【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ！ 負(fù)先導(dǎo) ? 負(fù)棒 — 正板 ， 正空間電荷 大大加強(qiáng)棒極附近原已很強(qiáng)的電場(chǎng) ， 該區(qū)域發(fā)生強(qiáng)烈的電離 ， 高場(chǎng)強(qiáng)和大電流密度 ， 使棒極附近產(chǎn)生 熱電離 ， 形成負(fù)先導(dǎo) ? 負(fù)空間電荷 在通道 前端形成反向電場(chǎng) — 電場(chǎng)屏蔽 ，屏蔽減弱后 ， 發(fā)展新負(fù)流注 、 新負(fù)先導(dǎo) ， 因此 ， 負(fù)先導(dǎo)具有分級(jí)的特性 ? 前伸的 平均速度 是 正先導(dǎo) 的 1/5~1/3 迎面先導(dǎo) ? 條件： 上 電極為 正先導(dǎo) ， 下電極的幾何結(jié)構(gòu) 能提供局部強(qiáng)場(chǎng) 上 電極為 負(fù)先導(dǎo) ， 下電極的幾何結(jié)構(gòu) 無(wú)特殊要求 ， 平板 、 尖端 ? 雷電放電多為負(fù)先導(dǎo) ， 接地的建筑物上可產(chǎn)生向上的 迎面先導(dǎo) ， 其 影響到下行先導(dǎo) 的發(fā)展路線及 雷擊點(diǎn) ? 主放電 當(dāng)先導(dǎo) 通道頭部極為 接近板極 時(shí) ， 間隙場(chǎng)強(qiáng)可達(dá)極大數(shù)值 ， 引起 強(qiáng)烈的電離 ， 間隙中出現(xiàn)離子濃度遠(yuǎn)大于先導(dǎo)通道的等離子體 新出現(xiàn) 的通道大致具有極板的電位 ， 在它與先導(dǎo)通道交界處 保持極高的電場(chǎng)強(qiáng)度 ， 繼續(xù)引起 強(qiáng)烈的電離 高場(chǎng)強(qiáng)區(qū) （ 強(qiáng)電離區(qū) ） 迅速向陽(yáng)極傳播 ， 強(qiáng)電離通道也迅速向前推進(jìn) ， 這就是 主放電過(guò)程 主放電過(guò)程使 貫穿兩電極間的 先導(dǎo)通道最終成為溫 度很高 、 電 導(dǎo)很大 、 軸向 電 場(chǎng)很小 的 等離子體通道 雷電放電 ?雷電放電主要研究 雷云對(duì)大地放電 表面空間 電場(chǎng)強(qiáng)度 25~30kV/cm ?上行雷 、 下行雷 ?90％ 是負(fù)極性雷 ， 即雷云流入大地電荷為負(fù) ?下行 負(fù) 極性 雷 分 三個(gè)階段 ： 先導(dǎo) 放電 、 主放電 、 余光放電 ?雷電放電有 后續(xù)分量 ， 幾個(gè)到十幾個(gè) 雷電的先導(dǎo)過(guò)程 ? 下行負(fù)先導(dǎo) ， 逐級(jí) 發(fā)展 ， 平均速度 約為 （ 1~8）?105m/s， 延續(xù)約幾毫秒 ? 接地的建筑物上可產(chǎn)生向上的 迎面先導(dǎo) ， 影響到下行先導(dǎo)的發(fā)展路線及雷擊點(diǎn) 。 ? 高電導(dǎo) 、 高溫 、 具極高電位 的 先導(dǎo)通道路 將雷云到大地之間的 氣隙擊穿 ， 通道中有 大量的與雷云同極性 的電荷 雷電的主放電過(guò)程 ? 