《高電壓技術(shù)》（第二版）全套教學(xué)課件

1、緒論課程地位：電氣工程專業(yè)平臺(tái)課之一課程學(xué)時(shí)安排：講課32學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)成績(jī)?cè)u(píng)定：考試80(實(shí)驗(yàn)作業(yè))20 緒論教材：高電壓技術(shù)（第二版）周澤存主編參考書： 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，趙智大一輸電電壓等級(jí)的劃分：高壓（HV）： 10220KV超高壓（EHV）：330750KV特高壓（UHV）：1000KV及以上 二高電壓技術(shù)的研究對(duì)象：高電壓絕緣與試驗(yàn)： 1.絕緣材料的電氣物理性能和擊穿的理論、規(guī)律（實(shí)踐到理論）。 2.高壓試驗(yàn)：判斷、監(jiān)視絕緣質(zhì)量的主要試驗(yàn)方法。電力系統(tǒng)的過電壓： 3.過電壓的成因

2、與限制措施。 第一篇：高電壓絕緣及試驗(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)度電介質(zhì)極化基本類型電介質(zhì)的極化有四種基本形式：電子位移極化離子位移極化轉(zhuǎn)向極化空間電荷極化 1.電子位移極化極化機(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（無關(guān)）溫度（無關(guān)）極化彈性：彈性消耗能量：無 qRRi-qOOE2.離子位移極化2.離子位移極化極化機(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

3、關(guān)）電源頻率（無關(guān)）溫度（隨溫度升高而增加）極化彈性：彈性消耗能量：極微 3.轉(zhuǎn)向極化UU電極電介質(zhì)E3.轉(zhuǎn)向極化極化機(jī)理：極性分子轉(zhuǎn)向介質(zhì)類型：偶極性及有離子弛豫性極化的離子性介質(zhì)建立極化時(shí)間：需時(shí)較長(zhǎng)，10-610-2 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)）溫度（溫度較高時(shí)降低，低溫段隨溫度增加）極化彈性：非彈性消耗能量：有4.空間電荷極化極化機(jī)理：正負(fù)離子移動(dòng)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：有當(dāng)t=0: 當(dāng)t=: 一般有 電荷重新分配，在兩層介質(zhì)的交界面處有積累電

4、荷，稱為夾層極化。 夾層界面上電荷的堆積是通過介質(zhì)電導(dǎo)G完成的，高壓絕緣介質(zhì)的電導(dǎo)通常都很小，這種性質(zhì)的極化只有在低頻時(shí)才有意義 為便于比較，將上述各種極化列為下表極化種類產(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)10-15 s無束縛電子運(yùn)行軌道偏移離子式極化離子式結(jié)構(gòu)電介質(zhì)10-13 s幾乎沒有離子的相對(duì)偏移偶極子極化極性電介質(zhì)10-1010-2 s有偶極子的定向排列夾層極化多層介質(zhì)的交界面10-1 s數(shù)小時(shí)有自由電荷的移動(dòng)1-2 電介質(zhì)的介電常數(shù)相對(duì)介電常數(shù)及其物理意義相對(duì)介電常數(shù)是反映電介質(zhì)極化程度的物理量氣體電介質(zhì)的介電常數(shù)氣體分子間的距離很大，密度很小，氣體的極化率很小，一

5、切氣體的相對(duì)介電常數(shù)都接近1氣體的介電常數(shù)隨溫度的升高略有減小，隨壓力的增大略有增加，但變化很小部分氣體的相對(duì)介電常數(shù)（環(huán)境條件 20, 1 atm） 氣體種類相對(duì)介電常數(shù)氦1.000072氫1.000027氧1.00055氮1.00060甲烷1.00095二氧化碳1.00096乙烯1.00138空氣1.00059液體電介質(zhì)的介電常數(shù)非極性和弱極性電介質(zhì)：如石油、苯、四氯化碳、硅油等 r數(shù)值不大，在1.82.5范圍內(nèi)。介電常數(shù)和溫度的關(guān)系和單位體積中的分子數(shù)與溫度的關(guān)系相似極性電介質(zhì)：如蓖麻油、氯化聯(lián)苯等 r數(shù)值在26范圍內(nèi)。還能用作絕緣介質(zhì)強(qiáng)極性電介質(zhì)：如酒精、水等 r10，此類液體電介質(zhì)用

6、作電容器浸漬劑，可使電容器的比電容增大，但通常損耗都較大介電常數(shù)同溫度和頻率的關(guān)系（氯化聯(lián)苯）轉(zhuǎn)向極化對(duì)介電常數(shù)隨溫度及頻變化的關(guān)系： （1）T不變 f增大，r 減小 （2）f不變 T升高，r先增（分子間黏附力 ）后減（熱運(yùn)動(dòng) ）頻率 f1f2f3固體電介質(zhì)的介電常數(shù)非極性和弱極性固體電介質(zhì)： 聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、石蠟、石棉、無機(jī)玻璃等都屬此類 電介質(zhì)只有電子式極化和離子式極化， r不大，通常在2.02.7范圍 介電常數(shù)與溫度的關(guān)系也與單位體積內(nèi)的分子數(shù)與溫度的關(guān)系相近極性固體電介質(zhì)： 樹脂、纖維、橡膠、蟲膠、有機(jī)玻璃、聚氯乙烯和滌綸等 r 較大，一般為36，還可能更大。 r

