高電壓技術(shù)-第二章課件

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)損耗等強(qiáng)電場(chǎng)—電場(chǎng)強(qiáng)度等于或大于放電起始放電、閃絡(luò)、擊穿等場(chǎng)強(qiáng)或擊穿場(chǎng)強(qiáng)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1.1

氣體放電的基本物理過(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始。1.1氣體放電的基本物理過(guò)程 高壓電氣設(shè)備中的絕緣介質(zhì)有1.1.1

帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生氣體放電是對(duì)氣體中流通電流的各種形式統(tǒng)稱。由于空氣中存在來(lái)自空間的輻射，氣體會(huì)發(fā)生微弱的電離而產(chǎn)生少量的帶電質(zhì)點(diǎn)。正常狀態(tài)下氣體的電導(dǎo)很小，空氣還是性能優(yōu)良的絕緣體；在出現(xiàn)大量帶電質(zhì)點(diǎn)的情況下，氣體才會(huì)喪失絕緣性能。1.1.1帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生氣體放電是對(duì)氣體中流通電流的各種1、氣體中電子與正離子的產(chǎn)生

電離是指電子脫離原子核的束縛而形成自由電子和

正離子的過(guò)程。電離可一次完成，也可以是先激勵(lì)

再電離的分級(jí)電離方式。

電離方式可分為

：

光電離

碰撞電離

熱電離

分級(jí)電離電子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡視頻連接1、氣體中電子與正離子的產(chǎn)生光電離碰撞電離熱電離分級(jí)（1）熱電離常溫下，氣體分子發(fā)生熱電離的概率極小。氣體中發(fā)生電離的分子數(shù)與總分子數(shù)的比值m稱為該氣體的電離度。圖1-1

不同溫度下空氣和氣體的熱電離程度下圖為不同溫度下空氣和SF6氣體的熱電離程度。（1）熱電離常溫下，氣體分子發(fā)生熱電離的概率極小。氣體中發(fā)生{（2）光電離

當(dāng)滿足以下條件時(shí)，產(chǎn)生光電離式中：：光的波長(zhǎng)；c

：光速；光子來(lái)源Wi：氣體的電離能外界高能輻射線

氣體放電本身(1-2){（2）光電離式中：：光的波長(zhǎng)；光子來(lái)源Wi：氣體的電離(1-3)（3）碰撞電離

電子或離子在電場(chǎng)作用下加速所獲得的動(dòng)能

1

2

（

mv

）與質(zhì)點(diǎn)電荷量(e)、電場(chǎng)強(qiáng)度（E）以

2

及碰撞前的行程(x)有關(guān)．即(1-3)（3）碰撞電離式中：

e：電子的電荷量；

E：外電場(chǎng)強(qiáng)度；

x

：電子移動(dòng)的距離(1-4)

高速運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)與中性的原子或分子碰撞時(shí)，如原子或分子獲得的能量等于或大于其電離能，則會(huì)發(fā)生電離。

因此，電離條件為式中：(1-4) 高速運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)與中性的原子或分子碰為使碰撞能導(dǎo)致電離，質(zhì)點(diǎn)在碰撞前必須經(jīng)過(guò)的距離為：

式中Ui為氣體的電離電位，在數(shù)值上與以eV為

單位的Wi相等

xi的大小取決于場(chǎng)強(qiáng)E，增大氣體中的場(chǎng)強(qiáng)將使

xi值減少。可見(jiàn)提高外加電壓將使碰撞電離的概率和強(qiáng)度增大。(1-4)為使碰撞能導(dǎo)致電離，質(zhì)點(diǎn)在碰撞前必須經(jīng)過(guò)的距離為： 式中Ui（4）分級(jí)電離當(dāng)逸出功<<電離能時(shí)，陰極表面電離可在下列情況下發(fā)生：正離子撞擊陰極表面光電子發(fā)射強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射熱電子發(fā)射（4）分級(jí)電離當(dāng)逸出功<<電離能時(shí)，陰極表面電離可在下列情況2、電極表面的電子逸出逸出功——使電子從金屬表面逸出需要的能量。不同金屬的逸出功不同，如表1-2所示：金屬逸出功鋁1.8銀3.1銅3.9鐵3.9氧化銅5.3表1-2一些金屬的逸出功（eV）2、電極表面的電子逸出逸出功——使電子從金屬表面逸出需要的能電子從電極表面逸出所需的能量可通過(guò)下述途徑獲得

：（1）正離子撞擊陰極（2）光電子發(fā)射（3）強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射（4）熱電子發(fā)射電子從電極表面逸出所需的能量可通過(guò)下述途徑獲得：（1）正離3、氣體中負(fù)離子的形成

附著：電子與氣體分子碰撞時(shí)，不但有可能引起碰撞電離而產(chǎn)生出正離子和新電子，也可能發(fā)生電子附著過(guò)程而形成負(fù)離子。

負(fù)離子的形成并未使氣體中帶電粒子的數(shù)目改變，但卻能使自由電子數(shù)減少，因而對(duì)氣體放電的發(fā)展起抑制作用。3、氣體中負(fù)離子的形成 附著：電子與氣體分子碰撞時(shí)，不但有可電子親合能：使基態(tài)的氣體原子獲得一個(gè)電子形成負(fù)離子時(shí)所放出的能量，其值越大則越易形成負(fù)離子。

電子親合能未考慮原子在分子中的成鍵作用，為了說(shuō)明原子在分子中吸引電子的能力，在化學(xué)中引入電負(fù)性概念。電負(fù)性：一個(gè)無(wú)量綱的數(shù)，其值越大表明原子在分子中吸引電子的能力越大

。電子親合能：使基態(tài)的氣體原子獲得一個(gè)電子 電子親合能未考慮原1.1.2

帶電質(zhì)點(diǎn)的消失帶電質(zhì)點(diǎn)的消失可能有以下幾種情況：帶電質(zhì)點(diǎn)受電場(chǎng)力的作用流入電極

；帶電質(zhì)點(diǎn)因擴(kuò)散而逸出氣體放電空間；帶電質(zhì)點(diǎn)的復(fù)合。1.1.2帶電質(zhì)點(diǎn)的消失帶電質(zhì)點(diǎn)的消失可能有以下幾種情況：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)生電荷的傳遞與中和，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)生兩個(gè)中性分子。帶電質(zhì)點(diǎn)的復(fù)合復(fù)合：當(dāng)氣體中帶異號(hào)電荷的粒子相遇時(shí)，有可復(fù)合可能發(fā)生在電子1.1.3

電子崩與湯遜理論氣體放電現(xiàn)象與規(guī)律因氣體的種類、氣壓和間隙中電場(chǎng)的均勻度而異。但氣體放電都有從電子碰撞電離開始發(fā)展到電子崩的階段。1.1.3電子崩與湯遜理論氣體放電現(xiàn)象與規(guī)律因氣體的種類、（1）非自持放電和自持放電的不同特點(diǎn)宇宙射線和放射性物質(zhì)的射線會(huì)使氣體發(fā)生微弱的電離而產(chǎn)生少量帶電質(zhì)點(diǎn)；另一方面、負(fù)帶電質(zhì)點(diǎn)又在不斷復(fù)合，使氣體空間存在一定濃度的帶電質(zhì)點(diǎn)。因此，在氣隙的電極間施加電壓時(shí)，可檢測(cè)到微小的電流。1、放電的電子崩階段（1）非自持放電和自持放電的不同特點(diǎn)宇宙射線和放射性物質(zhì)的射因素產(chǎn)生的帶電質(zhì)點(diǎn)全部進(jìn)入電極，所以電流值僅取決于外電離因素的強(qiáng)弱而與電壓無(wú)關(guān)圖1－3

氣體間隙中電流與外施電

壓的關(guān)系

由圖1-3可見(jiàn)，

（1）在I-U曲線的OA段：氣隙電流隨外施電壓的提高而增大，這是因?yàn)閹щ娰|(zhì)點(diǎn)向電極運(yùn)動(dòng)的速度加快導(dǎo)致復(fù)合率減小。當(dāng)電壓接近U

A

時(shí)，電流趨于飽和，因?yàn)榇藭r(shí)由外電離因素產(chǎn)生的帶電質(zhì)點(diǎn)全部進(jìn)入圖1－3氣體間隙中電流與外施電電過(guò)程又進(jìn)入了一個(gè)新的階段。此時(shí)氣隙轉(zhuǎn)入良好的導(dǎo)電狀態(tài)，即氣體發(fā)生了擊穿。圖1－3

氣體間隙中電流與外施電

壓的關(guān)系

（2）在I-U曲線的B、C點(diǎn)：電壓升高至UB

時(shí)，電流又開始增大，這是由于電子碰撞電離引起的，因?yàn)榇藭r(shí)電子在電場(chǎng)作用下已積累起足以引起碰撞電離的動(dòng)能。電壓繼續(xù)升高至

U0

時(shí)，電流急劇上升，說(shuō)明放電過(guò)程又進(jìn)入了一個(gè)新的階圖1－3氣體間隙中電流與外施電 （3）在I-U曲線的BC段：雖然電流增長(zhǎng)很快，但電流值仍很小，一般在微安級(jí)，且此時(shí)氣體中的電流仍要靠外電離因素來(lái)維持，一旦去除外電離因素，氣隙電流將消失。

圖1－3

氣體間隙中電流與外施電

壓的關(guān)系U0（3）在I-U曲線的BC段：仍要靠外電離因素來(lái)維持，一旦去除間隙中電離過(guò)程只靠外施電壓已能維持，不再

因此，外施電壓小于U0

時(shí)的放電是非自持放電。電壓達(dá)到

U0后，電流劇增，且此時(shí)需要外電離因素了。外施電壓達(dá)到U0后的放電稱為自持放電，U0稱為放電的起始電壓。間隙中電離過(guò)程只靠外施電壓已能維持，不再 因此，外施電壓小于（2）電子崩的形成

外界電離因子在陰極附近產(chǎn)生了一個(gè)初始電子，如果空間電場(chǎng)強(qiáng)度足夠大，該電子在向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)時(shí)就會(huì)引起碰撞電離，產(chǎn)生一個(gè)新的電子，初始電子和新電子繼續(xù)向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)，又會(huì)引起新的碰撞電離，產(chǎn)生更多電子。

