高壓教材第一篇課件

1、第第 一一 篇篇 電介質(zhì)的電氣強(qiáng)度電介質(zhì)的電氣強(qiáng)度第一節(jié) 帶電粒子的產(chǎn)生和消失第二節(jié)電子崩第三節(jié) 自持放電條件第四節(jié) 起始電壓與氣壓的關(guān)系第五節(jié) 氣體放電的流注理論第六節(jié) 不均勻電場(chǎng)中的放電過程第七節(jié) 放電時(shí)間和沖擊電壓下的氣隙擊穿第八節(jié) 沿面放電和污閃事故 第一章第一章 氣體放電的基本物理過程氣體放電的基本物理過程 帶電粒子的運(yùn)動(dòng)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)當(dāng)氣體中存在電場(chǎng)時(shí)，帶電粒當(dāng)氣體中存在電場(chǎng)時(shí)，帶電粒 子將同時(shí)進(jìn)行子將同時(shí)進(jìn)行混亂熱運(yùn)動(dòng)混亂熱運(yùn)動(dòng)和和沿沿 電場(chǎng)的定向漂移電場(chǎng)的定向漂移。自由行程長度：一個(gè)粒子在每自由行程長度：一個(gè)粒子在每 兩次碰撞間自由地通過的距離兩次碰撞間自由地通過的距離 （隨機(jī)

2、量）。（隨機(jī)量）。prkTe2 平均自由行程長度：該粒子自由行程長度的平均值。平均自由行程長度：該粒子自由行程長度的平均值。 電子的平均自由行程長度為電子的平均自由行程長度為p：氣壓氣壓k：波爾茲曼常數(shù)波爾茲曼常數(shù)T：氣溫氣溫r：氣體分子半徑氣體分子半徑 在大氣壓和常溫下在大氣壓和常溫下, ,電子在空氣中的平均自由行程長度的電子在空氣中的平均自由行程長度的數(shù)量級(jí)為數(shù)量級(jí)為1010-5-5cm cm 。第一節(jié)第一節(jié) 帶電粒子的產(chǎn)生和消失帶電粒子的產(chǎn)生和消失 帶電粒子的遷移率：該粒子在單位場(chǎng)強(qiáng)（帶電粒子的遷移率：該粒子在單位場(chǎng)強(qiáng)（1V/m) 下沿電場(chǎng)方向的漂移速度。下沿電場(chǎng)方向的漂移速度。Evk

3、電子的遷移率遠(yuǎn)大于離子的遷移率電子的遷移率遠(yuǎn)大于離子的遷移率 擴(kuò)散：在熱運(yùn)動(dòng)的過程中，粒子會(huì)從濃度較大的擴(kuò)散：在熱運(yùn)動(dòng)的過程中，粒子會(huì)從濃度較大的區(qū)域向濃度較小的區(qū)域運(yùn)動(dòng)，從而使其濃度分布均區(qū)域向濃度較小的區(qū)域運(yùn)動(dòng)，從而使其濃度分布均勻化的物理過程。勻化的物理過程。 帶電粒子的運(yùn)動(dòng)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)氣體原子的激勵(lì)和電離氣體原子的激勵(lì)和電離帶電粒子的產(chǎn)生帶電粒子的產(chǎn)生 氣體原子的激勵(lì)和電離氣體原子的激勵(lì)和電離電離電離外界以某種方式給處于某一能級(jí)軌道上的電子施加外界以某種方式給處于某一能級(jí)軌道上的電子施加一定的能量，該電子就可能擺脫原子核的束縛而成一定的能量，該電子就可能擺脫原子核的束縛而成為自由電子

4、。原來中性的原子變成帶負(fù)電的自由電為自由電子。原來中性的原子變成帶負(fù)電的自由電子和帶正電的正離子的物理過程。子和帶正電的正離子的物理過程。電離能電離能產(chǎn)生電離所需要的最小能量。產(chǎn)生電離所需要的最小能量。激勵(lì)激勵(lì)一個(gè)或若干個(gè)電子向較高能級(jí)軌道的躍遷。一個(gè)或若干個(gè)電子向較高能級(jí)軌道的躍遷。分級(jí)電離分級(jí)電離先經(jīng)過激勵(lì)再接著產(chǎn)生電離的過程。先經(jīng)過激勵(lì)再接著產(chǎn)生電離的過程。 帶電粒子的產(chǎn)生帶電粒子的產(chǎn)生 熱電離熱電離32WkT波爾茨曼常數(shù)1.3810-23J/K 絕對(duì)溫度，K 光電離光電離Wh普朗克常數(shù)6.6310-34Js 碰撞電離碰撞電離ihcW條 件 ：212imveExWiUxE條 件 ：WWi

5、(電離能)波爾茨曼常數(shù)1.3810-23J/K 帶電粒子的產(chǎn)生帶電粒子的產(chǎn)生 按照所加能量的形式不同，電離可分為：一些金屬的逸出功金屬逸出功（eV）鋁1.8銀3.1銅3.9鐵3.9氧化銅5.3銫0.7（1）正離子撞擊陰極表面 （2）光電子發(fā)射（3）熱電子發(fā)射 （4）強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射 （冷發(fā)射）電極表面的電極表面的電離電離負(fù)離子的形成負(fù)離子的形成 當(dāng)電子與氣體分子碰撞時(shí)，不但可能引起碰撞電離而產(chǎn)生出正離子和新電子，而且也可能會(huì)發(fā)生電子與中性分子相結(jié)合而形成負(fù)離子的情況，這種過程稱為附著。 某些氣體分子對(duì)電子有親合性，因而在它們與電子結(jié)合成負(fù)離子時(shí)會(huì)放出能量（電子親合能），而另一些氣體分子要與電子結(jié)成負(fù)離

6、子時(shí)卻必須吸收能量。前者的親合能為正值，這些易于產(chǎn)生負(fù)離子的氣體稱為電負(fù)性氣體。親合性愈強(qiáng)的氣體分子愈易俘獲電子而變成負(fù)離子。 負(fù)離子的形成使自由電子數(shù)減少，因而對(duì)氣體放電的發(fā)展起抑制作用?？諝庵械难鯕夂退肿訉?duì)電子都有一定的親合性，但還不是太強(qiáng)；而后面將要介紹的某些特殊的電負(fù)性氣體（例如SF6）對(duì)電子具有很強(qiáng)的親合性，其電氣強(qiáng)度遠(yuǎn)大于一般氣體，因而被稱為高電氣強(qiáng)度氣體。帶電粒子的消失帶電粒子的消失 氣體中帶電粒子的消失可能有下述幾種情況： 1. 帶電粒子在電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下作定向運(yùn)動(dòng)，在到達(dá)電極時(shí)，消失于電極上而形成外電路中的電流。 2. 帶電粒子因擴(kuò)散現(xiàn)象而逸出氣體放電空間； 3. 帶電粒子的

