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高电压技术速记版专题1-6专题一：高电压下气体、液体、固体放电原理1、绝缘的概念：将不同电位的导体分开，使之在电气上不相连接。
具有绝缘作用的材料称为电介质或绝缘材料。
2、电介质的分类：按状态分为气体、液体和固体三类。
3、极化的概念：在外电场作用下，电介质的表面出现束缚电荷的现象叫做电介质极化。
4、极化的形式：电子式极化、离子式极化、偶极子式极化；夹层式极化。
(前三种极化均是在单一电介质中发生的。
但在高压设备中，常应用多种介质绝缘，如电缆、变压器、电机等)5、电子式极化：由于电子发生相对位移而发生的极化。
特点：时间短，弹性极化，无能量损耗。
[注]：存在于一切材料中。
6、离子式极化：离子式极化发生于离子结构的电介质中。
固体无机化合物(如云母、陶瓷、玻璃等)多属于离子结构。
特点：时间短，弹性极化，无能量损耗。
[注]：存在于离子结构物质中。
7、偶极子极化：有些电介质具有固有的电矩，这种分子称为极性分子，这种电介质称为极性电介质(如胶木、橡胶、纤维素、蓖麻油、氯化联苯等)。
特点：时间较长，非弹性极化，有能量损耗。
[注]：存在于极性材料中。
8、夹层式极化特点：时间很长，非弹性极化，有能量损耗。
[注]：存在于多种材料的交界面；当绝缘受潮时，由于电导增大，极化完成时间将大大下降；对使用过的大电容设备，应将两电极短接并彻底放电，以免有吸收电荷释放出来危及人身安全。
9、为便于比较，将上述各种极化列为下表：10、介电常数：[注]：用作电容器的绝缘介质时，希望些好。
大些好。
用作其它设备的绝缘介质时，希望小11、电介质电导：电介质内部带点质点在电场作用下形成电流。
金属导体：温度升高，电阻增大，电导减小。
绝缘介质：温度升高，电阻减小，电导增大。
12、绝缘电阻：在直流电压作用下，经过一定时间，当极化过程结束后，流过介质的电流为稳定电流称为泄漏电流，与其对应的电阻称为绝缘电阻。
(1)介质绝缘电阻的大小决定了介质中泄漏电流的大小。
考点1：电介质的电气特性及放电理论（一）气体电介质的击穿过程气体放电可以分非自持放电和自持放电两种。
20世纪Townsend在均匀电场，低气压，短间隙的条件下进行了放电试验，提出了比较系统的理论和计算公式，解释了整个间隙的放电过程和击穿条件。
1、汤逊放电理论的适用范围：汤逊理论的核心是：(1)电离的主要因素是电子的空间碰撞电离和正离子碰撞阴极产生表面电离；(2)自持放电是气体间隙击穿的必要条件。
汤逊理论是在低气压、Pd值较小的条件下进行的放电实验的基础上建立起来的，这一放电理论能较好的解释低气压短间隙中的放电现象。
因此，汤逊理论的适用范围是低气压短间隙(Pd<26 66kPa.cm)。
在高气压、长气隙中的放电现象无法用汤逊理论加以解释，两者间的主要差异表现在以下几方面：(1) 放电外形根据汤逊理论，气体放电应在整个间隙中均匀连续地发展。
低气压下气体放电发光区确实占据了整个间隙空间，如辉光放电。
但在大气压下气体击穿时出现的却是带有分支的明亮细通道。
(2) 放电时间根据汤逊理论，闻隙完成击穿，需要好几次循环：形成电子崩，正离子到达阴极产生二次电子，又形成更多的电子崩。
完成击穿需要一定的时间。
但实测到的在大气压下气体的放电时间要短得多。
(3) 击穿电压当Pd值较小时，根据汤逊自持放电条件计算的击穿电压与实测值比较一致；但当Pd值很大时，击穿电压计算值与实测值有很大出入。
(4) 阴极材料的影响根据汤逊理论，阴极材料的性质在击穿过程中应起一定作用。
实验表明，低气压下阴极材料对击穿电压有一定影响，但大气压下空气中实测到的击穿电压却与阴极材料无关。
由此可见汤逊理论只适用于一定的Pd范围，当Pd>26 66kPa. cm后，击穿过程就将发生改变，不能用汤逊理论来解释了。
2、流注理论利用流注理论可以很好地解释高气压、长间隙情况下出现的一系列放电现象。
