高电压技术 液体介质的击穿

高电压技术一、电介质的电气特性及放电理论01 电介质的基本特性1．电介质的四性：•极化特性•电导特性•损耗特性•击穿特性2．所有介质中均发生的极化类型为电子式极化。

3．温度和频率对电子式极化都影响不大。

4．频率对离子式极化无影响。

5．温度对离子式极化有影响，温度上升，离子式极化程度加强。

6．温度对偶极子极化有明显影响，对于极性气体，温度上升，偶极子极化程度减小；对于极性液体、固体，温度上升，偶极子极化程度先增大后减小。

7．频率升高，偶极子极化程度先不变后减小。

8．电压性质（频率）对夹层极化有明显影响，只有直流或低频交流下发生。

9．温度升高，夹层极化程度减小。

10．对于液体和固体，温度升高，介电常数先增大后减小；频率增加，介电常数减小。

电介质受潮或污染后，介电常数变大。

11．介电常数：气体1，纯绝缘油2.2，酒精33，水81。

12．直流电压下，流过绝缘的总电流=电容电流（无损极化）+吸收电流（有损极化损耗）+泄漏电流（电导损耗）13．气体、中性和弱极性液体（变压器油）、无机固体中的云母、有机固体中的非极性材料（聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯）的损耗主要是电导损耗。

14．极性液体、无机固体中的玻璃和电工陶瓷、有机固体中的极性材料（聚氯乙烯、纤维素、酚醛树脂、胶木、绝缘纸）的损耗主要是电导损耗和极化损耗。

15．电导损耗随温度的升高而升高，极化损耗随温度的升高先升高再降低，总损耗随温度的升高先升高再降低再升高。

16．电导损耗不受频率影响，极化损耗随频率的升高先不变后降低，总损耗随频率的升高先不变后降低。

17．电导损耗随场强增大，损耗先不变再升高。

18．变压器负载损耗中，绕组电阻损耗与温度成正比；附加损耗与温度成反比。

02 气体放电过程及其击穿特性1．平均自由行程：带电粒子在单位行程中碰撞次数的倒数。

2．迁移率：带电粒子在单位场强下沿电场方向的漂移速度。

3．工频交流电压下，棒-棒气隙的工频击穿电压比棒-板高。

高电压技术复习《高电压技术》复习一.气体的绝缘强度了解气体放电的一般现象和概念；理解持续电压作用下均匀电场气体放电理论、不均匀电场中的气体放电特性；理解冲击电压下的气体放电特性；了解大气条件对气隙击穿电压的影响，掌握提高气隙击穿电压的具体措施。

1.基本概念自持放电:不需其它任何外加电离因素而仅由电场的作用就能维持的放电称为自持放电。

非自持放电:必须借助外加电离因素才能维持的放电则称之为非自持放电。

电晕放电:当所加电压达到某一临界值时，在靠近两个球极的表面出现蓝紫色的晕头，并发出“咝咝”的响声，这种局部放电现象称为电晕放电。

极性效应：在极不均匀电场中，高场强电极的不同，空间电荷的极性也不同，对放电发展的影响也不同，这就造成了不同极性的高场强电极的电晕起始电压的不同，以及间隙击穿电压的不同，称为极性效应。

50%冲击击穿电压（U50%）：用间隙击穿概率为50％的电压值来反映间隙的耐受冲击电压的特性。

汤逊放电理论和流柱理论的异同以及各自的适用范围：汤逊放电理论：当外施电压足够高时，一个电子从阴极出发向阳极运动，由于碰撞游离形成电子崩，则到达阳极并进入阳极的电子数为ea个(α为一个电子在电场作用下移动单位行程所发生的碰撞游离数；为间隙距离)。

因碰撞游离而产生的新的电子数或正离子数为(ea-1)个。

这些正离子在电场作用下向阴极运动，并撞击阴极．若1个正离子撞击阴极能从阴极表面释放r个(r为正离子的表面游离系数)有效电子，则(ea-1)个正离子撞击阴极表面时，至少能从阴极表面释放出一个有效电子，以弥补原来那个产生电子崩并进入阳极的电子，则放电达到自持放电。

