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1、绪论 高电压技术是一门重要的专业技术基础课；随着电力行业的发展，高压输电问题越来越得到人们的重视; 高电压、高场强下存在着一些特殊的物理现象； 高电压试验在高电压工程中起着重要的作用。气体的绝缘特性与介质的电气强度研究气体放电的目的：了解气体在高电压（强电场）作用下逐步由电介质演变成导体的物理过程 掌握气体介质的电气强度及其提高方法高压电气设备中的绝缘介质有气体、液体、固体以及其它复合介质。气体放电是对气体中流通电流的各种形式统称。由于空气中存在来自空间的辐射，气体会发生微弱的电离而产生少量的带电质点。正常状态下气体的电导很小，空气还是性能优良的绝缘体;在出现大量带电质点的情况下，气体才会丧失
2、绝缘性能。自由行程长度单位行程中的碰撞次数Z的倒数入即为该粒子的平均自由行程长度。令x二入，可见粒子实际自由行程长度大于或等于平均自由行程长度的概率是36.8%。带电粒子的迁移率k=v/E它表示该带电粒子单位场强（1V/m ）下沿电场方向的漂移速度。电子的质量比离子小得多，电子的平均自由行程长度比离子大得多热运动中，粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小的区域，从而使分布均匀化，这种过程称为扩散。电子的热运动速度大、自由行程长度大，所以其扩散速度比离子快得多。产生带电粒子的物理过程称为电离，是气体放电的首要前提。hv W c = z光电离i气体中发生电离的分子数与总分子数的比值m称为该气体的电离度
3、。碰撞电离附着：当电子与气体分子碰撞时，不但有可能引起碰撞电离而产生出正离子和新电子，而且也可能会发 生电子与中性分子相结合形成负离子的情况。电子亲合能：使基态的气体原子获得一个电子形成负离子时所放出的能量，其值越大则越易形成负离 子。电负性：一个无量纲的数，其值越大表明原子在分子中吸引电子的能力越大带电粒子的消失1到达电极时，消失于电极上而形成外电路中的电流2带电粒子因扩散而逸出气体放电 空间3带电粒子的复合复合可能发生在电子和正离子之间，称为电子复合，其结果是产生一个中性分子；复合也可能发生在正离子和负离子之间，称为离子复合，其结果是产生两个中性分子。气体放电现象与规律因气体的种类、气压和
4、间隙中电场的均匀度而异。电子碰撞电离系数a表示一个电子沿电场方向运动1cm的行程所完成的碰撞电离次数平均值。n = n ead阳极的电子数应为：a 0(1-7)An = n n n (ed 1)“_8)途中新增加的电子数或正离子数应为：a 00iI Ee(110)当气温不变时，式(1-14)即可改写为：Bpa Ape - E电场强度E增大时，a急剧增大；P很大或很小时，a都比较小。在高气压和高真空下，气隙不易发生放电现象，具有较高的电气强度。正离子的表面游离系数Y：个正离子到达阴极，撞击阴极表面产生游离的电子数丫 （ea d 1） = 1（i-8）自持放电的条件自持放电是由初始电子崩中的正离子
5、撞击阴极表面产生多余电子形成的 巴申曲线/八申定理：同温时均匀电场下气体起始放电电压是pd乘积的函数; 提高气压或降低气压到高度真定，都能提高气隙的击穿电压。流注理论考虑了以下因素空间电荷对原有电场的影响空间光电离的作用流注理论适用于高气压、长气隙下的放电f _ E/maxEa v f4属不均匀电场。这种仅仅发生在强场区（小曲率半径电极附近空间）的局部放电称为电晕放电电晕放电的危害1电晕损耗2产生高频电磁波，从而对无线电和电视广播产生干扰3电晕放电还会产生可闻噪声降低电晕的方法：从根本上设法限制和降低导线的表面电场强度在选择导线的结构和尺寸时，应使好天气时电晕损耗接近于零，对无线电和电视的干扰
