氣體的絕緣強度

1、氣體的絕緣強度長春工程學院 劉望來第1頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四緒論 高電壓技術是電工學科的一個重要分支，它主要研究高電壓、強電場下各種電氣物理問題。長春工程學院 劉望來第2頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四一、電力系統(tǒng)的電壓等級是如何劃分的、依據是什么？電暈電能污染資料1kV0.4kV0.22kV36V高壓低壓普通高壓1250kV（HV）超高壓2501000kV(EHV)特高壓1000kV及以上(UHV)電壓等級劃分的級差為23倍。長春工程學院 劉望來第3頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四二、為什么采用高電壓？ 電力系

2、統(tǒng)輸送的電能P正比于電壓的平方（U2 ），反比于系統(tǒng)阻抗Z，而系統(tǒng)阻抗Z正比于線路長度L ，所以P正比于U2，反比于L。 所以采用高電壓是大功率遠距離輸電的要求，要實現大功率遠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濟、快捷、安全、方便、清潔。長春工程學院 劉望來第4頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四6倍多6倍輸電電壓等級與輸送自然功率以220kV 輸送自然功率132MW為基準輸送電壓(kV)22033050076511001500輸送能力比較值12.236.5516.7439.2475.30長春工程學院 劉望來第5頁，共96頁，20

3、22年，5月20日，7點53分，星期四根據電力發(fā)展規(guī)劃，在水電方面，繼三峽水電站之后，西南水電基地即將開發(fā)，金沙江上、中、下游13個梯級電站共裝機67.38GW，瀾滄江中下游14個梯級共裝機28.9GW，雅礱江11個梯級共裝機24.30GW，大渡河17個梯級共裝機17.72GW，將大容量外送60GW。在火電方面，我國煤炭資源主要分布在華北、西北地區(qū)，約占全國煤炭資源的76%。由于采用運煤發(fā)電方式存在許多弊端，因此，需建設坑口電廠，以遠距離、大容量方式，將火電基地的能源輸送到負荷中心。 長春工程學院 劉望來第6頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四例：用青殼紙和電纜紙作絕緣的1

4、0.5kV、10MW的發(fā)電機，改用粉云母紙作絕緣，其他條件不變時，發(fā)電機容量就提高到12.5MW，可見絕緣限制了設備的容量。2、絕緣限制了設備的壽命；3、絕緣限制了電力系統(tǒng)的投資。1、因為絕緣限制了設備的溫升、限制了溫升也就限制了設備的容量、體積和重量；高電壓下的絕緣問題。因為在電力系統(tǒng)三大技術材料（導電材料、導磁材料和絕緣材料）中絕緣的影響力最大：三、要采用高電壓首先要解決的技術問題是什么？長春工程學院 劉望來第7頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四四、如何解決絕緣問題？1、尋找和研制新型的絕緣材料；例：由于瓷吹避雷器使作用在被保護設備上的殘壓降低，使原設計額定電壓為40

5、0 kV的輸變電系統(tǒng)升壓為500 kV的系統(tǒng)。而絕緣被破壞的最主要原因就是電力系統(tǒng)過電壓。2、限制作用在絕緣上的過電壓。長春工程學院 劉望來第8頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四五、高電壓技術課程講授的兩個問題： 絕緣問題和過電壓問題是本課程的兩大內容。 長春工程學院 劉望來第9頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四六、學科特點：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科完全不同。其他學科研究的是電的導通，而高壓研究的是絕緣，它所研究的是空間的問題，場的問題，所

6、受的影響因素（溫度、濕度、氣壓、極距）很多。長春工程學院 劉望來第10頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四3、研究手段難以具備，場地難以滿足，問題的重復性小，一次擊穿后很難找到完全相同的對象，是暫態(tài)問題。4、思考問題的領域寬。長春工程學院 劉望來第11頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四第一章 氣體的絕緣強度在電氣設備中作為絕緣材料使用的物質稱電介質，按其物質形態(tài)，可分為：氣體介質、液體介質 、固體介質。在電氣設備中:外絕緣:一般由氣體介質(空氣)和固體介質(絕緣子)聯合構成；內絕緣:一般由固體介質和液體介質聯合構成。長春工程學院 劉望來第12頁，共96

