高電壓技術(shù)概述及氣體的絕緣強(qiáng)度概要課件

劉渝根高電壓工程劉渝根高電壓工程為什么要學(xué)習(xí)高電壓工程？涉及（學(xué)習(xí)、掌握）哪些內(nèi)容？高電壓工程與電氣工程其它專業(yè)的關(guān)系？如何學(xué)好本課？為什么要學(xué)習(xí)高電壓工程？緒論電壓等級(jí)

/kV10501102202873805257351150首次出現(xiàn)年份189019071912192619361952195919651985

線路的傳輸容量P=U2/ZU：電壓Z：線路波阻抗電力系統(tǒng)：發(fā)電廠（火力、水力、核能、風(fēng)力、地?zé)帷⑻柲?、潮汐能發(fā)電）－變電站（升壓）－輸電線路－變電站（降壓）－配電網(wǎng)－用戶交流輸電各電壓等級(jí)首次出現(xiàn)的時(shí)間緒論電壓等級(jí)1050110220287380交流輸電各電壓等級(jí)的波阻抗與傳輸容量U(kV)22033050075010002000Z(Ω)400303278256250250P(MW)1213609002200400016000

當(dāng)從發(fā)電中心遠(yuǎn)離用電中心時(shí)，高壓輸電時(shí)不可避免的。巨型水電站、巨型坑口電站、核電站都遠(yuǎn)離負(fù)荷中心。我國(guó)能源主要分布在西部（黃河、長(zhǎng)江、珠江水系，山西、內(nèi)蒙、四川、云貴）地區(qū)，而用電大戶是江浙、上海、廣東等東部地區(qū)。所以不可避免要采用超高壓遠(yuǎn)距離大容量輸電。交流輸電線路100kV大約傳輸100km交流輸電各電壓等級(jí)的波阻抗與傳輸容量U(kV)2203305

交流輸電：我國(guó)220kV及以下稱為高壓，330－500kV稱為超高壓，1000kV及以上稱為特高壓超電壓電網(wǎng)：我國(guó)西北地區(qū)為330kV，現(xiàn)750kV電網(wǎng)已投運(yùn)，其它地區(qū)500kV，并開始設(shè)計(jì)1000kV特高壓電網(wǎng)直流輸電（幾乎沒有距離限制、采用電纜可在水下、地下輸電）我國(guó)圍繞三峽工程已建成數(shù)條500kV直流線路，現(xiàn)開始建設(shè)800kV直流線路。交流輸電：我國(guó)220kV及以下稱為高壓，330－50中國(guó)電力工業(yè)的現(xiàn)狀與展望發(fā)電量：41413億度(2010年全國(guó)總量)裝機(jī)容量：96219萬kW(截止2010年底，其中火電70663萬千瓦，占73.4%；水電21340萬千瓦，占22.2%；風(fēng)電3107萬千瓦；核電1082萬千瓦

)電壓等級(jí)：

交流：

1000kV/(750kV)500kV/(330kV)220kV/110kV/(66kV)35kV/10kV

直流：±500kV/±660kV(在建，寧東至山東直流

)/±800kV

全國(guó)220千伏及以上輸電線路回路長(zhǎng)度達(dá)到44.27萬千米，220千伏及以上變電設(shè)備容量達(dá)到19.74億千伏安中國(guó)電力工業(yè)的現(xiàn)狀與展望發(fā)電量：41413億度(2010年國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃能源科技發(fā)展思路：把節(jié)約能源放在首位，促進(jìn)節(jié)能型社會(huì)的建立；以煤炭為主體，以電力為中心，加快發(fā)展水電、核電，保障油氣安全；堅(jiān)持遠(yuǎn)近結(jié)合，積極推進(jìn)可再生能源和新能源的發(fā)展。電力工業(yè)發(fā)展方針提高能源效率，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)，大力發(fā)展水電，優(yōu)化發(fā)展煤電，推進(jìn)核電建設(shè)，穩(wěn)定發(fā)展天然氣發(fā)電，加快新能源發(fā)電，促進(jìn)裝備工業(yè)發(fā)展，深化體制改革。國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃能源科技發(fā)展思路：電力工業(yè)發(fā)展方針輸煤還是輸電商品運(yùn)行的一般環(huán)節(jié)：生產(chǎn)、流通、消費(fèi)?！半姟笔且惶厥獾纳唐罚翰豢蓛?chǔ)存！電力系統(tǒng)的許多特點(diǎn)由此決定。我國(guó)電力資源的分布：西部。電力負(fù)荷中心：中東部。能源的輸送方式：輸電、輸煤輸煤還是輸電商品運(yùn)行的一般環(huán)節(jié)：生產(chǎn)、流通、消費(fèi)?！半姟笔且话l(fā)展大煤電、大水電、大核電和特高壓交直流輸電，實(shí)行輸電輸煤并舉，優(yōu)先發(fā)展輸電是我國(guó)優(yōu)化能源輸送方式的戰(zhàn)略選擇。為什么要建設(shè)特高壓電網(wǎng)？長(zhǎng)期以來，我國(guó)電力發(fā)展的主要方式是以就地平衡為主。這種發(fā)展方式帶來資源浪費(fèi)、環(huán)境惡化、運(yùn)輸緊張等問題。當(dāng)前電力發(fā)展存在的環(huán)境和運(yùn)輸瓶頸等問題，歸根結(jié)底是電源布置不合理造成的。發(fā)展大煤電、大水電、大核電和特高壓交直流輸電，實(shí)行輸電輸煤并Ⅰ電力需要大發(fā)展緩解能源運(yùn)輸瓶頸

目前我國(guó)總發(fā)電量已位居世界前列，但人均用電量還遠(yuǎn)不如世界發(fā)達(dá)國(guó)家。

電能缺口矛盾突出，這必將使我國(guó)要加快電力發(fā)展的步伐。美國(guó)日本英國(guó)韓國(guó)中國(guó)人均生活用電量246kWh1/71/31/41/31/201/61/101/5中國(guó)人均占用電量2149kWh2006年統(tǒng)計(jì)Ⅰ電力需要大發(fā)展緩解能源運(yùn)輸瓶頸目前我國(guó)總發(fā)電量已“西電東送”三大通道及主干電網(wǎng)示意“西電東送”三大通道及主干電網(wǎng)示意“西電東送”三大通道及主干電網(wǎng)示意“西電東送”三大通道及主干電網(wǎng)示意積極擴(kuò)大“西電東送”規(guī)模－輸電北通道：山西、蒙西向京津冀魯送電，2010年約20GW，2020年約40GW；中通道：三峽及四川水電向華東、華中電網(wǎng)送電，2010年約21GW，2020年45～50GW；南通道：云南、貴州水電及火電向廣東、廣西送電，2010年約20.8GW，2020年約40GW。研究結(jié)果表明：特高壓電網(wǎng)具有具有大容量、長(zhǎng)距離和低損耗送電特點(diǎn)。加快建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為重點(diǎn)、各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)的國(guó)家電網(wǎng)，對(duì)解決我國(guó)能源發(fā)展面臨的突出問題，構(gòu)筑穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、清潔、安全的能源供應(yīng)體系具有十分重要的意義。積極擴(kuò)大“西電東送”規(guī)模－輸電研究結(jié)果表明：特高壓電網(wǎng)具有具Ⅱ