電子崩的演示圖1－4

電子崩的示意圖視頻連接（2）電子崩的形成 外界電離因子在陰極附 視頻連接

依此，電子將按照幾何級(jí)數(shù)不斷增多，類似雪

崩似地發(fā)展，這種急劇增大的空間電子流被稱為電

子崩。

為了分析碰撞電離和電子崩引起的電流，引入：電子碰撞電離系數(shù)

α

。α:表示一個(gè)電子沿電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)1cm的行程所完成的碰撞電離次數(shù)平均值。 依此，電子將按照幾何級(jí)數(shù)不斷增多，類似雪α:表示一個(gè)電圖1－5

計(jì)算間隙中電子數(shù)增長(zhǎng)的示意圖

如圖1-5為平板電極氣隙，板內(nèi)電場(chǎng)均勻，設(shè)外界電離因子每秒鐘使陰極表面發(fā)射出來(lái)的初始電子數(shù)為n0。

由于碰撞電離和電子崩的結(jié)果，在它們到達(dá)x處時(shí)，電子數(shù)已增加為n，這n個(gè)電子在dx的距離中又會(huì)產(chǎn)生dn個(gè)新電子。圖1－5計(jì)算間隙中電子數(shù)增長(zhǎng)的示意圖 如圖1-5為平板電根據(jù)碰撞電離系數(shù)α的定義，可得：(1-7)(1-8)

對(duì)于均勻電場(chǎng)來(lái)說(shuō)，氣隙中各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度相同，α值不隨x而變化，所以上式可寫成：(1-9)分離變量并積分之，可得：根據(jù)碰撞電離系數(shù)α的定義，可得：(1-7)(1-8) 對(duì)于均抵達(dá)陽(yáng)極的電子數(shù)應(yīng)為：(1-10)

將式(1-8)的等號(hào)兩側(cè)乘以電子的電荷，即得電流關(guān)系式：途中新增加的電子數(shù)或正離子數(shù)應(yīng)為：(1-11)式(1-12)中，(1-12)抵達(dá)陽(yáng)極的電子數(shù)應(yīng)為：(1-10) 將式(1-8)的等號(hào)兩側(cè)數(shù)規(guī)律隨極間距離d而增大，但這時(shí)放電還不能自變?yōu)榱?。持，因?yàn)橐坏┏ネ饨珉婋x因子(令

I0

=

0)，即

I式(1-12)

表明：雖然電子崩電流按指數(shù)規(guī)律隨極間距離d而增大，但這時(shí)放電還不能自變?yōu)榱?。持，因?yàn)?1-13)（3）影響碰撞電離系數(shù)的因素

若電子的平均自由行程為λ，則在1cm長(zhǎng)度內(nèi)一個(gè)電子的平均碰撞次數(shù)為1/λ。

由上式積分得：設(shè)在處有個(gè)電子沿電力線方向運(yùn)動(dòng)，行經(jīng)距離時(shí)還剩下個(gè)電子未發(fā)生過(guò)碰撞，則在到這一距離中發(fā)生碰撞的電子數(shù)應(yīng)為(1-13)（3）影響碰撞電離系數(shù)的因素由上式積分得：設(shè)在處由第一節(jié)公式，實(shí)際自由行程長(zhǎng)度等于或大于xi的概率為，所以也就是碰撞電離的概率。根據(jù)碰撞電離系數(shù)α的定義，即可得出：(1-14)內(nèi)容可知，電子反比，即：由第一節(jié)公式

(1-15)的平均自由長(zhǎng)度與氣溫T成正比、與氣壓P成

由第一節(jié)公式，實(shí)際自由行程長(zhǎng)度等于或大于xi的(1-當(dāng)氣溫

T不變時(shí)，式(1-14)即可改寫為：式中A、B是兩個(gè)與氣體種類有關(guān)的常數(shù)。由上式不難看出：電場(chǎng)強(qiáng)度E增大時(shí)，α急劇增大;p

很大或很小時(shí)，α

都比較小。(1-16)當(dāng)氣溫T不變時(shí)，式(1-14)即可改寫為：式中A、B是兩個(gè)所以，在高氣壓和高真空下，氣隙不易發(fā)生放電現(xiàn)象，具有較高的電氣強(qiáng)度。但能引起電離的概率很小；高氣壓時(shí)，

很小，單位長(zhǎng)度上的碰撞次數(shù)很多，低氣壓和真空時(shí)，

很大，總的碰撞次數(shù)少，所以α也比較小。所以，在高氣壓和高真空下，氣隙不易發(fā)生放電現(xiàn)象，具有較高的電2、湯遜理論

前述已知，只有電子崩過(guò)程是不會(huì)發(fā)生自持放電的。要達(dá)到自持放電的條件，必須在氣隙內(nèi)初始電子崩消失前產(chǎn)生新的電子（二次電子）來(lái)取代外電離因素產(chǎn)生的初始電子。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明，二次電子的產(chǎn)生機(jī)制與氣壓和氣隙長(zhǎng)度的乘積（pd

）有關(guān)。

pd

值較小時(shí)自持放電的條件可用湯遜理論來(lái)說(shuō)明；

pd

值較大時(shí)則要用流注理論來(lái)解釋。2、湯遜理論 前述已知，只有電子崩過(guò)程是不會(huì)發(fā)生自持放 實(shí)驗(yàn)（1）

過(guò)程與自持放電條件

由于陰極材料的表面逸出功比氣體分子的電離能小很多，因而正離子碰撞陰極較易使陰極釋放出電子。此外正負(fù)離子復(fù)合時(shí)，以及分子由激勵(lì)態(tài)躍遷回正常態(tài)時(shí)，所產(chǎn)生的光子到達(dá)陰極表面都將引起陰極表面電離，統(tǒng)稱為

過(guò)程。

為此引入系數(shù)。（1）過(guò)程與自持放電條件 由于陰極材料的表面逸出功比氣增至在到達(dá)陰極表面時(shí)可撞出些電子在電極空間的碰撞電離同樣又能產(chǎn)生更多的正離子，如此循環(huán)下去。

設(shè)外界光電離因素在陰極表面產(chǎn)生了一個(gè)自由電子，此電子到達(dá)陽(yáng)極表面時(shí)由于α

過(guò)程，電子總數(shù)eαd個(gè)。因在對(duì)α

系數(shù)進(jìn)行討論時(shí)已假設(shè)每次電離撞出一個(gè)正離子，故電極空間共有（

eαd-1）個(gè)正離子。由系數(shù)γ的定義，此（

eαd-1）個(gè)正離子γ（eαd-1）個(gè)新電子，這增至在到達(dá)陰極表面時(shí)可撞出些電子在電極空間的碰撞電離同樣又能γ

(e

?1)

=1自持放電條件為αd

γ

：一個(gè)正離子撞擊到陰極表面時(shí)產(chǎn)生出來(lái)的

二次電子數(shù)

α

：電子碰撞電離系數(shù)

d

：兩極板距離

此條件物理概念十分清楚，即一個(gè)電子在自己進(jìn)入陽(yáng)極后可以由α及γ過(guò)程在陰極上又產(chǎn)生一個(gè)新的替身，從而無(wú)需外電離因素放電即可繼續(xù)進(jìn)行下去。(1-21)γ(e?1)=1自持放電條件為αd γγ（2）湯遜放電理論的適用范圍出現(xiàn)變化，湯遜理論就不再適用了。

湯遜理論是在低氣壓、

δd

較小的條件下在放電實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上建立的。

δd

過(guò)小或過(guò)大，放電機(jī)理將擊穿電壓似乎應(yīng)不斷上升，但實(shí)際上電壓U上升到一定程度后，場(chǎng)致發(fā)射將導(dǎo)致?lián)舸?，湯遜的碰撞電離理論不再適用，擊穿電壓將不再增加。δd

過(guò)小時(shí)，氣壓極低(

過(guò)小在實(shí)際上是不可能d的)，/λ

過(guò)小，

遠(yuǎn)大于

d，碰撞電離來(lái)不及發(fā)生，γ（2）湯遜放電理論的適用范圍出現(xiàn)變化，湯遜理論就不再適用了的很多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象無(wú)法全部在湯遜理論范圍內(nèi)給以解釋：放電外形；放電時(shí)間；擊穿電壓；陰極材料。δd

過(guò)大時(shí)，氣壓高，或距離大，這時(shí)氣體擊穿mmHg)時(shí)，擊穿過(guò)程將發(fā)生變化，湯遜理論的計(jì)算結(jié)果不再適用，但其碰撞電離的基本原理仍是普遍有效的。因此，通常認(rèn)為，δd

＞0.26

cm(pd＞200

cm

?的很多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象無(wú)法全部在湯遜理論范圍內(nèi)給以解δd過(guò)大時(shí)，氣Ub

=

f

(pd)(1-23)1.1.4

巴申定律與適用范圍

1、巴申定律

早在湯遜理論出現(xiàn)之前，巴申(Paschen)就于

1889年從大量的實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出了擊穿電壓ub

與pd

的關(guān)系曲線，稱為巴申定律，即Ub=f(pd)(1-23)1.1.4巴申定律與線，有極小值。圖1-7給出了空氣間隙的ub與

pd

的關(guān)系曲線。從圖中可見(jiàn)，首先，

ub并不僅僅由d

決定，而是

pd

的函數(shù)；其次ub不是

pd的單調(diào)函數(shù)，而是U型曲圖1-7

實(shí)驗(yàn)求得的均勻場(chǎng)不同氣體間隙

ub

=

f(pd)

曲線線，有極小值。圖1-7給出了空氣間隙的ub圖1-7實(shí)驗(yàn)求u度很小的情況下。

不同氣體，其巴申曲線上的最低擊穿電壓Ub,min，以及使ub

=Ub,min

的δd值(δd)min各不相同。對(duì)空氣，b的極小值為Ub,min

≈

325V。此極小值出現(xiàn)在δd

≈

75×105cm時(shí)，即ub

的極小值不是出現(xiàn)在常壓下，而是出現(xiàn)在低氣壓，即空氣相對(duì)密圖1-7

實(shí)驗(yàn)求得的均勻場(chǎng)不同氣體間隙

ub

=

f(pd)曲線u度很小的情況下。 不同氣體，其巴申曲線上的最低擊穿電壓Ub1.1.5

不均勻電場(chǎng)中的氣體放電

電氣設(shè)備中很少有均勻電場(chǎng)的情況。但對(duì)不均勻電場(chǎng)還要區(qū)分兩種不同的情況，即稍不均勻電場(chǎng)和極不均勻電場(chǎng)。全封閉組合電器(GIS)的母線筒和高壓實(shí)驗(yàn)室中測(cè)量電壓用的球間隙是典型的稍不均勻電場(chǎng)；高壓輸電線之間的空氣絕緣和實(shí)驗(yàn)室中高壓發(fā)生器的輸出端對(duì)墻的空氣絕緣則屬于極不均勻電場(chǎng)。1.1.5不均勻電場(chǎng)中的氣體放電 電氣設(shè)備中很少有均勻電:平均電場(chǎng)強(qiáng)度

Eαv

=1.