7、頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四1.1 氣體放電的基本物理過程 一、氣體間隙中帶電粒子的產生中性質點中的電子擺脫原子核的束縛成為自由電子的過程就是游離。要游離需要吸收能量，吸收的能量稱為游離能。結論：氣體間隙中帶電粒子來源于氣體分子本身的游離和金屬表面游離。1、氣體分子本身游離的定義長春工程學院 劉望來第13頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四常見氣體及金屬蒸汽的激勵電位和游離電位單位：V氣體或金屬蒸汽激勵電位游離電位H211.215.4N26.115.6O27.912.5CO210.013.7H2O7.612.7鈉蒸汽（Na）2.095.12水銀蒸汽（Hg）

8、4.8910.39長春工程學院 劉望來第14頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四2、氣體分子本身的游離方式 按照電子獲得能量的方式劃分游離：1）碰撞游離：由于碰撞引起的游離。其條件是撞擊質點的能量不小于被撞質點的游離能、并且有足夠的作用時間。碰撞游離是氣體放電中主要的帶電粒子來源，電子是碰撞游離的主導因素。紅球：氣體分子小綠球：電子粉色球：正離子紅球帶綠球：負離子長春工程學院 劉望來第15頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四2）光游離：由于高能射線的作用產生的游離。其條件是光子的能量不小于游離能。光游離是起始帶電粒子的主要來源。具有分級游離的特點。3）熱

9、游離：在高溫（溫度達104 k0）作用下發(fā)生的游離。熱游離不是一種單獨的游離形式，是碰撞游離和光游離的綜合。長春工程學院 劉望來第16頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四3、負離子的形成 能夠俘獲電子與之結合成一個呈現負電性的分子稱為具有電負性。例如：水分子、SF6等。為什么陰雨天容易觸電呢？具有電負性的分子俘獲電子后，使碰撞游離的主導因素降低，所以對放電具有抑制作用。長春工程學院 劉望來第17頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四4、金屬表面游離： 金屬中的電子擺脫金屬表面的位能勢壘的束縛成為自由電子的過程。其條件是電子的能量不小于金屬的逸出功。金屬的逸

10、出功要比氣體的游離能低，所以金屬表面游離是氣體放電起始電子的主要來源：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。 日光燈中起始帶電粒子來源于熱電子發(fā)射。長春工程學院 劉望來第18頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四二、帶電粒子的消失1、進入電極并中和電量：所有物質的電子都是相同的，但不同物質的正離子是不同的，所以，電子可以進入電極中和電量，而正離子是靠其能量打、拉出電子與之復合。2、復合：正負帶電粒子碰到一起重新形成中性質點的過程。影響復合的主要因素是帶電粒子之間的相對運動速度和濃度。帶電粒子在固體表面相對運動速度較慢，容易復合，滅弧柵也利用了這一點。3、擴散：帶電

11、粒子從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域運動。磁吹避雷器、空氣斷路器等都利用了這一點。長春工程學院 劉望來第19頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四一、補充的基本概念1、放電：在電場的作用下由于游離使流過電介質電流增大的現象。2、擊穿：電介質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：使電介質失去其絕緣性能所需要的最低、臨界、外加電壓。長春工程學院 劉望來第20頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四4、擊穿場強：在均勻電場中，使電介質失去其絕緣性能所需要的最低、臨界、外加電場強度。5、絕緣強度：電介質不失去其絕緣性能所能承受的最高、臨界、外加電場

12、強度。6、絕緣水平：電氣設備出廠時保證承受的試驗電壓。長春工程學院 劉望來第21頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四三、伏安特性曲線 伏安特性曲線：電介質在電場作用下，流過電介質的電流與外加電壓的關系曲線。長春工程學院 劉望來第22頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四放電管中形成一個低氣壓、短間隙、均勻電場外界游離因素代表氣體分子1、試驗RUVG長春工程學院 劉望來第23頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四BUUAAI0UBUCCOA段：電流隨著電壓的升高而增大，但此時電流很小，飽和電流密度為10-19A/cm2的數量級。電阻率達10