7、和T及f的關(guān)系和極性液體的相似離子性電介質(zhì)： 如陶瓷，云母等，相對(duì)介電常數(shù)r 一般在58左右討論極化的意義選擇絕緣 在實(shí)際選擇絕緣時(shí)，除了考慮電氣強(qiáng)度外，還應(yīng)考慮介電常數(shù)r 對(duì)于電容器，若追求同體積條件有較大電容量，要選擇r 較大的介質(zhì) 對(duì)于電纜，為減小電容電流，要選擇r 較小的介質(zhì)討論極化的意義多層介質(zhì)的合理配合 對(duì)于多層介質(zhì)，在交流及沖擊電壓下，各層電壓分布與其r 成反比，要注意選擇r ，使各層介質(zhì)的電場(chǎng)分布較均勻，從而達(dá)到絕緣的合理應(yīng)用研究介質(zhì)損耗的理論依據(jù) 極化形成和介質(zhì)損失有關(guān)，要掌握不同極化類型對(duì)介質(zhì)損失的影響電氣預(yù)防性試驗(yàn)：項(xiàng)目的理論根據(jù)研發(fā)新型材料1.3 電介質(zhì)的電導(dǎo)電介質(zhì)的電

8、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 （或：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 二、影響液體介質(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。 所以在測(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)度分成三個(gè)區(qū)域 區(qū)域1：液體電介質(zhì)的電導(dǎo)在電場(chǎng)比較

9、小的情況下，遵循歐姆定律 區(qū)域2：隨著場(chǎng)強(qiáng)的增大，有一平坦區(qū)域 區(qū)域3：場(chǎng)強(qiáng)繼續(xù)增大超過某一極限，引起電流激增，最終擊穿液體電介質(zhì)中電壓電流特性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。二. 等效電路與相量圖R3C1R2C2 i=i1+i2+i3i1i2i3uU圖中C1 代表介質(zhì)的無損極化（電子式和離子式極化），C2 R2 代表各種有損極化，而R3則代表電導(dǎo)損耗。 介質(zhì)損耗角 為功率因數(shù)角 的余角，其正切 tg 又可稱為介質(zhì)損耗因數(shù)，常用百分?jǐn)?shù)（%）來表示。三. 簡(jiǎn)化等效電路

10、與損耗UUIRCPUI P = U I cos = U IR= U IC tg = U2 Cp tg 式中 電源角頻率； 功率因數(shù)角； 介質(zhì)損耗角。定義 為介質(zhì)損失角，是功率因數(shù)角 的余角介質(zhì)損失角正切值tg ，如同r 一樣，取決于材料的特性，而與材料尺寸無關(guān)，可以方便地表示介質(zhì)的品質(zhì) 電介質(zhì)的并聯(lián)與串聯(lián)等值電路并聯(lián)等值電路串聯(lián)等值電路 4.討論介質(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。若tg 過大會(huì)引起嚴(yán)重發(fā)熱，使材料劣化，甚至可能導(dǎo)致熱擊穿用于沖擊測(cè)量的連接電纜，其tg 必須要小，否則沖擊電壓波在其中傳播時(shí)將發(fā)生畸變，影響測(cè)量精度在絕緣試驗(yàn)中，tg 的測(cè)量是一項(xiàng)基本測(cè)試項(xiàng)

11、目。當(dāng)絕緣受潮劣化或含有雜質(zhì)時(shí)，tg 將顯著增加，絕緣內(nèi)部是否存在局部放電，可通過測(cè)tg U的關(guān)系曲線加以判斷用做絕緣材料的介質(zhì)，希望tg 小。在其他場(chǎng)合，可利用tg 引起的介質(zhì)發(fā)熱，如電瓷泥坯的陰干需較長(zhǎng)時(shí)間，在泥坯上加適當(dāng)?shù)慕涣麟妷?，則可利用介質(zhì)損耗發(fā)熱，加速干燥過程34氣體放電理論（一）主要內(nèi)容氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生和消失氣體放電的一般描述 均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程 不均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程35氣體放電在電場(chǎng)作用下，氣隙中帶電粒子的形成和運(yùn)動(dòng)過程36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？ 名詞解釋電子平均自由行程 激勵(lì)

12、電離復(fù)合37原子激勵(lì)和電離 原子能級(jí) 以電子伏為單位 1eV1V1. 610-19C1.610-19J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 38 原子電離： 原子在外界因素作用下，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程稱為原子的電離 電離過程所需要的能量稱為電離能Wi（ev），也可用電離電位Ui（v） 幾種氣體和金屬蒸汽的激勵(lì)電位和電離電位 氣體激勵(lì)能We (eV)電離能Wi (eV)氣體激勵(lì)能We (eV)電離能Wi (eV)N2O2H26.17.911

13、.215.612.515.4CO2H2OSF610.07.66.813.712.815.63940質(zhì)點(diǎn)的平均自由行程 ：一個(gè)質(zhì)點(diǎn)在與氣體分子相鄰兩次碰撞之間自由地通過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) 41氣體中電子和離子的自由行程是它們和氣體分子發(fā)生碰撞時(shí)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，其中質(zhì)點(diǎn)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的分布： 具有統(tǒng)計(jì)性的規(guī)律。質(zhì)點(diǎn)的自由行程大于x的概率為 如果起始有n0個(gè)質(zhì)點(diǎn)（或一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的相繼n0次碰撞），則其中行過距離x后，尚未被碰撞

14、的質(zhì)點(diǎn)數(shù)（或次數(shù)）n(x)應(yīng)為 42一、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 （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） （4）負(fù)離子的形成 （二） 金屬（陰極）的表面電離43碰撞電離 氣體放電中，碰撞電離主要是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)能。當(dāng)電子的動(dòng)能滿足如下條件時(shí)，將引起碰掩電離 me電子的質(zhì)量； ve 電子的速度； Wi氣體分子的電離能。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)44光電離 光輻射引起的氣體分子的電離過程稱為光電離 自然界

15、、人為照射、氣體放電過程當(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)所有氣體來說，在可見光（400750nm）的作用下，一般是不能直接發(fā)生光電離的 45熱電離 因氣體熱狀態(tài)引起的電離過程稱為熱電離 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子也能造成氣體的電離 46負(fù)離子的形成 有時(shí)電子和氣體分子碰撞非但沒有電離出新電子，反而是碰撞電子附著分子，形成了負(fù)離子 有些