先導(dǎo)頭部對(duì)地極大的電位差作用在剩余短間隙（ 流注 ） 上 ， 強(qiáng)烈的電離： 電子 迅速流入大地 ， 形成雷電流的波前部分 正離子 與先導(dǎo)通道中的負(fù)電荷 中和 ? 主放電通道 溫度 達(dá) (2~3)?104K， 壓力 初期達(dá)幾十個(gè)大氣壓 ， 發(fā)展速度 約為 (~)c ? 主放電過(guò)程中通道明亮 ， 發(fā)出巨大的雷聲 ， 產(chǎn)生幅值很大 （ 幾十至幾百千安 ） 、 近百微秒 （ 不超過(guò) 50~100?s） 的沖擊電流 雷電的后續(xù)分量 ? 雷云中存在 多個(gè)電荷 聚集 中心 ? 主放電后 ， 臨近 的電荷 中心 對(duì) 第一電荷中心 放電 ， 并沿 老通道 繼續(xù)向地發(fā)展 ， 形成 后續(xù)分量 ? 電流幅值為 第一分量的 1/2~1/3， 2~100KA；電流波前時(shí)間平均為 ~1?s（ 陡度上升 ） ， 電流波尾平均約為 40?s（ 較短 ） ? 分量數(shù)多達(dá) 10~30個(gè) ， 平均 3~4個(gè) ， 間隔 時(shí)間約為 幾十毫秒 ， 平均約為 40~65ms 第 2章 氣隙的電氣強(qiáng)度（擊穿特性） ?影響空氣間隙放電電壓 的 主要因素 電場(chǎng)形式 對(duì) 空氣間隙放電電壓 的 影響 ? 電場(chǎng)情況：均 勻 、 稍不均 勻 、 極不均 勻 ? 電壓形式：直 流 、 交 流 、 雷電 沖擊 、操作 沖擊 ? 大氣條件： 氣壓 、 溫度 、 濕度 ?主要內(nèi)容 ? 氣隙的 擊穿時(shí)間 ? 氣隙的 伏秒特性 和 擊穿 電壓的 概率分布 ? 大氣 條件 對(duì)氣隙擊穿 電壓的影響 ? 較均勻 電場(chǎng)氣隙的 擊穿電壓 ? 不均勻 電場(chǎng)氣隙的 擊穿電 壓 ? 提高 氣體間隙 擊穿電壓 的 措施 氣隙的擊穿時(shí)間 氣隙 的 伏秒特性 和 擊穿電壓 的 概率分布 ? 持續(xù) 作用電壓 直流電壓 工頻電壓 用擊穿電壓 或 擊穿場(chǎng)強(qiáng) 來(lái) 表達(dá)氣隙 的 耐電特性 ? 非持續(xù) 作用電壓 雷電沖擊過(guò)電壓 、 操作沖擊過(guò)電壓 用 伏秒特性 來(lái) 表達(dá)氣隙 的 擊穿特性 伏秒特性用實(shí)驗(yàn)方法求取 放電時(shí)間具有 分散性 ， 實(shí)際上伏秒特性是 以上 、 下包線為界 的一個(gè) 帶狀區(qū)域 ? 伏秒特性 的應(yīng)用 Ｓ ２ 對(duì)Ｓ 1 起保護(hù)作用 在高幅值沖擊電壓作用下 ，Ｓ２ 不起保護(hù)作用 ? 氣隙擊穿電壓的 概率分布 無(wú)論何種作用電壓 ， 氣隙的 擊穿電壓 都有 分散性 ， 但分散程度不同 接近正態(tài)分布： 用 50%擊穿電壓 U50和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差 ? 來(lái)表示 ， 表 321 耐受電壓： 工程中將 很高耐受概率（ 99%以上 ） 的 電壓 作為耐受電壓 U50(13?) —— 耐受 概率 % 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 hdt KKUKUU 00 ??較均勻電場(chǎng) 氣隙 的 擊穿電壓 ? 