稍不均勻電場(chǎng)和極不均勻電場(chǎng)的特點(diǎn)與劃分

均勻電場(chǎng)是一種少有的特例，在實(shí)際電力設(shè)

施中常見(jiàn)的卻是不均勻電場(chǎng)。

為了描述各種結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)不均勻程度，可引

入一個(gè)電場(chǎng)不均勻系數(shù)f，表示為：U——df<2時(shí)為稍不均勻電場(chǎng),

f>4屬不均勻電場(chǎng)。(1-26)

Emax:最大電場(chǎng)強(qiáng)度Eαv:平均電場(chǎng)強(qiáng)度Eαv=1.稍不均勻電場(chǎng)和極不均勻電場(chǎng)的2.

極不均勻電場(chǎng)的電暈放電（1）電暈放電在極不均勻場(chǎng)中，當(dāng)電壓升高到一定程度后，在空氣間隙完全擊穿之前，大曲率電極(高場(chǎng)強(qiáng)電極)附近會(huì)有薄薄的發(fā)光層，這種放電現(xiàn)象稱為電暈。電暈放電是極不均勻電場(chǎng)所特有的一種自持放電形式。開始出現(xiàn)電暈時(shí)的電壓稱為電暈起始電壓Uc，而此時(shí)電極表面的場(chǎng)強(qiáng)稱為電暈起始場(chǎng)強(qiáng)Ec

。2.極不均勻電場(chǎng)的電暈放電（1）電暈放電在極不均勻場(chǎng)中，當(dāng)根據(jù)電暈層放電的特點(diǎn)，可分為兩種形式：電子崩形式和流注形式。

當(dāng)起暈電極的曲率很大時(shí)，電暈層很薄，且比較均勻，放電電流比較穩(wěn)定，自持放電采取湯遜放電的形式，即出現(xiàn)電子崩式的電暈。隨著電壓升高，電暈層不斷擴(kuò)大，個(gè)別電子崩形成流注，出現(xiàn)放電的脈沖現(xiàn)象，開始轉(zhuǎn)入流注形式的電暈放電。根據(jù)電暈層放電的特點(diǎn)，可分為兩種形式：電子崩形式和流注形式。若電極曲率半徑加大，則電暈一開始就很強(qiáng)烈，一出現(xiàn)就形成流注的形式。電壓進(jìn)一步升高，個(gè)別流注快速發(fā)展，出現(xiàn)刷狀放電，放電脈沖更強(qiáng)烈，最后貫通間隙，導(dǎo)致間隙完全擊穿。沖擊電壓下，電壓上升極快，因此電暈從一開始就具有流注的形式。爆發(fā)電暈時(shí)能聽到聲，看到光，嗅到臭氧味，并能測(cè)到電流。若電極曲率半徑加大，則電暈一開始就很強(qiáng)烈，一出現(xiàn)就形成流注的

（2）電暈放電的起始場(chǎng)強(qiáng)

電暈放電的起始場(chǎng)強(qiáng)一般由實(shí)驗(yàn)總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算，電暈的產(chǎn)生主要取決于電極表面的場(chǎng)強(qiáng)，所以研究電暈起始場(chǎng)強(qiáng)

Ec和各種因素間的關(guān)系更直接。

對(duì)于輸電線路的導(dǎo)線，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下其電暈起

始場(chǎng)強(qiáng)

Ec的經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式為（此處指導(dǎo)線的表面場(chǎng)強(qiáng)，

交流電壓下用峰值表示）：)0.3

rEc

=

30(1+式中r－導(dǎo)線半徑，cm。(1-28)kV/cm （2）電暈放電的起始場(chǎng)強(qiáng))0.3Ec=30(1+式中x∫αdx

=

K條件為:

式（1-28）說(shuō)明導(dǎo)線半徑

r

越小則

Ec

值越大。因?yàn)閞越小，則電場(chǎng)就越不均勻，也就是間隙中場(chǎng)強(qiáng)隨著其離導(dǎo)線的距離增加而下降得更快，而碰撞電離系數(shù)α

隨離導(dǎo)線距離的增加而減小得越快。所以輸電線路起始電暈

c0式中xxc－起始電暈層的厚度，

>

xc

時(shí)α

≈

0。

可見(jiàn)電場(chǎng)越不均勻，要滿足式(1-29)時(shí)導(dǎo)線表面場(chǎng)強(qiáng)應(yīng)越高。

式(1-28)表明，當(dāng)

r→∞

時(shí)，

Ec=30kV/cm。(1-29)x∫αdx=K條件為: 式（1-28）說(shuō)明導(dǎo)線半徑r

而對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)大氣條件，則進(jìn)行氣體密度修正以后的表達(dá)式為kV/cm(1-30)

式中

δ

－氣體相對(duì)密度

實(shí)際上導(dǎo)線表面并不光滑，所以對(duì)于絞線要考慮導(dǎo)線的表面粗糙系數(shù)

m1。此外對(duì)于雨雪等使導(dǎo)線表面偏離理想狀態(tài)的因素（雨水的水滴使導(dǎo)線表面形成突起的導(dǎo)電物）可用系數(shù)

m2

加以考慮。 而對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)大氣條件，則進(jìn)行氣體密度修正以kV/cm

理想光滑導(dǎo)線m1

＝1，絞線m1＝0.8～0.9，好天氣時(shí)m2

可按0.8估算。算得

Ec

后就不難根據(jù)電極布置求得電暈起始電壓Uc。例如，對(duì)于離地高度為h

的單根導(dǎo)線可寫出出對(duì)于距離為

d

的兩根平行導(dǎo)線（d

>>

r

）則可寫(1-32)(1-33)此時(shí)式（1-30）則寫為kV/cm

(1-31) 理想光滑導(dǎo)線m1＝1，絞線m1＝0.8～0.9，好出對(duì)（3）電暈放電的危害、對(duì)策及其利用電暈放電引起的光、聲、熱等效應(yīng)使空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，都會(huì)消耗一定的能量。電暈損耗是超高壓輸電線路設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的因素。電暈放電中，由于電子崩和流注不斷消失和重新出現(xiàn)所造成的放電脈沖會(huì)產(chǎn)生高頻電磁波，從而對(duì)無(wú)線電和電視廣播產(chǎn)生干擾。電暈放電還會(huì)產(chǎn)生可聞噪聲，并有可能超出環(huán)境保護(hù)所容許的標(biāo)準(zhǔn)。（3）電暈放電的危害、對(duì)策及其利用電暈放電引起的光、聲、熱等降低電暈的方法：從根本上設(shè)法限制和降低導(dǎo)線的表面電場(chǎng)強(qiáng)度。在選擇導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)和尺寸時(shí)，應(yīng)使好天氣時(shí)電暈損耗接近于零，對(duì)無(wú)線電和電視的干擾應(yīng)限制到容許水平以下。對(duì)于超高壓和特高壓線路的分裂線來(lái)說(shuō)，找到最佳的分裂距，使導(dǎo)線表面最大電場(chǎng)強(qiáng)度值最小。降低電暈的方法：從根本上設(shè)法限制和降低導(dǎo)線的表面電場(chǎng)強(qiáng)度。在（4）極不均勻電場(chǎng)中放電的極性效應(yīng)

在電暈放電時(shí)，空間電荷對(duì)放電的影響已得到關(guān)注。由于高場(chǎng)強(qiáng)電極極性的不同，空間電荷的極性也不同，對(duì)放電發(fā)展的影響也就不同，這就造成了不同極性的高場(chǎng)強(qiáng)電極的電暈起始電壓的不同，以及間隙擊穿電壓的不同，稱為極性效應(yīng)。（4）極不均勻電場(chǎng)中放電的極性效應(yīng) 在電暈放電時(shí)，空間電荷對(duì)Eex－外電場(chǎng)Esp－空間電荷電場(chǎng)棒－板間隙這種典型的極不均勻場(chǎng)

當(dāng)棒具有正極性時(shí)，間隙中出現(xiàn)的電子向棒運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)，開始引起電離現(xiàn)象而形成電子崩，如圖1-8（a）所示。隨著電壓的逐漸上升，到形成自持放電爆發(fā)電暈之前，在間隙中形成相當(dāng)多的電子崩。

圖1－8

正棒－負(fù)板間隙中非自持放電階段空間電荷對(duì)外電場(chǎng)畸變作用Eex－外電場(chǎng)Esp－空間電荷電場(chǎng)棒－板間隙這種典型的極不均

當(dāng)電子崩達(dá)到棒極后，其中的電子就進(jìn)入棒極，而正離子仍留在空間，相對(duì)來(lái)說(shuō)緩慢地向板極移動(dòng)。于是在棒極附近，積聚起正空間電荷，如圖1-8（b）所示。這樣就減少了緊貼棒極附近的電場(chǎng)，而略為加強(qiáng)了外部空間的電場(chǎng)。因此，棒極附近的電場(chǎng)被削弱，難以形成流注，這就使得放電難以得到自持。 當(dāng)電子崩達(dá)到棒極后，其中的電子就進(jìn)入棒

當(dāng)棒具有負(fù)極性時(shí)，陰極表面形成的電子立即進(jìn)入強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)，造成電子崩，如圖1-9（a）所示。當(dāng)電子崩中的電子離開強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)后，電子就不再能引起電離，面以越來(lái)越慢的速度向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)。一部分電子直接消失于陽(yáng)極，其余的可為氧原子所吸附形成負(fù)離子。 當(dāng)棒具有負(fù)極性時(shí)，陰極表面形成的電子立Eex－外電場(chǎng)Esp－空間電荷電場(chǎng)

