加一電場，在電場力的作用下發(fā)

9、生電子位移極化當(dāng)外作用下發(fā)生電子位移極化當(dāng)外電場消失時，原子核對電子云的電場消失時，原子核對電子云的引力又使二者重合，感應(yīng)電矩也引力又使二者重合，感應(yīng)電矩也隨之消失。隨之消失。 電場中的所有電介質(zhì)內(nèi)都存在電場中的所有電介質(zhì)內(nèi)都存在電子位移極化。電子位移極化。qRRi-qOOE圖圖1-1 1-1 電子位移極化電子位移極化二、離子位移極化 在由離子結(jié)合成的電介質(zhì)內(nèi)，外電場的作用除促使在由離子結(jié)合成的電介質(zhì)內(nèi)，外電場的作用除促使各個離子內(nèi)部產(chǎn)生電子位移極化外還產(chǎn)生正、負(fù)離子相對位移而各個離子內(nèi)部產(chǎn)生電子位移極化外還產(chǎn)生正、負(fù)離子相對位移而形成的極化，稱為離子位移極化。圖形成的極化，稱為離子位移極化。

10、圖l-2l-2表示氯化鈉晶體的離子位表示氯化鈉晶體的離子位移極化。移極化。 三、轉(zhuǎn)向極化 在極性電介質(zhì)中，即使沒有外加電場，由于分子中正、在極性電介質(zhì)中，即使沒有外加電場，由于分子中正、負(fù)電荷的作用中心不重合。就單個分子而言，就已具有偶極矩，稱為負(fù)電荷的作用中心不重合。就單個分子而言，就已具有偶極矩，稱為固固有偶極矩有偶極矩。但由于分子不規(guī)則的熱運(yùn)動，使各分子偶極矩方向的排列沒。但由于分子不規(guī)則的熱運(yùn)動，使各分子偶極矩方向的排列沒有秩序，因此，從宏觀而言，對外并不呈現(xiàn)合成電矩。有秩序，因此，從宏觀而言，對外并不呈現(xiàn)合成電矩。 當(dāng)有外電場時，由于電場力的作用，每個分子的固有偶極當(dāng)有外電場時，由于

11、電場力的作用，每個分子的固有偶極矩就有轉(zhuǎn)向與外電場平行的趨勢，其排列呈現(xiàn)一定的秩序。但是受分子矩就有轉(zhuǎn)向與外電場平行的趨勢，其排列呈現(xiàn)一定的秩序。但是受分子熱運(yùn)動的干擾，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。熱運(yùn)動的干擾，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。對外呈現(xiàn)出宏觀電矩。對外呈現(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 四、空間電荷極化四、空間電荷極化 圖圖1-4 雙層電介質(zhì)的極化模型雙層電介質(zhì)的極化模型 G1G2 C1C2U 上述的三種極化是帶電質(zhì)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，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

12、而空間電荷極化的機(jī)理則與上述三種完全不同，它是由帶電述三種完全不同，它是由帶電質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)(電子或正、負(fù)離子電子或正、負(fù)離子)的移的移動形成的。動形成的。 最明顯的空間電荷極化是最明顯的空間電荷極化是夾層極化夾層極化。在實(shí)際的電氣設(shè)備。在實(shí)際的電氣設(shè)備中，如電纜、電容器、旋轉(zhuǎn)電中，如電纜、電容器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、變壓器、互感器、電抗器機(jī)、變壓器、互感器、電抗器等的絕緣體，都是由多層電介等的絕緣體，都是由多層電介質(zhì)組成的。質(zhì)組成的。 如圖如圖l-4l-4所示，各層介質(zhì)的電容分別為所示，各層介質(zhì)的電容分別為C1C1和和C2C2；各層介質(zhì)的電導(dǎo)分別為；各層介質(zhì)的電導(dǎo)分別為G1G1和和G2G2；直流電源電壓為；

13、直流電源電壓為U U。 為了說明的簡便，全部參數(shù)均只標(biāo)數(shù)值，略去單位。為了說明的簡便，全部參數(shù)均只標(biāo)數(shù)值，略去單位。 設(shè)設(shè)C1=1C1=1，C2C22 2，G1=2G1=2，G2=1G2=1， U U3 3。 當(dāng)當(dāng)U作用在作用在AB兩端極板上時，其瞬時電容上的電荷和電位兩端極板上時，其瞬時電容上的電荷和電位分布，如圖分布，如圖1-5(a)所示整個介質(zhì)的等值電容為所示整個介質(zhì)的等值電容為 。 到達(dá)穩(wěn)態(tài)時，電容上的電荷和電位分布如圖到達(dá)穩(wěn)態(tài)時，電容上的電荷和電位分布如圖l-5(b)所示。整所示。整個介質(zhì)的等值電容為個介質(zhì)的等值電容為 。 分界面上堆積的電荷量為分界面上堆積的電荷量為+4-1+3。3

