【正文】 0%擊穿電壓U50和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差 s 來(lái)表示，表321耐受電壓：工程中將對(duì)應(yīng)于（99%以上）的電壓最為耐受電壓 U50(13s) —— %18. 大氣條件對(duì)氣隙擊穿電壓的影響大氣條件：氣溫、氣壓、濕度等GB/190。在波尾擊穿時(shí)，以沖擊電壓幅值作為縱坐標(biāo)，放電時(shí)間作為橫坐標(biāo)。16. 伏秒特性9) 定義工程上用間隙上出現(xiàn)的電壓最大值和放電時(shí)間的關(guān)系來(lái)表征間隙在沖擊電壓下的擊穿特性10) 伏秒特性的制訂方法用實(shí)驗(yàn)方法求取。間隙的擊穿電壓與作用電壓的波形（即作用時(shí)間）有很大關(guān)系例如一個(gè)間隙的靜態(tài)擊穿電壓為50千伏，假如電壓上升的平均陡度為50180。 持續(xù)作用電壓 包括直流電壓和工頻電壓，這類(lèi)電壓的變化速度很?。啾戎路烹姲l(fā)展所需時(shí)間可以忽略不計(jì)，當(dāng)氣體狀態(tài)不變時(shí)，一定距離的間隙的擊穿電壓具有確定的數(shù)值。216。擊穿時(shí)間t b 從開(kāi)始加壓的瞬時(shí)起到氣隙完全擊穿的時(shí)間，它由三部分組成： （51）216。二、 教學(xué)重點(diǎn)氣隙的伏秒特性，氣隙擊穿電壓的特點(diǎn)和提高方法。對(duì)地放電的雷電極性按照雷云流入大地的電荷極性決定，實(shí)測(cè)90％左右為負(fù)極性雷。電暈放電還能使空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，造成臭氧從氧化氦等產(chǎn)物，引起腐蝕作用。爆發(fā)電暈放電時(shí)，還可聽(tīng)到咝咝的聲音，嗅到臭氧的氣味，回路中電流明顯增加(但絕對(duì)值仍很小)，可以測(cè)量到能量損失。這個(gè)具有熱電離過(guò)程的通道稱為先導(dǎo)通道。11. 不均勻電場(chǎng)氣隙擊穿中的極性效應(yīng)棒－板間隙在施加電壓時(shí)，由于空間電荷畸變了棒－板間隙中的電場(chǎng)，使得棒極為正時(shí)的電暈起始電壓高于棒極為負(fù)時(shí)的電暈起始電壓。 放電外形：pd很大時(shí)，放電具有通道形式；216。二次電子崩； 3190。圖 負(fù)流注的產(chǎn)生及發(fā)展1190。190。190。大量的正、負(fù)帶電質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成的等離子體，即為流注。pd過(guò)小或過(guò)大，湯遜德理論都不適用。另外兩種方式就是帶電質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散和復(fù)合。 熱電子放射 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。 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。216。（3） 熱電離一切因氣體熱狀態(tài)引起的電離過(guò)程稱為熱電離，包括：216。二、 教學(xué)重點(diǎn)四種電離（碰撞電離、光電離、熱電離和表面電離）型式的機(jī)理；湯遜德理論和流注理論的要點(diǎn)和各自的適用范圍；不均勻電場(chǎng)氣隙擊穿中的極性效應(yīng)原理四種基本極化形式，各自的特點(diǎn)和影響因素。在其他場(chǎng)合，可利用tgd 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(guò)程。