電介質(zhì)絕緣特性-氣體的絕緣特性（高電壓技術(shù)課件）

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，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可高達相電壓的3－3.5倍。因此，為保證安全運行，對于超高壓電氣設(shè)備需要考察其絕緣耐受操作過電壓的能力。（1）標準操作沖擊電壓波形IEC推薦了250／2500μs的操作沖擊電壓標準波形，標準中也采用了這個標準波形。（2）操作沖擊擊穿電壓的特點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

通過本知識點的學(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，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）伏秒特性曲線用實驗方法求取。對同一間隙，施加一系列標準波形的沖擊電壓，使間隙擊穿，用示波器來觀察。

2）由于擊穿時間具有分散性，所以在每級電壓下可得到一系列擊穿時間。實際上伏秒特性曲線是以上、下包絡(luò)線為界的一個帶狀區(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的分布。在極不均勻電場中伏秒特性曲線隨擊穿時間的減少而明顯上翹；在均勻和稍不均勻電場中伏秒特性曲線比較平坦。2）伏秒特性對于比較不同設(shè)備絕緣的沖擊擊穿特性有重要意義

如果一個電壓同時作用在兩個并聯(lián)的絕緣結(jié)構(gòu)上，其中一個絕緣結(jié)構(gòu)先擊穿，則電壓被截斷短接，另一個絕緣結(jié)構(gòu)就不會再被擊穿，稱前者保護了后者。

通過本知識點的學(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)時間極短，只有約幾個微秒到幾十個微秒，可與擊穿所需的時間相比擬，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。（1）標準雷電沖擊電壓波形正極性和負極性的標準波形簡單表示為+1.2／50μs或－1.2／50μs。（2）擊穿時間t0升壓時間

統(tǒng)計時延放電形成時延tstf（2）50％沖擊擊穿電壓及沖擊系數(shù)

1)50％沖擊擊穿電壓

由于放電時延t1具有分散性，在間隙上多次施加同一電壓，有時擊穿，有時不擊穿。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:

通過本知識點的學(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）改進電極形狀

改進電極形狀、增大電極曲率半徑，以改善電場分布，提高間隙的擊穿電壓。同時，電極表面應(yīng)盡量避免存在毛刺、棱角等以消除電場局部增強的現(xiàn)象。(二）極不均勻電場中屏障的采用

在電場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：在均勻電場中提高氣體的壓力，可以提高氣體的擊穿電壓。因為氣壓增大后分子的密度加大，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。因為這時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度氣體。具有較高的電氣強度是因為它們具有很強的電負性，容易吸附電子成為負離子，從而削弱了游離過程，同時也加強了復(fù)合過程；另外，這些氣體具有較大的分子量和分子直徑，電子在其中運動時平均自由行程較短，不易積聚能量，從而減小了其碰撞游離能力。

通過本知識點的學(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械強度。電工陶瓷是一種脆性材料，抗壓強度比抗拉強度大得多。二、鋼化玻璃

有和電工陶瓷同樣的環(huán)境穩(wěn)定性，而且工藝簡單。經(jīng)過退火和鋼化處理后，鋼化玻璃的機械強度比普通的瓷還高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優(yōu)點，就是損壞后具有“自爆”的特性，便于巡線時及時發(fā)現(xiàn)。三、有機合成絕緣子

由環(huán)氧樹脂和硅橡膠傘裙護套構(gòu)成的有機合成絕緣子是新一代絕緣子，具有重量輕、機械強度高、制造方便，污閃能力強等明顯優(yōu)點。它的出現(xiàn)打破了無機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)展勢頭和良好的發(fā)展前景。

通過本知識點的學(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中的沿面放電一、套管的沿面放電(電場具有強垂直分量)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(電場具有弱垂直分量)

支柱絕緣子介質(zhì)表面的電場分布極不均勻，介質(zhì)表面電荷的堆積已不會再造成電場更大的改變。另外，支持絕緣子表面電場的垂直分量小，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(電場具有弱垂直分量)懸式絕緣子串的表面電場的垂直分量也很小(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)厚度對放電電壓實際上沒有影響。

(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。

通過本知識點的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握極不均勻電場中的沿面放電的基本知識，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)絕緣特性均勻電場中的沿面放電一、均勻電場中的沿面放電

使固體介質(zhì)表面的氣體發(fā)生閃絡(luò)時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)表面會吸附氣體中的水分形成水膜。水膜中的離子在電場中沿介質(zhì)表面移動，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，也會畸變電場的分布，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。氣隙處場強大，極易發(fā)生游離，產(chǎn)生的帶電質(zhì)點到達介質(zhì)表面，會畸變原電場的分布，使閃絡(luò)電壓降低。

通過本知識點的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握均勻電場中的沿面放電的基本知識，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，一旦局部電弧達到某一臨界長度時，弧道溫度已很高，弧道的進一步伸長就不再需要更高的電壓，此時電弧將自動延伸直至貫通兩極，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。

通過本知識點的學(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)絕緣特性均勻電場中氣體的擊穿過程一、湯遜理論

定義：在均勻電場、低氣壓、短間隙的條件下進行了放電實驗，根據(jù)實驗結(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，巴申就從實驗中總結(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，空間電荷對電場的畸變作用是產(chǎn)生光游離的重要原因。

2）流注的形成和發(fā)展

通過本知識點的學(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放電現(xiàn)象的解釋為什么比較切合實際（1）放電外形。pd很大時，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，故其中電場強度很小。流注出現(xiàn)后，將減弱其周圍空間的電場(但加強了其前方電場)，并且這一作用伴隨著流注的發(fā)展而更為強大。因此，電子崩形成流注后，當(dāng)某個流注由于偶然原因發(fā)展更快時，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，這種作用將越來越強烈。（2）放電時間。光子以光速傳播，所以流注發(fā)展速度極快，這可以說明pd很大時放電時間特別短的現(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，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，電子崩發(fā)出的光子容易到達陰極，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)。

通過本知識點的學(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)點的產(chǎn)生與消失一、氣體中帶電質(zhì)點的產(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)點的消失帶點質(zhì)點受電場力的作用流入電極帶電質(zhì)點的擴散帶電質(zhì)點的復(fù)合擴散復(fù)合

通過本知識點的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生條件，掌握氣體中帶電質(zhì)點的產(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，氣壓高或距離大，這時氣體擊穿的很多實驗現(xiàn)象無法用湯遜理論來解釋。（1）放電外形：高氣壓時，放電外形為有分支的細通道，而按照湯遜放電理論，放電應(yīng)在整個電極空間連續(xù)進行。（2）放電時間：根據(jù)出現(xiàn)