第一章氣體的絕緣強(qiáng)度

1、第一篇 高電壓絕緣與試驗(yàn)什么是絕緣什么是絕緣 絕緣是電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，其作用是把電位不等的導(dǎo)體分開(kāi)，使其保持各自的電位，沒(méi)有電氣連接。 什么是電介質(zhì)？什么是電介質(zhì)？ 將具有絕緣作用的材料稱為絕緣材料，即電介質(zhì)。 電介質(zhì)在電場(chǎng)的作用下，有極化，電導(dǎo)、損耗和擊穿等現(xiàn)象。固體介質(zhì)樹(shù)枝化擊穿絕緣結(jié)構(gòu)在電力系統(tǒng)中的絕緣結(jié)構(gòu)在電力系統(tǒng)中的重要性重要性 當(dāng)由于某一部分設(shè)備絕緣遭到損壞而引起事故時(shí)，電力系統(tǒng)就不能安全可靠地運(yùn)行。 電氣設(shè)備只有具有經(jīng)濟(jì)可靠的絕緣結(jié)構(gòu)，才能夠可靠地工作。 隨著電力系統(tǒng)電壓等級(jí)的不斷提高，絕緣成為電氣設(shè)備中的薄弱環(huán)節(jié)。 電介質(zhì)在電氣設(shè)備中作為絕緣材料使用，按其物質(zhì)形態(tài)，

2、可分為： 氣體介質(zhì)液體介質(zhì)固體介質(zhì)在電氣設(shè)備中在電氣設(shè)備中: :外絕緣: 一般由氣體介質(zhì)(空氣)和固體介質(zhì)(絕緣子)聯(lián)合構(gòu)成。 內(nèi)絕緣:一般由固體介質(zhì)和液體介質(zhì)聯(lián)合構(gòu)成。 在電氣作用下，電介質(zhì)中出現(xiàn)的電氣現(xiàn)象可分為兩大類:弱電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度比擊穿場(chǎng)強(qiáng)小得多 極化、電導(dǎo)、介質(zhì)損耗極化、電導(dǎo)、介質(zhì)損耗等強(qiáng)電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度等于或大于放電起始場(chǎng)強(qiáng)或擊穿場(chǎng)強(qiáng)放電、閃絡(luò)、擊穿等放電、閃絡(luò)、擊穿等本篇的主要學(xué)習(xí)任務(wù)：本篇的主要學(xué)習(xí)任務(wù)： 掌握各類絕緣材料在電場(chǎng)作用下的電氣性能，尤其在強(qiáng)電場(chǎng)中的擊穿特性及其規(guī)律。 對(duì)氣體放電機(jī)理的研究是研究其他絕緣材料放電機(jī)理的基礎(chǔ)。 第一章第一章 氣體的絕緣強(qiáng)度氣體的絕緣強(qiáng)度研究氣

3、體放電的目的：了解氣體在高電壓（強(qiáng)電場(chǎng)）作用下逐步由電介 質(zhì)演變成導(dǎo)體的物理過(guò)程掌握氣體介質(zhì)的電氣強(qiáng)度及其提高方法1.1氣體發(fā)電的基本物理過(guò)程氣體發(fā)電的基本物理過(guò)程 高壓電氣設(shè)備中的絕緣介質(zhì)有氣體、液體、固體以及其它復(fù)合介質(zhì)。由于氣體絕緣介質(zhì)不存在老化的問(wèn)題，在擊穿后也有完全的絕緣自恢復(fù)特性，再加上其成本非常廉價(jià)，因此氣體成為了在實(shí)際應(yīng)用中最常見(jiàn)的絕緣介質(zhì)。 氣體擊穿過(guò)程的理論研究雖然還不完善，但是相對(duì)于其他幾種絕緣材料來(lái)說(shuō)最為完整。因此，高電壓絕緣的論述一般都由氣體絕緣開(kāi)始。1.1.1氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生和消失 氣體是電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備中常見(jiàn)的絕緣介質(zhì)，工程使用得最多的是空氣和六氟化硫氣體。

4、 以空氣為作為絕緣介質(zhì)，如：架空線路中相與相之間、相與地之間、變壓器外絕緣等。 以六氟化硫氣體作為絕緣介質(zhì)，如六氟化硫斷路器、六氟化硫全封閉組合電器。福建水口電站的550KV HGIS運(yùn)行在巴基斯坦的252KV GIS 氣體不是理想的絕緣體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)?，氣體不是理想的絕緣體氣體不是理想的絕緣體，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。什么是擊穿什么是擊穿 當(dāng)氣體中的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到一定

