教學(xué)課件：《高電壓技術(shù)》1

1、高 電 壓 技 術(shù)1、什么是高壓？電壓等級(jí)： 220v、3kv、6kv 10kv、35kv、66kv、110kv、220kv 330kv、500kv、750kv 1000kv 低壓 高壓 超高壓 特高壓 2、為什么要有高電壓？ 長(zhǎng)距離大容量輸電的可行性； 經(jīng)濟(jì)性。3、電力設(shè)備特性有哪些？導(dǎo)電性；導(dǎo)磁性；絕緣能力。4、高電壓系統(tǒng)基本要求？ 安全性（絕緣問(wèn)題）； 可靠性（預(yù)防過(guò)電壓）。5、課程內(nèi)容：絕緣與試驗(yàn)過(guò)電壓及保護(hù)操作過(guò)電壓暫時(shí)過(guò)電壓外部過(guò)電壓（雷電）內(nèi)部過(guò)電壓氣體、液體、固體絕緣性能介質(zhì)試驗(yàn)及高壓獲得第1篇 高電壓絕緣及試驗(yàn)第2篇 電力系統(tǒng)過(guò)電壓及保護(hù)第1章 電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和損耗第2章

2、 氣體放電的物理過(guò)程第3章 氣隙的電氣強(qiáng)度第4章 固體、液體和組合絕緣的電氣強(qiáng)度第5章 電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)（一）第6章 電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)（二）第7章 線路和繞組中的波過(guò)程第8章 雷電及防雷裝置第9章 輸電線路的防雷保護(hù)第10章 發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù)第11章 電力系統(tǒng)暫時(shí)過(guò)電壓第12章 電力系統(tǒng)操作過(guò)電壓6、課程特點(diǎn)： 介紹性（多敘述、少計(jì)算）； 節(jié)奏快； 實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)性高。第1章 電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和損耗1.1 電介質(zhì)的極化1.2 電介質(zhì)的介電常數(shù)1.3 電介質(zhì)的電導(dǎo)1.4 電介質(zhì)中的能量損耗1.1 電介質(zhì)的極化電介質(zhì)極化有四種基本類型電介質(zhì)：在其中可建立穩(wěn)定電場(chǎng)而幾乎沒(méi)有電流通過(guò)的物質(zhì)。極化：

3、在外電場(chǎng)作用下，電介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生宏觀不為零的電偶極矩。電子位移極化；離子位移極化；轉(zhuǎn)向極化；空間電荷極化。1、電子位移極化：電介質(zhì)：一般由分子構(gòu)成，分子由原子構(gòu)成，原子由帶正電的原子核和圍繞核的帶負(fù)電電子構(gòu)成。感應(yīng)電矩：沒(méi)有外電場(chǎng)時(shí)，電子云中心與原子核重合，感應(yīng)電矩為零，對(duì)外不顯現(xiàn)極性。 感應(yīng)電矩消失：外電場(chǎng)消失后，原子核與電子云的引力又使二者重合，感應(yīng)電矩也隨之消失。電子位移極化：外加一個(gè)電場(chǎng)，原子核向外電場(chǎng)方向移動(dòng)，而電子方向反方向移動(dòng)，達(dá)到平衡后，感應(yīng)力矩也穩(wěn)定，這個(gè)過(guò)程叫電子位移極化。 E電子位移極化特點(diǎn)： 時(shí)間：完成時(shí)間極短，約為10-1410-15s； 能量損耗：電子位移極化不引起能

4、量損耗； 溫度：電子位移極化與溫度無(wú)關(guān)，溫度的變化只是 通過(guò)介質(zhì)密度才影響到電子位移極化率。 頻率：電子位移極化基本與頻率無(wú)關(guān)。2、離子位移極化：由離子結(jié)合成的介質(zhì)內(nèi)，外電場(chǎng)的作用除了促使內(nèi)部產(chǎn)生電子位移極化外，還產(chǎn)生正、負(fù)離子相對(duì)位移而形成的極化，稱為離子位移極化。E離子位移極化特點(diǎn)： 時(shí)間：完成時(shí)間短,約為10-1210-13s ； 能量損耗：有極微量的能量損耗； 溫度：隨溫度的升高而略有增大； 頻率：極化與頻率無(wú)關(guān)。溫度離子位移極化離子間作用力3、轉(zhuǎn)向極化：極性電介質(zhì)：即使沒(méi)有外加電場(chǎng)，由于分子中正負(fù)電荷的作用中心的不重合，就單個(gè)分子而言，就已具有偶極矩，稱為固有偶極矩。由于分子的不規(guī)則

5、熱運(yùn)動(dòng)，使各分子偶極矩排列無(wú)序，對(duì)外不呈現(xiàn)合成電矩。有外電場(chǎng)時(shí)，每個(gè)分子的固有偶極矩有轉(zhuǎn)向電場(chǎng)方向的趨勢(shì)，順電場(chǎng)方向作定向排列，它在不同程度上達(dá)到平衡，對(duì)外呈現(xiàn)宏觀電矩，這就是極性分子的轉(zhuǎn)向極化。外電場(chǎng)愈強(qiáng)，轉(zhuǎn)向定向愈充分，外電場(chǎng)消失，宏觀的轉(zhuǎn)向極化也隨之消失。E轉(zhuǎn)向極化特點(diǎn)： 時(shí)間：完成時(shí)間較長(zhǎng)，約為10-610-2s ； 能量損耗：有很小的能量損耗； 與頻率、溫度相關(guān)。 4、空間電荷極化（非彈性，與前三種有所區(qū)別）： 大多數(shù)絕緣結(jié)構(gòu)中，電介質(zhì)往往是層式結(jié)構(gòu)，電介質(zhì)也可能存在某種晶格缺陷。在電場(chǎng)的作用下，帶電質(zhì)點(diǎn)在電介質(zhì)中移動(dòng)時(shí)，可能被晶格缺陷捕獲，或在兩層介質(zhì)界面上堆積，造成電荷在介質(zhì)空間

6、中新的分布，從而產(chǎn)生電矩，這種極化稱為空間電荷極化。空間電荷極化特點(diǎn)： 時(shí)間：緩慢； 能量損耗：有。 以最簡(jiǎn)單的雙層介質(zhì)為例：設(shè)開(kāi)關(guān)閉合初瞬間電導(dǎo)上電流為零，電壓分布由電容值大小決定。為整個(gè)介電質(zhì)的等值電容與 分界面上堆積電荷數(shù)為到達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)，電容上電流為零，電壓分布由電導(dǎo)大小決定。為整個(gè)介電質(zhì)的等值電容與 分界面上堆積電荷數(shù)為各種極化方式的比較極化種類產(chǎn)生場(chǎng)合產(chǎn)生原因所需時(shí)間能量損耗電子位移極化任何電介質(zhì)束縛電子運(yùn)行軌道偏移10-15 s無(wú)離子位移極化離子式結(jié)構(gòu)電介質(zhì)離子的相對(duì)偏移10-13 s幾乎沒(méi)有轉(zhuǎn)向極化極性電介質(zhì)固有偶極矩的定向排列s10-610-2 s小空間電荷極化多層介質(zhì)的交界面自

7、由電荷在層間的堆積10-2 s數(shù)小時(shí)有1.2 電介質(zhì)的介電常數(shù)介電常數(shù)：用來(lái)衡量絕緣體儲(chǔ)存電能的能力，代表電介質(zhì)的極化程度（對(duì)電荷束縛的能力）。介質(zhì)中真空中電位移矢量場(chǎng)強(qiáng)矢量真空的介電常數(shù)相對(duì)介電常數(shù)1、氣體電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)：相對(duì)介電常數(shù)大?。河捎跉怏w物質(zhì)分子間的距離相對(duì)較大，氣體的極化率就很小，故一切氣體的相對(duì)介電常數(shù)都接近于1。影響因素：溫度：氣體的相對(duì)介電常數(shù)隨溫度的升高而減??；壓力：隨壓力的增大而增大。但以上的影響程度都很小。2、液體電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)： 中性液體介質(zhì)：代表介質(zhì)：石油、苯、四氧化碳、硅油等。大小：不大，其值在1.82.8范圍內(nèi)。 極性液體介質(zhì)：代表介質(zhì)：蓖麻油、乙

8、醇、水等。大?。壕哂休^大介電常數(shù)，高壓絕緣一般不用。影響因素： 溫度：溫度分子間黏附力轉(zhuǎn)向極化介電常數(shù)溫度過(guò)高分子熱運(yùn)動(dòng)極性分子定向排列轉(zhuǎn)向極化介電常數(shù) 頻率：頻率較低時(shí)偶極分子來(lái)得及跟隨電場(chǎng)交變轉(zhuǎn)向介電常數(shù)較大，接近直流情況下的頻率超過(guò)臨界值偶極分子轉(zhuǎn)向跟不上電場(chǎng)的變化介電常數(shù)開(kāi)始減小介電常數(shù)最終接近于僅由電子位移極化引起的介電常數(shù)值3、固體電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)： 中性液體介質(zhì)：代表介質(zhì)：石蠟、硫磺等。大?。褐挥须娮邮綐O化和離子式極化，介電常數(shù)較小。 極性液體介質(zhì)：代表介質(zhì)：樹脂、纖維、橡膠、有機(jī)玻璃等。大?。合鄬?duì)介電常數(shù)都比較大，一般為36。4、電介質(zhì)介電常數(shù)的應(yīng)用：導(dǎo)線絕緣：采用介電常數(shù)

