【正文】 電場(chǎng)中的擊穿電壓 高氣壓下的措施 改善電場(chǎng)分布、過(guò)濾水分 5 高電氣強(qiáng)度氣體 相對(duì)電氣強(qiáng)度： 在壓力和距離相同的條件下，氣體的電氣強(qiáng)度和空氣的電氣強(qiáng)度之比。 分 類：絕緣子 瓷 套 套 管 2. 氣體中的沿面放電和高壓絕緣子 圖 21 絕緣子和瓷套 性能要求 電氣性能 閃絡(luò)電壓 干閃絡(luò)電壓 濕閃絡(luò)電壓 人造雨水－體積電阻率、細(xì)小均勻、降雨量、角度 污穢閃絡(luò)電壓 機(jī)械性能 拉伸負(fù)荷 彎曲負(fù)荷 扭轉(zhuǎn)負(fù)荷 強(qiáng)度理論 復(fù)合材料 (1)最大應(yīng)力理論，認(rèn)為材料主向上的應(yīng)力必須小于各自方向上的強(qiáng)度 (2)最大應(yīng)變理論，認(rèn)為材料主向上的應(yīng)變必須小于各自方向上的強(qiáng)度 (3)TsaiHill理論，該理論只有一個(gè)判別式，而不象前兩個(gè)理論中有幾個(gè)判別式 (4)Hoffman破壞理論，考慮了材料在同一方向的拉伸強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度一般不同的特性 (5)TsaiWu張量理論，該理論提出了以二階張量多項(xiàng)式作為破壞準(zhǔn)則的計(jì)算方法 各向同性材料 (1)最大拉應(yīng)力理論，認(rèn)為最大拉應(yīng)力是引起材料脆性斷裂的主要原因 (2)最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變理論，認(rèn)為最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變是引起材料斷裂破壞的主要原因 (3)最大剪應(yīng)力理論，認(rèn)為最大剪應(yīng)力是引起材料塑性破壞的主要原因 (4)形狀改變比能理論，該理論認(rèn)為形狀改變比能是引起材料塑性破壞的主要原因 熱性能 熱應(yīng)力 絕緣子的構(gòu)成 絕緣件－瓷、玻璃、環(huán)氧玻璃纖維、硅橡膠 金屬附件 膠合劑 支柱絕緣子 支柱絕緣子 戶外支柱絕緣子 傘裙的作用 均壓環(huán) 戶內(nèi)支柱絕緣子 外膠裝 內(nèi)膠裝 內(nèi)外聯(lián)合膠裝 圖 22 沿絕緣子高度方向的電壓分布 從圖 22可以看出，電壓沿絕緣子的高度是不均勻分布的，在頂端20%的范圍內(nèi)，承擔(dān)了 60%的電壓。 干閃絡(luò)電壓 干閃絡(luò)電壓的經(jīng)驗(yàn)公式 濕閃絡(luò)電壓 傘寬與傘距之比 絕緣子傘數(shù) 工頻濕閃絡(luò)電壓 (有效值 )的計(jì)算公式 機(jī)械強(qiáng)度 套管 套管 分類：?jiǎn)我唤^緣套管 復(fù)合絕緣套管 電容式套管 氣體中沿固體介質(zhì)表面的放電 沿面放電 閃絡(luò) 均勻電場(chǎng)中沿面放電 場(chǎng)強(qiáng)不變 閃絡(luò)電壓低的原因： 氣隙 介質(zhì)表面吸附水分 極不均勻電場(chǎng)、強(qiáng)垂直分量時(shí)的沿面放電 圖 23 沿套管表面的場(chǎng)強(qiáng)矢量 法蘭 電極 放電過(guò)程： 電暈放電、輝光放電、滑閃放電、火花放電、電弧放電 放電機(jī)理： 熱電離 比電容 0 on rCCd??式中， onC 為常數(shù)； r? 為相對(duì)介電常數(shù)； d為介質(zhì)厚度。 s?提高放電起始電壓的方法有： 減小比電容、減小表面電阻率。 機(jī)理 － 臟污表面氣體電離和局部電弧發(fā)展、熄滅、重烯、再發(fā)展。 爬電距離 絕緣子直徑 絕緣子的人工污穢閃絡(luò)試驗(yàn)方法 潔霧試驗(yàn) 濕污試驗(yàn) 鹽霧試驗(yàn) 大氣條件和海拔高度對(duì)外絕緣放電電壓的影響 外絕緣： 空氣間隙及電力設(shè)備固體絕緣的外露表面。 內(nèi)絕緣： 電力設(shè)備內(nèi)部絕緣的固體、液體或氣體部分。 大氣校正因數(shù) 破壞性放電電壓： 又稱作介質(zhì)擊穿電壓，即使介質(zhì)發(fā)生破壞性放電的電壓值，按 試驗(yàn)的不同類型可以用峰值，有效值或平均值來(lái)表示。 最高運(yùn)行電壓 3. 絕緣配合 過(guò)電壓 過(guò)電壓 雷電過(guò)電壓 直擊雷過(guò)電壓 雷電感應(yīng)過(guò)電壓 diLdt內(nèi)過(guò)電壓 操作過(guò)電壓 操作過(guò)電壓倍數(shù) 操作過(guò)電壓種類 空載線路合閘與重合閘 感性電路合閘時(shí)的過(guò)電流 電流沖擊系數(shù)為 切除容性電路 切除感性電路 弧光接地過(guò)電壓 圖 31 感性等效電路 電路方程為： 2 s in ( )N diU t L iRdt??? ? ?式中， UN為端電壓； 為電壓的相位角。