13、22m，空氣處于良好的絕緣狀態(tài)，流過間隙的電流為泄漏電流。B 點以后：電流為微安級。C點以后：流過間隙的電流急劇加大，由于回路中串聯了保護電阻，此時放電管兩端的電壓略有下降。2、伏安特性曲線長春工程學院 劉望來第24頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四RU外界游離因素代表電子代表氣體分子G3、分析UI0AUA1、OA段BUB長春工程學院 劉望來第25頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四BC段：RU外界游離因素代表電子代表氣體分子G+代表正離子UUAAI0BUB放電與漏電的區(qū)別在于是否發(fā)生游離C點以后UCC長春工程學院 劉望來第26頁，共96頁，2022年

14、，5月20日，7點53分，星期四四、湯遜理論 20世紀初，湯遜從均勻電場、低氣壓（低于26.66kpacm）短間隙氣隙的氣體放電實驗出發(fā)，總結出較系統(tǒng)的氣體放電理論。湯遜理論的實質是電子崩理論。湯遜理論長春工程學院 劉望來第27頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四六、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、標準大氣壓下氣隙的放電： 1、按湯遜理論計算的擊穿電壓比實際值高； 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

15、陰極材料無關； 4、放電形狀不同長春工程學院 劉望來第28頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四1、空間電荷分布及對電場的畸變湯遜理論沒有考慮空間電荷對電場的畸變七、流注理論長春工程學院 劉望來第29頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四+流注理論認為:發(fā)生光游離并形成流注的條件就是發(fā)生自持放電的條件。是純空間問題，所以與陰極材料無關。湯遜理論也沒有考慮光游離2、流注理論108長春工程學院 劉望來第30頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四流注發(fā)展的速度為3 4 108cm/s,電位梯度為5 20kV/cm。長春工程學院 劉望來第31頁，共

16、96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四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，流注理論對標準大氣壓、一般間隙的氣體放電現象進行了解釋。長春工程學院 劉望來第32頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四七、先導主放電理論流注停頓形成先導，先導分級向前發(fā)展，流注最后一次停頓后形成主放電，主放電階段產生了閃電和雷聲，但僅有30%的電荷復合掉，70%的電荷在余輝階段復合。長春工程學院 劉望來第33頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四五、巴申特性曲線 是關于氣隙的擊穿電壓與氣體壓力及極間距離兩者乘積的關系曲線。長春工程學院 劉望來第3

17、4頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四 A點左側：（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，所以積累的能量加大，游離率提高；p一定、s減小，碰撞次數減少，其幅度比游離率增大的幅度大，所以總游離數降低，擊穿電壓提高。（2）s一定、p減小，同上。 A點右側：（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，所以積累的能量減小，游離率降低；p一定、s增大，碰撞次數增多，其幅度沒有游離率下降的幅度大，所以總游離數降低，擊穿電壓提高。（2）s一定、p增大，同上。長春工程學院 劉望來第35頁，共96頁，2022年，5月

18、20日，7點53分，星期四八、不均勻電場中氣體的放電電場的不均勻系數f等于氣隙中最大場強EMAX與平均場強Eav的比值。f2時是極不均勻電場。長春工程學院 劉望來第36頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四1擊穿電壓2電暈起始電壓3放電不穩(wěn)定區(qū)球隙的放電特性與極間距離的關系長春工程學院 劉望來第37頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四（一）、電暈：極不均勻電場中特有的氣體放電現象。電暈是劃分普通高壓與超高壓的依據、是劃分均勻（稍不均勻）電場和極不均勻電場的依據。 1、電暈具有的效應： 1）聲、光、熱效應； 2） 消耗能量； 3）對無線電產生干擾； 4）產生

19、化學反應； 5）產生“電風”。2、能夠引起電暈的電壓稱為起暈電壓，起暈電壓與電極的曲率半徑有關，而與間隙距離關系不大，半徑越小、起暈電壓越低。長春工程學院 劉望來第38頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四導線板氣隙的工頻擊穿電壓（有效值）與氣隙距離的關系點劃線：均勻電場氣隙； 1導線直徑D=0.5mm； 2D=3mm； 3D=16mm；4D=20mm；虛線：尖板氣隙長春工程學院 劉望來第39頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四500kV四分裂導線長春工程學院 劉望來第40頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四 （二）、極性效應 1、 極