5、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，稱為擊穿擊穿。什么是氣體放電什么是氣體放電 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。廈門(mén)科技館電磁大舞臺(tái)廈門(mén)科技館電磁大舞臺(tái)廣東科學(xué)中心電磁大舞臺(tái)廣東科學(xué)中心電磁大舞臺(tái)氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生氣體本身發(fā)生游離氣體中的金屬電極發(fā)生表面游離激勵(lì)、能級(jí)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

6、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)的軌道上去時(shí)，該原子就處于激勵(lì)狀態(tài)激勵(lì)狀態(tài)，原子的位能也增加，這一過(guò)程叫激勵(lì)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)，稱為能能級(jí)。級(jí)。硅原子結(jié)構(gòu)激勵(lì)能、反激勵(lì)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)

7、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)。游離過(guò)程、游離能、分級(jí)游離游離過(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)游離所需能量小于原子直接游離所需的能量。游離電位游離電位常見(jiàn)氣體的激勵(lì)電位和游離電位常見(jiàn)氣體的激勵(lì)電位和游離電位 單位：?jiǎn)挝唬篤（1）氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生）氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生 帶電質(zhì)點(diǎn)可由

8、以下形式的游離形成：1）碰撞游離）碰撞游離2）光游離）光游離3）熱游離）熱游離4）表面游離1）碰撞游離）碰撞游離 這是氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)數(shù)目增加的重要原因。 在電場(chǎng)作用下，電子被加速獲得動(dòng)能。若其動(dòng)能大于氣體質(zhì)點(diǎn)的游離能，在和氣體質(zhì)點(diǎn)發(fā)生碰撞時(shí)，就可能使氣體質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生游離分裂成正離子和電子。這種游離稱為碰撞游離。2）光游離）光游離 電磁射線（光子）的能量等于或大于氣體質(zhì)點(diǎn)的游離能時(shí)所引起的游離過(guò)程叫光游離，在氣體放電中起著重要作用。 在各種氣體和金屬蒸汽中，可見(jiàn)光的光子所帶能量不足以使氣體質(zhì)點(diǎn)游離，因此可見(jiàn)光不可能發(fā)生光游離，但不排除由于分級(jí)游離而造成游離的可能性。3）熱游離）熱游離 因氣體分子熱運(yùn)

9、動(dòng)狀態(tài)引起的游離稱為熱游離。其實(shí)質(zhì)仍是碰撞游離和光游離，只是直接的能量來(lái)源不同而已。 在常溫下，氣體質(zhì)點(diǎn)熱運(yùn)動(dòng)所具有的平均動(dòng)能遠(yuǎn)低于氣體的游離能，不足以引起碰撞游離，而在高溫下，如電弧放電時(shí)，氣體溫度可達(dá)數(shù)千攝氏度，此時(shí)氣體質(zhì)點(diǎn)動(dòng)能就足以引起碰撞游離了；此外，高溫氣體的熱輻射也能導(dǎo)致氣體質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生光游離。4）表面游離）表面游離 放在氣體中的金屬電極表面游離出自由電子的現(xiàn)象稱為表面游離。 使金屬釋放出電子也需要能量，以使電子克服金屬表面的束縛作用，這個(gè)能量通常稱為逸出功。 金屬表面游離所需能量可以從下述途徑獲得：u正離子碰撞陰極正離子碰撞陰極：正離子在電場(chǎng)中向陰極運(yùn)動(dòng)，碰撞陰極時(shí)將其能量傳遞給電子

10、而使金屬表面逸出兩個(gè)電子，其中一個(gè)與正離子結(jié)合而合成中性質(zhì)點(diǎn)，另一個(gè)才可能成為自由電子。u光電效應(yīng)光電效應(yīng)：金屬表面受到光的照射，也能產(chǎn)生表面游離。u強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射：在陰極附近加上很強(qiáng)的外電場(chǎng)，將電子從陰極表面拉出來(lái)，稱為強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射或冷發(fā)射。u熱電子發(fā)射熱電子發(fā)射：將金屬電極加熱到很高的溫度，可使其中電子獲得巨大能量，逸出金屬。在電子、離子器件中常利用熱電子發(fā)射作為電子來(lái)源，在強(qiáng)電領(lǐng)域，對(duì)某些電弧放電的過(guò)程有重要作用。幾點(diǎn)說(shuō)明幾點(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。

