第5講氣體電介質(zhì)的絕緣特性

回顧極不均勻場(chǎng)中的放電過(guò)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(diǎn)：極性效應(yīng)1本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第1頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分問(wèn)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(chǎng)2.先導(dǎo)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(duì)以下極間距離相同的幾種氣體間隙的直流擊穿電壓進(jìn)行排序：a、正極性棒-板b、負(fù)極性棒-板c、板-板d、棒-棒2本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第2頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分本次課程大氣條件對(duì)氣隙擊穿的影響相關(guān)簡(jiǎn)單計(jì)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本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第3頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分1.7大氣條件對(duì)氣隙擊穿特性的影響標(biāo)準(zhǔn)大氣條件：

氣壓P0=101.3kPa，溫度t0=20℃絕對(duì)濕度f(wàn)0=11g/m3。非標(biāo)準(zhǔn)大氣條件要換算到標(biāo)準(zhǔn)大氣條件反映空氣密度4本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第4頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分一、空氣相對(duì)密度的影響氣壓P增大時(shí)，帶電粒子的平均自由行程減小，因此在運(yùn)動(dòng)中積累的動(dòng)能就小；擊穿電壓升高溫度T增大時(shí)，空氣相對(duì)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本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第5頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分一、空氣相對(duì)密度的影響δ＝0.95~1.05范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，間隙的擊穿電壓與相對(duì)密度成正比，實(shí)際試驗(yàn)或運(yùn)行條件下當(dāng)δ與1相差較大時(shí)，須用空氣密度校正系數(shù)Kd對(duì)擊穿電壓U進(jìn)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本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第6頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分二、濕度的影響濕度增加，電離能力下降，對(duì)放電過(guò)程起到抑制作用——濕度越大，間隙的擊穿電壓也會(huì)越高（不均勻電場(chǎng)中更明顯）。

濕度矯正系數(shù)：7本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第7頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分綜合氣壓、溫度、濕度的影響使用時(shí)務(wù)必注意教材P27～28的參數(shù)取值條件8本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第8頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分三、對(duì)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(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：1000m<H<4000m地區(qū)的出廠測(cè)試U（或稱設(shè)計(jì)耐壓水平）與平原地區(qū)外絕緣的Up的關(guān)系為9本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第9頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分1.8 提高氣體間隙擊穿電壓的措施兩條途徑：一、改善電場(chǎng)分布二、削弱氣體中的電離過(guò)程

10本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第10頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分(一）改進(jìn)電極形狀增大電極曲率半徑改善電極邊緣一、改善電場(chǎng)分布11本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第11頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分(一）改進(jìn)電極形狀使電極具有最佳外形12本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第12頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分（二）利用空間電荷畸變電場(chǎng)細(xì)線效應(yīng)（工頻下）

D增大后，局部毛刺點(diǎn)的強(qiáng)烈電離，產(chǎn)生刷狀放電細(xì)線效應(yīng)只對(duì)穩(wěn)態(tài)電壓有作用，對(duì)雷電波沒(méi)有作用13本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第13頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分回顧：

極不均勻場(chǎng)中的極性效應(yīng)正棒－負(fù)板（三）極不均勻電場(chǎng)中采用屏障14本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第14頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分負(fù)棒—正板15本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第15頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分（三）極不均勻電場(chǎng)中采用屏障－DC棒電極為正極性時(shí)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(qiáng)電場(chǎng)屏障與負(fù)板之間形成均勻電場(chǎng)16本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第16頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分（三）極不均勻電場(chǎng)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(shí)在x/d=0.2時(shí)擊穿電壓的提高最顯著，約為2－3倍。17本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第17頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分（三）極不均勻電場(chǎng)中采用屏障棒電極為負(fù)極性時(shí)

當(dāng)屏蔽層離開(kāi)電極一定距離后，吸附的負(fù)離子將加強(qiáng)板前電場(chǎng)，使擊穿電壓低于無(wú)屏蔽的情況。屏蔽層靠近負(fù)棒，強(qiáng)電場(chǎng)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(chǎng)，擊穿電壓略有提高。

