高電壓設(shè)備測(cè)試全套課件

1、項(xiàng)目一 電介質(zhì)絕緣特性測(cè)試 任務(wù)一 氣體介質(zhì)擊穿測(cè)試 課程名稱：高電壓設(shè)備測(cè)試知識(shí)目標(biāo) 1. 掌握氣體放電理論 2. 熟悉電介質(zhì)的基本特性 3. 掌握氣體放電的擊穿特性 能力目標(biāo) 1. 能用高壓測(cè)試裝置進(jìn)行氣隙放電的測(cè)試 2. 能夠在專人監(jiān)護(hù)和配合下獨(dú)立完成整個(gè)測(cè)試過(guò)程 3. 能根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程對(duì)測(cè)試結(jié)果做出正確的判斷和比較全面的分析1.1 氣體中帶電粒子的產(chǎn)生和消失在電場(chǎng)作用下，氣隙中帶電粒子的形成和運(yùn)動(dòng)過(guò)程氣隙中帶電粒子是如何形成的？氣隙中的導(dǎo)電通道是如何形成的？氣隙中導(dǎo)電通道形成后是如何維持持續(xù)放電的？ 原子激勵(lì)和電離 （預(yù)備知識(shí)）原子能級(jí) 單位為電子伏（eV） 1eV1V1. 610

2、-19C1.610-19J原子激勵(lì) 原子在外界因素作用下，其電子躍遷到能量較高的狀態(tài)，所需能量稱為激勵(lì)能We 激勵(lì)狀態(tài)恢復(fù)到正常狀態(tài)時(shí)，輻射出相應(yīng)能量的光子，光子（光輻射）的頻率 原子電離 原子在外界因素作用下，獲得能量，使其一個(gè)或幾個(gè)電子脫離原子核的束縛而形成自由電子和正離子的過(guò)程 電離過(guò)程所需要的能量電離能Wi（10-15 eV），也可用電離電位Ui（V） 1.1.1 氣體中帶電粒子的產(chǎn)生（一）氣體分子的電離可由下列因素引起： （1）電子或正離子與氣體分子的碰撞電離 （2）各種光輻射（光電離） （3）高溫下氣體中的熱能（熱電離）（二） 金屬（陰極）的表面電離（一）碰撞電離自由行程：粒子在兩

3、次碰撞之間的行程電子的平均自由行程要比分子和離子的大得多氣體分子密度越大，其中粒子的平均自由行程越小。對(duì)于同一種氣體，其分子密度和該氣體的密度成正比自由行程自由行程的分布： 具有統(tǒng)計(jì)性的規(guī)律。粒子的自由行程大于x的概率為 如果起始有n0個(gè)粒子（或一個(gè)粒子的相繼n0次碰撞），則其中行過(guò)距離x后，尚未被碰撞的粒子數(shù)（或次數(shù)）n(x)應(yīng)為 粒子的平均自由行程 ：一個(gè)粒子在與氣體分子相鄰兩次碰撞之間自由地通過(guò)的平均行程電子在其自由行程內(nèi)從外電場(chǎng)獲得動(dòng)能 ，能量除決定于電場(chǎng)強(qiáng)度外，還和其自由行程有關(guān) （一）碰撞電離 氣體放電中，碰撞電離主要是由電子和氣體分子碰撞而引起的 在電場(chǎng)作用下，電子被加速而獲得動(dòng)

4、能。當(dāng)電子的動(dòng)能滿足如下條件時(shí)，將引起碰掩電離 碰撞電離的形成與電場(chǎng)強(qiáng)度和平均自由行程的大小有關(guān)（二）光電離 光輻射引起的氣體分子的電離過(guò)程稱為光電離 自然界、人為照射、氣體放電過(guò)程當(dāng)氣體分子受到光輻射作用時(shí)，如光子能量滿足下面條件，將引起光電離，分解成電子和正離子光輻射能夠引起光電離的臨界波長(zhǎng)（即最大波長(zhǎng)）為對(duì)所有氣體來(lái)說(shuō)，在可見(jiàn)光（400750nm）的作用下，一般是不能直接發(fā)生光電離的 (三）熱電離 因氣體熱狀態(tài)引起的電離過(guò)程熱電離（碰撞電離與光電離的綜合） 氣體分子的平均動(dòng)能和氣體溫度的關(guān)系為 在它們相互碰撞時(shí)，就可能引起激勵(lì)或電離 在高溫下，例如發(fā)生電弧放電時(shí)，氣體溫度可達(dá)數(shù)千度，氣體

5、分子動(dòng)能就足以導(dǎo)致發(fā)生明顯的碰撞電離 高溫下高能熱輻射光于也能造成氣體的電離 （四）金屬（陰極）的表面電離 陰極發(fā)射電子的過(guò)程 逸出功（15eV） ：與金屬的微觀結(jié)構(gòu) 、金屬表面狀態(tài)有關(guān) 金屬表面電離的多種方式 （1）正離子碰撞陰極 正離子碰撞陰極時(shí)使電子逸出金屬（傳遞的能量要大于逸出功）。 逸出的電子有一個(gè)和正離子結(jié)合成為原子，其余的成為自由電子。 因此正離子必須碰撞出一個(gè)以上電子時(shí)才能出現(xiàn)自由電子表面電離的形式 （2）光電效應(yīng) 金屬表面受到光的照射，當(dāng)光子的能量大于選出功時(shí)，金屬表面放射出電子 （3）強(qiáng)場(chǎng)放射（冷放射） 當(dāng)陰極附近所加外電場(chǎng)足夠強(qiáng)時(shí)，使陰極放射出電子 （4）熱電子放射 當(dāng)陰

6、極被加熱到很高溫度時(shí)，其中的電子獲得巨大動(dòng)能，逸出金屬1.1.2 氣體中帶電粒子的運(yùn)動(dòng)與消失（一）電場(chǎng)作用下氣體中帶電粒子的運(yùn)動(dòng) （定向運(yùn)動(dòng)，消失） （二）帶電粒子的擴(kuò)散 （三）帶電粒子的復(fù)合 （中和，發(fā)生在空間或器壁） （四）附著效應(yīng)（ 一） 電場(chǎng)作用下氣體中帶電粒子的運(yùn)動(dòng)帶電粒子產(chǎn)生以后，在外電場(chǎng)作用下將作定向運(yùn)動(dòng)，形成電流 在氣體放電空間 ，帶電粒子在一定的電場(chǎng)強(qiáng)度下運(yùn)動(dòng)達(dá)到某種穩(wěn)定狀態(tài) ，保持平均速度，即上述的帶電粒子的驅(qū)引速度 b 遷移率 電子遷移率比離子遷移率大得多，即使在很弱的電場(chǎng)中，電子遷移率也隨場(chǎng)強(qiáng)而變 （二）帶電粒子的擴(kuò)散 帶電粒子的擴(kuò)散和氣體分子的擴(kuò)散一樣，都是由于熱運(yùn)動(dòng)

7、造成，帶電粒子的擴(kuò)散規(guī)律和氣體的擴(kuò)散規(guī)律也是相似的 氣體中帶電粒子的擴(kuò)散和氣體狀態(tài)有關(guān)，氣體壓力越高或者溫度越低，擴(kuò)散過(guò)程也就越弱電子的質(zhì)量遠(yuǎn)小于離子，所以電子的熱運(yùn)動(dòng)速度很高，它在熱運(yùn)動(dòng)中受到的碰撞也較少。 因此，電子的擴(kuò)散過(guò)程比離子的要強(qiáng)得多 （三）帶電粒子的復(fù)合 正離子和負(fù)離子或電子相遇，發(fā)生電荷的傳遞而互相中和、還原為分子的過(guò)程在帶電粒子的復(fù)合過(guò)程中會(huì)發(fā)生光輻射，這種光輻射在一定條件下又可能成為導(dǎo)致電離的因素 正、負(fù)離子間的復(fù)合概率要比離子和電子間的復(fù)合概率大得多。通常放電過(guò)程中離子間的復(fù)合更為重要 一定空間內(nèi)帶電粒子由于復(fù)合而減少的速度決定于其濃度 有時(shí)電子和氣體分子碰撞非但沒(méi)有電離

8、出新電子，反而是碰撞電子附著分子，形成了負(fù)離子 有些氣體形成負(fù)離子時(shí)可釋放出能量。這類氣體容易形成負(fù)離子，稱為電負(fù)性氣體（如氧、氟、氯，SF6等）質(zhì)量大、速度小阻礙放電，絕緣強(qiáng)度較高（四）附著效應(yīng)負(fù)離子的形成1.2 均勻電場(chǎng)中氣體的擊穿 氣體放電的主要形式 根據(jù)氣體壓力、電源功率、電極形狀等因素的不同，擊穿后氣體放電可具有多種不同形式。利用放電管可以觀察放電現(xiàn)象的變化 輝光放電電弧放電火花放電電暈放電刷狀放電輝光放電 當(dāng)氣體壓力不大，電場(chǎng)較均勻、電源功率很?。ǚ烹娀芈分写牒艽笞杩梗r(shí)，外施電壓增到一定值后，回路中電流突增至明顯數(shù)值，管內(nèi)陰極和陽(yáng)極間整個(gè)空間忽然出現(xiàn)發(fā)光現(xiàn)象 特點(diǎn)是放電電流密度