電子崩中的正離子逐漸向棒極運(yùn)動(dòng)而消失于棒極，但由于其運(yùn)動(dòng)速度較慢，所以在棒極附近總是存在著正空間電荷。結(jié)果在棒極附近出現(xiàn)了比較集中的正空間電荷，而在其后則是非常分散的負(fù)空間電荷，如圖1-9（b）所示。

圖1－9

負(fù)棒－正板間隙中非自持放電階段空間電荷對(duì)外電場(chǎng)的畸變作用Eex－外電場(chǎng)Esp－空間電荷電場(chǎng) 電子崩中的正離子逐漸向Eex－外電場(chǎng)Esp－空間電荷電場(chǎng)

負(fù)空間電荷由于濃度小，對(duì)外電場(chǎng)的影響不大，而正空間電荷將使電場(chǎng)畸變。棒極附近的電場(chǎng)得到增強(qiáng)，因而自持放電條件易于滿足、易于轉(zhuǎn)入流注而形成電暈放電。

圖1－9

負(fù)棒－正板間隙中非自持放電階段空間電荷對(duì)外電場(chǎng)的畸變作用Eex－外電場(chǎng)Esp－空間電荷電場(chǎng) 負(fù)空間電荷由于濃度小，圖1－10

兩種極性下棒－板間隙的電場(chǎng)分布圖（a）正棒－負(fù)板

（b）負(fù)棒－正板E

-電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)

x

－棒極到板極的距離

圖1-10是兩種極性下棒－板間隙的電場(chǎng)分布圖，其中曲線1為外電場(chǎng)分布，曲線2為經(jīng)過(guò)空間電荷畸變以后的電場(chǎng)。圖1－10兩種極性下棒－板間隙的電場(chǎng)分布圖（a）正棒－負(fù)通過(guò)實(shí)驗(yàn)已證明，棒－板間隙中棒為正極性時(shí)電暈起始電壓比負(fù)極性時(shí)略高。

而極性效應(yīng)的另一個(gè)表現(xiàn)，就是間隙擊穿電壓的不同。隨著電壓升高，在緊貼棒極附近，形成流注，產(chǎn)生電暈；以后在不同極性下空間電荷對(duì)放電的進(jìn)一步發(fā)展所起的影響就和對(duì)電暈起始的影響相異了。負(fù)極性下的擊穿電壓應(yīng)較正極性時(shí)為高。通過(guò)實(shí)驗(yàn)已證明，棒－板間隙中棒為正極性時(shí)電暈起始電壓比負(fù)極性（5）長(zhǎng)間隙擊穿過(guò)程

在間隙距離較長(zhǎng)時(shí)，存在某種新的、不同性質(zhì)的放電過(guò)程，稱為先導(dǎo)放電。長(zhǎng)間隙放電電壓的飽和現(xiàn)象可由先導(dǎo)放電現(xiàn)象作出解釋。

長(zhǎng)間隙的放電大致可分為先導(dǎo)放電和主放電兩個(gè)階段，在先導(dǎo)放電階段中包括電子崩和流注的形成及發(fā)展過(guò)程。不太長(zhǎng)間隙的放電沒(méi)有先導(dǎo)放電階段、只分為電子崩、流注和主放電階段。（5）長(zhǎng)間隙擊穿過(guò)程 在間隙距離較長(zhǎng)時(shí)，存在某種新的、不同性3.

稍不均勻電場(chǎng)中的極性效應(yīng)

稍不均勻電場(chǎng)意味著電場(chǎng)還比較均勻，高場(chǎng)強(qiáng)區(qū)電子電離系數(shù)α達(dá)足夠數(shù)值時(shí)，間隙中很大一部分區(qū)域中的α

也達(dá)到相當(dāng)值，起始電子崩在強(qiáng)場(chǎng)區(qū)發(fā)展起來(lái)，經(jīng)過(guò)一部分間隙距離后形成流注。流注一經(jīng)產(chǎn)生，隨即發(fā)展至貫通整個(gè)間隙，導(dǎo)致完全擊穿。

在高電壓工程中常用的球—球間隙、同軸圓柱間隙等屬稍不均勻電場(chǎng)。3.稍不均勻電場(chǎng)中的極性效應(yīng)電子電離系數(shù)α達(dá)足夠數(shù)值時(shí)，間

稍不均勻電場(chǎng)間隙的放電特點(diǎn)和均勻電場(chǎng)相似，氣隙實(shí)現(xiàn)自持放電的條件就是氣隙的擊穿條件。在直流電壓作用下的擊穿電壓和工頻交流下的擊穿電壓幅值以及50％沖擊擊穿電壓都相同，擊穿電壓的分散性也不大，這也和均勻電場(chǎng)放電特點(diǎn)一致。稍不均勻場(chǎng)也有一定的極性效應(yīng)，但不很明顯。高場(chǎng)強(qiáng)電極為正極性時(shí)擊穿電壓稍高；為負(fù)極性時(shí)擊穿電壓稍低。這是因?yàn)樵谪?fù)極性下電暈易發(fā)生，而稍不均勻場(chǎng)中的電暈很不穩(wěn)定。 稍不均勻電場(chǎng)間隙的放電特點(diǎn)和均勻電場(chǎng)相似，稍不均勻場(chǎng)也有一

從擊穿電壓的特點(diǎn)來(lái)看，稍不均勻場(chǎng)的極性效應(yīng)與極不均勻場(chǎng)的極性效應(yīng)結(jié)果相反。在稍不均勻場(chǎng)中，高場(chǎng)強(qiáng)電極為正電極時(shí)，間隙擊穿電壓稍高；高場(chǎng)強(qiáng)電極為負(fù)電極時(shí)，間隙擊穿電壓稍低。而在極不均勻場(chǎng)中卻是高場(chǎng)強(qiáng)電極為正時(shí)，間隙擊穿電壓低；高場(chǎng)強(qiáng)電極為負(fù)時(shí)，間隙擊穿電壓高。電暈的起始電壓就是間隙擊穿電壓。 從擊穿電壓的特點(diǎn)來(lái)看，稍不均勻場(chǎng)的極性效應(yīng)電暈的起始電壓就小結(jié)氣體中電離的方式可分為熱電離、光電離、碰撞電離和分級(jí)電離。?正離子撞擊陰極?光電子發(fā)射?強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射?熱電子發(fā)射電子從電極表面逸出所需的能量可通過(guò)下述途徑獲得小結(jié)氣體中電離的方式可分為熱電離、光電離、碰?正離子撞擊陰極氣體放電過(guò)程中，帶電質(zhì)點(diǎn)除在電場(chǎng)作用下定向運(yùn)動(dòng)，還可能因擴(kuò)散和復(fù)合使帶電質(zhì)點(diǎn)在放電空間消失。二次電子的來(lái)源是正離子撞擊陰極使陰極表面從陰極表面平均釋放的自由電子數(shù)。湯遜理論認(rèn)為：在低氣壓、

δd較小的條件下，發(fā)生電子逸出。并引入γ

系數(shù)表示每個(gè)正離子氣體放電過(guò)程中，帶電質(zhì)點(diǎn)除在電場(chǎng)作用下定二次電子的來(lái)源是正離巴申定律

：出現(xiàn)在湯遜理論之前，總結(jié)了擊穿電壓與的關(guān)系曲線，

即Ub

=

f

(pd)電場(chǎng)不均勻系數(shù)

f的定義為間隙中最大場(chǎng)強(qiáng)

Emax與平均場(chǎng)強(qiáng)

Eav的比值：f

=

Emax

/

Eav均勻電場(chǎng)

f

＝1；稍不均勻電場(chǎng)

f﹤2；極不均勻電場(chǎng)

f

＞4。巴申定律：出現(xiàn)在湯遜理論之前，總結(jié)了擊穿電Ub=電暈放電是極不均勻電場(chǎng)所特有的一種自持放

電形式。開始出現(xiàn)電暈時(shí)的電壓稱為電暈起始

電壓，而此時(shí)電極表面的場(chǎng)強(qiáng)稱為電暈起始場(chǎng)

強(qiáng)。棒－板間隙的極性效應(yīng)。?棒為正極性時(shí)，電暈起始電壓比負(fù)極性時(shí)略高；?棒為負(fù)極性時(shí)，擊穿電壓較正極性時(shí)為高。（本節(jié)完）電暈放電是極不均勻電場(chǎng)所特有的一種自持放（本節(jié)完）1.2

氣體介質(zhì)的電氣強(qiáng)度實(shí)際工程應(yīng)用中，擊穿電壓的確定方式如下：參照一些典型電極的擊穿電壓來(lái)選擇絕緣距離；根據(jù)實(shí)際電極布置情況，通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。1.2氣體介質(zhì)的電氣強(qiáng)度實(shí)際工程應(yīng)用中，擊穿電壓的確定方空氣間隙放電電壓的影響因素如下：電場(chǎng)情況電壓形式大氣條件空氣間隙放電電壓的影響因素如下：電場(chǎng)情況電壓形式大氣條件1.2.1持續(xù)作用電壓下的擊穿1.2.2雷電沖擊電壓下的擊穿1.2.3操作沖擊電壓下空氣的絕緣特性1.2.4大氣條件對(duì)氣體擊穿的影響1.2.5提高氣體擊穿電壓的措施本節(jié)內(nèi)容1.2.1持續(xù)作用電壓下的擊穿1.2.3操作沖擊電壓下空1.2.1

持續(xù)作用電壓下的擊穿實(shí)際中，大均勻電場(chǎng)間隙要求電極尺寸做得很大。因此，對(duì)于均勻場(chǎng)間隙，通常只有間隙長(zhǎng)度不大時(shí)的擊穿數(shù)據(jù)，如圖1-11所示。1、均勻電場(chǎng)中的擊穿圖1-11

均勻電場(chǎng)中空氣間隙的擊穿電壓峰值Ub

隨間隙距離d的變化1.2.1持續(xù)作用電壓下的擊穿實(shí)際中，大均勻電場(chǎng)間隙要求電極布置對(duì)稱，無(wú)擊穿的極性效應(yīng)；間隙中各處電場(chǎng)強(qiáng)度相等，擊穿所需時(shí)間極短；直流擊穿電壓、工頻擊穿電壓峰值以及50％沖擊擊穿電壓相同；擊穿電壓的分散性很小。均勻電場(chǎng)的擊穿特性：電極布置對(duì)稱，無(wú)擊穿的極性效應(yīng)；間隙中各處電場(chǎng)強(qiáng)度相等，擊穿