解決現(xiàn)有電網(wǎng)問題

雖然全國(guó)“西電東送”500kV超高壓骨干網(wǎng)架已經(jīng)形成，但500kV跨區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)聯(lián)系薄弱，輸電能力有限，難以滿足西部和北部能源基地大規(guī)模、遠(yuǎn)距離電力外送需求；此外，電力密集地區(qū)電網(wǎng)短路電流控制困難，長(zhǎng)鏈型電網(wǎng)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定問題突出；受端電網(wǎng)存在多直流集中落點(diǎn)必須采用更高一級(jí)電壓等級(jí)的輸電技術(shù)。Ⅱ解決現(xiàn)有電網(wǎng)問題雖然全國(guó)“西電東送”500kV超高發(fā)展和建設(shè)特高壓輸電的必要性和緊急性：從現(xiàn)在起到2020年我國(guó)需新裝機(jī)約5億千瓦，年均超過3000萬千瓦，但我國(guó)3/4以上可開發(fā)水能資源（3.95億千瓦）分布在川、云、藏，探明的煤炭資源保有儲(chǔ)量3/5以上分布在晉、陜、蒙；而全國(guó)電力負(fù)荷2/3分布在京廣線以東地區(qū)，能源分布與經(jīng)濟(jì)發(fā)展極不平衡；雖然全國(guó)“西電東送”500kV超高壓骨干網(wǎng)架已經(jīng)形成，但500kV跨區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)聯(lián)系薄弱，輸電能力有限，難以滿足西部和北部能源基地大規(guī)模、遠(yuǎn)距離電力外送需求，必須采用更高一級(jí)電壓等級(jí)的輸電技術(shù)。發(fā)展和建設(shè)特高壓輸電的必要性和緊急性：從現(xiàn)在起到2020年我2007年，電源結(jié)構(gòu)調(diào)整，水電建設(shè)步伐加快，三峽電站已有21臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)，發(fā)電能力達(dá)1480萬千瓦。龍灘、小灣、構(gòu)皮灘、瀑布溝、錦屏、拉西瓦、向家壩、溪洛渡等一批大型水電站相繼開工建設(shè)，其中一些項(xiàng)目的部分工程投產(chǎn)發(fā)電；金沙江水電開發(fā)全面啟動(dòng)，溪洛渡電站于11月8日實(shí)現(xiàn)截流；核電方面，隨著田灣核電站兩臺(tái)核電機(jī)組投產(chǎn)，全國(guó)核電裝機(jī)容量已達(dá)885萬千瓦，紅沿河核電項(xiàng)目已開始啟動(dòng)；風(fēng)力發(fā)電取得突破性進(jìn)展，中國(guó)國(guó)電集團(tuán)公司、中國(guó)大唐集團(tuán)公司風(fēng)電裝機(jī)容量相繼超過百萬千瓦，內(nèi)蒙古自治區(qū)成為全國(guó)首個(gè)風(fēng)電裝機(jī)容量突破百萬千瓦的省份。11月8日，我國(guó)第一個(gè)海上風(fēng)電站在渤海油田順利投產(chǎn)，拉開了我國(guó)有效利用海上風(fēng)能的序幕；一批生物質(zhì)發(fā)電廠建成投產(chǎn)，光伏發(fā)電和煤層氣開發(fā)積極推進(jìn)。2007年，電源結(jié)構(gòu)調(diào)整，水電建設(shè)步伐加快，三峽電站已有21

國(guó)內(nèi)外通過對(duì)高于500kV的各種電壓等級(jí)輸電方案與現(xiàn)有的500kV交直流系統(tǒng)在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境等方面的比較：1000kV級(jí)交流或±800kV直流輸電方案的單位輸送容量投資為500kV交流或直流的70％左右；一回100萬級(jí)交流線路輸送能力是500kV線路的5倍，一回±800kV直流線路輸送能力是±500kV線路的2倍。國(guó)內(nèi)外通過對(duì)高于500kV的各種電壓等級(jí)輸電方案

因此，建設(shè)交流1000kV級(jí)和直流±800kV級(jí)特高壓輸電系統(tǒng)最經(jīng)濟(jì)，逐步構(gòu)建超特高壓骨干網(wǎng)架是我國(guó)21世紀(jì)電網(wǎng)建設(shè)的必然選擇。特高壓骨干網(wǎng)架，對(duì)于我國(guó)以“西電東送”帶動(dòng)全國(guó)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)大區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)，緩解資源瓶頸，提高能源運(yùn)輸效率和電網(wǎng)運(yùn)行可靠性，以及打破由于區(qū)域能源資源分布而使東西部經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不平衡都具有重大而深遠(yuǎn)的意義。因此，建設(shè)交流1000kV級(jí)和直流±80輸電方式：架空線路：鐵塔、導(dǎo)線、絕緣子電纜輸電：太貴輸電方式：特高壓直流輸電特高壓直流輸電中國(guó)電網(wǎng)示意圖海南電網(wǎng)已并入南方電網(wǎng)。西藏電網(wǎng)2011年實(shí)現(xiàn)與西北電網(wǎng)互聯(lián)。中國(guó)電網(wǎng)示意圖海南電網(wǎng)已并入南方電網(wǎng)。西藏電網(wǎng)2011年實(shí)現(xiàn)

高壓、超高壓甚至特高壓輸電就必須涉及到高電壓強(qiáng)電場(chǎng)下的特殊問題：高電壓絕緣技術(shù)絕緣定義：將不同電位的導(dǎo)體分隔開來，使它們能夠保持各自的電位。絕緣研究的問題：各類絕緣材料（氣、液、固）在電場(chǎng)作用下的電氣性能（極化、電導(dǎo)、損耗等），尤其是在強(qiáng)電場(chǎng)中的擊穿特性及其規(guī)律。以便研究出可靠的絕緣材料、合理的絕緣結(jié)構(gòu)。電氣設(shè)備絕緣的費(fèi)用＝f(U3),電壓越高絕緣上的投資越大這與經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)高壓、超高壓甚至特高壓輸電就必須涉及到高電壓強(qiáng)電場(chǎng)下

電氣設(shè)備在電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)要承受正常運(yùn)行電壓和過電壓的作用。正常運(yùn)行電壓：額定電壓：Ue(3、6、10、35、110、220、330、500、750kV)---線電壓最大正常運(yùn)行電壓：考慮最大調(diào)壓需要的運(yùn)行電壓。調(diào)壓系數(shù)：1.05-1.15最大正常運(yùn)行相電壓＝（1.05-1.15）Ue/√3過電壓：超過正常運(yùn)行電壓可能引起絕緣損壞的電壓升高。過電壓分類：雷電（大氣、外部）過電壓內(nèi)部過電壓

電氣設(shè)備在電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)要承受正常運(yùn)行電壓和過電電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求：安全可靠、經(jīng)濟(jì)短路是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行最大的敵人，電力工作者都要對(duì)付這一強(qiáng)大的敵人絕緣損壞是造成短路的最主要原因而絕緣損壞最主要的原因就是:

過電壓敵人

我是誰？絕緣

朋友是誰？限制過電壓的裝置及措施電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求：安全可靠、經(jīng)濟(jì)敵人我是誰？絕緣

電力系統(tǒng)過電壓研究的問題：分布參數(shù)線路及繞組中的波過程各種過電壓產(chǎn)生的機(jī)理、幅值、波形，影響因素及限制措施方法和裝置。絕緣配合：根據(jù)設(shè)備在系統(tǒng)中可能承受的各種電壓（工作電壓和過電壓），并考慮限壓裝置的特性和設(shè)備的絕緣特性來確定必要的耐受強(qiáng)度，以便把作用在設(shè)備上的各種電壓所引起的絕緣損壞和影響連續(xù)運(yùn)行的概率降低到經(jīng)濟(jì)上和運(yùn)行上能接受的水平。要求：技術(shù)上處理好各種電壓、各種限壓措施和設(shè)備絕緣耐受能力三者之間的配合關(guān)系，以及經(jīng)濟(jì)上協(xié)調(diào)設(shè)備投資費(fèi)、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)和事故損失費(fèi)三者之間的關(guān)系。絕緣水平：設(shè)備可以承受（不發(fā)生閃絡(luò)、放電或其它損壞）的試驗(yàn)電壓值。

