液体和固体介质的电气特性

《高电压技术》
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(二)电场均匀程度 • 处于均匀电场中的固体介质，其击穿电压往往较高， 且随介质厚度的增加近似地成线性增大； • 若在不均匀电场中，介质厚度增加使电场更不均匀， 于是击穿电压不再随厚度的增加而线性上升。当厚度 增加使散热困难到可能引起热击穿时，增加厚度的意 义就更小了。
常用的固体介质一般都含有杂质和气隙，这 时即使处于均匀电场中，介质内部的电场分 布也是不均匀的，最大电场强度集中在气隙 处，使击穿电压下降。
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（三 ）电化学击穿 固体介质在长期工作电压作用下，由于介质内部发生 局部放电等原因，使绝缘劣化，电气强度逐步下降并引起 击穿的现象称为电化学击穿。 局部放电是介质内部的缺陷（如气隙或气泡）引起的 局部性质的放电。局部放电使介质劣化、损伤、电气强度 下降的主要原因为： 1)产生活性气体对介质氧化、腐蚀； 2)温升使局部介质损 耗增加；3)切断分子结构，导致介质破坏。 提高局部放电电压的措施有：1）提高气隙击穿场强； 2）设法用油或高强度气体填充空穴。
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工程实际中的意义 1）选择绝缘材料 对于电容器，要求相同体积有较大电容量， εr ↑ 对于电缆，为减小电容电流， εr ↓ 2）多层介质的合理配合 在交流及冲击电压下，各层电压分布与其εr成反 比，合理选择εr使各层介质电场分布较均匀。 3）研究介质损耗的理论依据 掌握不同极化类型对介质损耗的影响 4）预防性试验项目的理论依据
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(一)电击穿理论 固体电介质的电击穿是指仅仅由于电场的作用而直接 使介质破坏并丧失绝缘性能的现象。 在介质的电导很小，又有良好的散热条件，且介质内 部不存在局部放电的情况下，固体介质的击穿通常为电击 穿。 电击穿的主要特征：1)击穿场强高； 2）与环境温度 无关 ；3)除时间很短的情况，与电压作用时间关系不大； 4)介质发热不显著；5)电场均匀程度对击穿有显著影响。

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。

第四章 气体中沿固体绝缘表面的放电
• 第三节 极不均匀电场中的沿面放电 o 弱垂直电场分量情况下，提高沿面闪络电压的途径？具 体措施？ o 说明为什么加装均压环后绝缘子柱电压分布可以得到改 善 o 分析线路绝缘子串电压分布的等效电路？均压环如何改 善电压分布？
第四章 气体中沿固体绝缘表面的放电
• 第四节 受潮表面的沿面放电 o 名词解释：
• 第五节 脏污绝缘表面的沿面放电 o 名词解释：
o 污闪电压；污层等值附盐密度；单位爬电距离
o 干燥情况下绝缘子表面污层对闪络电压是否有影响？ o 什么情况下绝缘子表面污层对闪络电压有显著影响？为 什么？ o 为什么污闪事故对电力系统的危害特别大？ o 简单描述污闪的发展过程 o 污闪与其他沿面闪络过程的最大不同之处是？ o 污闪发展过程中，局部电弧能否发展成闪络取决于哪些 因素？ o 影响污闪电压的因素有哪些？ o 实验室进行人工污秽试验时，如何确定污闪电压？具体 步骤？对污闪试验所用电源的内阻抗有何要求？
o 湿闪络电压；
o 介质表面发生凝露时，沿面闪络电压降如何变化？是否 发生凝露与什么因素有关？ o 低温下为什么相对湿度增加不会显著降低闪络电压？ o 湿闪络电压与干闪络电压的关系？ o 提高绝缘子湿闪电压的措施？ o 为什么户外绝缘子都有伞裙？ o 为什么伞裙宽度进一步增大并不能提高湿闪电压？
第四章 气体中沿固体绝缘表面的放电
o GIS的母线筒和测量电压用的球间隙属于什么类型的电 场？高压输电线路？套管？ o 如何描述电场的不均匀性？以稍不均匀场和极不均匀场 为例予以说明 o 极不均匀场区别于均匀场的放电现象是？ o 同样间隙距离下，稍不均匀场间隙的击穿电压比均匀场 间隙的要高还是低？ o 电晕放电是自持还是非自持放电？ o 极不均匀场间隙中自持放电条件是？ o 电晕放电的危害、降低电晕放电的措施与电晕放电的有 利之处？

