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1、1第二章 气体击穿理论分析和气体间隙绝缘2第一节第一节第一节第一节 气体放电的主要形式简介气体放电的主要形式简介气体放电的主要形式简介气体放电的主要形式简介第二节第二节第二节第二节 带电粒子的产生和消失带电粒子的产生和消失带电粒子的产生和消失带电粒子的产生和消失第三节第三节第三节第三节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程第四节第四节第四节第四节 不均匀电场中的气体不均匀电场中的气体不均匀电场中的气体不均匀电场中的气体击穿的发展击穿的发展击穿的发展击穿的发展过程过程过程过程第五节第五节第五节第五节 持续电压作用下气体的
2、击穿特性持续电压作用下气体的击穿特性持续电压作用下气体的击穿特性持续电压作用下气体的击穿特性第六节第六节第六节第六节 雷电冲击电压下气体的击穿特性及伏秒特性雷电冲击电压下气体的击穿特性及伏秒特性雷电冲击电压下气体的击穿特性及伏秒特性雷电冲击电压下气体的击穿特性及伏秒特性第七节第七节第七节第七节 操作冲击电压下气体的击穿特性操作冲击电压下气体的击穿特性操作冲击电压下气体的击穿特性操作冲击电压下气体的击穿特性第八节第八节第八节第八节 SFSF6 6和气体绝缘电气设备和气体绝缘电气设备和气体绝缘电气设备和气体绝缘电气设备第九节第九节第九节第九节 大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正大气条件对气隙击穿
3、特性的影响及其校正大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正第十节第十节第十节第十节 提高气体介质电气强度的方法提高气体介质电气强度的方法提高气体介质电气强度的方法提高气体介质电气强度的方法第十一节第十一节第十一节第十一节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故本章主要内容本章主要内容3第一节第一节 气体放电的主要形式简介气体放电的主要形式简介1 1气体放电的概念气体放电的概念n气体放电气体放电气体中流通电流的各种形式。气体中流通电流的各种形式。1.正常状态：优良的绝缘体。正常状态：优良的绝缘体。l在一个立方厘米体在一个立方厘米体
4、积内内仅含几千个含几千个带电粒子粒子,但但这些些带电粒子并不影响气体的粒子并不影响气体的绝缘。l空气的利用：架空空气的利用：架空输电线路个相路个相导线之之间、导线与地与地线之之间、导线与杆塔之与杆塔之间的的绝缘；变压器相器相间的的绝缘等。等。4 输电线路以气体作为绝缘材输电线路以气体作为绝缘材料料5 变压器相间绝缘以变压器相间绝缘以气体作为绝缘材料气体作为绝缘材料62.高电压状态高电压状态电压升高升高达到一定数达到一定数值气体中的气体中的带电粒粒子大量增加子大量增加电流增大流增大达到一定达到一定数数值气体失去气体失去绝缘击穿（或穿（或闪络）n击穿击穿纯空气隙之间纯空气隙之间。（架空（架空线相相
5、间的空气放的空气放电）n闪络闪络气体沿着固体表面击穿。气体沿着固体表面击穿。（气体沿着（气体沿着悬挂架空挂架空线的的绝缘子串放子串放电）73.气体放电的相关概念气体放电的相关概念n击穿电压击穿电压Ub或闪络电压或闪络电压Uf发生击穿或闪络的最低临界电压；发生击穿或闪络的最低临界电压；n击穿场强击穿场强Eb（均匀电场中的击穿电压）（均匀电场中的击穿电压）/ /间隙距离间隙距离n平均击穿场强平均击穿场强 （不均匀电场中的击穿电压）（不均匀电场中的击穿电压）/ /间隙距离间隙距离8u根据根据气体压力、电源功率、电极形状气体压力、电源功率、电极形状等因素的不同，击穿后等因素的不同，击穿后气体放电可具有
6、多种不同形式。利用放电管可以观察放电现气体放电可具有多种不同形式。利用放电管可以观察放电现象的变化象的变化2 2气体的放电形式气体的放电形式9u当气体当气体压力不大压力不大，电源功率很小（放电回路中串入很大阻抗），电源功率很小（放电回路中串入很大阻抗）时，外施电压增到一定值后，回路中电流突增至明显数值，时，外施电压增到一定值后，回路中电流突增至明显数值，管内阴极和阳极间整个空间忽然出现发光现象。管内阴极和阳极间整个空间忽然出现发光现象。u特点：特点：放放电电流密度流密度较小，放小，放电区域通常占据了整个区域通常占据了整个电极极间的空的空间。霓虹管中的放霓虹管中的放电就是就是辉光放光放电的例子，
7、管中所充气的例子，管中所充气体不同，体不同，发光光颜色也不同色也不同1.1.辉光放电辉光放电10u减小外回路中的阻抗，则电流增大，电流增大到一定值后，减小外回路中的阻抗，则电流增大，电流增大到一定值后，放电通道收细，且越来越明亮，管端电压则更加降低，说明放电通道收细，且越来越明亮，管端电压则更加降低，说明通道的电导越来越大通道的电导越来越大u特点：特点：电弧通道和弧通道和电极的温度都很高，极的温度都很高，电流密度极大流密度极大，电路路具有短路的特征具有短路的特征2.2.电弧放电电弧放电11u当外回路中阻抗很大，限制了放电电流时，电极间出现贯通当外回路中阻抗很大，限制了放电电流时，电极间出现贯通
8、两极的断续的明亮细火花两极的断续的明亮细火花。（大气条件下）。（大气条件下）u特点：特点：具有收具有收细的通道形式，并且放的通道形式，并且放电过程不程不稳定定3.3.火花放电火花放电返回返回12第二节第二节 带电粒子的产生和消失带电粒子的产生和消失n带电粒子的产生和消失是气体放电的根本根源，是分带电粒子的产生和消失是气体放电的根本根源，是分析气体击穿的理论基础；析气体击穿的理论基础；n正常时气体中有正负粒子存在，但对气体的绝缘状态正常时气体中有正负粒子存在，但对气体的绝缘状态没有影响；没有影响；n随着电压升高气体间隙中的带电粒子数量会迅速增加，随着电压升高气体间隙中的带电粒子数量会迅速增加，带
9、电粒子的运动会产生电流。带电粒子的运动会产生电流。掌握掌握n气体放电时，带电粒子如何产生？气体放电时，带电粒子如何产生？n放电结束后，带电粒子又如何消失？放电结束后，带电粒子又如何消失？131 1原子的激励和电离原子的激励和电离 原子的能级原子的能级n原子的结构可用行星系模型描述。原子的结构可用行星系模型描述。原子核（正电）原子核（正电）电子云（负电）电子云（负电）n能级能级根据原子核外电子的能量状态，原子具有一系列可根据原子核外电子的能量状态，原子具有一系列可取得确定的能量状态。取得确定的能量状态。p外外围电子能量高子能量高 原子能量就高原子能量就高 能能级就高；就高；p外外围电子能量低子能
10、量低 原子能量就低原子能量就低 能能级就低；就低；原子能量大小的衡量原子能量大小的衡量14 原子的激励原子的激励n激励激励(激发激发)原子在外界因素（电场、高温等）的作用下，原子在外界因素（电场、高温等）的作用下，吸收外界能量使其内部能量增加，原子核外的电子将从离原吸收外界能量使其内部能量增加，原子核外的电子将从离原子核较近的轨道上跳到离原子核较远的轨道上去的过程。子核较近的轨道上跳到离原子核较远的轨道上去的过程。n激励能（激励能（We）产生激励所需的能量。等于该轨道和常态产生激励所需的能量。等于该轨道和常态轨道的能级差。轨道的能级差。i注意注意p激励状态存在的时间很短（激励状态存在的时间很短
11、（ 10-7 10-8 s），电子将自动返），电子将自动返回到常态轨道上去。回到常态轨道上去。p原子的激励过程不会产生带电粒子。原子的激励过程不会产生带电粒子。15 原子的电离原子的电离n电离电离在外界因素作用下，其一个或几个电子脱离原子核在外界因素作用下，其一个或几个电子脱离原子核的束缚而形成自由电子和正离子的过程。的束缚而形成自由电子和正离子的过程。n电离能（电离能（Wi）使稳态原子或分子中结合最松弛的那个电使稳态原子或分子中结合最松弛的那个电子电离出来所需要的最小能量。（电子伏子电离出来所需要的最小能量。（电子伏 eV）1eV1V1.610-19C1.610-19J（焦耳）（焦耳）1V电
