電介質(zhì)絕緣特性（高電壓技術(shù)課件）

電介質(zhì)絕緣特性電介質(zhì)的電導(dǎo)與性能一、電介質(zhì)電導(dǎo)的基本概念電介質(zhì)的內(nèi)部總有一些自由的帶電質(zhì)點(diǎn)，在電場(chǎng)的作用下，帶電質(zhì)點(diǎn)會(huì)定向運(yùn)動(dòng)形成電流，即電介質(zhì)具有一定的導(dǎo)電性。介質(zhì)的電導(dǎo)與金屬導(dǎo)體的電導(dǎo)有著本質(zhì)的區(qū)別：1、電介質(zhì)的電導(dǎo)主要是由離子移動(dòng)造成的，電導(dǎo)很小。

2、導(dǎo)體的電導(dǎo)主要由電子移動(dòng)造成，電導(dǎo)極大。二、電介質(zhì)的電導(dǎo)(1)氣體電介質(zhì)的電導(dǎo)(2)液體電介質(zhì)的電導(dǎo)

液體電介質(zhì)的電導(dǎo)主要由離子電導(dǎo)和電泳電導(dǎo)構(gòu)成。離子電導(dǎo)是由液體本身和所含雜質(zhì)的分子離解出的離子造成。電泳電導(dǎo)是由液體中的膠體質(zhì)點(diǎn)吸附電荷帶電造成的。(3)固體電介質(zhì)的電導(dǎo)體積電導(dǎo)表面電導(dǎo)

通過本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握電介質(zhì)的電導(dǎo)與性能，熟悉各種電介質(zhì)的導(dǎo)電性能，為今后的課程學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。電介質(zhì)絕緣特性電介質(zhì)的損耗及等值電路一、電介質(zhì)損耗的基本概念從電介質(zhì)的極化和電導(dǎo)的概念可以看出，電介質(zhì)在電壓作用下有能量損耗，稱為介質(zhì)損耗，簡(jiǎn)稱介損。介質(zhì)損耗組成:電導(dǎo)損耗極化損耗游離損耗（1）電導(dǎo)損耗。它由電導(dǎo)電流(泄漏電流)流過電介質(zhì)產(chǎn)生。電導(dǎo)損耗在交流電壓和直流電壓作用下均存在。（2）極化損耗。它由極性電介質(zhì)中的偶極子式極化和多層電介質(zhì)的夾層極化引起的損耗。極化損耗只在交流電壓作用下才存在。（3）游離損耗。它是由液體及固體介質(zhì)中的局部放電引起的損耗。游離損耗只在外施電壓超過一定值時(shí)才會(huì)出現(xiàn)，并且隨電壓升高而急劇增加。游離損耗在交流電壓和直流電壓作用下均會(huì)出現(xiàn)。二、電介質(zhì)的等值電路(1)并聯(lián)等值電路及向量圖(2)串聯(lián)等值電路及向量圖

通過本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握電介質(zhì)的損耗基本概念和等值電路，熟悉各等值電路在工程上的意義，為今后的課程學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。電介質(zhì)絕緣特性介質(zhì)電導(dǎo)在工程實(shí)際中的意義1．電介質(zhì)電導(dǎo)是絕緣預(yù)防性試驗(yàn)的理論依據(jù)。通過測(cè)量絕緣電阻、泄漏電流可以判斷電氣設(shè)備的絕緣狀況。2．多層電介質(zhì)在直流電壓作用下的穩(wěn)態(tài)電壓分布與各層電介質(zhì)的電導(dǎo)成反比，選擇合適的電導(dǎo)率可使各層電介質(zhì)之間的電壓分布較合理。3．注意環(huán)境條件對(duì)介質(zhì)電導(dǎo)的影響，如濕度對(duì)固體電介質(zhì)表面電導(dǎo)的影響，對(duì)親水性材料應(yīng)進(jìn)行防水處理；測(cè)量電氣設(shè)備的絕緣電阻和泄漏電流時(shí)應(yīng)注意濕度對(duì)測(cè)量值的影響。

通過本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握電介質(zhì)電導(dǎo)在工程實(shí)際中的意義，為今后的課程學(xué)習(xí)和工作打下良好的基礎(chǔ)。電介質(zhì)絕緣特性介質(zhì)損耗在工程實(shí)際中的意義一、介質(zhì)損耗角正切值tanδ

當(dāng)給電介質(zhì)兩端施加交流電壓時(shí)，流過介質(zhì)的電流包含有功分量IR和無功分量IC，把功率因數(shù)角φ的余角δ稱為介質(zhì)損失角。tanδ=IR/Ic=l/ωCR。

P值與試驗(yàn)電壓、試品電容量及電源頻率有關(guān)，不同試品間難以比較。如果外施電壓和電源頻率不變，則介質(zhì)損耗與tanδ成正比，所以通常用介質(zhì)損失角正切值tanδ來表示介質(zhì)在交流電壓作用下的損耗。

tanδ僅與介質(zhì)本身的特性有關(guān)，與被試品的幾何尺寸無關(guān)，當(dāng)絕緣受潮或絕緣中有大量氣泡、雜質(zhì)的情況下，tanδ會(huì)增大。故對(duì)同類型被試品絕緣的優(yōu)劣，可以通過tanδ值的大小來判斷。1．選擇絕緣材料。tanδ過大會(huì)引起介質(zhì)嚴(yán)重發(fā)熱，加速絕緣劣化。二、介質(zhì)損耗在工程實(shí)際中的意義2．在電氣設(shè)備絕緣預(yù)防性試驗(yàn)中，tanδ值的測(cè)量是基本的試驗(yàn)項(xiàng)目，可根據(jù)tanδ值的變化判斷電氣設(shè)備的絕緣品質(zhì)。通過測(cè)量tanδ與U的關(guān)系曲線還可判斷絕緣內(nèi)部是否發(fā)生局部放電。