9、較小，放電區(qū)域通常占據(jù)了整個(gè)電極間的空間。霓虹管中的放電就是輝光放電的例子。管中所充氣體本同，發(fā)光顏色也不同 電弧放電 減小外回路中的阻抗，則電流增大，電流增大到一定值后，放電通道收細(xì)，且越來(lái)越明亮，管端電壓則更加降低，說(shuō)明通道的電導(dǎo)越來(lái)越大電弧通道和電極的溫度都很高，電流密度極大，電路具有短路的特征 火花放電在較高氣壓（例如大氣壓力）下，擊穿后總是形成收細(xì)的發(fā)光放電通道，而不再擴(kuò)散于間隙中的整個(gè)空間。當(dāng)外回路中阻抗很大，限制了放電電流時(shí)，電極間出現(xiàn)貫通兩極的斷續(xù)的明亮細(xì)火花 火花放電的特征是具有收細(xì)的通道形式，并且放電過(guò)程不穩(wěn)定 火花間斷的原因 電暈放電 電極曲率半徑很小或電極間距離很遠(yuǎn)，即

10、電場(chǎng)極不均勻，則當(dāng)電壓升高到一定值后，首先緊貼電極在電場(chǎng)最強(qiáng)處出現(xiàn)發(fā)光層，回路中出現(xiàn)用一般儀表即可察覺(jué)的電流。隨著電壓升高，發(fā)光層擴(kuò)大，放電電流也逐漸增大發(fā)生電暈放電時(shí)，氣體間隙的大部分尚未喪失絕緣性能，放電電流很小，間隙仍能耐受電壓的作用 刷狀放電 電場(chǎng)極不均勻情況下，如電壓繼續(xù)升高，從電暈電極伸展出許多較明亮的細(xì)放電通道，稱為刷狀放電 電壓再升高，根據(jù)電源功率而轉(zhuǎn)入火花放電或電弧放電，最后整個(gè)間隙被擊穿如電場(chǎng)稍不均勻，則可能不出現(xiàn)刷狀放電，而由電暈放電直接轉(zhuǎn)入擊穿 輝光放電非自持放電和自持放電1.2.1 非自持放電和自持放電 非自持放電外施電壓小于Ub時(shí)，間隙內(nèi)雖有電流，但其數(shù)值甚小，通常

11、遠(yuǎn)小于微安級(jí)，因此氣體本身的絕緣性能尚未被波破壞，即間隙還未被擊穿。而且這時(shí)電流要依靠外電離因素來(lái)維持。如果取消外電離因素，那么電流也將消失（b后出現(xiàn)碰撞電離）自持放電當(dāng)電壓達(dá)到Uc后，氣體中發(fā)生了強(qiáng)烈的電離，電流劇增。同時(shí)氣體中電離過(guò)程只靠電場(chǎng)的作用已可自行維持，而不再繼續(xù)需要外電離因素了。因此Uc以后的放電形式也稱為自持放電 （續(xù)）由非持放電轉(zhuǎn)入自持放電的電壓稱為起始電壓如電場(chǎng)比較均勻，則間隙將被擊穿，此后根據(jù)氣壓、外回路阻抗等條件形成輝光放電、火花放電或電弧放電，而起始電壓Uc也就是間隙的擊穿電壓UB如電場(chǎng)極不均勻，則當(dāng)放電由非自持轉(zhuǎn)入自持時(shí)，在大曲率電極表面電場(chǎng)集中的區(qū)域發(fā)生電暈放電，

12、這時(shí)起始電壓是間隙的電暈起始電壓，而擊穿電壓可能比起始電壓高很多 1.2.2 湯遜放電理論 湯遜放電理論流注放電理論 這兩種理論互相補(bǔ)充，可以說(shuō)明廣闊的pd（壓力和極間距離的乘積）范圍內(nèi)氣體放電的現(xiàn)象 湯遜理論認(rèn)為，當(dāng)均勻電場(chǎng)、低氣壓、短間隙（pd較?。l件下，電子的碰撞電離和正離子撞擊陰極造成的表面電離起這主要作用，氣隙的擊穿電壓大體上是pd的函數(shù)（1）電子崩的形成 （ 過(guò)程 ） UUb后，一個(gè)起始電子自電場(chǎng)獲得一定動(dòng)能后，會(huì)碰撞電離出一個(gè)第二代電子；這兩個(gè)電子作為新的第一代電子，又將電離出新的第二代電子，這時(shí)空間已存在四個(gè)自由電子；這樣一代一代不斷增加的過(guò)程形成電子崩 系數(shù)一個(gè)電子沿著電場(chǎng)

13、方向行經(jīng)單位長(zhǎng)度后，平均發(fā)生的碰撞電離次數(shù)（形成電子崩） 如設(shè)每次碰撞電離只產(chǎn)生一個(gè)電子和一個(gè)正離子， 即是一個(gè)電子在單位長(zhǎng)度行程內(nèi)新電離出的電子數(shù)或正離子數(shù) 系數(shù)一個(gè)正離子沿著電場(chǎng)方向行經(jīng)單位長(zhǎng)度后平均發(fā)生的碰撞電離次數(shù) （離子崩）可以忽略系數(shù)碰撞陰極表面的正離子，使陰極金屬表面平均釋放出的自由電子數(shù) （陰極發(fā)射電子）、 、 系數(shù)系數(shù)設(shè)：從陰極發(fā)出一個(gè)電子，經(jīng)多次碰撞電離，在經(jīng)過(guò)距離陰極x后，產(chǎn)生n個(gè)電子 這n個(gè)電子行過(guò)dx之后，又會(huì)產(chǎn)生dn個(gè)新的電子 （續(xù)）對(duì)于均勻電場(chǎng)， 不隨空間位置而變 新產(chǎn)生的電子數(shù)和正離子數(shù)為 （2）系數(shù)到達(dá)陰極的正離子數(shù)從陰極電離出的電子數(shù)（3）自持放電條件放電由

14、非自持轉(zhuǎn)入自持的條件為 物理意義 引起碰撞電離的必要條件 只有那些自由行程超過(guò)xiUiE的電子，才能與分子發(fā)生碰撞電離 若電子平均自由行程為，自由行程大于xi的概率為 在單位長(zhǎng)度內(nèi)，一個(gè)電子的平均碰撞次數(shù)為1 其中是電離碰撞次數(shù)，氣體溫度不變時(shí)，1 Ap代入自持放電的臨界條件 及得影響擊穿電壓的因素均勻電場(chǎng)中氣體的自持放電的起始電壓，等于氣隙的擊穿電壓U0。U0f(Pd) 1.2.3 巴申（Paschen）定律 巴申曲線巴申曲線解釋電離次數(shù)=碰撞次數(shù)*電離概率距離d不變，氣壓P增加距離d不變，氣壓P降低P0101.3（kPa)空氣的相對(duì)密度1.2.4 湯遜放電理論的適用范圍適用于低氣壓、短間隙

15、（Pd比較小）電力工程上經(jīng)常接觸到的是氣壓較高的情況（從一個(gè)大氣壓到數(shù)十個(gè)大氣壓），間隙距離通常也很大 兩者間的主要差異可概述如下 （1） 放電外形 均勻連續(xù)，如輝光放電 分枝的明細(xì)通道 （續(xù))（2） 放電時(shí)間 電子崩的形成需要時(shí)間，火花放電時(shí)間的計(jì)算值比大氣壓下放電的實(shí)測(cè)值要大得多（3） 擊穿電壓 Pd較大時(shí)，計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值有很大出入 （4） 陰極材料的影響 實(shí)測(cè)得到的大氣壓下的擊穿電壓和陰極材料無(wú)關(guān) 當(dāng)Pd26.66kPacm時(shí)，湯遜理論不再適用氣體間隙中的電流與電壓的關(guān)系氣體間隙中的電流與電壓的關(guān)系(a)有氣體間隙的直流電路；（b）氣體放電的特性 第2講回顧帶電粒子的產(chǎn)生與消失湯遜理論巴

16、申定律的解釋湯遜理論的適用范圍第3講 氣體電介質(zhì)的絕緣特性（二） 1.2.5 流注理論在高氣壓長(zhǎng)間隙條件下的氣體放電理論 特點(diǎn)：認(rèn)為電子碰撞電離及空間光電離是維持自持放電的主要因素，并強(qiáng)調(diào)了空間電荷畸變電場(chǎng)的作用 流注理論電子崩階段 空間電荷畸變外電場(chǎng) 流注階段 光電離形成二次電子崩 兩個(gè)階段（1） 電子崩階段（a）初始電子崩陽(yáng)極側(cè)電子崩數(shù)目多正空間電荷加強(qiáng)了原電場(chǎng)，同時(shí)向周圍放射出大量光子 （一）流注理論（b）二次電子崩光子使附近的氣體因光電離而產(chǎn)生二次電子它們?cè)谟烧臻g電荷所引起的畸變和加強(qiáng)了的局部電場(chǎng)作用下，又形成新的電子崩，即二次電子崩 （2）流注的形成和發(fā)展二次電子崩中的電子初始電子