電力系統(tǒng)過電壓研究的問題：

為了對(duì)設(shè)備的絕緣能力進(jìn)行考核，需采用試驗(yàn)的方法研究其擊穿機(jī)理、影響因素以及檢測(cè)電氣設(shè)備耐受水平。設(shè)備生產(chǎn)廠家和電力運(yùn)行部門都需按其相應(yīng)規(guī)定的絕緣水平對(duì)每臺(tái)電氣設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)。所以要對(duì)高壓試驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行研究。高電壓試驗(yàn)技術(shù)研究的問題：研究如何產(chǎn)生電網(wǎng)中可能出現(xiàn)的各種形式的高電壓（直流、交流、沖擊）及其測(cè)量方法；如何在不對(duì)絕緣有損壞的情況下對(duì)絕緣的電氣性能（極化、電導(dǎo)、損耗等）進(jìn)行測(cè)量并對(duì)絕緣狀況進(jìn)行判斷。高電壓技術(shù)就是由絕緣、試驗(yàn)技術(shù)和過電壓三部分構(gòu)成。為了對(duì)設(shè)備的絕緣能力進(jìn)行考核，需采用試驗(yàn)的方法研如何學(xué)好高電壓技術(shù)？重視本課涉及專業(yè)知識(shí)，大家沒有什么概念，內(nèi)容多、新、難！認(rèn)真聽課，做好筆記，課后盡快消化，考前認(rèn)真總結(jié)，積極備考！重視概念重視關(guān)系重視試驗(yàn)如何學(xué)好高電壓技術(shù)？重視本課第1章氣體的絕緣強(qiáng)度

1.1氣體放電的物理過程1.1.1氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生和消失1.氣體放電形式

氣體中沒有電流流通時(shí)為絕緣介質(zhì)（起絕緣作用）氣體中流通電流的各種形式統(tǒng)稱為氣體放電純氣體間隙的放電：

1.輝光放電（氣壓低、電源功率小、電流密度小1－5mA/cm2）

2.電暈放電（極不均勻電場(chǎng)中，局部電場(chǎng)最強(qiáng)處）

3.刷狀放電（明亮且細(xì)斷續(xù)放電通道，間隙仍未被擊穿）

4.火花放電電弧（貫串兩極明亮而細(xì)斷續(xù)的放電通道）第1篇高壓絕緣與試驗(yàn)第1章氣體的絕緣強(qiáng)度1.1氣體放電HV輝光HV電暈HV刷狀HV火花及電弧HV輝光HV電暈HV刷狀HV火花及電弧當(dāng)u>u0氣體介質(zhì)擊穿由于擊穿時(shí)的條件不同而出現(xiàn)各種放電形式擊穿時(shí)最低臨界電壓稱為擊穿電壓當(dāng)u>u0沿固體介質(zhì)表面的氣體放電稱為沿面放電（閃絡(luò)）閃絡(luò)時(shí)最低臨界電壓稱為閃絡(luò)電壓空氣間隙擊穿的類型當(dāng)u>u0氣體介質(zhì)擊穿當(dāng)u>u0沿固體介質(zhì)表面的氣體放電稱為2.氣體絕緣為自恢復(fù)絕緣介質(zhì)

自恢復(fù)絕緣：在絕緣擊穿后，當(dāng)導(dǎo)致?lián)舸┑脑蛳Ш螅芑謴?fù)其原來的絕緣性能的絕緣。如：氣體非自恢復(fù)絕緣：如：固體自恢復(fù)絕緣氣體介質(zhì)：絕緣——帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生——放電——帶電質(zhì)點(diǎn)的消失—

—絕緣恢復(fù)帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生——游離（空間游離、表面游離)

帶電質(zhì)點(diǎn)的消失——去游離（擴(kuò)散、復(fù)合）2.氣體絕緣為自恢復(fù)絕緣介質(zhì)低能級(jí)e吸收能量躍遷高能級(jí)高能級(jí)e放出能量回到低能級(jí)

氣體原子

e離原子核的半徑r不同，電子能量We不同

r越小——低能級(jí)

r越大——高能級(jí)低能級(jí)e吸收能量躍遷高能級(jí)氣體原子

金屬（電極）使金屬釋放出電子，同樣需要外能，此外能稱為逸出功一般：逸出功（1－5eV)<游離能(10－15eV)外界因素使原子(e)吸收能量W外原子(e)吸收W外：激勵(lì)——e由低能級(jí)躍遷高能級(jí)，這一過程稱為激勵(lì)，激勵(lì)過程所需能量稱為激勵(lì)能We游離（電離）——當(dāng)原子吸收的W外足夠大時(shí)，e就可以脫離原子核的約束而成為自由電子,原子核成為正離子。游離過程所需能量稱為游離能WyWe和Wy大小可用eV表示，也可用電位Uy表示

W=e×UyUy

＝W/e金屬（電極）外界因素使原子(e)吸收能量W外3.帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生（1）表面游離（表面發(fā)射）－金屬電極當(dāng)金屬電極獲得外能W外，且>逸出功，就會(huì)向氣體中發(fā)射電子獲得逸出功的途徑有：

1）熱電子發(fā)射電極被加熱（電子、離子器件中常用，強(qiáng)電場(chǎng)中的電弧放電）

2）場(chǎng)致（冷）發(fā)射強(qiáng)電場(chǎng)（106V/cm數(shù)量級(jí)）

3）二次發(fā)射具有一定動(dòng)能的正離子撞擊陰極表面

4）光電發(fā)射（效應(yīng)）電極受到光照3.帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生（1）表面游離（表面發(fā)射）－金屬電極（2）空間游離－氣體介質(zhì)中

當(dāng)氣體原子獲得外能w外，且W外>游離能，就會(huì)產(chǎn)生游離（產(chǎn)生出電子或正離子）獲得游離能的途徑有：

1）碰撞游離：

在電場(chǎng)作用下：氣體中e、正、負(fù)離子獲得動(dòng)能氣體原子產(chǎn)生游離e（2）空間游離－氣體介質(zhì)中在電場(chǎng)作用下：氣體原子產(chǎn)生游離e由于體積Ve<<V離子平均自由行程λe>>λ離子

速度ve>>v離子因此離子碰撞頻繁，不易聚集起足夠使氣體游離所需能量，而電子卻能獲得較大動(dòng)能，因此碰撞游離是指e和氣體分子原子碰撞產(chǎn)生的游離。這是帶電質(zhì)點(diǎn)數(shù)目增加的重要原因由于體積Ve<<V離子平均自由行程λe>>2）光游離：當(dāng)氣體分子（原子）受光輻射獲得W>Wy時(shí)會(huì)產(chǎn)生光游離，產(chǎn)生的電子稱為光電子光具有粒子、波動(dòng)二重性即光波具有能量

W=hf=hc/λ(h普朗克常數(shù)、c光速、f光波頻率、λ光波波長(zhǎng)）λ越小，W越大光子引起光游離的臨界波長(zhǎng)——即最大波長(zhǎng)為

各種氣體及金屬蒸汽體中銫蒸汽Vymin=3.88V∴λmax=3196(A0)相當(dāng)于紫外線范圍只有λ<λmax的光才能產(chǎn)生光游離而可見光波長(zhǎng)4000－7700(A0)，因此不能產(chǎn)生光游離。

x、α

、β、γ和宇宙射線比紫外線更短，可產(chǎn)生光游離且較強(qiáng)

2）光游離：當(dāng)氣體分子（原子）受光輻射獲得W>Wy時(shí)會(huì)產(chǎn)生3）熱游離：氣體在熱狀態(tài)下產(chǎn)生的游離，即W外來源于氣體分子本身的熱能實(shí)際上熱游離包括碰撞游離和光游離