14、2UQCeq34 UQCeq 圖圖1-5 雙層電介質(zhì)的電荷與電位分布雙層電介質(zhì)的電荷與電位分布（a）暫態(tài)分布）暫態(tài)分布 （b）穩(wěn)態(tài)分布）穩(wěn)態(tài)分布 特 點(diǎn)夾層的存在將會造成電荷在夾層界面上的堆積和等值夾層的存在將會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)。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介質(zhì)電導(dǎo)夾層界面上電荷的堆積是通過介質(zhì)電導(dǎo)G G1 1完成的。高壓完成的。高壓絕緣介質(zhì)的電導(dǎo)通常都是很小的，所以這種極化過程絕緣介質(zhì)的電導(dǎo)通常都是很小的，所以這種極化過程將是很緩慢的。它的形成時間從幾十分之一秒到幾分將是很緩慢的。它的形成時間從幾十分之一秒到幾分鐘甚

15、至有長達(dá)幾小時的。因此，這種性質(zhì)的極化只有鐘甚至有長達(dá)幾小時的。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。在直流和低頻交流電壓下才能表現(xiàn)出來。該極化伴隨著能量損耗。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)對設(shè)備絕緣進(jìn)行較長時大電容設(shè)備進(jìn)行高壓實(shí)驗(yàn)后應(yīng)對設(shè)備絕緣進(jìn)行較長時間放電。間放電。 電介質(zhì)極化種類及比較電介質(zhì)極化種類及比較極化類型極化類型產(chǎn)生場合產(chǎn)生場合所需時間所需時間能量能量損耗損耗產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因電子式極化電子式極化任何任何電介質(zhì)電介質(zhì)10-1410-15S無無束縛電子運(yùn)行軌束縛電子運(yùn)行軌道偏移道偏移離子式極化離子式極化離子式結(jié)構(gòu)離子式結(jié)構(gòu)電介質(zhì)電介質(zhì)10-1

16、210-13S幾乎幾乎沒有沒有離子的相對偏移離子的相對偏移偶極子極化偶極子極化極性極性電介質(zhì)電介質(zhì)10-1010-2S有有偶極子的定向排偶極子的定向排列列夾層極化夾層極化多層介質(zhì)的多層介質(zhì)的交界面交界面10-1S數(shù)小數(shù)小時時有有自由電荷的移動自由電荷的移動1.2 電介質(zhì)的介電常數(shù)一一. 介電常數(shù)的物理意義介電常數(shù)的物理意義1. 在真空中，有關(guān)系式在真空中，有關(guān)系式 式子中式子中 E場強(qiáng)矢量場強(qiáng)矢量 ； D電位移矢量，即電通量密度矢量電位移矢量，即電通量密度矢量 ， D與與E同向，比例常數(shù)同向，比例常數(shù) 為真空的介電常數(shù)為真空的介電常數(shù)ED0mV2mC0mF1299010854. 8109411

17、09880. 841 在介質(zhì)中在介質(zhì)中, D與與E同向，同向， 為介質(zhì)的相對介電常數(shù)，它是沒有量綱為介質(zhì)的相對介電常數(shù)，它是沒有量綱和單位的純數(shù)。和單位的純數(shù)。3.介質(zhì)的介電常數(shù)介質(zhì)的介電常數(shù) 通常，通常， ， 的量綱和單位與的量綱和單位與 相同。相同。EDr0rr00二、氣體介質(zhì)的相對介電常數(shù)二、氣體介質(zhì)的相對介電常數(shù) 一切氣體的相對介電常數(shù)一切氣體的相對介電常數(shù) 都接近于都接近于1。 任何氣體的相對介電常數(shù)均隨溫度的升高而減小，隨壓任何氣體的相對介電常數(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。力的增大而增大，但影響都很小。r三、液體介質(zhì)的相對介電常數(shù)三、液體介質(zhì)的相對介電常

18、數(shù) 1中性液體電介質(zhì)中性液體電介質(zhì) ：石油、苯、四氯化碳、硅油等均為：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，其值在中性或弱極性液體介質(zhì)。其介電常數(shù)不大，其值在1.82.8范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。 2極性液體介質(zhì)：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)是在交變電場中的介質(zhì)損較大，在高壓絕緣中很少應(yīng)用。在交變電場中的介質(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：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（圖介電常數(shù)與溫度的關(guān)系（圖1-2-1）；