16、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、SF6等）負(fù)離子的形成起著阻礙放電的作用 47金屬（陰極）的表面電離 陰極發(fā)射電子的過程 逸出功 ：金屬的微觀結(jié)構(gòu) 、金屬表面狀態(tài) 金屬表面電離有多種方式，即可以有多種方法供給電子以逸出金屬所需的能量 （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兩個(gè)及以上電子時(shí)才能出現(xiàn)自由電子48 （2）光電效應(yīng) 金屬表面受到光的照射，當(dāng)光子的能量大于逸出功時(shí)，金屬表面放射出電子 （3）強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射（冷發(fā)射） 當(dāng)陰極附近所

17、加外電場(chǎng)足夠強(qiáng)時(shí)，使陰極發(fā)射出電子 （4）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(dòng)能，逸出金屬49一、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)的消失 （一）電場(chǎng)作用下氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng) （二）帶電質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散 （三）帶電質(zhì)點(diǎn)的復(fù)合 50電場(chǎng)作用下氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)帶電質(zhì)點(diǎn)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 ，帶電質(zhì)點(diǎn)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，即上述的帶電質(zhì)點(diǎn)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 51帶電質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散 帶電質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散和氣體分子的擴(kuò)散一樣，都是由于

18、熱運(yùn)動(dòng)造成，帶電質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散規(guī)律和氣體的擴(kuò)散規(guī)律也是相似的 氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)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)散過程比離子的要強(qiáng)得多 52帶電質(zhì)點(diǎn)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、還原為分子的過程在帶電質(zhì)點(diǎn)的復(fù)合過程中會(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。通常放電過程中離子間的復(fù)合更為重要 一定空間內(nèi)帶電質(zhì)點(diǎn)由于復(fù)合而減少的速度決定于其濃度 53二、氣體放電的一般描述 （一

19、）氣體放電的主要形式 根據(jù)氣體壓強(qiáng)、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 54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)氣體壓強(qiáng)不大，電源功率很小（放電回路中串入很大阻抗）時(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。管中所充氣體不同，發(fā)光顏色也不同 55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)，且越來越明亮，管端電壓則更加降低，說明通道的電導(dǎo)越來越

20、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 56火花放電在較高氣壓（例如大氣壓強(qiáng)）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，并且放電過程不穩(wěn)定 57電暈放電 電極曲率半徑很小或電極間距離很遠(yuǎn)，即電場(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 58刷

21、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 59（二）非自持放電和自持放電 60非自持放電外施電壓小于U0時(shí)，間隙內(nèi)雖有電流，但其數(shù)值甚小，通常遠(yuǎn)小于微安級(jí)，因此氣體本身的絕緣性能尚未被破壞，即間隙還未被擊穿。而且這時(shí)電流要依靠外電離因素來維持，如果取消外電離因素，那么電流也將消失。 61自持放電當(dāng)電壓達(dá)到U0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

22、離因素了。因此U0以后的放電形式也稱為自持放電 62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U0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，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63 三、均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程 湯遜放電理論流注放電理論 這兩種理論互相補(bǔ)充，可以說明廣闊的pd（壓強(qiáng)和極間距離的乘積）范圍內(nèi)氣體放電的現(xiàn)象 64（一）湯遜氣體放電理論湯遜理論認(rèn)為，當(dāng)pd較小時(shí)，電子的碰撞電離和正

23、離子撞擊陰極造成的表面電離起著主要作用，氣隙的擊穿電壓大體上是pd的函數(shù)651、電子崩的形成 （ 過程 ）66 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程，會(huì)使電子數(shù)目迅速增加，如同冰山上發(fā)生雪崩一樣 電離系數(shù) 一個(gè)電子沿著電場(chǎng)方向行經(jīng)1cm長(zhǎng)度，平均發(fā)生的碰撞電離次數(shù) 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) 6768設(shè)：在外電離因素光輻射的作用下，單位時(shí)間內(nèi)陰極單位面積產(chǎn)生n0 個(gè)電子 在距離陰極為x的

24、橫截面上，單位時(shí)間內(nèi)單位面積有n個(gè)電子飛過 這n個(gè)電子行過dx之后，又會(huì)產(chǎn)生dn個(gè)新的電子 將此式積分，可得電子的增長(zhǎng)規(guī)律為 對(duì)于均勻電場(chǎng)， 不隨空間位置而變 相應(yīng)的電子電流增長(zhǎng)規(guī)律為 令xd，得進(jìn)入陽極的電子電流，此即外回路中的電流 692、過程 電離系數(shù) 正離子在間隙中造成的空間電離過程不可能具有顯著的作用 正離子向陰極移動(dòng)，依靠它所具有的動(dòng)能及位能，在撞擊陰極時(shí)能引起表面電離，使陰極釋放出自由電子來 表示折算到每個(gè)碰撞陰極表面的正離子，陰極金屬平均釋放出的自由電子數(shù)7071從陰極飛出n0個(gè)電子，到達(dá)陽極后，電子數(shù)將增加為 正離子數(shù)正離子到達(dá)陰極，從陰極電離出的電子數(shù)3、自持放電條件 設(shè)