通過本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握電介質(zhì)損耗在工程實(shí)際中的意義，為今后的課程學(xué)習(xí)和工作打下良好的基礎(chǔ)。電介質(zhì)絕緣特性介電常數(shù)在工程實(shí)際中的意義一、電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)定義

電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)εr用來表征電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下極化現(xiàn)象的強(qiáng)弱，其物理意義表示極板間放入電介質(zhì)后電容量或電荷量比極板間為真空時(shí)增大的倍數(shù)。二、氣體電介質(zhì)的介電常數(shù)

由于氣體電介質(zhì)的密度很小，所以氣體電介質(zhì)的介電常數(shù)都很小，在工程應(yīng)用中一切氣體電介質(zhì)的εr都可看作1。三、液體電介質(zhì)的介電常數(shù)

中性液體電介質(zhì)。中性液體電介質(zhì)(如變壓器油、苯、硅有機(jī)油等)的相對(duì)介電常數(shù)εr在1.8～2.8范圍內(nèi)。相對(duì)介電常數(shù)具有不大的負(fù)溫度系數(shù)。

極性液體電介質(zhì)。這類電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)較大，其值在3～80，用作絕緣介質(zhì)的εr值一般在3～6。若用作電容器的浸漬劑，可使電容器的比電容增大。但此類液體電介質(zhì)在交變電場(chǎng)中的損耗較大，故高壓絕緣中很少應(yīng)用。

極性電介質(zhì)的εr與溫度有關(guān)，εr在溫度較低時(shí)先隨溫度的升高而增大，以后當(dāng)熱運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)烈時(shí)，εr又隨溫度上升而減小。極性電介質(zhì)的εr與電源頻率有較大的關(guān)系，頻率較低時(shí)，偶極分子能夠跟隨交變電場(chǎng)充分轉(zhuǎn)向，εr較大且其值與頻率大小無關(guān)。當(dāng)頻率很高時(shí)偶極分子轉(zhuǎn)向跟不上電場(chǎng)方向的改變，極化率減小，因而εr減小。四、固體電介質(zhì)的介電常數(shù)

中性和弱極性固體電介質(zhì)。這類電介質(zhì)只有電子式極化和離子式極化，相對(duì)介電常數(shù)較小，一般為2.0～2.7。相對(duì)介電常數(shù)隨溫度的升高略有下降。石蠟、石棉、聚乙烯、聚丙烯、無機(jī)玻璃等屬于此類電介質(zhì)。

極性固體電介質(zhì)。這類電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)較大，一般為3～6。εr與溫度、頻率的關(guān)系和極性液體介質(zhì)的相似。樹脂、纖維、橡膠、有機(jī)玻璃、聚氯乙烯等屬于極性固體電介質(zhì)。

離子性電介質(zhì)。固體無機(jī)化合物多數(shù)屬于離子式結(jié)構(gòu)電介質(zhì)，如云母、陶瓷等，εr一般具有正的溫度系數(shù)，其值約在5～8。

通過本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握介電常數(shù)在工程中的實(shí)際意義，為今后的課程學(xué)習(xí)和電介質(zhì)的應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。電介質(zhì)絕緣特性電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)一、電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)定義

電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)εr用來表征電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下極化現(xiàn)象的強(qiáng)弱，其物理意義表示極板間放入電介質(zhì)后電容量或電荷量比極板間為真空時(shí)增大的倍數(shù)。二、氣體電介質(zhì)的介電常數(shù)

由于氣體電介質(zhì)的密度很小，所以氣體電介質(zhì)的介電常數(shù)都很小，在工程應(yīng)用中一切氣體電介質(zhì)的εr都可看作1。三、液體電介質(zhì)的介電常數(shù)中性液體極性液體四、固體電介質(zhì)的介電常數(shù)

中性弱極性極性離子性四、固體電介質(zhì)的介電常數(shù)

中性和弱極性固體電介質(zhì)。這類電介質(zhì)只有電子式極化和離子式極化，相對(duì)介電常數(shù)較小，一般為2.0～2.7。相對(duì)介電常數(shù)隨溫度的升高略有下降。

極性固體電介質(zhì)。這類電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)較大，一般為3～6。εr與溫度、頻率的關(guān)系和極性液體介質(zhì)的相似。

離子性電介質(zhì)。固體無機(jī)化合物多數(shù)屬于離子式結(jié)構(gòu)電介質(zhì)，如云母、陶瓷等，εr一般具有正的溫度系數(shù)，其值約在5～8。

通過本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)定義，熟悉各種電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)，為今后的課程學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。電介質(zhì)絕緣特性電介質(zhì)極化概念和種類一、電介質(zhì)極化概念