(1) 放电外形 流注通道电流密度很大，电导很大，故其中电场强度很小。
极不均匀电场中的沿面放电1．套管的沿面放电（电场具有强垂直分量）图1-39给出了220kV 变压器出线套管及其简化剖面示意图。
套管的沿面放电过程如图1-40所示，随着外施电压的增高，在法兰的边缘先出现浅蓝色的电晕放电，如图1-40(a)。
进一步升高电压，放电形成平行向前伸展的许多细光线，称为刷形放电，如图1-40(b)。
刷形放电的长度随着电压的升高而增加。
当电压到某临界值时，其中某些细线的长度迅速增长，并转变为较明亮的浅紫色的树枝状火花。
这种放电很不稳定，迅速改变放电路径，并有爆裂声响，这种放电称为滑闪放电，如图1-40(c)。
滑闪放电的火花长度随外施电压的升高而迅速增长，因而出现滑闪后，电压只需要增加不多，放电火花就能延伸到另一电极，形成闪络。
套管滑闪放电现象可用图1-41所示的套管的电场分布及等效电路来解释。
从图1-41（a ）中可以看出，电场强度垂直于介质表面的分量比平行于表面的分量大得多，因此电场具有强垂直分量。
图1-41（b ）中导电杆 （电极） 固体介质 （电工陶瓷） 法兰 （接地极） 图1-39 220kV 变压器出线套管 (a)套管；(b)剖面简图 导电杆 固体介质 法兰 (a)(b) 图1-40工频电压作用下沿面放电发展过程示意图 (a)电晕放电；(b)细丝状辉光放电；(c)滑闪放电 (a) (b)(c) i (a) (b)图1-41 套管的电场分布及等效电路(a)电场示意图；（b ）套管等效电路电力线r 1表示套管表面单位面积的表面电阻，r 2表示单位面积的体积电阻，C 表示单位面积与导电杆间的电容，称其为表面电容系数（F/cm 2）。
由于套管表面电场具有强垂直分量，即电场主要从法兰垂直介质表面进入固体介质到达导电杆，使体积电阻r 2和电容C 的分流大，流过表面电阻r 1的电流逐渐减小，在法兰附近沿介质表面的电流密度最大，在该处介质表面的电位梯度也最大，当此处电位梯度达到使气体游离的数值时，就出现了电晕放电。
穿墙套管放电原因分析及消除方法摘要：本次研究对穿墙套管放电原因进行介绍，通过对不均匀电场中存在的气体放电原理加以分析，将放电的主要原因找出，并针对性制定应对措施。
实际操作显示，穿墙套管与母排间的空气间隙呈越小显示时，出现放电的情况越明显，表明消除穿墙管放电的方法具一定可行性。
关键词：穿墙套管放电；原因分析；消除方法穿墙套管又可按穿墙管、防水套管定义，多在电站和变电所配电装置及高压电器中应用，它的使用原理是供导线穿过接地隔板、墙壁或者电器设备外壳，支持导电部分使用外，且对地或者外壳绝缘。
任何物质均有其适宜环境，而穿墙套管在无腐蚀性、可燃气体或水蒸气等环境中适用，同时，需避免其受到剧烈振动，不能与重物发生碰撞等，以保证正常运行。
1穿墙套管的发电原因分析1.1天气原因世界上任一物质均具其双面性，穿墙套管在技术上给我们的生活带来了便利，但是它自身还有不足之处存在，如会出现放电现象，天气原因是首要诱发因素。
如果遇到回潮天或凝露天气，不管是室内还是室外，当温度与穿墙套管适宜存在的温度（+40℃至-40℃之间）不相符，或空气中混杂着有腐蚀性或者可燃气体等其他物质，或外部天气原因促使其不再是绝缘体时，即会导致发电，环境的改变可直接影响其运行，造成硬件无法正常工作。
1.2磁场欠均匀每一个电场都有独属自己的磁场，所谓电场就是电荷及变化磁场周围空间里存在的一种特殊物质。
均匀电场中，在形成气体间隙内的流注后，当放电达到自持程度时，气体间隙就会被击穿。
而在不均匀电场中，气体放电的情况有所不同【1】。
穿墙套管的电荷在电场中移动时，电场力就会带动电荷做功，这就说明这个电场具有能量。
但是电场是受磁场的影响的，如果是均匀的磁场的话，它的强度大小和方向是相同的，反之则不同，而穿墙套管的强度大小和方向是相反的，就此证明穿墙套管是不均匀磁场，也是造成放电的另一个原因。