25、n01 放電有非自持轉(zhuǎn)入自持的條件為 在均勻電場(chǎng)中，這也就是間隙擊穿的條件，上式具有清楚的物理意義 7273 當(dāng)自持放電條件得到滿足時(shí)，就會(huì)形成圖解中閉環(huán)部分所示的循環(huán)不息的狀態(tài)，放電就能自己維持下去 4、擊穿電壓、巴申定律 根據(jù)自持放電條件推導(dǎo)擊穿電壓 ，先推導(dǎo) 的計(jì)算式設(shè)電子在均勻電場(chǎng)中行經(jīng)距離x而未發(fā)生碰撞，則此時(shí)電子從電場(chǎng)獲得的能量為eEx，電子如要能夠引起碰撞電離，必須滿足條件 只有那些自由行程超過xiUiE的電子，才能與分子發(fā)生碰撞電離 若電子的平均自由行程為，自由行程大于xi的概率為 74在lcm長(zhǎng)度內(nèi)，一個(gè)電子的平均碰撞次數(shù)為l 其中是電子自由行程超過xi 而發(fā)生的碰撞 ，即電

26、離碰撞次數(shù) 氣體溫度不變時(shí)，1 Ap，并令A(yù)UiB，可得 75將 的計(jì)算式代入自持放電條件 擊穿電壓Ub 溫度不變時(shí)，均勻電場(chǎng)中氣體的擊穿電壓Ub是氣體壓強(qiáng)和電極間距離的乘積pd的函數(shù) 76巴申（Paschen）定律 擊穿電壓與pd的規(guī)律在碰撞電離學(xué)說提出之前，就已從實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出來了（U形，應(yīng)用） 77實(shí)際上的系數(shù)A及B和溫度有關(guān)。系數(shù)A和絕對(duì)溫度成反比 比值pT和氣體密度成正比 式中p以兆帕計(jì)，T以絕對(duì)溫度表示巴申定律更普遍的形式78物理解釋：假設(shè)d保持不變，當(dāng)P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。反之；當(dāng)P減小時(shí)，電子在碰撞前積聚到足夠動(dòng)能的

27、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 ，Ub所也會(huì)增大。同樣，可假設(shè)P保持不變。 d值增大時(shí)，欲得一定的場(chǎng)強(qiáng)，電壓必須增大。當(dāng)d值減到過小時(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)己減到很小故要求外加電壓增大，才能擊穿。U形曲線795、湯遜放電理論的適用范圍電力工程上經(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 2. 放電時(shí)間 火花放電時(shí)間的計(jì)算值比實(shí)測(cè)值要大得多 3. 擊穿電壓 湯遜自持放電條件求得的擊穿電壓和實(shí)驗(yàn)值有很大出入

28、4. 陰極材料的影響 實(shí)測(cè)得到的擊穿電壓和陰極材料無關(guān) 805、湯遜放電理論的適用范圍湯森德放電機(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.81原因： 忽略了帶電質(zhì)點(diǎn)改變電場(chǎng)分布及光電離828384氣體放電理論（二）主要內(nèi)容氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生和消失氣體放電的一般描述 均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程 不均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程85三、均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程（二）流注氣體放電理論工程上感興趣的是壓強(qiáng)較高氣體的擊穿，如大氣壓強(qiáng)下空氣的擊穿 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 通過大量的實(shí)驗(yàn)研究（主要在電離

29、室中進(jìn)行的）說明放電發(fā)展的機(jī)理 86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，等離子體 871. 電子崩階段電子崩外形： 電子崩中的電子數(shù)： nex例如，正常大氣條件下，若E30kVcm，則 11cm-1，計(jì)算得到隨著電子崩向陽極推進(jìn)，崩頭中的電子數(shù)88空間電荷畸變外電場(chǎng) 大大加強(qiáng)了崩頭及崩尾的電場(chǎng)，削弱了崩頭內(nèi)正、負(fù)電荷區(qū)域之間的電場(chǎng) 89電子崩頭部：電場(chǎng)明顯增強(qiáng)，有利于發(fā)生激勵(lì)或電離現(xiàn)象，當(dāng)它們回復(fù)到正常狀態(tài)時(shí)，放射出光子崩頭內(nèi)部正、負(fù)電荷區(qū)域：電場(chǎng)大大削弱，有助于發(fā)生復(fù)合過程，發(fā)射出光子2. 流注階段當(dāng)電子崩走完整個(gè)間隙后，大密度的頭部空間電荷大大加強(qiáng)了外部的電場(chǎng)，

30、并向周圍放射出大量光子光子引起空間光電離，其中的光電子被主電子崩頭部的正空間電荷所吸引，在受到畸變而加強(qiáng)了的電場(chǎng)中，造成了新的電子崩，稱為二次電子崩 90光電離、二次崩1主電子崩 2二次電子崩3流注正流注的形成二次電子崩中的電子進(jìn)入主電子崩頭部的正空間電荷區(qū)（電場(chǎng)強(qiáng)度較?。?，大多形成負(fù)離子。大量的正、負(fù)帶電質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成了等離子體，這就是正流注 流注通道導(dǎo)電性良好，其頭部又是二次電子崩形成的正電荷，因此流注頭部前方出現(xiàn)了很強(qiáng)的電場(chǎng) 911主電子崩2二次電子崩3流注正流注向陰極推進(jìn)流注頭部的電離放射出大量光子，繼續(xù)引起空間光電離。流注前方出現(xiàn)新的二次電子崩，它們被吸引向流注頭部，延長(zhǎng)了流注通道流注不斷

31、向陰極推進(jìn)，且隨著流注接近陰極，其頭部電場(chǎng)越來越強(qiáng)，因而其發(fā)展也越來越快流注發(fā)展到陰極，間隙被導(dǎo)電良好的等離子通道所貫通，間隙的擊穿完成，這個(gè)電壓就是擊穿電壓 92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 93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)展速度約為1.25107cm/s在電離室中得到的陽極流注發(fā)展過段的照片正流注的發(fā)展速度約為11082108cm/s94自持放電條件一旦形成流注，放電就進(jìn)入了新的階段，放電可以由本身產(chǎn)生的空間光電離而自行維持，即轉(zhuǎn)入自持放電了。如果電場(chǎng)均勻，間