均勻電場(chǎng) 中的擊穿電壓 擊穿電壓與電壓 極性無(wú)關(guān) 直 流 、 工 頻擊穿電壓 （ 峰值 ） 以及 50％ 沖擊擊穿電壓 都相同 ， 分散性很小 kV SSU b ???? ??較均勻 電場(chǎng)氣隙的 擊穿電壓 ? 稍不均勻電場(chǎng)中的擊穿電壓 球 — 球間隙 球 — 板間隙 圓柱 — 板 同軸圓柱間隙 ? 電場(chǎng)不對(duì)稱時(shí) ， 有極性 效應(yīng) ， 不很明顯 ? 直流 、 工頻下的擊穿電壓 (幅值 )以及 50％ 沖擊擊穿電壓相同 ， 分散性不大 ? 擊穿電壓 和電場(chǎng) 均勻程度 關(guān)系極大 ， 電場(chǎng) 越均勻 ，同樣間隙距離下的 擊穿電壓就越高 直接測(cè)量高電壓峰值 的 最簡(jiǎn)單又有一定準(zhǔn)確度 的手段 球 — 球間隙的極性效應(yīng)：電場(chǎng)最強(qiáng) 的 電極為負(fù)極性 時(shí)的 擊穿電壓略低于正極性 時(shí)的 數(shù)值 擊穿電壓的估算的經(jīng)驗(yàn)公式 fSEU /m a x? kV /30/0 fdfdEU b ??不均勻 電場(chǎng)氣隙的 擊穿電壓 ? 直流電壓下的擊穿電壓 ? 極性效應(yīng) ：棒 — 棒電極間的擊穿電壓介于極性不同的棒 — 板電極之間 ， 擊穿電壓與間隙距離接近正比 ， 平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)： 正棒 — 負(fù)板： ， 負(fù)棒 — 正板： l0kV/cm，棒 — 棒： .8~? 工頻電壓 下的 擊穿電壓 ? 擊穿在棒 板的棒 極性為正 、 電壓達(dá)到幅值時(shí)發(fā)生 雷電沖擊 50％ 擊穿電壓 在 多次施加電壓 （ 波形 ?s） 中 ， 其中 半數(shù)導(dǎo)致?lián)舸┑碾妷?， 工程上以此來(lái)反映間隙的 耐受沖擊電壓的特性 ? 雷電沖擊 電壓下空氣的 擊穿電壓 ? 棒 — 板間隙有明顯的極性效應(yīng) ， 棒 — 棒間隙也有不大的極性 效應(yīng) ? 操作沖擊電壓 下空氣的擊穿電壓 極不均勻 電場(chǎng)中的操作沖擊 50％ 擊穿有許多特點(diǎn) ? 極性效應(yīng) ， 電場(chǎng)分布的影響 （ 鄰近效應(yīng) ” ） ， “ 飽和 ” 現(xiàn)象 ， 分散性大 。 ? 波形 的 影響 波前時(shí)間 在一定的范圍內(nèi) ， U50 具有最小值 ，即 臨界擊穿電壓 （ 對(duì)應(yīng)臨界波前時(shí)間 ） 。呈現(xiàn)出 “ Ｕ 形曲線 ” 對(duì)應(yīng) 極小值的波前 時(shí)間隨著間隙距離加大而增加 ， 對(duì) 7m以下的間隙 ， 在 50?200?s之間 工頻 擊穿電壓 比 臨界波前 操作沖擊 擊穿 電壓 （ 操作沖擊系數(shù)小于 1） 高 P60 圖 358 ? 50％ 擊穿電壓 極小值 的經(jīng)驗(yàn)公式 對(duì)于 1?20m的長(zhǎng)間隙 計(jì)算結(jié)果 和 試驗(yàn)結(jié)果 很好地符合 MV 81m i n50SU??提高 氣體間隙 擊穿電壓 的 措施 ? 改善電場(chǎng) 分布 ， 使之 盡量均勻 改進(jìn) 電極形狀 利用 空間電荷畸變 電場(chǎng)的作用 ? 