絕緣知識(shí)小結(jié)

1、小結(jié)11、氣體不是理想的絕緣體正常情況下，氣體是絕緣體，但其中仍有少量的帶電質(zhì)點(diǎn)，這是在空中高能射線（如紫外線、宇宙射線及地球內(nèi)部輻射）作用下產(chǎn)生的。在電場(chǎng)作用下，這些帶電質(zhì)點(diǎn)作定向運(yùn)動(dòng)而形成電導(dǎo)電流。因?yàn)椋瑲怏w不是理想的絕緣體，不過(guò)，當(dāng)電場(chǎng)較弱時(shí)，帶電質(zhì)點(diǎn)數(shù)極少，電流極小，氣體仍是良好的絕緣體。2、什么是擊穿當(dāng)氣體中的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到一定數(shù)值后，氣體中電流劇增，在氣體間隙中形成一條導(dǎo)電性能高的通道，氣體失去絕緣能力，氣體這種由絕緣狀態(tài)突變?yōu)榱紝?dǎo)電狀態(tài)的過(guò)程，稱為擊穿。3、什么是氣體放電氣體中流過(guò)電流的各種形式，統(tǒng)稱為氣體放電。氣體放電的形式：u 在氣壓低、電源功率較小時(shí)，為充滿間隙的輝光放電；u

2、 在大氣壓下，表現(xiàn)為火花放電或電弧放電；u 在極不均勻電場(chǎng)中，會(huì)在局部電場(chǎng)最強(qiáng)處產(chǎn)生電暈放電。4、氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生ü 氣體本身發(fā)生游離ü 氣體中的金屬電極發(fā)生表面游離5、激勵(lì)、能級(jí)任何電介質(zhì)都是由原子組成的，原子則由一帶正電的原子核和圍繞著原子核旋轉(zhuǎn)的外層電子組成。由于原子所帶正、負(fù)電荷相等，故正常情況呈中性。電子的能量不同，其所處的軌道也不同。通常電子能量越小，其軌道半徑越小，離原子核越近。穩(wěn)定的原子的外層電子都在各自的能級(jí)軌道上運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)原子的位能最小。當(dāng)外界給予原子一定的能量使內(nèi)層電子獲得能量不能脫離原子核的束縛，只能躍遷到標(biāo)志著能量更高的、離原子核較遠(yuǎn)的軌道上去

3、時(shí)，該原子就處于激勵(lì)狀態(tài)，原子的位能也增加，這一過(guò)程叫激勵(lì)。根據(jù)原子中電子的能量狀態(tài)，原子有一系列可取的確定的能量狀態(tài)，稱為能級(jí)。6、激勵(lì)能、反激勵(lì)原子激勵(lì)所需能量等于較遠(yuǎn)軌道與正常軌道的能級(jí)之差，稱為激勵(lì)能。處于激勵(lì)狀態(tài)的原子的壽命極短，之后會(huì)自動(dòng)地返回到原始狀態(tài)，以光子的形式釋放出所吸收的能量，這一過(guò)程稱為反激勵(lì)。7、游離過(guò)程、游離能、分級(jí)游離若原子吸收的外界能量足夠大，使得原子中一個(gè)或幾個(gè)電子脫離原子核的束縛而形成自由電子，中性原子失去電子成為正離子，該原子就被游離了。這一過(guò)程稱為游離過(guò)程，所需能量稱為游離能。處于激勵(lì)狀態(tài)的原子，也可再獲得能量發(fā)生游離，稱為分級(jí)游離。這種分級(jí)游離所需能量

4、小于原子直接游離所需的能量。8,（1）氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生帶電質(zhì)點(diǎn)可由以下形式的游離形成：1）碰撞游離2）光游離3）熱游離4）表面游離幾點(diǎn)說(shuō)明 不管是什么形式的游離方式，要在氣體中產(chǎn)生自由電子，都應(yīng)使氣體外層電子或金屬表面電子獲得足夠能量，以克服原子核的吸引力，且每次滿足條件的碰撞不一定都能產(chǎn)生游離過(guò)程。 在氣體質(zhì)點(diǎn)相互碰撞中，還會(huì)產(chǎn)生帶負(fù)電的負(fù)離子，這是由于自由電子和氣體分子碰撞時(shí)，被氣體分子吸附而形成負(fù)離子。負(fù)離子的形成雖然未減少帶電質(zhì)點(diǎn)的數(shù)目，但其游離能力比自由電子小得多。因此，負(fù)離子的形成對(duì)氣體放電的發(fā)展是不利的，有助于氣體抗電強(qiáng)度的提高。（2）氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的消失在氣體中產(chǎn)生帶電質(zhì)點(diǎn)