32、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953.流注理論對(duì)pd很大時(shí)放電現(xiàn)象的解釋 1放電外形 Pd很大時(shí)，放電具有通道形式 流注出現(xiàn)后，對(duì)周圍空間內(nèi)的電場(chǎng)有屏蔽作用當(dāng)某個(gè)流注由于偶然原因發(fā)展更快時(shí)，將抑制其它流注的形成和發(fā)展，并且隨著流注向前推進(jìn)而越來越強(qiáng)烈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，并帶有分枝電子崩不致影響到鄰近空間內(nèi)的電場(chǎng)，不會(huì)影響其它電子崩的發(fā)展，因此湯遜放電呈連續(xù)一片-輝光放電962放電時(shí)間 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。3陰極材料的影響 根據(jù)流注理論，維

33、持放電自持的是空間光電離，而不是陰極表面的電離過程，這可說明為何很大Pd下?lián)舸╇妷汉完帢O材料基本無關(guān)了。97四、不均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過程球間隙的工頻放電電壓的變動(dòng)情況： 981 擊穿電壓2 電暈起始電壓3 刷狀放電電壓4 過渡區(qū)域d0 2D；d0 4D當(dāng)dd0時(shí)；電場(chǎng)已不均勻，當(dāng)電場(chǎng)還明顯低于擊穿電壓時(shí)，出現(xiàn)電暈 放電、刷狀放電 ；d0和d0 之間；過渡區(qū)域，放電過程不很穩(wěn)定，擊穿電壓分散性很大 當(dāng)dd0 時(shí)；電暈起始電壓己開始變得低于擊穿電壓了 根據(jù)電場(chǎng)均勻程度和氣體狀態(tài)，可出現(xiàn)不同情況電場(chǎng)比較均勻的情況 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 電場(chǎng)不均

34、勻程度增加但仍比較均勻的情況 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 電場(chǎng)極不均勻的情況 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 99引入電場(chǎng)不均勻系數(shù) f 表示各種結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)的均勻程度 f4后，極不均勻電場(chǎng)100特殊放電現(xiàn)象電暈放電電暈放電現(xiàn)象 電離區(qū)的放電過程造成。咝咝的聲音，臭氧的氣味，回路電流明顯增加(絕對(duì)值仍很小)，可以測(cè)量到能量損失脈沖現(xiàn)象 101(a) 時(shí)間刻度T=125s(b)

35、 0.7A電暈電流平均值(c) 2A電暈電流平均值電暈起始電壓和電暈起始場(chǎng)強(qiáng) 是不均勻電場(chǎng)特有的自持放電形式，起始電壓在原理上可由自持放電條件求得 對(duì)工程實(shí)踐有重要意義 不利影響 ：能量損失；放電脈沖引起的高頻電磁波干 擾；噪聲；生化學(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 ；利用電暈放電除塵等 102極不均勻電場(chǎng)中的放電過程（短間隙）以棒板間隙為例1. 非自持放電階段當(dāng)棒具有正極性時(shí) 在棒極附近，積聚起正空間電荷，減少了緊貼棒極附近的電場(chǎng)，而略微加強(qiáng)了外部空間的電場(chǎng)，棒極附近難以造成流注，使得自持放電、即電暈放

36、電難以形成 103Eex外電場(chǎng) Esp空間電荷的電場(chǎng)當(dāng)棒具有負(fù)極性時(shí) 電子崩中電子離開強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)后，不再引起電離，正離子逐漸向棒極運(yùn)動(dòng)，在棒極附近出現(xiàn)了比較集中的正空間電荷，使電場(chǎng)畸變 棒極附近的電場(chǎng)得到增強(qiáng)，因而自持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 104Eex外電場(chǎng) Esp空間電荷的電場(chǎng)極性效應(yīng) 實(shí)驗(yàn)表明： 1 棒板間隙中棒為正極性時(shí)電暈起始電壓比負(fù)極性時(shí)略高 U+（電暈） U-（電暈）2 工頻電壓U升高電暈現(xiàn)象？1052. 流注發(fā)展階段當(dāng)棒具有正極性時(shí)流注等離子體頭部的正電荷減弱等離子體中的電場(chǎng)，而加強(qiáng)其頭部電場(chǎng)（曲線2）電場(chǎng)加強(qiáng)的流注頭部前方產(chǎn)生新電子崩，其電子吸引入流

37、注頭部正電荷區(qū)內(nèi)，加強(qiáng)并延長(zhǎng)流注通道，其尾部的正離子構(gòu)成流注頭部的正電荷 流注及其頭部的正電荷使強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)更向前移（曲線3），促進(jìn)流注通道進(jìn)一步發(fā)展，逐漸向陰極推進(jìn)106當(dāng)棒具有負(fù)極性時(shí)棒極的強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)產(chǎn)生大量的電子崩，匯入圍繞棒極的正空間電荷，等離子體層呈擴(kuò)散狀分布，削弱前方電場(chǎng)（曲線2）在相當(dāng)一段電壓升高的范圍內(nèi)，電離只在棒極和等離子體層外沿之間的空間內(nèi)發(fā)展等離子體層前方電場(chǎng)足夠強(qiáng)后，發(fā)展新電子崩，其正電荷加強(qiáng)等離子體層前沿的電場(chǎng)，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)107極性效應(yīng) 實(shí)驗(yàn)表明： 1 棒板間隙中棒為負(fù)極性時(shí)擊穿電壓比正極性時(shí)高 U+（擊穿）U （氣） U （沿

38、面）在表面潮濕污染的情況下，沿面閃落電壓會(huì)更低。114 二、沿面放電的類型與特點(diǎn)（1）平行： 固體介質(zhì)處于均勻電場(chǎng)中，且界面與電力線平行，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)分布可分為典型二種情況。115（一）均勻和稍不均勻電場(chǎng)中的沿面放電 下面就三種情況分別介紹放電特性。 情況一中，雖界面與電力線平行，但沿面閃落電壓仍要比空氣間隙的擊穿電壓低很多。說明電場(chǎng)發(fā)生了畸變，主要原因如下： （2）強(qiáng)法線：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

