高电压技术概述及气体的绝缘强度

绪论高电压技术是一门重要的专业技术基础课；随着电力行业的发展，高压输电问题越来越得到人们的重视；高电压、高场强下存在着一些特殊的物理现象；高电压试验在高电压工程中起着重要的作用。

气体的绝缘特性与介质的电气强度研究气体放电的目的：了解气体在高电压（强电场）作用下逐步由电介质演变成导体的物理过程掌握气体介质的电气强度及其提高方法高压电气设备中的绝缘介质有气体、液体、固体以及其它复合介质。

气体放电是对气体中流通电流的各种形式统称。

由于空气中存在来自空间的辐射，气体会发生微弱的电离而产生少量的带电质点。

正常状态下气体的电导很小，空气还是性能优良的绝缘体；在出现大量带电质点的情况下，气体才会丧失绝缘性能。

自由行程长度单位行程中的碰撞次数Z的倒数λ即为该粒子的平均自由行程长度。

()λ-=xexP令x=λ，可见粒子实际自由行程长度大于或等于平均自由行程长度的概率是36.8%。

带电粒子的迁移率k=v/E它表示该带电粒子单位场强（1V/m）下沿电场方向的漂移速度。

电子的质量比离子小得多，电子的平均自由行程长度比离子大得多热运动中，粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小的区域，从而使分布均匀化，这种过程称为扩散。

电子的热运动速度大、自由行程长度大，所以其扩散速度比离子快得多。

产生带电粒子的物理过程称为电离，是气体放电的首要前提。

光电离i W h ≥νc λν=气体中发生电离的分子数与总分子数的比值m 称为该气体的电离度。

碰撞电离附着：当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，而且也可能会发生电子与中性分子相结合形成负离子的情况。

电子亲合能：使基态的气体原子获得一个电子形成负离子时所放出的能量，其值越大则越易形成负离子。

电负性：一个无量纲的数，其值越大表明原子在分子中吸引电子的能力越大带电粒子的消失1到达电极时，消失于电极上而形成外电路中的电流2带电粒子因扩散而逸出气体放电空间3带电粒子的复合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；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。

