【正文】 為實現(xiàn)電氣設備的小型化及降低成本，需要盡量減小絕緣距離。 伏秒特性： 間隙上出現(xiàn)的沖擊電壓最大值和放電時間的關系。 極不均勻電場的沖擊系數(shù)大于 1，擊穿發(fā)生在波尾。 沖擊系數(shù)： 50%沖擊擊穿電壓和持續(xù)作用電壓下的擊穿電壓之比。 雷電沖擊電壓標準波形 采用雷電沖擊電壓標準波形來模擬雷閃放電引起的過電壓。 雷電沖擊電壓下空氣的擊穿特性 雷電沖擊電壓－ 雷閃放電的巨大沖擊電流在物體對大地的阻抗上產生持續(xù)時間極短的過電壓，或極大的電流變化陡度在電感性被擊物體上產生的高電壓。 棒－板間隙擊穿的時刻：棒的極性為正，電壓達到峰值時。 正棒－負板和負棒－正板的平均擊穿場強為 、 10kV/cm。 氣隙 放電方式 短間隙 電子崩 流注 主放電 長間隙 電暈放電 先導放電 主放電 為什么長空氣間隙的平均擊穿場強小于短間隙？ 先導放電中出現(xiàn)了熱電離過程。 電暈放電的脈沖現(xiàn)象： 在電暈放電的起始階段及向擊穿過渡的階段，會出現(xiàn)放電 的脈沖現(xiàn)象，并造成對外界的電磁干擾。 流注理論與湯遜理論的比較 不均勻電場中的氣體擊穿 放電特征 電暈放電： 在極不均勻電場中，高場強電極周圍出現(xiàn)的薄薄的發(fā)光層。 正流注： 電子崩先從陰極到陽極，在陽極附近形成正、負帶電質點構成的等離 子體，然后再從陽極貫穿陰極，整個間隙擊穿。 過程 過程 00T ppT? ??相對密度 ??標準大氣條件－ p0=， T0=293K，絕對濕度 =11g/m3。電子的尺寸和質量遠小于離子。當原子由 較高能級躍遷到較低能級時，將以光子的形式釋放出激勵能。這點與距 離單位－光年類似。 帶電質點的產生和消失 途徑： 氣體分子的電離和金屬的表面電離 能級 － 原子具有一系列可取的確定的能量狀態(tài)，稱為能級。 火花放電 : 貫通兩電極的明亮而細的斷續(xù)的放電通道，火花放電間歇地擊穿間隙。 電暈放電 : 高場強電極附近出現(xiàn)發(fā)光的薄層，伴隨著咝咝的聲音和臭氧的氣味，整個 間隙呈絕緣狀態(tài)。若不均勻到能維持電暈放電，則是極不均勻電場；若不能維持穩(wěn)定的電暈放電，一旦放電達到自持，則整個間隙立即擊穿，就稱為稍不均勻電場或均勻電場。 式中， Emax為最大場強； Eav= ； U為間隙上的電壓； d為電極間最短的絕緣距離。 當擊穿過程發(fā)生在氣體與液體或氣體與固體的交界面上時，稱為沿 面閃絡。 擊穿與閃絡 :當氣體間隙上的電壓達到一定數(shù)值時，電流突然劇增，使氣體失去 絕緣性能。其中，因變壓器抗短路能力不夠的線圈故障占線圈故障的 ％，應更加注意。 高電壓絕緣技術 鄧立林 1 什么是絕緣 ?絕緣的功能是將具有不同電位的導體隔開，從而使電氣設備能處于安全狀態(tài)。 緒論 變壓器故障部位 變壓器電壓等級 /kV 110 220 330～ 500 合計 線 圈 166 84 20 270 主絕緣或引線 19 8 4 31 分接開關 20 10 2 32 套 管 15 9 10 34 其 他 6 4 2 12 變壓器故障臺數(shù) /臺 226 115 38 379 統(tǒng)計的變壓器在役臺數(shù) /臺 55 821 20 733 3 829 80 383 變壓器故障臺率 (故障臺數(shù) /在役臺數(shù) )/% 表 1 19952022年變壓器故障臺數(shù)統(tǒng)計 故障類型 擊穿故障 放電故障 (1) 隨著變壓器電壓等級的提高，故障臺率明顯升高， 330～ 500 kV變壓器故障臺率是 110 kV的兩倍以上； (2) 變壓器線圈故障占故障總數(shù)的 ％，線圈故障對變壓器危害很大。 2 與絕緣相關的問題 ?絕緣材料 ?氣體放電 ?液體介質的性能 ?固體介質的性能 ?不同介質的交界面 研究對象 ?電介質的擊穿過程及其規(guī)律 ?典型電氣設備的絕緣問題 ?絕緣試驗及檢測 3. 高壓電器中的絕緣 ? 絕緣子 ? 電力電容器 ? 電力電纜 ? 高壓套管 ? 電流互感器 ? 變壓器 4. 絕緣試驗 ? 絕緣特性試驗 ? 絕緣耐壓試驗 5. 