17、崩的正空間電荷混合通道（流注）。流注通道和二次崩留下的正電荷，大大加強(qiáng)了流注發(fā)展方向的電場(chǎng)，產(chǎn)生新電子崩，從而使流注向前發(fā)展 （3）間隙的擊穿流注不斷向陰極報(bào)進(jìn)，頭部電場(chǎng)越來(lái)越強(qiáng)，因而其發(fā)展也越快流注發(fā)展到陰極，間隙被導(dǎo)電良好的等離子通道所貫通間隙擊穿 電離室電離室結(jié)構(gòu)示意圖 1照射火花間隙；2石英窗；3電極 4玻璃壁；5橡皮膜；6絕緣柱 研究放電時(shí)的電路圖N電離室；S火花間隙；L、L、K短路回路 在電離室中得到的初始電子崩照片圖a和圖b的時(shí)間間隔為110-7 秒 p=270毫米汞柱，E=10.5千伏/厘米 初始電子崩轉(zhuǎn)變?yōu)榱髯⑺查g照片p273毫米汞柱E=12千伏/厘米電子崩在空氣中的發(fā)展速度

18、約為1.25107cm/s在電離室中得到的陽(yáng)極流注發(fā)展過(guò)段的照片正流注的發(fā)展速度約為11082108cm/s自持放電條件形成流注空間光電離維持放電（自持放電）如果電場(chǎng)均勻，間隙就將被擊穿。所以流注形成的條件就是自持放電條件，在均勻電場(chǎng)中也就是導(dǎo)致?lián)舸┑臈l件。流注形成的條件：足夠的空間光游離較多的初始電子崩（電子崩積累到一定的數(shù)量）（二）流注理論對(duì)高氣壓、長(zhǎng)間隙（pd很大）放電現(xiàn)象的解釋 1放電外形 具有通道形式 流注前方隨著其向前發(fā)展而更為增強(qiáng)多流注之間互相抑制發(fā)展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。電子崩則不然，由于其中電荷密度較小，故電場(chǎng)強(qiáng)度還很大，

19、因而不致影響到鄰近空間內(nèi)的電場(chǎng)，所以不會(huì)影響其它電子崩的發(fā)展樹(shù)枝狀放電與放電發(fā)展的抑制2放電時(shí)間短 二次電子崩由光電離形成，所以流注發(fā)展速度極快放電時(shí)間特別短3放電不受陰極材料的影響 維持放電靠光電離，而不是陰極表面的電離過(guò)程，與材料無(wú)關(guān) 在Pd值較小時(shí)，起始電子不可能在穿越極間距離后完成足夠多的碰撞電離次數(shù)，因而難以聚積到足夠的電子數(shù)，這樣就不可能出現(xiàn)流注，放電的自持只能依靠陰極上的過(guò)程。電場(chǎng)不均勻系數(shù) f 的定義f4時(shí)，極不均勻電場(chǎng)1.3 不均勻電場(chǎng)中氣體的擊穿1 擊穿電壓2 電暈起始電壓3 放電不穩(wěn)定區(qū)d2D，電場(chǎng)還比較均勻，其放電特性與均勻電場(chǎng)相似，一旦出現(xiàn)自持放電，立即導(dǎo)致整個(gè)氣隙擊

20、穿放電達(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(chǎng)中情況類似 1.3.1 稍不均勻場(chǎng)和極不均勻場(chǎng)的放電特點(diǎn)d4D，電場(chǎng)分布極不均勻，存在電暈放電和電暈起始電壓。 外加電壓進(jìn)一步增大，表面電暈層擴(kuò)大，并出現(xiàn)刷狀的細(xì)火花，火花變長(zhǎng)，最終導(dǎo)致氣隙完全擊穿。當(dāng)大曲率電極附近很小范圍內(nèi)已達(dá)相當(dāng)數(shù)值時(shí)，間隙中大部分區(qū)域值都仍然很小，放電達(dá)到自持放電后，間隙沒(méi)有擊穿。電場(chǎng)越不均勻，擊穿電壓和電暈起始電壓間的差別也越大d2D4D，屬于過(guò)渡區(qū)域，不穩(wěn)定電暈，轉(zhuǎn)為火花放電。當(dāng)大曲率電極附近達(dá)到足夠數(shù)值時(shí)，間隙中很大一部分區(qū)域也都已達(dá)相當(dāng)數(shù)值，流注一經(jīng)產(chǎn)生，隨即發(fā)展至貫通整個(gè)間隙，導(dǎo)致間隙完全擊穿 1.

21、3.2 電暈放電現(xiàn)象電暈放電現(xiàn)象電離區(qū)的放電過(guò)程造成。強(qiáng)電場(chǎng)電子崩復(fù)合光輻射咝咝的聲音 臭氧的氣味 微弱的暈光 回路電流明顯增加(絕對(duì)值仍很小)，可以測(cè)量到能量損失線板氣隙中不同直徑導(dǎo)線的工頻擊穿電壓與d的關(guān)系點(diǎn)劃線均勻電場(chǎng)；虛線正尖負(fù)板電場(chǎng)；1D=0.5mm；2D=3mm；3D=16mm；4D=20mm電暈起始電壓和電暈起始場(chǎng)強(qiáng) 是一種自持放電形式，起始電壓在原理上可由自持放電條件求得 E0的經(jīng)驗(yàn)公式m導(dǎo)線表面的粗糙系數(shù)。光滑導(dǎo)線m=1, 一般導(dǎo)線m=0.820.9,對(duì)絞線局部電暈 m=0.72 電暈電流與能量(a) 時(shí)間刻度T=125s(b) 0.7A電暈電流平均值(c) 2A電暈電流平均

22、值電暈電流比較小的，但比泄漏電流要大得多。空間電荷的運(yùn)動(dòng)需要電源供給能量,輸電線路電暈損耗的主要部分，而使空氣電離所消耗的能量則比較小。 電暈的起始階段一系列短促的陡脈沖組成。電離產(chǎn)生的與導(dǎo)線同號(hào)的電荷,導(dǎo)致電離停止。脈沖電流將產(chǎn)生電磁波傳播到空間造成無(wú)線電干擾，輸電線路的電暈還與導(dǎo)線的表面狀況及天氣狀況有關(guān)。導(dǎo)線表面曲率大小影響。雨、雪、霜等壞天氣時(shí)，電暈損耗急劇增加。水滴電場(chǎng)作用變成錐形對(duì)于500750kV的超高壓輸電線路，在天氣好時(shí)電暈損耗一般不超過(guò)幾個(gè)W/km，而在壞天氣時(shí)，可以達(dá)到100 W/km以上。因此在設(shè)計(jì)超高壓線路時(shí)，需要根據(jù)不同天氣條件下電暈損耗的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和線路參數(shù)，以及沿

23、線路各種氣象條件的出現(xiàn)概率等對(duì)線路的電暈損耗進(jìn)行估算。 隨著輸電電壓的提高，電暈問(wèn)題也越來(lái)越突出。在保持同樣電流密度的條件下，導(dǎo)線截面積降低導(dǎo)體表面電場(chǎng)減小電暈的方法降低導(dǎo)線表面場(chǎng)強(qiáng)的方法：增大線間距離d或增大導(dǎo)線半徑r。一般采取適當(dāng)增大導(dǎo)線直徑的辦法為節(jié)省導(dǎo)線材料，通常采用分裂導(dǎo)線的解決辦法，即每相導(dǎo)線由2根或2根以上的導(dǎo)線組成。使得導(dǎo)線表面場(chǎng)強(qiáng)得以降低。電暈影響的兩面性不利影響 ：能量損失；放電脈沖引起的高頻電磁波干擾；化學(xué)反應(yīng)引起的腐蝕作用等 有利方面：電暈可削弱輸電線上雷電沖擊電壓波的幅值及陡度；利用電暈放電改善電場(chǎng)分布，提高擊穿電壓 ； 利用電暈放電除塵與臭氧發(fā)生器等 1.3.3 極