7、復(fù)合 當(dāng)氣體中帶異號(hào)電荷的粒子相遇時(shí)，有可能發(fā)生電荷的傳遞和中和，這種現(xiàn)象稱為復(fù)合。復(fù)合可能發(fā)生在電子和正離子之間，稱為電子復(fù)合，其結(jié)果是產(chǎn)生了一個(gè)中性分子；復(fù)合也可能發(fā)生在正離子和負(fù)離子之間，稱為離子復(fù)合，其結(jié)果是產(chǎn)生了兩個(gè)中性分子。上述兩種復(fù)合都會(huì)以光子的形式放出能量，這種光輻射在一定條件下能導(dǎo)致其他氣體分子的電離。帶電粒子的復(fù)合率與正、負(fù)電荷的濃度有關(guān)，濃度越大則復(fù)合率越高。 每立方厘米的常態(tài)空氣中經(jīng)常存在著5001000對(duì)正、負(fù)帶電粒子，它們是外界電離因子（高能輻射線）使空氣分子發(fā)生電離和產(chǎn)生出來的正、負(fù)帶電粒子又不斷地復(fù)合所達(dá)到的一種動(dòng)態(tài)平衡。第二節(jié)第二節(jié) 電子崩電子崩非自持放電和自

8、持放電的不同特點(diǎn)非自持放電和自持放電的不同特點(diǎn) 電流隨外施電壓的提高而增大，因?yàn)閹щ娏Ｗ酉螂姌O運(yùn)動(dòng)的速度加快復(fù)合率減小 電流飽和，帶電粒子全部進(jìn)入電極，電流僅取決于外界電離因子的強(qiáng)弱（良好的絕緣狀態(tài)） 由于電子碰撞電離引起的電流增大電流急劇上升放電過程進(jìn)入了一個(gè)新的階段（擊穿） 外施電壓小于U0時(shí)的放電是非自持放電非自持放電。電壓到達(dá)U0后，電流劇增，間隙中電離過程只靠外施電壓已就能維持，不再需要外界電離因子。 自持放電自持放電起始電壓起始電壓圖1-3 氣體放電的伏安特性曲線電子崩的形成（電子崩的形成（BCBC段電流劇增原因）段電流劇增原因） ddnnx0d0exxnnddnxn0ednn00

9、(e1)dnnnn 電子碰撞電離系數(shù)電子碰撞電離系數(shù)：代表一個(gè)電子沿電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)1cm的行程中所完成的碰撞電離次數(shù)平均值。 0exnn圖1-5 均勻電場(chǎng)中的電子崩計(jì)算影響碰撞電離的因素影響碰撞電離的因素i1eUE1cm長度內(nèi)一個(gè)電子的平均碰撞次數(shù)為1/ （：電子平均自由行程）碰撞引起電離的概率碰撞電離的條件i/xUETpBp EApe正離子消失在陰極表面，由正離子消失在陰極表面，由過程在陰極上釋放出來的過程在陰極上釋放出來的 二次電子數(shù)為二次電子數(shù)為) 1(de1) 1(de表示由表示由過程在陰極上重新產(chǎn)生出來一個(gè)或更多電子，此過程在陰極上重新產(chǎn)生出來一個(gè)或更多電子，此時(shí)即使沒有外界電離因子也

10、能使電離過程繼續(xù)維持發(fā)展，即時(shí)即使沒有外界電離因子也能使電離過程繼續(xù)維持發(fā)展，即轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)入自持放電。自持放電。 過程過程若若第三節(jié)第三節(jié) 自持放電條件自持放電條件 自持放電條件1ln1) 1(ded如自持放電條件滿足時(shí)，會(huì)形成下圖的閉環(huán)部分循環(huán)不息的狀態(tài)。如自持放電條件滿足時(shí)，會(huì)形成下圖的閉環(huán)部分循環(huán)不息的狀態(tài)。自持放電條件自持放電條件第四節(jié)第四節(jié) 起始電壓與氣壓的關(guān)系起始電壓與氣壓的關(guān)系 湯遜自持放電判據(jù)湯遜自持放電判據(jù)(e1) 1d 氣體擊穿的巴申定律氣體擊穿的巴申定律 0()()ln1ln(1)B pdUA pdb()Uf pd 當(dāng)氣溫當(dāng)氣溫T非恒定時(shí)非恒定時(shí) b()UFdss2.9T p

11、pp TT 巴申定律巴申定律 湯遜理論適用于低氣壓、短間隙的情況，流注理論適用于高氣壓、長氣隙的情況，即pd 值較大時(shí)的場(chǎng)合。 ( (一）空間電荷對(duì)原有電場(chǎng)的影響一）空間電荷對(duì)原有電場(chǎng)的影響 電子崩頭部集中大量正離子和全部電子，這些的空間電荷使原電場(chǎng)明顯畸變，大大加強(qiáng)了崩頭及崩尾處的電場(chǎng)。電子崩中間區(qū)域所產(chǎn)生的復(fù)合過程不斷輻射出光子，引起光電離。 （二）空間光電離的作用（二）空間光電離的作用 電子崩中電荷密度很大，所以復(fù)合過程頻繁，放射出的光子在崩頭或崩尾強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)很容易引起光電離而形成二次電子崩，二次電子崩的來源是空間電荷引起的電場(chǎng)畸變和光電離。 這些電離強(qiáng)度和發(fā)展速度遠(yuǎn)大于初始電子崩的新放電

12、區(qū)（二次電子崩）以及它們不斷匯入初崩通道的過程被稱為流注。 流注的形成流注的形成第五節(jié)第五節(jié) 氣體放電的流注理論氣體放電的流注理論流注自持放電條件（即形流注自持放電條件（即形成流注的條件）成流注的條件） d 20 ed 108 流注理論能很好解釋 pd 值較大時(shí)的氣體放電現(xiàn)象：例如放電并不充滿整個(gè)電極空間，而是呈現(xiàn)細(xì)窄的放電通道；有時(shí)放電通道呈曲折和分支狀；放電時(shí)間遠(yuǎn)小于正離子穿越極間氣隙所需的時(shí)間，氣隙的擊穿電壓值與陰極的材料無關(guān)；等等。 圖l-9表示初崩頭部放出的光子在崩頭前方和崩尾后方引起空間光電離并形成二次崩以及它們和初崩匯合的流注過程。一、稍不均勻電場(chǎng)和極不均勻電場(chǎng)的放電特征一、稍不

13、均勻電場(chǎng)和極不均勻電場(chǎng)的放電特征maxav124EfEfff電場(chǎng)的劃分：電場(chǎng)不均勻系數(shù)：為均勻電場(chǎng)；為稍不均勻電場(chǎng)；為極不均勻電場(chǎng)a vUEd第六節(jié)第六節(jié) 不均勻電場(chǎng)中的放電過程不均勻電場(chǎng)中的放電過程二、電暈放電二、電暈放電 在220kV以上的超高壓輸電線路上，特別是在壞天氣條件下，其導(dǎo)線表面會(huì)呈現(xiàn)一種淡紫色的輝光，并伴有咝咝作響的噪聲和臭氧的氣味。這種現(xiàn)象就是電暈放電或簡(jiǎn)稱電暈。 電暈是局部放電的一種，其特點(diǎn)在于它一定觸及一個(gè)電極或兩個(gè)電極，而一般所稱的局部放電可以發(fā)生在電極表面，也可以存在于兩極之間的某一空間而不觸及任一電極。 電暈放電可以是極不均勻電場(chǎng)氣隙擊穿過程的第一階段，也可以是長期