9、小的電介質(zhì)；電容器：采用介電常數(shù)大的電介質(zhì)。1.3 電介質(zhì)的電導(dǎo)任何電介質(zhì)都不是理想的絕緣體，它們總是少量的帶電質(zhì)點(diǎn)存在，在電場(chǎng)作用下，帶電質(zhì)點(diǎn)作有方向的運(yùn)動(dòng)構(gòu)成電流。因而任何電介質(zhì)都具有一定的電導(dǎo)，表征電導(dǎo)大小的物理量是電導(dǎo)率 （或電阻率 ）。電介質(zhì)的電導(dǎo)與金屬的電導(dǎo)有本質(zhì)上的區(qū)別。電介質(zhì)的電導(dǎo)與金屬的電導(dǎo)有本質(zhì)上的區(qū)別。 金屬電導(dǎo)是由金屬中固有存在的自由電子造成的。 電介質(zhì)的電導(dǎo)：帶電質(zhì)點(diǎn)在電場(chǎng)作用下移動(dòng)造成的。由電離出來(lái)的自由電子、正離子和負(fù)離子在電場(chǎng)作用下移動(dòng)而造成的。分子發(fā)生化學(xué)分解形成的帶電質(zhì)點(diǎn)沿電場(chǎng)方向移動(dòng)而造成的。 分子發(fā)生熱離解形成的帶電質(zhì)點(diǎn)沿電場(chǎng)方向移動(dòng)而造成的。 氣體：液

10、體：固體：1、氣體電介質(zhì)的電導(dǎo)： 電流密度區(qū)： 進(jìn)一步增大時(shí)，離子移動(dòng)接近于飽和，即電流密度趨于飽和，但其值仍然很微小。此區(qū)域電導(dǎo)也是很小的，稱為飽和區(qū)。區(qū)：氣體中即使沒(méi)有電場(chǎng)也有一定離子濃度，存在電場(chǎng)時(shí)，離子加速，形成很小的電流密度，此時(shí)電導(dǎo)很小。因近似有，故稱為線性區(qū)。區(qū)：氣體發(fā)生撞擊電離，使 迅速增大，電導(dǎo)迅速增大。當(dāng) 時(shí)，氣隙被擊穿，故稱為擊穿區(qū)。2、液體電介質(zhì)的電導(dǎo)： 中性液體介質(zhì)： 中性液體介質(zhì)本身分子的離解很微弱，電導(dǎo)主要由雜質(zhì)和懸浮于液體介質(zhì)中的荷電粒子引起，電導(dǎo)較小。 極性液體介質(zhì)： 極性液體雜質(zhì)的電導(dǎo)不僅由雜質(zhì)引起，而且與本身分子的離解度有關(guān)。 強(qiáng)極性液體介質(zhì)（如水、酒精等

11、），即使高度凈化，電導(dǎo)率還是很大，以至于其不能看作電介質(zhì)，而是離子式導(dǎo)電液。影響因素：溫度：電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系：電場(chǎng)強(qiáng)度：溫度液體介質(zhì)黏度離子遷移率電導(dǎo)溫度介質(zhì)分子熱離解度電導(dǎo)電流密度和電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系與氣體介質(zhì)類似，但飽和過(guò)程一般觀察不到。3、固體電介質(zhì)的電導(dǎo)： 中性固體介質(zhì)： 電導(dǎo)主要由雜質(zhì)引起，電導(dǎo)較小。 離子式結(jié)構(gòu)的固體介質(zhì)： 電導(dǎo)主要由離子在熱運(yùn)動(dòng)影響下脫離晶格而移動(dòng)產(chǎn)生的。影響因素： 溫度：類似于液體電介質(zhì)。 電場(chǎng)強(qiáng)度：類似于液體電介質(zhì)。 雜質(zhì)：雜質(zhì)對(duì)電導(dǎo)率的影響很大。 固體介質(zhì)除體積電導(dǎo)外，還存在表面電導(dǎo)。1.4 電介質(zhì)中的能量損耗1、介質(zhì)損耗的基本概念：介質(zhì)損耗：在電場(chǎng)作用下，電

12、介質(zhì)由于電導(dǎo)引起的損耗和有損極化損耗，總稱為介質(zhì)損耗。電介質(zhì)的等效電路：電容支路：由真空和無(wú)損極化所引起的電流為純?nèi)菪裕蛔枞葜罚河捎袚p極化所引起的電流分為有功和容性無(wú)功兩部分。純阻支路：由漏導(dǎo)引起的電流，為純阻性的。計(jì)算用等值電路：?jiǎn)挝惑w積介質(zhì)的損耗功率電介質(zhì)的損耗角介質(zhì)損耗因數(shù)工程上常用 表征介質(zhì)的品質(zhì)2、介質(zhì)損耗因數(shù) 的意義：若 過(guò)大會(huì)引起嚴(yán)重發(fā)熱，使材料劣化，甚至可能導(dǎo)致熱擊穿。用于沖擊測(cè)量的連接電纜，要求 必須要小，否則會(huì)影響測(cè)量精度。用做絕緣材料的介質(zhì)，希望 小。在其他場(chǎng)合，可利用 引起的介質(zhì)發(fā)熱，如電瓷泥坯的陰干。在絕緣試驗(yàn)中， 的測(cè)量是一項(xiàng)基本測(cè)試項(xiàng)目。3、氣體介質(zhì)的損耗： 當(dāng)

13、場(chǎng)強(qiáng)小于氣體分子電離所需要的值時(shí)，氣體介質(zhì)的電導(dǎo)很小，損耗也很小。 當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)足夠大，氣體介質(zhì)將產(chǎn)生電離，介質(zhì)損耗大增，且增長(zhǎng)很快。4、液體和固體介質(zhì)中的損耗： 中性介質(zhì)中的極化主要時(shí)電子位移極化和離子位移極化，它們是無(wú)損的或幾乎無(wú)損的。這類介質(zhì)的損耗主要由漏導(dǎo)決定。 極性介質(zhì)的損耗主要包括電導(dǎo)式損耗和電偶式損耗兩部分。它與溫度、頻率等因素有復(fù)雜的關(guān)系。第2章 氣體放電的物理過(guò)程2.1 氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生和消失2.2 氣體放電機(jī)理2.3 電暈放電2.4 不均勻電場(chǎng)氣隙的擊穿2.5 雷電放電2.6 氣隙的沿面放電2.1 氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生和消失1、氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生： 純凈中性氣體不導(dǎo)電，只有

14、氣體中出現(xiàn)帶電質(zhì)點(diǎn)后才能導(dǎo)電，并在電場(chǎng)作用下發(fā)展成放電現(xiàn)象。 基本概念：玻爾理論：原子周圍的電子按規(guī)律躍遷時(shí)，軌道越遠(yuǎn)，電子能量越大。激勵(lì)：電子從近軌道向遠(yuǎn)軌道躍遷時(shí)，需要一定能量，這個(gè)過(guò)程叫激勵(lì)。激勵(lì)能：激勵(lì)所需能量叫激勵(lì)能 ，其值等于兩軌道能級(jí)之差。電離：當(dāng)外界給予的能量很大時(shí)，電子可以跳出原子軌道成為自由電子。原來(lái)的中性原子變成一個(gè)自由電子和一個(gè)帶正電荷的離子，這個(gè)過(guò)程叫電離。電離能：達(dá)到電離所需的最小能量稱為電離能 。反激勵(lì)：電子從遠(yuǎn)軌道向近軌道躍遷時(shí)，原子發(fā)射單色光（有能量的光子）的過(guò)程稱為反激勵(lì)。電離電位和激勵(lì)電位：一般用電離電位 和激勵(lì)電位 來(lái)表示電離能和激勵(lì)能。 撞擊電離：概念

15、：通過(guò)撞擊，給予氣體質(zhì)點(diǎn)以足夠的能量，使氣體質(zhì)點(diǎn)發(fā)生的電離。能量要求： 中性質(zhì)點(diǎn)：第一電離能。 已被激勵(lì)的質(zhì)點(diǎn)：小于第一電離能。 負(fù)離子：大于第一電離能。撞擊能量： 動(dòng)能 勢(shì)能中性質(zhì)點(diǎn)為零；正離子為正；負(fù)離子為負(fù)。平均自由程：一個(gè)質(zhì)點(diǎn)兩次碰撞之間的平均距離。其與密度呈反比。撞擊過(guò)程不是簡(jiǎn)單的機(jī)械過(guò)程： 速度動(dòng)能 電離概率 速度撞擊作用時(shí)間 電離概率不存在電場(chǎng)時(shí)，溫度足夠高，才能發(fā)生撞擊電離。存在電場(chǎng)時(shí)，電子是撞擊電離的主要因素。 光電離：概念：光子給予氣體質(zhì)點(diǎn)足夠的能量，使氣體質(zhì)點(diǎn)發(fā)生的電離。條件：光子能量不小于氣體的電離能。光電子：由光電離產(chǎn)生的自由電子。光的來(lái)源： 氣體本身的反激勵(lì)或復(fù)合釋