絕緣的作用是將不同電位的導(dǎo)體分隔開，使導(dǎo)體間沒有電氣連接，從而可以保持不同的電位。具有絕緣作用的材料稱為電介質(zhì)。電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下所發(fā)生的束縛電荷的彈性位移和極性分子的轉(zhuǎn)向現(xiàn)象，稱為電介質(zhì)的極化。與正極板相對(duì)的一端出現(xiàn)負(fù)電荷，與負(fù)極板相對(duì)的一端出現(xiàn)正電荷。二、電介質(zhì)極化的種類（一）電子式極化

（1）概念：在外電場(chǎng)的作用下，物質(zhì)原子里的電子軌道相對(duì)于原子核發(fā)生位移，從而產(chǎn)生感應(yīng)電矩的過程稱為電子式極化。（2）電子式極化特點(diǎn)（二）離子式極化

（1）概念：在外電場(chǎng)的作用下，電場(chǎng)力使得正、負(fù)離子發(fā)生相對(duì)位移，整個(gè)分子呈現(xiàn)極性。這種極化形式稱為離子式極化。（2）離子式極化特點(diǎn)（三）偶極子式極化

（1）概念：偶極子是一種特殊的分子，其正、負(fù)電荷的作用中心不重合，形成永久性的偶極矩，即單個(gè)偶極子呈現(xiàn)極性。

在外電場(chǎng)作用下，原來混亂分布的偶極子轉(zhuǎn)向電場(chǎng)方向定向排列，呈現(xiàn)出極性。這種極化方式稱為偶極子式極化。（2）偶極子式極化特點(diǎn)（四）夾層式極化

（1）概念：使夾層電介質(zhì)的交界面處積聚電荷的過程，稱為夾層式極化（2）夾層式極化特點(diǎn)極化在低頻交流電壓下表現(xiàn)出來

通過本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握電介質(zhì)的概念和極化種類，熟悉各自的特點(diǎn)及出現(xiàn)的場(chǎng)合，為今后的課程學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。電介質(zhì)絕緣特性電介質(zhì)極化在工程實(shí)際中的意義一、電介質(zhì)極化概念

絕緣的作用是將不同電位的導(dǎo)體分隔開，使導(dǎo)體間沒有電氣連接，從而可以保持不同的電位。具有絕緣作用的材料稱為電介質(zhì)。電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下所發(fā)生的束縛電荷的彈性位移和極性分子的轉(zhuǎn)向現(xiàn)象，稱為電介質(zhì)的極化。與正極板相對(duì)的一端出現(xiàn)負(fù)電荷，與負(fù)極板相對(duì)的一端出現(xiàn)正電荷。二、電介質(zhì)極化在工程實(shí)際中的意義1、選擇絕緣材料。如對(duì)電容器應(yīng)選擇εr較大的電介質(zhì)作為絕緣材料，這樣可以減小電容器單位容量的體積和重量。對(duì)于其他電氣設(shè)備如電纜，應(yīng)選擇εr較小的電介質(zhì)，這樣可以減少電纜工作時(shí)的電容電流。2、多層介質(zhì)的合理配合。幾種電介質(zhì)組合使用時(shí)，由于在交流電壓及沖擊電壓作用下，各層介質(zhì)中的電場(chǎng)強(qiáng)度分布與εr成反比，所以要注意選擇各介質(zhì)的εr值，使各層介質(zhì)中的電場(chǎng)分布較均勻。3、介質(zhì)損耗與介質(zhì)的極化類型有關(guān)，而介質(zhì)損耗對(duì)絕緣老化和熱擊穿有很大的影響。4、在絕緣預(yù)防性試驗(yàn)中，可用夾層式極化來判斷絕緣受潮情況。

通過本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握電介質(zhì)的極化在工程中的實(shí)際意義，為今后的課程學(xué)習(xí)和電介質(zhì)的應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。電介質(zhì)絕緣特性操作沖擊電壓下空氣的擊穿電壓一、操作沖擊電壓下空氣的擊穿電壓電力系統(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一電容回路的振蕩產(chǎn)生過電壓，稱為操作沖擊電壓(或操作過電壓)。操作過電壓峰值有時(shí)可高達(dá)相電壓的3－3.5倍。因此，為保證安全運(yùn)行，對(duì)于超高壓電氣設(shè)備需要考察其絕緣耐受操作過電壓的能力。（1）標(biāo)準(zhǔn)操作沖擊電壓波形IEC推薦了250／2500μs的操作沖擊電壓標(biāo)準(zhǔn)波形，標(biāo)準(zhǔn)中也采用了這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)波形。（2）操作沖擊擊穿電壓的特點(diǎn)曲線操作沖擊電壓下?lián)舸┑腢形曲線

操作沖擊電壓下的極性效應(yīng)更加顯著擊穿電壓具有明顯的飽和現(xiàn)象極性效應(yīng)飽和擊穿電壓的分散性大分散

通過本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解操作過沖擊電壓的定義，掌握操作沖擊電壓下的特點(diǎn)，為今后的課程學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。電介質(zhì)絕緣特性伏秒特性曲線的應(yīng)用一、伏秒特性的概念

一般用同一波形下，間隙上出現(xiàn)的電壓最大值和間隙擊穿時(shí)間的關(guān)系來表示間隙的沖擊絕緣特性，此曲線稱為間隙的伏秒特性。二、伏秒特性曲線1）伏秒特性曲線用實(shí)驗(yàn)方法求取。對(duì)同一間隙，施加一系列標(biāo)準(zhǔn)波形的沖擊電壓，使間隙擊穿，用示波器來觀察。