18本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第18頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分（三）極不均勻電場(chǎng)中采用屏障-DC:總結(jié)棒電極為正極性時(shí)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(qiáng)電場(chǎng)在x/d=0.2時(shí)擊穿電壓的提高最顯著，約為2－3倍。棒電極為負(fù)極性時(shí)

總趨勢(shì)同與正棒下的屏蔽效應(yīng)。

當(dāng)屏蔽層離開(kāi)電極一定距離后，吸附的負(fù)離子將加強(qiáng)板前電場(chǎng)，使擊穿電壓低于無(wú)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(chǎng)下的擊穿電壓接近19本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第19頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分（三）極不均勻電場(chǎng)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本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第20頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分（三）極不均勻電場(chǎng)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(duì)持續(xù)作用電壓（DC，工頻）有效而對(duì)雷電波作用很小。21本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第21頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分二、削弱或抑制電離過(guò)程采用高氣壓采用強(qiáng)電負(fù)性氣體采用高真空22本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第22頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分（一）采用高氣壓基本原理：氣壓提高減小動(dòng)能減小U提高1－2.8MPa5－0.1MPa當(dāng)氣壓在10個(gè)大氣壓下時(shí)，擊穿電壓隨氣壓增大線性增加。再提高P，會(huì)飽和壓縮空氣可用于內(nèi)絕緣，如斷路器、高壓標(biāo)準(zhǔn)電容等。23本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第23頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分（二）采用強(qiáng)電負(fù)性氣體鹵化物氣體電氣強(qiáng)度高24本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第24頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分（二）采用強(qiáng)電負(fù)性氣體鹵化物氣體電氣強(qiáng)度高的原因：1） 具有很強(qiáng)的電負(fù)性，負(fù)離子即削弱電離，又加強(qiáng)復(fù)合；2） 分子量大，分子直徑大，電子的減小。3） 電離過(guò)程伴隨離解過(guò)程，需要更多能量。

25本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第25頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分（二）采用強(qiáng)電負(fù)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(xué)穩(wěn)定性，3經(jīng)濟(jì)上應(yīng)當(dāng)合理，價(jià)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本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第26頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分（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(shí)：強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射、金屬氣化大距離時(shí)：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本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第27頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分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(gè)絕緣裝置的實(shí)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(shí)的沿面放電電壓表面潮濕、污穢時(shí)的沿面放電電壓28本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第28頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分1.9沿面放電沿面放電的幾種典型電場(chǎng)分布形式

均勻電場(chǎng)強(qiáng)垂直分量弱垂直分量29本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第29頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分1.9沿面放電30本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第30頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分1.9.1均勻電場(chǎng)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(chǎng)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本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第31頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分1.9.1均勻電場(chǎng)中的沿面放電機(jī)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(dòng)。

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

憎水性材料3）在瓷柱表面的凸凹處，發(fā)生電場(chǎng)畸變，產(chǎn)生空氣間隙擊穿。帶電粒子分布在固體表面，畸變?cè)须妶?chǎng)，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(chǎng)畸變，降低沿面閃絡(luò)電壓。32本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第32頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分1.9.1均勻電場(chǎng)中的沿面放電33本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第33頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分1.9.2極不均勻場(chǎng)具有強(qiáng)垂直分量

的沿面放電沿套管表面的放電電暈放電細(xì)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本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第34頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分1.9.2極不均勻場(chǎng)具有強(qiáng)垂直分量

的沿面放電沿套管表面的放電電暈放電細(xì)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(xì)線，具有輝光放電的特征。35本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第35頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分1.9.2極不均勻場(chǎng)具有強(qiáng)垂直分量

