【正文】 lectric Power University五 . 帕邢定律Ub(kV)圖 22 均勻電場中空氣的 帕邢 曲線 2 3 5 10 20 30 50 100 300 1000502010152 330δSNorth China Electric Power University分析： 不變的時(shí)候，提高氣壓或降低氣壓到真空都能提高氣隙的擊穿電壓。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)不均勻的電場中，該理論不適用。 出現(xiàn)流注后放電便獲得獨(dú)立繼續(xù)發(fā)展的能力，而不在依賴外界電離因子的作用可見 出現(xiàn)流注的條件也就是自持放電條件。North China Electric Power University： 電極附近空間發(fā)出藍(lán)色的暈光 —— 電暈。3. 電暈會(huì)產(chǎn)生高頻脈沖電流，其中還包含著許多高次諧波，這會(huì)造成對(duì)無線電的干擾 。167。 短氣隙的擊穿：負(fù)極性North China Electric Power University（ 1）結(jié) 論（ 2）North China Electric Power University 氣隙較長時(shí)，流注往往不能一次貫穿整個(gè)氣隙，而出現(xiàn)逐級(jí)推進(jìn)的 先導(dǎo)放電 現(xiàn)象。 實(shí)驗(yàn)表明： 沿固體表面的閃絡(luò)電壓不但比固體介質(zhì)本身的擊穿電壓低得多，而且也比極間距離相同的純氣隙的擊穿電壓低不少。 二 . 沿面放電的類型North China Electric Power University （ 2）固體介質(zhì)處于極不均勻電場中，且界面電場的垂直分量 En 比平行于表面的切線分量 Et 大得多。與固體介質(zhì)吸附水分的性能也有關(guān)。污閃電壓 ：絕緣子表面有濕污層時(shí)的閃絡(luò)電壓稱為污閃電壓。216。 六 .絕緣子污染狀態(tài)下的沿面放電積污：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。在霧、露天，污層濕潤度不斷增大，泄漏電流也隨之增大，在一定電壓下能維持的局部電弧長度也不斷增大。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)。但沖擊電壓的有效作用時(shí)間也以微秒記，所以放電時(shí)間就成為重要因素。頻率一般在 45—65Hz 范圍內(nèi)。IEC標(biāo)準(zhǔn)和我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為 [下左圖 ]：波前時(shí)間 Tcr=250μs, 容許偏差 177。沖擊系數(shù) β——U 50%與 靜態(tài)擊穿電壓 Us 之比稱為沖擊系數(shù) β。u0t123二 .伏秒特性（續(xù)） North China Electric Power University 實(shí)際上 伏秒特性 具有統(tǒng)計(jì)分散性， 是一個(gè)以上下包線為界的帶狀區(qū)域。研究表明，氣隙擊穿的幾率分布接近正態(tài)分布，通常可以用 U50%和變異系數(shù) Z來表示。 在大氣條件下，氣隙的擊穿電壓隨 δ的增大而提高。 在極不均勻電場中，濕度影響就很明顯了，可用下面的濕度校正因數(shù)來校正。： 電場結(jié)構(gòu)、大氣條件、還有鄰近效應(yīng)和照射效應(yīng)167。 電場在不同電壓下的擊穿電壓 (續(xù))North China Electric Power University氣隙較大時(shí)（ S大于），擊穿電壓與距離關(guān)系出現(xiàn)了明顯的飽和趨向，特別是棒 — 板氣隙，其飽和趨向更明顯。圖 359 棒 棒和棒 板間隙的操作沖擊擊穿電壓167。 不僅要注意改善高壓電極的形狀以降低該電極旁邊的局部場強(qiáng)，還要注意改善接地電極和中間電極的形狀，以降低該電極旁邊的局部場強(qiáng)。在一定的氣壓范圍內(nèi)，增高氣壓對(duì)提高氣隙的擊穿電壓是極為有效的。 固體電介質(zhì)的擊穿特性一 . 固體擊穿理論二 . 影響固體介質(zhì)擊穿電壓的主要因素三 . 提高固體擊穿電壓的方法四 . 固體介質(zhì)的老化North China Electric Power University 216。電壓的作用時(shí)間216。 ： 盡可能地清除固體電介質(zhì)中殘留的雜質(zhì)、氣泡、水分等，使固體介質(zhì)盡可能做得均勻致密。熱老化的象征大多為介質(zhì)失去彈性 ,變僵硬，變脆．發(fā)生龜裂。電離產(chǎn)生的帶電離子撞擊油分子，使它又分解出氣體，導(dǎo)致氣體通道擴(kuò)大。