利用其它方法 來(lái) 削弱 氣體中的 電離 過(guò)程 利用 空間電荷畸變 電場(chǎng)的作用 ? 極不均勻電場(chǎng)中擊穿前 發(fā)生電暈放電 ， 利用放電產(chǎn)生的 空間電荷改善電場(chǎng)分布 ， 提高擊穿電壓 極不均勻電場(chǎng)中 屏障 的采用 原理 是 屏障積聚空間電荷 ， 改善電場(chǎng) 分布 。 ? 在電場(chǎng) 極不均勻 的氣隙中 ， 放入 薄片固體絕緣材料（ 例如紙或 紙板 ） ， 在一定條件下 ， 可以顯著提高氣隙的擊穿電壓 高氣壓 的采用 ? 減小 電子的 平均自由行程 ， 削弱電離 過(guò)程 ， 例如 ， 高壓空氣斷路器 、 高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器等 ? 不均勻 電場(chǎng)中的擊穿電壓 ? 提高氣壓后 （ 在 一定范圍內(nèi) ） ， 間隙的擊穿電壓將 高于大氣壓力 下的數(shù)值 ， 但其提高 程度不如均勻電場(chǎng) ? 電場(chǎng) 均勻程度 對(duì)擊穿電壓的 影響比在常壓下要顯著得多 ， 電場(chǎng)均勻程度下降 ， 擊穿電壓 將 劇烈降低 在設(shè)計(jì)充有高氣壓氣體 的 電氣設(shè)備， 應(yīng) 盡量提高 其電場(chǎng) 的 均勻度 高真空 的采用 ? 采用 高度真空 可以提高氣隙的擊穿電壓 ， 變化規(guī)律如圖 原因： 削弱間隙中的碰撞電離過(guò)程 ， 從而 顯著增高 間隙的 擊穿電壓 ? 含 鹵族元素 的氣體化合物 ， 如六氟化硫 （ SF6） 、氟利昂 （ CCl2F2） 等 ， 其電氣強(qiáng)度比空氣的要高很多 。 稱為 高電氣強(qiáng)度氣體 ?高電氣 強(qiáng)度 氣體 的采用 ? 對(duì)高電氣強(qiáng)度氣體的要求 ? 液化溫度要低 ， 具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性 ， 無(wú)毒 ， 不會(huì) 爆炸 ， 不 易 燃 燒 ， 即使在放電過(guò)程中也 不易分解等； 經(jīng)濟(jì)上應(yīng)當(dāng)合理 ， 價(jià)格便宜 ， 能大量供應(yīng) ? 工程上已得到采用的是 六氟化硫 （ SF6） 。 SF6除了其 電氣強(qiáng)度很高 以外 ， 還具有 優(yōu)良的滅弧性能 。發(fā)展成了 各種組合設(shè)備 ， 即將整套送變電設(shè)備組成一體 ， 密封后充以 SF6氣體 ， 如 全封閉組合電器 、氣體絕緣變電所 、 充氣輸電管道 等 。 第 4章 固體、液體 和 組合絕緣 的 電氣強(qiáng)度 主要內(nèi)容 ? 固體電介質(zhì) 的 擊穿過(guò)程 ? 有機(jī) 絕緣材料的 電樹 老化 ? 影響 固體 電介質(zhì) 擊穿 電壓的主要因素 ? 電介質(zhì) 的 其它 性能 ?氣 、 固 、 液三種電介質(zhì)中 ， 固 體密度最大 ， 耐電 強(qiáng)度 最高 ? 固體 電介質(zhì)的 擊穿過(guò)程最復(fù)雜 ， 且擊穿后 是 唯一不可恢復(fù) 的絕緣 空氣 的 耐電 強(qiáng)度 一般 在 3 ~ 4 kV/mm左右 液體 的 耐電 強(qiáng)度在 10 ~ 20 kV/mm 固體 的 耐電 強(qiáng)度在 十幾至 幾百 kV/mm ?