高電壓技術(shù)前言及第一章

1、高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)東北石油大學(xué)電氣工程系高金蘭選擇了專業(yè) 就是選擇了工作的方向為了能夠工作好 要把專業(yè)課學(xué)好 “高電壓工程”（High Voltage Engineering）這一術(shù)語是在1915年由美國工程師皮克（F.W.Peek）首次提出，時隔多年，大型系列國際會議-國際高電壓工程學(xué)術(shù)會議（International Symposium on High Voltage Engineering）首次于1972年在德國慕尼黑召開，當(dāng)時規(guī)模并不大，如今該會每兩年召開一次，議題的廣泛和參加會議的人數(shù)之多已遠(yuǎn)非第一、第二界會議可比。 所以說，高電壓技術(shù)是在20世紀(jì)初為實現(xiàn)高壓輸電而形成的一個電力工

2、程分支學(xué)科，具有顯著的工程應(yīng)用特點。緒論一、電力系統(tǒng)的電壓等級是如何劃分的？電暈電暈電能污染電能污染1kV0.4kV0.22kV36V高壓低壓普通高壓1250kV超高壓2501000kV特高壓1000kV及以上 二、為什么采用高電壓？ P=UI 電力系統(tǒng)輸送的電功率P正比于電壓U和電流I，對于一定的功率P，U升高，I下降，則線路損耗P=I2r減少。 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(jì)、快捷、安全、方便、清潔。發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)升壓升壓變壓器變壓器負(fù)荷負(fù)荷中心中心電力電力用戶用戶高壓輸電線高壓輸電線三、

3、要采用高電壓首先要解決的技術(shù)問題是什么？例：用青殼紙和電纜紙作絕緣的10.5kV、10MW的發(fā)電機(jī)，改用粉云母紙作絕緣，其他條件不變時，發(fā)電機(jī)容量就提高到12.5MW，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：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(hù)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

4、 kV的系統(tǒng)。 1、絕緣問題，各種介質(zhì)在各種電壓下的電氣性能，以使其得到合理利用；42、過電壓防護(hù)問題，運行中作用于絕緣上的各種過電壓的性質(zhì)、產(chǎn)生和發(fā)展過程，以便采取限制措施；43、高電壓試驗問題，電氣設(shè)備的高電壓試驗技術(shù)，以便檢驗設(shè)備的安全性能。44、電磁環(huán)境問題。 四、高電壓技術(shù)課程講授的四個問題：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。高壓研究的是絕緣，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

5、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)挄髡叱霭嫔缒闔igh Voltage Engineering and Testing (2nd edition)Hugh M.RyanThe Institute of Electrical Engineers Press2001Newnes Electrical Engineers HandbookD. F .WarneNewnes Press2000High Voltage Direct Current TransmissionJos ArrillagaInsulation of Electrical Engineer

6、s1998High Voltage Engineering in Power SystemsKhalil DennoCRC Press1992High Voltage SwitchgearM. ZhavoronkovMir Publishers1989High Voltage Engineering FundamentalsE. Kuffel,W. S. Zaengl Pergamon Press1984High Voltage Measurement, Testing and DesignT. J. Gallagher，A. J. PearmainJohn Wiley & Sons

7、Press1983High Voltage EngineeringNaidu M S. et al.Tata McGraw-Hill1982High Voltage Vacuum InsulationR.V. LathamAcademic1981Partial Discharge Detection in High-Voltage EquipmentF.H.KreugerButterworths1964Discharge Detection in High Voltage EquipmentKreuger, FrederickHeywood1964英文參考書： 中文參考書： 書名作者出版社年電

8、氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的理論與實踐吳廣寧清華大學(xué)出版社2005高電壓技術(shù)中野義映科學(xué)出版社2004高電壓工程梁曦東清華大學(xué)出版社2003電氣設(shè)備油中氣體在線監(jiān)測與故障診斷技術(shù)孫才新科學(xué)出版社2003電介質(zhì)理論李景德科學(xué)出版社2003高電壓絕緣與試驗技術(shù)劉明光西南交通大學(xué)出版社2001高電壓技術(shù) 文遠(yuǎn)芳 華中科技大學(xué)出版社2001高壓電氣設(shè)備試驗方法 李建明中國電力出版社2001高電壓與絕緣技術(shù)小崎正光科學(xué)出版社2001高電壓試驗工程肖如泉清華大學(xué)出版社2001電介質(zhì)材料及其介電性能科埃略科學(xué)出版社2000高電壓技術(shù)趙智大中國電力出版社1999高電壓技術(shù)的應(yīng)用 余存儀水利電力出版社1995高電壓工程邱毓