12、压电压qe：电子的电荷（库伦）：电子的电荷（库伦）i注意注意 原子的电离过程产生带电粒子。原子的电离过程产生带电粒子。16气体气体激励能激励能We (eV)电离能电离能Wi (eV)气体气体激励能激励能We (eV)电离能电离能Wi (eV)N2O2H26.17.911.215.612.515.4CO2H2OSF610.07.66.813.712.815.6 表表 1-1 某些气体的激励能和电离能某些气体的激励能和电离能174.原子的激励与电离的关系原子的激励与电离的关系原子发生电离产生带电粒子的两种情况：原子发生电离产生带电粒子的两种情况：原子吸收了一定的能量，原子吸收了一定的能量，但能量不
13、太高但能量不太高发生激励，跳到发生激励，跳到更远的轨道更远的轨道再次吸收能量再次吸收能量发生电离，产生带电粒子发生电离，产生带电粒子原子吸收直接吸收了足够的能量原子吸收直接吸收了足够的能量发生电离，产生带电粒子发生电离，产生带电粒子n原子的激励过程不产生带电粒子；原子的激励过程不产生带电粒子；n原子的电离过程产生带电粒子；原子的电离过程产生带电粒子；n激励过程可能是电离过程的基础。激励过程可能是电离过程的基础。 激励激励+ +电离电离 直接电离直接电离 182 2气体中带电粒子的产生气体中带电粒子的产生电离所获能量形式不同，带电粒子产生的形式不同电离所获能量形式不同，带电粒子产生的形式不同 光
14、电离光电离 碰撞电离碰撞电离 热电离热电离 电极表面电离（阴极表面电离）电极表面电离（阴极表面电离） 负离子的形成负离子的形成192 2气体中带电粒子的产生气体中带电粒子的产生电离所获能量形式不同，带电粒子产生的形式不同电离所获能量形式不同，带电粒子产生的形式不同 光电离光电离u光电离光电离光辐射引起的气体分子的电离过程。光辐射引起的气体分子的电离过程。u发生光电离的条件发生光电离的条件式中：式中：h普郎克常数；普郎克常数； 光子的光子的频率；率； Wi气体的气体的电离能，离能，eV； c光速光速=3108m/s； 光的波光的波长，m。光子能量光子能量Whi注意注意 可见光都不可能使可见光都不
15、可能使气体直接发生光电离，只气体直接发生光电离，只有波长短的高能辐射线有波长短的高能辐射线 （ 例如例如X 射线、射线、射线等）射线等）才能使气体发生光电离。才能使气体发生光电离。20 碰撞电离碰撞电离u碰撞电离碰撞电离由于质点碰撞所引起的电离过程。（主要是电由于质点碰撞所引起的电离过程。（主要是电子碰撞电离）子碰撞电离）u电子在电场强度为电子在电场强度为 E 的电场中移过的电场中移过x 距离时所获得的动距离时所获得的动能为：能为：式中式中:m电子的子的质量；量；qe电子的子的电荷量荷量若若W等于或大于等于或大于气体分子的气体分子的电离离能能Wi，该电子就子就有足有足够的能量去的能量去完成碰撞
16、完成碰撞电离离u发生碰撞电离的条件发生碰撞电离的条件21u电子为造成碰撞电离而必须飞越的最小距离：电子为造成碰撞电离而必须飞越的最小距离： 式中：式中：Ui为气体的气体的电离离电位，在数位，在数值上与以上与以eV为单位的位的Wi相等。相等。uxi 的大小取决与场强的大小取决与场强 E ，增大气体中的场强将使，增大气体中的场强将使 xi 值减小，值减小，可见提高外加电场将使碰撞电离的概率和强度增大。可见提高外加电场将使碰撞电离的概率和强度增大。i注意注意n碰撞碰撞电离是气体中离是气体中产生生带电粒子的最重要的方式。粒子的最重要的方式。n主要的碰撞主要的碰撞电离均有离均有电子完成，离子碰撞中性分子
17、并使之子完成，离子碰撞中性分子并使之电离的概率要比离的概率要比电子小得多，所以在分析气体放子小得多，所以在分析气体放电发展展过程程时，往往只考往往只考虑电子所引起的碰撞子所引起的碰撞电离。离。22 热电离热电离u热电离热电离因气体热状态引起的电离过程。因气体热状态引起的电离过程。u发生热电离的条件发生热电离的条件式中：式中：k波波尔茨曼茨曼常数；常数；（k= =1.3810-23J/K） Wi气体的气体的电离能，离能，eV； T绝对温度，温度，K；i注意注意p分子分子热运动热运动所固有的动能不足所固有的动能不足以产生以产生碰撞电离碰撞电离，20oC时，气时，气体分子平均动能约体分子平均动能约0
18、.038eV。热。热电离起始温度为电离起始温度为103K（727oC）p在一定热状态下物质会发出辐在一定热状态下物质会发出辐射，射，热辐射光子热辐射光子能量大，会引能量大，会引起起光电离光电离i绝对温度和摄氏温度的关系：绝对温度和摄氏温度的关系： T绝对绝对=273+T摄氏摄氏23u热电离实质上是热状态下碰撞电离和光电离的综合热电离实质上是热状态下碰撞电离和光电离的综合p例如：例如：发生生电弧放弧放电时，气体温度可达数千度，气体温度可达数千度，气体分子气体分子动能就足以能就足以导致致发生明生明显的碰撞的碰撞电离，离，高温下高温下高能高能热辐射光子射光子也能造成气体的也能造成气体的电离离24 电
19、极表面电离（阴极表面电离）电极表面电离（阴极表面电离）u电极表面电离电极表面电离电子从金属电极（阴极）表面逸出的过程。电子从金属电极（阴极）表面逸出的过程。u逸出功逸出功电子从金属表面逸出所需的能量。电子从金属表面逸出所需的能量。金属金属逸出功逸出功 (eV)金属金属逸出功逸出功 (eV)金属金属逸出功逸出功 (eV)铝铝 (Al )银银 (Ag)1.83.1铁铁 (Fe)铜铜 (Cu)3.93.9氧化铜氧化铜 (CuO)铯铯 (Cs)5.30.7n逸出功逸出功n与表与表1-1相比相比较，可知金属的逸出功比气体分子的，可知金属的逸出功比气体分子的电离能小得离能小得多，表明金属表面多，表明金属表
20、面电离比气体空离比气体空间电离更易离更易发生。生。n阴极表面电离在气体放电过程中起着相当重要的作用。阴极表面电离在气体放电过程中起着相当重要的作用。25u电极表面电离按外加能量形式的不同，可分为四种形式电极表面电离按外加能量形式的不同，可分为四种形式p正离子碰撞阴极正离子碰撞阴极时把能量把能量传递给金属极板中的金属极板中的电子，使其逸出金属子，使其逸出金属p正离子必正离子必须碰撞出碰撞出一个以上一个以上电子子时才能才能产生自由生自由电子子p逸出的逸出的电子有一个和正离子子有一个和正离子结合成合成为原子，其余成原子，其余成为自由自由电子子。p高能高能辐射先照射阴极射先照射阴极时，会引起光，会引起
21、光电子子发射，其条件是光子的能量射，其条件是光子的能量应大于金属的逸出功。大于金属的逸出功。p同同样的光的光辐射引起的射引起的电极表面极表面电离要比引起空离要比引起空间光光电离离强烈得多烈得多正离子撞击阴极表面正离子撞击阴极表面光电子发射（光电效应）光电子发射（光电效应）26p当阴极被加当阴极被加热到很高温度到很高温度时，其中的，其中的电子子获得巨大得巨大动能能，逸，逸出金属表面出金属表面p在在许多多电子器件中常利用加子器件中常利用加热阴极来阴极来实现电子子发射。射。p当阴极表面附近空当阴极表面附近空间存在很存在很强的的电场时（106V/cm数量数量级），），能使阴极能使阴极发射射电子。子。p
22、常常态下作用气隙下作用气隙击穿完全不受影响；穿完全不受影响；p在高气在高气压、压缩的高的高强度气体的度气体的击穿穿过程中会起一定的作程中会起一定的作用；真空中更起着决定性作用。用；真空中更起着决定性作用。热电子发射热电子发射强场发射（冷发射）强场发射（冷发射）27 负离子的形成负离子的形成u自由电子碰撞中性的分子或原子可能产生的三种结果自由电子碰撞中性的分子或原子可能产生的三种结果电子碰撞中性的分子或原子电子碰撞中性的分子或原子发生电离发生电离产生自由电子产生自由电子l情况一情况一电子碰撞中性的分子或原子电子碰撞中性的分子或原子能量不足，撞能量不足，撞击后反弹回来击后反弹回来未产生自由电子未产