16、放出的光子。 紫外射線一般不能直接導(dǎo)致光電離，但通過(guò)分級(jí)光電離（先激勵(lì)、再電離）的方式也可實(shí)現(xiàn)電離。 外界自然光（紫外射線、倫琴射線、 射線、宇宙射 線等高能射線） 熱電離：概念：由氣體的熱狀態(tài)造成的電離稱為熱電離。氣體分子運(yùn)動(dòng)理論說(shuō)明：氣體的溫度是其分子平均動(dòng)能的度量。特點(diǎn)：熱電離不是一種獨(dú)立的電離形式，而是包含著撞擊電離和光電離，只是其電離能量來(lái)源于氣體分子本身的熱能。電離機(jī)理： 溫度分子平均動(dòng)能 撞擊電離 溫度熱輻射出的光子數(shù)量 光電離 表面電離：概念：由金屬表面逸出電子的電離形式。逸出功：從金屬電極表面逸出電子所需要的能量。電離形式： 二次發(fā)射：用有足夠能量的質(zhì)點(diǎn)撞擊金屬表面。 光電子

17、發(fā)射：用短波光照射金屬表面。 熱電子發(fā)射：加熱金屬電極。 強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射：在電極附近加強(qiáng)電場(chǎng)從電極拉出電子。 負(fù)離子：形成：電子與中性氣體分子（原子）碰撞，不但沒(méi)電離出新電子，電子反而被分子吸附形成了負(fù)離子。親和能：一個(gè)中性分子（原子）與一個(gè)電子結(jié)合生成一價(jià)負(fù)離子所放出的能量。作用：由于離子的電離能力比電子小很多，所以負(fù)離子的形成，對(duì)氣體放電的發(fā)展起阻抑作用。 帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生：電離形式：撞擊電離、光電離、熱電離、表面電離。帶電質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生形式：四種電離形式、負(fù)離子。2、氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的消失： 氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)消失的方式有三種：中和、擴(kuò)散、復(fù)合。 中和： 帶電質(zhì)點(diǎn)在電場(chǎng)力作用下，宏觀上沿電場(chǎng)作定向運(yùn)動(dòng)。帶電

18、質(zhì)點(diǎn)受電場(chǎng)力作用而流入電極，中和電量。 由于電子質(zhì)量和直徑比離子小很多，加速情況和碰撞情況也大不相同，電子遷移率比離子大兩個(gè)數(shù)量級(jí)。 擴(kuò)散： 擴(kuò)散指質(zhì)點(diǎn)從濃度較大的區(qū)域擴(kuò)散到濃度較小的區(qū)域，從而使帶電質(zhì)點(diǎn)在空間各處濃度趨于平均的過(guò)程。 擴(kuò)散是由雜亂的熱運(yùn)動(dòng)造成的，與電場(chǎng)力無(wú)關(guān)，電子擴(kuò)散速度比離子快。 復(fù)合： 帶有異號(hào)電荷質(zhì)點(diǎn)相遇，還原為中性質(zhì)點(diǎn)的過(guò)程稱為復(fù)合。 復(fù)合時(shí)，電離吸收的能量以光子形式放出。復(fù)合由電場(chǎng)力作用，電子快，所以復(fù)合幾率小，總是先變成負(fù)離子再?gòu)?fù)合。1、概述： 電子崩： 當(dāng)外加電場(chǎng)強(qiáng)度足夠大時(shí)，帶電粒子兩次碰撞間積聚的動(dòng)能足夠發(fā)生碰撞電離。電離出來(lái)的電子和離子在 場(chǎng)強(qiáng)作用下又加入

19、新的撞擊電離，電離過(guò)程像雪崩一樣增長(zhǎng)起來(lái)，稱為電子崩。2.2 氣體放電機(jī)理 非自持放電： 當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)較小時(shí)，電子崩有賴于外界因素，外界因素消失，電子崩也消失。 自持放電： 當(dāng)外加場(chǎng)強(qiáng)足夠大時(shí)，電子崩不依賴外界因素，外界因素消失后，電子崩仍能夠保持。 自持放電與非自持放電的區(qū)別在于外加電場(chǎng)強(qiáng)度的大小，二者場(chǎng)強(qiáng)的分界點(diǎn)稱為臨界場(chǎng)強(qiáng) 。相應(yīng)的電壓稱為臨界電壓 。它稱為自持放電的條件。 臨界場(chǎng)強(qiáng) ： 放電形式： 均勻電場(chǎng)： 不均勻電場(chǎng)：一處自持放電，整個(gè)氣隙擊穿。擊穿電壓等于臨界電壓。場(chǎng)強(qiáng)較小時(shí)，局部強(qiáng)場(chǎng)處產(chǎn)生電暈放電。提高場(chǎng)強(qiáng)氣隙間隙?。寒a(chǎn)生火花擊穿。氣隙間隙大：產(chǎn)生刷形放電。繼續(xù)提高場(chǎng)強(qiáng)，放電抵達(dá)對(duì)面

20、電極，產(chǎn)生電弧擊穿。2、湯森德氣體放電理論： 三個(gè)因素（系數(shù)）：系數(shù) ：1 個(gè)自由電子在走到陽(yáng)極的1cm路程中撞擊電離產(chǎn)生的平均自由電子。系數(shù) ：1 個(gè)正離子在走到陰極的1cm路程中撞擊電離產(chǎn)生的平均自由電子。系數(shù) ：1 個(gè)正離子撞擊陰極表面，逸出的平均自由電子數(shù)。 該理論對(duì)均勻電場(chǎng)和氣隙 （ 為氣隙密度、 為極間距離）較小的情況比較適用。 三個(gè)過(guò)程：過(guò)程：過(guò)程：過(guò)程：路程上撞擊電離出 個(gè)正離子?？梢院雎圆挥?jì)。個(gè)正離子撞擊陰極，電離出 個(gè)電子。自持放電的條件：電極距離 ，初始自由電子數(shù) 為1，位置為陰極附近。 帕邢曲線：氣隙擊穿電壓與氣隙密度極間距離的關(guān)系。 平均自由程 碰撞次數(shù)過(guò)大過(guò)小不變不

21、變 欲保證 E 的大小 碰撞次數(shù)過(guò)大過(guò)小 湯森德氣體放電理論的不足：理論無(wú)法解釋的試驗(yàn)現(xiàn)象：放電路徑為曲折細(xì)通道，形式為間歇、分段發(fā)展的；擊穿電壓與陰極材料幾乎無(wú)關(guān)；放電時(shí)間比理論計(jì)算時(shí)間短。原因：電子崩造成的大量空間電荷導(dǎo)致電場(chǎng)畸變；電離加劇導(dǎo)致光子數(shù)量劇增，空間光電離加?。?過(guò)大，帶電質(zhì)點(diǎn)不易擴(kuò)散，屏蔽限制了放電通道； 過(guò)大，射到陰極光子減少，削弱了 作用；湯氏理論的條件：均勻電場(chǎng)、 不大（ ）3、流注放電理論（較均勻電場(chǎng)）： 空間電荷濃度： 自由電子移動(dòng)速度快，一起向陽(yáng)極移動(dòng)，濃度大； 正離子移動(dòng)速度慢，緩慢向陰極移動(dòng)，濃度小。 合成電場(chǎng)畸變： 崩頭前面的電場(chǎng)則被強(qiáng)烈加強(qiáng)； 崩尾電場(chǎng)也被

22、加強(qiáng)了； 崩內(nèi)正負(fù)空間電荷混雜處的電場(chǎng)被大大減弱。 流注的形成：電子崩頭部接近陽(yáng)極；崩頭和崩尾處電場(chǎng)增強(qiáng)，激勵(lì)和反激勵(lì)放射出大量光子；崩中復(fù)合也放射出光子；一些光子射到崩尾，造成空間光電離，形成衍生（二次）電子崩；衍生電子崩頭部移動(dòng)速度快，與主崩匯合；新的衍生電子崩在崩尾出現(xiàn)，一個(gè)一個(gè)向陰極發(fā)展，形成正流注。 氣隙的擊穿：流注通道發(fā)展到陰極；該區(qū)域發(fā)生強(qiáng)烈電離，帶電離子的碰撞和移動(dòng)大大提升了通道的溫度，導(dǎo)致熱電離；整個(gè)流注通道轉(zhuǎn)化為火花通道，氣隙的擊穿完成。 負(fù)流注的發(fā)展速度比正流注慢。 概念：由初崩輻射出的光子，在崩頭、崩尾外圍空間局部強(qiáng)場(chǎng)中衍生出二次電子崩并匯合到主崩通道中來(lái)，使主崩通道不

