第3章_气体中的沿面放电和高压绝缘

高电压与绝缘技术专业培训课程2009年7月23日高电压绝缘技术High Voltage Insulation Technology U n i v e r s i t y n J i a o t o n g 西安交通大学高电压技术教研室© 2009 X i ’a 丁卫东wdding@ 029********y r i g h t 029-********第三章：气体中的沿面放电和高压绝缘子Xi’an Jiaotong University 《高电压绝缘技术》绝缘子的性能要求和材料绝缘子在电力系统中的作用：机械上相互连接，电气上相互绝缘高压绝缘子的分类：(1)绝缘子：用作导电体和接地体之间的绝缘和固定连接。

如隔离开关中用于固定触头的支柱绝缘子等。

(2)瓷套用作电器内绝缘的容器，并使内绝缘免遭周围环境因素的影响。

如电压互感器的瓷套等。

(3)套管：用作导电体穿过电器外壳、接地隔板或墙壁的绝缘部件。

如Xi’an Jiaotong University 《高电压绝缘技术》变压器绕组的出线套管等。

瓷套管以瓷作为主要绝缘，电容套管、充油套管则以瓷套作为外绝缘。

绝缘子的电气性能和机械性能有足够的电绝缘强度；能承受一定的机械负荷；能经受不利的环境和大气作用。

电气性能•干闪络电压：表面清洁、干燥的绝缘子的闪络电压。

是户内绝缘子的主要性能。

•湿闪络电压：表面洁净的绝缘子在淋雨时的闪络电压。

国标对人造雨水的规定：体积电阻率100±5Ω⋅m(20°C时)，雨1015mm/min滴细小均匀，降雨量为1.0-1.5mm/min，降雨方向与水平面近似为45°。

•污秽闪络电压表面脏污的绝缘子在受潮情况下的闪络电压。

目前常用爬电距离来衡量绝缘子在污秽和受潮条件下的绝缘能力。

Xi’an Jiaotong University 《高电压绝缘技术》机械性能•拉伸负荷：如悬挂输电线的绝缘子受重力和导线拉力的作用。

高电压与绝缘技术读书报告（一到六章）静电场由静止电荷所产生的场，工频交流电气设备中，不同电位导体间的电位差随时间的变化比较缓慢，导体间距离远小于相应电磁场的波长，所以任一瞬间工频交流电气设备中的电场可近似视为静电场。

掌握静电场中的解析计算和数值计算。

气体击穿的理论分析和空气间隙绝缘1.气体放电的主要形式：辉光放电、电弧放电、火花放电、电晕放电、刷状放电。

辨明它们各自的特点、产生原因、差别。

2.带电质点的产生和消失，平均自由行程及其影响因素、概率分布。

3.气体中带电质点产生的方式热电离、光电离、碰撞电离、表面电离4.气体中带电质点消失的方式流入电极、逸出气体空间、复合5.电子崩与汤逊理论电子崩的形成、汤逊理论的基本过程及适用范围6.巴申定律及其适用范围击穿电压与气体相对密度和极间距离乘积之间的关系。

两者乘积大于0.26cm时,不再适用。

7.流注理论考虑了空间电荷对原有电场的影响和空间光电离的作用，适用两者乘积大于0.26cm时的情况6、均匀电场与不均匀电场的划分以最大场强与平均场强之比来划分。

8.极不均匀电场中的电晕放电，电晕放电的过程、起始场强、放电的极性效应9.冲击电压作用下气隙的击穿特性雷电和操作过电压波的波形、冲击电压作用下的放电延时与伏秒特性、50%击穿电压的概念10.电场形式对放电电压的影响均匀电场无极性效应、各类电压形式放电电压基本相同、分散性小极不均匀电场中极间距离为主要影响因素、极性效应明显。

11.电压波形对放电电压的影响电压波形对均匀和稍不均匀电场影响不大，对极不均匀电场影响相当大完全对称的极不均匀场：棒棒间隙极大不对称的极不均匀场：棒板间隙12.气体的状态对放电电压的影响，湿度、密度、海拔高度的影响；气体的性质对放电电压的影响；在间隙中加入高电强度气体,可大大提高击穿电压，主要指一些含卤族元素的强电负性气体，如SF613、提高气体放电电压的措施，电极形状的改进，空间电荷对原电场的畸变作用，极不均匀场中屏障的采用，提高气体压力的作用，高真空、高电气强度气体SF6的采用气体中的沿面放电和高压绝缘子1绝缘子用于将不同电位的导电体在机械上相互连接，在电气上相互绝缘。

第一章 电介质的电气强度1.1气体放电的基本物理过程1.高压电气设备中的绝缘介质有气体、液体、固体以及其他复合介质。

2.气体放电是对气体中流通电流的各种形式统称。

3.电离：指电子脱离原子核的束缚而形成自由电子和正离子的过程。

4.带电质点的方式可分热电离、光电离、碰撞电离、分级电离。

5.带电质点的能量来源可分正离子撞击阴极表面、光电子发射、强场发射、热电子发射。

6.带电质点的消失可分带电质点受电场力的作用流入电极、带电质点的扩散、带电质点的复合。

7.附着：电子与气体分子碰撞时，不但有可能引起碰撞电离而产生出正离子和新电子，也可能发生电子附着过程而形成负离子。

8.复合：当气体中带异号电荷的粒子相遇时，有可能发生电荷的传递与中和，这种现象称为复合。

（1）复合可能发生在电子和正离子之间，称为电子复合，其结果是产生一个中性分子；（2） 复合也可能发生在正离子和负离子之间，称为离子复合，其结果是产生两个中性分子。

9.1、放电的电子崩阶段（1）非自持放电和自持放电的不同特点宇宙射线和放射性物质的射线会使气体发生微弱的电离而产生少量带电质点；另一方面、负带电质点又在不断复合，使气体空间存在一定浓度的带电质点。