前面三種游離本質(zhì)上講都是碰撞交換能量使其游離其區(qū)別在于①什么與什么的碰撞碰撞游離：光游離：熱游離：e光子和中性分子、原子原子或分子間光子和中性分子間②能量來源不同：電場(chǎng)能量光能熱能3）熱游離：氣體在熱狀態(tài)下產(chǎn)生的游離，即W外來源于氣體分4.帶電質(zhì)點(diǎn)的消失——去游離1）帶電質(zhì)點(diǎn)受電場(chǎng)力的作用流入電極2）擴(kuò)散：由熱運(yùn)動(dòng)引起高濃度擴(kuò)散到低濃度3）復(fù)合：e＋⊕

結(jié)合相對(duì)速度較大不易結(jié)合

是主要的∵質(zhì)量速度相近復(fù)合時(shí)以光子形式釋放能量復(fù)合強(qiáng)弱取決于負(fù)離子產(chǎn)生的多少

＋⊕4.帶電質(zhì)點(diǎn)的消失——去游離1）帶電質(zhì)點(diǎn)受電場(chǎng)力的作用流入電1.1.2湯遜理論（電子崩理論）和巴申定律一.兩個(gè)重要試驗(yàn)1.巴申試驗(yàn)（1889年）平板電極S不大均勻電場(chǎng)氣隙中各處電場(chǎng)強(qiáng)度相等1.1.2湯遜理論（電子崩理論）和巴申定律一.兩個(gè)重要試經(jīng)大量試驗(yàn)：P(δ)S得出擊穿電壓Ub=f(PS)=f(δS)U型曲線：從試驗(yàn)中總結(jié)出來的規(guī)律

巴申定律經(jīng)大量試驗(yàn)：P(δ)S得出擊穿電壓Ub=f(PS)=f(δS2.湯遜試驗(yàn)（1903年）得出在直流電壓下均勻電場(chǎng)中氣隙電流和電壓間的關(guān)系或電流密度和場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系2.湯遜試驗(yàn)（1903年）得出在直流電壓下均勻電場(chǎng)中氣隙電流1.意義：不僅解釋了U-I曲線，并在一系列假設(shè)前提下，定量推導(dǎo)了Ub=f(PS），給巴申定律以理論上的論證，反過來巴申定律也給湯遜理論以實(shí)驗(yàn)結(jié)果的支持。湯遜根據(jù)均勻電場(chǎng)、低氣壓條件下的試驗(yàn)研究結(jié)果，提出了比較系統(tǒng)的理論和計(jì)算公式，解釋了氣體放電的整個(gè)發(fā)展過程和擊穿條件。雖然有很大的局限性，但對(duì)氣體放電的研究奠定了基礎(chǔ)。二.湯遜理論（電子崩理論）

為了解釋上面兩個(gè)試驗(yàn)結(jié)果，湯遜于1903年提出氣體擊穿機(jī)理，1910年提出氣體擊穿的判據(jù)。1.意義：二.湯遜理論（電子崩理論）為了解釋

oa段:由于外界催離素（游離因素、電離因素）宇宙射線地層發(fā)射性物質(zhì)的放射線太陽光中的紫外線作用游離去游離氣體中保持平衡在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下3×1019個(gè)分子/cm3空氣中約500－1000對(duì)離子（）當(dāng)UV帶電質(zhì)點(diǎn)I即單位時(shí)間內(nèi)跑到電極的帶電質(zhì)點(diǎn)數(shù)2.對(duì)U-I曲線的解釋oa段:由于外界催離素（游離因素、電離因素）宇宙射線作用游ab段：UI不變呈飽和狀態(tài)即電場(chǎng)已足夠?qū)挝粫r(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的離子運(yùn)到電極，故I僅取決于外界催離素，與U無關(guān)了。飽和電流密度數(shù)值極小10－19A/cm2數(shù)量級(jí)，一般表測(cè)不出來，認(rèn)為是絕緣狀態(tài)。bc段:U>Ub后UI為什么？必然出現(xiàn)新的游離因素湯遜解釋為碰撞游離自由電子e將按幾何級(jí)數(shù)迅猛增加，如雪崩一樣發(fā)展。這個(gè)不斷增加的電子流被形象地稱為電子崩。此階段稱為湯遜放電階段。但I(xiàn)仍很小且為無光放電氣體仍為絕緣體ab段：UI不變呈飽和狀態(tài)即電場(chǎng)已足夠?qū)挝粫r(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的離c點(diǎn)以前的放電為非自持放電c點(diǎn)以后的放電為自持放電根據(jù)間隙P氣壓W電源功率電場(chǎng)形狀電場(chǎng)均勻程度不同輝光放電（P低，W?。┗鸹ɑ螂娀》烹姡ㄖ饕繜嵊坞x維持）電暈放電（極不均勻電場(chǎng)）出現(xiàn)c點(diǎn)以前的放電為非自持放電c點(diǎn)以后的放電為自持放電根據(jù)間隙P非自持放電：如果放電是由電場(chǎng)外界催離素聯(lián)合作用引起的放電當(dāng)外界催離素取消，則放電隨即停止如用鉛殼將間隙密封起來實(shí)驗(yàn)證明自持放電：如果放電僅由電場(chǎng)維持而與外界催離素?zé)o關(guān)用鉛殼將間隙密封起來放電仍能繼續(xù)Uc=U0由非自持放電轉(zhuǎn)為自持放電的電壓稱為起始放電電壓U0對(duì)均勻電場(chǎng)U0=Ub對(duì)不均勻電場(chǎng)U0<UbUb氣隙擊穿電壓非自持放電：電場(chǎng)聯(lián)合作用引起的放電當(dāng)外界催離素取消，則放電隨3.電子崩發(fā)展的規(guī)律和自持放電的條件為了分析引入

α——電子空間碰撞游離系數(shù)定義：表示一個(gè)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）因此強(qiáng)電場(chǎng)中出現(xiàn)的電子崩過程——也稱為α過程γ——正離子的表面游離系數(shù)定義：表示一個(gè)正離子碰撞陰極表面時(shí)使陰極逸出的自由電子數(shù)（平均值）3.電子崩發(fā)展的規(guī)律和自持放電的條件為了分析引入定義：表①電子崩發(fā)展規(guī)律N0個(gè)原始電子（外界催離素產(chǎn)生）從陰極出發(fā),距陰極x處已有電子數(shù)n,dx微段內(nèi)產(chǎn)生電子數(shù)為dn,dn=nαdxN0個(gè)電子發(fā)展電子崩經(jīng)S而進(jìn)入陽極的電子數(shù)NP一定均勻電場(chǎng)α＝常數(shù)N0=1N1=eαS這就是電子崩發(fā)展規(guī)律：即一個(gè)電子從陰極出發(fā)到陽極由于碰撞游離變成eαS個(gè)電子即按指數(shù)規(guī)律增加電子數(shù)①電子崩發(fā)展規(guī)律N0個(gè)原始電子（外界催離素產(chǎn)生）從陰極出發(fā),②自持放電條件到達(dá)陽極的電子數(shù)碰撞游離中產(chǎn)生的正離子數(shù)要能自持，必須始終保持有N0個(gè)e不斷從陰極出發(fā)，N0個(gè)e從何而來？現(xiàn)不能由外界催離素產(chǎn)生，靠什么？

γN=N0金屬表面（游離）發(fā)射N=N0(eαS-1)=γN(eαS-1)∴自持放電條件：γ(eαS-1)≥1或γeαS≥1eαS>>1即一個(gè)e經(jīng)過s后由于碰撞游離所產(chǎn)生的返回陰極時(shí)至少能打出一個(gè)e，則放電就能自持，而與外界催離素?zé)o關(guān)。⊕⊕⊕⊕②自持放電條件到達(dá)陽極的電子數(shù)碰撞游離中產(chǎn)生的正離子數(shù)要能自4.用湯遜理論解釋巴申定律