23、斷高速向前、后延伸的過(guò)程稱為流注。 均勻電場(chǎng)形成流注就能自持發(fā)展，直至擊穿。 流注理論條件： 形成流注需要電子崩頭處電荷達(dá)到一定數(shù)量，才能形成必要的局部強(qiáng)場(chǎng)和足夠的光電離。一般認(rèn)為當(dāng)滿足 時(shí)，可以應(yīng)用流注機(jī)理來(lái)分析氣隙的放電。2.3 電暈放電1、概述：電暈：在極不均勻的電場(chǎng)中，當(dāng)外加電壓及平均場(chǎng)強(qiáng)還較低時(shí)，電極曲率半徑較小處，附近空間的局部場(chǎng)強(qiáng)已很大。在這局部強(qiáng)場(chǎng)處，產(chǎn)生強(qiáng)烈的電離，伴隨著電離而存在復(fù)合和反激勵(lì)，輻射出大量光子，使在黑暗中可以看到在該電極附近空間有藍(lán)色的暈光，稱為電暈。 電暈層：這個(gè)暈光層叫作電暈層或起暈層。外圍區(qū)間：電暈層外，場(chǎng)強(qiáng)已較弱，不發(fā)生撞擊電離。電暈產(chǎn)生條件：極間距離

24、對(duì)起暈電極表面最小曲率半徑的比值大于一定值。電暈特性： 電暈放電是極不均勻電場(chǎng)中的一種自持放電形式； 電暈放電不能擴(kuò)展很大，只能局限于電極附近； 電暈放電有明顯的極性效應(yīng)。電暈放電的形式：外壓低：電暈放電弱，均勻穩(wěn)定，電子崩性質(zhì)放電。 外壓高：電暈放電強(qiáng)，不均勻不穩(wěn)定，為流注性質(zhì) 的放電。2、電暈放電的物理過(guò)程和效應(yīng)： 物理過(guò)程（尖板試驗(yàn)）： 負(fù)電暈（尖極為負(fù)極性）：區(qū)外速度減慢形成負(fù)離子電暈區(qū)場(chǎng)強(qiáng)減弱、電離停止負(fù)離子向外擴(kuò)散電場(chǎng)重新加強(qiáng)、電離再次發(fā)生尖極強(qiáng)場(chǎng)電離正離子緩慢向尖極運(yùn)動(dòng)電子驅(qū)逐出電離區(qū)負(fù)電暈呈現(xiàn)有規(guī)律的重復(fù)脈沖。 正電暈（尖極為正極性）： 正離子移動(dòng)速度慢脈沖不規(guī)律 電暈的效應(yīng)：

25、有聲、光、熱等效應(yīng)，表現(xiàn)為發(fā)出“咝咝”的聲音，藍(lán)色的暈光以及使周圍氣體溫度升高等。產(chǎn)生人可聽(tīng)到的噪聲，對(duì)人生理、心理產(chǎn)生影響。形成“電風(fēng)”導(dǎo)致電力設(shè)備的振動(dòng)和擺動(dòng)。產(chǎn)生高頻脈沖電流，對(duì)無(wú)線電干擾。產(chǎn)生能量損耗。產(chǎn)生某些化學(xué)反應(yīng)，加速絕緣老化。2.4 不均勻電場(chǎng)氣隙的擊穿1、短間隙的擊穿（火花擊穿）：正流注，發(fā)展連續(xù)，需要的擊穿電壓小。棒極為正：棒極為負(fù)：負(fù)流注，階段式發(fā)展，需要的擊穿電壓大。擊穿：當(dāng)整個(gè)間隙充滿正負(fù)離子時(shí)，在電源電壓的作用下，通道的溫度和電導(dǎo)劇增，并完全失去絕緣性能，此時(shí)氣隙擊穿。2、長(zhǎng)間隙的擊穿（電弧擊穿）： 先導(dǎo)過(guò)程： 長(zhǎng)短間隙擊穿的區(qū)別：長(zhǎng)間隙：熾熱的導(dǎo)電通道在放電過(guò)程中

26、建立，需要的平均場(chǎng)強(qiáng)小。短間隙：熾熱的導(dǎo)電通道在放電過(guò)程后建立，需要的平均場(chǎng)強(qiáng)大。電子崩流注大密度電流熱電離棒極強(qiáng)場(chǎng)熾熱的等離子通道（先導(dǎo)通道）近似的棒極前伸 迎面先導(dǎo)：特點(diǎn)：負(fù)先導(dǎo)必有迎面先導(dǎo)；正先導(dǎo)對(duì)面有突出，才有迎面先導(dǎo)。原因：正先導(dǎo)更容易產(chǎn)生；負(fù)先導(dǎo)頭部的場(chǎng)強(qiáng)更高。 主放電過(guò)程：先導(dǎo)頭部接近對(duì)面電極時(shí)，發(fā)生劇烈電離；與下電極異號(hào)電荷流入下電極進(jìn)行中和，與下電極同號(hào)電荷流入先導(dǎo)通道進(jìn)行中和；此過(guò)程沿先導(dǎo)通道擴(kuò)展至棒極，稱為主放電過(guò)程。作用：將先導(dǎo)通道改造成高溫、大電導(dǎo)、軸向場(chǎng)強(qiáng)小的等離子體火花通道，使氣隙被電弧擊穿而導(dǎo)通。3、長(zhǎng)間隙的預(yù)放電（刷形放電）： 當(dāng)氣隙距離較長(zhǎng)時(shí)，即使所加電壓尚

27、不足以將整個(gè)氣隙擊穿，也會(huì)從曲率半徑較小的電極出發(fā)，向氣隙深處突發(fā)具有先導(dǎo)性質(zhì)的火花放電。當(dāng)電壓進(jìn)一步升高時(shí)，火花通道伸展得更長(zhǎng)，光色變白，更明亮，并發(fā)出尖銳得爆破聲，形成刷形放電。此類放電不能將整個(gè)氣隙擊穿，稱為預(yù)放電。2.5 雷電放電1、概述： 形式： 雷云對(duì)大地；雷云內(nèi)部；雷云對(duì)雷云。 極性： 過(guò)程： 破壞因素： 最大電流；電流增長(zhǎng)最大陡度；余光電流熱效應(yīng)。 防護(hù)措施：90以上為負(fù)極性雷。先導(dǎo)放電、主放電、余光放電。避雷針。2、雷電的先導(dǎo)放電過(guò)程： 概念： 組成： 先導(dǎo)通道、先導(dǎo)頭部、流注區(qū)。 特點(diǎn)： 先導(dǎo)通道高溫高電導(dǎo)部分的直徑為毫米級(jí)； 先導(dǎo)通道外圍電離區(qū)（電離套）直徑大； 一般有迎

28、面先導(dǎo)。高電導(dǎo)、高溫、高電位的先導(dǎo)通道形成的過(guò)程。3、雷電的主放電過(guò)程： 概念： 雷電的主放電過(guò)程具有巨大的雷響、突發(fā)的明亮、大幅的沖擊電流，起到了雷電的最大破壞作用。 過(guò)程： 劇烈電離； 劇烈中和； 主放電通道向上延伸； 徑向放電：電暈套負(fù)電荷產(chǎn)生反向場(chǎng)強(qiáng)及反向電暈流注放電。4、雷電的余光放電： 主放電完成后，云中的剩余電荷沿原來(lái)的主放電通道繼續(xù)流入大地，在照片上看到的是一片模糊發(fā)光的部分，成為余光放電。5、雷電的后續(xù)分量： 形成： 雷云與臨近雷云間在放電后電位差急劇增大，二者間放電，并由原通道對(duì)地發(fā)展。 特點(diǎn)： 連續(xù)前進(jìn)，幅值小、陡度大。2.6 氣隙的沿面放電氣隙沿面放電：沿氣體與固體（或

29、液體）介質(zhì)的分界面發(fā)展的放電現(xiàn)象。閃絡(luò)：沿面放電發(fā)展到貫穿兩極，使整個(gè)氣隙沿面擊穿的現(xiàn)象。第3章 氣隙的電氣強(qiáng)度3.1 氣隙的擊穿時(shí)間3.2 氣隙的伏秒特性3.3 大氣條件對(duì)氣隙擊穿電壓的影響3.4 電場(chǎng)均勻程度對(duì)氣隙擊穿電壓的影響3.6 提高氣隙擊穿電壓的方法3.7 影響氣隙沿面閃絡(luò)電壓的因素3.1 氣隙的擊穿時(shí)間靜態(tài)擊穿電壓 ：長(zhǎng)時(shí)間作用在氣隙上能使氣隙擊穿的最低電壓。擊穿時(shí)間 ：從開(kāi)始加壓的瞬間起到氣隙完全擊穿為止的總的時(shí)間。放電時(shí)延 ：從 至完全擊穿。統(tǒng)計(jì)時(shí)延 ：從 至形成第一個(gè)有效電子。升壓時(shí)間 ：升壓至靜態(tài)擊穿電壓。擊穿時(shí)間 ：升壓至完全擊穿。放電發(fā)展時(shí)間 ：形成第一個(gè)有效電子至完