普遍規(guī)律： 介質(zhì)的擊穿 總是從電氣性能 最薄弱 的 缺陷處發(fā)展起來(lái)的 ， 這里的 缺陷 可 指電場(chǎng) 的 集中 ，也可指 介質(zhì) 的 不均勻性 ? 電 擊穿 ? 熱 擊穿 ? 電化學(xué) 擊穿 （ 電老化 ） ?固體 電介質(zhì)的 擊穿過(guò)程 ?電擊穿 由于 電場(chǎng) 的作用 ， 使電介質(zhì)中的某些帶電 質(zhì)點(diǎn)積累的 數(shù)量和能量 達(dá)到一定的程度 ， 使電介質(zhì)由 絕緣 狀態(tài) 突變 為良導(dǎo)電 狀態(tài)的過(guò)程 ， 稱為 電擊穿 。 電 擊穿理論有 兩種 解釋 固有擊穿理論 （ 電子崩 ） 冷發(fā)射 原理 （ 隧道 效應(yīng) ） 作用時(shí)間 電壓作用 時(shí)間短 ， 擊穿電壓高 介質(zhì)特性 介質(zhì)內(nèi)含 氣孔 或其它 缺陷 ， 對(duì)電場(chǎng)造成畸 變 ， 導(dǎo)致介質(zhì)擊穿電壓降低 電場(chǎng)均勻： 電場(chǎng)的 均勻程度 影響極大 累積效應(yīng) 在 極不均勻電場(chǎng)中 、 沖擊電壓作用 下 ，介質(zhì)有明顯的 不完全擊穿 現(xiàn)象 ， 導(dǎo)致絕緣性能逐漸下降 ， 稱為 累積效應(yīng) 。 介質(zhì)擊穿電壓會(huì) 隨沖擊電壓 施加次數(shù) 的 增多而下降 無(wú)關(guān)因素： 擊穿電壓和 介質(zhì)溫度 、 散熱條件 、 介質(zhì)厚度 、 頻率 等因素都 無(wú)關(guān) ? 電擊穿 的特點(diǎn) 電介質(zhì)不斷發(fā)熱升溫過(guò)程： 介質(zhì)損耗 介質(zhì)逐漸發(fā)熱升溫 介質(zhì)電阻的下降 ， 使電流進(jìn)一步增大 損耗發(fā)熱 也隨之增大 同一時(shí)間內(nèi)發(fā)熱超過(guò)散熱 ， 則介質(zhì)溫度會(huì)不斷上升 ， 以致引起 電介質(zhì)分解炭化 ， 最終擊穿 ， 這一過(guò)程稱電介質(zhì)的 熱擊穿 過(guò)程 ? 熱擊穿 ) 2+ (tg )( 000???????hftthrk ?? ： 散熱系數(shù) ? ：導(dǎo)熱系數(shù) 熱擊 穿電壓 Ub與各種 發(fā)、散熱 因素的關(guān)系 Ub = 在發(fā)生 熱擊穿 時(shí) ， 采取 加厚絕緣 的辦法并不一定能起到提高電介質(zhì) 擊穿電壓 的作用 ， 因而是 不經(jīng)濟(jì)的 ?臨界溫度 固體的 最低 擊穿電壓與試品的溫度有顯著 的 關(guān)系 ， 固體的擊穿電壓 存在一個(gè) 臨界溫度 ， 溫度超過(guò) 某 臨界值后 ，擊穿電壓隨 介質(zhì) 溫度 的 增加 而 下降 ，表明 擊穿已涉及 到 明顯 的 熱過(guò)程 概念： 在電場(chǎng)的 長(zhǎng)時(shí)間 作用下逐漸使介質(zhì)的物理 、化學(xué)性能發(fā)生不 可逆的劣化 ， 最終導(dǎo)致?lián)舸?， 這過(guò)程稱 電老化 ? 電化學(xué)擊穿 （