5、的同時(shí)，也存在著帶電質(zhì)點(diǎn)的消失過(guò)程。帶電質(zhì)點(diǎn)的消失主要有以下三種方式：1）帶電質(zhì)點(diǎn)在電場(chǎng)作用下作定向運(yùn)動(dòng)，流入電極，中和電荷。2）帶電質(zhì)點(diǎn)從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域擴(kuò)散。這是由于質(zhì)點(diǎn)的熱運(yùn)動(dòng)造成的，電子由于體積、質(zhì)量遠(yuǎn)小于離子，因而電子擴(kuò)散比離子擴(kuò)散更快。3）帶電質(zhì)點(diǎn)的復(fù)合。帶正、負(fù)電荷的質(zhì)點(diǎn)相遇，發(fā)生電荷的傳遞、中和而還原成中性質(zhì)點(diǎn)的過(guò)程，稱為復(fù)合。總之,氣體中存在游離過(guò)程，也就存在復(fù)合過(guò)程。在電場(chǎng)的作用下，氣體間隙是發(fā)展成擊穿還是保持其絕緣能力，取決于氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生和消失：l 如果帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生占主要地位，氣體間隙中的帶電質(zhì)點(diǎn)數(shù)目就增加，放電就能發(fā)展下去成為擊穿；l 如果帶電質(zhì)點(diǎn)的消失

6、占主要地位，氣體間隙中帶電質(zhì)點(diǎn)數(shù)目就減少，放電就會(huì)逐漸停止，氣隙尚能起絕緣作用。9、對(duì)于均勻電場(chǎng)氣隙的擊穿，可用湯遜理論或流注理論來(lái)描述。湯遜理論基于低氣壓情況下通過(guò)實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的，流注理論則可以很好地解釋大氣壓下的氣隙擊穿。湯遜理論：該理論是在1903年由英國(guó)人湯遜根據(jù)試驗(yàn)事實(shí)，提出了比較系統(tǒng)的氣體放電理論，闡述了氣體放電過(guò)程，并確定出放電電流和擊穿電壓之間的函數(shù)關(guān)系。湯遜氣體放電理論最早定量地解釋了氣體放電理論，內(nèi)容為：氣體間隙中發(fā)生的碰撞電離以及陰極上發(fā)生的二次電子發(fā)射過(guò)程是氣體間隙擊穿的主要機(jī)制。流注理論：解釋氣體擊穿過(guò)程的基本理論之一，與湯遜理論相互補(bǔ)充，能較好地解釋高氣壓長(zhǎng)間隙以及

7、不均勻電場(chǎng)中的氣體放電現(xiàn)象。理論認(rèn)為：在氣體擊穿的過(guò)程中，除了湯遜放電理論中所闡述的電離現(xiàn)象之外，空間電荷引起的電場(chǎng)畸變以及間隙中的光電離也是很重要的影響因素。10、不均勻電場(chǎng)中的放電過(guò)程電場(chǎng)的不均勻程度：U電極間電壓s電極距離氣體放電、非自持放電、自持放電通常情況下，氣體是良好的絕緣體，并不導(dǎo)電。然而，加熱、照射（紫外線、放射性射線）等都能使氣體電離，這些因素統(tǒng)稱為電離劑。因電離產(chǎn)生的全部離子都被驅(qū)趕到電極上，于是電流達(dá)到飽和，飽和電流的大小取決于電離劑的強(qiáng)度，一旦撤離電離劑，氣體離子很快消失，電流中止。這種導(dǎo)電稱為被激導(dǎo)電或非自持放電。當(dāng)電壓增加到某一數(shù)值后，氣體中電流急劇增加，即使撤去電

8、離劑，導(dǎo)電仍能維持。這種情形稱為氣體自持導(dǎo)電或自激放電，氣體由被激導(dǎo)電過(guò)渡到自持導(dǎo)電的過(guò)程，稱為氣體被擊穿或點(diǎn)燃。相應(yīng)的電壓叫作擊穿電壓。11,電暈放電氣體介質(zhì)在不均勻電場(chǎng)中的局部自持放電。最常見(jiàn)的一種氣體放電形式。在曲率半徑很小的尖端電極附近，由于局部電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)氣體的電離強(qiáng)度，使氣體發(fā)生電離和激勵(lì)，因而出現(xiàn)電暈放電，發(fā)生電暈時(shí)在電極周圍可以看到光亮，并伴有咝咝聲。電暈放電可以是相對(duì)穩(wěn)定的放電形式，也可以是不均勻電場(chǎng)間隙擊穿過(guò)程早期發(fā)展階段。12、電暈放電在工程技術(shù)中的影響電力系統(tǒng)中的高壓及超高壓輸電線路導(dǎo)線上發(fā)生電暈，會(huì)引起電暈功率損失、無(wú)線電干擾、電視干擾以及噪聲干擾，進(jìn)行線路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)