目前，大部分开关设备厂家在研发24到40.5kv开关设备时，简单地将12kv开关设备的结构放大，但与其在运行电压的升高过程中带来的电场发布不同；尺寸，外行的缩小使带电体间的距离缩小，产生了穿墙套管与电面更集中不均匀的问题，导致电晕放电【2】。
电晕放电电晕放电(corona discharge)气体介质在不均匀电场中的局部自持放电。
最常见的一种气体放电形式。
在曲率半径很小的尖端电极附近，由于局部电场强度超过气体的电离场强，使气体发生电离和激励，因而出现电晕放电引。
发生电晕时在电极周围可以看到光亮，并伴有咝咝声。
电晕放电可以是相对稳定的放电形式，也可以是不均匀电场间隙击穿过程中的早期发展阶段。
火花放电是电极间的气体被击穿，形成电流在气体中的通道，即明显的电火花称为火花放电。
电晕放电是电极间的气体还没有被击穿，电荷在高电压的作用下发生移动而进行的放电，放电的现象是：在黑暗中可以看到电极的尖端有蓝色的光晕，称为电晕放电。
火花放电的电流大多都很大，而电晕放电的电流比较小。
电晕放电的形成机制因尖端电极的极性不同而有区别，这主要是由于电晕放电时空间电荷的积累和分布状况不同所造成的。
在直流电压作用下，负极性电晕或正极性电晕均在尖端电极附近聚集起空间电荷。
在负极性电晕中，当电子引起碰撞电离后，电子被驱往远离尖端电极的空间，并形成负离子，在靠近电极表面则聚集起正离子。
电场继续加强时，正离子被吸进电极，此时出现一脉冲电晕电流，负离子则扩散到间隙空间。
此后又重复开始下一个电离及带电粒子运动过程。
如此循环，以致出现许多脉冲形式的电晕电流。
电晕电流这一现象是G.W. 特里切尔于1938年发现的，称为特里切尔脉冲。
若电压继续升高，电晕电流的脉冲频率增加、幅值增大，转变为负辉光放电。
电压再升高，出现负流注放电，因其形状又称羽状放电或称刷状放电。
当负流注放电得以继续发展到对面电极时，即导致火花放电，使整个间隙击穿。
正极性电晕在尖端电极附近也分布着正离子，但不断被推斥向间隙空间，而电子则被吸进电极，同样形成重复脉冲式电晕电流。
电压继续升高时，出现流注放电，并可导致间隙击穿。
电晕放电工频交流电晕在正、负半周内其放电过程与直流正、负电晕基本相同。
工频电晕电流与电压同相，反映出电晕功率损耗。
极不均匀电场中的放电发展过程在极不均匀电场中的放电发展过程可以分为以下几个阶段：电离阶段、测豫阶段、动因火花阶段和气路放电阶段。
首先是电离阶段。
在极不均匀电场中，电场的强度非常高，超过了空气的击穿电场强度，导致空气中的原子与分子发生电离。
在强电场的作用下，空气中的分子承受足够高的电场能量，中性原子失去电子，形成正离子和自由电子。
这个过程称为电离。
电离过程使空气局部发生电离，形成电离区域，电离区域内的电荷数量逐渐增加，从而增加了电场强度。
接下来是测豫阶段。
在电离过程之后，电场的强度会因为电离区域内存在大量的电荷而发生变化。
电荷的分布会引起空间电荷效应，使得电场在一些地方变得更加集中，电离区域会向强度更高的地方扩展。
随着电离区域的扩展，空气中的分子被进一步电离，呈现出放电的特征。
然后是动因火花阶段。
在测豫阶段之后，电离区域内局部的电场强度超过了空气的击穿电场强度，导致空气中的分子在电场的作用下发生连续的击穿，形成了火花。
这个阶段被称为动因火花阶段。
火花的形成使电离区域内的电压降低，但是电离区域继续向强电场强度的地方扩展，电离区域内的电荷数量仍然逐渐增加。
最后是气路放电阶段。
随着电离区域的不断扩展，电离区域内的电场强度越来越高，终于达到了足够高的程度，使空气在整个电场区域内发生气路放电。
在这个阶段，电离区域内的电子和离子会形成电流，产生强大的热能和光能。
气路放电的结果通常是火花或者电弧，温度会迅速升高，并产生强烈的光亮和声响。
总体来说，极不均匀电场中的放电过程是一个从电离到火花再到气路放电的过程。
电场的强度越高，放电过程发展的越迅猛，放电的火花和电弧也会越强烈。
这种放电现象在现实生活中的应用非常广泛，例如雷电、电火花等。
在电力系统的设计和维护中，也需要对极不均匀电场中的放电过程进行充分的了解，以防止设备的过载和损坏。