的沿面放電沿套管表面的放電電暈放電細(xì)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(yùn)動(dòng)造成介質(zhì)表面局部發(fā)熱，引起氣體熱電離，出現(xiàn)樹(shù)枝狀火花，位置不固定，稱為滑閃放電。36本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第36頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分1.9.2極不均勻場(chǎng)具有強(qiáng)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(jí)，形成沿面閃絡(luò)。37本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第37頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分1.9.2極不均勻場(chǎng)具有強(qiáng)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(zhǎng)度增長(zhǎng)變快，因此單靠加長(zhǎng)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本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第38頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分1.9.3極不均勻場(chǎng)具有弱垂直分量

的沿面放電沒(méi)有熱電離和明顯的滑閃放電；介質(zhì)表面電荷聚集對(duì)電場(chǎng)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(shí)驗(yàn)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本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第39頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分三種情況比較：均勻場(chǎng)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(qiáng)垂直分量的沿面放電電壓很低，因?yàn)槌霈F(xiàn)了熱電離和滑閃放電。40本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第40頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分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(guò)程：積污受潮電導(dǎo)增加，電流增大烘干，形成干區(qū)干區(qū)電阻大，壓降大，電場(chǎng)強(qiáng)，開(kāi)始放電輝光（電暈）轉(zhuǎn)為電弧局部電弧烘干周圍，干區(qū)擴(kuò)大，電弧伸長(zhǎng)爬電到一定程度，自動(dòng)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(jìn)絕緣子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，降低污穢積累的可能41本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第41頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分1.9.5固體介質(zhì)表面有水膜時(shí)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本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第42頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分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(chǎng)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(qiáng)制表面電位分布43本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第43頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分提高沿面放電電壓的方法以套管型結(jié)構(gòu)為例，也即強(qiáng)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本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第44頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分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本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第45頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分提高沿面放電電壓的方法定性來(lái)看，電壓分布的不均勻性在于靠近法蘭處的Rs流過(guò)的電流大于遠(yuǎn)離法蘭處的Rs中流過(guò)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(chǎng)較強(qiáng)處的表面電阻?？赏堪雽?dǎo)體釉、半導(dǎo)體漆等，采用電容式套管、充油式套管46本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第46頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分液體、固體電介質(zhì)的

絕緣特性特點(diǎn)電氣強(qiáng)度高液體兼做滅?。还腆w兼做支撐電氣強(qiáng)度不受外界影響不可自恢復(fù)會(huì)逐漸老化47本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第47頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分2.1電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)與損耗極化的概念固體介質(zhì)表面出現(xiàn)束縛電荷相對(duì)介電常數(shù)反映極化、儲(chǔ)能特性48本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第48頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分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本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第49頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分極化機(jī)理：電子偏離軌道介質(zhì)類型：所有介質(zhì)建立極化時(shí)間：極短，10-1410-15s極化程度影響因素： 電場(chǎng)強(qiáng)度（有關(guān)） 電源頻率（無(wú)關(guān)） 溫度（無(wú)關(guān)）極化彈性：彈性消耗能量：無(wú) 1.電子式極化50本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第50頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分極化機(jī)理：正負(fù)離子位移介質(zhì)類型：離子性介質(zhì)建立極化時(shí)間：極短，10-12~10-13s極化程度影響因素： 電場(chǎng)強(qiáng)度（有關(guān)） 電源頻率（無(wú)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(wú)2.離子式極化51本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第51頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分極化機(jī)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(shí)間：需時(shí)較長(zhǎng)，10-1010-2s極化程度影響因素：電場(chǎng)強(qiáng)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(yùn)動(dòng)））極化彈性：非彈性消耗能量：有3.偶極子極化52本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第52頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分4.夾層式（界面）極化當(dāng)t=0:

當(dāng)t=∞:53本文檔共59頁(yè)；當(dāng)前第53頁(yè)；編輯于星期二\18點(diǎn)0分

一般情況下：電荷從t=0到t=∞時(shí)會(huì)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(shí)間常數(shù)：

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