24、不均勻場(chǎng)中的放電過(guò)程一、非自持放電階段電子崩產(chǎn)生陽(yáng)極積聚正電荷二、流注發(fā)展階段頭部電場(chǎng)增強(qiáng)新電子崩流注前移三、先導(dǎo)放電階段通道根部的電子最多流注根部溫度升高出現(xiàn)熱電離先導(dǎo)通道（具有熱電離過(guò)程的通道）。新的電離過(guò)程使電離加強(qiáng)，電導(dǎo)增大，從而加大了其頭部前沿區(qū)域中的場(chǎng)強(qiáng)，引起新的流注，導(dǎo)致先導(dǎo)通道不斷伸長(zhǎng)。 流注根部溫度升高熱電離過(guò)程先導(dǎo)通道電離加強(qiáng)，更為明亮電導(dǎo)增大軸向場(chǎng)強(qiáng)更低發(fā)展速度更快長(zhǎng)空氣間隙的平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)遠(yuǎn)低于短間隙 放電過(guò)程四、主放電過(guò)程 先導(dǎo)頭部達(dá)到板極。小間隙中的高場(chǎng)強(qiáng)引起強(qiáng)烈電離，帶電粒子高。強(qiáng)電離區(qū)迅速向陽(yáng)極傳播主放電過(guò)程。主放電通道貫穿電極間隙擊穿。特點(diǎn)：由于其頭部場(chǎng)強(qiáng)極大，

25、所以主放電通道發(fā)展速度及電導(dǎo)都遠(yuǎn)大于先導(dǎo)通道。主放電通道主放電和先導(dǎo)通道的交界區(qū)先導(dǎo)通道 先導(dǎo)的發(fā)展正棒負(fù)板間隙中先導(dǎo)通道的發(fā)展（）先導(dǎo)和其頭部的流注；（）流注頭部電子崩的形成；（）由流注轉(zhuǎn)變?yōu)橄葘?dǎo)和形成流注；（）流注頭部電子崩的形成；（）沿著先導(dǎo)和空氣間隙電場(chǎng)強(qiáng)度的分布 1.3.4 極不均勻場(chǎng)中的極性效應(yīng)正棒負(fù)板電子運(yùn)動(dòng)速度快，迅速進(jìn)入棒極；棒極附近積聚起正空間電荷，削弱了棒極附近的電場(chǎng)強(qiáng)度而加強(qiáng)了正離子群外部空間的電場(chǎng)結(jié)果：（1）使電暈起始電壓提高。（2）外部空間電場(chǎng)加強(qiáng)，有利于流注的發(fā)展，因此擊穿電壓較低。 負(fù)棒正板電子崩中的電子離開(kāi)強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)后，不再能引起電離，向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)的速度也越來(lái)越慢

26、。電子崩中的正離子加強(qiáng)了棒極附近的場(chǎng)強(qiáng)，使棒極附近容易形成流注。結(jié)論：（1）電暈起始電壓比正極性時(shí)要低。（2）正空間電荷產(chǎn)生的附加電場(chǎng)與原電場(chǎng)方向相反，削弱了外部空間的電場(chǎng)，阻礙了流注的發(fā)展，因此擊穿電壓較高。Thank you!項(xiàng)目一 電介質(zhì)絕緣特性測(cè)試 任務(wù)二 液體、固體介質(zhì)擊穿測(cè)試 課程名稱：高電壓設(shè)備測(cè)試知識(shí)目標(biāo) 1. 掌握液體放電理論 2. 熟悉電介質(zhì)的基本特性 3. 掌握液體放電的擊穿特性 能力目標(biāo) 1. 能用高壓測(cè)試裝置進(jìn)行液體放電的測(cè)試 2. 能夠在專人監(jiān)護(hù)和配合下獨(dú)立完成整個(gè)測(cè)試過(guò)程 3. 能根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程對(duì)測(cè)試結(jié)果做出正確的判斷和比較全面的分析液體、固體電介質(zhì)的絕緣特性

27、電氣強(qiáng)度高液體兼做滅?。还腆w兼做支撐電氣強(qiáng)度不受外界影響不可自恢復(fù)會(huì)逐漸老化2.1 電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)與損耗極化的概念固體介質(zhì)表面出現(xiàn)束縛電荷相對(duì)介電常數(shù)反映極化、儲(chǔ)能特性極化的基本形式電子式極化離子式極化偶極子極化夾層（界面）極化空間電荷極化1. 電子式極化極化機(jī)理：電子偏離軌道介質(zhì)類型：所有介質(zhì)建立極化時(shí)間：極短，10-1410-15s極化程度影響因素：電場(chǎng)強(qiáng)度（有關(guān)）電源頻率（無(wú)關(guān)）溫度（無(wú)關(guān)）極化彈性：彈性消耗能量：無(wú) 2. 離子式極化極化機(jī)理：正負(fù)離子位移介質(zhì)類型：離子性介質(zhì)建立極化時(shí)間：極短，10-1210-13 s極化程度影響因素：電場(chǎng)強(qiáng)度（有關(guān)）電源頻率（無(wú)關(guān)）溫度（隨溫度升高

28、而增加，離子結(jié)合力）極化彈性：彈性消耗能量：無(wú) 我的理解3. 偶極子極化極化機(jī)理：偶極子定向排列介質(zhì)類型：具有永久性偶極子的極性介質(zhì)建立極化時(shí)間：需時(shí)較長(zhǎng)，10-1010-2 s極化程度影響因素： 電場(chǎng)強(qiáng)度（有關(guān)） 電源頻率（有關(guān)，頻率升高，極化減弱） 溫度（低溫段增加，高溫段降低（熱運(yùn)動(dòng)）極化彈性：非彈性消耗能量：有4. 夾層式（界面）極化 當(dāng)t=0: 當(dāng)t=: 4. 夾層式（界面）極化 一般情況下： 電荷從t=0到t=時(shí)會(huì)重新分配，在介質(zhì)的交界面處積累電荷。這些電荷形成的極化形式稱夾層式（界面）極化。極化的時(shí)間常數(shù)： 高壓絕緣介質(zhì)的電導(dǎo)G通常都很小，因此夾層極化只有在低頻時(shí)才有意義。同樣，

29、去掉外加電壓后，釋放極化電荷的時(shí)間也很長(zhǎng)。注意安全。4. 夾層式（界面）極化極化機(jī)理：各層介質(zhì)發(fā)生極化，產(chǎn)生電荷積累介質(zhì)類型：不均勻夾層介質(zhì)中建立極化時(shí)間：很長(zhǎng)，從數(shù)s到數(shù)h極化程度影響因素：電場(chǎng)強(qiáng)度（有關(guān)）電源頻率（低頻下存在）溫度（有關(guān)）極化彈性：非彈性消耗能量：有5.空間電荷極化極化機(jī)理：正負(fù)自由離子移動(dòng)到電極附近， 形成空間電荷介質(zhì)類型：含離子和雜質(zhì)離子的介質(zhì)建立極化時(shí)間：很長(zhǎng)極化程度影響因素：電場(chǎng)強(qiáng)度（有關(guān)）電源頻率（低頻下存在）溫度（有關(guān)）極化彈性：非彈性消耗能量：有常用電介質(zhì)的介電常數(shù)(episilon)討論極化的意義：選擇電容器的介質(zhì)時(shí)，希望 大；選擇其他絕緣結(jié)構(gòu)的材料，希望小

30、。組合絕緣的配合。如油紙絕緣、氣泡局放。極化形式關(guān)系到介損，即材料的發(fā)熱、劣化。在絕緣預(yù)防性實(shí)驗(yàn)中，夾層極化可用來(lái)判斷絕緣受潮情況。電介質(zhì)極化應(yīng)用實(shí)例 平行平板電極間距離為2cm，在電極上施加55kV的工頻電壓時(shí)未發(fā)生間隙擊穿，當(dāng)板電極間放入一厚為1cm的聚乙烯板(r=2.3)時(shí)，問(wèn)此時(shí)是否會(huì)發(fā)生間隙擊穿現(xiàn)象？為什么？并請(qǐng)計(jì)算插入聚乙烯板前后的各介質(zhì)中的電場(chǎng)分布。解：設(shè)空氣電介質(zhì)常數(shù)為1， 設(shè)聚乙烯板電介 質(zhì)常數(shù)為2(1)插入電介質(zhì)前：E1=U0/d=55/2=27.5 kV/cm(2)插入電介質(zhì)后： 1E1= / 2E2U1/U2= 2 / 1，得 U1=2.3U2U0=U1+U2=3.3U

31、2U2=U0/3.3=55/3.3=16.7 (kV)E2=16.7 kV/cmU1=U0-U2=55-16.7=38.3 (kV)E1=38.3 kV/cm30 kV/cm的空氣擊穿場(chǎng)強(qiáng)所以,插入聚乙烯板后空氣間隙將會(huì)擊穿。2.1.2 電介質(zhì)的電導(dǎo)來(lái)源：電介質(zhì)不是理想的絕緣體，其內(nèi)部會(huì)存在帶電粒子。它們?cè)陔妶?chǎng)下的定向移動(dòng)，形成電流。 電子電導(dǎo) 電介質(zhì)的電導(dǎo) 離子電導(dǎo)（主要）與導(dǎo)體的電導(dǎo)相比，電介質(zhì)電導(dǎo)的特點(diǎn)：1） 主要載流子是離子2） 電導(dǎo)率隨溫度升高而指數(shù)上升。電介質(zhì)的吸收現(xiàn)象電介質(zhì)中的電流與時(shí)間的關(guān)系i=ic+ia+igic: 電容電流ia：吸收電流，由各種 極化過(guò)程產(chǎn)生ig：電導(dǎo)電流，