23、生自由电子l情况二情况二电子碰撞中性的分子或原子电子碰撞中性的分子或原子没发生电离，没发生电离，也没被反弹也没被反弹回来回来被中性的分子捕捉，被中性的分子捕捉，成为自己的束缚电成为自己的束缚电子子l情况三情况三形成了负离子形成了负离子28u附着附着自由电子与气体分子碰撞时，发生电子与中性分子自由电子与气体分子碰撞时，发生电子与中性分子相结合而形成负离子的过程。相结合而形成负离子的过程。p形成形成负离子离子时可可释放出能量放出能量p有些气体容易形成有些气体容易形成负离子，称离子，称为电负性气体性气体（如氧、氟、（如氧、氟、氯等），等），SF6（绝缘性是空气的性是空气的3倍，倍，灭弧性是空气的弧性
24、是空气的100倍）倍）p负离子的形成起着阻碍放离子的形成起着阻碍放电的作用的作用u负离子形成过程的特点负离子形成过程的特点293 3带电粒子在气体中的运动带电粒子在气体中的运动 自由行程长度自由行程长度 带电粒子的运动轨迹带电粒子的运动轨迹u当气体中存在电场时，带电粒子将具当气体中存在电场时，带电粒子将具有复杂的运动轨迹有复杂的运动轨迹 “混乱热运动沿着电场作定向漂移混乱热运动沿着电场作定向漂移”u自由行程长度自由行程长度带电粒子与气体分子发生第一次碰撞到第带电粒子与气体分子发生第一次碰撞到第二次碰撞所移动的距离。二次碰撞所移动的距离。（两次碰撞中未再（两次碰撞中未再发生任何碰撞）生任何碰撞）
25、30 平均自由行程长度平均自由行程长度u平均自由行程长度平均自由行程长度带电粒子单位行程中的碰撞次数带电粒子单位行程中的碰撞次数Z的的倒数。倒数。u实际的自由行程的自由行程长度是度是随机量随机量，有很大的分散性，任意，有很大的分散性，任意带电粒子在粒子在1cm的行程中所遭遇的碰撞次数与分子的半径和密度的行程中所遭遇的碰撞次数与分子的半径和密度有关有关u粒子的实际自由行程长度等于或大于某一距离粒子的实际自由行程长度等于或大于某一距离x的概率为的概率为 i注意：注意：由于电子的半径或体积比离子或气体分子小得多，所由于电子的半径或体积比离子或气体分子小得多，所以电子的平均自由行程长度要比离子或气体分
26、子大得多。以电子的平均自由行程长度要比离子或气体分子大得多。31u又由又由式中：式中：p气气压，Pa； T气温，气温，K；k波波尔茨曼常数，茨曼常数， （k = =1.3810-23J/K）。）。u由气体动力学可知，电子的平均自由行程长度由气体动力学可知，电子的平均自由行程长度式中：式中：r气体分子半径；气体分子半径； N气体分子密度。气体分子密度。p平均自由行程长度与温度成正比平均自由行程长度与温度成正比，温度越高气体发散，粒子间距离温度越高气体发散，粒子间距离较远，较远， e越大越大p平均自由行程长度与气压成反比平均自由行程长度与气压成反比，气压越高，气体分子被得越紧，气压越高，气体分子被
27、得越紧，粒子间距离较近粒子间距离较近， e越小。越小。32 带电粒子的迁移率带电粒子的迁移率u带电粒子的迁移率带电粒子的迁移率k带电粒子在单位场强带电粒子在单位场强（1V/m）下沿下沿电场方向的漂移速度。电场方向的漂移速度。式中：式中：v带电粒子的速度；粒子的速度； E电场强度度。i注意注意 由于电子的平均自由行程长度比离子大得多，而电子的质由于电子的平均自由行程长度比离子大得多，而电子的质量比离子小得多。更易加速，所以电子的迁移率远大于离子。量比离子小得多。更易加速，所以电子的迁移率远大于离子。一般电子迁移率比离子迁移率大一般电子迁移率比离子迁移率大两个数量级两个数量级33 扩散扩散u扩散扩
28、散在热运动的过程中，粒子从浓度较大的区域运动到在热运动的过程中，粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小的区域，从而使每种粒子的浓度分布均匀化的物理浓度较小的区域，从而使每种粒子的浓度分布均匀化的物理过程。过程。p气压越低，温度越高，扩散进行的越快。气压越低，温度越高，扩散进行的越快。p电子的热运动速度大、自由行程长度大，其扩散速度也要比电子的热运动速度大、自由行程长度大，其扩散速度也要比离子快得多。离子快得多。 u扩散的特点扩散的特点344 4带电粒子消失带电粒子消失 带电粒子产生和消失的关系带电粒子产生和消失的关系u带电粒子产生和消失是同时发生的过程；带电粒子产生和消失是同时发生的过程；u若产生
29、的带电粒子若产生的带电粒子大于大于消失的带电粒子，则会消失的带电粒子，则会促进促进气体放气体放电过程；电过程；u若产生的带电粒子若产生的带电粒子等于等于消失的带电粒子，则会促进气体就消失的带电粒子，则会促进气体就处于处于稳定状态稳定状态；u若产生的带电粒子若产生的带电粒子小于小于消失的带电粒子，则会消失的带电粒子，则会阻碍阻碍气体放气体放电过程；电过程；35 带电粒子消失的形式带电粒子消失的形式带电粒子在电场的驱动下作定向运动，在到达电极时，带电粒子在电场的驱动下作定向运动，在到达电极时，消失消失于电极上而形成外电路中的于电极上而形成外电路中的电流电流。带电粒子因带电粒子因扩散现象扩散现象而逸
30、出气体放电空间。而逸出气体放电空间。u扩散的实质扩散的实质某一局部的带电粒子从浓度比较高的区域，扩散某一局部的带电粒子从浓度比较高的区域，扩散到浓度比较低的区域，使得原区域的带电粒子数到浓度比较低的区域，使得原区域的带电粒子数减少减少。p带电粒子的粒子的扩散是由于散是由于热运运动造成，造成，带电粒子的粒子的扩散散规律和律和气体的气体的扩散散规律相似律相似p气体中气体中带电粒子的粒子的扩散和散和气体状气体状态有关有关，气体，气体压力越高或者力越高或者温度越低，温度越低，扩散散过程也就越弱程也就越弱p电子子质量量远小于离子，所以小于离子，所以电子的子的热运运动速度高，它在速度高，它在热运运动中受到
31、的碰撞也少，因此，中受到的碰撞也少，因此，电子的子的扩散散过程比离子的要程比离子的要强36带电粒子的带电粒子的复合复合u复合复合气体中带异号电荷的粒子相遇而发生电荷的传递与气体中带异号电荷的粒子相遇而发生电荷的传递与中和，中和，还原为分子的过程还原为分子的过程。（是与电离相反的一种过程）。（是与电离相反的一种过程）u电子复合电子复合电子和正离子子和正离子发生复合，生复合，产生一个中性分子生一个中性分子离子复合离子复合正离子和正离子和负离子离子发生复合，生复合，产生两个中性分子生两个中性分子p带电粒子的复合粒子的复合过程中会程中会发生光生光辐射射，这种光种光辐射在一定射在一定条件下又条件下又成成
32、为导致致电离离的因素的因素p参与复合的粒子的参与复合的粒子的相相对速度越大速度越大，复合，复合概率越小概率越小。通常放。通常放电过程中离子程中离子间的复合更的复合更为重要重要p带电粒子粒子浓度越大，复合速度越大，度越大，复合速度越大，强烈的烈的电离区也是离区也是强烈的复合区烈的复合区37第三节第三节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程掌握掌握n非自持放电过程和自持放电过程的概念；非自持放电过程和自持放电过程的概念；n汤逊气体放电理论的要点和适用范围；汤逊气体放电理论的要点和适用范围；n流注气体放电理论的要点和适用范围；流注气体放电理论的要点和适用范围；u气体的击穿过程与气
33、体的击穿过程与电场分布电场分布有很大关系，均匀电场和不均匀有很大关系，均匀电场和不均匀电场下气体的击穿过程有很大的不同；电场下气体的击穿过程有很大的不同；p均匀电场均匀电场电场中任一点的电场强度均相同；电场中任一点的电场强度均相同；p不均匀电场不均匀电场电场中任一点的电场强度均不相同；电场中任一点的电场强度均不相同；38第三节第三节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程1 1非自持放电和自持放电非自持放电和自持放电u非自持放电非自持放电去掉外电离因素的作用后放电随即停止；去掉外电离因素的作用后放电随即停止；u自持放电自持放电不需要外界因素，仅由电场作用而维持的放电不需要外界