2）由于擊穿時(shí)間具有分散性，所以在每級(jí)電壓下可得到一系列擊穿時(shí)間。實(shí)際上伏秒特性曲線是以上、下包絡(luò)線為界的一個(gè)帶狀區(qū)域。三、伏秒特性的應(yīng)用1）間隙伏秒特性曲線的形狀取決于電極間電場(chǎng)的分布。在極不均勻電場(chǎng)中伏秒特性曲線隨擊穿時(shí)間的減少而明顯上翹；在均勻和稍不均勻電場(chǎng)中伏秒特性曲線比較平坦。2）伏秒特性對(duì)于比較不同設(shè)備絕緣的沖擊擊穿特性有重要意義

如果一個(gè)電壓同時(shí)作用在兩個(gè)并聯(lián)的絕緣結(jié)構(gòu)上，其中一個(gè)絕緣結(jié)構(gòu)先擊穿，則電壓被截?cái)喽探?，另一個(gè)絕緣結(jié)構(gòu)就不會(huì)再被擊穿，稱前者保護(hù)了后者。

通過本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握伏秒特性曲線的概念和應(yīng)用，為今后的課程學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。電介質(zhì)絕緣特性雷電沖擊電壓下空氣的擊穿電壓一、雷電沖擊電壓下空氣的擊穿電壓

電力系統(tǒng)中，雷電沖擊電壓是由雷云放電引起的，其持續(xù)時(shí)間極短，只有約幾個(gè)微秒到幾十個(gè)微秒，可與擊穿所需的時(shí)間相比擬，故空氣間隙在雷電沖擊電壓作用下的擊穿具有與持續(xù)電壓作用下不同的特點(diǎn)。（1）標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓波形正極性和負(fù)極性的標(biāo)準(zhǔn)波形簡(jiǎn)單表示為+1.2／50μs或－1.2／50μs。（2）擊穿時(shí)間t0升壓時(shí)間

統(tǒng)計(jì)時(shí)延放電形成時(shí)延tstf（2）50％沖擊擊穿電壓及沖擊系數(shù)

1)50％沖擊擊穿電壓

由于放電時(shí)延t1具有分散性，在間隙上多次施加同一電壓，有時(shí)擊穿，有時(shí)不擊穿。沖擊電壓值越大，T越大，擊穿概率越大。工程上采用了擊穿概率為50％的沖擊電壓來表示絕緣耐受沖電壓的大小，用U50％表示。

2)沖擊系數(shù)β

沖擊系數(shù)β表示50％沖擊擊穿電壓U50％與靜態(tài)擊穿電壓U0的比值，即:

通過本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解雷電過沖擊電壓的定義，掌握雷電沖擊電壓下空氣擊穿的過程，為今后的課程學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。電介質(zhì)絕緣特性提高氣體間隙擊穿電壓的方法（一）改進(jìn)電極形狀

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。同時(shí)，電極表面應(yīng)盡量避免存在毛刺、棱角等以消除電場(chǎng)局部增強(qiáng)的現(xiàn)象。(二）極不均勻電場(chǎng)中屏障的采用

在電場(chǎng)極不均勻的空氣間隙中，放人薄片固體絕緣材料(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。（三）高氣壓的采用

由巴申定律可知：在均勻電場(chǎng)中提高氣體的壓力，可以提高氣體的擊穿電壓。因?yàn)闅鈮涸龃蠛蠓肿拥拿芏燃哟?，電子的平均自由行程縮小，從而減弱了游離過程。在一定氣壓范圍內(nèi)，增大氣體壓力對(duì)提高間隙的擊穿電壓是極為有效的（四）高真空的采用采用高真空的情況與提高氣壓的情況相似，也是削弱了間隙中氣體的游離過程。因?yàn)檫@時(shí)雖然電子的自由行程變得很大，但間隙中已無氣體分子可供碰撞，因此游離過程無從發(fā)展，從而可以顯著提高間隙擊穿電壓。（五）高電氣強(qiáng)度氣體(SF6)的采用六氟化硫(SF6)和其他一些含鹵族元素的氣體化合物都是高電氣強(qiáng)度氣體。具有較高的電氣強(qiáng)度是因?yàn)樗鼈兙哂泻軓?qiáng)的電負(fù)性，容易吸附電子成為負(fù)離子，從而削弱了游離過程，同時(shí)也加強(qiáng)了復(fù)合過程；另外，這些氣體具有較大的分子量和分子直徑，電子在其中運(yùn)動(dòng)時(shí)平均自由行程較短，不易積聚能量，從而減小了其碰撞游離能力。

通過本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握提高氣體間隙間隙擊穿電壓的基本方法，為今后的課程學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。電介質(zhì)絕緣特性常用的絕緣子材料一、電工陶瓷

電工陶瓷是無機(jī)介質(zhì)，由石英、長石和黏土做原料焙燒而成，能耐受不利的大氣環(huán)境，不受酸堿污穢的侵蝕，抗老化性能好，具有足夠的電氣和機(jī)械強(qiáng)度。電工陶瓷是一種脆性材料，抗壓強(qiáng)度比抗拉強(qiáng)度大得多。二、鋼化玻璃