32、或泄漏 電流電介質(zhì)的絕緣電阻定義：電介質(zhì)中的絕緣電阻一般為M特點(diǎn)：1） 負(fù)溫度系數(shù)2） 隨外施電壓上升而下降。3）隨加壓時(shí)間延長(zhǎng)而增大。討論電導(dǎo)的意義：1） 在絕緣預(yù)防性實(shí)驗(yàn)中，由絕緣電阻或者泄漏 電流判斷絕緣是否受潮或者劣化。2） 直流設(shè)備中有多層介質(zhì)時(shí)（如直流電纜）， 其直流電壓分布與電導(dǎo)成反比，設(shè)計(jì)時(shí)需考慮。3） 設(shè)計(jì)絕緣結(jié)構(gòu)時(shí)，要考慮到環(huán)境對(duì)電導(dǎo)的影 響。4） 對(duì)于某些能量較小的電源，如靜電發(fā)生器， 要減小表面的泄漏電流以保證得到高電壓。5） 有些情況下要設(shè)法減小絕緣電阻值。如高壓 套管附近涂上半導(dǎo)體釉等。固體介質(zhì)的表面電導(dǎo) 固體介質(zhì)除了體積電阻外，還存在表面電導(dǎo)。干燥清潔的固體介質(zhì)的

33、表面電導(dǎo)很小，表面電導(dǎo)主要由表面吸附的水分和污物引起。介質(zhì)吸附水分的能力與自身結(jié)構(gòu)有關(guān)，所以介質(zhì)表面電導(dǎo)也是介質(zhì)本身固有的性質(zhì) 2.1.3 電介質(zhì)的損耗損耗極化損耗（DC下無(wú)）電導(dǎo)損耗（DC、AC都有）介質(zhì)損耗正切角（tg )：泄漏電流，由電導(dǎo)引起：吸收電流，也叫極化電流，由極化引起：電容電流。介質(zhì)損耗正切角（tg ）（并聯(lián)模型）介損：損耗功率：介質(zhì)損耗正切角（tg ）（串聯(lián)模型）介損：損耗功率：介質(zhì)損耗正切角（tg )四、討論介質(zhì)損耗的意義 在進(jìn)行絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須注意絕緣材料的tg值，如果過(guò)大而引起嚴(yán)重發(fā)熱，將使材料容易劣化，故盡可能選擇tg較小的材料。當(dāng)絕緣受潮或惡化時(shí)，tg會(huì)急劇增大

34、，因此經(jīng)常監(jiān)測(cè)tg值并進(jìn)行對(duì)比，可判斷絕緣的狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。通過(guò)測(cè)量tgU的關(guān)系曲線，可判斷絕緣內(nèi)部是否發(fā)生了局部放電。介質(zhì)損耗引起的介質(zhì)發(fā)熱有時(shí)也可以利用，例如利用介質(zhì)損耗發(fā)熱來(lái)加速干燥過(guò)程。 影響tg 的主要因素之一：溫度tg和溫度的關(guān)系tt1:極化損耗、電導(dǎo)損耗都上升t1tt2:極化減弱，電導(dǎo)損耗上升，電導(dǎo)占主導(dǎo)當(dāng)f增加時(shí)，極化程度降低，因此需要提高溫度才能達(dá)到最大值。影響tg 的主要因素之二：頻率當(dāng)頻率不太高時(shí)，隨f增加，偶極子轉(zhuǎn)向加快，損耗增加當(dāng)頻率大過(guò)某一值后，偶極子來(lái)不及轉(zhuǎn)向，損耗減小tg和頻率的關(guān)系影響tg 的主要因素之三：外加電壓外加電壓低， 總損耗電導(dǎo)損耗極化損耗外加電

35、壓超過(guò)U0時(shí)，介質(zhì)內(nèi)部開(kāi)始出現(xiàn)局部放電，消耗電離能 總損耗電導(dǎo)損耗極化損耗電離損耗tg和外加電壓的關(guān)系2.2 液體電介質(zhì)的擊穿（一） 電擊穿理論主要用于純凈液體的擊穿解釋 機(jī)理：當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)1MV/cm時(shí)，液體電介質(zhì)中原有的少量自由電子，以及因場(chǎng)致發(fā)射或因強(qiáng)電場(chǎng)作用增強(qiáng)了的熱電子發(fā)射而脫離陰極的電子，在電場(chǎng)作用下運(yùn)動(dòng)、加速、積累能量、碰撞液體分子，而且以一定的概率使液體電介質(zhì)的分子電離。 只要電場(chǎng)足夠強(qiáng)，電子在向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，就不斷碰撞液體分子，使之電離，致使電子迅速增加。這樣，電流急劇增加，液體電介質(zhì)失去絕緣能力，發(fā)生擊穿。 類似于湯遜放電理論（二）氣泡擊穿理論（小橋理論）機(jī)理：1）液

36、體中的氣泡先發(fā)生放電，產(chǎn)生的帶電粒子 撞擊液體分子，使之分解，又產(chǎn)生氣泡。氣 泡逐漸增，形成貫通兩級(jí)的氣泡“小橋”通道。2）液體中的雜質(zhì)（水、纖維）極化，并沿電場(chǎng) 方向排列，逐漸形成小橋。雜質(zhì)的電導(dǎo)大， 引起泄漏電流增大，溫度升高，水分氣化， 形成氣泡，貫通兩級(jí)后，擊穿。主要用于不純凈的液體影響液體電介質(zhì)擊穿的主要因素自身品質(zhì)溫度電壓作用時(shí)間電場(chǎng)均勻度壓力影響因素自身品質(zhì)總的來(lái)說(shuō)，雜質(zhì)多，擊穿電壓降低。與水分的關(guān)系： 與纖維的關(guān)系： 擊穿電壓與含水量的關(guān)系 均勻電場(chǎng)：纖維越多， 擊穿電壓越低 不均勻電場(chǎng)：高場(chǎng)強(qiáng)處 發(fā)生的局放使液體產(chǎn) 擾動(dòng) ，不易形成小橋 ，雜質(zhì)影響小 沖擊電壓：作用時(shí)間短 ，

37、也不易形成小橋。標(biāo)準(zhǔn)油杯 用標(biāo)準(zhǔn)油杯來(lái)檢查油的質(zhì)量平板電極間電場(chǎng)均勻，油中稍有受潮、含雜，擊穿電壓就明顯下降規(guī)程規(guī)定用來(lái)灌注高壓 電力變壓器等的變壓器油，在此油杯中的工頻擊穿電壓要求在2540kV以上(與設(shè)備的額定電壓有關(guān))；灌注高壓電纜和電容器的用油，在油杯中的擊穿電壓常要求在50或 60kV以上 影響因素溫度干燥的變壓器油：擊穿電壓隨溫度升高而單調(diào)降低；受潮的變壓器油：當(dāng)溫度在5以下時(shí)，油很稠，小橋排列困難；在060 范圍內(nèi)，由于油中的懸浮狀態(tài)的水分隨溫度升高轉(zhuǎn)變?yōu)槿诮鉅顟B(tài)，擊穿電壓升高；溫度更高時(shí)，油中水分開(kāi)始?xì)饣?，產(chǎn)生氣泡，易形成小橋，又使擊穿電壓降低。 擊穿電壓與溫度的關(guān)系較復(fù)雜，隨

38、液體介質(zhì)的品質(zhì)、電場(chǎng)的均勻程度、電壓形式的不同而不同。影響因素（3）：電壓作用時(shí)間擊穿電壓隨加壓時(shí)間的增加而下降。當(dāng)液體介質(zhì)的純凈度及溫度提高時(shí)，電壓作用時(shí)間對(duì)擊穿電壓的影響減小。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間工作后，液體介質(zhì)的擊穿電壓會(huì)緩慢下降，這是由于介質(zhì)劣化、雜質(zhì)增多等因素造成的。極不均勻電場(chǎng)中變壓器油的伏秒特性曲線(虛線表示未經(jīng)研究的區(qū)域) 影響因素（4）：電場(chǎng)均勻程度高純凈度液體：改善電場(chǎng)的均勻程度能使工頻或直流電壓下的擊穿電壓明顯提高。品質(zhì)較差的液體介質(zhì)：因雜質(zhì)的聚集和排列已使電場(chǎng)畸變，因而改善電場(chǎng)分布提高擊穿電壓的作用并不明顯。 工頻擊穿電壓的分散性在極不均勻電場(chǎng)中不超過(guò)5，而在均勻電場(chǎng)中可達(dá)304