34、因素，仅由电场作用而维持的放电过程。过程。 非自持放电和自持放电的概念非自持放电和自持放电的概念 非自持放电和自持放电的非自持放电和自持放电的过程过程u测定气体间隙中电流变化的实验装置测定气体间隙中电流变化的实验装置p通通过调节电阻，阻，测量回路量回路电流随流随电压变化的情况化的情况u气体间隙中气体间隙中电流的变化电流的变化反映放电过程反映放电过程39u加加电场前，前，外外电离因素离因素（光照射）（光照射）在极板在极板间产生生带电粒子，但粒子，但带电粒粒子制作子制作杂乱无章的乱无章的热运运动，不，不产生生电流；流；u加加电场后，后，带电粒子沿粒子沿电场方向定方向定向移向移动，形成，形成电流。随
35、着流。随着电压升高，升高，带电粒子运粒子运动速度加快，使到达速度加快，使到达极极板的板的带电粒子数量和速度不断增大，粒子数量和速度不断增大，电流也随之增大。流也随之增大。oa段段 随着电压升高，电流增大，到随着电压升高，电流增大，到达极板的带电粒子数量和速度达极板的带电粒子数量和速度也随之增大。也随之增大。均匀均匀电场中气体的伏安特性中气体的伏安特性均匀电场下气体间隙中电流随电压变化的分析均匀电场下气体间隙中电流随电压变化的分析I0UaUbUcUI第三节第三节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程40均匀均匀电场中气体的伏安特性中气体的伏安特性ab段段 电流趋于饱和，由外电
36、离因素电流趋于饱和，由外电离因素产生的带电粒子已全部进入电产生的带电粒子已全部进入电极，电流极，电流I0大小取决于外电离因大小取决于外电离因素与电压无关。素与电压无关。u外外电离因素（光照射）的离因素（光照射）的强度度一定的情况下，一定的情况下，单位位时间内内产生的生的带电粒子数量是一定的，粒子数量是一定的，由此由此产生的生的电流也是一定。流也是一定。uI0饱和电流。饱和电流。I0UaUbUcUI均匀电场下气体间隙中电流随电压变化的分析均匀电场下气体间隙中电流随电压变化的分析第三节第三节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程41均匀均匀电场中气体的伏安特性中气体的伏安特性b
37、c段段 电流又再随电压的增大而增大。电流又再随电压的增大而增大。发生电子发生电子碰撞电离碰撞电离。I0UaUbUcUI电压升高电压升高气体间的带电粒气体间的带电粒子运动速度加快子运动速度加快带电粒子能量带电粒子能量（动能）增加（动能）增加当能量大于极板间空当能量大于极板间空气中原子的电离能气中原子的电离能电子碰撞电离，产电子碰撞电离，产生大量带电粒子生大量带电粒子电流急速电流急速增加增加均匀电场下气体间隙中电流随电压变化的分析均匀电场下气体间隙中电流随电压变化的分析第三节第三节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程42均匀均匀电场中气体的伏安特性中气体的伏安特性c点点 U=
38、Uc，电流急剧增大。气体间，电流急剧增大。气体间隙隙被击穿被击穿进入导电状态（进入导电状态（自持自持放电放电），不再需要任何外界因），不再需要任何外界因素（光照射、外加电源）。素（光照射、外加电源）。uc点处的临界电压点处的临界电压Uc就是就是击穿电击穿电压压Ub，当电压达到，当电压达到Uc后气体即后气体即被击穿被击穿，由原来的绝缘体变成，由原来的绝缘体变成了了导体导体。I0UaUbUcUI均匀电场下气体间隙中电流随电压变化的分析均匀电场下气体间隙中电流随电压变化的分析第三节第三节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程43均匀均匀电场中气体的伏安特性中气体的伏安特性I0Ua
39、UbUcUI均匀电场下气体间隙中电流随电压变化的分析均匀电场下气体间隙中电流随电压变化的分析u当产生的电流当产生的电流IIc：非自持放电非自持放电区；区；u当产生的电流当产生的电流IIc：自持放电区自持放电区；u当施加的电压当施加的电压UUc：气体保持气体保持绝缘；绝缘；u当施加的电压当施加的电压UUc：气体被击穿。气体被击穿。Ic自持放电区自持放电区非自持放电区非自持放电区第三节第三节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程44（二）汤逊放电理论（二）汤逊放电理论2020世纪初，汤逊根据大量的试验研究结果，提出了适用世纪初，汤逊根据大量的试验研究结果，提出了适用于于均匀电场
40、、低气压、短气隙均匀电场、低气压、短气隙时气体放电理论时气体放电理论u理理论认为，电子的碰撞子的碰撞电离离(过程）和程）和正离子撞正离子撞击阴阴极造成的表面极造成的表面电离离（过程）起主要作用程）起主要作用u提出气隙放提出气隙放电电流和流和击穿穿电压的的计算公式算公式第三节第三节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程45 过程过程（电子崩过程）（电子崩过程） 电子崩的形成过程电子崩的形成过程 由外电离因素产由外电离因素产生一个初始电子生一个初始电子电子数目迅速增加，如同电子数目迅速增加，如同冰山上发生雪崩一样，形冰山上发生雪崩一样，形成了成了电子崩电子崩产生正离子产生正离子
41、和自由电子和自由电子原来的电子和新产原来的电子和新产生的电子继续移动，生的电子继续移动，不断发生电子碰撞不断发生电子碰撞电离电离电场力作用下，电子电场力作用下，电子沿电场做定向移动沿电场做定向移动与中性粒子发与中性粒子发生电子碰撞生电子碰撞中性粒子发生电离中性粒子发生电离第三节第三节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程46u电子崩的形状：电子崩的形状：“崩头大、崩尾小崩头大、崩尾小。”p电子子发生生电子碰撞后，子碰撞后，电子的速度快，所以会大量的集中在子的速度快，所以会大量的集中在崩崩头；p正离子移正离子移动速度速度较慢，所以慢，所以缓慢的移向崩尾。慢的移向崩尾。u电子崩
42、电子崩电子数按几何级数不断增多，像雪崩似的发展。电子数按几何级数不断增多，像雪崩似的发展。从而形成的急剧增大的空间电子流。从而形成的急剧增大的空间电子流。崩头崩头崩尾崩尾第三节第三节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程47 过程过程引起的电流引起的电流u电子碰撞电离系数电子碰撞电离系数表示表示一个电子一个电子沿电场方向运动沿电场方向运动1cm 的的行程中所完成的行程中所完成的碰撞电离碰撞电离次数平均值。次数平均值。u即是即是一个电子一个电子在单位长度行程内新电离出的在单位长度行程内新电离出的电子数电子数或正离子或正离子数。数。i注意：注意： 必必须是是电子子发生生碰撞且碰
43、撞且电离离的次数，若的次数，若电子只子只发生生了碰撞没有了碰撞没有导致致电离离则不能不能计入入中。中。的定义的定义第三节第三节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程48nad电子增长规律电子增长规律（n0个电子行进个电子行进x距离产距离产生的电子数生的电子数n） 令令x=d，抵达阳极电子数，抵达阳极电子数na过程的分析（电子崩的计算）过程的分析（电子崩的计算）设：在外电离因素光辐射的作用下，单位设：在外电离因素光辐射的作用下，单位时间内阴极单位面积产生时间内阴极单位面积产生n0个电子，个电子，由于由于碰撞电离和电子崩得作用下，在距离阴极碰撞电离和电子崩得作用下，在距离阴极x
44、处，电子数增至处，电子数增至n个。个。在在dx段上产生的新电子段上产生的新电子dndnndx第三节第三节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程49nadu令令x=d，进入阳极的电流（外回路电流），进入阳极的电流（外回路电流）p若若I0=0，则I=0，既若去掉外界，既若去掉外界电离因素，气隙中离因素，气隙中电流流为0，气体放，气体放电停止。停止。过程的分析（电子崩的计算）过程的分析（电子崩的计算）途中新增的电子数或正离子数途中新增的电子数或正离子数n电子电流增长规律电子电流增长规律将式将式两两边乘以乘以电子子电荷荷qe式中：式中：I0初始初始电子引起的初始子引起的初始电流流u