20、性效應：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，當針極為正時，擊穿電壓是35kV；當針極為負時，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、分析：（針極為正、板極為負）針極附近產生的電暈，帶電粒子定向運動，正離子向板極運動，由于速度慢，就在針極附近形成電荷積累區(qū)，使未游離區(qū)的電場強度增大，而導致擊穿電壓降低。長春工程學院 劉望來第41頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四試驗數據1、均勻電場的擊穿場強為30kV/cm，

21、極不均勻電場的平均擊穿場強為5 kV/cm。隨著間隙距離的增大，擊穿電壓隨著增大，但擊穿場強是隨著降低的，因為擊穿電壓的增加速度沒有距離增加的速度快。2、在極不均勻電場的情況下，不管棒-板間隙或是不同直徑的球-板間隙，擊穿電壓和距離的關系曲線都比較接近。就是說，在極不均勻電場中，擊穿電壓主要決定于間隙距離，而與電極形狀的關系不大。因此在工程實踐中常用棒-板或棒-棒這兩種類型間隙的擊穿特性曲線作為選擇絕緣距離的參考。3、在工頻電壓作用下，棒-板間隙的擊穿總是發(fā)生在棒的極性為正、電壓達幅值時，并且其擊穿電壓（幅值）和直流電壓下的正棒-負板的擊穿電壓相近。棒-棒間隙的平均擊穿場強為3.8kV（有效值

22、）/cm或5.36kV（幅值）/cm，棒-板間隙稍低一些，約為3.35kV（有效值）/cm或4.8kV（幅值）/cm。長春工程學院 劉望來第42頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四九、沖擊電壓下氣隙的擊穿特性我國國家標準規(guī)定的雷電沖擊電壓標準波形為T1=1.2us30%，T2= 5020%us， 通用符號為1.2us/50us，直擊雷的雷電流波形為10/350us，感應雷和傳導雷的雷電流波形為8/20us。 。1、標準波形T1說明雷電流上升的陡度,反映電磁感應的強烈程度.就是說T1越小，di/dt就越大（kA/s的值越大），那么瞬間雷電流就越大，它的電磁感應強。T2說明雷電

23、所含的電荷數量,反映雷電的能量。從T2時間畫一條直線，波形曲線下的陰影的面積通過積分計算，就可算出電荷量和能量。T2時間越長，則陰影的面積越大，那么電荷量和能量就越大。長春工程學院 劉望來第43頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四（二）放電時延擊穿時間：t = t0 + ts + tf t0為升壓時間，ts為統(tǒng)計時延，tf為放電發(fā)展時間 長春工程學院 劉望來第44頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四（三）伏秒特性 在同一波形、不同幅值的沖擊電壓作用下，間隙上出現的電壓最大值和放電時間的關系曲線稱為間隙的伏秒特性曲線。工程上常用它來表征間隙在沖擊電壓下的擊

24、穿特性。 1、曲線的作出2、伏秒特性曲線的配合：保護設備要保護被保護設備，其伏秒特性曲線必須完全位于被保護設備伏秒特性曲線的下面長春工程學院 劉望來第45頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四（四）50%沖擊放電電壓與2us沖擊放電電壓U50%的含義是在該電壓作用下，氣隙擊穿和不擊穿的概率各為50%。 2us沖擊放電電壓：氣隙在該電壓下擊穿，擊穿所需時間大于或小于2us的概率各為50%。長春工程學院 劉望來第46頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四 間隙的伏秒特性形狀與極間電場分布有關。對于均勻或梢不均勻電場，由于擊穿時的平均場強較高，放電發(fā)展較快，放電時

25、延短，所以間隙的伏秒特性曲線比較平坦，而且分散性也較小，僅在放電時間極短時，略顯上翹。也就是說，在均勻電場中靠提高電壓來縮短擊穿所需時間是很難的。因為均勻電場的伏秒特性很平，其50%沖擊擊穿電壓和靜態(tài)擊穿電壓是相一致，所以在實踐中常常利用電場比較均勻的球間隙作為測量靜態(tài)電壓和沖擊電壓的通用儀表。 長春工程學院 劉望來第47頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四 對于極不均勻電場中的間隙，其平均擊穿場強較低，放電形成時延tf 受電壓的影響大， 較長且分散性也大，其伏秒特性曲線在放電時間還相當大時，便隨時間t之減小而明顯上翹，曲線比較陡。即使在電壓作用時間較長（擊穿發(fā)生在波尾）時