對(duì)于圖

1-11所示的擊穿電壓(峰值)實(shí)驗(yàn)曲線，可用以下經(jīng)驗(yàn)公式表示：kV式中

Ub

=

24.22δd

+6.08

δd

d－間隙距離，cm；δ

－空氣相對(duì)密度b

從圖

1-11

中可以得出，當(dāng)d

在1～10cm范圍內(nèi)時(shí)，擊穿強(qiáng)度

E（用電壓峰值表示）約等于30kV/cm。(1-34) 對(duì)于圖1-11所示的擊穿電壓(峰值)實(shí)驗(yàn)曲線，可用kV式2、稍不均勻電場(chǎng)中的擊穿稍不均勻電場(chǎng)的擊穿特點(diǎn)：擊穿前無(wú)電暈；無(wú)明顯的極性效應(yīng)；直流擊穿電壓、工頻擊穿電壓峰值及50％沖擊擊穿電壓幾乎一致。2、稍不均勻電場(chǎng)中的擊穿稍不均勻電場(chǎng)的擊穿特點(diǎn)：擊穿前無(wú)電暈

稍不均勻電場(chǎng)的擊穿電壓通常可以根據(jù)起始場(chǎng)強(qiáng)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算U

=

Emax

?d

/

f

f

取決于電極布置，可用靜電場(chǎng)計(jì)算的方法或電

解槽實(shí)驗(yàn)的方法求得。

對(duì)于稍不均勻場(chǎng)，當(dāng)

Emax達(dá)臨界場(chǎng)強(qiáng)

E0時(shí)，

U達(dá)到擊穿電壓Ub

，從而Ub

=

E0

?d

/

f(1-35)(1-36) 稍不均勻電場(chǎng)的擊穿電壓通?？梢愿鶕?jù)起始場(chǎng)強(qiáng)U=Emax圖1-12

幾種典型電極結(jié)構(gòu)示意圖1、同心球

2、球－平板

3、球－球

4、同軸圓柱5、圓柱－平板

6、圓柱－圓柱

7、曲面－平面

8、曲面－曲面下面給出幾種典型的電極結(jié)構(gòu):圖1-12幾種典型電極結(jié)構(gòu)示意圖1、同心球球－板電極E0

=

27.7δ(1+0.337/

rδ

))d

rU

dEmax(1+=

0.9r

+

d

rd=

0.9U

?

0.91+

d

/rf

=

dr0.9(d

+

r)Uc

=

E0(1-40)(1-39)(1-38)(1-37)球－板電極E0=27.7δ(1+0.337/柱—板電極E0

=

30.3δ(1+0.298/

rδ

))Emax

0.9U

d

+

rrln(

r=)

0.9d

d

+

rrln(

rf

=)

d

+

rrln(

r

0.9Uc

=

E0(1-43)(1-44)(1-42)(1-41)柱—板電極E0=30.3δ(1+0.298/r平行圓柱電極E0

=

30.3δ(1+0.298/

rδ

))Emax

0.9U

d

+

2r2rln(

2r=)

0.9d

d

+

2r2rln(

2rf

=)

d

+

2r2rln(

2r

0.9Uc

=

E0(1-45)(1-46)(1-47)(1-48)平行圓柱電極E0=30.3δ(1+0.298/U

c

=

E0rln(

)同軸圓柱電極E0

=

31.5δ(1+0.305/

rδ

)

Urln(R/r)Emax=

R

?

rrln(R/r)f

=R

r(1-49)(1-50)(1-51)(1-52)Uc=E0rln()同軸圓柱電極E0=3同心球電極E0

=

24δ(1+1/

rδ

)Emax

RUr(R

?r)=f

=

R/r(R

?

r)r

RU

c

=

E0(1-53)(1-56)(1-55)(1-54)同心球電極E0=24δ(1+1/rδ)Ema)

Uc

=

E0球－球電極E0

=

27.7δ(1+0.337/

rδ

))

d2rU

dEmax(1+=

0.9

d2r(1-57)(1-58)f

=

0.9(1+

(1-59)

d(1-60)0.9(1+

d

/2r))Uc=E0球－球電極E0=27.7δ(

另外，對(duì)于某些不太好根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式求的電場(chǎng)結(jié)構(gòu)，也可以用

E0＝30kV/cm進(jìn)行大致估算，則間隙擊穿電壓

Ub為Ub

=

30d

/

f(1-61) 另外，對(duì)于某些不太好根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式求的電場(chǎng)結(jié)Ub=303、極不均勻電場(chǎng)中的擊穿極不均勻場(chǎng)的擊穿特性：電場(chǎng)不均勻程度對(duì)擊穿電壓的影響減弱；極間距離對(duì)擊穿電壓的影響增大；在直流電壓中，直流擊穿電壓的極性效應(yīng)非常明顯；3、極不均勻電場(chǎng)中的擊穿極不均勻場(chǎng)的擊穿特性：電場(chǎng)不均勻程度工頻電壓下，擊穿都發(fā)生在正半周峰值附近。當(dāng)間隙距離不大時(shí)，擊穿電壓基本上與間隙距離呈線性上升的關(guān)系；

當(dāng)間隙距離很大時(shí)，平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)明顯降低，即擊穿電壓不再隨間隙距離的增大而線性增加，呈現(xiàn)出飽和現(xiàn)象。工頻電壓下，擊穿都發(fā)生在正半周峰值附近。當(dāng)間隙距離不大時(shí)，擊1.2.2

雷電沖擊電壓下的擊穿

大氣中雷電產(chǎn)生的過(guò)電壓對(duì)高壓電氣設(shè)備絕緣會(huì)產(chǎn)生重大威脅。因此在電力系統(tǒng)中，一方面應(yīng)采取措施限制大氣過(guò)電壓，另一方面應(yīng)保證高壓電氣設(shè)備能耐受一定水平的雷電過(guò)電壓。

雷電過(guò)電壓是一種持續(xù)時(shí)間極短的脈沖電壓，在這種電壓作用下絕緣的擊穿具有與穩(wěn)態(tài)電壓下?lián)舸┎煌奶攸c(diǎn)。1.2.2雷電沖擊電壓下的擊穿 大氣中雷電產(chǎn)生的過(guò)電壓對(duì)高1、雷電沖擊電壓的標(biāo)準(zhǔn)波形按雷電發(fā)展的方向可分為：雷電能對(duì)地面設(shè)備造成危害的主要是云地閃。下行雷在雷云中產(chǎn)生并向大地發(fā)展；上行雷由接地物體頂部激發(fā)，并向雷云方向發(fā)展。1、雷電沖擊電壓的標(biāo)準(zhǔn)波形按雷電發(fā)展的方向可分為：雷電能對(duì)地下行負(fù)極性雷通?？煞譃?個(gè)主要階段：先導(dǎo)過(guò)程主放電過(guò)程余光放電過(guò)程下行負(fù)極性雷通?？煞譃?個(gè)主要階段：先導(dǎo)過(guò)程主放電過(guò)程余光放

先導(dǎo)過(guò)程：延續(xù)約幾毫秒，以遠(yuǎn)級(jí)發(fā)展、高電導(dǎo)、高溫的、具有極高電位的先導(dǎo)通道將雷云到大地之間的氣隙擊穿。沿先導(dǎo)通道分布著電荷，其數(shù)量達(dá)幾庫(kù)侖。 先導(dǎo)過(guò)程：延續(xù)約幾毫秒，以遠(yuǎn)級(jí)發(fā)展、

主放電過(guò)程：當(dāng)下行先導(dǎo)和大地短接時(shí)，發(fā)生先導(dǎo)通道放電的過(guò)渡過(guò)程。在主放電過(guò)程中，通道產(chǎn)生突發(fā)的亮光，發(fā)出巨大的聲響，沿著雷電通道流過(guò)幅值很大、延續(xù)時(shí)間為近百微秒的沖擊電流。 主放電過(guò)程：當(dāng)下行先導(dǎo)和大地短接時(shí)，上述3個(gè)階段組成下行負(fù)雷的第一個(gè)分量。

余光放電：主放電完成后，云中的剩余電荷沿著雷電通道繼續(xù)流向大地，這時(shí)在展開照片上看到的是一片模糊發(fā)光的部分，相應(yīng)的電流是逐漸衰減的，約為

10

~10

A，延續(xù)時(shí)間約為幾毫秒。3上述3個(gè)階段組成下行負(fù)雷的第一個(gè)分量。 余光放電：主放電完成

通常，雷電放電并未結(jié)束，隨后還有幾個(gè)(甚至十幾個(gè))后續(xù)分量。每個(gè)后續(xù)分量也是由重新使雷電通道充電的先導(dǎo)階段、使通道放電的主放電階段和余光放電階段組成。各分量中的最大電流和電流增長(zhǎng)最大陡度是造成被擊物體上的過(guò)電壓、電動(dòng)力、電磁脈沖和爆破力的主要因素。而在余光階段中流過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的電流則是造成雷電熱效應(yīng)的重要因素。 通常，雷電放電并未結(jié)束，隨后還有幾個(gè)(甚至十T1－波前時(shí)間T2－半峰值時(shí)間

Umax-沖擊電壓峰值

圖1-13表示雷電沖擊電壓的標(biāo)準(zhǔn)波形和確定其波前和波長(zhǎng)時(shí)間的方法(波長(zhǎng)指沖擊波衰減至半峰值的時(shí)間)。

圖1-13

標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓波形T1－波前時(shí)間T2－半峰值時(shí)間Umax-沖擊電T1－波前時(shí)間T2－半峰值時(shí)間

Umax—沖擊電壓峰值1

圖中O為原點(diǎn)，P點(diǎn)為波峰。國(guó)際上都用圖示的方法求得名義零點(diǎn)

O（即圖中虛線所示，連接P點(diǎn)與0.3倍峰值點(diǎn)作虛線交橫軸、于

O1點(diǎn)）

圖1-13

標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓波形T1－波前時(shí)間T2－半峰值時(shí)間Umax—沖擊電壓目前國(guó)際上大多數(shù)國(guó)家對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)雷電波的波形規(guī)定是：T1

