第5講氣體電介質(zhì)的絕緣特性

回顧極不均勻場中的放電過程穩(wěn)態(tài)電壓下的氣體擊穿瞬態(tài)電壓下的氣體擊穿重點：極性效應(yīng)1現(xiàn)在是1頁\一共有59頁\編輯于星期日問題1.流注理論未考慮()的現(xiàn)象。A.碰撞游離B.表面游離C.光游離D.電荷畸變電場2.先導通道的形成是以()的出現(xiàn)為特征。A.碰撞游離B.表現(xiàn)游離C.熱游離D.光游離試對以下極間距離相同的幾種氣體間隙的直流擊穿電壓進行排序：a、正極性棒-板b、負極性棒-板c、板-板d、棒-棒2現(xiàn)在是2頁\一共有59頁\編輯于星期日本次課程大氣條件對氣隙擊穿的影響相關(guān)簡單計算提高氣體間隙擊穿電壓的措施物理原理屏障效應(yīng)沿面放電液體、固體的絕緣3現(xiàn)在是3頁\一共有59頁\編輯于星期日1.7大氣條件對氣隙擊穿特性的影響標準大氣條件：

氣壓P0=101.3kPa，溫度t0=20℃絕對濕度f0=11g/m3。非標準大氣條件要換算到標準大氣條件反映空氣密度4現(xiàn)在是4頁\一共有59頁\編輯于星期日一、空氣相對密度的影響氣壓P增大時，帶電粒子的平均自由行程減小，因此在運動中積累的動能就?。粨舸╇妷荷邷囟萒增大時，空氣相對密度減小，平均自由行程增大，擊穿電壓降低。P：氣壓，kPa；t：溫度，度5現(xiàn)在是5頁\一共有59頁\編輯于星期日一、空氣相對密度的影響δ＝0.95~1.05范圍內(nèi)變動時，間隙的擊穿電壓與相對密度成正比，實際試驗或運行條件下當δ與1相差較大時，須用空氣密度校正系數(shù)Kd對擊穿電壓U進行校正

在大氣條件下，空氣間隙的擊穿電壓隨的增大而升高6現(xiàn)在是6頁\一共有59頁\編輯于星期日二、濕度的影響濕度增加，電離能力下降，對放電過程起到抑制作用——濕度越大，間隙的擊穿電壓也會越高（不均勻電場中更明顯）。

濕度矯正系數(shù)：7現(xiàn)在是7頁\一共有59頁\編輯于星期日綜合氣壓、溫度、濕度的影響使用時務(wù)必注意教材P27～28的參數(shù)取值條件8現(xiàn)在是8頁\一共有59頁\編輯于星期日三、對海拔高度的校正隨著海拔增高，空氣密度減小，λ增大，電離能力增大，間隙的擊穿電壓降低。我國的國家標準規(guī)定：1000m<H<4000m地區(qū)的出廠測試U（或稱設(shè)計耐壓水平）與平原地區(qū)外絕緣的Up的關(guān)系為9現(xiàn)在是9頁\一共有59頁\編輯于星期日1.8 提高氣體間隙擊穿電壓的措施兩條途徑：一、改善電場分布二、削弱氣體中的電離過程

10現(xiàn)在是10頁\一共有59頁\編輯于星期日(一）改進電極形狀增大電極曲率半徑改善電極邊緣一、改善電場分布11現(xiàn)在是11頁\一共有59頁\編輯于星期日(一）改進電極形狀使電極具有最佳外形12現(xiàn)在是12頁\一共有59頁\編輯于星期日（二）利用空間電荷畸變電場細線效應(yīng)（工頻下）

D增大后，局部毛刺點的強烈電離，產(chǎn)生刷狀放電細線效應(yīng)只對穩(wěn)態(tài)電壓有作用，對雷電波沒有作用13現(xiàn)在是13頁\一共有59頁\編輯于星期日回顧：