n 用于沖擊測(cè)量的連接電纜，其tgd 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。但夾層極化這類(lèi)有損極化是產(chǎn)生損耗的重要原因。216。216。 216。當(dāng)頻率更高時(shí)，偶極子的回轉(zhuǎn)已完全跟不上電源頻率，損耗功率遂趨于恒定，介電常數(shù)也達(dá)到較低的穩(wěn)定值，電容電流則與頻率成正比例增加，tgd 近乎與頻率成反比地減小。圖212表示極性液體介質(zhì)中的損耗與頻率的關(guān)系。 極性液體介質(zhì)中的損耗主要包括電導(dǎo)式損耗和電偶式損托兩部分。它們是無(wú)損的或幾乎是無(wú)損的。如35kV瓷套內(nèi)壁上涂半導(dǎo)體釉。 外施電壓U超過(guò)起始放電電壓U0時(shí)，將發(fā)生局部放電，損耗急劇增加，如圖28所示，這種現(xiàn)象在高壓輸電線上表現(xiàn)得極為突出，稱為電暈放電。 電場(chǎng)強(qiáng)度小于使氣體分子游離所需的值時(shí)，氣體介質(zhì)的電導(dǎo)也是極小的。 CS，此時(shí)，并、串聯(lián)等值電路的介質(zhì)損耗表達(dá)式可用同一公式表示：P=U2wC tgd 。如果損耗主要是由電導(dǎo)起的，常使用并聯(lián)等值電路，如果損耗主要是由介質(zhì)極化及連接導(dǎo)線引起的，則常應(yīng)用串聯(lián)等值電路。定義d 為介質(zhì)損失角 是功率因數(shù)角j 的余角。190。定義為：在交流電壓下，介質(zhì)的有功功率損耗為介質(zhì)損耗。如在高壓套管法蘭附近涂半導(dǎo)體釉，高壓電機(jī)定子繞組出槽口部分涂半導(dǎo)體釉等，都是為了改善電壓分布，消除電暈。n 多層介質(zhì)在直流電壓下，電壓分布與電導(dǎo)成反比，故設(shè)計(jì)用于直流的設(shè)備要注意所用介質(zhì)的電導(dǎo)，應(yīng)使材料使用合理。因此，可以用絕緣電阻隨時(shí)間變化的關(guān)系（如圖25所示）來(lái)反映絕緣的狀況。如前所述，一般電介質(zhì)都可以用圖23所示的等效電路來(lái)代表。與介質(zhì)本身性質(zhì)有關(guān)：iii. 僧水性介質(zhì) 對(duì)中性和弱極性介質(zhì)（如石蠟、聚苯乙烯、硅有機(jī)物等），水分子與固體介質(zhì)分子的附著力很小，水分不易在介質(zhì)表面形成連續(xù)水膜，而只能凝聚成小水滴，故表面電阻較高，電導(dǎo)較??；iv. 親水性介質(zhì) 極性介質(zhì)（如云母、玻璃等）及離子性介質(zhì)，水分子與固體介質(zhì)分子的附著力很強(qiáng)，在介質(zhì)表面形成連續(xù)水膜，表面電導(dǎo)較大，且與濕度有關(guān)。教材中的表131中同時(shí)列出了常用的幾種介質(zhì)的電導(dǎo)率。n 液體介質(zhì)電導(dǎo) 液體介質(zhì)中形成電導(dǎo)電流的帶電質(zhì)點(diǎn)主要有兩種：i. 一是構(gòu)成液體的基本分子或雜質(zhì)離解而成帶電質(zhì)點(diǎn)，構(gòu)成離子電導(dǎo)；ii. 二是由于相當(dāng)大的帶有電荷的膠體質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成電泳電導(dǎo)。104V/cm.。 圖24 空氣中電流和電壓的關(guān)系?區(qū)：當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度很?。‥ E1），外電離因素產(chǎn)生的離子克服與氣體分子碰撞的阻力而移動(dòng)，遷移率接近常數(shù)，電流密度與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比；??