45、结论：若只有结论：若只有过程，气体放电是不能自持的。过程，气体放电是不能自持的。第三节第三节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程50 的分析的分析u假设电子的平均自由行程为假设电子的平均自由行程为e，运动运动1cm碰撞次数为碰撞次数为1/e ，但但并不是每次碰撞都引起电离；并不是每次碰撞都引起电离；u碰撞引起电离的概率为碰撞引起电离的概率为 ，xi 为电子造成碰撞电离而必须为电子造成碰撞电离而必须飞跃的最小距离。飞跃的最小距离。u根据根据定义有：定义有：式中：式中：A、B与气体种与气体种类有关的常数；有关的常数；E电场强度；度；P气体气体压力。力。第三节第三节 均匀电场中
46、气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程51u由式由式 ，可得结论：，可得结论：电场强度电场强度E增大增大，则则增大；增大；气体压力气体压力P很大（电子的平均自由行程很大（电子的平均自由行程e很小）或者很小）或者气体压力气体压力P很小（电子的平均自由行程很小（电子的平均自由行程e很大）时，很大）时，值都很小。值都很小。 既在高气压或高真空的条件下，气体间隙不易发既在高气压或高真空的条件下，气体间隙不易发生放电现象，具有较高的电气强度。生放电现象，具有较高的电气强度。第三节第三节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程52 过程过程u正离子表面电离系数正离子表面电离系数表
47、示表示一个正离子一个正离子沿电场方向由阳极沿电场方向由阳极向阴极运动向阴极运动，撞击阴极撞击阴极表面产生表面电离的表面产生表面电离的电子数电子数。p正离子向阴极移动，依靠它所具有的动能及位能，在撞击正离子向阴极移动，依靠它所具有的动能及位能，在撞击阴极时能引起表面电离，使阴极释放出自由电子阴极时能引起表面电离，使阴极释放出自由电子 的概念的概念第三节第三节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程53nadnc 过程过程和和过程过程引起的电流引起的电流u设设阴极表面阴极表面单位时间内发射的电子数为单位时间内发射的电子数为ncnc外电离因素产生的电子数外电离因素产生的电子数n0前
48、一秒钟产生出来的正离子在阴前一秒钟产生出来的正离子在阴极上造成的极上造成的二次电子发射二次电子发射所产生所产生的电子数的电子数nc(ed1) nc个电子到达阳极后，个电子到达阳极后，产生总电子数为：产生总电子数为：nanced 产生的新正离子数产生的新正离子数为：为：ncednc正离子撞击阴极表正离子撞击阴极表面产生的面产生的电子数电子数为为nc(ed1)每产生一个自由电子的同每产生一个自由电子的同时，会产生一个正离子时，会产生一个正离子 产生的新电子数产生的新电子数为：为：ncednc正离子沿电场运动，撞击正离子沿电场运动，撞击阴极造成二次电子发射阴极造成二次电子发射p二次电子发射的形成过程
49、二次电子发射的形成过程第三节第三节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程54进入阳极的电流（外回路电流）进入阳极的电流（外回路电流）将上式两将上式两边乘以乘以电子子电荷荷qep若若=0，则II0ed，即只有即只有过程；程；p若若，当，当I00时，I0若若，当，当I00时，I0 nc个电子行进个电子行进d距离产生的电子数距离产生的电子数na已知已知 ncn0nc(ed1) nanced 过程过程过程过程的分析的分析nadu结论：结论： 若若1(ed1) 0，即使即使I0=0（除去（除去外界的电离因素），外界的电离因素），放电能维持下去。放电能维持下去。第三节第三节 均匀电场中
50、气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程55 汤逊理论的均匀电场中的电压汤逊理论的均匀电场中的电压 汤逊理论的自持放电条件汤逊理论的自持放电条件p物理意义：物理意义：一个一个电子子从阴极到阳极途中因从阴极到阳极途中因电子崩（子崩（过程）程）而造成的正离子数而造成的正离子数为 ed1 ，这批正离子在阴极上造成的二批正离子在阴极上造成的二次自由次自由电子数子数（过程）程）应为 (ed1 ) ，如果它等于，如果它等于1，就，就意味着那个初始意味着那个初始电子有了一个后子有了一个后继电子，从而使放子，从而使放电得以自得以自持。持。(ed1) 1第三节第三节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中
51、气体击穿的发展过程56u当自持放电条件得到满足时，就会形成图解中闭环部分所示当自持放电条件得到满足时，就会形成图解中闭环部分所示的的循环不息循环不息的状态，放电就能的状态，放电就能自己维持自己维持下去。下去。第三节第三节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程57 击穿电压、巴申定律击穿电压、巴申定律u起始电压起始电压U0放电由非自持转为自持时的电压。放电由非自持转为自持时的电压。p均匀电场中：起始电压均匀电场中：起始电压U0击穿电压击穿电压Ubu将将计算式计算式 代入自持放电条件代入自持放电条件 ，并且考虑均匀电场中自持放电的起始场强，并且考虑均匀电场中自持放电的起始场强
52、得：得：u结论：结论：均匀电场中气体的击穿电压均匀电场中气体的击穿电压Ub是气压和电极间距是气压和电极间距离的乘积（离的乘积（pd）的函数。）的函数。 均匀电场击穿电压的推导均匀电场击穿电压的推导第三节第三节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程58 巴申定律巴申定律巴申实验曲线巴申实验曲线u击穿电压击穿电压与与pd的规律在的规律在汤逊碰撞电离学说提出汤逊碰撞电离学说提出之前，巴申已从实验中之前，巴申已从实验中总结出来了，汤逊理论总结出来了，汤逊理论从理论上解释了试验结从理论上解释了试验结果。果。第三节第三节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击穿的发展过程59巴申
53、定律巴申定律u从曲线可以看出，存在一个从曲线可以看出，存在一个最小值最小值，此时击穿电压最低，此时击穿电压最低u假设假设d不变：不变：p当气压很小时当气压很小时，气体稀薄，气体稀薄，虽然电子自由程大，可以得虽然电子自由程大，可以得到足够的动能，但到足够的动能，但碰撞总数碰撞总数小小，所以击穿电压升高，所以击穿电压升高p当气体增大时当气体增大时，电子自由程，电子自由程变小，得到的动能减小，所变小，得到的动能减小，所以击穿电压升高。以击穿电压升高。u总有一个气压对碰撞电离最总有一个气压对碰撞电离最有利，此时击穿电压最小有利，此时击穿电压最小第三节第三节 均匀电场中气体击穿的发展过程均匀电场中气体击
54、穿的发展过程60 汤逊理论的适用范围汤逊理论的适用范围 适用范围适用范围均匀场、低气压、短气隙均匀场、低气压、短气隙 pd36.66kPa cm(20mmHg cm) 局限性局限性pd较大时，解释现象与实际不符较大时，解释现象与实际不符放电外形放电外形 汤逊理论解释：汤逊理论解释：放放电外形均匀，如外形均匀，如辉光放光放电； pd大时的实际现象：大时的实际现象：外形不均匀，有外形不均匀，有细小分支；小分支；放电时间：放电时间：Tpd大大T汤逊汤逊击穿电压：击穿电压：Ubpd大大40cm ) )第六节第六节 雷电冲击电压下气体的击穿特性及伏秒特性雷电冲击电压下气体的击穿特性及伏秒特性 返回返回1