極不均勻場中的極性效應(yīng)正棒－負板（三）極不均勻電場中采用屏障14現(xiàn)在是14頁\一共有59頁\編輯于星期日負棒—正板15現(xiàn)在是15頁\一共有59頁\編輯于星期日（三）極不均勻電場中采用屏障－DC棒電極為正極性時正離子聚集在屏障上，并沿表面均勻分布，削弱了正棒頭部的強電場屏障與負板之間形成均勻電場16現(xiàn)在是16頁\一共有59頁\編輯于星期日（三）極不均勻電場中采用屏障直流電壓作用下尖－板的擊穿電壓和屏障的關(guān)系棒電極為正極性時在x/d=0.2時擊穿電壓的提高最顯著，約為2－3倍。17現(xiàn)在是17頁\一共有59頁\編輯于星期日（三）極不均勻電場中采用屏障棒電極為負極性時

當屏蔽層離開電極一定距離后，吸附的負離子將加強板前電場，使擊穿電壓低于無屏蔽的情況。屏蔽層靠近負棒，強電場作用下電子速度大，可以穿透屏蔽層，正離子集聚在屏蔽層，屏蔽層總體上帶正電荷，削弱屏蔽層前方電場，擊穿電壓略有提高。

18現(xiàn)在是18頁\一共有59頁\編輯于星期日（三）極不均勻電場中采用屏障-DC:總結(jié)棒電極為正極性時正離子聚集在屏障上，并沿表面均勻分布，削弱了正棒頭部的強電場在x/d=0.2時擊穿電壓的提高最顯著，約為2－3倍。棒電極為負極性時

總趨勢同與正棒下的屏蔽效應(yīng)。

當屏蔽層離開電極一定距離后，吸附的負離子將加強板前電場，使擊穿電壓低于無屏蔽的情況。

最高提高0.2倍在中間一段范圍內(nèi)，帶屏蔽的擊穿電壓（不論極性）與均勻電場下的擊穿電壓接近19現(xiàn)在是19頁\一共有59頁\編輯于星期日（三）極不均勻電場中采用屏障－工頻工頻作用下尖－板的擊穿電壓與屏蔽層位置的關(guān)系工頻下，擊穿在正半波發(fā)生，因此，屏蔽層也可顯著提高擊穿電壓20現(xiàn)在是20頁\一共有59頁\編輯于星期日（三）極不均勻電場中采用屏障屏蔽層插入電暈電極側(cè)，可提高擊穿電壓。屏蔽層僅對持續(xù)作用電壓（DC，工頻）有效而對雷電波作用很小。21現(xiàn)在是21頁\一共有59頁\編輯于星期日二、削弱或抑制電離過程采用高氣壓采用強電負性氣體采用高真空22現(xiàn)在是22頁\一共有59頁\編輯于星期日（一）采用高氣壓基本原理：氣壓提高減小動能減小U提高1－2.8MPa5－0.1MPa當氣壓在10個大氣壓下時，擊穿電壓隨氣壓增大線性增加。再提高P，會飽和壓縮空氣可用于內(nèi)絕緣，如斷路器、高壓標準電容等。23現(xiàn)在是23頁\一共有59頁\編輯于星期日（二）采用強電負性氣體鹵化物氣體電氣強度高24現(xiàn)在是24頁\一共有59頁\編輯于星期日（二）采用強電負性氣體鹵化物氣體電氣強度高的原因：1） 具有很強的電負性，負離子即削弱電離，又加強復合；2） 分子量大，分子直徑大，電子的減小。3） 電離過程伴隨離解過程，需要更多能量。

25現(xiàn)在是25頁\一共有59頁\編輯于星期日（二）采用強電負性氣體選用鹵化物的原則：1液化溫度要低，2應(yīng)具有良好的化學穩(wěn)定性，3經(jīng)濟上應(yīng)當合理，價格便宜，能大量供應(yīng)

目前得到工程廣泛應(yīng)用的是SF6及SF6混合氣體26現(xiàn)在是26頁\一共有59頁\編輯于星期日（三）采用高真空氣隙擊穿電壓與真空壓力的關(guān)系

接近真空階段：碰撞電離的幾率太小，Ub提高高真空階段：小距離時：強場發(fā)射、金屬氣化大距離時：全電壓效應(yīng)真空中的Ub與電極材料、表面光潔度、清潔度有關(guān)27現(xiàn)在是27頁\一共有59頁\編輯于星期日1.9沿面放電含義：沿空氣與固體介質(zhì)表面發(fā)生的氣體放電現(xiàn)象稱為沿面放電。擊穿后俗稱閃絡(luò)。研究意義：一個絕緣裝置的實際耐壓水平由沿面放電電壓決定。研究范圍：表面干燥、清潔時的沿面放電電壓表面潮濕、污穢時的沿面放電電壓28現(xiàn)在是28頁\一共有59頁\編輯于星期日1.9沿面放電沿面放電的幾種典型電場分布形式