30、全擊穿。放電時(shí)延升壓時(shí)間統(tǒng)計(jì)時(shí)延放電發(fā)展時(shí)間有效電子：該電子能發(fā)展一系列電離過(guò)程，最終導(dǎo)致氣隙的擊穿。產(chǎn)生的電子不一定都有效： 電子被俘獲形成負(fù)離子，失去電離的活力； 擴(kuò)散到主間隙外，不能參加電離過(guò)程； 由于其它原因，電離中途停止。 電極材料； 外施電壓：電壓越高，統(tǒng)計(jì)時(shí)延越小； 電場(chǎng)情況：局部電場(chǎng)越強(qiáng)，統(tǒng)計(jì)時(shí)延越??； 短波光照射。影響統(tǒng)計(jì)時(shí)延 的因素： 外施電壓：電壓越高，放電發(fā)展時(shí)間越??； 電場(chǎng)情況：電場(chǎng)越均勻，放電發(fā)展時(shí)間越?。?間隙長(zhǎng)度：間隙距離越長(zhǎng)，放電發(fā)展時(shí)間越大。影響放電發(fā)展時(shí)間 的因素：3.2 氣隙的伏秒特性1、電壓波形： 直流電壓：由交流整流而來(lái)，有一定脈動(dòng)。脈動(dòng)幅值最大值最

31、小值脈動(dòng)幅值紋波系數(shù)平均值波形參數(shù)： 工頻交流電壓： 近似為正弦波，正負(fù)兩半波相同。峰值有效值幅值：波形參數(shù)：頻率： 4565 Hz 范圍內(nèi)。視在半峰值時(shí)間視在波前時(shí)間 雷電沖擊電壓： 雷電沖擊全波電壓：峰值允差波形參數(shù)：雷電沖擊截波電壓：截?cái)鄷r(shí)間截?cái)鄷r(shí)刻電壓電壓過(guò)零系數(shù)截波峰值視在波前時(shí)間波形參數(shù)： 操作沖擊電壓：長(zhǎng)波前、長(zhǎng)波尾波前時(shí)間半峰值時(shí)間峰值允差波形參數(shù)：2、伏秒特性： 概念： 氣隙的擊穿電壓要用電壓峰值和延續(xù)時(shí)間二者共同表示，這就是該氣隙在該電壓波形下的伏秒特性。 求取方法： U 低時(shí)，在波尾的擊穿，得到點(diǎn)“1” ； U 升高，在波峰擊穿，得到點(diǎn)“2” ； U 繼續(xù)升高，尚未到達(dá)波

32、峰時(shí)擊穿，得到點(diǎn)“3” 。 平均伏秒特性： 同一氣隙在同一電壓作用下，每次擊穿的時(shí)間并不完全相同，具有分散性。所以一個(gè)氣隙的伏秒特性，不是一條簡(jiǎn)單的曲線，而是一組曲線族。區(qū)域下包線的擊穿概率為0，區(qū)域上包線的擊穿概率為100。某些場(chǎng)合，用擊穿概率為50的曲線來(lái)表示氣隙的伏秒特性，稱為平均伏秒特性。 伏秒特性的應(yīng)用： 一個(gè)電壓同時(shí)作用在兩個(gè)并聯(lián)氣隙上。 若 全面位于 下，則 先被擊穿，其電壓被短接， 就不會(huì)被擊穿。因此 可靠地保護(hù)了 。 若 與 有交叉，則 交叉以左， 先被擊穿；交叉以右， 先被擊穿。氣隙間不能可靠保護(hù)。 工程常用術(shù)語(yǔ)50%擊穿電壓：指氣隙被擊穿的概率為50%的沖擊電壓峰值，反映

33、了該氣隙地基本耐電強(qiáng)度。 沖擊擊穿電壓：氣隙擊穿時(shí)，擊穿前時(shí)間小于和大于 的概率各為50%的沖擊電壓。這也就是50%曲線與 時(shí)間標(biāo)尺相交點(diǎn)的電壓值。3.3 大氣條件對(duì)氣隙擊穿電壓的影響1、標(biāo)準(zhǔn)參考大氣條件：溫度： 壓強(qiáng)： 濕度：2、影響因素：溫度壓強(qiáng)Ub濕度負(fù)離子Ub密度3.4 電場(chǎng)均勻程度對(duì)氣隙擊穿電壓的影響1、均勻電場(chǎng)：典型結(jié)構(gòu)：板板電極。特點(diǎn)： 氣隙擊穿電壓與電壓極性無(wú)關(guān)； 氣隙擊穿電壓 = 起始放電電壓。2、稍不均勻電場(chǎng)：典型結(jié)構(gòu)： 球球、球板、圓柱板、兩同軸圓筒、兩平行圓柱、兩垂直圓柱等。特點(diǎn)： 極性效應(yīng)不明顯； 擊穿電壓分散性不大； 擊穿電壓與電場(chǎng)均勻度有關(guān)：越均勻，Ub越大； 無(wú)

34、穩(wěn)定的電暈放電。3、極不均勻電場(chǎng)：典型結(jié)構(gòu)： 棒棒、尖尖、棒板、尖板等。特點(diǎn)： 有顯著的極性效應(yīng)； 擊穿電壓分散性大； 擊穿電壓與間隙距離有關(guān)； 外加電壓低于擊穿電壓時(shí)局部有穩(wěn)定的電暈放電。3.6 提高氣隙擊穿電壓的方法1、提高氣隙擊穿電壓的方法： 改善電場(chǎng)分布： 氣隙電場(chǎng)分布越均勻，氣隙擊穿電壓越高。故適當(dāng)改進(jìn)電極形狀，增大電極曲率半徑（屏蔽），改善電場(chǎng)分布，就能提高氣隙的擊穿電壓和預(yù)放電電壓。 采用高度真空： 高度真空，削弱氣隙中的撞擊電離過(guò)程，也能提高氣隙的擊穿電壓。其理論至今仍不夠清楚。 增高氣壓： 可以減小電子的平均自由程，阻礙撞擊電離的發(fā)展，從而提高氣隙的擊穿電壓。 采用高耐電強(qiáng)度

35、氣體： 鹵族元素氣體（SF6 等）廣泛應(yīng)用于電力設(shè)備中。2、 SF6 氣體的優(yōu)點(diǎn)： 較高的耐電強(qiáng)度； 很強(qiáng)的滅弧性能； 無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒、非燃性的惰性化合物； 對(duì)金屬和其他絕緣材料沒(méi)有腐蝕作用； 中等壓力下可以液化，容易儲(chǔ)藏和運(yùn)輸。3.7 影響氣隙沿面閃絡(luò)電壓的因素1、電場(chǎng)狀況和電壓波形的影響。2、氣體條件的影響。3、介質(zhì)表面狀態(tài)的影響：表面粗糙度：常壓下的一般氣體中，表面粗糙度對(duì)閃絡(luò)電壓影響不大，但在高壓的SF6中影響比較顯著。雨水：雨水在介質(zhì)表面形成連續(xù)的導(dǎo)電層，導(dǎo)致泄漏電流增大。污穢：在霧、毛毛雨、露、雪等天氣條件下，污穢附著在介質(zhì)表面，會(huì)使沿面閃絡(luò)電壓降低很多。第4章 固體、液體的電氣

36、強(qiáng)度4.1 固體電介質(zhì)擊穿的機(jī)理4.2 影響固體電介質(zhì)擊穿電壓的因素4.3 提高固體電介質(zhì)擊穿電壓的方法4.4 固體電介質(zhì)的老化4.5 液體電介質(zhì)擊穿的機(jī)理4.6 影響液體電介質(zhì)擊穿電壓的因素4.7 提高液體電介質(zhì)擊穿電壓的方法4.9 液體電介質(zhì)的老化4.1 固體電介質(zhì)擊穿的機(jī)理1、電擊穿： 由電場(chǎng)的作用使介質(zhì)中的某些帶電質(zhì)點(diǎn)積累的數(shù)量和運(yùn)動(dòng)的速度達(dá)到一定程度，使介質(zhì)失去了絕緣性能，形成導(dǎo)電通道。（類似于氣體擊穿）2、熱擊穿： 由電場(chǎng)作用下，介質(zhì)內(nèi)的損耗發(fā)出的熱量多于散逸的熱量，使介質(zhì)溫度不斷上升，最終造成介質(zhì)本身的破壞，形成導(dǎo)電通道。3、實(shí)驗(yàn)曲線：A區(qū)：擊穿前時(shí)間僅為幾微秒，時(shí)間短，只能發(fā)生

37、電擊穿；B區(qū)：擊穿電壓幾乎不變，與時(shí)間的積累無(wú)關(guān)，顯然沒(méi)有熱的作用，也為電擊穿；C區(qū)：隨著擊穿前時(shí)間的增長(zhǎng)，擊穿電壓顯著下降，說(shuō)明熱擊穿在此區(qū)域發(fā)揮了作用。4.2 影響固體電介質(zhì)擊穿電壓的因素1、電壓作用時(shí)間的影響： 存在臨界點(diǎn)，即熱擊穿和電擊穿的分界點(diǎn)。2、電場(chǎng)均勻度和介質(zhì)厚度的影響：不均勻電場(chǎng)：均勻電場(chǎng)電擊穿：熱擊穿：與厚度無(wú)關(guān)。厚度擊穿場(chǎng)強(qiáng)厚度擊穿場(chǎng)強(qiáng)3、電壓頻率的影響：電擊穿：Ub 與 f 無(wú)關(guān)。熱擊穿：4、溫度的影響：也存在臨界點(diǎn)。 時(shí)， 與 無(wú)關(guān)，屬于電擊穿性質(zhì)。 時(shí)， 隨 的升高迅速下降，屬于熱擊穿性質(zhì)。5、受潮度的影響： 對(duì)于某些具有吸水性的固體介質(zhì)來(lái)說(shuō)，含水量增大時(shí)，擊穿電壓