26、，沖擊擊穿電壓也高于靜態(tài)擊穿電壓。長春工程學院 劉望來第48頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四 具有較陡伏秒特性曲線的保護設備不容易與具有平伏秒特性的被保護設備配合所以不能用保護間隙、管型避雷器來保護變壓器長春工程學院 劉望來第49頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四1.2影響氣體放電電壓的因素 標準大氣條件：溫度t0=200C,大氣壓力P0=101.3kPa,濕度f0=11g/m3。 大氣條件對氣隙擊穿電壓的影響的分析方法是：從大氣條件的自由行程和碰撞次數的影響，來分析總游離數的變化，從而得出對擊穿電壓的影響。1、溫度的影響：溫度升高，氣體密度下降，

27、自由行程加大，外加電場強度不變時，游離率加大；氣體密度下降使氣體分子數減少，但其減小幅度小于游離率增大的幅度，所以總游離數加大，使擊穿電壓降低。2、濕度的影響：濕度加大，水分子含量加大，由于水具有電負性，能俘獲電子形成負離子，對放電具有抑制作用，所以濕度加大，氣體的擊穿電壓升高。 濕度對氣隙擊穿電壓的影響與電場的形式有關，均勻電場和稍不均勻電場中濕度的影響比較小，極不均勻電場中濕度的影響比較大，其原因是均勻電場中擊穿場強較高，電子運動速度較大，水分子不易吸附電子，所以濕度的影響較??；在極不均勻電場中，平均擊穿場較低，放電形成時延較長，所以濕度的影響就比較明顯。 3、海拔高度的影響：隨著海拔高度

28、的增加，空氣逐漸稀薄，大氣壓力及空氣相對密度下降，因此空氣的擊穿電壓也隨著降低?？紤]到這一影響，我國有關國家標準規(guī)定，對于擬用于海拔高度高于1000米，但不超過4000米處的電氣設備的外絕緣，其試驗電壓應按規(guī)定的標準大氣條件下的試驗電壓乘以系數Ka ，其中氣體壓力的影響：氣壓加大，擊穿電壓升高。長春工程學院 劉望來第50頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四討論：提高氣隙擊穿電壓的方法提高氣隙擊穿電壓的途徑：1、均勻電場的擊穿場強比極不均勻電場的平均擊穿場強高，所以考慮如何改進電極形狀；2、依據巴申特性曲線進行分析。長春工程學院 劉望來第51頁，共96頁，2022年，5月20

29、日，7點53分，星期四措施一、改進電極形狀1、改進電極形狀，增大電極曲率半徑。采用屏蔽罩以增大電極的曲率半徑是一種常用的方法，一些高壓設備的高壓出現端都加裝屏蔽罩以降低出線端附近空間的最大場強，提高電暈起始電壓。此外、在超高壓線路絕緣子串上安裝保護金具、超高壓線路上采用擴徑導線等都是根據屏蔽原理改善電場分布提高電暈起始電壓的具體應用。 長春工程學院 劉望來第52頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四2、去除電極表面及邊緣的毛刺和棱角，消除電場局部增強的現象長春工程學院 劉望來第53頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四討論：提高氣隙擊穿電壓的方法措施二、利用

30、空間電荷改善電場分布 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生的空間電荷來改善電場分布。例如采用細線，如“線-板”、“線-線”結構在一定的距離范圍內有可能提高氣隙的擊穿電壓。這是因為：當導線直徑很小時，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整和改善了電場分布，從而提高了擊穿電壓。當氣隙距離超過一定值，細線也將產生刷形放電，或導線直徑較大因其表面不夠光滑將產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下降。長春工程學院 劉望來第54頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四長春工程學院 劉望來第55頁