即汤逊理论的自持放电条件可表达为r(ea-1)=1。

它的适用范围：汤逊理论是在低气压、Pd较小的条件下在放电实验的基础上建立的。

Pd过小或过大，放电机理将出现变化，汤逊理论就不再适用了。

通常认为，Pd>200cm·mmHg时，击穿过程将发生变化，汤逊理论的计算结果不再适用，但其碰撞电离的基本原理仍是普遍有效的。

1-2简要论述汤逊放电理论。

答: 设外界光电离因素在阴极表面产生了一个自由电子，此电子到达阳极表面时由于α过程，电子总数增至d e α个。

假设每次电离撞出一个正离子，故电极空间共有（d e α－1）个正离子。

这些正离子在电场作用下向阴极运动，并撞击阴极．按照系数γ的定义，此（d e α－1）个正离子在到达阴极表面时可撞出γ（d e α－1）个新电子，则(d e α-1)个正离子撞击阴极表面时，至少能从阴极表面释放出一个有效电子，以弥补原来那个产生电子崩并进入阳极的电子，则放电达到自持放电。

即汤逊理论的自持放电条件可表达为r(d eα-1)=1或γde α＝1。

1-3为什么棒－板间隙中棒为正极性时电晕起始电压比负极性时略高？答:（1）当棒具有正极性时，间隙中出现的电子向棒运动，进入强电场区，开始引起电离现象而形成电子崩。

随着电压的逐渐上升，到放电达到自持、爆发电晕之前，在间隙中形成相当多的电子崩。

当电子崩达到棒极后，其中的电子就进入棒极，而正离子仍留在空间，相对来说缓慢地向板极移动。

于是在棒极附近，积聚起正空间电荷，从而减少了紧贴棒极附近的电场，而略为加强了外部空间的电场。

这样，棒极附近的电场被削弱，难以造成流柱，这就使得自持放电也即电晕放电难以形成。

（2）当棒具有负极性时，阴极表面形成的电子立即进入强电场区，造成电子崩。

当电子崩中的电子离开强电场区后，电子就不再能引起电离，而以越来越慢的速度向阳极运动。

一部份电子直接消失于阳极，其余的可为氧原子所吸附形成负离子。

电子崩中的正离子逐渐向棒极运动而消失于棒极，但由于其运动速度较慢，所以在棒极附近总是存在着正空间电荷。

结果在棒极附近出现了比较集中的正空间电荷，而在其后则是非常分散的负空间电荷。

负空间电荷由于浓度小，对外电场的影响不大，而正空间电荷将使电场畸变。

棒极附近的电场得到增强，因而自持放电条件易于得到满足、易于转入流柱而形成电晕放电。

1-5操作冲击放电电压的特点是什么？答：操作冲击放电电压的特点：（1）U 形曲线，其击穿电压与波前时间有关而与波尾时间无关；（2）极性效应，正极性操作冲击的50％击穿电压都比负极性的低；（3）饱和现象；（4）分散性大；（5）邻近效应，接地物体靠近放电间隙会显著降低正极性击穿电压。