9、昌西安交大出版社1995高壓電氣設(shè)備絕緣診斷技術(shù) 雷國富水利電力出版社1994高電壓絕緣朱德恒清華大學(xué)出版社1991高電壓技術(shù) 簡克良中國鐵道出版社1989電力系統(tǒng)過電壓與絕緣配合張緯鈸清華大學(xué)出版社1988高電壓工程阿卜杜勒水利電力出版社1984高電壓設(shè)備的絕緣監(jiān)測 斯維水利電力出版社1984學(xué)術(shù)期刊 刊 名出 版 單 位種類國家中國電機(jī)工程學(xué)報中國電機(jī)工程學(xué)會半月刊中國電力系統(tǒng)自動化國家電力公司電力自動化研究院半月刊中國電工電能新技術(shù)中國科學(xué)院電工研究所季刊中國電網(wǎng)技術(shù)中國電力科學(xué)研究院半月刊中國電工技術(shù)學(xué)報中國電工技術(shù)學(xué)會雙月刊中國高電壓技術(shù)國家電力公司武漢高壓研究所月刊中國電力系統(tǒng)及自

10、動化學(xué)報天津大學(xué)雙月刊中國清華大學(xué)學(xué)報清華大學(xué)月刊中國IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation Institute of Electrical and Electronic Engineers月刊美國IEEE Electrical insulation magazineInstitute of Electrical and Electronic Engineers月刊美國IEEE Transaction on Power DeliveryInstitute of Electrical and Electronic En

11、gineers月刊美國IEEE Transaction on Power SystemInstitute of Electrical and Electronic Engineers月刊美國IEEE Transaction on Instrumentation and MeasurementInstitute of Electrical and Electronic Engineers月刊美國IEE Conference Publication Institute of Electrical Engineers月刊英國KIEE International Transactions on Ele

12、ctrophsics and ApplicationsKorean Institute of Electrical Engineers月刊韓國IEEE Power Engineering ReviewInstitute of Electrical and Electronics Engineers月刊美國IEE Power Engineering Journal Institute of Electrical Engineers雙月刊英國Transactions on Electrical and Electronic MaterialsKorean Institute of Electric

13、al and Electronic Material Engineers雙月刊韓國氣體氣體的絕緣特性的絕緣特性第一章第一章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。一、補充的基本概念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。7、閃絡(luò)：固體表面和氣體或液體構(gòu)成并聯(lián)介質(zhì)時，放點 往往

14、沿著固體表面發(fā)生。1.空氣在強電場下放電特性一.氣體電介質(zhì)中帶點質(zhì)點的產(chǎn)生與消失 氣體在正常狀態(tài)下是良好的絕緣體,在一個立方厘米體積內(nèi)僅含很少的帶電粒子,具有良好的絕緣特性，不導(dǎo)電。 特別是空氣，是電力系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛的絕緣材料。 輸電線路以氣體作為絕緣材料 變壓器相間絕緣以氣體作為絕緣材料 但是在較高電壓的作用下，氣體就會從少量的電符產(chǎn)生大量的電符，失去絕緣能力發(fā)生放電現(xiàn)象。一旦電壓解除后,氣體電介質(zhì)能自動恢復(fù)絕緣狀態(tài)2.帶電質(zhì)點的產(chǎn)生與消失(1) 激發(fā) 原子在外界因素作用下,其電子躍遷到能量較高的狀態(tài)(2)游離 原子在外界因素作用下,使其一個或幾個電子脫離原子核的束博而形成自由電子和正離