38、迅速下降。6、機(jī)械力的影響：均勻固體在彈性限度內(nèi)：擊穿電壓與機(jī)械力無(wú)關(guān)。固體有孔隙：擊穿電壓固體有裂縫：機(jī)械力擊穿電壓7、多層性的影響：需要注意各層介質(zhì)電特性的適當(dāng)配合。8、累積效應(yīng)的影響： 在不均勻電場(chǎng)中，固體介質(zhì)在脈沖電壓作用下，存在不完全擊穿的現(xiàn)象。不完全擊穿具有累積效應(yīng)，即擊穿電壓隨不完全擊穿次數(shù)的增加而降低。機(jī)械力4.3 提高固體電介質(zhì)擊穿電壓的方法1、改進(jìn)絕緣設(shè)計(jì)： 改善電極形狀及表面光潔度，使電場(chǎng)盡可能地均勻分布；改善電極與絕緣體的接觸條件；采用合理的絕緣結(jié)構(gòu)，使各部分耐電強(qiáng)度與承擔(dān)的場(chǎng)強(qiáng)有合理的配合。2、改進(jìn)制造工藝： 盡可能地清除介質(zhì)中地雜質(zhì)、氣泡、水分等。3、改善運(yùn)行條件：

39、 注意防潮、防止塵污和有害氣體地侵蝕。4.4 固體電介質(zhì)的老化老化：電氣設(shè)備中的絕緣材料在運(yùn)行過(guò)程中，由于受到各種因素的長(zhǎng)期作用，會(huì)發(fā)生一系列不可逆的變化，從而導(dǎo)致其物理、化學(xué)、電和機(jī)械等性能的劣化。這種不可逆的變化稱為老化。促進(jìn)老化的因素：電老化；熱老化；環(huán)境老化。1、環(huán)境老化： 也稱大氣老化，包括光氧老化（最主要）、臭氧老化、鹽霧酸堿等污染性化學(xué)老化。緩解的主要方法是改善絕緣材料本身的性能，包括抗氧化劑和防護(hù)臘。2、固體介質(zhì)的電老化： 固體介質(zhì)在電場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間作用下，會(huì)逐漸發(fā)生某些物理、化學(xué)變化，形成與介質(zhì)本身不同的新物質(zhì)，使介質(zhì)的物理化學(xué)性能發(fā)生劣化，最終導(dǎo)致介質(zhì)被擊穿。此過(guò)程叫固體介質(zhì)的電

40、老化。電離性老化：電導(dǎo)性老化：電解性老化：也稱“電樹枝”，指在交流電作用下，氣隙（泡）的電離、電暈等現(xiàn)象。也稱“水樹枝”，指在交流電作用下，由于液體的導(dǎo)電物質(zhì)引起的老化現(xiàn)象。直流電壓長(zhǎng)期作用下，即使 ，由于電化學(xué)過(guò)程也會(huì)導(dǎo)致的老化現(xiàn)象。3、固體介質(zhì)的熱老化： 特征： 變脆、龜裂，變軟、發(fā)黏。 影響因素： 固體絕緣材料的運(yùn)行溫度、熱作用時(shí)間。 耐熱等級(jí)： 絕緣能夠持續(xù)地在此溫度下工作，尚能確保一定地工作壽命。級(jí)別YAEBFHC90105120130155180220 10（8、6）度規(guī)則： 工作溫度提高10（8、6）度，絕緣壽命縮短一半。 重要性： 對(duì)正常的電氣設(shè)備來(lái)說(shuō)，嚴(yán)重的電老化是不允許存在

41、的，而環(huán)境老化通常是很緩慢的。因此，設(shè)備絕緣的壽命主要由熱老化來(lái)決定。4.5 液體電介質(zhì)擊穿的機(jī)理液體電介質(zhì)分類： 礦物油：變壓器油、電容器油、電纜油和開(kāi)關(guān)油等。 合成油：目前僅供浸漬電容器用。礦物油的擊穿機(jī)理分為純凈油和工程用油兩種。1、純凈油： 純凈油的擊穿機(jī)理與氣體介質(zhì)類似。由于液體的密度遠(yuǎn)大于氣體，平均自由程很小，故不易被擊穿。 純凈油的擊穿完全由電的作用造成，屬于電擊穿的性質(zhì)。2、工程用油（“小橋”理論）：存在雜質(zhì)：不純、接觸大氣、固體脫落、液體老化。形成“小橋”：在電場(chǎng)作用下這些雜質(zhì)被拉長(zhǎng)，被定向，沿電場(chǎng)方向排列成雜質(zhì)的“小橋”。形成氣泡：如“小橋”貫穿兩極，由于組成“小橋”的雜質(zhì)

42、的電導(dǎo)較大，使泄露電流增大，發(fā)熱增多，促使水分汽化，形成氣泡。氣泡中發(fā)生電離：氣泡中的場(chǎng)強(qiáng)大，但其耐電強(qiáng)度小，故電離過(guò)程首先發(fā)生在氣泡中。擊穿：“小橋”中氣泡的增多，將導(dǎo)致“小橋”通道被電離擊穿。這種擊穿屬于熱擊穿性質(zhì)。4.6 影響液體電介質(zhì)擊穿電壓的因素1、電壓作用時(shí)間： 油間隙的擊穿電壓與作用時(shí)間的關(guān)系與固體介質(zhì)相類似。電壓作用時(shí)間很短時(shí)，具有純電擊穿的性質(zhì)；當(dāng)作用時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，則將發(fā)生熱擊穿過(guò)程。2、電場(chǎng)情況的影響：工頻電壓電場(chǎng)均勻：油的品質(zhì)對(duì) 的影響大。電場(chǎng)不均勻：不易形成“小橋”，故油的品質(zhì)對(duì) 的影響不大。沖擊電壓：不易形成“小橋”，油品質(zhì)對(duì) 影響不大。3、液體介質(zhì)本身品質(zhì)的影響： 較

43、均勻電場(chǎng)，持續(xù)電壓作用下，介質(zhì)本身品質(zhì)對(duì)擊穿電壓影響較大。通常采用標(biāo)準(zhǔn)試油器（電極：圓盤、圓球、球盤）來(lái)衡量油的品質(zhì)。4、溫度的影響： 溫度對(duì)液體電介質(zhì)擊穿電壓的影響十分復(fù)雜。5、壓強(qiáng)的影響：工頻電壓：壓強(qiáng)油中氣體 擊穿電壓沖擊電壓：無(wú)影響。4.7 提高液體電介質(zhì)擊穿電壓的方法1、提高并保持油的品質(zhì)： 壓力過(guò)濾法（濾紙）；真空噴霧法（揮發(fā)水）；吸附劑法。2、覆蓋（?。?緊貼在金屬電極上的固體絕緣薄層，阻止“小橋”與電極接觸。3、絕緣層（厚）： 像加厚了的覆蓋，包在較小曲率半徑的電極上，改變電場(chǎng)，防止發(fā)生電暈。4、極間障（屏障、隔板）： 放在電極間油隙中的固體絕緣板，機(jī)械阻隔雜質(zhì)“小橋”成串。

44、4.9 液體電介質(zhì)的老化1、變壓器油的老化過(guò)程： 特征： 顏色逐漸深暗，從透明變?yōu)榛鞚帷ｐざ仍龃?，閃燃點(diǎn)增高，灰色和水分增多。酸價(jià)增加。絕緣性能變壞，表現(xiàn)在電阻率下降，介質(zhì)損耗角增大，擊穿電壓降低。產(chǎn)生沉淀物。 變壓器油老化的主要原因是油的氧化。2、影響變壓器油老化的因素： 溫度、光照、電場(chǎng)、觸媒。3、延緩變壓器油老化的方法： 油擴(kuò)張器：加裝油枕，減小油與空氣的接觸面。 隔離膠囊：油枕中加裝空心薄膜膠囊，浮在油面上。 與強(qiáng)觸媒物質(zhì)隔離：銅線鍍錫。 摻入抗氧化劑：提高油的安定性。4、變壓器油的再生：酸堿白土法：酸生成酸渣，堿與酸中和，清水洗滌，白土吸附。氫化法：特殊觸媒下，用氫使油中氧還原成水。

45、氣體、液體、固體擊穿電壓的影響因素和提高方法氣體影響因素電場(chǎng)均勻程度大氣條件提高方法改善電場(chǎng)分布采用高度真空增高氣壓采用SF6氣體液體影響因素電壓作用時(shí)間電場(chǎng)情況液體品質(zhì)溫度壓強(qiáng)提高方法絕緣層（厚）提高并保持油的品質(zhì)覆蓋（?。O間障固體影響因素電壓作用時(shí)間電場(chǎng)均勻度電壓頻率溫度受潮度機(jī)械力多層性和累積效應(yīng)提高方法改進(jìn)絕緣設(shè)計(jì)改善運(yùn)行條件改進(jìn)制造工藝第5章 電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)（一）5.1 測(cè)定絕緣電阻5.2 測(cè)定泄漏電流5.3 測(cè)定介質(zhì)損耗因數(shù)5.4 局部放電的測(cè)試5.5 絕緣油中溶解氣體的色譜分析1、電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)的必要性：為保證電氣設(shè)備乃至整個(gè)電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，必須恰當(dāng)?shù)倪x擇各種電氣設(shè)