6、应限制到容许水 平以下。对于超高压和特高压线路的分裂线来说，找到最佳的分裂距，使导线表面最大电场强度值最小。极性效应在极不均匀电场中，放电一定从曲率半径较小的那个电极表面开始，与该电极极性无关。但后来的发展 过程、气隙的电气强度、击穿电压等都与该电极的极性有密切的关系。极不均匀电场中的放电存在着明 显的极性效应。输电线路和电气设备外绝缘的空气间隙大都属于极不均匀电场的情况，所以在工频高电压的作用下，击 穿发生在外加电压为正极性的那半周内。在进行外绝缘的冲击电压实验时，也往往施加正极性冲击电压，因为此时电气强度较低。电场极不均匀的棒-板”气隙，负极性击穿电压高于正极性击穿电压。气隙击穿的三个必备
7、条件：足够大的电场强度或足够高的电压；在气隙中存在能引起电子崩并导致流注和主放电的有效电子；需要有一定的时间，让放电得以逐步发展并完成击穿完成击穿所需放电时间是很短的（微秒级）冲击电压下气隙的击穿特性采用击穿百分比为50%时的电压来表征气隙的冲击击穿特性;伏秒特性表征气隙的冲击击穿电压沿面放电：沿着固体介质表面发展的气体放电现象。污闪：沿着污染表面发展的闪络。减少绝缘子污闪的对策1调整爬距（增大泄漏电流）爬电比距指外绝缘的爬电距离与系统最高工作电压之比。2定期或不定期的清扫3涂料4半导体釉绝缘子5新型合成绝缘子均匀电场1消除电极边缘效应的平板电极2板间距离d 一般不大3击穿特性符合巴申定律稍不
8、均匀电场：冲击系数接近1,冲击击穿电压与工频击穿电压及直流击穿电压相等均匀电场只有一种，那就是消除了电极边缘效应的平板电极之间的电场。球间隙（一般取d D/2范围内工作）若球间距离d，球极直径为DdD/4时，不均匀度增大，大地影响加大同轴圆筒细线效应棒-棒”气隙：完全对称性棒-板”气隙：最大不对称性直流电压下棒-板”负极性击穿电压大大高于正极性击穿电压工频交流电压下棒-棒”气隙的击穿电压要比棒-板”气隙高一些 雷电冲击电压下“棒-板”电极，棒极为正极性的击穿电压比负极性时数值低得多第三节大气条件对气隙击穿特性的影响及校正 在不同大气条件和海拔高度下所得出的击穿电压实测数据都必须换算到某种标准条
9、件下才能互相进行比 较。对空气密度、湿度和海拔，分别有不同的校正方法。空气密度大湿度大空气击穿电压大第四节提高气体介质电气强度的方法一、改进电极形状以改善电场分布增大电极的曲率半径（利用屏蔽来增大电极的曲率半径是一种常用的方法）消除电极表面的毛刺消除电 极表面尖角二、利用空间电荷改善电场分布存在细线效应:线一板及线一线间隙三、采用屏障球形屏蔽极可以显著改善电场分布四、采用高气压（提高气压可以大大减小电子的自由行程长度，从而削弱和抑制了电离过程）五、采用高电气强度气体（SF6）六、采用高真空高真空气体主要用于配电网真空断路器中采用高真空也可以减弱气隙中的碰撞电离过程而显著提高气隙的击穿电压。第五
10、节六氟化硫和气体绝缘电气设备SF6具有较高的电气强度，主要是因为其具有很强的电负性，容易俘获自由电子而形成负离子（电子附着 过程），电子变成负离子后，其引起碰撞电离的能力就变得很弱电场的不均匀程度对SF6电气强度的影响远比对空气的大。SF6优异的绝缘性能只有在电场比较均匀的场合才能得到充分的发挥。在均匀电场中SF6气体的击穿也遵循巴申定律。公式略在极不均匀电场中，SF6气体的击穿有异常现象首先是工频击穿电压随气压的变化曲线存在驼峰” 其次是驼峰区段内的雷电冲击击穿电压明显低于静态击穿电压，其冲击系数可低至0 6左右极不均匀电场中SF6气体击穿的异常现象与空间电荷的运动有关影响击穿场强的其它因素