15、子(3)游離的方式 a.碰撞游離 b.光游離 c.熱游離 d.金屬表面游離碰撞游離 當(dāng)帶電質(zhì)點具有的動能積累到一定數(shù)值后，在與氣體原子（或分子）發(fā)生碰撞時，可以使后者產(chǎn)生游離，這種由碰撞而引起的游離稱為碰撞游離引起碰撞游離的條件：iWm221iW：氣體原子（或分子）的游離能碰撞游離是氣體放電中主要帶電粒子來源。紅球：氣體分子小綠球：電子粉色球：正離子紅球帶綠球：負(fù)離子光游離 由光輻射引起氣體原子（或分子）的游離稱為光游離產(chǎn)生光游離的條件：iWhh:普朗克常數(shù):光的頻率光游離是起始帶電粒子的主要來源。熱游離氣體在熱狀態(tài)下引起的游離過程稱為熱游離產(chǎn)生熱游離的條件：iWKT 23K:波茨曼常數(shù)T:絕

16、對溫度熱游離是碰撞和光游離的綜合。金屬表面游離電子從金屬電極表面逸出來的過程稱為表面游離。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。Eg：電極加熱、正離子撞擊陰極等，都可以使陰極發(fā)射電子，它是氣體放電起始電子的主要來源。日光燈中起始帶電粒子來源于熱電子發(fā)射。(4)去游離 氣體放電過程中，不斷產(chǎn)生游離過程，同時還存在帶電質(zhì)點的消失過程，稱為去游離過程。 去游離可使氣體迅速恢復(fù)絕緣狀態(tài)。a.擴(kuò)散 帶電質(zhì)點從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域運動.b.復(fù)合 正離子與負(fù)離子相遇而互相中和還原成中性原子c.附著效應(yīng) 電子與原子碰撞時,電子附著原子形成負(fù)離子負(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

17、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。二.均勻電場中氣體放電特性1.湯遜放電理論.適用條件:均勻電場,低氣壓,短間隙實驗裝置：右圖研究對象：間隙電流和極間電壓的關(guān)系均勻電場中氣體的伏安特性分析：oa段:隨著電壓升高，帶電質(zhì)點沿電場方向運動的數(shù)量和速度也隨之增大ab段：電流不再隨電壓的增大而增大bc段：電流又再隨電壓的增大而增大c點:電流急劇突增電子崩 在電場作用下電子從陰極向陽極推進(jìn)而形成的一群電子非自持放電 去掉外界游離因素的作用后,放電隨即停止自持放電 不需要外界游離因素存在,放電也能維持下去（1）幾個概

18、念： 起始放電電壓： 有非自持放電轉(zhuǎn)入自持放電的電壓電子崩的形成電子崩的形成 外界游離因素作用在陰極附近產(chǎn)生一個初始電子在足夠大的電場強度下，該電子在向陽極運動時就會引起碰撞游離，產(chǎn)生出一個新電子，初始電子和新電子繼續(xù)向陽極運動，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。激勵能第二節(jié)電子崩(2).自持放電條件a.電子的空間碰撞系數(shù) 一個電子在電場作用下在單位行程里所發(fā)生的碰撞游離數(shù) b.正離子的表面游離系數(shù) 一個正離子到達(dá)陰極,撞擊陰極表面產(chǎn)生游離的電子數(shù)電子碰撞電離系數(shù) ，表示一個電子沿電場方向運

19、 動1cm ，的行程所完成的碰撞電離次數(shù)平均值。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 xenn0Sdxxn0nna電子碰撞電離系數(shù)抵達(dá)陽極的電子數(shù)0aSann e圖中新增加的電子數(shù)或離子數(shù)0(1)aSannne 放放電不能自持自持放電條件可表達(dá)為:1) 1(Se即：湯遜放電理論。 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一個電子，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。(3)巴申定律a.表達(dá)式:)(PSfUFP:氣體壓力 S:極間距離 利用湯遜理論的自持放電條件，以及碰撞電離