為什么要掌握高電壓絕緣 公司盈利降低 電器產品絕緣性能不良 通過型式試驗與否 在運行中發(fā)生故障 公司成本上升，市場信譽降低 裁員 公司盈利增長 電器產品絕緣性能良好 通過型式試驗 穩(wěn)定運行 公司成本下降，市場信譽上升 升職 基本概念 氣體放電 : 將氣體中流通電流的各種形式稱作氣體放電。氣體由絕緣狀態(tài)突變?yōu)榱紝щ姞顟B(tài)的過程，稱為擊穿。 1. 氣體放電 介電強度 均勻電場與不均勻電場 (1)采用電場不均勻系數(shù)來描述電場的不均勻程度， f=1為均勻電場， f2為稍不均勻電場； f4為極不均勻電場。 UdmaxavEfE?(2)根據能否維持電暈放電來區(qū)分。 表 11 氣體放電的主要外在形式 低氣壓 高氣壓 (1個大氣壓及以上 ) 均勻電場 輝光放電 火花放電、電弧放電 不均勻電場 輝光放電 電暈放電、刷狀放電、火花放電、電弧放電 輝光放電 : 放電光輝充滿整個電極空間，電流密度在 15A/cm2之間，整個間隙呈絕緣 狀態(tài)。 刷狀放電 : 由電暈電極伸出的明亮而細的斷續(xù)的放電通道，電流增大，間隙仍未被擊 穿。 電弧放電 : 持續(xù)貫通放電通道，間隙被完全擊穿。 電子伏 － 電子行經 1V電位差的電場所獲得的能量，是能量單位。 激勵 － 原子的電子在外界因素作用下，躍遷到能量較高的狀態(tài)。 電離 － 原子在外界因素作用下，一個或幾個電子脫離原子核的束縛而形成 自由電子和正離子的過程。 表 12 帶電質點的產生 電離方式 氣體 碰撞電離 光電離 熱電離 金屬表面 正離子碰撞陰極 光電效應 場致發(fā)射 熱電子放射 帶電質點的消失有三種方式： 擴散 復合 消失于電極 均勻電場中的氣體擊穿 湯遜放電理論和巴申定律 適用于氣壓較低、 pd值較小的情況。 擊穿電壓 適用范圍 流注理論： 適用于壓力較高氣體的擊穿，認為電子碰撞電離及空間光電離是維 持自持放電的主要因素，同時考慮了空間電荷對電場的影響。 負流注： 電子崩尚未貫穿間隙即形成流注，流注再貫穿氣隙。電暈放電是 極不均勻電場所特有的一種自持放電形式。 電暈放電的起始場強和起始電壓 棒－板間隙的氣體放電 (1)正棒－負板的電暈起始電壓大于負棒－正板的電暈起始電壓 (2)正棒－負板的擊穿電壓小于負棒－正板的擊穿電壓 極性效應 稍不均勻電場的極性效應： 在稍不均勻電場中，不能形成穩(wěn)定的電暈放電，電暈起始電壓就是其擊穿電壓，故負極性下的擊穿電壓低。 表 13 不均勻電場的擊穿過程 持續(xù)作用電壓下空氣的擊穿電壓 電壓的分類 持續(xù)作用電壓－直流電壓 工頻電壓 沖擊電壓－雷電沖擊電壓 操作沖擊電壓 均勻電場中的擊穿電壓 稍不均勻電場中擊穿電壓的估算 極不均勻電場中擊穿電壓 尖－尖電極的擊穿電壓介于極性不同的尖－板電極之間。 棒－棒間隙的平均擊穿場強為 。 棒－板間隙的飽和現(xiàn)象：隨著距離的增加，平均擊穿場強反而降低。同時引起熱和力的問題。 波形參數(shù)： 視在波前時間 μs? 30%； 視在半峰值時間 50 μs ? 20%； 峰值允許偏差 ? 3%； 圖 11 雷電沖擊標準波形 放電時延 有效電子： 能引起電離過程，并最終導致氣隙擊穿的電子； t0： 沖擊電壓升到靜態(tài)擊穿電壓的時間； ts： 統(tǒng)計時延； tf： 放電形成時延； 雷電沖擊 50%擊穿電壓： 在多次施加電壓時，其中半數(shù)導致?lián)舸┑碾妷骸? 均勻電場和稍不均勻電場中的沖擊系數(shù)等于 1，擊穿發(fā)生在波頭峰值附近。 2μs沖擊擊穿電壓 間隙發(fā)生擊穿時，放電時間小于或大于 2μs的概率各為 50%的沖擊電壓值。 伏秒特性的用途 不同間隙的絕緣配合 操作沖擊電壓下空氣的擊穿特性 操作過電壓 電力系統(tǒng)存在電感和電容，在操作過程或發(fā)生事故時會引起振蕩過程，造成很高的過電壓。 途徑： A B 具體措施： 1. 改善電極形狀 增大電極曲率半徑 改善電極邊緣 使電極具有最佳外形 110kV CT，殼體靠近二次引線管的位置存在最大電場強度值23kV/mm，數(shù)值偏大。 圖 12 殼體內的場強分布 2. 利用空間電荷畸變電場的作用 細線效應：在持續(xù)作用電壓下，線徑很小的導線周圍產生比較 均勻的電暈層，改善了電場分布，從而能提高擊穿 電壓。 4. 高氣壓氣體 均勻電場中的擊穿電壓 高氣壓下，擊穿電壓和電極的表面狀態(tài)、電極的材料都有關系。 不均勻