31、，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四討論：提高氣隙擊穿電壓的方法措施三、極不均勻電場中采用屏障改善電場分布。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；負極性棒時屏蔽基本上不起作用，這說明屏障對負極性流注的分級發(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,針正板負間隙擊穿電壓可提高2-3倍，但針負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的。3、交流電壓作用下，屏障作用同在直流電壓下針正板負間隙長春工程學院 劉望來第56

32、頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四討論：提高氣隙擊穿電壓的方法措施四、削弱或抑制游離過程1、采用高氣壓：空氣在常壓下的電氣強度約為30kV/cm，如果壓縮空氣，使氣壓大大超過0.1MPa，它的電氣強度就能顯著提高。實用中許多場合應用高氣壓的氣體作為高電氣強度的介質（壓縮空氣斷路器、標準電容器等設備的內絕緣）。 從圖中可見： 2.8MPa的空氣具有極高的擊穿電壓，但此時對電氣設備外殼的密封性能和機械強度要求很高，因此目前廣泛應用SF6，為得到同樣的電氣強度，只需0.7MPa的氣壓就可.長春工程學院 劉望來第57頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四討論：提

33、高氣隙擊穿電壓的方法六氟化硫、氟里昂等一些含有鹵族元素氣體屬于強電負性氣體，它們的電氣強度比空氣高得多，因此用于電氣設備氣壓不必太高，這就可以使設備的制造和運行得以簡化。強電負性氣體要在工程中獲得實際應用，除電氣強度要高以外，還必須具備液化溫度不高、化學性能穩(wěn)定、在該氣體中發(fā)生放電時不宜分解、不燃燒、不產生有毒物質，并且生產不太困難、價格不能過高。2、采用強電負性氣體（高電氣強度）目前、得到工程應用的強電負性氣體惟有六氟化硫及其混合氣體。 SF6的電氣強度約為空氣的2.5倍，其滅弧能力則為空氣的100倍以上。SF6所以具有較高的電氣強度是因為它具有電負性、游離能高、分子量大。但應該注意到： S

34、F6優(yōu)異的絕緣性能只有在均勻電場中才能充分發(fā)揮，因此設計SF6氣體作為絕緣的各種電氣設備時，應盡量使氣隙的電場均勻化。長春工程學院 劉望來第58頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四3、高真空的采用。依據巴申特性曲線，采用高真空將會得出擊穿電壓極高甚至趨于無限大的結論。試驗也表明極間距離較小時高真空的擊穿電壓很高，其值超過了壓縮氣體；但極間距離較大時擊穿電壓提高緩慢，明顯低于壓縮氣體間隙的擊穿電壓。間隙較短時應用真空擊穿理論進行放電解釋：此時高真空的擊穿是與陰極表面的強場發(fā)射密切相關的。由于強場發(fā)射所引起的電流密度很大，導致電極局部過熱使電極釋放出金屬氣體，破壞高真空度從而引

35、起擊穿。間隙較長時應用全電壓效應解釋：隨著氣隙距離的增大及擊穿電壓的提高，電子從陰極到陽極積聚了很大的動能，這些高能電子轟擊陽極表面使之釋放出正離子和光子，當它們到達陰極又加強了該極的表面游離，這樣反復作用將產生越來越大的電子流，使電極局部氣化，最終導致間隙擊穿。長春工程學院 劉望來第59頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四1.3沿面放電一、問題提出 電力系統(tǒng)中，電氣設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、隔離開關的支柱絕緣子等。當這些絕緣子的極間電壓超過一定值時，常常在固體電介質和空氣的交界面上出現

36、放電現象，這種沿著固體電介質與氣體交界面的發(fā)生的放電稱為沿面放電。當沿面放電發(fā)展成貫通兩極的放電時，稱為閃絡。長春工程學院 劉望來第60頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四研究表明：在相同的放電距離下，沿面閃絡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，其沿面閃絡電壓起著決定性作用。應該注意的是，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，因為它們的放電機理有很大的不同，甚至可能在工作電壓下發(fā)生閃絡，對電力系統(tǒng)的安全運行構成威脅，因而日益受到重視。由于