均勻電場強垂直分量弱垂直分量29現(xiàn)在是29頁\一共有59頁\編輯于星期日1.9沿面放電30現(xiàn)在是30頁\一共有59頁\編輯于星期日1.9.1均勻電場中的沿面放電在平行平板中放置瓷柱，雖然瓷柱不影響電場分布，但放電總發(fā)生在瓷柱表面，且擊穿電壓比純空氣的低很多。31現(xiàn)在是31頁\一共有59頁\編輯于星期日1.9.1均勻電場中的沿面放電機理分析：1）固體介質(zhì)與電極接觸不良，空氣間隙發(fā)生局放，形成的帶電粒子沿介質(zhì)表面移動。

在連接處涂導電粉末或者導電膠2）潮氣形成水膜，其中的離子在電場下運動，造成沿面電壓分布不均，畸變電場。

憎水性材料3）在瓷柱表面的凸凹處，發(fā)生電場畸變，產(chǎn)生空氣間隙擊穿。帶電粒子分布在固體表面，畸變原有電場，降低了閃絡(luò)電壓。4）固體表面電阻不均，造成泄漏電流的壓降分布不均，使電場畸變，降低沿面閃絡(luò)電壓。32現(xiàn)在是32頁\一共有59頁\編輯于星期日1.9.1均勻電場中的沿面放電33現(xiàn)在是33頁\一共有59頁\編輯于星期日1.9.2極不均勻場具有強垂直分量

的沿面放電沿套管表面的放電電暈放電細絲狀的輝光放電滑閃放電第一階段：由于接地法蘭附近電力線密集，首先出現(xiàn)電暈。34現(xiàn)在是34頁\一共有59頁\編輯于星期日1.9.2極不均勻場具有強垂直分量

的沿面放電沿套管表面的放電電暈放電細絲狀的輝光放電滑閃放電第二階段：隨著電壓升高，出現(xiàn)平行的許多火花細線，具有輝光放電的特征。35現(xiàn)在是35頁\一共有59頁\編輯于星期日1.9.2極不均勻場具有強垂直分量

的沿面放電沿套管表面的放電電暈放電細絲狀的輝光放電滑閃放電第三階段：電壓繼續(xù)升高，帶電粒子的運動造成介質(zhì)表面局部發(fā)熱，引起氣體熱電離，出現(xiàn)樹枝狀火花，位置不固定，稱為滑閃放電。36現(xiàn)在是36頁\一共有59頁\編輯于星期日1.9.2極不均勻場具有強垂直分量

的沿面放電最后，第四階段，電壓再升高，滑閃貫通兩級，形成沿面閃絡(luò)。37現(xiàn)在是37頁\一共有59頁\編輯于星期日1.9.2極不均勻場具有強垂直分量

的沿面放電滑閃放電在交流和沖擊下表現(xiàn)明顯。隨電壓增加，滑閃長度增長變快，因此單靠加長距離提高閃絡(luò)電壓效果不明顯。玻璃管壁變薄，滑閃電壓降低。38現(xiàn)在是38頁\一共有59頁\編輯于星期日1.9.3極不均勻場具有弱垂直分量

的沿面放電沒有熱電離和明顯的滑閃放電；介質(zhì)表面電荷聚集對電場畸變影響不大；沿面閃絡(luò)電壓與空氣擊穿電壓差別不大。實驗表明：這種絕緣子的干式閃絡(luò)電壓基本上隨極間距離的增加而增加。39現(xiàn)在是39頁\一共有59頁\編輯于星期日三種情況比較：均勻場中的沿面閃絡(luò)電壓最高，有垂直分量的沿面放電電壓低得多；具有強垂直分量的沿面放電電壓很低，因為出現(xiàn)了熱電離和滑閃放電。40現(xiàn)在是40頁\一共有59頁\編輯于星期日1.9.4絕緣子污染狀態(tài)下的沿面放電污閃電壓發(fā)展過程：積污受潮電導增加，電流增大烘干，形成干區(qū)干區(qū)電阻大，壓降大，電場強，開始放電輝光（電暈）轉(zhuǎn)為電弧局部電弧烘干周圍，干區(qū)擴大，電弧伸長爬電到一定程度，自動延伸，貫穿兩極防止污閃：1改善環(huán)境，減小污染的可能性2改進絕緣子結(jié)構(gòu)設(shè)計，降低污穢積累的可能41現(xiàn)在是41頁\一共有59頁\編輯于星期日1.9.5固體介質(zhì)表面有水膜時的