14、存在的穩(wěn)定放電形式。存在穩(wěn)定電暈放電是極不均勻電場(chǎng)中氣體放電的一大特點(diǎn)，因?yàn)樵诰鶆蚧蛏圆痪鶆螂妶?chǎng)中，一旦某處出現(xiàn)電暈，它將迅速導(dǎo)致整個(gè)氣隙的擊穿，而不可能長期穩(wěn)定地存在電暈放電現(xiàn)象。 開始出現(xiàn)電暈放電時(shí)的電暈起始電壓Uc雖然也可從理論上求得，但由于它的影響因素很多，這種推算相當(dāng)繁復(fù)和不精確。 正由于此，電暈起始電壓Uc通常均利用實(shí)驗(yàn)的方法來求取，然后根據(jù)電極表面電場(chǎng)強(qiáng)度E與所加電壓U的關(guān)系，推導(dǎo)出相應(yīng)的計(jì)算電暈起始場(chǎng)強(qiáng)Ec的經(jīng)驗(yàn)公式。2ln0.330(1)(/)cEUUEhrrmkV cmrmr導(dǎo)線表面電場(chǎng)強(qiáng)度 與對(duì)地電壓 的關(guān)系為：計(jì)算電暈起始場(chǎng)強(qiáng)，可用皮克公式：E式中 導(dǎo)線表面粗糙系數(shù)空氣

15、相對(duì)密度導(dǎo)線半徑，cm電暈放電會(huì)產(chǎn)生多種效應(yīng)：電暈放電會(huì)產(chǎn)生多種效應(yīng)： 電暈損耗 諧波電流和非正弦電壓 無線電干擾 可聞噪聲 空氣的有機(jī)合成等 超/特高壓輸電線路的電暈放電引起的電能損耗、環(huán)境影響比較嚴(yán)重。對(duì)于線路的設(shè)計(jì)和環(huán)境評(píng)估，影響最大的是：電暈損耗、無線電干擾和可聞噪聲三項(xiàng)。 （1 1）電暈損耗）電暈損耗 (Corona Loss，CL) 電暈放電所引起的光、聲、熱等效應(yīng)而消耗能量，這種電暈損耗會(huì)對(duì)線路的輸電效率產(chǎn)生一定的影響。 電暈損耗受到大氣條件和線路結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響。 在雨、雪、霧等壞天氣時(shí)，電暈起始電壓UC降低，電暈損耗大增。 近似計(jì)算交流輸電線路，每相導(dǎo)線電暈損耗功率的皮克經(jīng)驗(yàn)公

16、式為： 式中： f 電源頻率，Hz； 空氣的相對(duì)密度； r 起暈導(dǎo)線的半徑，cm； D 線間距離，cm； U 導(dǎo)線上所加相電壓，kV； UO與電暈起始電壓UC 相近的一個(gè)計(jì)算用臨界電 壓，kV。27)-(1 (kW/km) 10)()25(1520241UUfPDrc 皮克為獲取這一經(jīng)驗(yàn)公式而進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)所用的導(dǎo)線半徑、輸電電壓等都沒有達(dá)到現(xiàn)代超高壓輸電線路的參數(shù)范圍，所以這一公式對(duì)于現(xiàn)代超高壓、大直徑導(dǎo)線的情況不甚適用。 現(xiàn)代超高壓輸電線路一般采用試驗(yàn)線路所得到的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，整理成一系列曲線圖表，以方便電暈損耗的計(jì)算。(2) (2) 無線電干擾無線電干擾（Radio Interference R

17、I） 輸電線路產(chǎn)生的電暈放電出現(xiàn)的放電脈沖，形成高頻電磁波，在無線電頻率的寬廣頻段范圍內(nèi)造成干擾，包括無線電干擾（RI）和電視干擾（TVI）。還有可能對(duì)頻率范圍為30500 kHz的載波通信和信號(hào)傳輸也產(chǎn)生干擾。 無線電干擾電平會(huì)隨天氣的變化而有很大的差異。RI還與線路結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，包括導(dǎo)線的分裂數(shù)、子導(dǎo)線半徑、相間距離、導(dǎo)線對(duì)地高度等等。 關(guān)于輸電線路的RI限值，至今仍未制定出統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)。我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB15707-1995規(guī)定的RI限值以0.5MHz為參考頻率，距邊相導(dǎo)線在地上垂直投影外側(cè)20m為參考距離，具體取值如下表。 表表1- 4 1- 4 我國的無線電干擾限值（我國的無線電干擾

18、限值（0.5MHz, 20m0.5MHz, 20m）線路電壓等級(jí)（kV）110220330500RI限值（dB）465355（3）可聞噪聲（）可聞噪聲（Audible Noise AN）：）： 當(dāng)導(dǎo)線上出現(xiàn)電暈時(shí)，超高壓線路就會(huì)產(chǎn) 生可聞噪聲。壞天氣時(shí)的可聞噪聲會(huì)增強(qiáng)。 噪聲產(chǎn)生：電暈放電所產(chǎn)生的正、負(fù)離子被周期性變化的交變電場(chǎng)所吸引或排斥，它們的運(yùn)動(dòng)使聲壓波的頻率和幅值等于工頻電壓波的2倍。此外，可聞噪聲相當(dāng)寬的頻譜是由于離子隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，如圖1- 11所示。 線路所產(chǎn)生的可聞噪聲主要由下列因素決定： 1）導(dǎo)線表面電場(chǎng)強(qiáng)度； 2）導(dǎo)線分裂數(shù)； 3）子導(dǎo)線的半徑； 4）大氣條件； 5）從導(dǎo)線

19、到測(cè)量點(diǎn)之間的橫向距離。 可聞噪聲將成為選擇特高壓交、直流輸電線路導(dǎo)線和確定線路走廊寬度時(shí)的決定性因素。對(duì)于超高壓線路來說，起決定作用的往往是“無線電干擾”。 要防止或減輕電暈放電的危害，最根本的途徑顯然是設(shè)法限制和降低導(dǎo)線的表面電場(chǎng)強(qiáng)度。應(yīng)用得最廣泛的是采用分裂導(dǎo)線。 電暈放電也有可利用的一面：靜電除塵、靜電噴涂和臭氧發(fā)生器等。三、極不均勻電場(chǎng)中的放電過程三、極不均勻電場(chǎng)中的放電過程極性效應(yīng)極性效應(yīng) 負(fù)極性負(fù)極性“棒板棒板”氣隙的擊穿電壓比正極性氣隙的擊穿電壓比正極性“棒板棒板”氣隙高。氣隙高。 一、放電時(shí)間一、放電時(shí)間 完成氣隙擊穿的三個(gè)必備條件必備條件： 足夠大的電場(chǎng)強(qiáng)度或足夠高的電壓；

20、 在氣隙中存在能引起電子崩并導(dǎo)致流注和主放電 的有效電子； 需要有一定的時(shí)間，讓放電得以逐步發(fā)展并完成擊穿。第七節(jié)第七節(jié) 放電時(shí)間和沖擊電壓下的氣隙擊穿放電時(shí)間和沖擊電壓下的氣隙擊穿統(tǒng)計(jì)時(shí)延：統(tǒng)計(jì)時(shí)延：從外施電壓達(dá)Us時(shí)起，到出現(xiàn)第一個(gè)有效電子所需時(shí)間放電形成時(shí)延：放電形成時(shí)延：從出現(xiàn)第一個(gè)有效電子時(shí)起，到擊穿過程最后完成所需的時(shí)間靜態(tài)靜態(tài)擊穿電壓擊穿電壓 放電時(shí)間放電時(shí)間圖圖1- 15 1- 15 放電時(shí)間的組成放電時(shí)間的組成t1升壓時(shí)間，電壓從0升到靜態(tài)擊穿電壓U0 所需時(shí)間；ts 統(tǒng)計(jì)時(shí)延，指從 t1到氣隙中出現(xiàn)第一個(gè)有 效電子的時(shí)間；tf 放電形成時(shí)延，從出現(xiàn)第一個(gè)有效電子到 最終完成