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。

高电压与绝缘技术在现代电力系统中，高电压与绝缘技术是至关重要的一个领域。

它不仅关系到电力的安全、稳定传输，还直接影响着各种电气设备的正常运行以及人们的生产生活。

高电压，简单来说，就是指电压数值较大的情况。

当电压升高到一定程度时，会带来一系列特殊的问题和挑战。

比如，在高电压的作用下，空气等原本绝缘的物质可能会被击穿，从而导致放电现象的发生。

这就像是给一个气球不停地充气，当压力超过气球所能承受的极限时，它就会爆开。

而在电力系统中，这种击穿和放电可能会引发短路、设备损坏，甚至是严重的安全事故。

为了应对高电压带来的这些问题，绝缘技术应运而生。

绝缘技术的核心目标就是阻止电流在不需要的路径上流动，确保电力能够按照预定的线路传输。

这就好比在一条水流湍急的河道中，我们要修建坚固的堤坝，让水只能在规定的渠道中流淌。

绝缘材料的选择是绝缘技术中的关键一环。

常见的绝缘材料有气体、液体和固体。

气体绝缘常见的如空气、六氟化硫等。

空气在一般情况下是良好的绝缘体，但在高电压下可能会被击穿。

而六氟化硫具有良好的绝缘性能和灭弧性能，常用于高压开关设备中。

液体绝缘材料，比如变压器油，它能够有效地散热，同时提供绝缘保护。

固体绝缘材料则种类繁多，像绝缘纸、塑料、陶瓷等，它们在不同的设备中发挥着重要作用。

在实际应用中，绝缘结构的设计也非常重要。

合理的绝缘结构可以使电场分布更加均匀，减少局部电场强度过高的情况。

例如，在变压器中，通过精心设计绕组之间的绝缘距离和绝缘层的形状，可以有效地提高绝缘性能。

高电压试验是检验电气设备绝缘性能的重要手段。

通过施加高电压，观察设备是否能够承受而不发生击穿或放电，从而判断其绝缘是否合格。

常见的高电压试验包括耐压试验、局部放电试验等。

这些试验就像是给设备进行一场严格的“体检”，确保它们在投入运行后能够稳定可靠地工作。

随着电力系统的不断发展和升级，高电压与绝缘技术也在不断进步。

一方面，新的绝缘材料不断涌现，它们具有更好的性能和更高的可靠性。

1.气体、特别是空气，是电力系统应用相当广泛的绝缘材料。

2.气体介质的击穿：当加在气体间隙上的气体电场强度达到某一临界值后，间隙中的电流会突然加剧，介质会失去绝缘性能而导致击穿，也称气体放电。

3.闪络：当间隙间既有固体介质，又有气体或液体介质。

他们构成并联的放电路径时，放电往往沿着介质表面发生，叫做闪络4.原子的激发：气体原子在外界因素的作用下，吸收外界能量使其内部能量增加。

这使气体原子的核外电子将从离原子核较近的轨道跳到离原子核较远的轨道上去，这过程称为原子的激发5.游离：如果中性原子由外界获得足够的能量，以致使原子中的一个和几个电子完全脱离原子核的束缚而成为自由电子和正离子，此过程称为原子的游离，也称电离6.游离可以分为：碰撞游离，光游离，热游离，表面游离7.去游离过程：在气体发生放电过程中，除了有不断产生带电质点的游离过程外，还存在着导致带电质点从游离区域消失，或者削弱的相反过程，通常称为去游离过程8.带电质点的扩散：气体中的带电质点经常处于不规则的热运动中，如果不同区域的带电质点存在着浓度差，则它们总是不断地从高浓度区域向低浓度区域运动，使各处带电质点的浓度变得均匀，此现象称为带电质点的扩散9.气体中带电质点的消失：带电质点的扩散，带电质点的复合，附着效应10.自持放电：不需要外界游离因素也能维持的放电11.非自持放电：需要外界游离因素才能维持的放电12.阴极流注：如果外施电压比击穿电压高出许多，则初始电子泵不需要经过整个间隙，其头部即已积累到足够多的空间电荷，形成流注后，向阴极发展称为阴极流注13.电晕放电是极不均匀电场所特有的一种自持放电形式，通常将开始出现电晕是的电压叫做电晕起始电压，开始出现电晕是电极表面的场强称为电晕起始场强14.工频直流电压作用下空气间隙的放电特性：1、当间距增加到一定数值，间隙将有稍不均匀电场转变为极不均匀电场，此时将会在较低的电压下首先出现电晕放电2、间隙的电晕起始电压主要取决于电极表面的形状3、随着间隙的距离增加，电场的不均匀程度逐步增大间隙的平均击穿场强也逐渐减小4、在极不均匀电场的情况下，不管是棒板间隙或是不同直径的球板间隙，击穿电压和距离的关系曲线都比较接近15.极性效应：对于电极形状补对称的棒板间隙，击穿电压与棒的极性有很大的关系，这就是所谓的极性效应16.伏秒特性曲线：同一波形、不同幅值的冲击电压作用下，间隙上出现的电压最大值和放电时间的关系曲线17.为了使被保护设备得到可靠地保护，被保护设备绝缘的伏秒特性曲线的下包线必须始终高于保护设备的伏秒特性曲线的上包线。

高电压技术知识第一篇电介质的电气强度第1章气体的绝缘特性与介质的电气强度1、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2、气体中带电质点消失的方式流入电极、逸出气体空间、复合3、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4、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5、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。

7、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8、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9、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。

10、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11、气体的状态对放电电压的影响湿度、密度、海拔高度的影响12、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的采用第2章液体和固体介质的绝缘的电气强度1、电介质的极化极化：在电场的作用下，电荷质点会沿电场方向产生有限的位移现象，并产生电矩（偶极矩）。