19、）； b. 介電常數(shù)與電場頻率介電常數(shù)與電場頻率 f 的關(guān)系（圖的關(guān)系（圖1-2-2）。）。四、固體電介質(zhì)的介電常數(shù)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)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。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)系很接近關(guān)系很接近。2. 2. 極性固體電介質(zhì)：極性固體電介質(zhì)：介電常數(shù)都較大，一般為介電常數(shù)都較大，一般為3636，甚至更大。，甚至更大。該類電介質(zhì)的介電常數(shù)與溫度的關(guān)系類似極性液體該類電介質(zhì)的介電常數(shù)與溫度的關(guān)系類似極性液

20、體所呈現(xiàn)的規(guī)律（圖所呈現(xiàn)的規(guī)律（圖1-2-31-2-3）。1.3 電介質(zhì)的電導(dǎo)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。電介質(zhì)的電導(dǎo)與金屬的電導(dǎo)有本質(zhì)上的區(qū)別。一一. 表征電介質(zhì)導(dǎo)電性能的物理量表征電介質(zhì)導(dǎo)電性能的物理量電導(dǎo)率電導(dǎo)率 （or：電阻率：電阻率 ） 1rr二、影響介質(zhì)電導(dǎo)的因素二、影響介質(zhì)電導(dǎo)的因素(1) 溫度溫度 式中 A、B常數(shù)； T絕對溫度 ； 電導(dǎo)率。 溫度升高時，液體介質(zhì)的黏度降低，離子受電場力作用而移動時所受的阻力減小，離子的遷移率增大，使電導(dǎo)增大；另一方面，溫度升高時，液體介質(zhì)分子熱離解度增加，這也使電導(dǎo)增大。 在測量電介質(zhì)的電導(dǎo)或絕緣電阻時，必須注意記錄溫

21、度。(2)電場強(qiáng)度電場強(qiáng)度E TBAe(3) 雜質(zhì)：（考慮對固體介質(zhì)的影響）雜質(zhì)：（考慮對固體介質(zhì)的影響）固體介質(zhì)除了固體介質(zhì)除了體積電導(dǎo)體積電導(dǎo)以外，還存在著以外，還存在著表面電導(dǎo)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娦员砻骐妼?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。的化學(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

22、漆、有機(jī)硅等措施，可以降低介質(zhì)表面電涂以石蠟、絕緣漆、有機(jī)硅等措施，可以降低介質(zhì)表面電導(dǎo)。導(dǎo)。1.4 電介質(zhì)中的能量損耗電介質(zhì)中的能量損耗一一.電介質(zhì)損耗的基本概念電介質(zhì)損耗的基本概念在電場的作用下，電介質(zhì)由于電導(dǎo)引起的損耗和有損極在電場的作用下，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)的損耗電介質(zhì)的損耗。等值電路等值電路(1) 細(xì)化等效電路（從物理概念出發(fā)）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。泄漏電阻，代表電導(dǎo)損耗。 介質(zhì)真空和無損耗極化所形成的電容，代表介質(zhì)介質(zhì)真空和無損耗極化

23、所形成的電容，代表介質(zhì)的無損耗極化。的無損耗極化。 有損耗極化形成的等效電阻有損耗極化形成的等效電阻. 代表各種代表各種1. 有損耗極化形成的等效電容有損耗極化形成的等效電容. 有損耗極化有損耗極化 lkRgCpRpC(2)計(jì)算用等效電路（或簡化等效電路）（從工程實(shí)際測量出發(fā)）計(jì)算用等效電路（或簡化等效電路）（從工程實(shí)際測量出發(fā)）2221)(11PPPPkeqRCRCRG2)(1PPPgeqRCCCC(3) 相量圖相量圖 介質(zhì)損耗角介質(zhì)損耗角 功率因數(shù)角功率因數(shù)角crJJtg 介質(zhì)損耗角介質(zhì)損耗角 為功率因數(shù)為功率因數(shù)角角 的余角，其正切的余角，其正切 tg 又可稱為又可稱為介質(zhì)損耗因數(shù)介質(zhì)損

24、耗因數(shù)，常用百分?jǐn)?shù)（常用百分?jǐn)?shù)（%）來表示。）來表示。 90 CtgUtgUIUIPCR2(4)損耗功率的表達(dá)式損耗功率的表達(dá)式二二. 吸收電流與吸收曲線吸收電流與吸收曲線 在等值電路上加上直在等值電路上加上直流電壓時，電介質(zhì)中流電壓時，電介質(zhì)中流過的將是電容電流流過的將是電容電流 i1、吸收電流吸收電流 i2 和傳和傳導(dǎo)電流導(dǎo)電流 i3 。三者隨時。三者隨時間的變化如上右圖。間的變化如上右圖。這三個電流分量加在這三個電流分量加在一起，即得出總電流一起，即得出總電流上右圖中的上右圖中的總電流總電流 i,它表示在直流電壓作它表示在直流電壓作用下，流過絕緣的總用下，流過絕緣的總電流隨時間而變化的電