11、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）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)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

12、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。 氣體中存在游離過(guò)程游離過(guò)程，也就存在復(fù)合過(guò)程復(fù)合過(guò)程。在電場(chǎng)的作用下，氣體間隙是發(fā)展成擊穿擊穿還是保持保持其絕緣能力其絕緣能力，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。 游離放電進(jìn)一步發(fā)展和轉(zhuǎn)變成氣隙的擊穿將隨電場(chǎng)情況不同而異。1.1.2湯遜理論和巴申定律湯遜理論和巴申定律1.1.3流注理論流注理論 電力系統(tǒng)中所遇到的絕緣結(jié)構(gòu)大多是不均勻的。不

13、均勻電場(chǎng)的形式很多，絕大多數(shù)是不對(duì)稱電場(chǎng)，少數(shù)為對(duì)稱電場(chǎng)。l 不對(duì)稱電場(chǎng)用棒板間隙來(lái)代表l 對(duì)稱電場(chǎng)用棒棒或球球間隙來(lái)代表。 電場(chǎng)的不均勻程度：aveEEk/maxsUEav/U電極間電壓s電極距離。k；kee是極不均勻場(chǎng)是稍不均勻場(chǎng)42 對(duì)于電場(chǎng)氣隙的擊穿，可用湯遜理論湯遜理論或流注理論流注理論來(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：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，

14、內(nèi)容為：氣體間隙中發(fā)生的碰撞電離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：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光電離也是很重要的影響因素。氣體放電、非自持放電、自持放電、擊穿電壓氣體放電、非自持放電、自持放電、擊穿電壓 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)稱為電離劑電離劑。 一旦撤離電離劑，氣體離

15、子很快消失，電流中止。這種導(dǎo)電稱為被激導(dǎo)電被激導(dǎo)電或非自持放電非自持放電。 當(dāng)電壓增加到某一數(shù)值后，氣體中電流急劇增加，即使撤去電離劑，導(dǎo)電仍能維持。這種情形稱為氣體自持導(dǎo)電自持導(dǎo)電或自激放電自激放電，氣體由被激導(dǎo)電過(guò)渡到自持導(dǎo)電的過(guò)程，稱為氣體被擊穿擊穿或點(diǎn)燃點(diǎn)燃。相應(yīng)的電壓叫作擊穿電壓擊穿電壓。1.1.4不均勻電場(chǎng)中的放電過(guò)程不均勻電場(chǎng)中的放電過(guò)程電暈放電電暈放電 氣體介質(zhì)在不均勻電場(chǎng)中的局部自持放電自持放電。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

16、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。電暈放電在工程技術(shù)中的影響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)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。 四分裂導(dǎo)線（500KV）1.2影響氣體放電電壓的因素影響氣體放電電壓的因素1.2.1電場(chǎng)形式對(duì)放電電壓的影響1.2.2電壓波形對(duì)擊穿電壓的影響1.2.3氣體的性質(zhì)和狀態(tài)對(duì)放電電壓的影響1.2.1電場(chǎng)形式對(duì)放電電壓的影

17、響電場(chǎng)形式對(duì)放電電壓的影響（1）均勻電場(chǎng)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)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)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)是極不均勻電場(chǎng)。 當(dāng)所加電壓小于小于間隙擊穿電壓時(shí)，可出現(xiàn)局部局部的

18、持續(xù)的持續(xù)的電暈放電。 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。 因此，可以改進(jìn)電極形狀，增大電極曲率半徑，以改善電場(chǎng)分布，提高間隙的擊穿電壓。如高壓靜電電壓表的電極就是電場(chǎng)比較均勻的結(jié)構(gòu)；變壓器套管端部加球型屏蔽罩等。同時(shí)電極表面避免毛刺、棱角，以消除電場(chǎng)局部增強(qiáng)的現(xiàn)象，如電極邊緣做成弧形。500千伏靜電電壓表1.2.2電壓波形對(duì)擊穿電壓的影響電壓波形對(duì)擊穿電壓的影響（1）直流電壓直流電壓下的擊穿電壓 對(duì)于電場(chǎng)極不均勻的棒板間