介电常数：电介质极化的强弱可用介电常数的大小来表示，与电介质分子的极性强弱有关。

极性电介质和非极性电介质：具有极性分子的电介质称为极性电介质。

由中性分子构成的电介质。

极化的基本形式电子式、离子式（不产生能量损失）转向、夹层介质界面极化（有能量损失）2、电介质的电导泄漏电流和绝缘电阻气体的电导:主要来自于外界射线使分子发生电离和强电场作用下气体电子的碰撞电离液体的电导:离子电导和电泳电导固体的电导：离子电导和电子电导3、电介质的损耗介质损耗针对的是交流电压作用下介质的有功功率损耗电介质的并联与串联等效回路介质损耗一般用介损角的正切值来表示气体、液体和固体电介质的损耗液体电介质损耗和温度、频率之间的关系4、液体电介质的击穿纯净液体介质的电击穿理论纯净液体介质的气泡击穿理论工程用变压器油的击穿理论5、影响液体电介质击穿的因素油品质、温度、电压作用时间、电场均匀程度、压力6、提高液体电介质击穿电压的措施提高油品质，采用覆盖、绝缘层、极屏障等措施7、固体电介质的击穿电击穿、热击穿、电化学击穿的击穿机理及特点8、影响固体电介质击穿电压的主要因素电压作用时间温度电场均匀程度受潮累积效应机械负荷9、组合绝缘的电气强度“油-屏障”式绝缘油纸绝缘第二篇电气设备绝缘试验第3章绝缘的预防性试验1、绝缘电阻与吸收比的测量用兆欧表来测量电气设备的绝缘电阻吸收比K定义为加压60s时的绝缘电阻与15s时的绝缘电阻比值。

第一章气体的绝缘特性1.电介质在电气设备中作为绝缘材料使用，按其物质形态，可分为三类：气体电介质液体电介质固体电介质在电气设备中又分为：外绝缘：一般由气体介质（空气）和固体介质（绝缘子）联合构成。

内绝缘：一般由固体介质和液体介质联合构成。

2、一些基本概念：①气体介质的击穿——当加在气体间隙上的电场强度达到某一临界值后，间隙中的电流会突然剧增，气体介质会失去绝缘性能而导致击穿的现象，也称为气体放电。

②放电电压UF——在间隙距离及其它相关条件一定的条件下，加在间隙两端刚好能使其击穿的电压。

由于相关条件的变化，这个值有一定的分散性。

③击穿场强——指均匀电场中击穿电压与间隙距离之比。

这个参数反映了某种气体介质耐受电场作用的能力，也即该气体的电气强度，或称气体的绝缘强度。

④平均击穿场强——指不均匀电场中击穿电压与间隙距离之比。

3.大气击穿的基本特点固体介质中的击穿将使介质强度永久丧失；而气体和液体击穿发生击穿时，一般只引起介质强度的暂时降低，当外加电压去掉后，绝缘性能又可以恢复，故称为自恢复绝缘。

§1.1 气体介质中带电质点的产生和消失一、气体原子的激发与游离产生带电质点的物理过程称为游离，是气体放电的首要前提。

1、几个基本概念①激发—-原子在外界因素（如电场、温度等）的作用下，吸收外界能量使其内部能量增加，从而使核外电子从离原子核较近的轨道跃迁到离原子核较远的轨道上去的过程（也称为激励）。

②游离—-中性原子由外界获得足够的能量，以致使原子中的一个或几个电子完全脱离原子核的束缚而成为自由电子和正离子（即带正电的质点）的过程（也称为电离）。

2、游离的基本形式①碰撞游离a 、当带电质点具有的动能积累到一定数值后，在与气体原子（或分子）发生碰撞时，可以使后者产生游离，这种由碰撞而引起的游离称为碰撞游离。

b 、发生条件：——气体分子（或原子）的游离能c 、碰撞游离的特点碰撞游离是气体放电过程中产生带电质点的极重要的来源。