21、擊穿的時(shí)間。 總的放電時(shí)間 tb 由三部分組成，即 tb = tl + ts + tf放電時(shí)延 tlag = ts + tf放電時(shí)間放電時(shí)間二、沖擊電壓波形的標(biāo)準(zhǔn)化二、沖擊電壓波形的標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓波的波形標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓波的波形： T1=1.2s30， T2=50s20 對(duì)于不同極性可寫成： +1.2/50s 或-1.2/50s標(biāo)準(zhǔn)雷電截波的波形標(biāo)準(zhǔn)雷電截波的波形 用來模擬雷電過電壓引起氣隙擊穿或外絕緣閃絡(luò)后出現(xiàn)的截尾沖擊波（如圖1-17）。IEC標(biāo)準(zhǔn)和我國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為：波前時(shí)間T1=1.2s30% ；截?cái)鄷r(shí)間Tc=25s；可寫成：1.2/ 25s標(biāo)準(zhǔn)操作沖擊電壓波的波形標(biāo)準(zhǔn)操作沖擊

22、電壓波的波形： T1=250s20， T2=2500s60 對(duì)于不同極性可寫成： +250/2500s或 250/2500s 三、沖擊電壓下的氣隙擊穿特性三、沖擊電壓下的氣隙擊穿特性 在持續(xù)作用電壓下，每一氣隙的擊穿電壓均為一確定的數(shù)值，因而通常都以這一擊穿電壓值來表征該氣隙的擊穿特性或電氣強(qiáng)度。與此不同，氣隙在沖擊電壓作用下的擊穿就要復(fù)雜得多了，這時(shí)的擊穿特性通常采用下面兩種表征方法，它們分別應(yīng)用于不同的場(chǎng)合： （一）（一）5050沖擊擊穿電壓及沖擊系數(shù)沖擊擊穿電壓及沖擊系數(shù) 50沖擊擊穿電壓（ U 50%） 多次施加該電壓時(shí)，有半數(shù)左右會(huì)導(dǎo)致?lián)舸┑碾?壓值 。 沖擊系數(shù)（ ） 該氣隙的50

23、沖擊擊穿電壓U 50%與靜態(tài)擊穿電壓 Us 之比 。 = U 50% / Us（二）（二）伏秒特性伏秒特性伏秒特性：伏秒特性：在特定沖擊電壓波形下，表示氣隙沖擊擊穿 電壓與放電時(shí)間關(guān)系的特性曲線。 用實(shí)驗(yàn)確定氣隙用實(shí)驗(yàn)確定氣隙 伏秒特性的方法：伏秒特性的方法： 保持沖擊電壓的波形不變，逐漸升高沖擊電壓的峰值，使氣隙發(fā)生擊穿，并用示波圖錄下?lián)舸╇妷篣與擊穿時(shí)間t。 若擊穿發(fā)生在波前或峰值，取即時(shí)值若擊穿發(fā)生在波尾，取峰值未擊穿圖圖1-19 1-19 伏秒特性曲線伏秒特性曲線 由于放電時(shí)間具有分散性，伏秒特性實(shí)際上是一個(gè)以上、下包線為界的帶狀區(qū)域，稱為伏秒特性帶，如圖1-20所示。但實(shí)用上都選用其

24、平均伏秒特性或50伏秒特性來代表該絕緣的伏秒特性。 圖1-21將均勻電場(chǎng)和不均勻電場(chǎng)氣隙的伏秒特性放在一起作比較。 沿面放電：沿面放電：沿著固體介質(zhì)表面發(fā)展的氣體放電現(xiàn)象。一、沿面放電的一般概念一、沿面放電的一般概念1.固體絕緣裝置處于氣體介質(zhì)的包圍之中，它所具備的絕緣功能有兩種喪失的可能：其一是固體介質(zhì)本身被擊穿了，另一是沿著固體介質(zhì)表面發(fā)生氣體的擊穿（閃絡(luò)）。2.沿固體介質(zhì)表面的閃絡(luò)電壓不但要比固體介質(zhì)本身的擊 穿電壓低得多，而且也比極間距離相同的純氣隙的擊穿 電壓低不少?？梢?，一個(gè)絕緣裝置的實(shí)際耐壓能力取決 于它的沿面閃絡(luò)電壓。 3.沿面閃絡(luò)電壓容易受固體絕緣的材料、表面狀態(tài)、染污程度、

25、氣候條件等因素的影響。第八節(jié)第八節(jié) 沿面放電和污閃事故沿面放電和污閃事故二、沿面放電的類型與特點(diǎn)二、沿面放電的類型與特點(diǎn) 固體介質(zhì)與氣體介質(zhì)分界面上的電場(chǎng)分布狀況對(duì)沿面放電有很大的影響。固體介質(zhì)與氣體介質(zhì)分界面上的電場(chǎng)分布狀況對(duì)沿面放電有很大的影響。 不同的界面電場(chǎng)分布狀況下的沿面放電不同的界面電場(chǎng)分布狀況下的沿面放電 均勻和稍不均勻電場(chǎng)的沿面放電 極不均勻電場(chǎng)且具有強(qiáng)垂直分量時(shí)的沿面放電 極不均勻電場(chǎng)且具有弱垂直分量時(shí)的沿面放電（一）均勻和稍不均勻電場(chǎng)中的沿面放電（一）均勻和稍不均勻電場(chǎng)中的沿面放電 在均勻電場(chǎng)中，如果放入的固體介質(zhì)的界面與電力線平行，插入這塊固體介質(zhì)后，沿面閃絡(luò)電壓仍然要比

26、純空氣間隙的擊穿電壓降低很多，這表明原先的均勻電場(chǎng)還是發(fā)生了畸變，其主要原因如下： 固體介質(zhì)與電極接觸不良 固體介質(zhì)表面形成水膜 沿面電場(chǎng)的畸變（二）極不均勻電場(chǎng)且具有強(qiáng)垂直分量時(shí)的沿面放電（二）極不均勻電場(chǎng)且具有強(qiáng)垂直分量時(shí)的沿面放電圖1-23 沿套管表面放電的示意圖 1導(dǎo)桿；2法蘭（a）電暈放電（b）細(xì)線狀輝光放電（c）滑閃放電 如圖1 23 (a)所示，當(dāng)所加電壓還不高時(shí)，法蘭附近即首先出現(xiàn)電暈放電；電暈放電； 如圖1 23 (b)所示，隨著外加電壓的升高，放電區(qū)逐漸變成由許多平行的火花細(xì)線組成的光帶，火花細(xì)線的長度隨電壓的升高而增大，但此時(shí)放電通道中的電流密度還不大、壓降較大，伏安特性

27、仍具有上升的特征，所以仍屬于輝光放電輝光放電的范疇。 如圖1 23 (c)所示，當(dāng)電壓超過某一臨界值后，放電性質(zhì)發(fā)生變化，個(gè)別細(xì)線突然迅速伸長，轉(zhuǎn)變?yōu)榉种У臉渲蠲髁粱鸹ㄍǖ?，這種樹枝狀火花并不固定在一個(gè)位置上，而是在不同位置上交替出現(xiàn)，所以稱為滑閃放電滑閃放電。 達(dá)到滑閃放電這個(gè)階段后，電壓的微小升高就會(huì)導(dǎo)致火花的急劇伸長，所以電壓再升高一些，放電火花就將到達(dá)另一電極，完成表面氣體的完全擊穿，稱為沿面閃絡(luò)沿面閃絡(luò)或簡(jiǎn)稱“閃絡(luò)閃絡(luò)”。通常沿面閃絡(luò)電壓比滑閃放電電壓高得不多。 （三）極不均勻電場(chǎng)中垂直分量很弱時(shí)的沿面放電（三）極不均勻電場(chǎng)中垂直分量很弱時(shí)的沿面放電 以圖1-22（c)中的支柱絕緣