20、系數(shù) 于氣壓 p 、電場強度E 的關(guān)系式，并考慮均勻電場中自持放電起始場強 ，可得到下面的關(guān)系式00UES0()()ln1ln(1)B pSUA pS （1-16） 由于均勻電場氣隙的擊穿電壓 Ub 等于它的自持放電起始電壓 U0 , 所以上式表明： U0 或 Ub 是氣壓和極間距離的乘積（ pS) 的函數(shù)，即 Ub = f ( pS ) (1-17)第三節(jié) 自持放電條件第四節(jié) 起始電壓與氣壓的關(guān)系 擊穿電壓Ub具有極小值，提高氣壓或降低氣壓到真空都能提高氣隙的擊穿電壓 上式即為巴申定律巴申定律，Ub = f ( pS ) 曲線稱為巴申曲線。它表明：如果改變極間距離S 的同時，也相應(yīng)的改變氣壓

21、 p ，而是pS的乘積不變，則極間距離不等的氣隙的擊穿電壓卻彼此相等。 上述巴申定律是在溫度T不變的條件下得出 的。在氣溫 T 并非恒定的情況下，式（1-17）應(yīng)改寫成Ub = F ( S ) (1-18) 式中 氣體的相對密度。第三電條件巴申定律五、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，所以總游離數(shù)降低，擊穿電壓提高。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、

22、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。Uf(kV)均勻電場中空氣的巴申曲線0.10.20.30.51 2 3 5 10 20 30 50 100 300 100050201010.3520.20.1 0.5330PS(x133.3Pa.cm)巴申曲線b.均勻電場中氣體的擊穿電壓UF與PS的關(guān)系（4）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

23、電壓比實際值高； 2、按湯遜理論計算的擊穿所需時間比實際值長； 3、一般間隙的擊穿電壓與陰極材料無關(guān)；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(jìn)行了解釋。(1)流注理論要點: 認(rèn)為電子碰撞游離及空間光游離是維持自持放電的主要因素,流注形成便達(dá)到了自持放電條件,它強調(diào)了空間電符畸變電場的作用和熱游離的作用.(2)放電簡單流程圖:有效電子(經(jīng)碰撞游離)-電子崩(畸變電場)-發(fā)射光子(在強電場作用下)-產(chǎn)生新的電子崩(二次崩)-形成混質(zhì)通道(流注)-由陽極向陰極(陽極流注) 擊穿.2.流注理論 流柱形成過程(a)(b)(c)(d)+-

24、流注理論內(nèi)容4一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。l當(dāng)初始電子崩發(fā)展到陽極時，電子迅速進(jìn)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，又形成新的電子崩，稱為子

25、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。l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。 流柱理論認(rèn)為：流柱理論認(rèn)為：在初始階段，氣體放電以碰撞電離和電子崩的形式出現(xiàn)，但當(dāng)電子崩發(fā)展到一定程度后，某一初始電子崩的頭部積聚到足夠數(shù)量的空間電荷，就會引起新的強烈電離和二次電子崩，這種強烈的電離和二次電子崩是由于空間電荷使局部電場大大增強以

26、及發(fā)生空間光電離的結(jié)果，這時放電即轉(zhuǎn)入新的流柱階段。第三節(jié) （自持放電條件 （二）空間光電離的作用 流柱理論 流柱的特點：流柱的特點：電離強度很大，傳播速度很快（超過初崩發(fā)展速度10倍以上）。 出現(xiàn)流柱后放電便獲得獨立繼續(xù)發(fā)展的能力，而不在依賴外界電離因子的作用，可見，出現(xiàn)流柱的條出現(xiàn)流柱的條件也就是自持放電條件。件也就是自持放電條件。第三節(jié) 自持放電條件流柱的特點4流注理論能解釋湯遜理論解釋不了的現(xiàn)象 4流注的形成本身就是一個通道，當(dāng)某一流注發(fā)展較快時，以至其他流注的形成和發(fā)展，因此整個放電通道是狹窄的4放電的發(fā)展不是靠正離子撞擊陰極產(chǎn)二次電子來維持，而是靠空間光游離產(chǎn)生廣電子來維持，所以擊