高电压技术判断试题库（含参考答案）一、判断题（共100题，每题1分，共100分）1、阀式避雷器的冲击系数为利于绝缘配合一般希望大于1。

()A、正确B、错误正确答案：B2、影响绝缘电阻测量结果的外界因素有：环境温度、空气湿度、绝缘表面的清洁度、残余电荷、感应电压、以及兆欧表引线绝缘的良好程度等。

( )A、正确B、错误正确答案：A3、波在架空线路中传播的速度几乎只有纸绝缘电缆的一半。

( )A、正确B、错误正确答案：B4、中性和弱极性液体和固体介质损耗大小随温度的升高而升高。

(）A、正确B、错误正确答案：A5、通常对运行中的电机、电缆等设备进行预防性试验时，不做tanδ测试。

( )A、正确B、错误正确答案：A6、就其本质而言，雷电放电是一种超长气隙的火花放电，与金属电极间的长气隙放电是相似的。

()A、正确B、错误正确答案：A7、在气体中，任何电极的负极性击穿电压都比正极性击穿电压低。

( )A、正确B、错误正确答案：B8、采用合理的绝缘结构，改进电极形状，使电场尽可能均匀，可以提高固体介质击穿电压。

( )A、正确B、错误正确答案：A9、距离避雷线最远的导线，耦合系数最小，一般较易发生反击。

( )A、正确B、错误正确答案：A10、固体电介质电击穿的击穿电压与周围环境温度及电压作用时间有很大关系。

( )A、正确B、错误正确答案：B11、液体介质的冲击击穿场强高于工频击穿场强。

( )A、正确B、错误正确答案：A12、固体电介质不均匀电场的击穿电压高于均匀电场的击穿电压。

( )A、正确B、错误正确答案：B13、在不影响设备运行的条件下，对设备状况连续或定时自动地进行监别，称为在线能期( )A、正确B、错误正确答案：A14、不论在均匀电场中还是不均匀电场中，随着温度的上升，冲击击穿电压均单调地稍有下降。

( )A、正确B、错误正确答案：A15、当电子与气体分子碰撞时，可能会发生电子与中性分子相结合而形成负离子的情况，这种过程称为附着效应。

实验一．电介质绝缘特性及电击穿实验一．实验目的：观察气隙击穿、液体击穿以及固体沿面放电等现象及其特点，认识其发展过程及影响击穿电压的各主要因素，加深对有关放电理论的理解。

二．预习要点：概念：绝缘；游离；电晕；电子崩；流注；先导放电；自持放电；滑闪放电；沿面放电；小桥；电击穿；热击穿。

判断：空气是绝缘介质；纯净液体的击穿是电击穿，非纯净液体的击穿是热击穿，绝缘油的击穿电压受油品、电压作用时间、电场分布情况及温度的影响较大，电弧会使油分解并产生炭粒；沿面放电是特殊的气体放电，分三个阶段，沿面闪络电压小于气隙击穿电压。

推理：变压器油怕受潮；油断路器有动作次数的限制；相关知识点：电场、介质极化、偶极子、介电常数、Paschen定律、Townsend理论、流注理论、伏秒特性、大气过电压、内部过电压。

三．实验项目：1．气体绝缘介质绝缘特性及电击穿实验⑴．电极形状对放电的影响①．球球间隙②．针板间隙③．针针间隙⑵．电场性质对放电的影响①．工频交流电场②．直流电场⑶．极性效应①．正针负板②．负针正板2．液体绝缘介质绝缘特性及电击穿实验⑴．导电小桥的观察⑵．抗电强度的测试3．固体绝缘介质绝缘特性及电击穿实验⑴．刷状放电的观察⑵．滑闪放电的观察⑶．沿面闪络的观察四．实验说明：1．气体绝缘特性：⑴．气体在正常情况下绝缘性能良好（带电粒子很少）；⑵．气体质点获得足够的能量（大于其游离能）后，将会产生游离，生成正离子和电子；⑶．气体质点获得能量的途径有：粒子撞击、光子激励、分子热碰撞；⑷．气隙中除了有气体质点游离产生的带电粒子外，还存在金属电极表面的逸出电子；⑸．气隙加上电场，气隙中的带电粒子将顺电场方向加速运动，造成大量的粒子碰撞，但产生气体质点游离的撞源粒子是电子；⑹．气隙上的电场足够强时，撞击游离产生的电子又会成为撞源粒子，从而形成电子崩；⑺．气隙之间存在的大量带电粒子会形成空间电荷区，空间电荷的存在会改变气隙间的电场分布；⑻．气隙在强电场作用下，产生强烈游离，并发展到自持放电，气隙就被击穿。