考点1：电介质的电气特性及放电理论（一）气体电介质的击穿过程气体放电可以分非自持放电和自持放电两种。
20世纪Townsend在均匀电场，低气压，短间隙的条件下进行了放电试验，提出了比较系统的理论和计算公式，解释了整个间隙的放电过程和击穿条件。
1、汤逊放电理论的适用范围：汤逊理论的核心是：(1)电离的主要因素是电子的空间碰撞电离和正离子碰撞阴极产生表面电离；(2)自持放电是气体间隙击穿的必要条件。
汤逊理论是在低气压、Pd值较小的条件下进行的放电实验的基础上建立起来的，这一放电理论能较好的解释低气压短间隙中的放电现象。
因此，汤逊理论的适用范围是低气压短间隙(Pd<26 66kPa.cm)。
在高气压、长气隙中的放电现象无法用汤逊理论加以解释，两者间的主要差异表现在以下几方面：(1) 放电外形根据汤逊理论，气体放电应在整个间隙中均匀连续地发展。
低气压下气体放电发光区确实占据了整个间隙空间，如辉光放电。
但在大气压下气体击穿时出现的却是带有分支的明亮细通道。
(2) 放电时间根据汤逊理论，闻隙完成击穿，需要好几次循环：形成电子崩，正离子到达阴极产生二次电子，又形成更多的电子崩。
完成击穿需要一定的时间。
但实测到的在大气压下气体的放电时间要短得多。
(3) 击穿电压当Pd值较小时，根据汤逊自持放电条件计算的击穿电压与实测值比较一致；但当Pd值很大时，击穿电压计算值与实测值有很大出入。
(4) 阴极材料的影响根据汤逊理论，阴极材料的性质在击穿过程中应起一定作用。
实验表明，低气压下阴极材料对击穿电压有一定影响，但大气压下空气中实测到的击穿电压却与阴极材料无关。
由此可见汤逊理论只适用于一定的Pd范围，当Pd>26 66kPa. cm后，击穿过程就将发生改变，不能用汤逊理论来解释了。
2、流注理论利用流注理论可以很好地解释高气压、长间隙情况下出现的一系列放电现象。
(1) 放电外形 流注通道电流密度很大，电导很大，故其中电场强度很小。
非均匀电场里压强变化对气体放电的影响作者：王彪叶宇飞龚福君官小川陈洪来源：《物理教学探讨》2007年第03期摘要：在非均匀电场下的放电与均匀电场中的气体放电相比较有较大的区别，为对非均匀场下的放电有更好的认识，作者使用了球形电极对各个放电阶段进行展示，分析各放电阶段在非均匀场下的成因；并给出了非均匀电场里气体击穿电压与压强的关系曲线。
关键词：反常辉光放电；电晕放电；火花放电中图分类号：G633.7文献标识码：A文章编号：1003-6148(2007)2(S)-0059-31引言气体导电的现象，又称气体放电。
加热、照射（紫外线、X射线、放射性射线）等都能使气体电离，这些因素统称电离剂。
完全靠电离剂维持的气体导电称为非自持导电。
在一定电压条件下，撤去电离剂，导电仍能维持。
这种情形称为气体自持放电。
自持放电因条件不同，放电的形式也不同。
自持放电包括辉光放电、电晕放电及火花放电。
我们设计实验研究了非均匀稳定电场下各种自持放电。
由于电场分布不均匀，则击穿电压不再遵循帕邢定律，因此还有必要研究新的击穿电压与压强关系。
2实验简介该实验中用到的仪器主要有真空钟罩（罩内有两个电极用于与电源相连）、±2500伏稳压电源、球形电极、2X-4型真空泵等。
实验中，仪器的连接如图1。
实验操作如下：首先打开真空钟罩阀门，接着进行抽气，直到真空计的示数不再明显变化（抽气速率与向外界漏气的速率相当）。
打开稳压电源，逐渐增大稳压电源电压值，直至辉光放电，随后撤掉抽气机电源。
随着不断渗漏气，钟罩内气压随之增大，两电极间放电所需的电压也随之增大，并记录每个变化时刻的气压和电压值。
3反常辉光放电（1）辉光放电夺放电时两电极间出现特有的光辉。
通常低气压冷阴极电极在击穿后可形成稳定的辉光放电。
辉光放电具有电流密度小，放电维持电压较高的特点，产生典型的非等温等离子体。
图2为实验中拍摄的辉光放电，从外表来看，辉光放电时，钟罩内从阴极到阳极的放电空间都出现了明暗相间的光层分布。