沿面放電濕閃電壓閃絡(luò)途徑：1AB－BCA’：閃絡(luò)電壓下降到40%-50%2AB－BA’：下降不多3AB－水流：濕閃電壓降到很低值。42現(xiàn)在是42頁\一共有59頁\編輯于星期日提高沿面放電電壓的方法棱緣屏障（傘裙）屏蔽電極改善電場分布提高表面憎水性避免絕緣體與電極間縫隙改善局部區(qū)域電阻率強制表面電位分布43現(xiàn)在是43頁\一共有59頁\編輯于星期日提高沿面放電電壓的方法以套管型結(jié)構(gòu)為例，也即強垂直分量下的沿面放電鏈形等值回路為:略去了介質(zhì)的體積電阻44現(xiàn)在是44頁\一共有59頁\編輯于星期日提高沿面放電電壓的方法鏈性等值回路的方程：邊界條件：45現(xiàn)在是45頁\一共有59頁\編輯于星期日提高沿面放電電壓的方法定性來看，電壓分布的不均勻性在于靠近法蘭處的Rs流過的電流大于遠離法蘭處的Rs中流過的電流。措施：1減小比電容C0可加大瓷套外徑、壁厚，或減小介電常數(shù)2減小電場較強處的表面電阻?？赏堪雽w釉、半導體漆等，采用電容式套管、充油式套管46現(xiàn)在是46頁\一共有59頁\編輯于星期日液體、固體電介質(zhì)的

絕緣特性特點電氣強度高液體兼做滅??；固體兼做支撐電氣強度不受外界影響不可自恢復會逐漸老化47現(xiàn)在是47頁\一共有59頁\編輯于星期日2.1電介質(zhì)的極化、電導與損耗極化的概念固體介質(zhì)表面出現(xiàn)束縛電荷相對介電常數(shù)反映極化、儲能特性48現(xiàn)在是48頁\一共有59頁\編輯于星期日極化的基本形式電子式極化離子式極化偶極子極化夾層（界面）極化空間電荷極化49現(xiàn)在是49頁\一共有59頁\編輯于星期日極化機理：電子偏離軌道介質(zhì)類型：所有介質(zhì)建立極化時間：極短，10-1410-15s極化程度影響因素： 電場強度（有關(guān)） 電源頻率（無關(guān)） 溫度（無關(guān)）極化彈性：彈性消耗能量：無 1.電子式極化50現(xiàn)在是50頁\一共有59頁\編輯于星期日極化機理：正負離子位移介質(zhì)類型：離子性介質(zhì)建立極化時間：極短，10-12~10-13s極化程度影響因素： 電場強度（有關(guān)） 電源頻率（無關(guān)） 溫度（隨溫度升高而增加，離子結(jié)合力）極化彈性：彈性消耗能量：無2.離子式極化51現(xiàn)在是51頁\一共有59頁\編輯于星期日極化機理：偶極子定向排列介質(zhì)類型：具有永久性偶極子的極性介質(zhì)建立極化時間：需時較長，10-1010-2s極化程度影響因素：電場強度（有關(guān)）電源頻率（有關(guān)，頻率升高，極化減弱）溫度（低溫段增加，高溫段降低（熱運動））極化彈性：非彈性消耗能量：有3.偶極子極化52現(xiàn)在是52頁\一共有59頁\編輯于星期日4.夾層式（界面）極化當t=0:

當t=∞:53現(xiàn)在是53頁\一共有59頁\編輯于星期日

一般情況下：電荷從t=0到t=∞時會重新分配，在介質(zhì)的交界面處積累電荷。這些電荷形成的極化形式稱夾層式（界面）極化。極化的時間常數(shù)：

高壓絕緣介質(zhì)的電導G通常都很小，因此夾層極化只有在低頻時才有意義。同樣，去掉外加電壓后，釋放極化電荷的時間也很長。注意安全。4.夾層式（界面）極化54現(xiàn)在是5