27、穿電壓與陰極材料無關(guān)。4放電之所以迅速是因為二次繃得其實電子是光子，速度比電子大得多，流注發(fā)展迅速，所以放電時間短1.3不均勻電場中氣隙的放電特性1.3.1.電暈放電 不均勻電場中,一定電壓作用下，在曲率半徑小的電極附近首先達(dá)到自持放電條件發(fā)生局部放電,并發(fā)出大量光輻射,有些像日月的暈光,稱為電暈放電.1.電暈放電的概念在110kV以上的變電所和線路上，時常能聽到“陛哩”的放電聲和淡藍(lán)色的光環(huán)，這就是電暈。高壓電機(jī)定子繞組在通風(fēng)槽口及直線出槽口處、繞組端部電場集中，氣體發(fā)生局部電離，在電離處出現(xiàn)藍(lán)色熒光，這即是電暈現(xiàn)象。 電暈起始電壓：開始出現(xiàn)電暈時的電壓。 電暈放電是極不均勻電場所特有的一種

28、自持放電形式，通常作為區(qū)別均勻和不均勻電場放電的標(biāo)志。 注意：電暈起始電壓不等于擊穿電壓，要擊穿還需繼續(xù)升高電壓 不均勻電場中，（1）電暈起始電壓主要取決于電極表面形狀，半徑越小電暈起始電壓越低，而與間隙距離無關(guān)。（2）擊穿電壓主要取決于間隙距離，距離越大擊穿電壓越高。2.電暈放電有弊有利：一條110kV電力線路和一個110kV變電所組成的電力系統(tǒng)有50個地方會產(chǎn)生電暈現(xiàn)象，那么這個電力系統(tǒng)所損耗的功率就有5511kW，其電能損耗不亞于一臺2萬kVA的電力變壓器的空載損耗。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國每年因電暈損耗的電能達(dá)到了20.5億kWh。 （1）電暈的危害：）電暈的危害： a. 電暈放電所產(chǎn)生的光

29、、聲、熱等效應(yīng)使空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，會消耗一些能量，電暈損耗是超高壓輸電線路電能損耗的主要原因之一。壞天氣電暈功率損耗會比好天氣時大得多。 b. 電暈會對無線電和電視廣播產(chǎn)生干擾，還可能產(chǎn)生超過環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的噪聲。 可以削弱輸電線路上雷電沖擊電壓波的幅值和陡度，也可以使操作過電壓衰減，還可以利用它凈化工業(yè)廢、凈化水，發(fā)展靜電噴涂技術(shù)和除塵。所謂粉末靜電噴涂就是利用高壓靜電電暈電場的原理。在噴槍頭部金屬導(dǎo)流標(biāo)上接上高壓負(fù)極，被噴涂工件接地形成正極，使噴槍和工件之間形成一個較強的靜電電場。當(dāng)作為運載氣體的壓縮空氣，將粉末涂料從供粉桶經(jīng)粉管送到噴槍的導(dǎo)流桿時，由于導(dǎo)流桿接上高壓負(fù)極產(chǎn)生的電暈放電，在其附近

30、產(chǎn)生了密集的負(fù)電荷，使粉末帶上負(fù)電荷，并進(jìn)入了電場強度很高的靜電場，在靜電力和運載氣體的雙重作用下，粉末均勻地飛向接地工件表面形成厚薄均勻的粉層，再加熱固化轉(zhuǎn)化為耐久的涂膜。 （2）電暈的利用：）電暈的利用： （1）根本的途徑是設(shè)法限制和降低導(dǎo)線的表面電場強度 （2）可采用擴(kuò)徑導(dǎo)線和空心導(dǎo)線，更加合適的措施是采 用分裂導(dǎo)線。分裂導(dǎo)線。電暈的危害防暈方法防止和減輕電暈的方法：防止和減輕電暈的方法：1.3.2.極性效應(yīng) 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)

31、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.極性效應(yīng)(1).正棒-負(fù)板分析：a.由于捧極附近積聚起正空間電荷，削弱了電離，使電暈放電難以形成，造成電暈起始電壓提高。b.由于捧極附近積聚起正空間電荷在間隙深處產(chǎn)生電場加強了朝向板極的電場，有利于流注發(fā)展，故降低了擊穿電壓。(2).負(fù)棒-正板分析：a.捧附近正空間電荷產(chǎn)生附加電場加強了朝向棒端的電場強度，容易形成自持放電，所以其電暈起始電壓較低。b.在間隙深處，正空間電荷產(chǎn)生的附加電場與原電場方向相反，使放電的發(fā)展比較困難，因而擊穿電壓較高。（3）棒-棒間隙不難理解棒-