25、流隨時間而變化的曲線，稱為曲線，稱為吸收曲線吸收曲線。i1i3i2iI606015I15i t(s)第二章 氣體放電的物理過程第一節(jié)第一節(jié) 氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生和消失氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生和消失第二節(jié)第二節(jié) 氣體放電機(jī)理氣體放電機(jī)理第三節(jié)第三節(jié) 電暈放電電暈放電第四節(jié)第四節(jié) 不均勻電場氣隙的擊穿不均勻電場氣隙的擊穿第五節(jié)第五節(jié) 雷電放電雷電放電第六節(jié)第六節(jié) 氣隙的沿面放電氣隙的沿面放電2.1氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生和消失氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生和消失 一一.帶電質(zhì)點(diǎn)在氣體中的運(yùn)動帶電質(zhì)點(diǎn)在氣體中的運(yùn)動1.自由行程長度自由行程長度 當(dāng)氣體中存在電場時，其中的帶電粒子將具有復(fù)雜的運(yùn)動當(dāng)氣體中存在電場時，其中

26、的帶電粒子將具有復(fù)雜的運(yùn)動軌跡，它們一方面與中性的氣體粒子（原子或分子）一樣，軌跡，它們一方面與中性的氣體粒子（原子或分子）一樣，進(jìn)行著混亂進(jìn)行著混亂熱運(yùn)動熱運(yùn)動，另一方面又將，另一方面又將沿著電場作定向漂移沿著電場作定向漂移。 各種粒子在空氣中運(yùn)動時都會不斷碰撞。各種粒子在空氣中運(yùn)動時都會不斷碰撞。 E 單位行程中的碰撞次數(shù)Z的倒數(shù)即為該粒子的平均自由平均自由行程長度行程長度。 實(shí)際的自由行程長度是隨機(jī)量隨機(jī)量，并有很大的分散性，粒子的平均自由形成長度等于或大于某一距離x的概率為： xxep所以電子的平均自由行程長度:式中 r氣體分子的半徑； N氣體分子的密度；由于 代入上式即得:Nre21

27、kTpNprkTe22.帶電粒子的遷移率帶電粒子的遷移率 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，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，但在電場力的驅(qū)動下，仍將沿著電場方向漂移，其速度但在電場力的驅(qū)動下，仍將沿著電場方向漂移，其速度u與場與場強(qiáng)強(qiáng)E其比例系數(shù)其比例系數(shù)k=u/E，稱為，稱為遷移率遷移率，它表示該帶電粒子單位，它表示該帶電粒子單位場強(qiáng)（場強(qiáng)（1V/m）下沿電場方向的漂移速度。）下沿電場方向的漂移速度。 由于電子的平均自由行程長度比離子大得多，而電子的質(zhì)由于電子的平均自由行程長度比離子大得多，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。量比

28、離子小得多。更易加速，所以電子的遷移率遠(yuǎn)大于離子。3.擴(kuò)散擴(kuò)散 氣體中帶電粒子和中性粒子的運(yùn)動還與粒子的濃度有關(guān)。氣體中帶電粒子和中性粒子的運(yùn)動還與粒子的濃度有關(guān)。在熱運(yùn)動的過程中，粒子會從濃度較大的區(qū)域運(yùn)動到濃度較在熱運(yùn)動的過程中，粒子會從濃度較大的區(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，這種物理過小的區(qū)域，從而使每種粒子的濃度分布均勻化，這種物理過程叫程叫擴(kuò)散擴(kuò)散。氣壓越低或溫度越高，則擴(kuò)散進(jìn)行的越快。電子。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)動速度大、自由行程長度大，所以其擴(kuò)散速度也要比的熱運(yùn)動速度大、自由行程長度大，所以其擴(kuò)散速度也要比離子快得多。離子快得

29、多。 二二.帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生 氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的來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是氣體放電的首要前提 電離電離產(chǎn)生帶電離子的物理過程稱為電離電離。 激勵激勵在常態(tài)下，電子受外界因素影響由低能量級軌道上躍遷到高能量級軌道的現(xiàn)象稱為激勵激勵。 產(chǎn)生激勵所需的能量（激勵能）等于該軌道和常態(tài)軌道的能級差 。2.電離的幾種形式電離的幾種形式(1)光電離光電離頻率為的光子能量為 W=h 式中 h普郎克常數(shù)=發(fā)生空間光電離的條件為發(fā)生空間光電離的條件為 或者 式中 光的波長，m