根據(jù)湯遜的自持放電條件可以導(dǎo)出

γ（eαs-1)=1α=APe-BP/EoEo=Ub/S

變換得ln(1/γ+1)=αS=APSe-BPS/EoS=APSe-BPS/Ub

∴U0=Ub==f(PS)∵γ在式中需取二次對(duì)數(shù)，因此Ub對(duì)γ不敏感可視為常數(shù)當(dāng)P、S改變時(shí)，考慮e穿越間隙時(shí)碰撞游離效率的不同即可解釋巴申實(shí)驗(yàn)的U型曲線4.用湯遜理論解釋巴申定律∴U0=Ub=5.湯遜放電理論的適用范圍：

湯遜放電理論是建立在均勻電場(chǎng)低氣壓下為條件的放電實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的基本論點(diǎn)：依靠α、γ過程來維持自持放電可以解釋：①巴申定律②低氣壓下的輝光放電整個(gè)間隙放電陰極材料對(duì)擊穿過程有一定影響5.湯遜放電理論的適用范圍：可以解釋：①巴申定律整個(gè)間隙放電

但由于存在不可克服的缺陷：①?zèng)]有考慮空間電荷的存在對(duì)電場(chǎng)的畸變②沒有考慮光游離效應(yīng)因此只適用于均勻電場(chǎng)中一定PS范圍值，通常認(rèn)為在空氣中PS<200(cm·133Pa)內(nèi)，且PS極小如真空間隙就不符合。主要有三個(gè)問題：①發(fā)展時(shí)間－計(jì)算時(shí)間與實(shí)際時(shí)間相差10-100倍以上②在大氣壓的空氣中，Ub與陰極材料物質(zhì)沒有多大關(guān)系，如選同一γ值的材料，計(jì)算的Ub與測(cè)試Ub相差甚大③在大氣壓的空氣中放電形式是分支槽道式放電，不是充滿間隙的輝光放電

因此電子崩理論，適用與均勻電場(chǎng)中PS較小的氣隙的擊穿過程，且認(rèn)為空間碰撞游離（α過程）和⊕引起的表面游離（γ過程）是形成自持放電的主要原因因此電子崩理論，適用與均勻1.1.3流注理論

工程上更感興趣的是大氣壓下空氣中的放電

1939年米克、雷澤等人在霧室里對(duì)放電過程中帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡拍照進(jìn)行研究，于1940年發(fā)表了流注理論——適合于PS較大的氣隙的擊穿過程建立的基礎(chǔ)：是在電子崩理論基礎(chǔ)上經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)，為補(bǔ)充和發(fā)展電子崩理論而提出的特點(diǎn)：強(qiáng)調(diào)空間電荷畸變電場(chǎng)的作用及空間光游離效應(yīng)，認(rèn)為碰撞游離和光游離是形成自持放電的主要因素

1.1.3流注理論一.空間電荷的形成和它對(duì)電場(chǎng)的畸變——圓錐體崩頭大，集中e陰極附近的電子在電場(chǎng)作用下向陽極運(yùn)動(dòng)中不斷發(fā)生碰撞游離，形成電子崩e比⊕遷移速度大兩個(gè)數(shù)量級(jí)按指數(shù)↑（60％e是在最后1mm內(nèi)形成的）一.空間電荷的形成和它對(duì)電場(chǎng)的畸變——圓錐體崩頭大，集當(dāng)光子能量hv≧游離能發(fā)生光游離產(chǎn)生光電子在強(qiáng)E下產(chǎn)生二次崩新崩子崩衍生崩當(dāng)αs≧20即N⊕≧108的粒子濃度時(shí)復(fù)合發(fā)射出的光子能量就能產(chǎn)生光游離（e與中性質(zhì)點(diǎn)結(jié)合成的負(fù)離子與正離子產(chǎn)生復(fù)合）崩中部弱電場(chǎng)帶電粒子濃度最大給復(fù)合創(chuàng)造了良好條件放射出大量光子崩頭前面E最強(qiáng)——產(chǎn)生強(qiáng)烈的游離過程，并伴隨強(qiáng)烈的激勵(lì)和反激勵(lì)過程。反激勵(lì)——放射出大量光子當(dāng)光子能量hv≧游離能發(fā)生光游離產(chǎn)生光電子在強(qiáng)E下產(chǎn)生二次崩二.陽（正）流注的發(fā)展過程當(dāng)U外施＝Ubmin時(shí)當(dāng)初崩接近陽極時(shí)N+>108開始光游離產(chǎn)生光電子光電子產(chǎn)生新崩，新崩頭e受初崩吸引向初崩發(fā)展匯合到初崩中，由于E變?nèi)踝兂韶?fù)離子Θ形成正負(fù)離子混合通道（流注）并由于相互吸引使通道變細(xì)流注導(dǎo)電好E柱=5kV/cmE0=30kV/cm流注發(fā)展速度較快（1-2）×108cm/s電子崩為1.25×107cm/s二.陽（正）流注的發(fā)展過程當(dāng)U外施＝Ubmin時(shí)當(dāng)初崩接近陽視電源容量火花放電電弧放電間隙擊穿完成當(dāng)流注接近陰極時(shí)，由于E特別強(qiáng)游離很強(qiáng)烈大量e流過流注通道流入陽極流注：正負(fù)離子的混合質(zhì)通道流注階段：由于電子崩自身的輻射而產(chǎn)生光游離和新崩，新崩不斷地產(chǎn)生和匯入初崩，形成高導(dǎo)電的正負(fù)離子混合質(zhì)通道的放電階段。

視電源容量火花放電電弧放電間隙擊穿完成當(dāng)流注接近陰極時(shí)，由于光電子新崩形成流注一旦形成流注就轉(zhuǎn)為自持放電導(dǎo)致間隙擊穿流注形成的條件就是流注理論的自持放電條件一般認(rèn)為αs≌20（或eαs=108）即N+>108時(shí)就能發(fā)生光游離光電子新崩形成流注一旦形成流注就轉(zhuǎn)為自持放電導(dǎo)致間隙擊穿流注三.陰（負(fù)）流注的發(fā)展過程當(dāng)U外施＝Ubmin時(shí)，初崩發(fā)展到接近陽極時(shí)開始光游離，流注從陽極（正極）產(chǎn)生向陰極發(fā)展當(dāng)U外施>Ub由于E很強(qiáng)，不需初崩經(jīng)過整個(gè)間隙其頭部已聚集到足夠的空間電荷來產(chǎn)生流注了，則流注由陰極產(chǎn)生向陽極發(fā)展，故稱為陰極流注（負(fù)流注）由于陰極流注在發(fā)展過程中電子的運(yùn)動(dòng)受到電子崩留下的正電荷的牽制，故發(fā)展速度較正流注小，一般為0.7－0.8×108cm/s(比正流注慢）同樣：流注貫串整個(gè)間隙時(shí)，間隙就擊穿了三.陰（負(fù)）流注的發(fā)展過程當(dāng)U外施＝Ubmin時(shí)，初崩發(fā)展到1.1.4不均勻電場(chǎng)中的放電過程不均勻系數(shù)Ke=Emax/Eav

表示電場(chǎng)不均勻程度E=U/SKe<2稍不均勻電場(chǎng)Ke>4極不均勻電場(chǎng)擊穿過程與均勻場(chǎng)相似最大特點(diǎn)擊穿前出現(xiàn)穩(wěn)定的電暈放電有顯著的極性效應(yīng)實(shí)際工程中較少存在均勻形式電場(chǎng)而多為稍不均勻甚至極不均勻電場(chǎng)1.1.4不均勻電場(chǎng)中的放電過程不均勻系數(shù)Ke=Emax一.電暈放電條件：極不均勻電場(chǎng)中電極曲率半徑小電極間距離大特點(diǎn)：間隙局部擊穿，大部分尚未喪失絕緣性能，間隙仍能耐受電壓作用，放電電流小，紫色暈光，吱吱放電聲