區(qū)：電場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)一步增大，外界因數(shù)所造成的離子接近全部趨向電極時(shí)，電流密度即趨于飽和；在該兩區(qū)內(nèi)氣體的電導(dǎo)是極微小的。 CpRp代表有損極化電流支路，流過(guò)電流ip ； 216。 igk趨向穩(wěn)定值的電流，是漏導(dǎo)電流，又稱為泄漏電流，不隨時(shí)間而變，與絕緣電阻相對(duì)應(yīng)，服從歐姆定律。6) 電介質(zhì)的電導(dǎo)電流圖21的測(cè)試回路，通過(guò)電介質(zhì)的電流隨時(shí)間的變化情況如圖22所示， 圖22 介質(zhì)中的電流與時(shí)間的關(guān)系 圖23 電介質(zhì)等值電路電流由3部分組成：216。溫度越高，參與漏導(dǎo)的離子越多，即電導(dǎo)電流越大。泄漏電流大，將引起介質(zhì)發(fā)熱，加快絕緣介質(zhì)的老化。圖21 測(cè)量介質(zhì)中電流的電路圖經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，極化過(guò)程結(jié)束，流過(guò)介質(zhì)的電流趨于一定值I漏導(dǎo)電流I：這一穩(wěn)定電流稱為漏導(dǎo)電流。這種電導(dǎo)一般包括兩個(gè)方面：216。四、 教學(xué)內(nèi)容和要點(diǎn)5. 電介質(zhì)的電導(dǎo)任何電介質(zhì)都不是理想的絕緣體，在它們內(nèi)部總有一些聯(lián)系較弱的帶電質(zhì)點(diǎn)存在。在使用電容器等大電容量設(shè)備時(shí)，須特別注意吸收電荷對(duì)人身安全的威脅。利用式所示特性，可以改善電纜中的電場(chǎng)分布。2. 在使用組合絕緣時(shí)，要注意各種材料的的適當(dāng)配合，否則會(huì)降低整體絕緣的絕緣能力。 離子介質(zhì)：如云母、陶瓷等，其約在5~8左右，還有一些很大的固體介質(zhì)，如鈦酸鋇等，1000，不能用做絕緣材料。介電常數(shù)不大，~。216。216。 計(jì)劃過(guò)程很緩慢，它的形成時(shí)間從幾十分之一秒到幾分鐘，甚至有長(zhǎng)達(dá)幾小時(shí)。因此，對(duì)使用過(guò)的大電容量設(shè)備，應(yīng)將兩極短接充分放電，以免過(guò)一定時(shí)間后吸收電荷陸續(xù)釋放出來(lái)，危及人身安全。由于電導(dǎo)G的數(shù)值很小，因而時(shí)間常數(shù)t 很大，極化速度非常緩慢。U1 U2吸收電荷：在t =0以后，隨時(shí)間增大，U1逐漸增大而U2逐漸下降，也即C2上一群分電荷要通過(guò)G2放掉，而C1要從電源再吸收一部分電荷，這一部分電荷稱為吸收電荷。 G2，則 (17)合閘后，兩層介質(zhì)之間有一個(gè)電壓重新分配的過(guò)程。以平板電極間的雙層介質(zhì)為例說(shuō)明夾層極化。所以極性電介質(zhì)的er最初隨溫度或高而增加，以后當(dāng)熱運(yùn)動(dòng)變得較強(qiáng)烈時(shí)，er又隨溫度升高而減小。圖中f1 f2 f3。 氯化聯(lián)苯的er與溫度、頻率的關(guān)系f1f2f3 偶極子極化 (a)無(wú)外電場(chǎng)時(shí)；(b)有外電場(chǎng)時(shí) 偶極子極化的特點(diǎn)：216。由這種永久性的偶極子構(gòu)成的介質(zhì)叫極性介質(zhì)。216。在外電場(chǎng)的作用下，正、負(fù)離子將發(fā)生相反方向的偏移，使平均偶極矩不再為零，而形成電矩，對(duì)外呈現(xiàn)出電性。 