28、子為例，這時(shí)沿瓷面的電場(chǎng)切線分量較強(qiáng)，而垂直分量很弱。這種絕緣子的兩個(gè)電極之間的距離較長，其間的固體介質(zhì)（電瓷）本身是根本不可能被擊穿的，可能出現(xiàn)的只有沿面閃絡(luò)。 此時(shí)固體介質(zhì)處于極不均勻電場(chǎng)中，因而其平均閃絡(luò)場(chǎng)強(qiáng)顯然要比均勻電場(chǎng)低得多；但另一方面，由于界面上的電場(chǎng)垂直分量很弱，因而不會(huì)出現(xiàn)熱電離和滑閃放電。這種絕緣子的干閃絡(luò)電壓基本上隨極間距離的增大而提高，其平均閃絡(luò)場(chǎng)強(qiáng)大于前一種有滑閃放電時(shí)的情況。三、沿面放電電壓的影響因素和提高方法三、沿面放電電壓的影響因素和提高方法 沿面放電電壓受下列因素的影響： （一）固體介質(zhì)材料 各種不同材料表面的工頻閃絡(luò)電壓與極間距離的關(guān)系曲線見圖1- 24，可

29、見工頻閃絡(luò)電壓的高低主要取決于該固體材料的親水性或憎水性。 （二）電場(chǎng)型式 在同樣的表面閃絡(luò)距離下，均勻與稍不均勻電場(chǎng)中的沿面放電電壓是最高的。在界面電場(chǎng)主要為切線分量的極不均勻電場(chǎng)中，沿面閃絡(luò)電壓比同樣距離的純空氣間隙的擊穿電壓降低得較少。 具有強(qiáng)垂直分量的絕緣子（例如 套管）的主要問題是會(huì)出現(xiàn)滑閃放電，這使得它的閃絡(luò)電壓比距離相同的純空氣間隙的擊穿電壓低得多，而且單靠增大極間距離的辦法，不能有效地提高其閃絡(luò)電壓，只有采取防止或推遲出現(xiàn)滑閃放電的措施才能收到效果。四、固體介質(zhì)表面有水膜時(shí)的沿面放電四、固體介質(zhì)表面有水膜時(shí)的沿面放電 絕緣子表面上的水膜是不均勻和不連續(xù)的。有水膜覆蓋的表面電導(dǎo)大

30、，無水膜處的表面電導(dǎo)小，絕大部分外加電壓將由干表面（例如圖1- 26中的BCA段）來承受。當(dāng)電壓升高時(shí)，或者空氣間隙BA先擊穿，或者干表面BCA，先閃絡(luò)，但結(jié)果都是形成ABA電弧放電通道，出現(xiàn)一連串的ABA通道就造成整個(gè)絕緣子的完全閃絡(luò)。 如果雨量特別大，傘上的積水像瀑布似的往下流，傘緣間亦有可能被雨水所短接而構(gòu)成電弧通道，絕緣子也將發(fā)生完全的閃絡(luò)。 可見絕緣子在雨下有三種可能的閃絡(luò)途徑： 沿著濕表面AB和干表面BCA發(fā)展； 沿著濕表面AB和空氣間隙BA發(fā)展； 沿著濕表面AB和水流BB發(fā)展。 在設(shè)計(jì)絕緣子時(shí)，為了保證它們有較高的濕閃電壓，對(duì)各級(jí)電壓的絕緣子應(yīng)有的傘裙數(shù)、傘的傾角、傘裙直徑、傘裙

31、伸出長度與傘裙間氣隙長度之比均應(yīng)仔細(xì)考慮、合理選擇。 五、絕緣子染污狀態(tài)下的沿面放電五、絕緣子染污狀態(tài)下的沿面放電 污閃的形成過程：污閃的形成過程： 染污絕緣子表面上的污層在干燥狀態(tài)下一般不導(dǎo)電，在出現(xiàn)急風(fēng)驟雨時(shí)將被沖刷凈，但在遇到毛毛雨、霧、露等不利天氣時(shí)，污層將被水分所濕潤，電導(dǎo)大增，在工作電壓下的泄漏電流大增,在一定電壓下能維持的局部電弧長度亦不斷增加，絕緣子表面上這種不斷延伸發(fā)展的局部電弧現(xiàn)象俗稱爬電。一旦局部電弧達(dá)到某一臨界長度時(shí)，弧道溫度已很高，弧道的進(jìn)一步伸長就不再需要更高的電壓，而是自動(dòng)延伸直至貫通兩極，完成沿面閃絡(luò)。 絕緣子的污閃是一個(gè)受到電、熱、化學(xué)、氣候等多方面因素影響的

32、復(fù)雜過程，通?？煞譃椋悍e污、受潮、干區(qū)形成、局部電弧的出現(xiàn)和發(fā)展等四個(gè)階段，采取措施抑制或阻止其中任一階段的發(fā)展和完成，就能防止污閃事故的發(fā)生。 統(tǒng)計(jì)表明：污閃的次數(shù)雖然不像雷擊閃絡(luò)那樣多，但它造成的后果卻要嚴(yán)重得多。 雷擊閃絡(luò)僅發(fā)生在一點(diǎn)，外絕緣閃絡(luò)引起跳閘后，其絕緣性能迅速自恢復(fù)，因而自動(dòng)重合閘往往能取得成功，不會(huì)造成長時(shí)間的停電； 在發(fā)生污閃時(shí)，由于同一個(gè)區(qū)域內(nèi)的絕緣子積污、受潮狀況是差不多的，所以容易發(fā)生大面積多點(diǎn)污閃事故，自動(dòng)重閘成功率遠(yuǎn)低于雷擊閃絡(luò)時(shí)的情況，因而往往導(dǎo)致事故的擴(kuò)大和長時(shí)間停電。就經(jīng)濟(jì)損失而言，污閃在各類事故中居首位，所以目前普遍認(rèn)為，污閃是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的大敵，在

33、電力系統(tǒng)外絕緣水平的選擇中所起作用越來越重要。 影響污閃電壓的因素影響污閃電壓的因素（1）污穢的性質(zhì)和污染程度）污穢的性質(zhì)和污染程度 污穢的導(dǎo)電率越高和介質(zhì)表面沉積的污穢量越多，則閃絡(luò)電壓越低。這實(shí)際上說明表面泄漏電流越大，閃絡(luò)電壓越低。所以在工程中常將污層表面電導(dǎo)率作為監(jiān)測(cè)絕緣子臟污嚴(yán)重程度的一個(gè)特征參數(shù)。（2）濕潤的方式）濕潤的方式 最容易發(fā)生污閃的氣象條件是霧、露、融雪和毛毛雨等，這些條件下污層易達(dá)到飽和濕潤的狀態(tài),但不被沖洗掉。（3）泄漏距離）泄漏距離 在污層表面電導(dǎo)率一定時(shí)，泄漏距離越長，表面電阻的阻值越大，絕緣子的泄漏距離是影響污閃電壓的重要因素。 （4）外施電壓的種類）外施電壓的