19、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。U/kVS/cm（1）工頻電壓工頻電壓下的擊穿電壓 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)備中希望盡量采用因此，在電氣設(shè)備中希望盡量采用“棒棒棒棒”類

20、型的電極結(jié)構(gòu)而類型的電極結(jié)構(gòu)而避免避免“棒板棒板”類型。類型。S/cmU/kV200（3）沖擊電壓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)。 擊穿電壓與距離成正比正比，沒(méi)有顯著的飽和趨勢(shì)。1.2.3氣體的性質(zhì)和狀態(tài)對(duì)放電電壓的影響氣體的性質(zhì)和狀態(tài)對(duì)放電電壓的影響（1 1）氣體狀態(tài)對(duì)放電電壓的影響）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壓縮空氣。 如：壓縮空氣斷路器壓縮空氣斷路器 當(dāng)

21、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。 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 2）氣體性質(zhì)對(duì)放電電壓的影響）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（電氣強(qiáng)度）耐

22、電強(qiáng)度（電氣強(qiáng)度）。 高電強(qiáng)度氣體高電強(qiáng)度氣體其電氣強(qiáng)度比空氣高得多。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）。氣體名稱 化學(xué)式分子量相對(duì)耐電強(qiáng)度一個(gè)大氣壓下液化溫度/氮氮二氧化碳二氧化碳六氟化硫六氟化硫氟利昂氟利昂四氯化碳四氯化碳2844146121153.61.00.92.32.52.42.66.3-195.8-78.5-63.8-28762N2CO6SF22FCCl4CCl某些高電強(qiáng)度氣體的性能某些高電強(qiáng)度氣體的性能 對(duì)高電氣強(qiáng)度氣體，除滿足擊穿特性外，還應(yīng)滿足以下物理化學(xué)特性：l液化溫度要低l具有良好的化學(xué)

23、穩(wěn)定性l不易腐蝕設(shè)備中的其他材料l無(wú)毒l不會(huì)爆炸，不易燃燒l在放電過(guò)程中不易分解l價(jià)格低廉，經(jīng)濟(jì)合理。工程上使用得最多的是六氟化硫六氟化硫 氣體：l高壓斷路器高壓斷路器l各種組合電器各種組合電器（將整套送變電設(shè)備組成一體，密封后充以六氟化硫氣體，如全封閉組合電器、GIS、充氣輸電管道等）6SF六氟化硫六氟化硫 氣體特性：l無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒、不可燃的惰性氣體惰性氣體，具有較高的電氣強(qiáng)度較高的電氣強(qiáng)度，優(yōu)良的滅弧性能、良好的冷卻特性。將它應(yīng)用于電氣設(shè)備可免除火災(zāi)的威脅，縮小設(shè)備尺寸，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。l密度大，屬重氣體，氣態(tài)占優(yōu)勢(shì)，在很高壓力下液化。當(dāng)六氟化硫氣當(dāng)六氟化硫氣體純度不夠時(shí)，會(huì)含有

24、一些有毒雜質(zhì)體純度不夠時(shí)，會(huì)含有一些有毒雜質(zhì)，工作人員接觸時(shí)須帶防毒面具和防護(hù)手套，現(xiàn)場(chǎng)采取強(qiáng)力通風(fēng)措施。l屬于穩(wěn)定的氣體，在電弧燃燒的高溫下將發(fā)生分解，生成硫和氟原子，這對(duì)電氣設(shè)備的擊穿電壓無(wú)影響，但當(dāng)六氟化硫氣體及電極材料中含有氧氣、電極的金屬蒸氣時(shí)，將會(huì)發(fā)生繼發(fā)反應(yīng)，生成低氟物，若含有水分，將發(fā)生分解，生成腐蝕性很強(qiáng)的氫氟酸。這些生成物是強(qiáng)腐蝕劑，對(duì)絕緣材料、金屬材料有腐蝕作用。因此，一方面要嚴(yán)格控制六氟化嚴(yán)格控制六氟化硫氣體含水量及純度，另一方面應(yīng)選用耐受腐蝕性能較好的絕緣材料硫氣體含水量及純度，另一方面應(yīng)選用耐受腐蝕性能較好的絕緣材料。l對(duì)用氣量較大的電氣設(shè)備，適合于用六氟化硫氣體與