有和電工陶瓷同樣的環(huán)境穩(wěn)定性，而且工藝簡(jiǎn)單。經(jīng)過退火和鋼化處理后，鋼化玻璃的機(jī)械強(qiáng)度比普通的瓷還高1～2倍，電氣性能也好于瓷。輸電線路采用鋼化玻璃絕緣子還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，就是損壞后具有“自爆”的特性，便于巡線時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)。三、有機(jī)合成絕緣子

由環(huán)氧樹脂和硅橡膠傘裙護(hù)套構(gòu)成的有機(jī)合成絕緣子是新一代絕緣子，具有重量輕、機(jī)械強(qiáng)度高、制造方便，污閃能力強(qiáng)等明顯優(yōu)點(diǎn)。它的出現(xiàn)打破了無機(jī)材料在高壓外絕緣一統(tǒng)天下的局面，在我國及許多國家得到大量應(yīng)用，顯示出迅猛的發(fā)展勢(shì)頭和良好的發(fā)展前景。

通過本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解常用絕緣子的材料，掌握絕緣子今后的發(fā)展方向，為今后的課程學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。電介質(zhì)絕緣特性極不均勻電場(chǎng)中的沿面放電一、套管的沿面放電(電場(chǎng)具有強(qiáng)垂直分量)電暈放電刷型放電滑閃放電閃絡(luò)

(一）放電過程

(二）提高套管沿面閃絡(luò)電壓的方法二、支柱絕緣子的沿面放電(電場(chǎng)具有弱垂直分量)

支柱絕緣子介質(zhì)表面的電場(chǎng)分布極不均勻，介質(zhì)表面電荷的堆積已不會(huì)再造成電場(chǎng)更大的改變。另外，支持絕緣子表面電場(chǎng)的垂直分量小，沿固體介質(zhì)表面沒有較大的電容電流流過，放電過程中不會(huì)出現(xiàn)熱游離現(xiàn)象，故沒有明顯的滑閃放電。

(二）提高支柱絕緣子沿面閃絡(luò)電壓的方法三、懸式絕緣子串的沿面放電(電場(chǎng)具有弱垂直分量)懸式絕緣子串的表面電場(chǎng)的垂直分量也很小(與支柱絕緣子一樣)，沿固體介質(zhì)表面也沒有較大的電容電流流過，放電過程中不會(huì)出現(xiàn)熱游離現(xiàn)象，故沒有明顯的滑閃放電，因而垂直于放電發(fā)展方向的介質(zhì)厚度對(duì)放電電壓實(shí)際上沒有影響。

(二）提高懸式絕緣子串沿面閃絡(luò)電壓的方法

330kV及以上電壓等級(jí)的線路可考慮使用均壓環(huán)來改善絕緣子串的電壓分布。

通過本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握極不均勻電場(chǎng)中的沿面放電的基本知識(shí)，熟悉提高沿面放電電壓的基本方法，為今后的課程學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。電介質(zhì)絕緣特性均勻電場(chǎng)中的沿面放電一、均勻電場(chǎng)中的沿面放電

使固體介質(zhì)表面的氣體發(fā)生閃絡(luò)時(shí)的電壓稱為固體介質(zhì)的沿面閃絡(luò)電壓。二、沿面放電擊穿電壓大小

放電總是發(fā)生在固體介質(zhì)表面，而且沿固體表面的閃絡(luò)電壓比純空氣間隙的擊穿電壓要低得多。原因分析：1）固體介質(zhì)表面會(huì)吸附氣體中的水分形成水膜。水膜中的離子在電場(chǎng)中沿介質(zhì)表面移動(dòng)，電極附近逐漸積累起電荷，使介質(zhì)表面電壓分布不均勻，從而使沿面閃絡(luò)電壓低于空氣間隙的擊穿電壓。

2）介質(zhì)表面電阻不均勻和介質(zhì)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。

3）固體介質(zhì)與電極表面接觸不良，在它們之間存在氣隙。氣隙處場(chǎng)強(qiáng)大，極易發(fā)生游離，產(chǎn)生的帶電質(zhì)點(diǎn)到達(dá)介質(zhì)表面，會(huì)畸變?cè)妶?chǎng)的分布，使閃絡(luò)電壓降低。

通過本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握均勻電場(chǎng)中的沿面放電的基本知識(shí)，為今后的課程學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。電介質(zhì)絕緣特性提高絕緣子污閃電壓的方法一、污穢時(shí)絕緣子的沿面放電過程

污層濕潤度不斷增大，泄漏電流逐漸變大，在一定電壓下能維持的局部電弧長度亦不斷增加，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，此時(shí)電弧將自動(dòng)延伸直至貫通兩極，導(dǎo)致沿面閃絡(luò)。二、提高絕緣子污閃電壓的方法增加爬電距離加強(qiáng)清掃絕緣子表面涂憎水性涂料采用人工合成絕緣子爬掃涂合

爬電距離是指兩極問的沿面最短距離。增加爬電距離，可直接加大沿面電阻，抑制電流，提高閃絡(luò)電壓。因此對(duì)懸式絕緣子串，常用增加片數(shù)或采用大爬電距離的絕緣子。

定期或不定期清掃，人工除去絕緣子表面污穢，可以提高閃絡(luò)電壓。就我國的污穢情況與氣象情況而言，清掃最有效的季節(jié)在積污嚴(yán)重而降雨尚未到來的冬季。