39、0 影響因素（5）：壓力擊穿電壓隨壓力的增大而升高氣體在油中的溶解度增大，氣泡數(shù)量減少，且氣泡的局部放電起始電壓也提高。油經(jīng)過(guò)脫氣之后，壓力對(duì)擊穿電壓的影響減少。一、提高液體電介質(zhì)擊穿電壓的方法提高以及保持油的品質(zhì)過(guò)濾、防潮、脫氣油和固體電介質(zhì)組合覆蓋層絕緣層屏障氣、固、液三種電介質(zhì)中，固體密度最大，耐電強(qiáng)度最高空氣的耐電強(qiáng)度一般在3 4 kV/mm左右；液體的耐電強(qiáng)度在10 20 kV/mm；固體的耐電強(qiáng)度在十幾 幾百kV/mm固體電介質(zhì)的擊穿過(guò)程最復(fù)雜，且擊穿后是唯一不可恢復(fù)的絕緣普遍規(guī)律：任何介質(zhì)的擊穿總是從電氣性能最薄弱的缺陷處發(fā)展起來(lái)的，這里的缺陷可指電場(chǎng)的集中，也可指介質(zhì)的不均勻性

40、2.3 固體電介質(zhì)的擊穿擊穿電壓與電壓作用時(shí)間的關(guān)系固體擊穿電壓與電壓作用時(shí)間的關(guān)系一、固體電介質(zhì)的擊穿過(guò)程1. 固體電介質(zhì)擊穿特性的劃分區(qū)域A：擊穿時(shí)間小于10s 的區(qū)域，此范圍內(nèi)擊穿電壓隨擊穿時(shí)間的縮短而提高。類似于氣體介質(zhì)擊穿的伏秒特性區(qū)域B：擊穿時(shí)間在10 s 0.2s范圍的區(qū)域，此范圍內(nèi)擊穿電壓恒定，與時(shí)間無(wú)關(guān)這兩個(gè)區(qū)域內(nèi)的擊穿都具有電擊穿的性質(zhì)電工紙板的擊穿電壓與電壓作用時(shí)間的關(guān)系 區(qū)域C：擊穿電壓隨擊穿前時(shí)間的增加而明顯下降，具有熱擊穿的特點(diǎn)區(qū)域D ：C區(qū)以外電工紙板的擊穿電壓與電壓作用時(shí)間的關(guān)系 A、B 區(qū)：屬于電擊穿 C 區(qū)：屬于熱擊穿 D 區(qū)：為電化學(xué)擊穿、電老 化，擊穿時(shí)

41、間在幾十 個(gè)小時(shí)以上，甚至幾年 二、 固體介質(zhì)擊穿理論（1）電擊穿理論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(chǎng)加速下與晶格結(jié)點(diǎn)上的原子碰撞，從而導(dǎo)致?lián)舸╇姄舸┑奶攸c(diǎn)：電壓作用時(shí)間短，擊穿電壓高，擊穿電壓與環(huán)境溫度無(wú)關(guān)，與電場(chǎng)均勻程度有密切關(guān)系，與電壓作用時(shí)間關(guān)系很小。當(dāng)固體電介質(zhì)的介質(zhì)損耗很小、有良好的散熱條件，且內(nèi)部不存在局部放電，這種情況下發(fā)生的擊穿通常是電擊穿。其擊穿場(chǎng)強(qiáng)一般可達(dá)105106kVm 。 碰撞電離引起擊穿的解釋固有擊穿理論單位時(shí)間內(nèi)傳導(dǎo)電子從電場(chǎng)獲得的能量與因碰撞而失去的能量不平衡而引起擊穿電子崩擊穿理論傳導(dǎo)電子由電場(chǎng)得到了可使晶

42、格原子電離的能量，產(chǎn)生了電子崩，當(dāng)電子崩發(fā)展到足夠強(qiáng)時(shí)（d足夠大），引起固體介質(zhì)擊穿（2）熱擊穿理論介質(zhì)內(nèi)部的熱不平衡過(guò)程所造成的。電導(dǎo)電流和介質(zhì)極化引起介質(zhì)損耗，使介質(zhì)發(fā)熱，介質(zhì)溫度升高，而介質(zhì)的電導(dǎo)率隨溫度的升高而急劇增大，所以電流進(jìn)一步增大，損耗、發(fā)熱也隨之增加。發(fā)熱和散熱的不平衡導(dǎo)致。熱擊穿的特點(diǎn)：擊穿電壓隨環(huán)境溫度的升高按指數(shù)規(guī)律降低；擊穿電壓與散熱條件有關(guān)，如介質(zhì)厚度大，則散熱困難，因此擊穿電壓并不隨介質(zhì)厚度成正比增加；當(dāng)電壓頻率增大時(shí)，擊穿電壓將下降；擊穿電壓與電壓作用時(shí)間有關(guān)。（3）電化學(xué)擊穿理論介質(zhì)劣化的結(jié)果。介質(zhì)的局部區(qū)域發(fā)生局部放電，這種放電并不立即形成貫穿性通道，而是非

43、完全擊穿，它使介質(zhì)引起化學(xué)離解，形成樹(shù)枝狀通道，這些樹(shù)枝狀通道，隨時(shí)間推移不斷伸長(zhǎng)，使絕緣進(jìn)一步劣化，最終發(fā)展到整個(gè)電介質(zhì)擊穿。電化學(xué)擊穿的特點(diǎn)：由于它是絕緣性能下降之后發(fā)生的擊穿，因此擊穿電壓比電擊穿和熱擊穿低。電化學(xué)擊穿不發(fā)生在很高電壓下，而是在較低電壓下甚至是工作電壓下發(fā)生。氣、固、液三種電介質(zhì)中，固體密度最大，耐電強(qiáng)度最高空氣的耐電強(qiáng)度一般在3 4 kV/mm左右；液體的耐電強(qiáng)度在10 20 kV/mm；固體的耐電強(qiáng)度在十幾 幾百kV/mm固體電介質(zhì)的擊穿過(guò)程最復(fù)雜，且擊穿后是唯一不可恢復(fù)的絕緣普遍規(guī)律：任何介質(zhì)的擊穿總是從電氣性能最薄弱的缺陷處發(fā)展起來(lái)的，這里的缺陷可指電場(chǎng)的集中，也

44、可指介質(zhì)的不均勻性2.3 固體電介質(zhì)的擊穿固體擊穿特性一、固體電介質(zhì)的擊穿過(guò)程1. 固體電介質(zhì)擊穿特性的劃分區(qū)域A：擊穿時(shí)間小于10s 的區(qū)域，此范圍內(nèi)擊穿電壓隨擊穿時(shí)間的縮短而提高。類似于氣體介質(zhì)擊穿的伏秒特性區(qū)域B：擊穿時(shí)間在100.2S范圍的區(qū)域，此范圍內(nèi)擊穿電壓恒定，與時(shí)間無(wú)關(guān)這兩個(gè)區(qū)域內(nèi)的擊穿都具有電擊穿的性質(zhì)電工紙板的擊穿電壓與電壓作用時(shí)間的關(guān)系 區(qū)域C：擊穿電壓隨擊穿前時(shí)間的增加而明顯下降，具有熱擊穿的特點(diǎn)區(qū)域D ：C區(qū)以外電工紙板的擊穿電壓與電壓作用時(shí)間的關(guān)系 A、B 區(qū)：屬于電擊穿 C 區(qū)：屬于熱擊穿 D 區(qū)：為電化學(xué)擊穿、電老 化，擊穿時(shí)間在幾十 個(gè)小時(shí)以上，甚至幾年 二、

45、 擊穿理論（一）電擊穿理論機(jī)理：建立在碰撞電離基礎(chǔ)上，少量傳導(dǎo)電子，在電場(chǎng)加速下與晶格結(jié)點(diǎn)上的原子碰撞，最終導(dǎo)致?lián)舸┡鲎搽婋x引起擊穿的兩種理論固有擊穿理論單位時(shí)間內(nèi)傳導(dǎo)電子從電場(chǎng)獲得的能量與因碰撞而失去的能量不平衡，能量堆積（超過(guò)電離能）而引起擊穿A(E,T0)=B(,T0)A(E,T0)：電場(chǎng)作用下單位時(shí)間內(nèi)電子獲得的能量 B(,T0)：電場(chǎng)作用下單位時(shí)間內(nèi)電子碰撞損失的能量E：電場(chǎng)，：標(biāo)志電子的狀態(tài)因子，T0：晶格溫度電子崩擊穿理論傳導(dǎo)電子由電場(chǎng)得到了可使晶格原子電離的能量，產(chǎn)生了電子崩，當(dāng)電子崩發(fā)展到足夠強(qiáng)時(shí)（d足夠大），引起固體介質(zhì)擊穿電擊穿的特點(diǎn)時(shí)間影響：電壓作用時(shí)間短，擊穿電壓高介