34、種類 由于污閃是局部電弧不斷拉長的過程，因此電壓作用時(shí)間越短就越不容易導(dǎo)致閃絡(luò)。污穢污穢等級(jí)等級(jí)污污 濕濕 特特 征征 鹽密鹽密(mg/cm2)線路線路發(fā)電廠發(fā)電廠變電所變電所0大氣清潔地區(qū)及離海岸鹽場(chǎng)50km以上無明顯污染地區(qū)0.03大氣輕度污染地區(qū)，工業(yè)區(qū)和人口低密集區(qū)，離海岸鹽場(chǎng)10km50km地區(qū)，在污閃季節(jié)中干燥少霧（含毛毛雨）或雨量較多時(shí)0.030.060.06大氣中等污染地區(qū)，輕鹽堿和爐煙污穢地區(qū)，離海岸鹽場(chǎng)3km10km地區(qū)，在污閃季節(jié)中潮濕多霧（含毛毛雨）但雨量較少時(shí)0.060.100.060.10大氣污染較嚴(yán)重地區(qū)，重霧和重鹽堿地區(qū)，近海岸鹽場(chǎng)13km地區(qū)，工業(yè)與人口密度較

35、大地區(qū)，離化學(xué)污源和爐煙污穢300m1500m的較嚴(yán)重污穢地區(qū)0.100.250.100.25大氣特別嚴(yán)重污染地區(qū)，離海岸鹽場(chǎng)1km以內(nèi)，離化學(xué)污源和爐煙污穢300m以內(nèi)的地區(qū)0.250.350.250.35表表1-51-5 線路和發(fā)電廠、變電所污穢等級(jí)線路和發(fā)電廠、變電所污穢等級(jí) 污穢等級(jí)的劃分污穢等級(jí)的劃分 污穢等值附鹽密度污穢等值附鹽密度（簡(jiǎn)稱（簡(jiǎn)稱“等值鹽密等值鹽密”, mg/cm2） ： 與絕緣子表面單位面積上污穢物導(dǎo)電性相當(dāng)?shù)牡戎蝶}（NaCl)量。用 一個(gè)參數(shù)同時(shí)表征污穢量及污穢性質(zhì)，以簡(jiǎn)化對(duì)污穢嚴(yán)重程度的描述。污穢等級(jí)爬電比距（cm/kV）線 路發(fā)電廠、變電所220kV及以下33

36、0kV及以上220kV及以下330kV及以上01.39（1.60）1.45（1.60）1.391.74（1.602.00）1.451.82（1.602.00）1.60（1.84）1.60（1.76）1.742.17（2.002.50）1.822.27（2.002.50）2.00（2.30）2.00（2.20）2.172.78（2.503.20）2.272.91（2.503.20）2.50（2.88）2.50（2.75）2.783.30（3.203.80）2.913.45(3.203.80)3.10（3.57）3.10（3.41） 表表1-6 1-6 各污穢等級(jí)所要求的爬電比距值各污穢等級(jí)所要求

37、的爬電比距值 注：注： 括號(hào)內(nèi)的數(shù)據(jù)為以系統(tǒng)額定電壓為基準(zhǔn)的爬電比距值。調(diào)整爬距（增大泄漏距離）調(diào)整爬距（增大泄漏距離）定期或不定期的清掃定期或不定期的清掃 使用涂料使用涂料采用半導(dǎo)體釉絕緣子采用半導(dǎo)體釉絕緣子 使用新型合成絕緣子使用新型合成絕緣子六、污閃事故的對(duì)策六、污閃事故的對(duì)策 隨著環(huán)境污染的加重、電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及對(duì)供電可靠性的要求越來越高，防止電力系統(tǒng)中發(fā)生污閃事故已成為十分重要的課題。在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中實(shí)際采用的防污閃措施主要有以下幾項(xiàng)： 圖圖 變電設(shè)備外絕緣的噴水清污變電設(shè)備外絕緣的噴水清污第二章第二章 氣體介質(zhì)的電氣強(qiáng)度氣體介質(zhì)的電氣強(qiáng)度 在工程實(shí)踐中，常常會(huì)遇到必須對(duì)氣

38、體介質(zhì)（主要是空氣和SF6氣體）的電氣強(qiáng)度（通常以擊穿場(chǎng)強(qiáng)或擊穿電壓來表示）作出定量估計(jì)的情況。 氣體放電的發(fā)展過程比較復(fù)雜、影響因素很多，要用理論計(jì)算的方法求取氣隙的擊穿電壓是相當(dāng)困難和不可靠的。通常都采用實(shí)驗(yàn)的方法來確定典型電極（例如“棒-板”、“棒-棒”、“球-球”、同軸圓筒等）所構(gòu)成的氣隙的擊穿特性。 均勻電場(chǎng)氣隙的擊穿均勻電場(chǎng)氣隙的擊穿特性特性特點(diǎn)：特點(diǎn)： （1）均勻電場(chǎng)的兩個(gè)電極形狀完全相同且對(duì)稱分布，因而不存在極性效應(yīng)； （2）均勻電場(chǎng)中各處的電場(chǎng)強(qiáng)度均相等，擊穿所需時(shí)間極短，因而它在直流、工頻和沖擊電壓作用下的擊穿電壓相同； （3）擊穿電壓的分散性很小，伏秒特性很快就變平，沖擊

39、系數(shù)為1。 第一節(jié)第一節(jié) 均勻和稍不均勻電場(chǎng)氣隙的擊穿特性均勻和稍不均勻電場(chǎng)氣隙的擊穿特性（1）球間隙球間隙（例如：高電壓試驗(yàn)中用來測(cè)量高電壓幅值的球隙測(cè)壓器）（1）dD/4時(shí)，電場(chǎng)不均勻度增大，大地對(duì)球隙中電場(chǎng)分布的影響加大，因而平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)變小，擊穿電壓的分散性增大。 為了保證測(cè)量精度，球隙測(cè)壓器一般應(yīng)在 d D/2的范圍內(nèi)工作。 稍不均勻電場(chǎng)氣隙的擊穿稍不均勻電場(chǎng)氣隙的擊穿特性特性（2 2）同軸圓柱電極）同軸圓柱電極 （例如：高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器、GIS分相母線）（1）r/R0.1時(shí)時(shí)，屬稍不均勻電場(chǎng)，擊穿前不再有穩(wěn)定的電暈放電，且由圖可見，當(dāng)r/R 0.33時(shí)擊穿電壓出現(xiàn)極大值（上述電氣設(shè)備

40、在絕緣設(shè)計(jì)時(shí)通常將r/R之比選取在0.25 0.4的范圍內(nèi)）。 稍不均勻電場(chǎng)氣隙的擊穿稍不均勻電場(chǎng)氣隙的擊穿特性特性 直流電壓直流電壓 不對(duì)稱的極不均勻電場(chǎng)（例如 “棒-板”氣隙）在直流電壓下的擊穿具有明顯的的極性效應(yīng)，其正極性擊穿電壓顯著低于負(fù)極性擊穿電壓。而對(duì)稱的極不均勻電場(chǎng)（例如 “棒-棒”氣隙）的電氣強(qiáng)度介于二者之間。 圖2-4“棒板”和“棒棒”空氣間隙的 直流擊穿電壓 第二節(jié)第二節(jié) 極不均勻電場(chǎng)氣隙的的擊穿特性極不均勻電場(chǎng)氣隙的的擊穿特性 無論“棒-棒”或“棒-板”電極，擊穿都發(fā)生在電壓的正半周峰值附近，分散性也不大； 當(dāng)間隙距離不太大時(shí)，擊穿電壓與間隙距離呈線性關(guān)系；當(dāng)間隙距離很大