55、24第七节第七节 操作冲击电压下气体的击穿特性操作冲击电压下气体的击穿特性（一）操作冲击电压的标准波形（一）操作冲击电压的标准波形0.510 u / UmTcrT2t非周期性双指数衰减波非周期性双指数衰减波u参数：参数：波前时间：波前时间：Tcr=250 s20% （反应上升速度）（反应上升速度）半峰值时间：半峰值时间：T2=2500 s60% （反应下降速度）（反应下降速度）标准波形通用写法标准波形通用写法 250/2500 s125第七节第七节 操作冲击电压下气体的击穿特性操作冲击电压下气体的击穿特性u0UmTcrtTcr=1000 1500us衰减震荡操作冲击波衰减震荡操作冲击波u参数：
56、参数：波前时间：波前时间：Tcr=10001500 s （反应上升速度）（反应上升速度）极性相反的第二个半波的峰值极性相反的第二个半波的峰值约为第一个半波峰值的约为第一个半波峰值的80% 126（二）操作冲击（二）操作冲击50%击穿电压击穿电压1.操作冲击电压下均匀电场和稍不均匀电场的击穿特性操作冲击电压下均匀电场和稍不均匀电场的击穿特性u与雷电冲击与雷电冲击50%击穿电压、工频击穿电压（峰值）相同，击穿电压、工频击穿电压（峰值）相同，且分散性小且分散性小2.操作冲击电压下极不均匀电场的击穿特性操作冲击电压下极不均匀电场的击穿特性图图2-12极性效应极性效应p正极性下正极性下50击穿电击穿电压
57、比负极性下低压比负极性下低第七节第七节 操作冲击电压下气体的击穿特性操作冲击电压下气体的击穿特性127电场分布的影响电场分布的影响p“邻近效应邻近效应”：接地物体靠近放接地物体靠近放电间隙会隙会显著降低其正极著降低其正极性性击穿穿电压，但能多少提高一些，但能多少提高一些负极性极性击穿穿电压图图2-12饱和现象饱和现象p随着气隙随着气隙长度增加，除了度增加，除了负极性极性“棒棒棒棒”气隙外，气隙外，其它棒其它棒间隙的隙的“饱和和”现象十分明象十分明显。电气气强度最度最差的差的“棒棒板板”间隙隙饱和和现象最象最为严重。重。显然，然，这时在增大在增大“棒棒板板”气隙气隙的的长度，已不能有效的提度，已
58、不能有效的提高其高其击穿穿电压。第七节第七节 操作冲击电压下气体的击穿特性操作冲击电压下气体的击穿特性128波形的影响波形的影响p在一定波前时间范围内，在一定波前时间范围内，U50%甚甚至会比工频击穿电压低至会比工频击穿电压低，呈现出，呈现出“U形曲线形曲线”。故对于。故对于220kV的超的超高压输电系统和电力设备，应按高压输电系统和电力设备，应按操作过电压的电气特性进行绝缘操作过电压的电气特性进行绝缘设计。设计。p“U形曲线形曲线”是是放电时延放电时延和和空间电空间电荷荷(形成及迁移形成及迁移)这两类不同因素的这两类不同因素的影响所造成的。影响所造成的。教材教材P36p对应极小值的波前时间随
59、着间隙对应极小值的波前时间随着间隙距离加大而增加。对距离加大而增加。对7m以下的间以下的间隙，在隙，在50200s这段时间内，这段时间内，气息的击穿最易发生。气息的击穿最易发生。第七节第七节 操作冲击电压下气体的击穿特性操作冲击电压下气体的击穿特性129分散性大分散性大p波前时间在数十到数百位秒之间：波前时间在数十到数百位秒之间：U50%的标准偏差约为的标准偏差约为5%。波前时间超过。波前时间超过1000s以后，可达以后，可达8。 50击穿电压极小值的经验公式击穿电压极小值的经验公式第七节第七节 操作冲击电压下气体的击穿特性操作冲击电压下气体的击穿特性返回返回130第八节第八节 SF6和气体绝
60、缘电气设备和气体绝缘电气设备（一）（一）SF6的物理化学特性的物理化学特性无色、无味的气体，具有较高的电气强度，优良的灭弧性能，无色、无味的气体，具有较高的电气强度，优良的灭弧性能，良好的冷却特性，不可燃；良好的冷却特性，不可燃；pSF6击穿穿电压是空气的是空气的3倍，倍，灭弧性能大弧性能大约是空气的是空气的100倍倍SF6分子中，分子中，6个氟原子围绕硫原子对称排布成正八面体，化个氟原子围绕硫原子对称排布成正八面体，化学性能稳定学性能稳定纯纯SF6是一种无毒气体，但它会因引起窒息对人身造成威胁；是一种无毒气体，但它会因引起窒息对人身造成威胁；若纯度不够，会含有若纯度不够，会含有SF4、S2F
61、10、HF、SO2等杂质，这些杂质等杂质，这些杂质有毒；另外有毒；另外SF6因放电而产生的一些分解物也是有毒的。因放电而产生的一些分解物也是有毒的。p 要要对一个断路器或其他一个断路器或其他设备更更换SF6时，要，要带防毒面具防毒面具20充气压力充气压力0.45MPa，液化温度液化温度40；20充气压力充气压力0.75MPa，液化温度，液化温度25。高寒地区需采用加热措施。高寒地区需采用加热措施。131第八节第八节 SF6和气体绝缘电气设备和气体绝缘电气设备（二）（二）SF6的绝缘性能的绝缘性能1.均匀和稍不均匀电场中均匀和稍不均匀电场中SF6的击穿特性的击穿特性击穿过程击穿过程过程电子附着过
62、程过程电子附着过程电子碰撞中性粒子子碰撞中性粒子发生生电离，离，产生大量自由生大量自由电子子同同时又被又被SF6分子吸附成分子吸附成负离离子，使自由子，使自由电子数减少，阻子数减少，阻碍放碍放电的形成和的形成和发展展u电子附着系数电子附着系数一个电子沿电场方向运动一个电子沿电场方向运动1cm的行程所发的行程所发生的电子附着次数平均值生的电子附着次数平均值132电负性气体有效碰撞电离系数电负性气体有效碰撞电离系数均匀电场中电子崩的增长规律均匀电场中电子崩的增长规律式中：式中：n0阴极表面的初始阴极表面的初始电子数；子数； na到达阳极到达阳极时的的电子数。子数。自持放电条件自持放电条件u强电负性
63、气体所处的条件为流注放电范畴强电负性气体所处的条件为流注放电范畴第八节第八节 SF6和气体绝缘电气设备和气体绝缘电气设备133SF6气体的击穿电压气体的击穿电压u由实验，常数由实验，常数K =10.5 相应的击穿电压为相应的击穿电压为 Ub= 88.5pd+0.38 (kV) 式中：式中： p气气压，Mpa ； d极极间距离距离，mm。 在工程中，通常在工程中，通常pd1MPmm， Ub88.5pd在稍不均匀电场中击穿场强不与气压成正比，而是增加的少在稍不均匀电场中击穿场强不与气压成正比，而是增加的少一些。一些。负极性时的击穿电压反而比正极性时低负极性时的击穿电压反而比正极性时低10%左右。左
64、右。第八节第八节 SF6和气体绝缘电气设备和气体绝缘电气设备1342.极不均匀电场中极不均匀电场中SF6的击穿特性的击穿特性u电场不均匀程度对电场不均匀程度对SF6击穿电压的影响远比对空气的影响大击穿电压的影响远比对空气的影响大40801201600.10.20.30.4p(MPa）Ub（ kV ）工工频交流交流电压（峰（峰值）+1.5/40s冲冲击电压图图2-18u异常情况异常情况工工频击穿穿电压随气随气压的的变化，化，曲曲线存在存在“驼峰峰”（0.1-0.2MPa工作气工作气压下）；下）；“驼峰峰”区雷区雷电冲冲击电压明明显低于静低于静态击穿穿电压。u注意：注意： SF6只用于均匀或稍不均
65、匀电场，不能用于极不均匀只用于均匀或稍不均匀电场，不能用于极不均匀电场。电场。第八节第八节 SF6和气体绝缘电气设备和气体绝缘电气设备135（三）（三）SF6混合气体混合气体1.纯纯SF6气体气体的缺陷的缺陷u价格高；液化温度不够低；对电场的均匀度太敏感价格高；液化温度不够低；对电场的均匀度太敏感2.SF6混合气体混合气体u将将SF6气体和别的气体（气体和别的气体（N2、CO2）按一定容积比混合）按一定容积比混合p混合后要考虑的问题：混合后要考虑的问题：混合后其混合后其灭弧性能、弧性能、绝缘性能如何？性能如何？混合后气体的物理化学特性如何？（是否极易液化？有毒？）混合后气体的物理化学特性如何？
66、（是否极易液化？有毒？）第八节第八节 SF6和气体绝缘电气设备和气体绝缘电气设备1363.SF6N2混合气体混合气体横坐标：横坐标：SF6百分含量；百分含量；纵坐标：混合后气体的击纵坐标：混合后气体的击穿场强与纯穿场强与纯SF6击穿场强击穿场强的比值的比值u当当SF6占占80%，N2占占20%时：混合时：混合气体的击穿场强还是纯气体的击穿场强还是纯SF6击穿场击穿场强的强的90%以上；以上；u当当SF6占占60%，N2占占40%时：混合时：混合气体的击穿场强是纯气体的击穿场强是纯SF6击穿场强击穿场强的的90%左右；左右；uSF6N2混合气体混合气体特点：特点：p能能较好保持好保持纯SF6的的