39、（3）弱法線：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。EtEnE116 （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)。 （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)，降低了閃落電壓。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。117 當(dāng)U升高的過程中：1 法蘭處電暈放電，如右 a 圖2 平行的火花細(xì)線組成的光帶，如b 圖 3 細(xì)線突然迅

40、速增長(zhǎng)，轉(zhuǎn)為分叉的樹枝狀明亮火花通道（滑閃放電），如 c 圖4 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)” 導(dǎo)桿法蘭（二）極不均勻電場(chǎng)具有強(qiáng)垂直分量時(shí)的沿面放電。118（三）極不均勻電場(chǎng)垂直分量很弱時(shí)的沿面放電 支柱絕緣子的兩個(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)沿面閃落。干閃落電壓隨極間距離的增大而提高，平均閃落場(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 同樣的表面閃落距離下均勻與稍不均勻電場(chǎng)閃落電壓最高弱垂直分量極不均勻電場(chǎng)則低（距離，絕緣子）界

41、面電場(chǎng)主要為強(qiáng)垂直分量的極不均勻電場(chǎng)中，閃落電壓更低（電場(chǎng)最強(qiáng)處厚度，套管）119 提高方法（強(qiáng)垂直分量的極不均勻電場(chǎng)）： 主要是增大極間距離（橫向），防止或推遲滑閃放電。 以瓷套管為例，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)。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)的閃落電壓稱為污閃電壓，將在后面再作專門探討。120部分淋濕，絕緣子表面的水膜是不連續(xù)的（AB濕 BCA干）有水膜覆蓋的表面電導(dǎo)大，無水膜處的表面電導(dǎo)小大多數(shù)外加電壓將由干表面（圖中的BCA）段來承受?；蛘呖諝忾g隙

42、BA先擊穿或者干表面BCA先閃落，但結(jié)果都是形成ABA電弧放電通道閃絡(luò)如雨量特別大時(shí)，傘間（BB）被雨水短接構(gòu)成電弧通道閃絡(luò)ABCAB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121 五、絕緣子污染狀態(tài)下的沿面放電濕閃只有干閃電壓的40%50%，還受雨水電導(dǎo)率的影響。絕緣子的濕閃電壓不會(huì)降低太多。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)、傘的傾角、傘裙直徑應(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。122

43、積污：氣候條件：包括雨、露、霜、雪、風(fēng)等環(huán)境作用：和工業(yè)粉塵、廢氣、自然鹽堿、灰塵、鳥糞等污穢外絕緣被污染的過程一般是漸進(jìn)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。污層濕潤(rùn)： 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。干區(qū)形成：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)。電場(chǎng)畸變：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。123局部電弧：如果電場(chǎng)強(qiáng)度已足已引起表面空氣的電離，開始出現(xiàn)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)為絕緣

44、子局部表面的有明亮通道的電弧擊穿：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。自動(dòng)延伸直至貫穿兩極完成沿面閃落 污閃后果嚴(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。124 六、污閃事故的對(duì)策 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

45、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（增大泄露距離） 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)。125各污穢等級(jí)所要求的爬電比距值 下表為各污穢等級(jí)所要求的爬電比距值 3.10(3.41)3.10(3.57)2.91 3.45(3.20 3.80)

46、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(jí) 注 括號(hào)內(nèi)的數(shù)據(jù)為以系統(tǒng)額定

47、電壓為基準(zhǔn)的爬電比距值。 126新型合成絕緣子的優(yōu)點(diǎn)： （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。高電壓技術(shù)課堂作業(yè)第一章 P12頁，1-1，1-4，1-6補(bǔ)充：1、畫出電介質(zhì)的等效電路（非簡(jiǎn)化的）及其向量圖，說明電路中各元件的含義，指出介質(zhì)損失角第二章 P49頁，2-2補(bǔ)充：1、說明巴申定律的實(shí)驗(yàn)曲線的物理意義是什么？2、電暈產(chǎn)生的物理機(jī)理是什么？它有哪些有害影響？試

48、列舉工程上各種防暈措施的實(shí)例。3、極性效應(yīng)的概念是什么？試以棒板間隙為例說明產(chǎn)生機(jī)理。127128謝謝!第三章 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3.1 氣隙的擊穿時(shí)間 最低靜態(tài)擊穿電壓U0 擊穿時(shí)間tb 升壓時(shí)間t0 、統(tǒng)計(jì)時(shí)延ts 、放電發(fā)展時(shí)間tf 、放電時(shí)延 tl 短間隙(1厘米以下) tftb 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大于tb，則介質(zhì)溫度上升，回不到tb，直至熱擊穿。稱tb為不穩(wěn)定熱平衡

49、點(diǎn) tat180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)4.5 液體電介質(zhì)擊穿的機(jī)理 液體電介質(zhì) ：純凈的液體電介質(zhì) 工程用液體電介質(zhì)（水分+雜質(zhì)） 擊穿機(jī)理不同：電擊穿理論、氣泡擊穿理論 小橋擊穿理論1. 純凈液體電介質(zhì)的電擊穿理論液體中因強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射等原因產(chǎn)生的電子，在電場(chǎng)中被加速，與液體分子發(fā)生碰撞電離在極不均勻電場(chǎng)中變壓器油的擊穿過程，先在尖電極附近開始電離，電離開始階段以后是流注發(fā)展階段，流注分級(jí)地向另一電極發(fā)展，放電通道出現(xiàn)分枝，最后流注通道貫通整個(gè)間隙與長(zhǎng)空氣間隙的放電過程很相似 /222. 純凈液體電介質(zhì)的氣泡擊穿理論當(dāng)外加電場(chǎng)較高時(shí)，液體介質(zhì)內(nèi)由于各種原因產(chǎn)生氣泡