在絕緣子表面涂上一層憎水性涂料，使受潮的污穢層形不成連續(xù)導(dǎo)電膜，抑制了泄漏電流，從而可提高閃絡(luò)電壓。硅油和地蠟涂料的壽命短，RTV涂料(室溫硫化硅橡膠涂料)的壽命較長。

用耐老化性能極好，憎水性很強(qiáng)的硅橡膠制造絕緣子，其污閃電壓是瓷絕緣子的兩倍以上。

通過本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生熟悉污閃絕緣子的放電過程，掌握提高絕緣子污閃電壓的方法，為今后的課程學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。電介質(zhì)絕緣特性均勻電場(chǎng)中氣體的擊穿過程一、湯遜理論

定義：在均勻電場(chǎng)、低氣壓、短間隙的條件下進(jìn)行了放電實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出了解釋氣體放電過程的理論，稱為湯遜理論(亦稱電子崩理論)。（一）均勻電場(chǎng)中氣體的伏安特性（二）湯遜理論電子崩形成示意圖1-外界游離因數(shù)；2—起始電子；3—電子崩1、電子崩形成2、放電二、巴申定律

定義：早在湯遜理論提出之前，巴申就從實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出了擊穿電壓Ub是氣壓p和間隙距離d乘積的函數(shù)，即Ub=f（pd）三、流注理論1）定義：流注理論認(rèn)為電子的碰撞游離和空間光游離是形成自持放電的主要因素，空間電荷對(duì)電場(chǎng)的畸變作用是產(chǎn)生光游離的重要原因。

2）流注的形成和發(fā)展

通過本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解氣體擊穿的發(fā)展過程，掌握均勻電場(chǎng)中氣體的擊穿過程原理，為今后的課程學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。電介質(zhì)絕緣特性流注理論對(duì)放電現(xiàn)象的解釋為什么比較切合實(shí)際（1）放電外形。pd很大時(shí)，放電具有通道形式，這從流注理論中可以得到說明。流注中的電荷密度很大，電導(dǎo)很大，故其中電場(chǎng)強(qiáng)度很小。流注出現(xiàn)后，將減弱其周圍空間的電場(chǎng)(但加強(qiáng)了其前方電場(chǎng))，并且這一作用伴隨著流注的發(fā)展而更為強(qiáng)大。因此，電子崩形成流注后，當(dāng)某個(gè)流注由于偶然原因發(fā)展更快時(shí)，它就將抑制其他流注的形成和發(fā)展，并且隨著流注的向前推進(jìn)，這種作用將越來越強(qiáng)烈。（2）放電時(shí)間。光子以光速傳播，所以流注發(fā)展速度極快，這可以說明pd很大時(shí)放電時(shí)間特別短的現(xiàn)象。（3）陰極材料。根據(jù)流注理論，維持放電自持的是空間光游離，而不是陰極表面的游離過程。這就說明了為什么當(dāng)pd較大時(shí)，擊穿電壓和陰極材料基本無關(guān)；而當(dāng)pd較小，或壓力小，或距離小時(shí)，電子崩發(fā)出的光子容易到達(dá)陰極，而不易被氣體分子吸收，從而引起陰極表面游離，于是擊穿電壓和陰極材料有關(guān)。

通過本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解流注理論的放電原理，掌握流注理論放電的應(yīng)用，為今后的課程學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。電介質(zhì)絕緣特性氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生與消失一、氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生（1）按照能量來源的不同，游離形式可分為:

光游離

熱游離表面游離碰撞游離（2）金屬表面游離所需能量獲得途徑：中和二、氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的消失帶點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)受電場(chǎng)力的作用流入電極帶電質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散帶電質(zhì)點(diǎn)的復(fù)合擴(kuò)散復(fù)合

通過本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生條件，掌握氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生和消失的方法，為今后的課程學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。電介質(zhì)絕緣特性湯遜理論能解釋任何情況下的放電一、討論湯遜理論能解釋任何情況下的放電

湯遜理論是在間隙的pd值較小的條件下提出的，當(dāng)pd值較大時(shí)，氣壓高或距離大，這時(shí)氣體擊穿的很多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象無法用湯遜理論來解釋。（1）放電外形：高氣壓時(shí)，放電外形為有分支的細(xì)通道，而按照湯遜放電理論，放電應(yīng)在整個(gè)電極空間連續(xù)進(jìn)行。（2）放電時(shí)間：根據(jù)出現(xiàn)電子崩經(jīng)幾個(gè)循環(huán)后完成擊穿的過程，可以計(jì)算出放電時(shí)間。在低氣壓下的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較一致，高氣壓下的實(shí)測(cè)放電時(shí)間比計(jì)算值小得多。（3）擊穿電壓：pd較小時(shí)，擊穿電壓計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值一致；pd較大時(shí)不一致。（4）陰極材料：低氣壓下間隙擊穿電壓與電極材料有關(guān)；高氣壓下間隙擊穿電壓與電極材料無關(guān)。

通常認(rèn)為，pd>26kPa．cm時(shí)，擊穿過程將發(fā)生變化，湯遜理論不再適用，但其碰撞游離的基本原理仍是普遍有效的。

通過本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解湯遜理論的放電原理，掌握湯遜理論放電的應(yīng)用，為今后的課程學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。電介質(zhì)絕緣特性固體電介質(zhì)的老化