9、選擇足夠的導(dǎo)線截面積，或采用分裂導(dǎo)線降低導(dǎo)線表面電場(chǎng)的方式，以避免發(fā)生電暈。對(duì)于高電壓電氣設(shè)備，發(fā)生電暈放電會(huì)漸漸破壞設(shè)備絕緣性能。13、電場(chǎng)形式對(duì)放電電壓的影響（1）均勻電場(chǎng)中的擊穿電壓不可能出現(xiàn)持續(xù)的局部放電，流注一旦形成，間隙就被擊穿。無(wú)極性效應(yīng)。（2）稍不均勻電場(chǎng)中的擊穿電壓一旦出現(xiàn)局部放電，立即導(dǎo)致整個(gè)間隙的完全擊穿；電場(chǎng)不對(duì)稱時(shí)，極性效應(yīng)不很顯著，其極性效應(yīng)為大曲率半徑的電極為負(fù)極性的擊穿電壓略低于為正極性時(shí)的數(shù)值。擊穿電壓與電場(chǎng)均勻程度關(guān)系極大。電場(chǎng)越均勻，同樣間隙距離下的擊穿電壓就越高，其極限就是均勻電場(chǎng)的擊穿電壓。（3）極不均勻電場(chǎng)中的擊穿電壓工程上常用的電場(chǎng)，絕大多數(shù)是極不

10、均勻電場(chǎng)。當(dāng)所加電壓小于間隙擊穿電壓時(shí)，可出現(xiàn)局部的持續(xù)的電暈放電。電暈放電的空間電荷使外電場(chǎng)強(qiáng)烈畸變，使得決定擊穿電壓的主要因素是間隙距離，電極形狀對(duì)擊穿電壓的影響不大。放電分散性較大，且極性效應(yīng)顯著，棒極為正極性時(shí)的擊穿電壓比棒極為負(fù)極性時(shí)的擊穿電壓低。結(jié)論l 間隙距離相同時(shí)，電場(chǎng)越均勻，氣隙的擊穿電壓就越高。l 一般情況下，極間距離越大，放電電壓越高，但不是成正比地增加。14、電壓波形對(duì)擊穿電壓的影響（1）直流電壓下的擊穿電壓對(duì)于電場(chǎng)極不均勻的棒板間隙，其擊穿電壓存在著明顯的極性效應(yīng)，棒極為正時(shí)擊穿電壓比棒極為負(fù)時(shí)低得多。棒棒電極間的擊穿電壓介于不同極性的棒板電極之間。（2）工頻電壓下的

11、擊穿電壓間隙擊穿總是在棒極為正，電壓達(dá)到幅值時(shí)發(fā)生，且其擊穿電壓（峰值）和直流電壓下的正棒負(fù)板的擊穿電壓相近。除了起始部分外，擊穿電壓與距離近似成正比：棒板間隙的平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)（峰值）比棒棒稍低一些。但當(dāng)間隙距離超過(guò)2m后，擊穿電壓與間隙距離的關(guān)系出現(xiàn)明顯的飽和趨向，平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)明顯降低，棒板間隙尤其嚴(yán)重。這就使得棒板間隙與棒棒間隙擊穿電壓的差距拉大。因此，在電氣設(shè)備中希望盡量采用“棒棒”類型的電極結(jié)構(gòu)而避免“棒板”類型。（3）沖擊電壓下的擊穿電壓沖擊電壓作用下，氣體的擊穿電壓要比持續(xù)電壓作用下的擊穿電壓高，它們的比值稱為沖擊系數(shù)，一般大于1。棒板間隙有明顯的極性效應(yīng)，棒棒間隙也有較小的極性效應(yīng)