67、绝缘性能性能；p更好的物理化学特性更好的物理化学特性(液化温度低液化温度低)p能取得很大的能取得很大的经济效益。效益。第八节第八节 SF6和气体绝缘电气设备和气体绝缘电气设备137（四）气体绝缘电气设备（四）气体绝缘电气设备1.封闭式绝缘组合电器（封闭式绝缘组合电器（GIS）uGIS 由断路器、隔离开关、接地刀闸、互感器、避雷器、母由断路器、隔离开关、接地刀闸、互感器、避雷器、母线、连线和出线终端等部件组合而成，全部封闭在充线、连线和出线终端等部件组合而成，全部封闭在充SF6 气气体的金属外壳中。体的金属外壳中。uGIS具有下列突出优点：具有下列突出优点：大大大大节省占地面省占地面积和空和空间
68、体体积（SF6绝缘性能好，大大减少性能好，大大减少设备与与设备、设备对地的距离）。地的距离）。运行安全可靠。运行安全可靠。有利于有利于环保，使运行人保，使运行人员不受不受电场和磁和磁场的影响。的影响。安装工作量小、安装工作量小、检修周期修周期长。 第八节第八节 SF6和气体绝缘电气设备和气体绝缘电气设备138第八节第八节 SF6和气体绝缘电气设备和气体绝缘电气设备500 kV 户外户外GIS139第八节第八节 SF6和气体绝缘电气设备和气体绝缘电气设备500 kV 户内户内GIS1402.气体绝缘管道输电线气体绝缘管道输电线 （GIC）u气绝缘管道输电线亦可称为气体绝缘电缆气绝缘管道输电线亦可
69、称为气体绝缘电缆( (GIC），它与充油），它与充油电缆相比具有如下优点：电缆相比具有如下优点：电容量小，只有充油电缆的电容量小，只有充油电缆的1/4左右，充电电流小，传输距离左右，充电电流小，传输距离长；长；损耗小。充油电缆介质损耗大。损耗小。充油电缆介质损耗大。传输容量大。常规电缆截面不超过传输容量大。常规电缆截面不超过2000mm2第八节第八节 SF6和气体绝缘电气设备和气体绝缘电气设备141隧道中隧道中SF6绝缘电缆绝缘电缆 第八节第八节 SF6和气体绝缘电气设备和气体绝缘电气设备1423.气体绝缘变压器（气体绝缘变压器（GIT）u气体绝缘变压器与传统的油浸变压器相比，有以下主要优点气
70、体绝缘变压器与传统的油浸变压器相比，有以下主要优点GIT是防火防爆型变压器，特别适合城市高层建筑的供电和是防火防爆型变压器，特别适合城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。用于地下矿井等有防火防爆要求的场合。气体传递震动的能力比液体小，所以气体传递震动的能力比液体小，所以GIT的噪声小于油浸变的噪声小于油浸变压器。压器。气体介质不会老化，简化了维护工作。气体介质不会老化，简化了维护工作。第八节第八节 SF6和气体绝缘电气设备和气体绝缘电气设备返回返回143第九节第九节 大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正u我国的国家标准规定的标准大气条件：我
71、国的国家标准规定的标准大气条件：p压力：压力：P0=101.3KPa（760mmHg）p温度：温度：t0=20或或T0=293Kp绝对湿度：绝对湿度：h0=11g/m3(每立方米水蒸气每立方米水蒸气11克）克）u在实际试验件下的气隙击穿电压在实际试验件下的气隙击穿电压U与标准大气条件下的击穿电与标准大气条件下的击穿电压压U0之间的换算关系：之间的换算关系：式中：式中：Kd空气密度校正因数；空气密度校正因数；Kh湿度校正因数。湿度校正因数。p注意：空气密度的变化实注意：空气密度的变化实际上是际上是压力压力和和温度温度的变化的变化144式中：式中： p气气压，kPa； T温度温度，K 。第九节第九
72、节 大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正（一）（一）空气密度的校正空气密度的校正u空气的密度与压力和温度有关空气的密度与压力和温度有关1.空气的相对密度空气的相对密度2.大气条件下，气隙的击穿电压随大气条件下，气隙的击穿电压随的增高而提高。的增高而提高。密度增加密度增加气体被压紧，气气体被压紧，气隙之间距离很短隙之间距离很短虽然自由电子碰撞次数多，但虽然自由电子碰撞次数多，但自由行程短，碰撞有效性差自由行程短，碰撞有效性差电离数很低电离数很低击穿电压高击穿电压高145u实验表明，当实验表明，当处于处于0.951.05的范围内时，的范围内时，气隙的击穿电气隙的
73、击穿电压几乎与压几乎与成正比成正比，即此时的空气密度校正因数，即此时的空气密度校正因数 Kd ，因，因而而U U03.对更长空气间隙来说，击穿电压与大气的关系并不是一对更长空气间隙来说，击穿电压与大气的关系并不是一种简单的线形关系。而是随电极形状、电压类型和气隙种简单的线形关系。而是随电极形状、电压类型和气隙长度而变化的复杂关系。长度而变化的复杂关系。uKd 计算式计算式式中：式中：m 、n 与与电极形状、极形状、气隙气隙长度、度、电压类型型及极性有关，及极性有关，值在在0.41.0的范的范围内内变化化第九节第九节 大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正146
74、（二）（二）湿度的校正湿度的校正大气的湿度越大，气隙的击穿电压增高大气的湿度越大，气隙的击穿电压增高p大气中的水分子能大气中的水分子能够俘俘获自由自由电子而形成子而形成负离子，离子，对气体气体的放的放电过程起着抑制作用程起着抑制作用均匀和稍不均匀电场中，湿度影响不太明显均匀和稍不均匀电场中，湿度影响不太明显p均匀和稍不均匀均匀和稍不均匀电场中，放中，放电开始开始时，整个气隙的，整个气隙的电场强度都很大，度都很大，电子运子运动速度速度较快，不易被水分子俘快，不易被水分子俘获极不均匀电场中，湿度影响很明显极不均匀电场中，湿度影响很明显p极不均匀极不均匀电场中，放中，放电开始开始时，电场强度比度比较
75、低，出低，出现电晕放放电，这时电子运子运动速度速度较慢，容易被水分子俘慢，容易被水分子俘获p修正式：修正式： Kh = k 式中：式中：k 与绝对温度和电压类型有关，指数与绝对温度和电压类型有关，指数 之值取决于电极形状、气隙长度、电压类之值取决于电极形状、气隙长度、电压类型及其极性。型及其极性。第九节第九节 大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正147（三）（三）海拔高度的校正海拔高度的校正1.海拔高度越大，气隙的击穿电压越低海拔高度越大，气隙的击穿电压越低u海拔越高海拔越高空气越稀薄空气越稀薄大气压力和相对密度越小大气压力和相对密度越小击穿电击穿电压降低压
76、降低2.我国国家标准规定：对于安装在海拔高于我国国家标准规定：对于安装在海拔高于1000m 、但不、但不超过超过4000m 处的电力设施外绝缘，处的电力设施外绝缘，其试验电压其试验电压U 应为平应为平原地区外绝缘的试验电压原地区外绝缘的试验电压Up 乘以海拔校正因数乘以海拔校正因数Ka U = Ka Up式中：式中：H安装点的海拔高度，安装点的海拔高度，m。第九节第九节 大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正返回返回148第十节第十节 提高气体介质电气强度的方法提高气体介质电气强度的方法（一）（一）两个途径两个途径改善电场分布，使之尽量均匀（内因）改善电场分布
77、，使之尽量均匀（内因）利用其它方法来削弱气体中的电离过程（外因）利用其它方法来削弱气体中的电离过程（外因）（二）（二）方法方法1.改善电场分布的方法改善电场分布的方法改进电极形状改进电极形状改进电极形状改进电极形状利用空间电荷畸变电场利用空间电荷畸变电场利用空间电荷畸变电场利用空间电荷畸变电场采用屏障采用屏障采用屏障采用屏障149第十节第十节 提高气体介质电气强度的方法提高气体介质电气强度的方法2.削弱气体电离过程的方法削弱气体电离过程的方法采用高气压采用高气压采用高气压采用高气压采用高电气强度气体采用高电气强度气体采用高电气强度气体采用高电气强度气体采用高真空采用高真空采用高真空采用高真空1