因此，在气隙的电极间施加电压时，可检测到微小的电流。

由图1-3可知：（1）在I-U 曲线的OA 段：气隙电流随外施电压的提高而增大，这是因为带电质点向电极运动的速度加快导致复合率减小。

当电压接近 时，电流趋于饱和，因为此时由外电离因素产生的带电质点全部进入电极，所以电流值仅取决于外电离因素的强弱而与电压无关。

（2）在I-U 曲线的B 、C 点：电压升高至 时，电流又开始增大，这是由于电子碰撞电离引起的，因为此时电子在电场作用下已积累起足以引起碰撞电离的动能。

电压继续升高至 时，电流急剧上升，说明放电过程又进入了一个新的阶段。

此时气隙转入良好的导电状态，即气体发生了击穿。

（3）在I-U 曲线的BC 段：虽然电流增长很快，但电流值仍很小，一般在微安级，且此时气体中的电流仍要靠外电离因素来维持，一旦去除外电离因素，气隙电流将消失。

第一章气体放电的基本物理过程基本内容和知识点带电粒子的产生和消失电子崩自持放电及其条件汤逊理论和流注理论不均匀电场中的放电过程电子崩：设外界电离因子在阴极附近产生了一个初始电子，如果空间的电场强度足够大，那么该电子在向阳极运动时就会引起碰撞电离，产生一个新电子，初始电子和新电子继续向阳极运动，又会引起新的碰撞电离，产生出更多的电子。

依次类推，电子将按几何级数不断增多，像雪崩似地发展，因而这种急剧增大的空间电子流被称为电子崩。

电子崩过程是汤逊理论、流注理论的共同基础。

气体游离的类型主要有哪几种？试作解释。

答气体游离的类型有 4 种，具体为：（1）碰撞游离：电子在电场作用下加速向阳极运动的过程中，获得足够的能量，运动加快并不断与途中其他中性原子发生碰撞，从而激发出自由电子。

这种由于碰撞而产生游离的形式称为碰撞游离。

（2）光游离：正、负带电粒子复合时，都以光子的形式释放出能量，其他中性原子内的电子吸收此能量后变为自由电子。

这种由于光辐射而产生游离的形式称为光游离。

（3）热游离：在高温下，气体内的各种粒子动能增加，当动能超过一定值时，粒子相互碰撞而产生游离。

这种由气体热状态引起的游离方式称为热游离。

（4）表面游离气体中带电粒子的消失有哪几种形式？答气体中带电粒子的消失有以下几种形式：（1）在电场驱动下作定向运动，在到达电极时，消失于电极上而形成外电路中的电流；（2）因扩散现象而逸出气体放电空间；（3）复合。

气体放电的基本特点是什么？解释气体放电现象常用的理论有哪两个？答（1）气体放电的基本特点是：在外电场作用下，气体间隙中带电粒子数增加，气隙击穿时，其中带电粒子数剧增，而在撤去外电场后，气体间隙中带电粒子又消失并恢复其原有的绝缘强度。

（2）解释气体放电现象常用的理论是：汤逊理论和流注理论。

什么叫流注？流注形成的条件是什么？答（1）初始电子崩头部成为辐射源后，就会向气隙空间各处发射光子而引起光电离，如果这时产生的光电子位于崩头前和崩尾附近的强场区内，那么它们所造成的二次电子崩将以大得多的电离强度向阳极发展或汇入崩尾的正离子群中。

2019年高电压绝缘复习一．题型1填空（30空30分）2简答（7题70分）二．题库第二章：气体击穿理论分析和气体间隙绝缘1．气体放电的五种形式及其特点：辉光放电：电弧放电：火花放电：电晕放电：刷状放电：注意：电晕放电、刷状放电时气隙未击穿，而辉光放电、火花放电、电弧放电均指击穿后的放电现象，且随条件不同，这些放电现象可相互转换。

2．质点产生四种形式：（1）气体分子本身发生电离①光电离:光辐射引起的气体分子的电离过程。

外光源(紫外线照射)/激励态原子回到基态/正负离子的复合。

②碰撞电离：由于质点碰撞所引起的电离过程。

（主要是电子碰撞电离）。

是气体中产生带电粒子的最重要的方式。

分级电离时能量小于上式。

分析气体放电发展过程时，往往只考虑电子所引起的碰撞电离。

③热电离：因气体热状态引起的电离过程。

热电离实质上是热状态下碰撞电离和光电离的综合。

(2）气体中的固体或液体金属发生表面电离④表面电离：金属表面电离比气体空间电离更易发生。

阴极表面电离在气体放电过程中起着相当重要的作用。

电极表面电离按外加能量形式的不同，可分为四种形式：①正离子撞击阴极表面②光电子发射（光电效应）③热电子发射④强场发射（冷发射）3.质点消失三种形式：①电场作用定向移动消失于电极形成电流。

②扩散：在热运动的过程中，粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小的区域，从而使每种粒子的浓度分布均匀化的物理过程。

特点：气压越低，温度越高，扩散进行的越快。

电子的热运动速度大、自由行程长度大，其扩散速度也要比离子快得多。

③带电粒子的复合，气体中带异号电荷的粒子相遇而发生电荷的传递与中和，还原为分子的过程。

带电粒子的复合过程中会发生光辐射，这种光辐射在一定条件下又成为导致电离的因素参与复合的粒子的相对速度越大，复合概率越小。

通常放电过程中离子间的复合更为重要带电粒子浓度越大，复合速度越大，强烈的电离区也是强烈的复合区。

4．汤逊放电：特点：电子的碰撞电离（α过程）和正离子（γ过程）撞击阴极造成的表面电离起主要作用。