46、備的絕緣。但由于種種原因，絕緣仍然是電力系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，絕緣故障通常是引發(fā)電力系統(tǒng)事故的首要原因。電介質(zhì)理論仍遠(yuǎn)未完善，各種絕緣材料和絕緣結(jié)構(gòu)的電氣性能還不能僅依靠理論分析計(jì)算來(lái)解決問(wèn)題，而必須同時(shí)借助于各種絕緣試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)和掌握絕緣的狀態(tài)和性能，各種試驗(yàn)結(jié)果也往往成為絕緣設(shè)計(jì)的依據(jù)和基礎(chǔ)。2、電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)的種類：耐壓試驗(yàn)（破壞性試驗(yàn)）：模仿設(shè)備絕緣在運(yùn)行中可能受到的各種電壓，對(duì)絕緣施加與之等價(jià)的或更為嚴(yán)峻的電壓，從而考驗(yàn)絕緣耐受這類電壓的能力。試驗(yàn)過(guò)程有可能給被試絕緣帶來(lái)不可逆轉(zhuǎn)的局部損傷或整體損壞。檢查性試驗(yàn)（非破壞性試驗(yàn)）：測(cè)定絕緣某些方向的特性，并據(jù)此間接地判斷絕緣的狀況。電壓低，

47、一般不會(huì)導(dǎo)致絕緣的擊穿損壞。3、兩類試驗(yàn)的關(guān)系：各種檢查性試驗(yàn)的結(jié)果與電介質(zhì)的擊穿電壓之間尚未找到確切的定量關(guān)系，不能據(jù)此直接得出設(shè)備的擊穿電壓，因而耐壓試驗(yàn)仍然是決定性的不可替代的。耐壓試驗(yàn)只能在絕緣缺陷較嚴(yán)重時(shí)以擊穿的形式揭示出來(lái)，并不能揭示絕緣缺陷的性質(zhì)。而檢查性試驗(yàn)卻能在一定程度上以非破壞的形式揭示絕緣缺陷的不同性質(zhì)及其發(fā)展程度，使我們防患于未然。兩類試驗(yàn)互為補(bǔ)充，而不能相互代替。4、試驗(yàn)的順序： 先做檢查性試驗(yàn)，再確定耐壓試驗(yàn)的時(shí)間和條件。5.1 測(cè)定絕緣電阻絕緣電阻是反映絕緣性能的最基本的指標(biāo)之一。1、測(cè)量工具：兆歐表（測(cè)量絕緣電阻的專用儀表） 。2、測(cè)量電源：直流電壓（由兆歐表提

48、供）。3、兆歐表的電壓： 100、250、500、1000、2500、5000V諸等級(jí)。電氣設(shè)備的電壓水平越高，要求兆歐表的電壓等級(jí)越高。4、兆歐表的結(jié)構(gòu)： 手搖式、晶體管式和數(shù)字式兆歐表。兆歐表屏蔽環(huán)5、試驗(yàn)接線：線路端子 ：接被試品的高壓導(dǎo)線。屏蔽端子 ：接被試品的屏蔽環(huán)。接地端子 ：接被試品外殼或地。6、吸收比和極化指數(shù)： 如絕緣良好，則 和 會(huì)比較大，這樣不僅最后的穩(wěn)定值較高，而且穩(wěn)定過(guò)程也會(huì)較長(zhǎng)；如絕緣受潮，則不僅絕緣電阻的穩(wěn)定值小，且穩(wěn)定時(shí)間也很短。因此，一般用絕緣電阻隨時(shí)間變化的關(guān)系來(lái)反映絕緣的狀況。吸收比：時(shí)間為 60s 與 15s 時(shí)所測(cè)得的絕緣電阻之比。絕緣良好，則 ，C

49、一般 1.31.5。 對(duì)于大容量的設(shè)備，如發(fā)電機(jī)、變壓器等其絕緣的極化和吸收過(guò)程很長(zhǎng)，吸收比還不能充分反映吸收過(guò)程的整體。極化指數(shù)：絕緣在加壓后10min和1min所測(cè)得的絕緣電阻之比。絕緣良好，則 ，C 一般 1.52.0。7、測(cè)絕緣電阻能有效地發(fā)現(xiàn)的缺陷： 總體絕緣質(zhì)量欠佳； 絕緣受潮； 兩極間有貫穿性的導(dǎo)電通道； 絕緣表面情況不良（比較有無(wú)屏蔽極的測(cè)量結(jié)果）。8、不能有效地發(fā)現(xiàn)的缺陷： 絕緣中的局部缺陷； 絕緣老化（老化后絕緣電阻仍很高）。9、測(cè)絕緣電阻時(shí)應(yīng)注意事項(xiàng)：試驗(yàn)前應(yīng)將被試品接地放電一定時(shí)間；高壓測(cè)試連接線應(yīng)盡量保持架空；對(duì)帶有繞組的被試品，應(yīng)先將被測(cè)繞組首尾短接，再接到 L 端

50、子；非被測(cè)繞組也應(yīng)先首尾短接；測(cè)吸收比和極化指數(shù)時(shí)，應(yīng)待電源電壓達(dá)穩(wěn)定后再接入被試品，并開(kāi)始計(jì)時(shí)；測(cè)試結(jié)束時(shí)，應(yīng)先斷開(kāi) L 端子與被試品的連線，以防被試品對(duì)兆歐表反向放電，損壞儀表；絕緣電阻與溫度有十分顯著的關(guān)系，所以測(cè)量絕緣電阻時(shí)應(yīng)準(zhǔn)確記錄當(dāng)時(shí)絕緣的溫度。5.2 測(cè)定泄漏電流 實(shí)際上也是測(cè)量絕緣電阻，但其有其自身優(yōu)越性，是反映絕緣性能的基本指標(biāo)之一。 1、測(cè)量工具：微安表。2、測(cè)量電源： 輸出電壓：較高直流電壓，整流而來(lái)，可連續(xù)調(diào)節(jié)。 被試品被擊穿時(shí)，電源有自我保護(hù)，不受損壞。 輸出電流：常溫下 ，運(yùn)行溫度下 。3、試驗(yàn)接線：微安表：當(dāng)試品不接地時(shí)，測(cè)量?jī)x表處較安全。調(diào)壓器被測(cè)電介質(zhì)交流電壓

51、表試驗(yàn)變壓器、 、 整流單元直流電壓表當(dāng)試品有接地點(diǎn)時(shí)，微安表處于高壓側(cè)，注意安全。4、微安表電路圖：電感 ：突然短路時(shí)，放電管來(lái)不及動(dòng)作時(shí)，限制微安表的沖擊電流。電阻 ：與微安表串連、分壓，使微安表滿值時(shí)放電管能動(dòng)作。放電管 ：過(guò)電流時(shí)，放電管放電，短路，從而保護(hù)微安表。濾波電容 ：降低微安表電流陡度，保證放電管動(dòng)作。開(kāi)關(guān) ：一般情況下閉合，打開(kāi)時(shí)微安表讀數(shù)。5、特點(diǎn)：試驗(yàn)電壓高，且可任意調(diào)節(jié)，能揭示兆歐表不能發(fā)現(xiàn)的某些絕緣缺陷。所加直流電壓是逐漸升高的，在升壓過(guò)程中，從所測(cè)電流、電壓的關(guān)系線性度上，可分析絕緣情況。兆歐表刻度非線性度很強(qiáng)，難以精確讀數(shù)；微安表的刻度基本上是線性的，能精確讀數(shù)

52、。泄漏電流試驗(yàn)復(fù)雜，而兆歐表小巧輕便，使用方便。A區(qū)線性關(guān)系 絕緣良好B區(qū)非線性關(guān)系 絕緣有缺陷5.3 測(cè)定介質(zhì)損耗因數(shù) 表征絕緣在交流電壓作用下比損耗（介損角正切）大小的特征參數(shù)，它與絕緣體的形狀和尺寸無(wú)關(guān)，是絕緣性能的基本指標(biāo)之一。2、測(cè)量電源：交流高壓。3、測(cè)量方法： 測(cè)量方法有電橋法、瓦特表法、不平衡電橋法等。其中電橋法準(zhǔn)確度為最高，最通用的是西林電橋。1、介質(zhì)損耗因數(shù) ：4、測(cè)試電路：當(dāng)電橋平衡時(shí)：若 單位為 ，則在數(shù)值上， 。展開(kāi)使兩邊實(shí)、虛部分別相等。5、影響電橋準(zhǔn)確度的因素：試驗(yàn)高壓電源對(duì)橋體雜散電容的影響；外界高壓電場(chǎng)干擾源通過(guò)雜散電容對(duì)電橋的影響；外界磁場(chǎng)在橋路中感應(yīng)出干擾