30、； c光速 Wi 氣體的電離能，eV。 seVsJ15341013. 41063. 6iWhiWhcsm/1038(2)撞擊電離撞擊電離 主要是電子碰撞電離。原因：1.電子小，自由程長，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 :勢能勢能eiExqWmvW221所以提高場強(qiáng)可以使碰撞電離加劇.（3）熱電離）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。（4）表面電離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。逸出功。主要發(fā)生在陰極，原因：陽極自由電子不會向氣體中釋放。主要有4種形式： 1. 熱電子發(fā)射熱電子發(fā)射： 金屬中

31、的電子在高溫下也能獲得足夠的動能而從金屬表面逸出，稱為熱電子發(fā)射。熱電子發(fā)射。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。2.強(qiáng)場發(fā)射（冷發(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)的電場時（106V/cm數(shù)量級），也能時陰極發(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。3. 正離子撞擊陰極表面正離子撞擊陰極表面：通常正離子動能不大，可忽略，只有在它的勢能等于或大于陰極材料逸出功兩倍時，才能引起陰極表面電離，這個條件可滿足。4.光電子發(fā)射光電子發(fā)射： 高能輻射先照射陰極時，會引起光電子發(fā)射，其條件是光子的能量應(yīng)

32、大于金屬的逸出功。 當(dāng)電子與氣體分子碰撞時，可能會發(fā)生電子與中性分子相結(jié)合而形成負(fù)離子的情況，這種過程稱為附著附著。易于產(chǎn)生負(fù)離子的氣體稱為電負(fù)性氣體。 這個過程有時需要放出能量，有時需吸收能量。 負(fù)離子的形成不會改變帶電質(zhì)點(diǎn)的數(shù)量，但卻使自由電子數(shù)負(fù)離子的形成不會改變帶電質(zhì)點(diǎn)的數(shù)量，但卻使自由電子數(shù)減少，因此對氣體放電的發(fā)展起抑制作用。（或有助于提高氣體減少，因此對氣體放電的發(fā)展起抑制作用。（或有助于提高氣體的耐電強(qiáng)度）的耐電強(qiáng)度）。如SF6氣體對電子有很強(qiáng)的親和性，因此具有高電氣強(qiáng)度。（5）負(fù)離子的形成負(fù)離子的形成三、帶電質(zhì)點(diǎn)的消失三、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

33、：(1)帶電粒子在電場的驅(qū)動下作定向運(yùn)動，在到達(dá)電極時，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。氣體中帶異號電荷的粒子相遇時，可能發(fā)生電荷的傳遞與中和，這種現(xiàn)象稱為復(fù)合復(fù)合，是與電離相反的一種過程。2.2 氣體放電機(jī)理氣體放電機(jī)理自持放電與非自持放電放電發(fā)展過程與電場的關(guān)系電子崩湯森德放電理論帕邢定律流注放電理論一一. 自持放電、非自持放電自持放電、非自持放電 當(dāng)場強(qiáng)小于某個臨界值 時候，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，稱這種放電為非自非自持放電持放電。 當(dāng)場

34、強(qiáng)大于某個臨界值 時，電子崩可以僅由電場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自持放電。crEcrE(二二) 在很不均勻的電場中(以棒電極為例)(1) 在電壓比較低時,棒極附近場強(qiáng)可能已超過臨界值,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,若電極間距不大,則有可能從電暈放電直接轉(zhuǎn)為整個間隙的火花擊穿,若電極間隙較大,則從電暈到擊穿之間還有刷狀放電的過渡階段.(3)電壓再提高,刷狀放電中的個別光束突發(fā)的前伸,形成明亮的火花通道到達(dá)對面電極,氣隙被就擊穿了.當(dāng)電源功率足夠時,火花擊穿迅速的轉(zhuǎn)變成電弧。(一一) 在大體均勻的電場中，各處場強(qiáng)的差異

35、不大,任意一處一旦形成自持放電,就會很快發(fā)展到整個間隙,氣隙即被直接直接擊穿擊穿.二二. 放電發(fā)展過程與電場的關(guān)系放電發(fā)展過程與電場的關(guān)系（三）電場不均勻系數(shù)（三）電場不均勻系數(shù)avEEfmax式中， Emax 最大電場強(qiáng)度； Eav 平均電場強(qiáng)度。 dUEav式中， U 電極間的電壓； d 極間距離。 f 4 以上時明顯地屬于極不均勻電場，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。 均勻電場均勻電場 f =1 不均勻電場不均勻電場 f 1三三. 電電 子子 崩崩 外界電離因子在陰極附近產(chǎn)生一個初始電子如果空間的電場強(qiáng)度足夠大，該電子在向陽極運(yùn)動時就會引起碰撞電離，產(chǎn)生