=1.2μs

±30%對(duì)于不同極性的標(biāo)準(zhǔn)雷電波形可表示為

+

1.2/50us或

-

1.2/50us。T2

=

50μs

±

20%目前國(guó)際上大多數(shù)國(guó)家對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)雷電波的波形規(guī)定是：T1=1.2、放電延時(shí)完成氣隙擊穿的三個(gè)必備條件：最低靜態(tài)擊穿電壓；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。2、放電延時(shí)完成氣隙擊穿的三個(gè)必備條件：最低靜態(tài)擊穿電壓；在圖1-14

沖擊擊穿所需時(shí)間的示意圖總放電時(shí)間

后面兩個(gè)分量之和稱為放電延時(shí)tb

=t0+ts+tf(1-62)tlag

=ts+tf圖1-14沖擊擊穿所需時(shí)間的示意圖總放電時(shí)間 后面兩個(gè)分圖1-14

沖擊擊穿所需時(shí)間的示意圖

ts－從t1開始到氣隙中出現(xiàn)第一個(gè)有效電子所需的時(shí)間稱為統(tǒng)計(jì)時(shí)延；ts

t0－氣隙在持續(xù)電壓下的擊穿電壓為Us

，為所加電壓從0上升到Us的時(shí)間；圖1-14沖擊擊穿所需時(shí)間的示意圖 ts－從t1開始到氣圖1-14

沖擊擊穿所需時(shí)間的示意圖tf－出現(xiàn)有效電子后，引起碰撞電離，形成電子崩，發(fā)展到流注和主放電，最后完成氣隙的擊穿。這個(gè)過(guò)程需要的時(shí)間稱為放電形成時(shí)延tf

。圖1-14沖擊擊穿所需時(shí)間的示意圖tf－出現(xiàn)有效電子后，放電時(shí)間tb和tlag放電時(shí)延的長(zhǎng)短都與所加電發(fā)展的越快，tb和tlag越短。tb和tf都具有統(tǒng)計(jì)性壓的幅值

U有關(guān)，總的趨勢(shì)是U

越高，放電過(guò)程放電時(shí)間tb和tlag放電時(shí)延的長(zhǎng)短都與所加電發(fā)展的越快，t3、50％擊穿電壓

在工程實(shí)際中廣泛采用擊穿百分比為50％時(shí)的電壓（

U50%

）來(lái)表征氣隙的沖擊擊穿特性。實(shí)際中，施加10次電壓中有4-6次擊穿了，這一電壓即可認(rèn)為是50％沖擊擊穿電壓。3、50％擊穿電壓 在工程實(shí)際中廣泛采用擊穿百分比為50％時(shí)極不均勻電場(chǎng)中,，沖擊擊穿電壓的分散性也較大，其標(biāo)準(zhǔn)偏差可取3％。Ub50

U

0β

=(1-64)U50%與靜態(tài)擊穿電壓Ur的比值稱為沖擊系數(shù)β：均勻和稍不均勻電場(chǎng)下，β

≈1;極不均勻電場(chǎng)中,，沖擊擊穿電壓的分散性也較大，其標(biāo)準(zhǔn)偏差可取4、伏－秒特性

沖擊擊穿特性最好

用電壓和時(shí)間兩個(gè)參量

來(lái)表示，這種在“電壓－

時(shí)間”坐標(biāo)平面上形成的

曲線，通常稱為伏秒特

性曲線，它表示該氣隙

的沖擊擊穿電壓與放電時(shí)間的關(guān)系。如圖1-15所示：圖1-15

伏秒特性繪制方法4、伏－秒特性時(shí)間的關(guān)系。如圖1-15圖1-15伏秒特性圖1-16

50％伏秒特性示意圖（虛線表示沒(méi)

有被試間隙時(shí)的波形）

實(shí)際的伏秒特性曲線如圖1-16所示，是一個(gè)以上、下包線為界的帶狀區(qū)域。通常取50％伏秒特性或平均伏秒特性曲線來(lái)表征一個(gè)氣隙的沖擊擊穿特性。

1-0％伏秒特性

2－100％伏秒特性

3－50％伏秒特性

4—50％沖擊擊穿電壓

5－0％沖擊擊穿電壓（靜態(tài)擊穿電壓）圖1-1650％伏秒特性示意圖（虛線表示沒(méi) 實(shí)際的伏秒1.2.3

操作沖擊電壓下空氣的絕緣特性

電力系統(tǒng)在操作或發(fā)生事故時(shí)，因狀態(tài)發(fā)生突然變化引起電感和電容回路的振蕩產(chǎn)生過(guò)電壓，稱為操作過(guò)電壓。

目前的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)額定電壓在300kV以上的高壓電氣設(shè)備要進(jìn)行操作沖擊電壓試驗(yàn)。這說(shuō)明操作沖擊電壓下的擊穿只對(duì)長(zhǎng)間隙才有重要意義。1.2.3操作沖擊電壓下空氣的絕緣特性 電力系統(tǒng)在操作或1、操作沖擊電壓波形

操作過(guò)電壓波形是隨著電壓等級(jí)、系統(tǒng)參數(shù)、設(shè)備性能、操作性質(zhì)、操作時(shí)機(jī)等因素而有很大變化的。

IEC推薦了250／2500

us

的操作沖擊電壓標(biāo)準(zhǔn)波形，我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)也采用了這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)波形。1、操作沖擊電壓波形 操作過(guò)電壓波形是隨著電壓等級(jí)、系統(tǒng)參數(shù)2500us

，允許誤差為土60％；峰值允許誤差土3％；

如圖1-17所示，波形特征參數(shù)為：波前時(shí)間

Tcr＝250us

，允許誤差為土20％；半峰值時(shí)間

T2

＝90％蜂值以上持續(xù)時(shí)間

Td

未作規(guī)定。2500us，允許誤差為土60％；峰值允許誤差土3％； 圖1-17

操作沖擊電壓全波圖中0點(diǎn)為實(shí)際零點(diǎn)，u為電壓值，圖中u＝1.0處為電壓u峰值Td－電壓值持續(xù)處于0.9倍電壓峰值以上時(shí)間Tcr－波前時(shí)間T2－半峰值時(shí)間圖1-17操作沖擊電壓全波圖中0點(diǎn)為實(shí)際零點(diǎn)，u為電壓值2.

操作沖擊放電電壓的特點(diǎn)U形曲線極性效應(yīng)飽和現(xiàn)象分散性大鄰近效應(yīng)2.操作沖擊放電電壓的特點(diǎn)U形曲線極性效應(yīng)飽和現(xiàn)象分散性大1.2.4

大氣條件對(duì)氣體擊穿的影響濕度校正因數(shù)空氣密度校正因數(shù)海拔高度的影響1.2.4大氣條件對(duì)氣體擊穿的影響濕度校正因數(shù)空氣密度校前面介紹的不同氣隙在各種電壓下的擊穿特性均對(duì)應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)大氣條件和正常海拔高度。

由于大氣的壓力、溫度、濕度等條件都會(huì)影響空氣的密度、電子自由行程長(zhǎng)度、碰撞電離及附著過(guò)程，所以也必然會(huì)影響氣隙的擊穿電壓。海拔高度的影響亦與此類似，因?yàn)殡S著海拔高度的增加，空氣的壓力和密度均下降。前面介紹的不同氣隙在各種電壓下的擊穿特性均對(duì)應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)大氣條件國(guó)標(biāo)規(guī)定的大氣條件：

正由于此，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)都必須換算到某種標(biāo)準(zhǔn)條件下才能互相進(jìn)行比較。壓力：

0=101.3kPa(760mmHg)；溫度：t0=20攝氏度或T0=293K；絕對(duì)濕度：hc=11g/m。p3國(guó)標(biāo)規(guī)定的大氣條件： 正由于此，在不同大氣條件和海拔高度下所

Kd

：空氣密度校正因數(shù)

Kh

：濕度校正因數(shù)

上式不僅適用于氣隙的擊穿電壓，也適用于外絕緣的沿面閃絡(luò)電壓。UsKdKhU

=

實(shí)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U

S

之間關(guān)系：(1-66) Kd：空氣密度校正因數(shù)UsKdU= 實(shí)驗(yàn)條件下的氣隙

在進(jìn)行高壓試驗(yàn)時(shí)，也往往要根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)時(shí)的大氣條件，將試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的試驗(yàn)電壓值換算得出實(shí)際應(yīng)加的試驗(yàn)電壓值。下面分別討論各個(gè)校正因數(shù)的取值： 在進(jìn)行高壓試驗(yàn)時(shí)，也往往要根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)時(shí)下面分別討論各個(gè)校濕度校正因數(shù)正如在“負(fù)離子的形成”一段中所介紹的那樣，大氣中所含的水氣分子能俘獲自由電子而形成負(fù)離子，這對(duì)氣體中的放電過(guò)程顯然起著抑制作用，可見(jiàn)大氣的濕度越大，氣隙的擊穿電壓也會(huì)增高。濕度校正因數(shù)正如在“負(fù)離子的形成”一段中所介紹的那樣，大氣中在均勻和稍不均勻電場(chǎng)中，放電開始時(shí)，整個(gè)氣隙的電場(chǎng)強(qiáng)度都較大，電子的運(yùn)動(dòng)速度較快，不易被水氣分子所俘獲，因而濕度的影響就不太明顯，可以忽略不計(jì)。

例如用球隙測(cè)量高電壓時(shí)，只需要按空氣相對(duì)密度校正其擊穿電壓就可以了，而不必考慮濕度的影響。在均勻和稍不均勻電場(chǎng)中，放電開始時(shí)，整個(gè)氣 例如用球隙測(cè)量高在極不均勻電場(chǎng)中，濕度的影響就很明顯了，這時(shí)可以用下面的濕度校正因數(shù)來(lái)加以修正：ωKh

=

k(1-68)

式中的因數(shù)k與絕對(duì)濕度和電壓類型有關(guān)，而指數(shù)ω之值則取決于電極形狀、氣隙長(zhǎng)度、電壓類型及其極性。在極不均勻電場(chǎng)中，濕度的影響就很明顯了，這ωKh=k(1空氣密度校正因數(shù)

空氣密度與壓力和溫度有關(guān)。空氣的相對(duì)密度：(1-67)式中p－試驗(yàn)條件下的氣溫，Pa；

t－試驗(yàn)條件下的氣溫，℃；ps，ts－標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣壓和氣溫空氣密度校正因數(shù)(1-67)式中p－試驗(yàn)條件下的氣溫，Pa；U

≈δU0在大氣條件下，氣隙的擊穿電壓隨δ的增大而提高。因而：K

d

=δ

m（1-69）實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)δ處于0.95~1.05的范圍內(nèi)時(shí)，氣隙的擊穿電壓幾乎與δ成正比，即此時(shí)的空氣密度校正因數(shù)：U≈δU0在大氣條件下，氣隙的擊穿電壓隨δ的增大而提高。因海拔高度的影響

我國(guó)幅員遼闊，有不少電力設(shè)施(特別是輸電線路)位于高海拔地區(qū)。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，因而空氣的電氣強(qiáng)度也將降低。海拔高度對(duì)氣隙的擊穿電壓和外絕緣的閃絡(luò)電壓的影響可利用一些經(jīng)驗(yàn)公式求得。海拔高度的影響 我國(guó)幅員遼闊，有不少電力設(shè)施(特別是輸電海拔US-4U

=

KAUS

=

11.1?