電介質(zhì)理論仍遠(yuǎn)未完善 ,各種絕緣材料和絕緣結(jié)構(gòu)的電氣性能還不能僅依靠理論分析計(jì)算來解決問題 ,而必須同時(shí)借助于各種絕緣試驗(yàn)來檢驗(yàn)和掌握絕緣的狀態(tài)和性能 ,各種試驗(yàn)結(jié)果也往往成為絕緣設(shè)計(jì)的依據(jù)和基礎(chǔ)。由于氣泡的 ε r 最?。?≈1 ），其電氣強(qiáng)度又比液體介質(zhì)低得多，所以氣泡先發(fā)生電離。四 . 固體介質(zhì)的老化North China Electric Power University： 在較高溫度下，固體介質(zhì)會(huì)逐漸熱老化。多層性的影響216。在臨近最終擊穿階段，可能因劣化處溫度過高而以熱擊穿形式完成，也可以因劣化后電氣強(qiáng)度下降而以電擊穿形式完成。利用 SF6氣體作為絕緣介質(zhì)和滅弧媒質(zhì)制成的各種電力設(shè)備和封閉式組合電器具有一系列突出的優(yōu)點(diǎn)，如大大節(jié)省占地面積和空間體積、運(yùn)行安全可靠、簡化安置維護(hù)等，發(fā)展前景十分廣闊。 增高氣體的壓力可以減小電子的平均自由行程，阻礙撞擊游離的發(fā)展。 提高氣隙擊穿電壓的方法一 . 改善電場分布二 . 采用高度真空三 . 增高氣壓四 . 采用高耐電強(qiáng)度氣體五 . SF6氣體的應(yīng)用North China Electric Power University 一般說來，電場分布越均勻，氣隙的擊穿電壓就越高。圖 358 不同性質(zhì)電壓作用下棒 — 板氣隙的擊穿電壓與氣隙距離的關(guān)系（四）操作沖擊電壓作用下167。 電場在不同電壓下的擊穿電壓 (續(xù))圖 351 棒 板和棒 棒氣隙直流 1min臨界耐受電壓與氣隙距離的關(guān)系North China Electric Power University表示中等距離空氣間隙的工頻擊穿電壓曲線圖 352 棒 棒和棒 板空氣間隙的工頻擊穿電壓與間隙距離的關(guān)系結(jié)論 :擊穿總是發(fā)生在棒極為正半波時(shí)。 不同電壓波形作用下，擊穿電壓實(shí)際上相同，且分散性很小，對(duì)于空氣，可以用以下的經(jīng)驗(yàn)公式表示： [KV（ peak） ]式中 —— 空氣的相對(duì)密度 S —— 氣隙的距離， cm 標(biāo)準(zhǔn)情況下， 1cm空氣間隙的擊穿電壓約為 30kV.一 . 較均勻電場氣隙的擊穿電壓North China Electric Power University 稍不均勻電場的結(jié)構(gòu)形式有多種多樣，常遇到的較典型的電場結(jié)構(gòu)形式有；球 — 球、球 — 板、圓柱 — 板、兩同軸圓筒、兩平行圓柱、兩垂直圓柱等。在均勻和稍不均勻電場中，放電開始時(shí)，整個(gè)氣隙的電場強(qiáng)度都很大，電子運(yùn)動(dòng)速度較快，不易被水分子俘獲，因而濕度影響不太明顯，可以忽略不計(jì)。North China Electric Power University 空氣的密度與壓力和溫度有關(guān)。是防雷設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)保護(hù)設(shè)備和被保護(hù)設(shè)備的絕緣配合的依據(jù) 。 電壓較高時(shí)，擊穿一般發(fā)生在波頭 ，取擊穿時(shí)刻的電壓值及該時(shí)刻，得到相應(yīng)的點(diǎn)；216。伏秒特性曲線 —— 表示該氣隙伏秒特性的曲線，稱為伏秒特性曲線。30% ； Tc=2～ 5μs .可寫成 ～ 5μs. 01 u / Um0’ T1 Tc t（四）標(biāo)準(zhǔn)雷電截波 用來模擬雷電過電壓引起氣隙擊穿或外絕緣閃絡(luò)后出現(xiàn)的截尾沖擊波，如圖。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定被試品上直流試驗(yàn)電壓的紋波系數(shù)應(yīng)不大于 3％。216。通常采用 “等值附鹽密度 ”（簡稱 “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)。局部電弧： 如果電場強(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)為絕緣子局部表面的有明亮通道的電弧。North China Electric Power University 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。216。電壓再升高一些火花就到達(dá)另一電極，完成表面氣體的完全擊穿，稱為沿面閃絡(luò)或簡稱 “閃絡(luò) ” 。 （ 2）大氣的濕度影響。E 固體介質(zhì)與氣體介質(zhì)交界面上的電場分布狀況對(duì)沿面放電特性有很大影響。二是 沿著固體介質(zhì)表面發(fā)生閃絡(luò) 。因此隨著電壓提高電暈的擴(kuò)展，強(qiáng)場區(qū)也將逐漸向板極方向推進(jìn)，因而放電的發(fā)展是順利的直至氣隙被擊穿。2. 改進(jìn)電極的形狀，增大電極的曲率半徑，使表面光滑。，電子和離子在局部強(qiáng)場的驅(qū)動(dòng)下高速運(yùn)動(dòng)，與氣體分子交換動(dòng)量，形成 “ 電風(fēng) ” 。216。 這些電離強(qiáng)度和發(fā)展速度遠(yuǎn)大于初始電子崩的新放電區(qū)（二次電子崩）以及它們不斷匯入初崩通道的過程被稱為 流注。當(dāng) S值減到過小時(shí)，場強(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。物理 物理意義 在不均勻電場中，各點(diǎn)的電場強(qiáng)度 E不同，所以各處的 α 值也不同，在這中條件下，上面的自持條件應(yīng)改寫成： 實(shí)驗(yàn)表明正離子在返回陰極途中造成的碰撞電離作用極小，可以忽略不計(jì) 。 f 4 以上時(shí)明顯地屬于極不均勻電場，可分為棒 棒間隙和棒 板間隙，例如架空線的導(dǎo)線 導(dǎo)線，導(dǎo)線 大地。North China Electric Power University167。易于產(chǎn)生負(fù)離子的氣體稱為 電負(fù)性氣體 。主要發(fā)生在陰極，原因：陽極自由電子不會(huì)向氣體中釋放。 North China Electric Power University(1)光電離頻率為 ν的光子能量為 W=hν 式中 h—— 普郎克常數(shù) =發(fā)生空間光電離的條件為 或者 式中 λ—— 光的波長， m； c—— 光速 Wi —— 氣體的電離能， eV。更易加速，所以 電子的遷移率遠(yuǎn)大于離子 。 四 . 吸收電流與吸收曲線返回North China Electric Power University第二章 氣體放電的物理過程第一節(jié) 氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生和消失第二節(jié) 氣體放電機(jī)理第三節(jié) 電暈放電第四節(jié) 不均勻電場氣隙的擊穿第五節(jié) 雷電放電第六節(jié) 氣隙的沿面放電North China Electric Power University167。 電介質(zhì)中的能量損耗一 .電介質(zhì)損耗的基本概念二 .等效電路與相量圖三 .簡化等效電路與損耗四 .吸收電流與吸收曲線本節(jié)主要內(nèi)容：North China Electric Power University 在電場的作用下，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 。216。North China Electric Power University 2．極性液體介質(zhì)： (1)這類介質(zhì)通常介電常數(shù)都較大。 該極化伴隨著能量損耗。 夾層的存在將會(huì)造成電荷在夾層界面上的堆積和等值電容的增大?！?　 如圖 l4所示，各層介質(zhì)的電容分別為 C1和 C2；各層介質(zhì)的電導(dǎo)分別為 G1和 G2；直流電源電壓為 U。圖 l2 氯化鈉晶體的離子位移極化 North China Electric Power University轉(zhuǎn)向極化 在極性電介質(zhì)中，即使沒有外加電場，由于分子中正、負(fù)電荷的作用中心不重合。 電介質(zhì)的極化 定義： 電介質(zhì)在電場作用下產(chǎn)生的束縛電荷的彈 性位移和偶極子的轉(zhuǎn)向位移現(xiàn)象，稱為 電 介質(zhì)的極化。 參考書：u 《高電壓絕緣技術(shù)》，中國電力，嚴(yán)璋，朱德恒u 《電網(wǎng)過電壓教程》，中國電力，陳維賢u 《高電壓試驗(yàn)技術(shù)》，清華，張仁豫u 《高電壓技術(shù)》，中國電力，趙智大u 《 HighVoltage Engineering》， Pergamon Press, E. Kuffel (Canada), . Zaengl, (Switzerland)216。666kV n 特高壓（ UHV）： 177。 ② 高壓試驗(yàn) —— 判斷、監(jiān)視絕緣質(zhì)量的主要試驗(yàn)方法與試驗(yàn)原理。North China Electric Power University高電壓技術(shù)張重遠(yuǎn)、趙濤 高壓教研室 2023年 2月電力工程系North