36、出一個新電子，初始電子和新電子繼續(xù)向陽極運(yùn)動，又會引起新的碰撞電離，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電子崩。第二節(jié)電子崩1. 適用條件 低氣壓、 短間隙的電場中。 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).SSfUb四四. 湯森德氣體放電理論湯森德氣體放電理論(1)系數(shù) ，表示一個電子由陰極到陽極每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) ，表示一個正離子由陽極到陰極每1cm路程中與氣體質(zhì)點(diǎn)相碰撞所產(chǎn)生的自由

37、電子數(shù)(平均值)。(3)系數(shù) ，表示一個正離子撞擊到陰極表面時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)、密度及該處的電場強(qiáng)度等因素有關(guān)。3. 引用三個系數(shù)來定量地反映所考慮的三種因素的作用ddxxn0nna4. 電子碰撞電離系數(shù)電子碰撞電離系數(shù)根據(jù)碰撞電離系數(shù)的定義，可得ndxdn分離變數(shù)并積分 ，可得xdxenn00均勻電場，不隨x 變化xenn0抵達(dá)陽極的電子數(shù)adaenn05. 自持放電條件與表面電離系數(shù)自持放電條件與表面電離系數(shù) 如果電壓( 電場強(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停止，

38、即放電僅僅依靠已經(jīng)產(chǎn)生出來的電子和正離子（它們的數(shù)目取決于電場強(qiáng)度）就能維持下去，這就變成了自持放電。 在整個路程撞擊出的正離子數(shù)為：0(1)adne 令 表示一個正離子撞擊到陰極表面時產(chǎn)生出來的二次電子數(shù)，則從金屬表面電離出的電子數(shù)為：0(1)adne 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，即自持放電條自持放電條件件為：00(1)(1)1adadnene 式（1-14）包含的物理意義為：一個電子從陰極到陽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(ead-1) ，如果它等于1，就意味著那個初試電子有了一個后繼電子，從而使放電得以自持。物

39、理物理意義 在不均勻電場中，各點(diǎn)的電場強(qiáng)度E不同，所以各處的 值也不同，在這種條件下，上面的自持條件應(yīng)改寫成：0(1)1ddxe 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，就會形成圖解閉環(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。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中加速碰撞電離電子崩（）過程 陰極表面二次發(fā)射 (過程）正離子圖 2-1 低氣壓、短氣隙情況下氣體的放電過程 第三節(jié) 自持放電放電條件放電過程SbUfTPPTTPss9 . 2五五.

40、帕邢定律帕邢定律Ub(kV)圖2-2 均勻電場中空氣的帕邢帕邢曲線0.51 2 3 5 10 20 30 50 100 300 100050201010.3520.20.1 0.5330S帕邢定律帕邢定律：在均勻的電場中，擊穿電壓 與氣體的相對密度 、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。bUSbU物理解釋：物理解釋：假設(shè)S保持不變，當(dāng)氣體密度 增大時，電子的平均自由行程縮短了，相鄰兩次碰撞之間，電子積聚到足夠動能的幾率減小了，故 必然增大。反之；當(dāng) 減到過小時，電子在碰撞前積聚到足夠動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)

41、卻減到很小 ，所以 也會增大。在這兩者之間，總有一個 值對造成撞擊游離最有利，此時 最小bUbUbU同樣，可假設(shè) 保持不變。 S值增大時，欲得一定的場強(qiáng)，電壓必須增大。當(dāng)S值減到過小時，場強(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S的值對造成撞擊游離最有利，此時 最小。bU湯森德放電機(jī)理的不足：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)不均勻的電場中，該理論不適用。其主要原因如下：湯森德理論沒有考慮電離出來的空間電荷會使電場畸變，從而對放電過程產(chǎn)生影響。湯森德理論沒有考慮光子在放電過程中的作用（空間光電離和陰極表面光

42、電離）。cmS26. 0六六. . 流注理論流注理論 高電壓技術(shù)面對的往往是高氣壓長氣隙的情況。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： (一一) 空間電荷對原有電場的影響空間電荷對原有電場的影響 電子崩的頭部集中著大部分的正離子和幾乎全部電子。原有均勻場強(qiáng)在電子崩前方和尾部處都增強(qiáng)了，在這兩個強(qiáng)場區(qū)中間出現(xiàn)了一個電場強(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)0.26Scm 上面所說的輻射源向氣隙空間各處發(fā)射光子而引起光電離。如果