11、：电极表面缺陷和导电微粒所以电极表面积越大，SF6气体的击穿场强越低，这一现象被称为面积效应”使SF6气体分解的原因:电子碰撞、热和光辐射.针对SF6气体毒性分解物通常采用吸附剂(吸附分解物和吸附水分)SF6-N2混合气体，主要用作高寒地区断路器的绝缘媒质和灭弧材料，采用的混合比通常为50% : 50% 或 60% : 40%封闭式气体绝缘组合电器(GIS )(1)大大节省占地面积和空间体积：额定电压越高，节省得越多。(2 )运行安全可靠:GIS的金属外壳是接地的，即可防止运行人员触及带电导体，又可使设备运行不受 污秽、雨雪、雾露等不利的环境条件的影响。(3)有利于环境保护，使运行人员不受电场
12、和磁场的影响。(4 )安装工作量小、检修周期长。气体绝缘管道输电线(气体绝缘电缆/GIC)(1)电容量小:GIC的电容量大约只有充油电缆的1/4左右，因此其充电电流小、临界传输距离长。损耗小:常规充油电缆常因电介质损耗较大而难以用于特高压，而GIC的绝缘主要是气体介质，其介 质损耗可忽略不计，已研制成特高压等级的产品。(3) 传输容量大:常规电缆由于制造工艺等方面的原因，其缆芯截面一般不超过2000mm2，而GIC则无 此限制，所以GIC的传输容量要比充油电缆大，而且电压等级越高，这一优点越明显。(4) 能用于大落差场合。气体绝缘变压器(GIT )(1) GIT是防火防爆型变压器，特别适用于城
13、市高层建筑的供电和用于地下矿井等有防火防爆要求的场 合。(2 )气体传递振动的能力比液体小，所以GIT的噪声小于油浸变压器。(3)气体介质不会老化，简化了维护工作第三章液体和固体介质的电气特性 液体介质：变压器油、电容器油、电缆油固体介质：绝缘纸、纸板、云母、塑料、电瓷、玻璃、硅橡胶电介质的电气特性表现在电场作用下的：导电性能介电性能电气强度第一节液体和固体介质的极化、电导和损耗电介质的极化是电介质在电场作用下，其束缚电荷相应于电场方向产生弹性位移现象和偶极子的取 向现象。这时电荷的偏移大都是在原子或分子的范围内作微观位移，并产生电矩-称为偶极矩(电介质极 化的强弱用介电常数&的大小来表示)用
14、于电容器的绝缘材料，显然希望选用& r大的电介质，因为这样可使单位电容的体积减小和重量减轻。 其他电气设备中往往希望选用& r较小的电介质，这是因为较大的& r往往和较大的电导率相联系，因而 介质损耗也较大。采用& r较小的绝缘材料还可减小电缆的充电电流、提高套管的沿面放电电压等。最基本的极化型式有电子式极化、离子式极化和偶极子极化等三种，另外还有夹层极化和空间电荷极化 等离子式极化的特点：1、离子相对位移有限，外电场消失后即恢复原状；2、所需时间很短，其&r几乎与外电场频率无关温度对离子式极化的影响:1、离子间的结合力会随温度的升高而减小，从而使极化程度增强;2、离子的密度随温度的升高而减小
15、，使极化程度减弱。通常前一种影响较大，故其一般具有正的温度 系数。极性电介质:分子具有固有的电矩，即正、负电荷作用中心永不重合，这种分子称为极性分子，由极性 分子组成的电介质称为极性电介质。偶极子极化或转向极化：出现外电场后，原先排列杂乱的偶极子将沿电场方向转动，作较有规则的排 列，如图所示，因而显示出极性。偶极子极化与温度t的关系温度升高时，分子热运动加剧，阻碍极性分子沿电场取向，使极化减弱，所以通常极性气体介质有负的 温度系数。夹层极化由不同介电常数和电导率的多种电介质组成的绝缘结构，在加上外电场后，各层电压将从开始 时按介电常数分布逐渐过渡到稳态时按电导率分布。在电压重新分配的过程中，夹层界面上会积聚起一 些电荷，使整个介质的等值电容增大这种极化只有在直流和彳氐频交流电压下才能表现出来电导率表征电介质导电性能的主要物理量，其倒数为电阻率。按载流子的不同,电介质的电导又可分为 离子电导（）和电子电导（一般很微