50、 1）電子電流加熱液體，分解出氣體；2）電子碰撞液體分子，使之解離產(chǎn)出氣體；3）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；4）電極凸起處的電暈引起液體氣化。串聯(lián)介質(zhì)中，場(chǎng)強(qiáng)的分布與介質(zhì)的介電常數(shù)成反比-局放-熱-體積膨脹-氣體小橋/22 (a) 形成“小橋” (b) 未形成“小橋”受潮纖維在電極間定向示意圖 /223. 非純凈液體電介質(zhì)的小橋擊穿理論液體中的雜質(zhì)在電場(chǎng)力的作用下，在電場(chǎng)方向定向，并逐漸沿電力線方向排列成雜質(zhì)的“小橋水分及纖維等的電導(dǎo)大，引起泄漏電流增大、發(fā)熱增多，促使水分汽化、氣泡擴(kuò)大液體電介質(zhì)最后在氣體通道中發(fā)生擊穿 /224.6

51、影響液體電介質(zhì)擊穿電壓的因素 用標(biāo)準(zhǔn)油杯來檢查油的質(zhì)量平板電極間電場(chǎng)均勻，油中稍有含水、含雜，含氣等擊穿電壓就明顯下降規(guī)程規(guī)定用來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 1. 雜質(zhì)（懸浮水、纖維）變壓器油的工頻擊穿電壓和含水量的關(guān)系 /222. 電壓作用時(shí)間稍不均勻電場(chǎng)中變壓器油的伏秒特性曲線/22極不均勻電場(chǎng)中變壓器油的伏秒特性曲線/221分鐘（60S）擊穿電壓近似等于持久擊穿電壓3. 電場(chǎng)情況油的純凈程度較高時(shí)，改善電場(chǎng)的均勻程度能使工頻或直流電壓下的

52、擊穿電壓明顯提高液體電介質(zhì)不同油質(zhì)擊穿電壓的分散性和電場(chǎng)的均勻程度有關(guān) 工頻擊穿電壓的分散性在極不均勻電場(chǎng)中不超過5（電極處電場(chǎng)力作用雜質(zhì)不易形成小橋），而在均勻電場(chǎng)中可達(dá)3040 /224. 溫度標(biāo)準(zhǔn)油杯中變壓器油工頻擊穿電壓與溫度的關(guān)系1-干燥的油； 2-受潮的油/22水當(dāng)T增加時(shí)：固液汽5.壓強(qiáng)變壓器油（工程電介質(zhì)）工頻擊穿電壓與壓強(qiáng)的關(guān)系 /22油中含有氣體4.7 提高液體電介質(zhì)擊穿電壓的方法1 提高并保持油的品質(zhì)2 絕緣覆蓋層： 小于1毫米阻止小橋直接接通電極電流小3 絕緣層： 幾十毫米曲率大的電極阻止強(qiáng)場(chǎng)區(qū)產(chǎn)生不電暈4 屏障： 阻止小橋連通 阻擋電極電離的電子均勻電場(chǎng)/22謝謝!第

53、五章電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)（一）絕緣監(jiān)測(cè)和診斷的基本概念絕緣電阻和泄漏電流的測(cè)量介質(zhì)損耗角正切的測(cè)量絕緣的監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)分類：1. 按照對(duì)設(shè)備造成的影響程度分類非破壞性試驗(yàn)，即檢查性試驗(yàn)：在較低電壓下或用其它不會(huì)損傷絕緣的方法測(cè)量絕緣的各種情況，判斷絕緣內(nèi)部的缺陷包含的種類：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 破壞性試驗(yàn)，即耐壓試驗(yàn)：以等價(jià)或高于設(shè)備的正常運(yùn)行電壓來考核設(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)是可能在試驗(yàn)時(shí)給絕緣造成一定的損傷 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)及操作沖擊

54、耐壓試驗(yàn) 2. 按照設(shè)備是否帶電的方式分類（兩類）離線：要求被試設(shè)備退出運(yùn)行狀態(tài)，通常是周期性間斷地施行特點(diǎn)：可采用破壞性試驗(yàn)和非破壞性試驗(yàn)兩種方式。耐壓試驗(yàn)往往是在非破壞性試驗(yàn)之后才進(jìn)行。缺點(diǎn)是對(duì)絕緣耐壓水平的判斷比較間接，尤其周期性的離線試驗(yàn)更不易判斷準(zhǔn)確 在線：在被試設(shè)備處于帶電運(yùn)行的條件下，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)特點(diǎn)：只能采用非破壞性試驗(yàn)方式。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)，顯著提高了其判斷的準(zhǔn)確性 5-1 測(cè)定絕緣電阻雙層介質(zhì)模型的電流時(shí)間特性雙層介質(zhì)等值電路圖 吸收和泄漏電流及絕緣電阻的變化曲線在工程應(yīng)用上，把介質(zhì)處在吸收過程時(shí)的U/i也稱為絕緣

55、電阻R 吸收和泄漏電流及絕緣電阻的變化曲線定義吸收比K： 加壓60秒時(shí)的絕緣電阻與15秒時(shí)絕緣絕緣電阻之比值 定義極化指數(shù)P： 為加壓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（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。不同絕緣狀態(tài)下的絕緣電阻的變化曲線 測(cè)量絕緣電阻與吸收比的方法測(cè)量?jī)x表：兆歐表搖表：帶有手搖直流發(fā)電機(jī)的兆