43、光子位于強(qiáng)場區(qū)，二次電子崩將以更大得多的電離強(qiáng)度向陽極發(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程被稱為流注。流注。 (二二)空間光電離的作用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 流柱形成過程(a)(b)(c) 流注的特點(diǎn)：流注的特點(diǎn)：電離強(qiáng)度很大，傳播速度很快（超過初崩發(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出現(xiàn)流注的條件也就是自持放電條件。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，對于均勻電場

44、自持放電條件應(yīng)為：20ad 或 810ade2.3電暈放電電暈放電一一. 基本物理過程基本物理過程 在極不均勻電場中，最大場強(qiáng)與平均場強(qiáng)相差很大，以至當(dāng)外加電壓及其平均場強(qiáng)還較低的時候，電極曲率半徑較小處附近的局部場強(qiáng)已很大。 在這局部強(qiáng)場區(qū)中，產(chǎn)生強(qiáng)烈的游離，但由于離電極稍遠(yuǎn)處場強(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)場范圍內(nèi)。 伴隨著游離而存在的復(fù)合和反激勵，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，這就是電暈電暈。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（由微安級到毫安級），

45、但氣隙總的來看，還保持著絕緣狀態(tài)，還沒有被擊穿。3. 電暈放電是極不均勻電場所特有的一種自持放電形式。電暈放電是極不均勻電場所特有的一種自持放電形式。 它可以是極不均勻電場氣隙擊穿的第一個階段，也可以是長期存在的穩(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。二二. 電暈放電效應(yīng)電暈放電效應(yīng)1.伴隨著游離、復(fù)合、激勵、反激勵等過程而有聲、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)場的驅(qū)動下高速運(yùn)動，與氣體分子交換動量，形成“電風(fēng)”。當(dāng)電極固定得剛性不夠時，氣體對“電風(fēng)”的反作用力會使電暈極振動或轉(zhuǎn)動。3.

46、電暈會產(chǎn)生高頻脈沖電流，其中還包含著許多高次諧波，這會造成對無線電的干擾。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)生超過環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的噪聲。對人們會造成生理、心理的影響。6.電暈放電，會有能量損耗。三、消除電暈措施三、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.利用電暈放電來改善電場分布；3.利用電暈原理制造除塵器、靜

47、電涂噴裝置、臭氧發(fā)生器等2.4不均勻電場氣隙的擊穿不均勻電場氣隙的擊穿 極不均勻電場中的放電存在明顯的極性效應(yīng)極性效應(yīng)。在兩個電極幾何形狀不同的場合極性取決于曲率半徑較小的那個電極的電位符號，幾何形狀相同則取決于不接地的那個電極上的電位。 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)，說明放電發(fā)展過程的極性效應(yīng)。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，棒極附近強(qiáng)場區(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強(qiáng)度，加強(qiáng)了正離子群外部空間的電場。因此隨著電壓提高電暈的擴(kuò)展，強(qiáng)場區(qū)也將逐漸向

48、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。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，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而削弱外圍空間電場，電暈區(qū)不易向外擴(kuò)展，整個氣隙的擊穿是不順利的，氣隙的擊穿電壓要比正極性 時高很多，完成擊穿所需時間也比正極性時間長得多。 結(jié)論： （1） （2） 板起暈棒板起暈棒UU 板擊穿棒板擊穿棒UU二、長氣隙的擊穿 氣隙較長時，流注往往不能一次貫穿整個氣隙，而出現(xiàn)逐級推進(jìn)的先導(dǎo)放電現(xiàn)象。 長間隙的放電過程：電暈放電先導(dǎo)放電主放電整個氣隙被

49、擊穿。 電離形式：熱電離電離形式：熱電離。 雷電放電雷電放電是自然界的超長間隙放電，其先導(dǎo)過程和主放電過程發(fā)展的最充分。2.6 氣隙的沿面放電氣隙的沿面放電一、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的擊穿電壓低得多，而且也比極間距離

50、相同的純氣隙的擊穿電壓低不少。穿電壓低不少?？梢娨粋€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，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)電壓會更低。 （1） 固體介質(zhì)處于均勻電場中，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)中會遇到固體處于稍不均勻電場中、且界面與電力線大致平行的情況。此時的沿面放電特性與均勻電場的情況有些相似。E 固體介質(zhì)與氣體介質(zhì)交界面上的電場分布狀況對沿面放電特性有很大影響。界面電場分布可分為典型三種情況。 二、沿面放電的類型與特點(diǎn) 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