H

×10(1-70)我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：對(duì)于安裝在海拔高于1000m、但不超過(guò)4000m處的電力設(shè)施外絕緣，其試驗(yàn)電壓U應(yīng)為平原地區(qū)外絕緣的試驗(yàn)電壓Us乘以海拔校正因數(shù)足Ka即：式中

H－安裝地點(diǎn)海拔高度，m。US-4U=KAUS= 1(1-70)我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)1.2.5

提高氣體擊穿電壓的措施電極形狀的改進(jìn)空間電荷對(duì)原電場(chǎng)的畸變作用極不均勻場(chǎng)中屏障的采用提高氣體壓力的作用高真空和高電氣強(qiáng)度氣體SF6的采用1.2.5提高氣體擊穿電壓的措施電極形狀的改進(jìn)空間電荷對(duì)

為了縮小電力設(shè)施的尺寸，總希望將氣隙長(zhǎng)度或絕緣距離盡可能取得小一些，為此就應(yīng)采取措施來(lái)提高氣體介質(zhì)的電氣強(qiáng)度。從實(shí)用角度出發(fā)，要提高氣隙的擊穿電壓不外乎采用兩條途徑：改善氣隙中的電場(chǎng)分布，使之均勻；設(shè)法削弱和抑制氣體介質(zhì)中的電離過(guò)程。 為了縮小電力設(shè)施的尺寸，總希望將氣隙長(zhǎng)度改善氣隙中的電場(chǎng)分1、電極形狀的改進(jìn)

電場(chǎng)分布越均勻，氣隙的平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)也就越大。因此，可以通過(guò)改進(jìn)電極形狀的方法來(lái)減小氣隙中的最大電場(chǎng)強(qiáng)度，以改善電場(chǎng)分布，提高氣隙的擊穿電壓。如：增大電極的曲率半徑改善電極邊緣使電極具有最佳外形1、電極形狀的改進(jìn) 電場(chǎng)分布越均勻，氣隙的平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)也就增2、空間電荷對(duì)原電場(chǎng)的畸變作用極不均勻電場(chǎng)氣隙被擊穿前先出現(xiàn)電暈放電。在一定條件下，可以利用放電本身所產(chǎn)生的空間電荷來(lái)調(diào)整和改善空間的電場(chǎng)分布，以提高氣隙的擊穿電壓。2、空間電荷對(duì)原電場(chǎng)的畸變作用極不均勻電場(chǎng)氣隙被擊穿前先出現(xiàn)3、極不均勻場(chǎng)中屏障的采用

在極不均勻場(chǎng)的空氣間隙中，放入薄片固體絕緣材料(如紙或紙板)，在一定條件下可以顯著地提高間隙的擊穿電壓。

屏障的作用在于屏障表面上積聚的空間電荷，使屏障與板電極間形成較均勻的電場(chǎng)，從而使整個(gè)間隙的擊穿電壓提高。3、極不均勻場(chǎng)中屏障的采用 在極不均勻場(chǎng)的空氣間隙中，放入薄

工頻電壓下，在尖—板電極中設(shè)置屏障可以顯著提高擊穿電壓，因?yàn)楣ゎl電壓下?lián)舸┛偸前l(fā)生在尖電極為正極性的半周內(nèi)。

雷電沖擊電壓下，屏障也可提高正尖—板間隙的擊穿電壓，但是幅度比穩(wěn)態(tài)電壓下要小一些。 工頻電壓下，在尖—板電極中設(shè)置屏障可以顯 雷電沖擊電壓下，4、提高氣體壓力的作用在常壓下空氣的電氣強(qiáng)度比較低，約為30kV/cm。即使采取上述各種措施來(lái)盡可能改善電場(chǎng)，其平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)也不可能超越這一極限。可見(jiàn)，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。4、提高氣體壓力的作用在常壓下空氣的電氣強(qiáng)度比較低，約為30如果把空氣壓縮，使氣壓大大超過(guò)0.1MPa，它的電氣強(qiáng)度能得到顯著提高。這主要是因?yàn)樘岣邭鈮嚎梢源蟠鬁p小電子的自由行程長(zhǎng)度，從而削弱和抑制了電離過(guò)程。如能在采用高氣壓的同時(shí)，再以某些高電氣強(qiáng)度氣體（如SF6）代替空氣，那就能獲得更好的效果。如果把空氣壓縮，使氣壓大大超過(guò)0.1MPa，它的電如能在采用5、高真空和高電氣強(qiáng)度氣體SF6的采用采用高真空也可以減弱氣隙中的碰撞電離過(guò)程，從而顯著提高氣隙的擊穿電壓。

在電力設(shè)備中，實(shí)際采用高真空作為絕緣媒質(zhì)的情況還不多，主要因?yàn)樵诟鞣N設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)中大都還要采用各種固體或液體介質(zhì)，它們?cè)谡婵罩卸紩?huì)逐漸釋出氣體，使高真空難以長(zhǎng)期保持。5、高真空和高電氣強(qiáng)度氣體SF6的采用采用高真空也可以減弱氣

有一些含鹵族元素的強(qiáng)電負(fù)性氣體電氣強(qiáng)度特別高，因而可稱之為高電氣強(qiáng)度氣體。采用這些氣體來(lái)替換空氣，可以大大提高氣隙的擊穿電壓，甚至在空氣中混入一部分這樣的氣體也能顯著提高其電氣強(qiáng)度。 有一些含鹵族元素的強(qiáng)電負(fù)性氣體電氣強(qiáng)度但僅僅滿足高電氣強(qiáng)度是不夠的，還必須滿足以下條件：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，出現(xiàn)放電時(shí)不易分解、生產(chǎn)不太困難，價(jià)格不過(guò)于昂貴。不燃燒或爆炸、不產(chǎn)生有毒物質(zhì)；但僅僅滿足高電氣強(qiáng)度是不夠的，還必須滿足以下條件：液化溫度要

SF6同時(shí)滿足以上條件，而且還具備優(yōu)異的滅弧能力，其他有關(guān)的技術(shù)也相當(dāng)好，因此SF6及其混合氣體在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。 SF6同時(shí)滿足以上條件，而且還具備優(yōu)異的及其混合氣體在電力小結(jié)外施電壓的種類包括穩(wěn)態(tài)電壓和沖擊電壓。穩(wěn)態(tài)電壓包括直流與工頻電壓，其特點(diǎn)為隨時(shí)間的變化率很小。沖擊電壓包括雷電沖擊電壓和操作沖擊電壓，其特點(diǎn)為持續(xù)時(shí)間極短。小結(jié)外施電壓的種類包括穩(wěn)態(tài)電壓和沖擊電穩(wěn)態(tài)電壓包括直流與工頻???

均勻電場(chǎng)：無(wú)極性效應(yīng)，擊穿時(shí)間短，擊穿電壓分散性?。?/p>

稍不均勻電場(chǎng)：擊穿前無(wú)電暈，極性效應(yīng)不明顯，工頻擊穿電壓峰值及50％沖擊擊穿電壓幾乎一致。

極不均勻電場(chǎng)：電場(chǎng)不均勻程度對(duì)擊穿電壓的影響減弱(由于電場(chǎng)已經(jīng)極不均勻)，極間距離對(duì)擊穿電壓的影響增大。穩(wěn)態(tài)電壓作用下的擊穿特點(diǎn)。? 均勻電場(chǎng)：無(wú)極性效應(yīng)，擊穿時(shí)間短，擊穿穩(wěn)態(tài)電壓作用下的擊?

50％沖擊擊穿電壓比工頻擊穿電壓的峰值要高一些；?

均勻電場(chǎng)和稍不均勻電場(chǎng)間隙的放電時(shí)

延短，擊穿的分散性小，沖擊擊穿通常

發(fā)生在波峰附近；?

極不均勻電場(chǎng)間隙的放電時(shí)延長(zhǎng)，沖擊擊穿常發(fā)生在波尾部分。雷電沖擊電壓作用下的擊穿特點(diǎn)。?50％沖擊擊穿電壓比工頻擊穿電壓的峰值要高一些；??

U形曲線?

極性效應(yīng)?

飽和現(xiàn)象?

分散性大?