高电压技术判断复习题（附答案）一、判断题（共100题，每题1分，共100分）1、输电线路防雷性能的优劣，工程上主要用雷击跳闸率和绕击率两个指标来衡量。

()A、正确B、错误正确答案：B2、交流电压下，电介质的能量损耗与电源频率成正比。

(）A、正确B、错误正确答案：A3、环境湿度对固体介质表面电阻没有影响。

(）A、正确B、错误正确答案：B4、波阻抗是耗能元件，它从电源吸收能量。

( )A、正确B、错误正确答案：B5、电压直角波流经并联电容后，波形将变成衰减的直线波形。

()A、正确B、错误正确答案：B6、所谓内部过电压的倍数是内部过电压的幅值与电网工频线电压幅值的比值。

（）A、正确B、错误正确答案：B7、避雷线的保护角愈大，避雷线就愈不能可靠地保护导线免遭雷击。

()A、正确B、错误正确答案：A8、在一般情况下，220kV及以下的电网中需要采取特殊措施来限制工频电压升高。

（）B、错误正确答案：B9、输电线路的防雷措施中，对同塔双回供电需要采用平衡绝缘方式。

()A、正确B、错误正确答案：B10、阀式避雷器的保护比等于避雷器的残压与灭弧电压之比。

保护比越大，表明残压低或灭弧电压高，意味着绝缘上受到的过电压小，而工频续流又能很快被切断，因而该避雷器的保护性能越好。

()A、正确B、错误正确答案：B11、强电场作用下，电介质中存在的气隙等杂质发生局部放电，这种局部放电属非完全击穿，并不立即形成贯穿性放电通道。

( )A、正确B、错误正确答案：A12、三相线路的塔顶遭受雷击，导线与避雷线之间的耦合系数越小越易发生闪络。

( )A、正确B、错误正确答案：A13、空载长线电容效应属于空载线路合闸过电压的影响因素。

（）A、正确B、错误正确答案：A14、电场作用下，液体介质的纤维形成“小桥”,不会影响介质的击穿电压。

()A、正确B、错误正确答案：B15、冲击电压下气隙的击穿电压值指长时间作用在气隙上能使其击穿的最低电压。

()B、错误正确答案：B16、35kV及以下线路，因其绝缘强度相对较弱，装设避雷线提高线路的可靠性的效果不大，一般不需全线架设避雷线。

一、选择题1、流注理论未考虑（ D ）的现象。

（P24第6行）A．电荷畸变电场B．碰撞游离 C．光游离 D．表面游离2、电晕放电是一种（Ｂ）。

（P27）A．非自持放电B．自持放电C．电弧放电 D．均匀场中放电3、滑闪放电是以介质表面的放电通道中发生（Ｂ）为特征。

A．光游离 B．热游离C．极化 D．碰撞游离（P43倒9行）4、在高气压下，气隙的击穿电压和电极表面（ B ）有很大关系。

A．面积 B．粗糙度 C．电场分布 D．形状5.先导通道的形成是以（ C ）的出现为特征。

（P34，7行）A. 碰撞游离B. 表面游离C. 热游离D. 光游离6、电介质的击穿强度按（ B ）顺序降低。

A.固体、气体、液体B.固体、液体、气体C.气体、液体、固体D.液体、气体、固体7、SF6气体具有较高绝缘强度的主要原因之一是( D )。

A．无色无味性B．不燃性C．无腐蚀性D．电负性8、以下哪个不是发生污闪最危险的气象条件？( D )A.大雾B.毛毛雨C.凝露D.大雨9下列因素中，明显影响离子式极化的是（D ）A. 频率B. 气压C. 湿度D. 温度10、在极不均匀电场中，正极性击穿电压比负极性击穿电压（A）P33-36页A.小B.大C.相等D.不确定11、电介质在受潮或受污染后，其相对介电常数将( A )A.变大B.变小C.不变D.不确定12、SF6气体具有较高绝缘强度主要原因之一是( D ) P69页A.无色无味性B.不燃性C.无腐蚀性D.电负性13、极化时间最短的是( A )P1-3页A.电子位移极化B.离子位移极化C.转向极化D.空间电荷极化14、不均匀的绝缘试品，如果绝缘严重受潮，则吸收比K将（ C ）P131A．远大于1 B．远小于1C．约等于1 D．不易确定二、是非题（T表示正确、F表示错误）（T ）1、在大气压力下，空气间隙击穿电压与阴极材料无关。

（ F ）2、试品绝缘状况愈好，吸收过程进行的就愈快。

（ F ）3、用作高压电气设备的绝缘材料，希望其相对介电常数大。

在气体间隙中形成一条导电性很高的通道，气体失去了绝缘能力，气体这种由绝缘状态突变为良好导电状态的过程，称为击穿。

反之，就可以取得绝缘的效果。

2、液体介质的击穿对液体的击穿可分为两种情况。

对于纯净的介质，其击穿强度很高。

在高电场下发生击穿的机理有各种理论，主要分为电击穿理论和气泡击穿理论，前者以液体分子由电子碰撞而发生游离为前提条件，后者则认为液体分子由电子碰撞而发生气泡，或在电场作用下因其他原因发生气泡，由气泡内气体放电而引起液体介质的热击穿。