電氣設(shè)備中的絕緣在長期運(yùn)行過程中會(huì)發(fā)生一系列物理變化和化學(xué)變化，致使其電氣、機(jī)械及其他性能逐漸劣化，這種現(xiàn)象統(tǒng)稱為絕緣的老化。固體介質(zhì)的老化可分為電老化、熱老化和環(huán)境老化三類。一、固體電介質(zhì)的老化(一)電老化

電介質(zhì)在電場(chǎng)的長期作用下，其耐電強(qiáng)度逐漸降低的現(xiàn)象稱為電老化。電老化主要由介質(zhì)中的局部放電所引起。

局部放電引起介質(zhì)老化的原因大致有以下幾個(gè)方面：1.放電產(chǎn)生的帶電質(zhì)點(diǎn)撞擊氣泡或氣隙壁使介質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)遭到破壞，造成裂解。2.帶電質(zhì)點(diǎn)撞擊氣泡或氣隙壁引起介質(zhì)局部的溫度升高，造成熱裂解或促進(jìn)氧化裂解，還可能因氣隙體積膨脹而使固體絕緣開裂、分層。

3.局部放電過程中會(huì)產(chǎn)生、、等活性氣體，有水分時(shí)還會(huì)產(chǎn)生硝酸、草酸等，它們對(duì)絕緣有氧化和腐蝕作用。4.局部放電會(huì)產(chǎn)生高能射線，引起高聚物裂解；還會(huì)使某些固體介質(zhì)的分子間產(chǎn)生交聯(lián)，導(dǎo)致介質(zhì)發(fā)脆。(二)熱老化

電介質(zhì)在熱的長期作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而使其電氣性能和其他性能逐漸變差，這一現(xiàn)象稱為熱老化。

熱老化的特征主要表現(xiàn)為：介質(zhì)失去彈性、變硬、變脆，發(fā)生龜裂；機(jī)械強(qiáng)度降低；介質(zhì)變軟、發(fā)黏；介質(zhì)的電氣性能下降。(三)環(huán)境老化

絕緣從周圍環(huán)境中吸收的水分、氧氣等的作用及環(huán)境中各種射線的作用使介質(zhì)的絕緣性能降低的現(xiàn)象稱為環(huán)境老化。

環(huán)境老化主要對(duì)暴露在戶外大氣條件下的有機(jī)絕緣物影響較大，如導(dǎo)線絕緣、有機(jī)合成絕緣子等，所以環(huán)氧澆注絕緣子通常可用于戶內(nèi)，卻不能用于戶外。

通過本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解固體電介質(zhì)的老化定義，掌握固體電介質(zhì)的老化類型，為今后的課程學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。電介質(zhì)絕緣特性固體電介質(zhì)擊穿電壓與液體、氣體的區(qū)別一、固體電介質(zhì)擊穿場(chǎng)強(qiáng)高

固體電介質(zhì)擊穿場(chǎng)強(qiáng)一般比氣體和液體電介質(zhì)高，在均勻電場(chǎng)中，云母的工頻擊穿場(chǎng)強(qiáng)可達(dá)2000～3000kV/cm，而空氣的約為30kV／cm，變壓器油的約為120～200kV/cm。二、固體電介質(zhì)絕緣具有不可恢復(fù)性

固體電介質(zhì)的擊穿通常是一種不可逆的變化過程，擊穿以后在介質(zhì)中留下有不能恢復(fù)的痕跡，如貫穿兩極間的熔洞、燒穿的孔道、裂開等，即使去掉外施電壓，也不像氣體、液體電介質(zhì)那樣能自己恢復(fù)絕緣性能。三、固體電介質(zhì)具有累積效應(yīng)

固體介質(zhì)在沖擊電壓作用下絕緣損傷會(huì)擴(kuò)大甚至擊穿，這種現(xiàn)象稱為累積效應(yīng)。大部分有機(jī)材料有明顯的累積效應(yīng)，玻璃、云母等無機(jī)材料才沒有明顯的累積效應(yīng)。四、固體電介質(zhì)擊穿具有體積效應(yīng)

固體電介質(zhì)擊穿場(chǎng)強(qiáng)分散性很大，這與材料的不均勻性有關(guān)。加大試樣的面積和體積，使絕緣材料弱點(diǎn)出現(xiàn)的概率增大，會(huì)使擊穿場(chǎng)強(qiáng)降低，這就是所謂擊穿的體積效應(yīng)。

通過本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生理解固體電介質(zhì)的擊穿，掌握固體電介質(zhì)擊穿與液體、氣體介質(zhì)擊穿的區(qū)別，為今后的課程學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。電介質(zhì)絕緣特性提高固體擊穿電壓的具體措施一、通過精選材料、改善工藝、真空干燥、加強(qiáng)浸漬（油、膠、漆等），以清除固體電介質(zhì)中殘留的雜質(zhì)、氣泡、水分等二、采取合理的絕緣結(jié)構(gòu)

使各部分絕緣的耐電強(qiáng)度與其承受的場(chǎng)強(qiáng)相匹配；改善電極形狀及表面光潔度，使電場(chǎng)分布均勻；政善電極與絕緣體的接觸狀態(tài)，消除接觸處的氣隙或使接觸處的氣隙不承受電位差，如用半導(dǎo)體漆。三、在運(yùn)行中，注意防止塵污、防潮和有害氣體的侵蝕，加強(qiáng)散熱冷卻，如自然通風(fēng)、強(qiáng)迫通風(fēng)、氫冷、油冷、水內(nèi)冷等措施。