電暈起始電壓U0<間隙擊穿電壓Ub一.電暈放電條件：極不均勻電場(chǎng)中電極曲率半徑小電極間距離大特危害：1.無線電干擾：電暈電流為高頻脈沖電流，輻射出高頻電磁波造成通訊干擾

2.噪聲

3.腐蝕作用：放電時(shí)產(chǎn)生O3(強(qiáng)氧化劑）、NO、NO2…使H2和N2混合形成NH3（氨氣），NO和NO2與空氣中水分子合成HNO3－強(qiáng)腐蝕劑∴電暈會(huì)腐蝕金屬，促使有機(jī)絕緣材料老化

4.電暈損耗：強(qiáng)烈游離伴隨復(fù)合、反游離，使放電過程中產(chǎn)生光、聲、熱、化學(xué)反應(yīng)等效應(yīng)均引起能量損耗（資料表明－輸電線路平均電暈損耗僅比電阻損耗小一個(gè)數(shù)量級(jí)，最大電暈損耗可達(dá)同一數(shù)量級(jí)或更高）因此電暈在高壓特別使超高壓、特高壓中要嚴(yán)加限制我國(guó)設(shè)計(jì)要求：220kV及以下輸電線路要求在惡劣天氣下也無可見電暈,500kV輸電線路要求在好天氣下夜間無可見電暈

危害：1.無線電干擾：電暈電流為高頻脈沖電流，輻射出高頻電磁電暈的利用：

在限制過電壓時(shí)利用沖擊電暈來降低沖擊電壓幅值及陡度

改善電場(chǎng)分布——提高Ub

除塵、電暈合成、電暈漂白等

書上p13給出了直流和交流電壓各種情況下電暈起暈場(chǎng)強(qiáng)、電暈損耗的計(jì)算公式電暈的利用：書上p13給出了直流和交流電壓各種情況下電暈起暈極不均勻電場(chǎng)的針、棒、尖電極附近穩(wěn)定的電暈放電產(chǎn)生空間電荷的積累增大對(duì)Ub的影響二.極性效應(yīng)1.非自持放電階段空間電荷的形成空間電荷對(duì)外加E外的影響電暈起始電壓極不均勻電場(chǎng)的針、棒、尖電極附近穩(wěn)定的電暈放電產(chǎn)生空間電荷的電場(chǎng)畸變使針附近電離減弱難于形成流注電場(chǎng)畸變使針附近電離增強(qiáng)易于形成流注即易于轉(zhuǎn)入自持放電（電暈放電）即難于形成自持放電（電暈放電）>∴U0U0電暈起始電壓電場(chǎng)畸變使針附近電離減弱難于形成流注電場(chǎng)畸變使針易于形成流注2.空間電荷對(duì)流注發(fā)展的影響U=U0針附近空間電荷密度輻射出大量光子光電子新崩新崩匯入初崩形成流注轉(zhuǎn)入自持放電(電暈放電)2.空間電荷對(duì)流注發(fā)展的影響U=U0針附近空間電荷密度輻射出前方空間為正離子E前方如像將正針向前延伸因此流注發(fā)展時(shí)連續(xù)的發(fā)展速度很快易引起間隙擊穿針附近強(qiáng)烈游離產(chǎn)生太多電子崩出現(xiàn)擴(kuò)散狀分布的等離子流注變得短、粗如針r改善了電場(chǎng)分布使流注向前發(fā)展受到抑制等待e變成負(fù)離子擴(kuò)散后增大E前方再發(fā)展因此出現(xiàn)階段性向前發(fā)展擊穿電壓<∴UbUb前方空間E前方如像將正針向前延伸因此流注發(fā)展時(shí)連續(xù)的發(fā)展速度因此在極不均勻電場(chǎng)中：短間隙放電過程為：電子崩——流注——主放電三個(gè)階段長(zhǎng)間隙（>1m)放電過程為：電子崩——流注——先導(dǎo)——主放電四個(gè)階段雷閃放電就是典型的長(zhǎng)間隙放電——幾百－幾千m的空氣間隙被擊穿這是因?yàn)殚g隙長(zhǎng)，流注未到達(dá)對(duì)方電極溫度就很高——出現(xiàn)熱游離——變?yōu)橄葘?dǎo)——貫串間隙——主放電先導(dǎo)放電通道－具有熱游離的放電通道－高電導(dǎo)的等離子體通道－端部有高的場(chǎng)強(qiáng)，易形成新的流注

因此在極不均勻電場(chǎng)中：

主放電－先導(dǎo)發(fā)展到接近對(duì)方電極后，剩余小間隙會(huì)有十分強(qiáng)烈的放電過程，這一過程沿著先導(dǎo)通道以一定速度向其反方向擴(kuò)展到電極，同時(shí)中和先導(dǎo)通道中多余的空間電荷

主放電使貫串兩極間的通道最終成為溫度很高的、電導(dǎo)很大的、軸心場(chǎng)強(qiáng)很小的等離子體火花通道（若電源功率足夠，則轉(zhuǎn)為電弧放電），從而使間隙完全失去絕緣性能，氣隙擊穿完成。主放電階段的放電速度很快，可達(dá)109cm/s。主放電－先導(dǎo)發(fā)展到接近對(duì)方電極后，剩余小間隙會(huì)有一、電壓波形我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)波形與IEC規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)波形一致

不同性質(zhì)、不同波形的電壓，氣隙的擊穿電壓不同。為了便于比較因此需統(tǒng)一波形。1.直流電壓直流都是利用交流電壓整流而來，故對(duì)其脈動(dòng)系數(shù)要求不大于3％2.工頻交流電壓應(yīng)近似正弦波，峰值與均方根值（有效值）之比應(yīng)小于，頻率在45－65Hz范圍3.雷電沖擊電壓4.操作沖擊電壓1.1.5沖擊電壓下氣體間隙的擊穿特性一、電壓波形1.1.5沖擊電壓下氣體間隙的擊穿特性T1－波前時(shí)間（波頭時(shí)間）=1.2±30%μsT2－半峰值時(shí)間（波長(zhǎng)時(shí)間）=50±20%μs可表示為1.2/50μsTc－截?cái)鄷r(shí)間=2～5μs標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓全波截波波形T1－波前時(shí)間（波頭時(shí)間）=1.2±30%μs操作沖擊電壓標(biāo)準(zhǔn)波形T1－波前時(shí)間（波頭時(shí)間）=250±20%μsT2－半峰值時(shí)間（波長(zhǎng)時(shí)間）=2500±20%μs可表示為250/2500μs操作沖擊電壓標(biāo)準(zhǔn)波形T1－波前時(shí)間（波頭時(shí)間）=250±20二、放電時(shí)延

每個(gè)間隙都有它的靜態(tài)擊穿電壓，即長(zhǎng)時(shí)間作用在氣隙上能使氣隙擊穿的最低電壓，但如果所加電壓瞬時(shí)值是變化的，或所加電壓持續(xù)時(shí)間很短時(shí)，則氣隙的擊穿電壓一般高于靜態(tài)擊穿電壓實(shí)驗(yàn)證明：U沖擊b>U直流b