具有彈性，當(dāng)外施電壓去掉后，正、負(fù)電荷的相互吸引力又可使極化原子恢復(fù)到原有狀態(tài)，因是彈性的，故無(wú)能量損耗；216。這就是電子式位移極化。它是充滿介質(zhì)時(shí)的幾何電容和真空時(shí)的靜電電容的比值。1014F／cm極板間插入固體介質(zhì)后，電容量增為 (12)式中 e 190。190。 把一塊固體介質(zhì)（厚度與極間距離相等）放在極板之間，施加同樣的電壓，就可發(fā)現(xiàn)極板上的電荷量增加到Q0+DQ（（b）)這是由介質(zhì)極化現(xiàn)象造成的：即在外施電場(chǎng)作用下，此固體介質(zhì)中原來(lái)彼此中和的正、負(fù)電荷產(chǎn)生了位移，形成電矩，使介質(zhì)表面出現(xiàn)了束縛電荷，相應(yīng)地便在極板上另外吸住了一部分電荷DQ，所以極板上電荷增多，并造成電容量亦增大。四、 教學(xué)內(nèi)容和要點(diǎn) 極化現(xiàn)象（a）電極間無(wú)介質(zhì) （b） 電極間有介質(zhì)1. 電介質(zhì)極化的基本概念。第二十講 《電力系統(tǒng)內(nèi)部過(guò)電壓概述》教案執(zhí)筆： 王　偉教案審核：制定日期：2005910129167。第十六講 《線路中的波過(guò)程（2）》 167。第十二講 《實(shí)驗(yàn)二：電氣設(shè)備絕緣介質(zhì)損耗測(cè)量》 167。第八講 《液體電介質(zhì)的擊穿機(jī)理和特性》 167。第四講 《氣體放電的物理過(guò)程（2）》 167?！陡唠妷杭夹g(shù)》 （《High Voltage Technology》）課程編號(hào)200620總學(xué)時(shí)48總學(xué)分先修課程《電路理論》、《電力系統(tǒng)分析基礎(chǔ)》適合專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化所屬院系部電力系所屬教研室高電壓與電磁兼容 167。第三講 《氣體放電的物理過(guò)程（1）》 167。第七講 《固體電介質(zhì)的擊穿機(jī)理和特性》 167。第十一講 《實(shí)驗(yàn)一：電氣設(shè)備絕緣電阻和泄漏電流測(cè)量》 167。第十五講 《線路中的波過(guò)程（1）》 167。第十九講 《發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù)》167。三、 教學(xué)難點(diǎn) 溫度和頻率對(duì)偶極子極化的影響。這時(shí)極板上積聚有正、負(fù)電荷，其電荷量為Q0（（a））216。極板面積，cm2； d190。真空的介電常數(shù)，180。定義： (13)為相對(duì)介電常數(shù)。而在外電場(chǎng)作用下，原子外層電子軌軌道對(duì)于原子核產(chǎn)生位移，其正、負(fù)電荷作用中心不再重合，對(duì)外呈現(xiàn)出一個(gè)電偶極子的狀態(tài)，如圖 。 形成極化所需時(shí)間很短，約1014 ~1015 s，在各種頻率下都可能發(fā)生，故與外加電源頻率無(wú)關(guān)；216。在無(wú)外電場(chǎng)時(shí)，正、負(fù)離子對(duì)稱排列，各離子對(duì)的偶極矩互相抵消，故平均偶極矩為零。 極化過(guò)程的時(shí)間較電子式極化稍長(zhǎng)，為10l2~1013 s，因此，在一般使用的頻率范圍內(nèi)，與頻率無(wú)關(guān)。3) 偶極子極化偶極子是正、負(fù)電荷作用中心不重合的分子，分子的一端呈正電荷，另一端呈負(fù)電荷，分子本身就是一個(gè)永久性的偶極矩。