通過本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握提高固體電介質(zhì)擊穿電壓的具體措施，為今后的課程學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。電介質(zhì)絕緣特性影響固體電介質(zhì)擊穿電壓的主要因素一、電壓作用時(shí)間

外施電壓的作用時(shí)間對(duì)固體電介質(zhì)擊穿電壓的影響很大，通常，對(duì)于多數(shù)固體電介質(zhì)，其擊穿電壓隨電壓作用時(shí)間的延長而明顯地下降。二、溫度

在低溫區(qū)域內(nèi)，固體電介質(zhì)的擊穿電壓隨溫度的升高幾乎不變，而在較高溫度下，則隨溫度的升高擊穿電壓明顯下降。工頻下電瓷的擊穿電壓與溫度的關(guān)系三、電場(chǎng)均勻程度

在均勻電場(chǎng)中，固體電介質(zhì)的擊穿電壓與厚度有直線關(guān)系；不均勻電場(chǎng)中，擊穿電壓大大降低，且隨厚度的增加而增加很慢，最后達(dá)到一極限值。四、電壓種類

對(duì)同一介質(zhì)，同一電極布置時(shí)，其交流、直流、沖擊下的擊穿電壓往往是不相同的。在直流電壓下，介質(zhì)損耗一般都比交流電場(chǎng)中為小，不容易發(fā)熱，因而擊穿電壓比工頻擊穿電壓(幅值)高。在沖擊電壓下，由于電壓作用時(shí)間很短，一般熱的效應(yīng)和電化學(xué)的效應(yīng)所造成的破壞還來不及形成，因此擊穿電壓一般都比工頻和直流的擊穿電壓高。五、固體介質(zhì)受潮程度

固體電介質(zhì)受潮以后,由于水分電導(dǎo)大，損耗大，所以擊穿電壓也要下降，下降的程度與固體介質(zhì)的性能有關(guān)。六、累積效應(yīng)

由于固體介質(zhì)的絕緣損傷是不可恢復(fù)的，并具有累積效應(yīng)。顯然，它會(huì)導(dǎo)致固體介質(zhì)擊穿電壓的下降。因此，對(duì)這些電氣設(shè)備進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，加電壓的次數(shù)和試驗(yàn)電壓值應(yīng)考慮這種累積效應(yīng)，而在設(shè)計(jì)固體絕緣結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)保證一定的絕緣裕度。七、機(jī)械負(fù)荷

機(jī)械應(yīng)力可能造成絕緣材料開裂、松散、使擊穿電壓降低。在運(yùn)行中，由于長期受高溫作用，絕緣材料特別是紙（或布）纖維、塑料等有機(jī)材料很容易劣化變脆，機(jī)械強(qiáng)度強(qiáng)烈下降。所以電力設(shè)備要注意散熱，避免過負(fù)荷運(yùn)行。

通過本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握影響固體電介質(zhì)擊穿電壓的主要因素，為今后的課程學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。電介質(zhì)絕緣特性絕緣油老化過程一、絕緣油老化的過程可分為三個(gè)階段

（一）A期：新油在與空氣接觸的過程吸收的氧氣將與油中的不飽和碳?xì)浠衔锲鸹瘜W(xué)反應(yīng)，形成飽和的化合物。A期特點(diǎn)

顏色逐漸深暗，從淡黃色變?yōu)樽睾稚瑥耐该髯優(yōu)榛鞚?，黏度增大（妨礙對(duì)流傳熱），閃燃點(diǎn)增高，灰分和水分增多。

（二）B期：油繼續(xù)吸收氧氣，生成穩(wěn)定的油的氧化物和低分子量的有機(jī)酸，種油對(duì)繞組絕緣和金屬都有較強(qiáng)的腐蝕作用。

（三）C期：油進(jìn)一步氧化，當(dāng)酸性物濃度達(dá)一定程度時(shí)，便產(chǎn)生加聚和縮聚作用，生成中性的高分子樹脂質(zhì)及瀝青質(zhì)，同時(shí)析出水分，使油呈混濁的膠凝狀態(tài)，最后成為固體的油泥沉淀。C期特點(diǎn)

油泥沉淀在繞組上會(huì)妨礙繞組的散熱，且絕緣性能變壞，表現(xiàn)在電阻率降低，介質(zhì)損耗增大，擊穿電壓降低。隨著油繼續(xù)氧化，油的質(zhì)量日益劣化，劣化到一定程度的油就不能再繼續(xù)使用。上述過程可概括為：油溫升高一氧化加速一油裂解一分解出多種能溶于油的微量氣體一絕緣破壞。二、絕緣油老化的影響因素溫度油接觸物光照電場(chǎng)

通過本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解影響絕緣油老化的因素，掌握絕緣油老化過程，為今后的課程學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。電介質(zhì)絕緣特性提高液體電介質(zhì)擊穿電壓的措施一、過濾與干燥

為除去油中水分、有機(jī)酸、纖維等雜質(zhì)，常用壓濾機(jī)過濾，或加吸附劑(白土、硅膠)處理。為防止受潮，在大型變壓器呼吸器內(nèi)裝干燥劑，或充氮保護(hù)和在油