12、。擊穿電壓與距離成正比，沒(méi)有顯著的飽和趨勢(shì)。15、氣體的性質(zhì)和狀態(tài)對(duì)放電電壓的影響（1）氣體狀態(tài)對(duì)放電電壓的影響提高氣體壓力時(shí)，可以提高氣隙的擊穿電壓。工程上為提高氣隙的擊穿電壓，在電氣設(shè)備上采用了壓縮空氣。當(dāng)間隙距離不變時(shí)，擊穿電壓隨壓力提高而很快增加，但當(dāng)壓力增加到一定值后，擊穿電壓增加的速度逐漸減小，說(shuō)明再繼續(xù)升高氣壓的效果不大。在高氣壓下，擊穿電壓與電極的表面狀態(tài)及材料有很大關(guān)系。電極表面不光潔，擊穿電壓下降，分散性也大。材料不同，擊穿電壓不同。如不銹鋼電極的擊穿電壓比鋁制電極的擊穿電壓要高。在高氣壓下，電場(chǎng)均勻程度對(duì)擊穿電壓的影響比在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下要顯著得多，擊穿電壓將隨電場(chǎng)均勻程度下

13、降而劇烈降低。在高氣壓下，濕度增加，擊穿電壓明顯下降，電場(chǎng)不均勻，下降更顯著。隨著海拔高度的增大，空氣變得逐漸稀薄，大氣壓力和相對(duì)密度減小了，因而空氣的電氣強(qiáng)度也將降低。（2）氣體性質(zhì)對(duì)放電電壓的影響不同氣體，具有不同的耐電強(qiáng)度。在間隙中采用高電強(qiáng)度氣體，可以大大提高氣隙的擊穿電壓或大大減少工作壓力（氣壓太高，使制造工藝復(fù)雜，設(shè)備造價(jià)高，運(yùn)行麻煩）。高電強(qiáng)度氣體其電氣強(qiáng)度比空氣高得多。16、沿面放電電氣設(shè)備中用來(lái)固定支撐帶電部分的固體介質(zhì)，多數(shù)是在空氣中。如輸電線路的針式或懸式絕緣子、隔離開(kāi)關(guān)的支柱絕緣子、變壓器套管等，當(dāng)導(dǎo)線電位超過(guò)一定限制時(shí)，常在固體介質(zhì)和空氣的分界面上出現(xiàn)沿固體介質(zhì)表面的

14、氣體放電現(xiàn)象，稱為沿面放電（或稱沿面閃絡(luò)）。沿面放電是一種氣體放電現(xiàn)象，沿面閃絡(luò)電壓比氣體或固體單獨(dú)作絕緣介質(zhì)時(shí)的擊穿電壓都低，受表面狀態(tài)、空氣污穢程度、氣候條件等因素影響很大。17、影響沿面放電電壓的因素（1）電場(chǎng)分布情況和電壓波形的影響在均勻電場(chǎng)中或具有弱垂直分量的不均勻電場(chǎng)中，沿面閃絡(luò)電壓與閃絡(luò)距離近似成線性關(guān)系。在具有強(qiáng)垂直分量的不均勻電場(chǎng)中，直流電壓下，沿面閃絡(luò)電壓與閃絡(luò)距離仍是線性關(guān)系。作用電壓是工頻、高頻或沖擊電壓時(shí)，則隨著沿面閃絡(luò)距離的增長(zhǎng)，沿面閃絡(luò)電壓的提高呈顯著飽和趨勢(shì)。（2）介質(zhì)材料的影響介質(zhì)材料的影響主要表現(xiàn)在介質(zhì)表面的吸潮方面。吸潮性大的介質(zhì)如玻璃、陶瓷比吸潮性小的介

15、質(zhì)如石蠟的沿面閃絡(luò)電壓低很多，但將玻璃、陶瓷烘干，則其沿面閃絡(luò)電壓可增高。（3）氣體狀態(tài)的影響u 增加氣體壓力也能提高沿面閃絡(luò)電壓。此時(shí)氣體必須干燥。u 濕度對(duì)沿面閃絡(luò)電壓也有顯著影響。在空氣相對(duì)濕度低于50%-60%時(shí)，沿面閃絡(luò)電壓受濕度影響較小，但當(dāng)濕度大于50%-65%時(shí)，表面吸附水分能力大的介質(zhì)，閃絡(luò)電壓隨濕度增加而顯著下降。表面吸附水分能力大的介質(zhì)（如陶瓷、玻璃），受濕度的影響顯著；而表面吸附水分能力小的介質(zhì)（如石蠟），情況則相反。u 溫度影響同純空氣隙，但不如純空氣隙顯著。（4）電介質(zhì)表面情況的影響1）表面被雨淋濕的沿面放電當(dāng)固體絕緣表面被雨淋濕時(shí)，在其表面會(huì)形成一層導(dǎo)電性水膜，放