37、污閃引起的事故每年都會有。長春工程學院 劉望來第61頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四1.3沿面放電二、均勻電場中的沿面放電長春工程學院 劉望來第62頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四長春工程學院 劉望來第63頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四二、均勻電場中的沿面放電1、解釋方法一：不是理想的光滑 在交流或沖擊電壓的作用下，多層串聯電介質中的電壓分布與介質的介電常數成反比。長春工程學院 劉望來第64頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四2、解釋方法二：固體介質與電極表面沒有完全密合接觸而存在微小氣隙，或介質表面

38、有裂紋。 在實際絕緣結構中常將電極與介質接觸面仔細研磨，使兩者緊密接觸，以消除氣隙，或在介質端面上噴涂金屬，將氣隙短路，使沿面閃絡電壓提高。長春工程學院 劉望來第65頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四二、均勻電場中的沿面放電3、解釋方法三：固體電介質表面吸收水分而形成水膜。4、解釋方法四：固體電介質表面有導電性粉塵。長春工程學院 劉望來第66頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四三、具有強垂直分量極不均勻電場中沿面放電1、放電發(fā)展過程 電暈刷形放電滑閃閃絡長春工程學院 劉望來第67頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四三、具有強垂直分量

39、極不均勻電場中沿面放電2、 極不均勻電場中沿面放電的形成 長春工程學院 劉望來第68頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四四、如何提高沿面閃絡電壓表面處理改善電場分布設計新的絕緣延長沿面距離長春工程學院 劉望來第69頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四1、增大沿面距離 在系統(tǒng)中為防止污閃，對耐張絕緣子串來說，可通過增加串中片數達到目的；而對懸垂串來說，在增加片數有困難時可換用每片爬距較大的耐污型絕緣子或改用V形串固定導線，或推行用一種復合材料制成環(huán)狀薄片，將其嵌入絕緣子鐵帽下部的防污閃新技術，加裝了薄片后既增大了泄漏距離，又改善了絕緣子表面電場分布，對于抑

40、制帽沿根部電暈的產生、防污和提高閃絡電壓很有效。返回長春工程學院 劉望來第70頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四屏 蔽返回長春工程學院 劉望來第71頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四均壓環(huán)返回長春工程學院 劉望來第72頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四返回阻抗調節(jié)金屬粉半導體涂料長春工程學院 劉望來第73頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四半導體釉絕緣子表面一直有一個比普通絕緣子表面泄漏電流為大的表面電導電流流過，使絕緣子表面溫度比環(huán)境溫度略高，因而污層不易吸潮，積污也比較少。此外，釉層電導還能緩解干區(qū)電場集

41、中現象，使干區(qū)不易出現局部電弧，沿整個絕緣子串的電壓分布都比較均勻。但這種材料比較容易被腐蝕和老化，影響了其推廣。返回長春工程學院 劉望來第74頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四五、絕緣子串上的電位分布1、不同電壓等級使用絕緣子的片數一般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。1000kV線路用40片左右。長春工程學院 劉望來第75頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四 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的電壓

42、相等,則每片絕緣子分擔的電壓約為11kV。絕緣子的起暈電壓為2022kV，按理說330kV線路絕緣子上不應該發(fā)生電暈，但事實上，330kV線路在正常設計和運行時就有電暈，為什么？長春工程學院 劉望來第76頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四五、絕緣子串上的電位分布 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的電壓為11.5%相電壓，即24.1kV,已經超過起暈電壓。為什么電壓分布是不均勻的呢？長春工程學院 劉望來第77頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四五、絕緣子串上的電位分布 電容：任意兩點之間有電位差、又存在中間介質的話就可以等效出電容

43、。 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，長春工程學院 劉望來第78頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四五、絕緣子串上的電位分布 由于導線與絕緣子鐵腳之間也存在電位差，同樣存在著雜散電容，此電容一般為0.5-1 pF.長春工程學院 劉望來第79頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四五、絕緣子串上的電位分布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。在500kV線路中采用分裂導線也能