25、其他惰性氣體組六氟化硫氣體與其他惰性氣體組成混合氣體成混合氣體、經(jīng)濟(jì)，且電氣強(qiáng)度可能比純六氟化硫氣體更高。如：將六氟化硫和氮?dú)饣旌鲜褂脮r(shí)，當(dāng)六氟化硫含量超過(guò)2030（容積百分?jǐn)?shù)）時(shí)，絕緣強(qiáng)度和全充六氟化硫氣體的絕緣強(qiáng)度相同。6SF1.3沿面放電沿面放電什么是沿面放電什么是沿面放電 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)表面的介質(zhì)表面的氣體放電氣體放電現(xiàn)象，稱為現(xiàn)象，稱為沿面放

26、沿面放電（或稱沿面閃絡(luò)）。電（或稱沿面閃絡(luò)）。 沿面放電是一種氣體放電現(xiàn)象氣體放電現(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)、空表面狀態(tài)、空氣污穢程度、氣候條件氣污穢程度、氣候條件等因素影響很大。典型陶瓷絕緣子結(jié)構(gòu)典型陶瓷絕緣子結(jié)構(gòu)工作人員更換絕緣子（500KV）1.3.2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）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)系沿面閃絡(luò)電壓與閃絡(luò)距離近似成線性關(guān)系。圖1.32 1.33 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

27、是線性關(guān)系沿面閃絡(luò)電壓與閃絡(luò)距離仍是線性關(guān)系。 圖1.34 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沿面閃絡(luò)電壓的提高呈顯著飽和趨勢(shì)和趨勢(shì)。圖1.35（2）介質(zhì)材料的影響）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方面。吸潮性大的介質(zhì)如玻璃、陶瓷比吸潮性小的介質(zhì)如石蠟的沿面閃絡(luò)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）氣體狀態(tài)的影響u增加氣體壓力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

28、?。?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。（4）電介質(zhì)表面情況的影響）電介質(zhì)表面情況的影響1）表面被雨淋濕的沿面放電2）污穢的影響（4）電介質(zhì)表面情況的影響）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)電性水膜導(dǎo)電性水膜，放電電壓迅速下降。 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

29、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。濕閃試驗(yàn)的要求 雨水的特征，如雨量、雨水電導(dǎo)等，直接影響到沿淋雨表面放電過(guò)程的發(fā)展，且會(huì)使放電途徑發(fā)生改變。如增加雨水電導(dǎo)，可使其沿絕緣表面發(fā)生放電，引起放電電壓降低。 因此，在進(jìn)行濕閃試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)條件應(yīng)盡可能與因此，在進(jìn)行濕閃試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)條件應(yīng)盡可能與實(shí)際運(yùn)行情況相吻合。實(shí)際運(yùn)行情況相吻合。2）污穢的影響）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。l

30、干燥情況下，這些污穢物對(duì)絕緣子的沿面閃絡(luò)電壓沒(méi)有多大的影響；l 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永久性的故障，不能用自動(dòng)重合自動(dòng)重合閘閘消除，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。n污穢較輕或絕緣子的泄漏距離較長(zhǎng)或功率不污穢較輕或絕緣子的泄漏距離較長(zhǎng)或功率不足時(shí)足時(shí)n污穢嚴(yán)重或絕緣子泄漏距離較短時(shí)污穢嚴(yán)重或絕緣子泄漏距離較短時(shí) 分兩種情況討論污閃：分兩種情況討論污閃：n污穢較輕或絕緣子的泄漏距離較長(zhǎng)或功率不足污穢較輕或絕緣子的泄漏距離較長(zhǎng)或

31、功率不足時(shí)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)?；￠g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)污穢嚴(yán)重或絕緣子

32、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電弧放電。此時(shí)，外施電壓足以維持很長(zhǎng)電弧燃燒而不熄滅。在合適條件下，電弧接通兩極，形成表面閃絡(luò)。沿臟污表面閃絡(luò)的必要條件： 局部電弧的產(chǎn)生沿臟污表面閃絡(luò)的充分條件是： 流過(guò)污穢表面的泄漏電流足以維持一定程度的熱游離。 絕緣子污閃是絕緣子表面污層絕緣子污閃是絕緣子表面污層電導(dǎo)能力電導(dǎo)能力和和電流流過(guò)污層引起的電流流過(guò)污層引起的發(fā)熱過(guò)程發(fā)熱過(guò)程的聯(lián)合作用。的聯(lián)合作用。n增大絕緣子表面泄漏距離，實(shí)際上是增加了與局部電弧串聯(lián)的濕潤(rùn)表面的電阻值，可以限制局部電弧中的