鄰近效應(yīng)操作沖擊電壓作用下的擊穿特點(diǎn)。?U形曲線?極性效應(yīng)操作沖擊電壓作用下的擊穿特點(diǎn)?????電極形狀的改進(jìn)空間電荷對(duì)原電場(chǎng)的畸變作用極不均勻場(chǎng)中屏障的采用提高氣體壓力的作用高真空和高電氣強(qiáng)度氣體的采用提高氣體擊穿電壓的措施（本節(jié)完）?電極形狀的改進(jìn)提高氣體擊穿電壓的措施（本節(jié)完）基本概念：閃

絡(luò)——沿著整個(gè)固體絕緣表面發(fā)生的放電。1.3

固體絕緣表面的氣體沿面放電

在放電距離相同時(shí)，沿面閃絡(luò)電壓低于純氣隙的擊穿電壓。工程中的事故往往由沿面閃絡(luò)造成，因此有必要研究沿面放電特性?；靖拍睿洪W絡(luò)——沿著整個(gè)固體絕緣表面發(fā)生的放電。1高壓絕緣子的分類：按結(jié)構(gòu)分：（１）絕緣子

在機(jī)械上起固定，電氣上起隔離作用的固體高壓絕緣部件。如懸式絕緣子、支柱絕緣子、橫擔(dān)絕緣子等。（２）套筒用作電器內(nèi)絕緣的容器，如互感器瓷套、避雷器瓷套及斷路器瓷套等。高壓絕緣子的分類：按結(jié)構(gòu)分：（１）絕緣子 在機(jī)械上起固定，電（３）套管

用作導(dǎo)電體穿過(guò)接地隔板、電器外殼和墻壁的絕緣件，如穿越墻壁的穿墻套管、變壓器、電容器的出線套管等。按材料分：（1）電工陶瓷（2）鋼化玻璃（3）硅橡膠、乙丙橡膠等有機(jī)材料（３）套管 用作導(dǎo)電體穿過(guò)接地隔板、電器外殼和墻壁按材料分：高電壓技術(shù)-第二章課件高電壓技術(shù)-第二章課件高電壓技術(shù)-第二章課件高電壓技術(shù)-第二章課件高電壓技術(shù)-第二章課件1.3.1

界面電場(chǎng)的分布1.3.2

均勻電場(chǎng)中的沿面放電1.3.3

極不均勻電場(chǎng)中的沿面放電1.3.4

絕緣子的污穢放電1.3.5

提高沿面放電電壓的措施本節(jié)內(nèi)容1.3.1界面電場(chǎng)的分布1.3.2均勻電場(chǎng)中的沿面放電11.3.1

界面電場(chǎng)的分布

界面電場(chǎng)的分布有以下三種典型情況：

圖1-21

介質(zhì)在電場(chǎng)中的典型布置方式

（a）均勻電場(chǎng)

（b）界面上電力線有強(qiáng)垂直分量

（c）界面上電

力線有弱垂直分量1－電極2－固體介質(zhì)1.3.1界面電場(chǎng)的分布1－電極2－固體介質(zhì)(a)固體介質(zhì)處于均勻電場(chǎng)中，且界面與電力線平行；

圖1-21

介質(zhì)在電場(chǎng)中的典型布置方式（a）均勻電場(chǎng)

（b）界面上電力線有強(qiáng)垂直分量

（c）界面上

電力線有弱垂直分量1－電極2－固體介質(zhì)(a)固體介質(zhì)處于均勻電場(chǎng)中，且界面與電力線平 圖1-21(b)固體介質(zhì)處于極不均勻電場(chǎng)中，且電力線垂直于界面的分量（垂直分量）比平行于表面的分量要大得多；

圖1-21

介質(zhì)在電場(chǎng)中的典型布置方式（a）均勻電場(chǎng)

（b）界面上電力線有強(qiáng)垂直分量

（c）界面上

電力線有弱垂直分量1－電極2－固體介質(zhì)(b)固體介質(zhì)處于極不均勻電場(chǎng)中，且電力線垂直 圖1-21(c)

固體介質(zhì)處于極不均勻電場(chǎng)中，但在界面大部分地方，電場(chǎng)強(qiáng)度平行于界面的分量要比垂直分量大。

圖1-21

介質(zhì)在電場(chǎng)中的典型布置方式（a）均勻電場(chǎng)

（b）界面上電力線有強(qiáng)垂直分量

（c）界面上

電力線有弱垂直分量1－電極2－固體介質(zhì)(c)固體介質(zhì)處于極不均勻電場(chǎng)中，但在界面大量大。 圖11.3.2

均勻電場(chǎng)中的沿面放電

圖1-21

介質(zhì)在電場(chǎng)中的典型布置方式

（a）均勻電場(chǎng)

（b）界面上電力線有強(qiáng)垂直分量

（c）界面上電力線有弱垂直分量1－電極2－固體介質(zhì)1.3.2均勻電場(chǎng)中的沿面放電1－電極2－固體介質(zhì)沿面閃絡(luò)電壓的影響因素

（一）固體絕緣材料特性

如圖1－22，取決

于材料的親水性圖1-22

均勻電場(chǎng)中不同介質(zhì)的

沿面閃絡(luò)電壓

（工頻峰值）的比較1-空氣隙擊穿

2－石蠟

3－瓷

4－與電板接觸不緊密的瓷

或憎水性（二）介質(zhì)表面的粗糙度（三）固體介質(zhì)與電極間的氣隙大小沿面閃絡(luò)電壓的影響因素圖1-22均勻電場(chǎng)中不同介質(zhì)的其中，前兩種因素的影響在高氣壓時(shí)表現(xiàn)得更加明顯，如圖1-23所示：

圖1-23

均勻電場(chǎng)中氣壓對(duì)氮?dú)庵醒孛骈W絡(luò)電壓的影響1-氮?dú)忾g隙

3－膠布板2－塑料

4－瓷其中，前兩種因素的影響在高氣壓時(shí)表現(xiàn)得1-氮?dú)忾g隙2－塑料圖1－21(a)為均勻電場(chǎng)中引入一固體介質(zhì)，沿面閃絡(luò)電壓低于純空氣間隙的擊穿電壓，主要原因可歸結(jié)如下：圖1-21

介質(zhì)在電場(chǎng)中的典型布置方式（a）均勻電場(chǎng)（b）界面上電力線有強(qiáng)垂直分量

（c）界面上電力線有弱垂直分量1－電極2－固體介質(zhì)圖1－21(a)為均勻電場(chǎng)中引入一固體介質(zhì)，圖1-21介質(zhì)固體介質(zhì)表面會(huì)吸附氣體中的水分形成水膜，電極附近積累起電荷，使介質(zhì)表面電壓分布不均勻，從而降低了閃絡(luò)電壓。介質(zhì)表面電阻不均勻以及表面有傷痕裂紋也會(huì)畸變電場(chǎng)的分布，使閃絡(luò)電壓降低。電極和固體介質(zhì)端面間存在氣隙，氣隙處場(chǎng)強(qiáng)大易發(fā)生電離，產(chǎn)生的帶電質(zhì)點(diǎn)會(huì)畸變?cè)妶?chǎng)分布，從而使閃絡(luò)電壓降低。固體介質(zhì)表面會(huì)吸附氣體中的水分形成水膜，電布，從而使閃絡(luò)電壓1.3.3

極不均勻電場(chǎng)中的沿面放電

圖1-21

介質(zhì)在電場(chǎng)中的典型布置方式

（a）均勻電場(chǎng)

（b）界面上電力線有強(qiáng)垂直分量

（c）界面上電力線有弱垂直分量1－電極2－固體介質(zhì)1.3.3極不均勻電場(chǎng)中的沿面放電1－電極2－固體介質(zhì)

圖1-24

沿套管表面放電的示意圖

（a）電暈放電

（b）細(xì)線狀輝光放電（c）滑閃放電

（d）套管表面電容等值圖1-導(dǎo)桿2－接地法蘭1、具有強(qiáng)垂直分量時(shí)的沿面放電

如圖1-24所示，以具有強(qiáng)垂直分量的套管為例，說(shuō)

明沿面放電的發(fā)展過(guò)程及其特有形式：

閃絡(luò)演示視頻連接 圖1-24沿套管表面放電的示意圖1-導(dǎo)桿2－接地法蘭1發(fā)展過(guò)程外施電壓升高電壓超過(guò)某一值電壓再升高一些電暈放電輝光放電滑閃放電閃絡(luò)

圖1-24

沿套管表面放電的示意圖

（a）電暈放電

（b）細(xì)線狀輝光放電（c）滑閃放電

（d）套管表面電容等值圖1-導(dǎo)桿2－接地法蘭發(fā)展過(guò)程外施電壓升高電壓超過(guò)某一值電壓再升高一些電暈放電輝光滑閃放電是具有強(qiáng)垂直分量絕緣結(jié)構(gòu)所特有的放電形式?；W放電的條件：電場(chǎng)必須有足夠的垂直分量；電場(chǎng)必須有足夠的水平分量；電壓必須是交變的?；W放電是具有強(qiáng)垂直分量絕緣結(jié)構(gòu)所特有的放電形式?；W放電的滑閃放電現(xiàn)象可用圖1-25所示的等效電路來(lái)解釋：

圖1-25

套管絕緣子等效電路C－表面電容R－體積電阻r－表面電阻A－導(dǎo)桿B－法蘭滑閃放電現(xiàn)象可用圖1-25所示的等效電路C－表面電容R－體積滑閃放電的起始電壓U0和各參數(shù)的關(guān)系如下：E0

——滑閃放電的起始場(chǎng)強(qiáng)；ω

——電壓的角頻率；ρs——表面電阻率。C0

——比表面電容（F/cm），U0

=

E0

ωC0ρsC0

=

ε

r

/[4π×9×1011×r2

ln(r2

/r1)]2滑閃放電的起始電壓U0和各參數(shù)的關(guān)系如下：E0——滑閃放電提高滑閃放電電壓的方法減小C0

：增大固體介質(zhì)的厚度，或采用相對(duì)介減小

ρs

：在套管的法蘭附近涂半導(dǎo)電漆電常數(shù)εr較小的固體介質(zhì)提高滑閃放電電壓的方法減小C0：增大固體介質(zhì)的厚度，或C0

>

0.25×10

F/cm一定時(shí)，滑閃放電的起始電壓U0主要和ρs、

E0、

ω比表面電容值C0

有關(guān)，經(jīng)驗(yàn)公式如下：C01.36×10Ucr

=Ucr——工頻滑閃放電的起始電壓有效值（kV）;

C0——比表面電容（F/cm）。?12適用范圍：0.44?422C0>0.25×10F/cm一定時(shí)，滑閃2、具有弱垂直分量時(shí)的沿面放電電極形狀和布置不會(huì)顯著降低沿面閃絡(luò)電壓；由于電場(chǎng)垂直分量較小，因此不會(huì)出現(xiàn)熱電離和滑閃放電，介質(zhì)厚度對(duì)放電電壓沒(méi)有影響；改進(jìn)電極形狀可改善電極附近的電場(chǎng)，從而提高沿面放電電壓。2、具有弱垂直分量時(shí)的沿面放電電極形狀和布置不會(huì)顯著降低沿面1.3.4

絕緣子的污穢放電污閃形成：絕緣子常年處于戶外，自然界灰塵和飄浮鹽堿顆粒易附于其上，從而形成污層。隨著大氣濕度的提高，污層將受潮變得濕潤(rùn)，導(dǎo)致電導(dǎo)劇增，絕緣子泄漏電流大大增加。當(dāng)絕緣