41、時(shí)，平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)明顯降低，即出現(xiàn)“飽和”現(xiàn)象，如圖2-7。 工頻交流電壓工頻交流電壓 1. 雷電沖擊擊穿電壓與距離成正 比，無飽和； 2. 沖擊系數(shù)通常均顯著大于1, 沖擊 擊穿電壓的分散性也較大。 3. “棒-板”氣隙的沖擊擊穿電壓具有 明顯的極性效應(yīng)。雷電沖擊電壓雷電沖擊電壓 操作沖擊電壓操作沖擊電壓 極不均勻電場(chǎng)長氣隙在操作沖擊電壓下的擊穿具有下列特點(diǎn)： (1) 操作沖擊電壓的波形對(duì)氣隙的電氣強(qiáng)度有很大的影響，圖2 -10中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，氣隙的50%操作沖擊擊穿電壓U50%(s)與波前時(shí)間Tcr 的關(guān)系曲線呈“U”形，在某一最不利的波前時(shí)間Tc（可稱之為臨界波前時(shí)間）下，U50%(s)

42、 出現(xiàn)極小值U50%(min)。 圖中一條虛線曲線表示不同長度氣隙的 U50%(min)與Tc 的關(guān)系。 (2) 雖然操作沖擊電壓的變化速度和作用時(shí)間均介于工頻交流電壓和雷電沖擊電壓之間，但氣隙的操作沖擊擊穿電壓遠(yuǎn)低于雷電沖擊擊穿電壓，在某些波前時(shí)間范圍內(nèi)，甚至比工頻擊穿電壓還要低。 必須注意：在各種類型的作用電壓中，以操作沖擊電壓下的電氣強(qiáng)度為最小。在確定電力設(shè)施的空氣間距時(shí)，必須考慮這一重要情況。 (3) 極不均勻電場(chǎng)長氣隙的操作沖擊擊穿特性具有顯著的“飽和”特征，如圖2 12所示。除了負(fù)極性“棒-棒”氣隙外，其他棒間隙的操作沖擊擊穿特性的“飽和”特征都十分明顯，而電氣強(qiáng)度最差的正極性“棒

43、-板”氣隙的“飽和”現(xiàn)象也最為嚴(yán)重，尤其是在氣隙長度大于56m以后。這對(duì)發(fā)展特高壓輸電技術(shù)來說，是一個(gè)極其不利的制約因素。 第三節(jié)第三節(jié) 大氣條件對(duì)氣隙擊穿特性的影響及其校正大氣條件對(duì)氣隙擊穿特性的影響及其校正大氣校正因數(shù)大氣校正因數(shù)1mK00273273tppt2WKK2. 濕度校正因數(shù)濕度校正因數(shù)1. 空氣密度校正因數(shù)空氣密度校正因數(shù) U = K1 K2 U0 在不同大氣條件和海拔高度下所得出的擊穿電壓實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)都必須換算到標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下才能互相進(jìn)行比較。 我國的國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)大氣條件為： 壓力p0101.3kPa（760mmHg）； 溫度t020或T0=293K； 絕對(duì)濕度h011g/

44、m3。 在實(shí)際試驗(yàn)條件下的氣隙擊穿電壓U與標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的擊穿電壓U0之間可通過相應(yīng)的校正因數(shù)進(jìn)行如下?lián)Q算： 對(duì)海拔高度的校正對(duì)海拔高度的校正 對(duì)于安裝在海拔高于l000m、但不超過4000m處的電力設(shè)施外絕緣，如在平原地區(qū)進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，其試驗(yàn)電壓U應(yīng)為平原地區(qū)外絕緣的試驗(yàn)電壓Up乘以海拔校正因數(shù)Ka , 即： U = Ka Up為安裝點(diǎn)的海拔高度HHKa;101 .114, m第四節(jié)第四節(jié) 提高氣體介質(zhì)電氣強(qiáng)度的方法提高氣體介質(zhì)電氣強(qiáng)度的方法 一、改進(jìn)電極形狀以一、改進(jìn)電極形狀以改善電場(chǎng)分布改善電場(chǎng)分布 例如采用屏蔽罩、擴(kuò)徑導(dǎo)線等增大電極曲率半徑,或改善電極邊緣形狀以消除邊緣效應(yīng)。 以電氣強(qiáng)

45、度最差的“棒-板”氣隙為例，如果在棒極的端部加裝一只直徑適當(dāng)?shù)慕饘偾?，就能有效地提高氣隙的擊穿電壓。圖2 13表明采用不同直徑屏蔽球時(shí)的效果，例如在極間距離為l00cm時(shí)，采用一直徑為75cm的球形屏蔽極就可使氣隙的擊穿電壓約提高一倍。二、利用空間電荷改善電場(chǎng)分布二、利用空間電荷改善電場(chǎng)分布 例如利用電暈放電產(chǎn)生的空間電荷來改善極不均勻電場(chǎng)氣隙中的電場(chǎng)分布，從而提高氣隙的擊穿電壓。 此種提高擊穿電壓的方法僅在電壓持續(xù)作用下才有效，在雷電沖擊電壓下并不適用。 三、采用屏障三、采用屏障 氣隙中的電場(chǎng)分布和氣體放電的發(fā)展過程都與帶電粒子在氣隙空間的產(chǎn)生、運(yùn)動(dòng)和分布密切有關(guān)，在氣隙中放置形狀和位置合適

46、、能阻礙帶電粒子運(yùn)動(dòng)和調(diào)整空間電荷分布的屏障，是提高氣體介質(zhì)電氣強(qiáng)度的一種有效方法。 有屏障氣隙的擊穿電壓與該屏障的安裝位置有很大的關(guān)系。四、采用高氣壓四、采用高氣壓 在常壓下空氣的電氣強(qiáng)度最大值約為30kV/cm。 常壓下空氣的電氣強(qiáng)度要比一般固體和液體介質(zhì)的電氣強(qiáng)度低得多。 把空氣氣壓提高，它的電氣強(qiáng)度也得到顯著的提高。主要是因?yàn)樘岣邭鈮嚎梢源蟠鬁p小電子的自由行程長度，從而削弱和抑制了電離過程。五、采用高電氣強(qiáng)度氣體五、采用高電氣強(qiáng)度氣體 在眾多的氣體中，有一些含鹵族元素的強(qiáng)電負(fù)性氣體例如六氟化硫(SF6)、氟里昂CC12F2)等的電氣強(qiáng)度特別高（比空氣高得多），因而可稱之為高電氣強(qiáng)度氣體