53、電勢(shì)的影響。外界電場(chǎng)干擾源6、試驗(yàn)?zāi)馨l(fā)現(xiàn)的絕緣缺陷： 受潮； 穿透性導(dǎo)電通道； 絕緣老化劣化，繞組上附積油泥； 絕緣內(nèi)含氣泡的電離、絕緣分層、脫殼； 絕緣油臟污、劣化。7、試驗(yàn)不能發(fā)現(xiàn)的絕緣缺陷： 非穿透性的局部損壞； 很小部分絕緣的老化劣化； 個(gè)別的絕緣弱點(diǎn)。 盡可能分部測(cè)試，因?yàn)?不易反映局部缺陷。8、試驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)： 護(hù)環(huán)和屏蔽的布置方式對(duì)測(cè)量結(jié)果影響很大。 測(cè)量繞組時(shí)應(yīng)注意，將每個(gè)繞組的首尾都短接。 測(cè)量電壓，最好接近于被試品的正常工作電壓。 溫度會(huì)影響測(cè)量結(jié)果，通常以20時(shí)作為參考標(biāo)準(zhǔn)。5.4 局部放電的測(cè)試1、局部放電： 常用的固體絕緣物總會(huì)不同程度的包含一些分散性的異物，這些

54、異物的電導(dǎo)和介電常數(shù)不同于絕緣物，在外施電壓作用下，這些異物附近將具有比周圍更高的場(chǎng)強(qiáng)。當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)超過(guò)了該處物質(zhì)的電離場(chǎng)強(qiáng)，該處物質(zhì)就產(chǎn)生電離放電，稱之為局部放電。2、意義： 局部放電的測(cè)試，能預(yù)防絕緣的情況，也是估計(jì)絕緣電老化速度的重要依據(jù)。3、衡量參數(shù)（視在電荷量）：電極板上的被中和電荷量 ， 稱為視在電荷量，以pC計(jì)，作為局部放電的衡量參數(shù)。極板上電荷未來(lái)得及變化，因此電壓減小一微量 。氣泡放電，電容值增大。4、測(cè)試方法：脈沖電流法：局部放電時(shí)，將被試品兩端的電壓突變轉(zhuǎn)化為檢測(cè)回路中的脈沖電流的測(cè)量方法。 串聯(lián)法：檢測(cè)用阻抗信號(hào)放大器測(cè)試儀器（常用示波器）被檢測(cè)設(shè)備此方法將被檢測(cè)設(shè)備 與檢測(cè)

55、用阻抗 串聯(lián)。給局放脈沖提供通道低通濾波器阻斷局放脈沖 并聯(lián)法：此方法將測(cè)量阻抗 與耦合電容 串聯(lián)后，并聯(lián)到被測(cè)品 兩端。并聯(lián)法的優(yōu)點(diǎn)： 允許被試品一端接地； 對(duì) 較大的被試品，避免較大的工頻電流通過(guò) ； 如果 被擊穿，不會(huì)危及人身和測(cè)試系統(tǒng)。 平衡法： 串聯(lián)法和并聯(lián)法的抗干擾性能較差，可采用電橋平衡原理來(lái)檢測(cè)。 與 的大小要相近，二者的 也比較接近，這樣外部的干擾源在兩個(gè)橋臂上產(chǎn)生的干擾可以相抵消。 要求 與 各方面很接近，并且 發(fā)生局部放電時(shí) 不會(huì)發(fā)生同樣的放電，因此 較難找到。5.5 絕緣油中溶解氣體的色譜分析 浸絕緣油的氣體設(shè)備中，如果存在局部過(guò)熱、局部放電或其它內(nèi)部故障時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大

56、量的各種烴類氣體和 、 、 等氣體，稱為故障特征氣體。因此，分析油中溶解氣體的成分、含量及其隨時(shí)間而增長(zhǎng)的規(guī)律，就可以鑒別故障的性質(zhì)、程度及其發(fā)展情況。試驗(yàn)步驟：將油中溶解的氣體脫出；送入氣相色譜儀；對(duì)不同氣體進(jìn)行分離和定量。第6章 電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)（二）6.1 工頻高壓試驗(yàn)6.2 直流高壓試驗(yàn)6.3 沖擊高壓試驗(yàn)6.1 工頻高壓試驗(yàn)1、工頻高壓的獲得： 工頻高壓試驗(yàn)變壓器的結(jié)構(gòu)： 單套管式：高壓側(cè)引出，低壓側(cè)接地； 雙套管式：中點(diǎn)接地，兩端分別引出； 絕緣筒式：與雙套管式類似，適用于戶內(nèi)使用。 額定電壓等級(jí)： 5、10、50、100、150、250、300、500、750 （kv） 超過(guò)75

57、0kv時(shí)，制造困難，常用幾個(gè)變壓器串聯(lián)。工頻高壓試驗(yàn)變壓器 工頻高壓試驗(yàn)變壓器的特點(diǎn)：一般為單相，需要時(shí)將三個(gè)單相合接成三相變壓器；額定電壓安全裕度較?。ú皇艽髿膺^(guò)電壓、操作過(guò)電壓的影響），工作電壓一般不允許超過(guò)額定值；通常為間歇工作方式，工作時(shí)間短，不用加強(qiáng)的冷卻系統(tǒng)；一二次繞組電壓變比高，絕緣間距大，漏抗大；要求較好的輸出電壓波形，故采用優(yōu)質(zhì)鐵心，較低的磁通密度；要求變壓器局部放電電壓足夠高（進(jìn)行局放試驗(yàn)）。 串級(jí)試驗(yàn)變壓器原理：設(shè)每臺(tái)變壓器： ， ， 。低壓繞組電壓： 串級(jí)試驗(yàn)變壓器原理：高壓繞組中點(diǎn) P 接殼。高壓繞組電壓： 串級(jí)試驗(yàn)變壓器原理：繞組的功率： 串級(jí)試驗(yàn)變壓器原理：總設(shè)備

58、功率：總輸出功率：裝備功率利用率： 工頻高壓試驗(yàn)變壓器的常用調(diào)壓方式：自耦變壓器：體積小、質(zhì)量輕、短路阻抗小、功耗小、波形畸變少（單相功率 UJ，V2導(dǎo)通，電源與C1一起對(duì)負(fù)載供電 并同時(shí)對(duì)C2充電，因此UJ上升。t2t3：UB 90雷暴日40雷暴日0.2Rch+0.1h 一般5m Sd0.3Rch 一般3mL0=1.55H/m; h高處 L=1.55hH空氣與土壤的平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)：E500kV/m和300kV/m2、設(shè)計(jì)步驟：根據(jù)避免反擊的要求，決定避雷針的安裝位置，這樣就決定了避雷針和被保護(hù)設(shè)備的水平距離。根據(jù)已決定的水平距離和被保護(hù)設(shè)備的高度，計(jì)算避雷針的高度，驗(yàn)算保護(hù)范圍，使設(shè)備處于保護(hù)

59、范圍之內(nèi)。3、避雷針（線）的安裝細(xì)則：110kV及以上的變電所，可以將避雷針架設(shè)在配電裝置的構(gòu)架上（絕緣好，不易發(fā)生反擊）。35kV及以下的變電所需要架設(shè)獨(dú)立避雷針。變壓器構(gòu)架上不允許裝設(shè)避雷針（絕緣弱，設(shè)備重要）。發(fā)電廠廠房一般不裝設(shè)避雷針。110kV及以上的變電所，線路終端桿塔上的避雷線允許與變電所構(gòu)架相連。35kV及以下的變電所不允許相連。10.2 變電所內(nèi)閥型避雷器的保護(hù)作用 變電所內(nèi)必須裝設(shè)避雷器以限制雷電波入侵時(shí)的過(guò)電壓。1、避雷器的安裝原則：合理確定接線方式（優(yōu)化設(shè)計(jì)） ；正確選擇避雷器的形式、參數(shù)；經(jīng)濟(jì)性（節(jié)省設(shè)備）。2、避雷器的安裝位置：避雷器一般安裝在母線上，若一組避雷器不

60、能滿足要求，則應(yīng)考慮增設(shè)。在任何運(yùn)行方式下，變電所的變壓器和各設(shè)備距離避雷器的電氣距離皆應(yīng)小于最大允許電氣距離 lm 。避雷器5kA下的殘壓雷電波的波速雷電波的陡度設(shè)備多次截波耐壓值設(shè)備與避雷器間距離修正系數(shù)3、變電所的防雷性能通常用危險(xiǎn)波曲線來(lái)說(shuō)明。 有雷害區(qū)入侵波的幅值入侵波的陡度 無(wú)雷害區(qū)10.3 變電所的進(jìn)線段保護(hù)1、進(jìn)線段保護(hù)： 對(duì)35110kV無(wú)避雷線的線路，在靠近變電所的一段進(jìn)線上必須架設(shè)避雷線，這段進(jìn)線稱為進(jìn)線保護(hù)段，其長(zhǎng)度一般取13km。對(duì)于全線有避雷線的線路，將變電所附近2km長(zhǎng)的一段進(jìn)線列為進(jìn)線保護(hù)段。2、進(jìn)線段保護(hù)的要求： 進(jìn)線段的保護(hù)角為20左右，盡量減少繞擊機(jī)會(huì)；