U交流b為什么？∵間隙擊穿放電的發(fā)展過程不僅需要足夠高的U還需要一定的作用時(shí)間二、放電時(shí)延每個(gè)間隙都有它的靜態(tài)擊穿td－擊穿時(shí)間td=t0+ts+tft0－升壓時(shí)間（電壓從0升到靜態(tài)擊穿電壓U0的時(shí)間）U0－靜態(tài)擊穿電壓（直流或工頻電壓作用下的擊穿時(shí)間）ts－統(tǒng)計(jì)時(shí)延(從電壓達(dá)到U0時(shí)間起到間隙出現(xiàn)有效電子能引起初崩到導(dǎo)致?lián)舸┑碾娮拥臅r(shí)間）自由電子不一定能形成有效電子tf－放電發(fā)展（形成）時(shí)延(從第一個(gè)有效電子出現(xiàn)時(shí)間到間隙完全擊穿為止的時(shí)間)ts+tf=tl

稱為放電時(shí)延間隙放電所需時(shí)間td－擊穿時(shí)間td=t0+ts+tf影響平均統(tǒng)計(jì)時(shí)延ts的因素有：（1）電極材料

材料不同其逸出功不同，逸出功越大平均統(tǒng)計(jì)時(shí)延ts越大（2）外施電壓

外施電壓越高，自由電子成為有效電子概率增大，ts減?。?）短波光照射

ts減?。?）電場(chǎng)情況

極不均勻電場(chǎng)氣隙中出現(xiàn)有效電子概率增大ts較小影響放電發(fā)展時(shí)間tf的因素有：（1）間隙長(zhǎng)度

間隙越長(zhǎng)，tf越大，在總的放電時(shí)延中占的比例越大（2）電場(chǎng)均勻程度

不均勻電場(chǎng)氣隙中ts<<tf均勻電場(chǎng)氣隙中tf<<ts

（3）外施電壓

外施電壓越高，放電發(fā)展越快，tf

就越小影響平均統(tǒng)計(jì)時(shí)延ts的因素有：三、氣隙的伏秒特性和擊穿電壓的概率分布1.伏秒特性沖擊電壓作用于氣隙擊穿取決于兩個(gè)因素作用U作用時(shí)間tdUtdUtd同樣擊穿因此要表達(dá)沖擊擊穿特性必須用兩者來表達(dá)工程上用氣隙上出現(xiàn)的電壓最大值與放電時(shí)間的關(guān)系來表征氣隙在沖擊電壓下的擊穿特性氣隙的伏秒特性三、氣隙的伏秒特性和擊穿電壓的概率分布1.伏秒特性沖擊電壓伏秒特性的制作：波形相同1.2/50μs幅值不同逐級(jí)升壓同一間隙同一電壓作用放電具有一定的分散性

伏秒特性的制作：波形相同1.2/50μs幅值不同逐級(jí)升制作u-t(伏秒特性）曲線很費(fèi)事，特別是非自恢復(fù)絕緣的間隙工程上常常采用“50％擊穿電壓”

“U2μs”2μs沖擊擊穿電壓來表示氣隙的耐電性能“50％擊穿電壓”指在該沖擊電壓作用下氣隙被擊穿的概率為一半接近伏秒特性曲線的下邊緣“U2μs”

指在該沖擊電壓作用下發(fā)生擊穿td大于或小于2μs的概率各為一半制作u-t(伏秒特性）曲線很費(fèi)事，特別是非自恢復(fù)絕緣的間隙工伏秒特性曲線的應(yīng)用：變電站用避雷器保護(hù)電氣設(shè)備（變壓器）時(shí)就需對(duì)避雷器的伏秒特性和變壓器伏秒特性進(jìn)行合理配合要求避雷器的伏秒特性平、低、分散性小，其放電間隙接近均勻電場(chǎng)伏秒特性曲線的應(yīng)用：變電站用避雷器

1.2影響氣體放電電壓的因素

1.2.1－2電場(chǎng)形式及電壓波形對(duì)放電電壓的影響(1)較均勻電場(chǎng)氣隙的擊穿電壓均勻電場(chǎng)和稍不均勻電場(chǎng):板－板、球－球、球－板、圓柱－板、兩同軸圓筒、兩平行圓柱、兩垂直圓柱間隙1.2影響氣體放電電壓的因素

1.2.均勻電場(chǎng)：兩個(gè)電極形狀完全相同且對(duì)稱布置，因而不存在極性效應(yīng)各處電場(chǎng)強(qiáng)度均相等，擊穿所需的時(shí)間極短擊穿電壓的分散性很?。?biāo)準(zhǔn)偏差σ=1），伏秒特性曲線平緩，沖擊系數(shù)β＝1直流、工頻和沖擊電壓作用下的擊穿電壓實(shí)際上都相同

UbDC＝UbAC(幅值）＝U50%Ub∝S均勻電場(chǎng)：對(duì)空氣的經(jīng)驗(yàn)公式：當(dāng)S>1cm時(shí)Eb≈30kV/cmkV(幅值)稍不均勻電場(chǎng)與均勻電場(chǎng)相似＝≈對(duì)空氣的經(jīng)驗(yàn)公式：kV(幅值)稍不均勻電場(chǎng)與均勻電場(chǎng)相似＝（2）不均勻電場(chǎng)氣隙的擊穿電壓工程實(shí)際中所遇電場(chǎng)多為不均勻電場(chǎng)∵易出現(xiàn)穩(wěn)定的電暈放電空間電荷的積累對(duì)Ub影響1）直流電壓作用下特點(diǎn)：a.E越不均勻，越不對(duì)稱極性效應(yīng)越明顯

b.Ub最低當(dāng)S<10cm約7.5kV/cm當(dāng)S>50cm約4.5kV/cmUb最高當(dāng)S<10cm約20kV/cm當(dāng)S>50cm約10kV/cmUb居中

約5.4kV/cm

（2）不均勻電場(chǎng)氣隙的擊穿電壓工程實(shí)際中所遇電場(chǎng)多為不均勻電工頻交流和Ub相近并且擊穿總是發(fā)生在針為正半波時(shí)～平均Ub3.8kV(有效值)/cm5.4kV(幅值)/cm～平均Ub3.4kV(有效值)/cm4.8kV(幅值)/cm當(dāng)S>2mUb和S的關(guān)系出現(xiàn)飽和趨勢(shì),故在估計(jì)安全距離時(shí)一般以500kV/m再加安全裕度來考慮2)工頻電壓作用下工頻交流和Ub相近并且擊穿總是發(fā)生在針為正半波時(shí)～平均Ub3高電壓技術(shù)概述及氣體的絕緣強(qiáng)度概要課件Ub=f(S)一般波尾擊穿，線性，無飽和現(xiàn)象

U50％＋－針相近U50%≈547SS≤9m線－板≈針－板線－線＞針－針U50%3)雷電沖擊電壓作用下Ub=f(S)U50%≈547S線－板≈針－板U50高電壓技術(shù)概述及氣體的絕緣強(qiáng)度概要課件一般波頭部分擊穿特點(diǎn)：a.長(zhǎng)間隙特別是呈現(xiàn)飽和現(xiàn)象b.分散性比雷電沖擊大σ雷電=3％σ操作=4∽8％4)

操作沖擊電壓作用下c.U50%+－<U50%－＋一般波頭部分擊穿特點(diǎn)：呈現(xiàn)飽和現(xiàn)象b.分散性比雷電沖擊大σ雷d.U50%=f(波前時(shí)間）擊穿發(fā)生在波前（波頭）最顯著比顯著伸長(zhǎng)形電極（如分裂導(dǎo)線所形成間隙）最不顯著呈U形曲線d.U50%=f(波前時(shí)間）擊穿發(fā)生在波前（波頭）最顯著比顯高電壓技術(shù)概述及氣體的絕緣強(qiáng)度概要課件1.2.3氣體性質(zhì)和狀態(tài)對(duì)放電電壓的影響氣體狀態(tài)－氣溫、氣壓、濕度等標(biāo)準(zhǔn)大氣條件：t0=200C、P0=760mmHg(101.3kPa)、h0=11g/m3在非標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下作試驗(yàn)空氣的密度濕度Ub密度λe碰撞游離Ub濕度水分子負(fù)極性的水分子易捕獲ee數(shù)Ub1.2.3氣體性質(zhì)和狀態(tài)對(duì)放電電壓的影響氣體狀態(tài)－氣溫因此要修正：①空氣密度修正系數(shù)Kd=②濕度修正系數(shù)Kh=H=1000-4000m按GB311.1-83修正∵HpδUbU=KaUpKa=因此要修正：①空氣密度修正系數(shù)Kd=②濕度修正系數(shù)Kh=H=