33、電流，使電弧最終自動(dòng)熄滅。n污層電導(dǎo)越大（電阻越小），越危險(xiǎn)，故化工污穢和鹽污是最嚴(yán)重的。n在其他條件相同時(shí)，直徑小的絕緣子，其表面電阻大，污閃電壓高。n污閃是熱過(guò)程發(fā)展起來(lái)的。由局部電弧發(fā)展到全面閃絡(luò)需較長(zhǎng)時(shí)間，所以污閃通常發(fā)生在正常運(yùn)行電壓下。因此，污穢地區(qū)電網(wǎng)絕緣水平應(yīng)根據(jù)工作電壓下按污穢閃絡(luò)條件來(lái)選擇。 影響絕緣子污閃的因素很多，污閃過(guò)程很復(fù)雜，且許多影響因素都是隨機(jī)的，要確定各種影響因素，須要進(jìn)行大量現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室研究，歸納起來(lái)，有三個(gè)主要因素：1 1）作用電壓）作用電壓2 2）濕潤(rùn)程度）濕潤(rùn)程度3 3）污穢程度）污穢程度1 1）作用電壓）作用電壓 由于絕緣子表面干燥過(guò)程和局部電弧發(fā)展

34、到全面閃絡(luò)需要較長(zhǎng)時(shí)間，因此，短時(shí)電壓作用下，放電來(lái)不及發(fā)展。 故在雷電沖擊電壓作用下，絕緣子表面故在雷電沖擊電壓作用下，絕緣子表面污穢不會(huì)對(duì)閃絡(luò)電壓造成多大影響。污穢不會(huì)對(duì)閃絡(luò)電壓造成多大影響。2 2）濕潤(rùn)程度）濕潤(rùn)程度 干燥污穢的電阻很大，通常不會(huì)降低絕緣子閃絡(luò)電壓，但空氣相對(duì)濕度超過(guò)50%-70%時(shí)，隨著濕度增加，閃絡(luò)電壓迅速下降。 試驗(yàn)表明，絕緣子污閃都發(fā)生在霧、露、毛毛雨等高濕度天氣，但是在大雨大雨時(shí)，雨水流動(dòng)、下滴，會(huì)沖掉絕緣子表面污穢，閃絡(luò)電壓反而升高。3 3）污穢程度）污穢程度 污穢程度對(duì)污閃電壓的影響很大。 絕緣表面積污量愈大，表面電導(dǎo)愈大，污閃電壓愈低，特別是污穢中含有大量

35、可溶性鹽類或堿、酸的積污，使污閃電壓降低更多。一些含可溶性鹽類少且不粘附的積塵，只有嚴(yán)重污染時(shí)才有使絕緣子發(fā)生污閃的可能。運(yùn)行中，這類污穢易被雨水沖掉，故對(duì)污閃電壓影響較小。而一些粘附性強(qiáng)的積塵，如水泥廠的飛塵，不易清洗，使絕緣子表面粗糙，更易積污，對(duì)污閃電壓影響較大。 一般來(lái)說(shuō)，絕緣子污穢閃絡(luò)電壓隨污穢程度增加而降一般來(lái)說(shuō)，絕緣子污穢閃絡(luò)電壓隨污穢程度增加而降低，但嚴(yán)重污染時(shí)，下降已很緩慢了。低，但嚴(yán)重污染時(shí)，下降已很緩慢了。污閃危害：因?yàn)槔讚魞H發(fā)生在一點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重合閘，停電短，影響小。 污閃一般為一片地區(qū)，難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重合閘，停電長(zhǎng)，影響大。污閃事故后果大于雷擊事故后果；污穢表征：等值附鹽密度（等值鹽密），方法是：除鐵腳鐵帽的粘合水泥面上的污穢物外，把所有表面上的沉積污穢刮下或刷下，溶于300ml的蒸餾水中，測(cè)出其20 C水溫時(shí)的電導(dǎo)率；然后在另一杯20 C、300ml的蒸餾水中加入NaCl，直到其電導(dǎo)率等于混合溶液的電導(dǎo)率時(shí)，所加入的NaCl毫克數(shù)，即為等值鹽量，再除以絕緣子表面積，就可得到“等值鹽密”（