在外電場(chǎng)的作用下，原來(lái)混亂分布的極性分子沿電場(chǎng)方向作定向排列，因而呈現(xiàn)出極性。因此，極性介質(zhì)的與電源頻率有較大的關(guān)系，隨頻率的增高而上升，頻率很高時(shí)，偶極子來(lái)不及轉(zhuǎn)向，因而其減小，給出了極性液體氯化聯(lián)苯的相對(duì)介電常數(shù)er，與頻率的關(guān)系。溫度升高時(shí)，分子間聯(lián)系減弱，轉(zhuǎn)向容易，極化加強(qiáng)；但分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，妨礙它們有規(guī)律地運(yùn)動(dòng)，這又使極化減弱。這種極化過(guò)程特別緩慢，且有能量損耗，屬有損極化。 C2，G1 185。 165。吸收過(guò)程要經(jīng)過(guò)CC2和GG2進(jìn)行，其放電時(shí)間常數(shù)為t =(C1+C2)／(G1+G2)。同樣道理，去掉外加電壓之后，介質(zhì)內(nèi)部電荷釋放也是十分緩慢的。216。2) 液體介質(zhì)的介電常數(shù)可分為非極性、極性與強(qiáng)極性三種。 極性液體的，在2~6，如蓖麻油、氯化聯(lián)苯即屬此類(lèi)。 非極性介質(zhì)：種類(lèi)很多，聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、石蠟、石棉、無(wú)機(jī)玻璃等。216。cm1）氣體介質(zhì)（標(biāo)準(zhǔn)大氣條件）空氣液體介質(zhì)弱極性變壓器油硅有機(jī)油類(lèi)1015~10121015~1014極性蓖麻油氯化聯(lián)苯~1013~10121012~1010固體介質(zhì)中性石蠟聚苯乙烯聚四氟乙烯~~210161018~10171018~1017極性松香纖維素膠木聚氟乙烯瀝青~~1016~101510141014~10131016~10151016~1015離子性云母電瓷5~76~71016~10151015~10144. 討論介質(zhì)極化在工程實(shí)際中的意義1. 選擇電容器中的絕緣材料時(shí)，在相同耐電強(qiáng)度的情況下，要選擇大的材料，以使電容器單位容量的體積、重量減?。辉谄渌^緣結(jié)構(gòu)里，希望材料的要小些，如電纜，以減少工作時(shí)的充電電流，如電機(jī)定子繞組出口槽和套管情況，以提高交流下沿面放電電壓。如果絕緣中存在氣泡，由于氣體的er是最小的，所以氣泡將承受較大的電場(chǎng)強(qiáng)度，首先在氣泡處發(fā)生游離，引起局部放電，使整體材料的絕緣能力降低。4. 在絕緣預(yù)防性試驗(yàn)中，夾層極化現(xiàn)象可用來(lái)判斷絕緣受潮情況。二、 教學(xué)重點(diǎn)產(chǎn)生電導(dǎo)的機(jī)理；介質(zhì)損耗的概念三、 教學(xué)難點(diǎn) 介質(zhì)損耗隨溫度、頻率的變化規(guī)律。介質(zhì)電導(dǎo)是離子電導(dǎo)，比金屬電導(dǎo)小得多。5) 漏導(dǎo)電流和絕緣電阻如圖21，在電介質(zhì)上加上直流電壓，初始瞬時(shí)由于各種極化的存在，流過(guò)電介質(zhì)的電流很大，之后隨時(shí)間而變化。介質(zhì)的絕緣電阻或介質(zhì)電導(dǎo)決定了介質(zhì)中的泄漏電流。介質(zhì)電導(dǎo)的大小與帶電質(zhì)點(diǎn)的密度、速度、電荷量、外施電場(chǎng)和溫度有關(guān)。電介質(zhì)的絕緣電阻隨溫度上升而增大，近似于指數(shù)關(guān)系： (23)式中 R0——溫度為0℃的絕緣電阻； Rit——溫度為t℃的絕緣電阻； a——溫度系數(shù)，根據(jù)不同的設(shè)備、材料和結(jié)