51、行，但沿面閃絡(luò)電壓仍要比空氣間隙的擊穿電壓低很多。說明電場發(fā)生了畸變，主要原因如下： （2）固體介質(zhì)處于極不均勻電場中，且界面電場的垂直分量 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)處于極不均勻電場中，但大部分分界面上的電場切線分量 Et 大于垂直分量 En 。右下圖。EtEnE（一）均勻和稍不均勻電場中的沿面放電。 在電壓還不高時，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)電壓超過某一臨界值后個別細(xì)線突然迅速增長，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

52、出現(xiàn)，成為滑閃放電滑閃放電。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)或簡稱 “閃絡(luò)” 。 （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，畸變了原有電場?？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，其中的離子受電場的驅(qū)動而沿著介質(zhì)表面移動，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造成沿面電場畸變。（二）極不均勻電場具有強(qiáng)垂直分量時的沿面放電。 這種絕緣子的兩個電極之間的距

53、離較長，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)場強(qiáng)要比均勻電場時低得多。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)場強(qiáng)大于前一種有滑閃放電時的情況。 三、沿面放電電壓的影響因素和提高方法三、沿面放電電壓的影響因素和提高方法 影響因素：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）電場形式 同樣的表面閃絡(luò)距離下均勻與稍不均勻電場閃絡(luò)電壓最高。界面電場主要為強(qiáng)切線分量的極不均勻電場中，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強(qiáng)垂直分量極不均勻電場則低得很多。（三）極不均勻電場垂直分量很弱時的沿面放電。 主要是

54、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，防止滑閃放電過早出現(xiàn)。對35kV以上的高壓套管要采用電容式套管和充油式套管。 四、固體表面有水膜時的沿面放電四、固體表面有水膜時的沿面放電 此處討論的是潔凈的瓷表面被雨水淋濕時的沿面放電，相應(yīng)的電壓稱為濕閃電壓。濕閃電壓。絕緣子表面有濕污層時的閃絡(luò)電壓稱為污閃電壓污閃電壓，將在后面再作探討。 提高方法： 如右圖，棒型絕緣子除最上面的一個傘裙的上表面會全部淋濕外，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被淋濕，只可能有少

55、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）段來承受。ABCA B 當(dāng)電壓升高時，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通道就造成整個絕緣子完全閃絡(luò)。如雨量特別大時，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、固體表面有水膜時的沿面放電 可見絕緣子在雨下有三種可能的閃絡(luò)途徑：沿濕表面AB和干表面BCA發(fā)展沿濕表面AB和空氣間隙BA發(fā)展；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

56、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)時對各級電壓的絕緣子應(yīng)有的傘裙數(shù)、三的傾角、傘裙直徑、傘裙伸出長度與傘裙間氣隙長度的比均應(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)展等四個階段。采取措施抑制或阻止其中任何一個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 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。外絕緣被污染的過程一般是漸進(jìn)的，但有時也可能是急速的。 染污絕緣子表面上的污層在干燥狀

57、態(tài)下一般不導(dǎo)電。遇到雨、霧、露等不利天氣時，污層被濕潤，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，所以電場強(qiáng)度很大。如果電場強(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。在霧、露天，污層濕潤度不斷增大

58、，泄漏電流也隨之增大，在一定電壓下能維持的局部電弧長度也不斷增大。一旦局部電弧達(dá)到某一臨界長度時弧道溫度已很高，弧道的進(jìn)一步伸長不需要更高電壓，而是自動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。自動重合閘成功率遠(yuǎn)低于雷擊閃落時，造成事故的擴(kuò)大和長時間停電。就經(jīng)濟(jì)損失而言，污閃在各類事故中居首位。 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“等值附鹽密度等值附鹽密度”（簡稱“等值鹽密等值鹽密”）來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

59、污穢刮下，溶于300ml蒸餾水，測出其在20水溫時的電導(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，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）（一）調(diào)整爬距（增大泄漏距離） 爬電比距爬電比距 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)定的爬電比距來選擇絕緣子串的總爬電距離和片數(shù)。 六、污閃事故的對策 下表為各污穢等級所要求的爬電比距值 3.10(3.41)3.10(3.57)2.91 3.45(3

60、.20 3.80)2.78 3.30(3.20 3.80)2.50(2.75)2.50(2.88)2.27 2.91(2.50 3.20)2.17 2.78(2.50 3.20)2.00(2.20)2.00(2.30)1.82 2.27(2.00 2.50)1.74 2.17(2.00 2.50)1.60(1.76)1.60(1.84)1.45 1.82(1.60 2.00)1.39 1.74(1.60 2.00)_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 注注 括號