32、棒間隙擊穿電壓接與上述兩者之間，試自行分析。結(jié)論：在相同間隙下正捧-負(fù)板負(fù)捧-正板電暈起始電壓UC間隙擊穿電壓UF 高 中 低 低 中 高捧-棒1.4雷電沖擊電壓下氣隙的擊穿特性 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， 通用符號為1.2us/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。 。2.放電時延(1).間隙擊穿要滿足二個條件a.一定

33、的電壓幅值b.一定的電壓作用時間(2).統(tǒng)計時延t s 通常把電壓達(dá)間隙的靜態(tài)擊穿電壓開始到間隙中出現(xiàn)第一個有效電子為止所需的時間(3).放電形成時延tf從第一個有效電子到間隙完成擊穿所需的時間(4).放電時延tLtL=ts+tf氣體間隙在沖擊電壓作用下?lián)舸┧枞繒r間：t=t1+ts+tf其中：ts+tf 就是放電時延tL3. 50%沖擊放電電壓U50%放電概率為50%時的沖擊放電電壓50%沖擊放電電壓與靜態(tài)放電壓的比值稱為絕緣的沖擊系數(shù)pu擊u50%50%0%50UU4. 伏秒特性(1) 定義同一波形、不同幅值的沖擊電壓下，間隙上出現(xiàn)的電壓最大值和放電時間的關(guān)系曲線(2) 曲線求取方法(3

34、) 電場均勻程度對曲線的影響 不均勻電場由于平均擊穿電場強度較低,而且流注總是從強場區(qū)向弱場區(qū)發(fā)展,放電速度受到電場分布的影響,所以放電時延長,分散性大,其伏秒特性曲線在放電時間還相當(dāng)大時,便隨時間之減小而明顯地上翹,曲線比較陡. 均勻或稍不均勻電場則相反,由于擊穿時平均場強較高,流注發(fā)展較快,放電時延較短,其伏秒特性曲線較平坦.(4) 實際意義S1被保護(hù)設(shè)備的伏秒特性曲線，S2保護(hù)設(shè)備的伏秒特性曲線為了使被保護(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.五. 大氣條件對氣體間隙擊穿電壓的影響1. 標(biāo)準(zhǔn)大氣條件大氣壓力 P0=101.3k

35、pa溫度 濕度 f0=11g/m3C0202. 相對密度的影響相對密度 p=0.289- T當(dāng)在0.95到1.05之間時,空氣間隙的擊穿電壓U與成正比U= U03. 濕度的影響(1). 均勻或稍不均勻電場濕度的增加而略有增加,但程度極微,可以不校正(2). 極不均勻電場由于平均場強較低,濕度增加后,水分子易吸附電子而形成質(zhì)量較大的負(fù)離子,運動速度,減慢游離能力大大降低,使擊穿電壓增大.因此需要校正.4. 高度的影響隨著高度增加,空氣逐漸稀薄,大氣壓力及空氣相對密度下降,間隙的擊穿電壓也隨之下降.U=ka U0 10001 . 11Hk六. 提高氣體間隙絕緣強度的方法有兩個途徑:一個是改善電場分

36、布,使之盡量均勻;另一個是削弱氣體間隙中的游離因素.1. 改善電場分布的措施(1). 改變電極形狀(2). 利用空間電荷對電場的畸變作用 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

37、下降。(3). 極不均勻電場中采用屏障4、沖擊電壓作用下正極性棒對屏蔽的作用大約與持續(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x/l=0.2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)間隙當(dāng)屏障與棒極之間的距離約等于間隙的距離的15%-20%時，間隙的擊穿電壓提高得最多，可達(dá)到無屏障時的2-3倍2