不同的氣體具有不同的耐電強(qiáng)度目前工程上用得最廣泛的是SF6氣體，是目前發(fā)現(xiàn)的具有最優(yōu)絕緣性能和滅弧性能的氣體

1.是電負(fù)性很強(qiáng)的氣體,最外層電子數(shù)為7或6，就最易捕獲1或2個(gè)電子變?yōu)?個(gè)電子穩(wěn)定數(shù)

而形成負(fù)離子碰撞電子數(shù)復(fù)合能力(離子結(jié)合)絕緣能力2.分子量大、分子直徑大分子損失碰撞游離能力高電氣強(qiáng)度氣體（SF6）的采用不同的氣體具有不同的耐電強(qiáng)度而形成負(fù)離子碰撞電子數(shù)復(fù)合λ自由行程碰撞游離能力3.與e相遇時(shí)易引起分子極化4.具有很好的冷卻特性

因此SF6氣體在國(guó)內(nèi)外都已廣泛用于大容量高壓斷路器、高壓充氣電纜、高壓電容器、高壓充氣套管、以及全封閉組合電器中。λ自由行程碰撞游離能力3.與e相遇時(shí)易引起分子極化4.具有很高電壓技術(shù)概述及氣體的絕緣強(qiáng)度概要課件1.3沿面放電

沿面放電也稱為沿面閃絡(luò)，是一種氣體放電現(xiàn)象，指在固體介質(zhì)和空氣的交界面上出現(xiàn)的沿固體絕緣表面的氣體放電。沿面閃絡(luò)時(shí)的臨界電壓稱閃絡(luò)電壓U閃U閃<Ub純空氣？U雷閃>U工閃？電力系統(tǒng)不少絕緣事故均是沿面閃絡(luò)造出的所以研究它的放電機(jī)理和規(guī)律對(duì)電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)和安全運(yùn)行都有重大的現(xiàn)實(shí)意義1.3沿面放電沿面放電也稱為沿面閃絡(luò)，是一種氣體

電力系統(tǒng)中絕緣子、套管等固體絕緣在機(jī)械上起固定作用，又在電氣上起絕緣作用。其絕緣狀況關(guān)系到整個(gè)電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。固體介質(zhì)擊穿：一旦發(fā)生擊穿，即意味著不可逆轉(zhuǎn)地喪失絕緣功能。沿介質(zhì)表面發(fā)生閃絡(luò)：由于大多數(shù)絕緣子以電瓷、玻璃等硅酸鹽材料組成，所以沿著它們的表面發(fā)生放電或閃絡(luò)時(shí)，一般不會(huì)導(dǎo)致絕緣子的永久性損壞。電力系統(tǒng)的外絕緣，一般均為自恢復(fù)絕緣，因?yàn)榻^緣子閃絡(luò)或空氣間隙擊穿后，只要切除電源，它們的絕緣性能都能很快地自動(dòng)徹底恢復(fù)。電力系統(tǒng)中絕緣子、套管等固體絕緣在機(jī)械上起固1.3.1

沿面閃絡(luò)的物理過程（一）均勻電場(chǎng)中

U閃<Ub純空原因？1.表面吸潮一層水膜離子電導(dǎo)在E作用下向極運(yùn)動(dòng)電極附近E電極間E電極附近首先游離U閃因此與絕緣材料表面吸潮性有關(guān)與離子移動(dòng)累積電荷導(dǎo)致表面E畸變需要一定時(shí)間1.3.1沿面閃絡(luò)的物理過程（一）均勻電場(chǎng)中1.表面吸潮一高電壓技術(shù)概述及氣體的絕緣強(qiáng)度概要課件2.表面污穢表面有毛刺表面電阻不均勻引起局部E首先游離U閃3.電極和固體介質(zhì)接觸不良有氣隙，形成分層介質(zhì)ε氣=1ε介≈4氣體中E首先游離局部放電帶電質(zhì)點(diǎn)從氣隙逸出到介質(zhì)表面畸變?cè)璄變成不均勻電場(chǎng)U閃2.表面污穢引起局部E首先游離U閃3.電極和固體介質(zhì)接觸不良電場(chǎng)本身分布極不均勻因此有無固體介質(zhì)表面是否吸潮等影響變小要提高U閃只有改善電場(chǎng)不均勻度如高壓設(shè)備出線裝橢圓形屏蔽電極(二)極不均勻電場(chǎng)中兩種情況1.垂直分量小介質(zhì)表面電場(chǎng)的切線分量>垂直分量支柱絕緣子實(shí)驗(yàn)室模擬電極電場(chǎng)本身分布極不均勻因此有無固體介質(zhì)表面是否吸潮等影響變小穿墻套管實(shí)驗(yàn)室模擬電極2.垂直分量大如穿墻套管絕緣子穿墻套管實(shí)驗(yàn)室模擬電極2.垂直分量大如穿墻套管絕緣子放電發(fā)展過程可大致分為三個(gè)階段電暈放電細(xì)線狀輝光放電滑閃放電放電發(fā)展過程可大致分為三個(gè)階段

滑閃放電機(jī)理：E垂直分量使帶電質(zhì)點(diǎn)緊貼表面

E切線分量使帶電質(zhì)點(diǎn)向前運(yùn)動(dòng)摩擦發(fā)熱產(chǎn)生熱游離壓降小電導(dǎo)發(fā)展類似先導(dǎo)放電火花放電長(zhǎng)度隨外加U而直至對(duì)方電極閃絡(luò)電源被短路視容量大小電弧放電局部溫度火花放電通道頭部E滑閃放電機(jī)理：E垂直分量使帶電質(zhì)點(diǎn)緊貼表面摩擦發(fā)熱產(chǎn)生1.3.2影響氣隙沿面閃絡(luò)電壓的因素1.電場(chǎng)分布情況和電壓波形的影響均勻電場(chǎng)弱垂直分量電場(chǎng)均勻電場(chǎng)：U沿面<U純空氣間隙

U直流、工頻<U沖擊弱垂直分量電場(chǎng)：U沿面<U純空氣間隙但降低程度沒有均勻電場(chǎng)顯著1.3.2影響氣隙沿面閃絡(luò)電壓的因素1.電場(chǎng)分布情況和電壓強(qiáng)垂直分量電場(chǎng)強(qiáng)垂直分量電場(chǎng)：直流電壓下基本成線性關(guān)系沖擊電壓下有飽和趨勢(shì)強(qiáng)垂直分量電場(chǎng)強(qiáng)垂直分量電場(chǎng)：直流電壓下基本成線性關(guān)系2.介質(zhì)材料的影響主要是吸潮對(duì)沿面閃絡(luò)電壓的影響石蠟最不易吸潮，沿面閃絡(luò)電壓較高膠紙、陶瓷、玻璃易吸潮或吸附水分，沿面閃絡(luò)電壓較低烘干介質(zhì)表面可提高沿面閃絡(luò)電壓3.氣體條件的影響

氣壓和濕度對(duì)沿面閃絡(luò)電壓的影響與純空氣間隙相似，但影響程度遠(yuǎn)不顯著2.介質(zhì)材料的影響主要是吸潮對(duì)沿面閃絡(luò)電壓的影響3.氣體條件4.電介質(zhì)表面情況的影響①濕閃電壓濕狀態(tài)下的閃絡(luò)電壓如