46、質(zhì)特性：如果介質(zhì)內(nèi)含氣孔或其它缺陷，對(duì)電場(chǎng)造成畸 變，導(dǎo)致介質(zhì)擊穿電壓降低 電場(chǎng)均勻度：電場(chǎng)的均勻程度影響極大 累積效應(yīng)：在極不均勻電場(chǎng)及沖擊電壓作用下，介質(zhì)有明顯的不完全擊穿現(xiàn)象，導(dǎo)致絕緣性能逐漸下降，稱為累積效應(yīng)。介質(zhì)擊穿電壓會(huì)隨沖擊電壓施加次數(shù)的增多而下降無(wú)關(guān)因素：電擊穿電壓和介質(zhì)溫度、散熱條件、介質(zhì)厚度、頻率等因素都無(wú)關(guān)擊穿理論（二）熱擊穿理論機(jī)理：介質(zhì)內(nèi)部發(fā)熱和散熱的不平衡導(dǎo)致。 介質(zhì)溫度升高，引起介質(zhì)分解、炭化，最終導(dǎo)致?lián)舸Ｌ攸c(diǎn)： 與電壓作用時(shí)間有關(guān)； 與發(fā)熱和散熱條件有關(guān)； 當(dāng)電壓頻率增大時(shí)，擊穿電壓將下降。熱擊穿A范圍：擊穿電壓和介質(zhì)溫度無(wú)關(guān)，屬于電擊穿性質(zhì)B范圍：溫度超過(guò)某

47、臨界值后，擊穿電壓隨介質(zhì)溫度的升高而下降，表明擊穿已涉及到明顯的熱過(guò)程交變電壓下電瓷的擊穿電壓與溫度的關(guān)系 熱擊穿理論分析電壓：U1U2U3曲線1,2,3 ：電介質(zhì)發(fā)熱量Q與介質(zhì)中最高溫度tm的關(guān)系 直線4：表示固體介質(zhì)中最高溫度大于周圍環(huán)境溫度t0 時(shí)，散出的熱量Q與介質(zhì)中最高溫度tm的關(guān)系 不同外施電壓下介質(zhì)發(fā)熱散熱與介質(zhì)溫度的關(guān)系 曲線 1： 發(fā)熱永遠(yuǎn)大于散熱，介質(zhì)溫度將不斷升高，在電壓U1下最終必定發(fā)生熱擊穿不同外施電壓下介質(zhì)發(fā)熱散熱與介質(zhì)溫度的關(guān)系 曲線 2：與直線4相切，U2為臨界熱擊穿電壓；tk為臨界熱擊穿溫度不同外施電壓下介質(zhì)發(fā)熱散熱與介質(zhì)溫度的關(guān)系 曲線 3：tta 時(shí)：曲線

48、在直線4之上，不發(fā)生熱擊穿，介質(zhì)溫度逐漸升高并穩(wěn)定在ta，稱ta為穩(wěn)定熱平衡點(diǎn)ttb 時(shí)：情況類似曲線1，最終發(fā)生熱擊穿t=tb 時(shí)：發(fā)熱等于散熱，但因擾動(dòng)使t偏離tb，則介質(zhì)溫度上升或下降，回不到tb。稱tb為不穩(wěn)定熱平衡點(diǎn) tattb：不會(huì)發(fā)生熱擊穿，介質(zhì)溫度將穩(wěn)定在ta不同外施電壓下介質(zhì)發(fā)熱散熱與介質(zhì)溫度的關(guān)系 擊穿理論（3）電化學(xué)擊穿理論機(jī)理： 介質(zhì)劣化的結(jié)果。局部放電使介質(zhì)引起化學(xué)離解，形成樹(shù)枝狀通道，這些樹(shù)枝狀通道，隨時(shí)間推移不斷伸長(zhǎng)，使絕緣進(jìn)一步劣化，最終發(fā)展到整個(gè)電介質(zhì)擊穿。特點(diǎn)：電化學(xué)擊穿由絕緣性能下降引起，比電擊穿和熱擊穿電壓低，可以在工作電壓下發(fā)生。電介質(zhì)中的樹(shù)枝老化局部

49、放電的后果放電過(guò)程產(chǎn)生的活性氣體O3、NO、NO2等對(duì)介質(zhì)的氧化、腐蝕作用放電過(guò)程有帶電粒子撞擊介質(zhì)，引起局部溫升，加速介質(zhì)氧化并使局部電導(dǎo)和介質(zhì)損耗增大帶電粒子的撞擊還可能切斷分子結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致介質(zhì)破壞局放對(duì)有機(jī)介質(zhì)的影響尤為顯著有機(jī)絕緣材料的樹(shù)老化樹(shù)老化類型：電樹(shù)老化和水樹(shù)老化樹(shù)老化的原因電離性老化：該氣隙或氣泡內(nèi)容易發(fā)生電離。氣隙或氣泡的電離，造成鄰近絕緣物的分解、破壞(表現(xiàn)為變酥、炭化等形式)，并沿電場(chǎng)方向逐漸向絕緣層深處發(fā)展，在有機(jī)絕緣材料中會(huì)呈樹(shù)枝狀發(fā)展，稱作“電樹(shù)枝” 電導(dǎo)性老化：在兩電極之間的絕緣層中存在液態(tài)導(dǎo)電物質(zhì)(例如水)，當(dāng)該處場(chǎng)強(qiáng)超過(guò)某定值時(shí)，該液體會(huì)沿電場(chǎng)方向逐漸深入到絕

50、緣層中，形成近似樹(shù)枝狀的痕跡，稱作“水樹(shù)枝” Tree-like樹(shù)枝狀Bush-like灌木叢狀chestnut-like栗子狀樹(shù)枝老化的一般形狀電介質(zhì)中的樹(shù)枝老化 設(shè)備中樹(shù)老化 無(wú)法觀測(cè) 微觀形態(tài)控制 樹(shù)枝老化觀察 微觀形態(tài)和樹(shù)枝 老化二者的觀測(cè)試品薄膜化控制微觀結(jié)構(gòu)絕緣缺陷模擬樹(shù)枝老化監(jiān)測(cè)樹(shù)枝老化研究 樹(shù)老化 的研究 難點(diǎn) 特征三、影響固體電介質(zhì)擊穿電壓的因素電壓作用時(shí)間 溫度 電場(chǎng)均勻程度 電壓種類累積效應(yīng)受潮機(jī)械負(fù)荷二次效應(yīng)如空間電荷等 （1)電壓作用時(shí)間常用固體電介質(zhì)的工頻電氣強(qiáng)度與加壓時(shí)間的關(guān)系1聚乙烯2聚四氟乙烯3黃蠟布4硅有機(jī)玻璃云母帶 （2)溫度小于t0 時(shí)，屬于電擊穿當(dāng)溫度

51、超過(guò)t0 值時(shí)，溫度越高，散熱條件越差，擊穿電壓越低，此時(shí)屬于熱擊穿。t0 稱為轉(zhuǎn)折溫度。 （3)電場(chǎng)均勻程度均勻電中，擊穿電壓較高，而且擊穿電壓隨介質(zhì)厚度的增加呈線性關(guān)系上升不均勻電場(chǎng)中，擊穿電壓不隨介質(zhì)厚度的增加呈線性上升可能會(huì)出現(xiàn)熱擊穿，因此介質(zhì)厚度達(dá)到一定程度后，厚度再增加對(duì)提高擊穿電壓意義不大。 （4)電壓種類直流擊穿電壓：高于工頻交流擊穿電壓，因?yàn)閮H有電導(dǎo)損耗工頻交流擊穿電壓：高于高頻交流擊穿電壓，因?yàn)闃O化損耗高沖擊擊穿電壓：高于工頻交流擊穿電壓油浸電工紙板與加壓時(shí)間的關(guān)系（25C） （5）累積效應(yīng)擊穿電壓隨加壓次數(shù)增加而下降，累積效應(yīng)局部損傷的擴(kuò)展。 （6）受潮固體電介質(zhì)受潮后擊

52、穿電壓會(huì)迅速下降。 （7）機(jī)械負(fù)荷當(dāng)材料出現(xiàn)開(kāi)裂或微觀裂縫（熱、化學(xué)等作用）時(shí)，擊穿電壓將顯著下降。如在這些裂縫中充有污濁物或受潮后，擊穿電壓下降更多。提高固體電介質(zhì)擊穿電壓的方法改進(jìn)制造工藝：消除雜質(zhì)改進(jìn)絕緣設(shè)計(jì)：電場(chǎng)均勻改善運(yùn)行條件：散熱、防潮2.4 組合絕緣的電氣強(qiáng)度油屏障式絕緣油紙絕緣 擊穿場(chǎng)強(qiáng)可達(dá)500600kV/cm，大大超過(guò)各組成成分的電氣強(qiáng)度（油200kV/cm，紙100150kV/cm）2.4.1 組合絕緣中的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗公式推導(dǎo)2.4.2 組合絕緣中的電場(chǎng)直流電壓作用下電壓與電阻成正比，電場(chǎng)與電導(dǎo)率成反比（與電阻率成正比）交流電壓作用下交流電壓作用下電壓與電容成反比，