3、固体介质的击穿固体介质的击穿电压与外施电压作用长短有密切关系，其击穿电压随电压作用时间的缩短而迅速上升到其上限——固有击穿电压。

固体介质一旦击穿后，便丧失了绝缘性能，有了固有导电通道，即使去掉外施电压，也不像气体、液体介质那样能自己恢复绝缘性能，固体介质这类绝缘称为非自恢复绝缘。

固体介质的击穿可分为电击穿、热击穿、电化学击穿。

（1）电击穿在强电场作用下，介质内的少量自由电子得到加速，产生游离碰撞，使介质中带电质点数目增多，导致击穿，这种击穿称为电击穿。

其特点是：击穿过程极短，为10-6~10-8s；击穿电压高，介质温度不高；击穿场强与电场均匀程度关系密切，与周围环境温度无关。

（2）热击穿当固体介质受到电压作用时，由于介质中发生损耗引起发热。

当单位时间内介质发出的热量大于发散的热量时，介质的温度升高。

而介质具有负的温度系数，这就使电流进一步增大，损耗发热也随之增大，最后温度过高导致绝缘性能完全丧失，介质即被击穿。

这种与热过程相关的击穿称为热击穿当绝缘原来存在局部缺陷时，则该出损耗增大，温度升高，击穿就易发生在这种绝缘局部弱点出。

热击穿的特点是：击穿与环境有关，与电压作用时间有关，与电源频率有关，还与周围媒介的热导、散热条件及介质本身导热系数、损耗、厚度等有关。

击穿需要较长时间，击穿电压较低。

（3）电化学击穿电气设备在运行了很长时间后（数十小时甚至数年），运行中绝缘受到电、热、化学、机械力作用，绝缘性能逐渐变坏，这一过程是不可逆的，称此过程为老化。

第一章电介质的极化、电导和损耗第二章气体放电理论1)流注理论未考虑的现象。

表面游离2)先导通道的形成是以的出现为特征。

C- C．热游离3)电晕放电是一种。

A--A．自持放电4)气体内的各种粒子因高温而动能增加，发生相互碰撞而产生游离的形式称为C--C.热游离5)以下哪个不是发生污闪最危险的气象条件？D-D.大雨6)以下哪种材料具有憎水性？A--A.硅橡胶20)极性液体和极性固体电介质的相对介电常数与温度和电压频率的关系如何？为什么？极化液体相对介电常数在温度不变时，随电压频率的增大而减小，然后就见趋近于某一个值，当频率很低时，偶极分子来来得及跟随电场交变转向，介电常数较大，当频率接近于某一值时，极性分子的转向已经跟不上电场的变化，介电常数就开始减小。

在电压频率不变时，随温度的升高先增大后减小，因为分子间粘附力减小，转向极化对介电常数的贡献就较大，另一方面，温度升高时分子的热运动加强，对极性分子的定向排列的干扰也随之增强，阻碍转向极化的完成。

极性固体介质的相对介电常数与温度和频率的关系类似与极性液体所呈现的规律。

21)电介质电导与金属电导的本质区别为何？１）带电质点不同：电介质为带电离子（固有离子，杂质离子）；金属为自由电子。

２）数量级不同：电介质的γ小，泄漏电流小；金属电导的电流很大。

３）电导电流的受影响因素不同：电介质中由离子数目决定，对所含杂质、温度很敏感；金属中主要由外加电压决定，杂质、温度不是主要因素。

22)简要论述汤逊放电理论。

设外界光电离因素在阴极表面产生了一个自由电子，此电子到达阳极表面时由于α过程，电子总数增至eαd 个。

假设每次电离撞出一个正离子，故电极空间共有（eαd －1）个正离子。

这些正离子在电场作用下向阴极运动，并撞击阴极．按照系数γ的定义，此（eαd －1）个正离子在到达阴极表面时可撞出γ（eαd －1）个新电子，则( eαd -1)个正离子撞击阴极表面时，至少能从阴极表面释放出一个有效电子，以弥补原来那个产生电子崩并进入阳极的αd电子，则放电达到自持放电。