為限 制合閘過(guò)電壓，利用合閘電阻將電網(wǎng)中的部分電能轉(zhuǎn)化為熱能， 從而達(dá)到削弱電磁振蕩和限制過(guò)電壓的目的。 脫諧度數(shù)值的選取應(yīng)適當(dāng)。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，脫諧度不大于 5%就能很好地滅弧、維持較理想的殘余電流和恢復(fù)電壓的上升速度。 這類絕緣一般是外絕緣，但未必都是外絕緣。這類絕緣一般是內(nèi)絕緣，但未必都是內(nèi)絕緣。原子核外，內(nèi)層和外層的電子數(shù)分別為 2和 7。外層電子數(shù)為 7的氟原子在鹵族元素中具有最大的電子親和能 ()，所以具有很強(qiáng)的吸附電子的能力。 (2) 導(dǎo)熱性 電弧弧套 (弧心外圍區(qū) )的平均溫度為 1000K~3000K， SF6在 2022K~2500K時(shí)就急劇分解，并從電弧吸收熱能， SF6在 2022K附近的比定壓熱容急劇增長(zhǎng)，出現(xiàn)導(dǎo)熱峰值。在電弧弧套區(qū)內(nèi)， SF6具有較強(qiáng)的導(dǎo)熱能力和冷卻特性。 SF6與某些絕緣物 (如硅樹脂 )接觸時(shí)， 160 ~200 時(shí)就分解。 ?準(zhǔn)確實(shí)用的 SF6氣體的狀態(tài)方程 (5) 缺陷 酸蝕性、部分分解物有毒 6 4 2S F +C u S F +C uF?4 2 4 2S F +S i O S i F +S O? SF6氣體在電器中的應(yīng)用 GIS GIS－ Gas Insulated Switchgear，將除變壓器以外的其他電氣設(shè)備全部封閉在接地金屬外殼內(nèi)的氣體絕緣變電站。 圖 41 氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備 (GIS) 圖 42 滅弧室結(jié)構(gòu)圖 斷路器 圖 43 罐式斷路器 圖 44 SF6斷路器 均勻及稍不均勻電場(chǎng)中 SF6的擊穿 SF6氣體介電強(qiáng)度高的原因 負(fù)電性、分子直徑大、極化 SF6的電子電離系數(shù)和附著系數(shù) 空氣 SF6 0e xpxn dx?? ?0e x p ( )xn d x????? 自持放電條件和巴申定律 pdp pd??式中， Eb為擊穿場(chǎng)強(qiáng)， p為氣壓， d為間隙距離。場(chǎng)強(qiáng)增大了 20%。場(chǎng)強(qiáng)增大了 210%。 同心球 ()RUEr R r? ?式中， R、 r分別為外徑和內(nèi)徑。 擊穿電壓 電極曲率系數(shù) 電極表面粗糙度系數(shù) 極不均勻電場(chǎng)中 SF6氣體的擊穿 極不均勻電場(chǎng) 極不均勻電場(chǎng)與稍不均勻電場(chǎng)的區(qū)分 通過(guò)基本概念區(qū)分－不均勻系數(shù) 通過(guò)物理現(xiàn)象區(qū)分－局部放電 極不均勻電場(chǎng)中 SF6的擊穿 擊穿電壓較低的原因： (1)電暈放電起始電壓較低 (2)電極周圍不易形成均勻空間電荷層 SF6氣體的沖擊擊穿特性 放電時(shí)延 伏秒特性 沖擊系數(shù) SF6氣體中沿固體介質(zhì)表面的放電 固體－氣體介質(zhì)分界面傾角對(duì)閃絡(luò)電壓的影響 在不同介質(zhì)交界面上，滿足： 12n ( E E ) 0? ? ?12n ( D D ) ?? ? ?式中， n為交界面的法向單位矢量； E E2為電場(chǎng)強(qiáng)度； D D2為電位移； ? 為交界面上的面電荷密度。 221 1 12212 1 12()tntnE E EE E E??????1 2 1 21 2 1 21 2 1 2EEEEEE??????? ? ?? ? ?? ? ?可見 固體介質(zhì)表面粗糙度和表面狀態(tài)對(duì)閃絡(luò)電壓的影響 表面粗糙度 : 用于描述固體介質(zhì)表面的光滑程度，數(shù)值有 、 、 。 電介質(zhì)的極化 相對(duì)介電常數(shù) 極化率 洛侖茲電場(chǎng) 點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng) 2014 πqErr?? 偶極子產(chǎn)生的電場(chǎng) 2 2 3 / 2014 π ( / 4)qlErl?? ?表 51 極化的類型 極化的類型 特點(diǎn) 電子式極化 形成極化所需的時(shí)間極短；無(wú)損耗 離子式極化 形成極化所需的時(shí)間很短；幾乎無(wú)損耗 偶極子極化 形成極化所需的時(shí)間較長(zhǎng)；有損耗 夾層介質(zhì)界面極化 過(guò)程緩慢；有損耗 空間電荷極化 過(guò)程緩慢；有損耗 極化的類型 討論電介質(zhì)極化的意義 絕緣材料的選用 絕緣材料的配合 介質(zhì)損耗 試驗(yàn)判斷 電介質(zhì)的電導(dǎo) 固體電介質(zhì)