53、電場(chǎng)與介電常數(shù)成反比分層絕緣中的電場(chǎng)分配交流條件下油屏障式絕緣1E2直流條件下電場(chǎng)按電阻率正比分配。（紙） （油），故E2E1，電場(chǎng)分配合理。同一根油紙絕緣電纜在直流下的耐壓關(guān)于交流耐壓（約為3）倍。隨著d2的加大，E1持續(xù)增大在油隙中設(shè)置多個(gè)屏障，會(huì)使油中場(chǎng)強(qiáng)顯著增大，反而不利。電纜的絕緣單相圓芯均質(zhì)電纜r分階絕緣在r0rr1內(nèi)在r1r180根據(jù)這個(gè)絕緣耐熱等級(jí)可以進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷的最佳經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)電介質(zhì)的耐寒性耐寒性是絕緣材料在低溫下保證安全運(yùn)行的最低許可溫度，否則，固體可能變脆、開(kāi)裂，液體可能凝固。如10、25、40號(hào)變壓器油分別表示其凝固溫度為-10、-25、-40(三）環(huán)境老化環(huán)境老化

54、，包括光氧老化、臭氧老化、鹽霧酸堿等污染性化學(xué)老化。其中最主要時(shí)光氧老化，如紫外線的照射會(huì)使絕緣材料加速老化，有些絕緣材料不宜用于戶外日曬雨淋及污穢塵埃的環(huán)境。用于濕熱地區(qū)的材料還應(yīng)注意其抗生物（昆蟲(chóng)、霉菌）作用的性能。項(xiàng)目二 電壓互感器的測(cè)試任務(wù)一 電磁式電壓互感器絕緣電阻測(cè)試課程名稱：高電壓設(shè)備測(cè)試知識(shí)目標(biāo) 1. 掌握兆歐表的工作原理 2.熟悉絕緣電阻、吸收比的測(cè)量 能力目標(biāo) 1.能用絕緣表進(jìn)行電壓互感器絕緣電阻、吸收比的測(cè)量 2. 能夠在專人監(jiān)護(hù)和配合下獨(dú)立完成整個(gè)測(cè)試過(guò)程 3. 能根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程對(duì)測(cè)試結(jié)果做出正確的判斷和比較全面的分析絕緣的非破壞性試驗(yàn)一、絕緣監(jiān)測(cè)和診斷的基本概念

55、進(jìn)行絕緣監(jiān)測(cè)和診斷的必要性 絕緣的監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)分類：1. 按對(duì)設(shè)備造成的影響程度分類 （1）非破壞性試驗(yàn)，亦稱絕緣特性試驗(yàn)：在較低電壓下或用 其它不會(huì)損傷絕緣的方法來(lái)測(cè)量絕緣的各種情況，從而判斷絕緣內(nèi)部的缺陷揭示絕緣缺陷的不同性質(zhì)和發(fā)展程度。包含的種類：絕緣電阻試驗(yàn)、介質(zhì)損耗角正切試驗(yàn)、局部放電試驗(yàn)、絕緣油的氣相色譜分析等 （2）破壞性試驗(yàn)，即耐壓試驗(yàn)：以高于設(shè)備的正常運(yùn)行電壓來(lái)考核設(shè)備的電壓耐受能力和絕緣水平。耐壓試驗(yàn)對(duì)絕緣的考驗(yàn)嚴(yán)格，能保證絕緣具有一定的絕緣水平或裕度；缺點(diǎn)可能在試驗(yàn)時(shí)給絕緣造成一定的損傷不能揭示絕緣缺陷的性質(zhì)。包含的種類：交流耐壓試驗(yàn)、直流耐壓試驗(yàn)、雷電沖擊耐壓試驗(yàn)及操

56、作沖擊耐壓試驗(yàn) 按照設(shè)備是否帶電的方式分類（兩類）（1）離線：（2）在線：在被試設(shè)備處于帶電運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)設(shè)備的絕緣狀況進(jìn)行連續(xù)或定時(shí)的監(jiān)測(cè)，通常是自動(dòng)進(jìn)行的。特點(diǎn)：只能采用非破壞性試驗(yàn)方式。由于可連續(xù)監(jiān)測(cè)，除測(cè)定絕緣特性的數(shù)值外，還可分析特性隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，從而顯著提高了其判斷的準(zhǔn)確性 2. 絕緣預(yù)防性試驗(yàn)概念： 為了對(duì)絕緣狀態(tài)作出判斷，需對(duì)絕緣進(jìn)行各種試驗(yàn)和監(jiān)測(cè)，通稱為絕緣預(yù)防性試驗(yàn)。 絕緣的監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)的三個(gè)基本環(huán)節(jié)(1).傳感器與測(cè)量方法：(2).數(shù)據(jù)處理：(3).絕緣診斷3. 絕緣診斷規(guī)則： （1）邏輯診斷（2）模糊診斷 （3）統(tǒng)計(jì)診斷絕緣電阻試驗(yàn)電氣設(shè)備的絕緣，其等值電路往往是電

57、阻電容的混合電路。 吸收電流：由空間電荷極化造成的位移電流公式一、主要參數(shù)及技術(shù)指標(biāo)電流變化規(guī)律泄漏電流Ig吸收電流ia當(dāng)絕緣嚴(yán)重受潮或出現(xiàn)導(dǎo)電性缺陷時(shí)，R1、R2或兩者之和顯著減小，Ig大大增加，而Ia迅速衰減絕緣電阻所測(cè)絕緣電阻是隨測(cè)量時(shí)間變化而變化的，只有當(dāng)t時(shí)，其測(cè)量值為R=R，但在絕緣電阻試驗(yàn)中，特別是電容量較大時(shí)，很難短時(shí)測(cè)量到R的值，因此，在實(shí)際試驗(yàn)中，規(guī)程規(guī)定，只需測(cè)量60s時(shí)的絕緣電阻值，即R60S的值，當(dāng)電容量特別大時(shí)，吸收現(xiàn)象特別明顯，如大型發(fā)電機(jī)，可以采用10min時(shí)的絕緣電阻值。 吸收比K：定義：加壓60秒時(shí)的絕緣電阻與15秒時(shí)絕緣電阻的比值 對(duì)大電容量試品（也稱極化

58、指數(shù)P）： 為加壓10分鐘時(shí)的絕緣電阻與1分鐘時(shí)絕緣電阻的比值。 電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程等規(guī)定： 電力變壓器及大型發(fā)電機(jī)凡采用瀝青浸膠及烘卷云母絕緣者：K值應(yīng)不小于1.3，P值應(yīng)不小于1.5；大型發(fā)電機(jī)采用環(huán)氧粉云母者：K值應(yīng)不小于1.6，P應(yīng)不小于2.0；發(fā)電機(jī)容量在200MW及以上，推薦測(cè)量K2值（加壓10分鐘時(shí)的絕緣電阻與1分鐘時(shí)電阻之比值）。 絕緣狀態(tài)的判定若絕緣內(nèi)部有集中性導(dǎo)電通道，或絕緣嚴(yán)重受潮，則電阻R1 、R2會(huì)顯著降低，泄漏電流大大增加，時(shí)間常數(shù)大為減小，吸收電流迅速衰減。即使絕緣部分受潮，只要R1與R2中的一個(gè)數(shù)值降低，值也會(huì)大為減小，吸收電流仍會(huì)迅速衰減，仍可造成吸收比K

59、（及極化指數(shù)P，下同）的下降。當(dāng)K1或接近于1，則設(shè)備基本喪失絕緣能力。 K Cb，Cg Cb，Ur = 0時(shí)， qr UgCg在實(shí)際試驗(yàn)時(shí)，上式中所表達(dá)的各個(gè)量，都是無(wú)法實(shí)測(cè)的。所以要尋求其它能反映局部放電的量來(lái)測(cè)量。外施電壓是作用在Ca上的，當(dāng)Cg上的電壓變動(dòng)(Ug-Ur)時(shí)，會(huì)造成外施電壓的變化量U（可以測(cè)量）應(yīng)為這個(gè)圖可以解釋這個(gè)公式的由來(lái)由此兩式得總電容上的電壓變化量U： 相應(yīng)的電荷變化量q（視在放電量）： 把U 式代入上式q ，可得 這個(gè)式子建立了真實(shí)放電量和視在放電量之間的關(guān)系真實(shí)放電量： qr，是無(wú)法測(cè)量的（1）視在放電量： q，其表達(dá)式中的量都是可以測(cè)得的。它是局部放電試驗(yàn)中

60、的重要參量，國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)于各類高壓設(shè)備的視在放電量q的允許值均有所規(guī)定q比真實(shí)放電量qr小得多，它以pC作為計(jì)量單位。2.表征局部放電的重要參數(shù)放電重復(fù)率N（2）放電重復(fù)率N：所以定義一秒鐘內(nèi)產(chǎn)生的脈沖數(shù)叫做放電重復(fù)率N，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)求得如果每半周內(nèi)的放電次數(shù)為n，則N=2fn=100n （3）放電能量一次脈沖放電能量W當(dāng)外施電壓由零上升到Us時(shí)，Cg上的電壓為Ug，即可得如Ur0，則 放電能量的大小對(duì)電介質(zhì)的老化速度有很大影響局部放電的其它表示方法為了表征局部放電在一定期間內(nèi)的平均綜合效應(yīng)，還提出了各種累積參數(shù)，如平均放電電流，放電功率等。有時(shí)還測(cè)量局部放電的起始放電電壓和熄滅電壓影