44、夠改善電壓分布。長春工程學院 劉望來第80頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四長春工程學院 劉望來第81頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四六、絕緣子的濕閃（1）沿濕表面AB和干表面BCA發(fā)展,絕緣子濕閃電壓為干閃時的4050。絕緣子的電氣性能通常用閃絡電壓來衡量。氣象條件以及污穢等原因，常會影響其閃絡電壓，根據工作條件的不同，閃絡電壓可分為干閃電壓和濕閃電壓兩種。干閃是指表面清潔、干燥的絕緣子閃絡電壓，它是戶內絕緣子的主要性能；濕閃是指潔凈的絕緣子在淋雨情況下的閃絡電壓，它是戶外絕緣子的主要性能。長春工程學院 劉望來第82頁，共96頁，2022年，5月

45、20日，7點53分，星期四六、絕緣子的濕閃（2）沿濕表面AB和空氣間隙BA發(fā)展，絕緣子濕閃電壓不會下降很多。 （3）沿濕表面AB和水流BB發(fā)展，閃裙間的氣隙被連續(xù)水流所短路時，濕閃電壓降低到很低的數值。長春工程學院 劉望來第83頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四七、絕緣子染污狀態(tài)下的沿面放電（污閃）環(huán)境應力：雨、露、雪、霧、風等氣候條件和工業(yè)粉塵、廢氣、自然鹽堿、灰塵、鳥糞等污穢物的污染。閃絡形成：毛毛雨、霧、露等不利天氣時，污層將被水分濕潤，電導增大，工作電壓下泄漏電流增大。絕緣子表面上不斷延伸發(fā)展局部電?。ǚQ為爬電），一旦達到某一臨界長度時，自動貫穿兩極，形成沿面閃絡

46、。污閃可分為積污、受潮、干區(qū)形成、局部電弧的出現和發(fā)展。長春工程學院 劉望來第84頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四積污地點：城市農村；化工廠、火電廠、冶煉廠等重污染地區(qū)污層受潮條件：多霧；常下毛毛雨；易凝露地區(qū)；長期干旱。污閃事故后果大于雷擊事故后果：因為雷擊僅發(fā)生在一點，可實現自動重合閘，停電短，影響小。 污閃一般為一片地區(qū)，難實現自動重合閘，停電長，影響大。長春工程學院 劉望來第85頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四污閃事故的對策(一)調整爬距（增大泄漏比距） 爬電比距指外絕緣“相-地”之間的爬電距離與系統(tǒng)最高工作（線）電壓之比。 (二)定期或

47、不定期的清掃：帶電水沖洗。(三)涂料：常用有機硅油、有機硅脂、地蠟等，涂后效果好，但價格貴，壽命短；近年采用的室溫硫化硅橡膠涂料，憎水性強，壽命長。 (四)半導體釉絕緣子 (五)新型合成絕緣子長春工程學院 劉望來第86頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四有機硅橡膠合成絕緣子的防污性能比普通絕緣子要好得多，它是由承受外力負荷的芯棒（內絕緣）和保護芯棒免受大氣環(huán)境侵襲的傘套（外絕緣）以及金屬連接附件組成復合結構絕緣子。玻璃鋼芯棒是用玻璃纖維束經樹脂浸漬后通過引拔模加熱固化而成，具有極高的抗張強度。至目前為止，硅橡膠仍是最理想的傘套材料，它的電氣強度高、憎水性強、耐污性能好，在不

48、同溫度下性質穩(wěn)定。新型復合絕緣子具有一系列瓷質絕緣子無可比擬的優(yōu)點：首先它的防污閃性能優(yōu)良，運行中不需要清掃，其次重量輕、體積小、抗拉強度高、抗彎強度高、制造工藝簡單。長春工程學院 劉望來第87頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四長春工程學院 劉望來第88頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四小 結外界游離因素提供的空間電荷形成了氣體間隙的電導。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，則放電轉為自持放電。湯遜理論只計入

49、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。在湯遜理論的基礎上，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。長春工程學院 劉望來第89頁，共96頁，2022年，5月20日，7點53分，星期四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子同左間隙中導電質點的增長按指數規(guī)律增長，形成電子崩經過三次增長階段：電子崩、流注、主放電自持放電條件電子崩中的正離子運動到陰極，使陰極發(fā)出有效電子數與外界游離因素作用使陰極表面放出的起始電子數相等主電子崩崩頭發(fā)射出足夠的光子，出現光游離，形成電子崩，子崩注入主崩形成流注放電通道外形面狀，圓面直徑隨放電電流值的增長而增大 帶