16、電電壓迅速下降。為了防止這種狀況，實(shí)際工程中的戶外絕緣子總是具有較大的裙邊。下雨時(shí)仍淋濕裙邊的上表面，上表面形成一層較厚的水膜，電導(dǎo)較大，裙邊的下表面和金具表面不直接被雨淋濕，只是由落在下面一個(gè)絕緣子上的雨滴所濺濕，受濕程度較小，水膜不能貫通絕緣子的上下兩級(jí)。這樣絕緣子總是存在一部分較干燥的表面，沿面閃絡(luò)電壓得以提高。2）污穢的影響電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備的外絕緣在運(yùn)行中會(huì)受到工業(yè)污穢（化工、冶金、水泥、化肥等）或自然界鹽、堿、飛塵等污穢的污染。干燥情況下，這些污穢物對(duì)對(duì)絕緣子的沿面閃絡(luò)電壓沒(méi)有多大的影響，但在毛毛雨、霧、露、雪等惡劣氣候條件下，會(huì)造成絕緣子沿面閃絡(luò)電壓下降，甚至可能在運(yùn)行電壓下絕緣

17、子就發(fā)生閃絡(luò)，引起線路跳閘，危及電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。這種污閃事故一般為永久性的故障，不能用自動(dòng)重合閘消除，往往會(huì)引起大面積停電，檢修恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，影響嚴(yán)重。運(yùn)行中的絕緣子，在毛毛雨、霧、露等的作用下，其表面污穢層受潮濕潤(rùn)，在絕緣子表面形成導(dǎo)電水膜，表面電導(dǎo)大大增加，污層電導(dǎo)與污穢中所含導(dǎo)電物質(zhì)多少，污層吸潮性能的強(qiáng)弱、水分的導(dǎo)電性能等有關(guān)。表面電導(dǎo)增加，流過(guò)絕緣子表面泄漏電流急劇增大。由于絕緣子結(jié)構(gòu)形狀、污穢分布和受潮情況的不均勻等原因，表面各處電流密度不均勻。電流密度大的地方，局部污層表面發(fā)熱增大而被烘干，出現(xiàn)干燥區(qū)，干燥區(qū)的電阻大，因此電壓降集中在此，易產(chǎn)生輝光放電。隨著表面電阻增大，電壓分

18、布變化，最后形成局部電弧。局部電弧可能發(fā)展成整個(gè)絕緣子的閃絡(luò)，也可能自行熄滅，取決于外加電壓的高低和電弧中流過(guò)的電流。當(dāng)局部小弧產(chǎn)生時(shí)，局部電弧又迅速烘干鄰近的濕潤(rùn)表面，并很快向前發(fā)展，此時(shí)，整個(gè)絕緣子表面可視為局部電弧燃燒與剩余濕潤(rùn)部分相串聯(lián)，表面泄漏電流取決于電弧通道中的電導(dǎo)和剩余濕潤(rùn)層電導(dǎo)。n 污穢較輕或絕緣子的泄漏距離較長(zhǎng)或功率不足時(shí)剩余濕潤(rùn)污層電阻較大，則干燥帶上的電弧中電流較小，放電呈藍(lán)紫色的細(xì)線狀。當(dāng)放電電弧長(zhǎng)度延伸到一定程度時(shí)，如外施電壓和電流不足以維持電弧燃燒，在交流電流過(guò)零時(shí)電弧熄滅。此時(shí)干燥帶已擴(kuò)展到較大范圍，使表面總的電阻增大，表面泄漏電流以減小，烘干作用大為減弱。經(jīng)過(guò)一些時(shí)間，干燥帶又重新濕潤(rùn)，泄漏電流增大，重復(fù)上述過(guò)程，整個(gè)過(guò)程就成為烘干與濕潤(rùn)、燃弧與熄弧間隙性交替的過(guò)程，表面泄漏電流具有跳變的特點(diǎn)。這樣的過(guò)程可以持續(xù)幾個(gè)小時(shí)而不發(fā)生整個(gè)絕緣子的全面閃絡(luò)。n 污穢嚴(yán)重或絕緣子泄漏距離較短時(shí)剩余濕潤(rùn)部分的電阻小，流過(guò)干燥區(qū)的局部電弧的電流較大，放電呈黃紅色編織狀，通道溫度也增加到熱游離程度，成為具有下降伏安特性的