47、。 這類氣體還必須滿足其他方面的要求：液化溫度要低（這樣才能同時(shí)采用高氣壓）; 良好的化學(xué)穩(wěn)定性，該氣體在出現(xiàn)放電時(shí)不易分解、不燃燒或爆炸、不產(chǎn)生有毒物質(zhì)；生產(chǎn)不太困難，價(jià)格不過于昂貴。 在工程上獲得廣泛應(yīng)用的高電氣強(qiáng)度氣體為：SF6及其混合氣體。 六、采用高真空六、采用高真空 采用高度真空也可以減弱氣隙中的碰撞電離過程而顯著提高氣隙的擊穿電壓。 真空擊穿研究表明：在極間距離較小時(shí)，高真空的擊穿與陰極表面的強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射有關(guān)，它所引起的電流會(huì)導(dǎo)致電極局部發(fā)熱而釋放出金屬氣體，使真空度下降而引起擊穿； 目前高真空僅在真空斷路器中得到買際應(yīng)用，真空不但絕緣性能較好，而且還具有很強(qiáng)的滅弧能力，所以用于配電

48、網(wǎng)真空斷路器中還是很合適的。 第五節(jié)第五節(jié) 六氟化硫和氣體絕緣電氣設(shè)備六氟化硫和氣體絕緣電氣設(shè)備 SF6氣體已成為除空氣外使用得最多的氣體介質(zhì)，GIS在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用也日益廣泛。 一、六氟化硫的絕緣性能一、六氟化硫的絕緣性能 （一）均勻和稍不均勻電場(chǎng)中（一）均勻和稍不均勻電場(chǎng)中SFSF6 6的擊穿的擊穿 對(duì)強(qiáng)電負(fù)性氣體，除考慮和過程外，還應(yīng)考慮過程（電子附著過程）。的定義與相似，即一個(gè)電子沿電力線方向行經(jīng)1cm時(shí)平均發(fā)生的電子附著次數(shù)?？梢娫陔娯?fù)性氣體中有效的碰撞電離系數(shù)為 均勻電場(chǎng)中的電子崩增長規(guī)律為()0ednn()dK 對(duì)于均勻場(chǎng)： ()dxK 對(duì)于非均勻場(chǎng)： 電負(fù)性氣體的流注自持放電

49、條件為:電負(fù)性氣體的情況電負(fù)性氣體的情況 由于強(qiáng)電負(fù)性氣體的 ，所以其自持放電場(chǎng)強(qiáng)比非電負(fù)性氣體高得多。以SF6氣體為例，在101.3kPa，20的條件下，均勻電場(chǎng)中擊穿場(chǎng)強(qiáng)為Eb88.5kV/cm，約為同樣條件的空氣間隙的擊穿場(chǎng)強(qiáng)的3倍。 （二）（二） 極不均勻電場(chǎng)中極不均勻電場(chǎng)中SFSF6 6的擊穿的擊穿 在極不均勻電場(chǎng)中，SF6氣體的擊穿有異常表現(xiàn)：工頻擊穿電壓隨氣壓的變化曲線存在“駝峰”；駝峰區(qū)段內(nèi)的雷電沖擊擊穿電壓明顯低于靜態(tài)擊穿電壓，其沖擊系數(shù)可低至0.6左右，如圖2 18所示。 在進(jìn)行絕緣設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能設(shè)法避免極不均勻電場(chǎng)的情況。 （三）影響擊穿場(chǎng)強(qiáng)的其他因素（三）影響擊穿場(chǎng)強(qiáng)的

50、其他因素 氣體絕緣電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)場(chǎng)強(qiáng)值遠(yuǎn)低于理論擊穿場(chǎng)強(qiáng)，這是因?yàn)橛性S多影響因素會(huì)使它的擊穿場(chǎng)強(qiáng)下降。兩種主要的影響因素： 電極表面缺陷電極表面缺陷 導(dǎo)電微粒導(dǎo)電微粒二、六氟化硫理化特性方面的若干問題二、六氟化硫理化特性方面的若干問題 氣體要作為絕緣媒質(zhì)應(yīng)用于工程實(shí)際，不但應(yīng)具有高電氣強(qiáng)度，而且還要具備良好的理化特性。SF6氣體之所以能成為唯一獲得廣泛應(yīng)用的強(qiáng)電負(fù)性氣體的原因即在于此。 SF6氣體在實(shí)際應(yīng)用中遇到的理化特性方面的幾個(gè)主要問題是： （一）液化問題 （二）毒性分解物 （三）含水量三、三、SFSF6 6混合氣體混合氣體 雖然SF6氣體有良好的電氣特性和化學(xué)穩(wěn)定性，但其價(jià)格較高、液化溫

51、度還不夠低、且對(duì)電場(chǎng)不均勻度太敏感，所以目前國內(nèi)外都在研究SF6混合氣體，以期在某些場(chǎng)合用SF6混合氣體來代替純SF6氣體。 目前已獲工業(yè)應(yīng)用的是SF6 N2混合氣體，主要用作高寒地區(qū)斷路器的絕緣媒質(zhì)和滅弧媒質(zhì)，采用的混合比通常為50% ：50% 或60% ：40%。所謂混合比是指兩種氣體成分的體積比，也就是兩種氣體分壓之比。采用混合氣體可使液化溫度明顯降低。 四、氣體絕緣電氣設(shè)備四、氣體絕緣電氣設(shè)備 （一）封閉式氣體絕緣組合電器 (GIS) （二）氣體絕緣管道輸電線 （三）氣體絕緣變壓器 除了以上所介紹的氣體絕緣電氣設(shè)備外，SF6氣體還日益廣泛地應(yīng)用到一些其他電氣設(shè)備中，諸如：氣體絕緣開關(guān)柜

52、、環(huán)網(wǎng)供電單元、中性點(diǎn)接地電阻器、中性點(diǎn)接地電抗器、移相電容器、標(biāo)準(zhǔn)電容器等。第三章第三章 液體和固體介質(zhì)的電氣特性液體和固體介質(zhì)的電氣特性 液體介質(zhì)和固體介質(zhì)廣泛用作電氣設(shè)備的內(nèi)絕緣。應(yīng)用得最多的液體介質(zhì)是變壓器油，電容器油和電纜油也分別用于電力電容器和電力電纜中。用作內(nèi)絕緣的固體介質(zhì)最常見的有絕緣紙、紙板、云母、塑料等，用于制造絕緣子的固體介質(zhì)有電瓷、玻璃和硅橡膠等。 電介質(zhì)的電氣特性，主要表現(xiàn)為它們?cè)陔妶?chǎng)作用下的導(dǎo)電性能、介電性能和電氣強(qiáng)度； 它們分別以四個(gè)主要參數(shù)，即電導(dǎo)率（或絕緣電阻率）、介電常數(shù)、介質(zhì)損耗角正切 tan和擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度（以下簡(jiǎn)稱擊穿場(chǎng)強(qiáng)）Eb來表示。 第一節(jié)第一節(jié) 電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)與損耗電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)與損耗一、電介質(zhì)的極化一、電介質(zhì)的極化介電常數(shù)、相對(duì)介電常數(shù)介電常數(shù)、相對(duì)介電常數(shù) 平行平板電容器在真空中的電容量為 當(dāng)極板間放置了固體介質(zhì)時(shí)，電容量為式中 A極板面積，cm2； d極間距離，cm； 介質(zhì)的介電常數(shù) ； 0真空的介電常數(shù) = 8.8610-14 F/cm定義： 為介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。 00ACdACdr00CC一、電介質(zhì)的極化一、電介質(zhì)的極化 (1) 非極性分子的位移極化 (2) 極分子的轉(zhuǎn)向極化 (3) 極化電荷（束縛電荷） (4) 極化電荷的特點(diǎn) a. 不能移出電介質(zhì)； 電介質(zhì)表面因極化而出現(xiàn)的電荷。 EE b. 各向同性的均勻