一.电介质的电气强度「一」气体放电的基本物理过程㈠带电粒子的产生和消失⑴表征运动的物理量①平均自由行程长度:单位行程中的碰撞次数Z的倒数(电子最大)②带电粒子的迁移率:k=v/E (电子大于离子)③扩散:电子大于离子⑵带电粒子的产生(电离)①光电离②热电离③碰撞电离(主要由电子完成)④表面电离(金属表面电离比空间电离更容易发生)◇阴级表面电离可在下列情况发生:⒈正离子碰撞阴级表面⒉光电子发射⒊热电子发射⒋强场发射⑶附着:电子与中性分子结合成负离子。

气体中带电粒子数不变。

使自由电子数减少⑷带电粒子消失:①带电粒子定向运动②扩散现象③复合㈡气体放电过程＊电子碰撞电离系数α:一个电子沿电场方向运动1cm的行程中所完成的碰撞电离次数平均值＊γ过程:正离子碰撞阴级表面时产生的二次自由电子数自持放电条件:⑴巴申曲线: T恒定:Ub=f(pd)T非恒定:Ub=F(δd)⑵汤逊理论:⑶流注理论:＊初始阶段，气体放电以碰撞电离和电子崩的形式＊均匀电场，自持放电条件αd≈20◆汤逊理论与流注理论比较⑷不均匀电场放电过程①划分:电场不均匀系数f=E/Eavf=1 均匀电场f＜2稍不均匀电场f＞4极不均匀②电晕放电:＊现象:淡紫色辉光，嘶嘶噪声，臭氧气味＊危害:电晕损耗，谐波电流，非正弦电压，无线电干扰，可闻噪声，空气的有机合成＊预防途径:设法限制和降低导线表面场强扩径导线或空心导线或分裂导线③极性效应起晕电压:U正棒-负板>U负棒-正板击穿电压:U正棒-负板＜U负棒-正板＊输电线常处于不均匀电场中，击穿发生在正极性半周，进行外绝缘冲击高压实验时，施加正极性冲击电压「二」气体介质的电气强度㈠不同电场下气隙击穿特性⑴均匀电场:①放电即击穿，无电晕，无极性，击穿时间短②击穿场强约为30kv/cm③直流，工频，冲击电压作用下击穿电压均相同，分散性小，β≈1⑵稍不均匀电场:①放电即击穿，无稳定电晕，极性效应不明显②直流，工频，冲击电压作用下击穿电压近似相同，分散性小，β≈1③实例:＊球间隙:d<D/4 电场均匀d>D/4电场不均匀一般在d≦D/2范围内工作＊同轴圆筒r/R<0.1 不均匀r/R>0.1 稍不均匀⑶极不均匀电场:①直流电压:棒板:击穿电压:正棒-负板＜棒-棒<负棒-正板棒棒:无明显极性效应②工频交流:＊击穿在正极性半周峰值附近＊击穿电压:棒-棒（更均匀）>棒-板＊增加气隙长度能提高"棒-板"气隙平均击穿场强，但存在饱和现象③雷电冲击电压＊冲击系数β>1，分散性大＊击穿通常在波尾＊击穿电压:正棒-负板＜棒-棒<负棒-正板④操作冲击电压1.放电时间tb＊上升时间t1:所加电压从0-Us（静态击穿电压）＊统计时延ts:从t1到气隙中出现第一个有效电子＊放电形成时延tf:出现有效电子到间隙击穿tb=t1+ts+tftlag=ts+tf(放电时延)2.冲击电压波形标准化a标准雷电冲击电压全波:非周期性双指数衰减波(1.2/50μs)b标准雷电冲击电压截波:1.2/2~5μsc标准操作冲击电压波:非周期性双指数波(250/2500μs)3.50%冲击击穿电压＊均匀稍不均匀场:U50%≈Us β≈1＊极不均匀场β>14.伏秒特性＊电压不高，击穿在波尾，取峰值为冲击电压＊电压较高，击穿在波头，取瞬时值为冲击电压＊取50%伏秒特性曲线来表征气隙冲击击穿特性＊均匀电场伏秒特性平缓，不均匀电场伏秒特性陡峭5.击穿特性＊220kv的超高压输电系统，按操作过电压下电气特性进行绝缘设计＊各种类型电压中，以操作冲击电压下的电气强度为最小＊极不均匀电场长气隙的操作冲击击穿特性具有显著"饱和"特征(正棒负板最严重) ＊分散性远大于雷电冲击电压(伏秒特性带宽)㈡不同大气条件下击穿特性气压↑，空气密度↑，温度↓，湿度↑ Ub↑湿度越大，水电负性捕捉自由电子数越多，极不均匀场中影响明显㈢沿面放电与污闪事故⑴沿面放电:表面闪络电压要比固体介质本身击穿电压低。