56、歐表，俗稱搖表晶體管兆歐表：采用電池供電，晶體管振蕩器產(chǎn)生交變電壓，經(jīng)變壓器升壓及倍壓整流后輸出直流電壓兆歐表的電壓：500、1000、2500、5000V等兆歐表選擇：根據(jù)設(shè)備電壓等級(jí)的不同，選用不同電壓的兆歐表。例：額定電壓1kV及以下者使用1000V兆歐表；1kV以上者使用2500V兆歐表 兆歐表的原理結(jié)構(gòu)圖 例：用兆歐表測(cè)量套管絕緣電阻測(cè)量絕緣電阻能發(fā)現(xiàn)的缺陷總體絕緣質(zhì)量欠佳絕緣受潮兩極間有貫穿性的導(dǎo)電通道絕緣表面情況不良測(cè)量絕緣電阻不能發(fā)現(xiàn)的缺陷絕緣中的局部缺陷絕緣的老化測(cè)量絕緣電阻注意事項(xiàng)試驗(yàn)前后將試品接地放電高壓測(cè)試連線架空測(cè)吸收比和極化指數(shù)時(shí)，應(yīng)待電源電壓穩(wěn)定后再接入試品防止試

57、品向兆歐表反向放電繞組的影響絕緣電阻與溫度的關(guān)系5-2 測(cè)定泄漏電流測(cè)量電力變壓器主絕緣泄漏電流的接線T1調(diào)壓器； T2高壓試驗(yàn)變壓器； D高壓硅堆 R保護(hù)電阻； C濾波電容； T被試變壓器 直流電源的要求輸出電壓（幅值、脈動(dòng)系數(shù)小于3%）輸出電流 （1mA 以下，電壓不減低）電源保護(hù)（保護(hù)電阻，放電管、并聯(lián)電容、旁路開關(guān)）注意事項(xiàng)與測(cè)絕緣電阻相同電壓保持時(shí)間1分鐘（待電容電流和吸收電流充分衰減），泄漏電流穩(wěn)定試驗(yàn)特點(diǎn)所加直流電壓較高，可以發(fā)現(xiàn)一些兆歐表不能發(fā)現(xiàn)的缺陷直流電壓逐漸升高，可觀察電流與電壓關(guān)系的線性度線性刻度，能精確讀取5-3 介質(zhì)損耗角正切的測(cè)量 西林電橋的基本原理存在外界電磁場(chǎng)

58、干擾時(shí)的測(cè)量測(cè)試功效注意事項(xiàng)1.西林電橋的基本原理西林電橋：高壓臂：代表試品的Z1；無損耗的標(biāo)準(zhǔn)電容CN，它以阻抗Z2作為代表。低壓臂：處在橋箱體內(nèi)的可調(diào)無感電阻R3，以Z3來代表；無感電阻R4和可調(diào)電容C4的并聯(lián)，以Z4來代表 保護(hù)：放電管P電橋平衡：檢流計(jì)G檢零屏蔽：消除雜散電容的影響電橋的平衡條件： Z1/Z3 = Z2/Z4并聯(lián)等值回路 tg= 1/ Rx Cx =R4 C4 Cx = R4CN/R3 (1+tg2) 串聯(lián)等值回路 tg= Rx Cx =R4 C4 Cx = CNR4/R3 Cx：因?yàn)閠g2 極小，故兩種等值電路的Cx近似相等西林電橋的基本回路 接線方式屏蔽：雜散電容：

59、高壓引線與低壓臂之間有電場(chǎng)的影響，可看作其間有雜散電容Cs。由于低壓臂的電位很低，Cx和C0的電容量很小，如C0一般只有50100pF，雜散電容Cs的引入，會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。若附近另有高壓源，其間的雜散電容Cs1會(huì)引入干擾電流iS，也會(huì)造成測(cè)量誤差 需要屏蔽，消除雜散電容的影響西林電橋的基本回路 2.存在外界電磁場(chǎng)干擾時(shí)的測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)試品：難以實(shí)現(xiàn)屏蔽，干擾較嚴(yán)重兩次測(cè)量法：第一次測(cè)得tg1和Cx，然后倒換試驗(yàn)變壓器原邊電源線的兩頭(試驗(yàn)電壓U的相位轉(zhuǎn)180)，測(cè)得第二次的數(shù)值tg2和Cx，可用下式計(jì)算得準(zhǔn)確的tg和Cx值：磁場(chǎng)干擾時(shí)介損的測(cè)量檢流計(jì)正反接抗磁場(chǎng)干擾的原理：設(shè)無磁干擾時(shí)，兩個(gè)測(cè)量臂的

60、數(shù)值分別為R3和C4；設(shè)存在磁干擾時(shí)，兩個(gè)測(cè)量臂的數(shù)值分別為(R3+R3)和(C4+C4)；把檢流計(jì)和電橋兩臂相接的兩端倒換一下，兩個(gè)測(cè)量臂的數(shù)值將分別為 (R3R3)和(C4 C4) 當(dāng)檢流計(jì)正接時(shí)測(cè)得：當(dāng)檢流計(jì)反接時(shí)測(cè)得：因無磁場(chǎng)干擾時(shí)：故可得：測(cè)試功效有效受潮穿透性導(dǎo)電通道氣泡電離、絕緣分層、脫殼絕緣老化劣化絕緣油臟污、劣化無效局部損壞小部分絕緣的老化劣化個(gè)別絕緣弱點(diǎn)注意事項(xiàng)分部測(cè)試-部分缺陷與溫度的關(guān)系-指數(shù)規(guī)律與試驗(yàn)電壓的關(guān)系-絕緣好：基本不變護(hù)環(huán)-表面泄露和屏蔽-干擾電場(chǎng)源測(cè)試?yán)@組時(shí)tg -首尾短接第六章電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)（二）工頻高壓試驗(yàn)直流高壓試驗(yàn)雷電沖擊高壓試驗(yàn)操作沖擊高壓試驗(yàn)