38、. 削弱游離因素的措施(1). 采用高氣壓 氣體壓力提高后，氣體的密度加大，減少了電子的平均自由行程，從而削弱了碰撞游離的過程。 如高壓空氣斷路器和高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器等10kv高壓標(biāo)準(zhǔn)介損器(2). 采用高真空 氣體間隙中壓力很低時，電子的平均自由行程已增大到極間空間很難產(chǎn)生碰撞游離的程度。 如真空電容器、真空斷路器等真空電容器真空斷路器(3). 采用高強度氣體SF6氣體屬強電負(fù)性氣體,容易吸附電子成為負(fù)離子,從而削弱了游離過程.提高壓力后可相當(dāng)于一般液體或固體絕緣的絕緣強度.它是一種無色、無味、無臭、無毒、不燃的不活潑氣體，化學(xué)性能非常穩(wěn)定，無腐蝕作用。它具有優(yōu)良的滅弧性能，其滅弧能力是空氣的1

39、00倍，故極適用于高壓斷路器中。1.7沿面放電 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時，其沿面閃絡(luò)電壓起著決定性作用，必須要

40、考慮。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(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。一、 什么叫沿面放電沿著固體介質(zhì)表面的氣體發(fā)生的放電沿面放電電壓通常比純空氣間隙的擊穿電壓要低二、 影響沿面放電的因素(1). 固體介質(zhì)處于均勻電場中,且界面與電力線平行;界面電場分布的三種典型情況： 1. 絕緣表面狀態(tài)的影響 例如： 在平行板的均勻電場中放一瓷柱，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

41、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？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)中的電場分布極不均勻，所以很容易發(fā)生局部放電。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。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

42、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。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。(2). 固體介質(zhì)處于極不均勻電場中,且電力線垂直于界面的分量比平行于界面的分量大得多;類似套管即：具有強垂直分量極不均勻電場中沿面放電a、放電發(fā)展過程 在電壓比較低時

43、，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，滑閃溝通兩極形成閃絡(luò)。b、 極不均勻電場中沿面放電的形成 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。c、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

44、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）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。d、提高沿面閃絡(luò)電壓措施A）.減小套管的體積電容。如增大固體介質(zhì)厚度，加大法蘭處套管的外經(jīng)B）.減小絕緣的表面電阻。如在套管近法蘭處涂半導(dǎo)體漆或半導(dǎo)體釉瓷套管變壓器用電容套管穿墻套管(3). 固體介質(zhì)處于極不均勻電場中,且電力線平行于界面的分量以垂直于界面的分量大得多.類似支持絕緣子即：極不均勻電場具有強切線分量時的沿面放電(支柱絕緣子

45、型) 由于電極本身的形狀和布置己使電場很不均勻，沿面閃絡(luò)電壓較低。故介質(zhì)表面積聚電荷使電壓重新分布不會顯著降低沿面閃絡(luò)電壓，為了提高沿面閃絡(luò)電壓，一般從改進(jìn)電極形狀，如采用屏蔽罩和均壓環(huán)。復(fù)合支持絕緣子戶外高壓支持絕緣子高壓隔離開關(guān)支柱絕緣子2. 絕緣子表面污穢時的沿面放電 戶外絕緣子，會受到工業(yè)污穢或自然界鹽堿、飛塵等污染，在干燥時，由于污穢塵埃電阻很大，絕緣子表面泄漏電流很小，對絕緣子安全運行無危險；但下雨時，絕緣子表面容易沖掉，而大氣濕度較高，或在毛毛雨、霧等氣候下，污穢塵埃被潤濕，表面電導(dǎo)劇增，使絕緣子的泄漏電流劇增，降低閃絡(luò)電壓。三、防止絕緣子的污閃，應(yīng)采取措施(1).對污穢絕緣子定

46、期或不定期進(jìn)行清洗 (2). 絕緣子表面涂一層防塵材料(3).加強絕緣和采用防污絕緣子(4).采用半導(dǎo)體釉絕緣子（5）電介質(zhì)表面采用帶有瓷裙的結(jié)構(gòu)。對瓷柱進(jìn)行清洗四、 絕緣子串的電壓分布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330kV線路用19片絕緣子為例：相電壓為209.5kV,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)

47、計和運行時就有電暈，為什么？ 其原因是絕緣子上的電位分布是不均勻的，第一片絕緣子上分擔(dān)的電壓為11.5%相電壓，即24.1kV,已經(jīng)超過起暈電壓。為什么電壓分布是不均勻的呢？ 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。 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

48、一般為0.5-1 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。4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。小 結(jié)4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。4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。4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。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