78、58小结小结纯空气隙纯空气隙击穿理论击穿理论与电场均与电场均匀度有关匀度有关均匀电场均匀电场汤逊理论汤逊理论流注理论流注理论内容：内容：过程过程过程过程自持放电条件：自持放电条件： (ed1) 1适用范围：适用范围：低气压、短气隙低气压、短气隙内容：内容：电子崩电子崩流注过程流注过程自持放电条件：自持放电条件： ed常数常数适用范围：适用范围：高气压、长气隙高气压、长气隙不均匀电场不均匀电场电晕放电：电晕放电：极不均匀电场特有的自持放极不均匀电场特有的自持放 电现象电现象极性效应极性效应正棒正棒负板负板电晕起始电压高电晕起始电压高间隙击穿电压低间隙击穿电压低负棒负棒正板正板电晕起始电压低电晕起
79、始电压低间隙击穿电压高间隙击穿电压高159小结小结纯空气隙纯空气隙击穿理论击穿理论与电压类与电压类型有关型有关静态击穿电压（直静态击穿电压（直流、工频）流、工频）放电时间足够，击穿电压有确定值放电时间足够，击穿电压有确定值标准波形标准波形U50%：击穿百分比为击穿百分比为50%的击穿电压的击穿电压v-t特性：特性：气隙的冲击击穿电压与放电气隙的冲击击穿电压与放电 时间的关系。用于绝缘配合时间的关系。用于绝缘配合雷电冲击击雷电冲击击穿电压穿电压特点特点邻近效应：邻近效应：接地物体靠近放电间隙接地物体靠近放电间隙 降低正极性击穿电压，降低正极性击穿电压， 提高负极性击穿电压提高负极性击穿电压 非周
80、期性双指数衰减波非周期性双指数衰减波衰减震荡操作冲击波衰减震荡操作冲击波饱和现象：饱和现象：增大气隙的长度，不增大气隙的长度，不 能提高其击穿电压。能提高其击穿电压。波形波形U形曲线：形曲线：一定波前时间内一定波前时间内 ，U50%比工频击穿电压低比工频击穿电压低操作冲击击操作冲击击穿电压穿电压标准波形标准波形非周期性双指数衰减波非周期性双指数衰减波雷电截波雷电截波160小结小结纯空气隙纯空气隙击穿理论击穿理论与气体状与气体状态有关态有关空气密度空气密度相对密度相对密度空气湿度空气湿度影响：影响：气隙的击穿电压随气隙的击穿电压随的增高而提高的增高而提高影响：影响：湿度越大，气隙的击穿电压增高湿
81、度越大，气隙的击穿电压增高校正：校正： Kh = k 海拔高度海拔高度空气空气SF6物理化学特性：物理化学特性：无色、无味，化学性能稳定无色、无味，化学性能稳定绝缘特性：绝缘特性：击穿电压是空气的击穿电压是空气的3倍，灭弧性能大倍，灭弧性能大 约是空气的约是空气的100倍倍混合气体：混合气体：较好保持纯较好保持纯SF6的绝缘性能；更好的物的绝缘性能；更好的物理化学特性理化学特性(液化温度低液化温度低);能取得很大的经济效益能取得很大的经济效益气体绝缘电气设备：气体绝缘电气设备：封闭式绝缘组合电器、气体封闭式绝缘组合电器、气体 绝缘变压器、气体绝缘管道输电线绝缘变压器、气体绝缘管道输电线 校正：
82、校正： U U0影响：影响：海拔高度越大，气隙的击穿电压越低海拔高度越大，气隙的击穿电压越低校正：校正： U = Ka Up与气体种与气体种类有关类有关161小结小结提高气体介提高气体介质电气强度质电气强度的方法的方法改善电场改善电场分布分布改进电极形状改进电极形状 使电场分布更加均匀使电场分布更加均匀利用放电产生的空间电荷改善电场分布利用放电产生的空间电荷改善电场分布，使电场均匀度提高，使电场均匀度提高采用高气压采用高气压减小电子平均自由行程，削弱电离过程减小电子平均自由行程，削弱电离过程积聚空间电荷，改善电场分布积聚空间电荷，改善电场分布利用空间电利用空间电荷畸变电场荷畸变电场利用屏障利用
83、屏障削弱气体削弱气体电离过程电离过程采用高电气采用高电气强度气体强度气体削弱间隙中的碰撞电离过程削弱间隙中的碰撞电离过程采用高真空采用高真空卤族元素：很强的电负性；分子直径大，卤族元素：很强的电负性；分子直径大，电子自由行程短；易发生极化现象电子自由行程短；易发生极化现象162第十一节第十一节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故（教材（教材P22）（一）（一）沿面放电的一般概念沿面放电的一般概念u沿面放电沿面放电沿着固体介质表面的气体发生的放电沿着固体介质表面的气体发生的放电u闪络闪络沿面放电发展到贯穿沿面放电发展到贯穿性的空气击穿性的空气击穿p导体都要靠固体体都要靠固体绝缘装置装置（各（各
84、类绝缘子）固定，同子）固定，同时固体固体绝缘装置装置还起着起着电气气绝缘的作用。它的作用。它们丧失失绝缘功能有两种可能，：功能有两种可能，：一是固体介一是固体介质本身的本身的击穿。穿。二是沿着固体介二是沿着固体介质表面表面发生生闪落。落。163第十一节第十一节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故u注意注意p沿面闪络电压比气体或者固体单独存在时的击穿电压都要沿面闪络电压比气体或者固体单独存在时的击穿电压都要低；低；p在表面潮湿污染的情况下，沿面闪落电压会更低。在表面潮湿污染的情况下，沿面闪落电压会更低。p一个绝缘装置的实际耐压能力取决于它的沿面闪络电压。一个绝缘装置的实际耐压能力取决于它的沿面
85、闪络电压。164（二）（二）沿面放电的类型和特点沿面放电的类型和特点u沿面放电与固体介质表面的电场分布有很大关系沿面放电与固体介质表面的电场分布有很大关系1.界面电场分布的三种典型情况界面电场分布的三种典型情况固体介质处于均匀电场中，且界面固体介质处于均匀电场中，且界面与电力线平行，与电力线平行，p工程中比工程中比较少少见，但，但实际结构构中会遇到固体中会遇到固体处于稍不均匀于稍不均匀电场中、且界面与中、且界面与电力力线大致平大致平行的情况。行的情况。此此时沿面放沿面放电特性特性与均匀与均匀电场的情况相似。的情况相似。u界面界面气体介质与固体介质的交界面气体介质与固体介质的交界面E电极电极固体
86、介质固体介质第十一节第十一节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故165固体介质处于极不均匀电场中，且固体介质处于极不均匀电场中，且界面电场的垂直分量界面电场的垂直分量 En 比平行于比平行于表面的切线分量表面的切线分量 Et 大得多大得多EtEnE电极电极固体介质固体介质p类似于变压器用类似于变压器用电容套管电容套管第十一节第十一节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故166固体介质处于极不均匀电场中，固体介质处于极不均匀电场中，且且界面电场的水平分量界面电场的水平分量 Et 比垂直分比垂直分量量 En大得多大得多电极电极固体介质固体介质p类似于支持绝缘子类似于支持绝缘子EtEnE电极电极复
87、合支持复合支持绝缘子子户外高外高压支持支持绝缘子子第十一节第十一节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故1672.沿面放电的特性沿面放电的特性 均匀和稍不均匀电场中的沿面放电均匀和稍不均匀电场中的沿面放电u放电特点：放电特点：放电总发生在沿着固体放电总发生在沿着固体介质表面，且放电电压比纯空气间介质表面，且放电电压比纯空气间隙的放电电压要低隙的放电电压要低. .电极电极固体介质固体介质放电路径放电路径u原因原因固体介质与电极表面没有完全密合存在小气隙固体介质与电极表面没有完全密合存在小气隙, ,或介面有裂或介面有裂纹纹小气隙存在小气隙存在形成形成(气体气体固体固体气体气体)串联回路串联回路电场
88、强度与介电常数成电场强度与介电常数成反比且气体介电常数小反比且气体介电常数小 小气隙中电小气隙中电场强度大场强度大小气隙内先发生放小气隙内先发生放电，产生带电粒子电，产生带电粒子带电粒子在电场作用下带电粒子在电场作用下沿固体介质表面运动沿固体介质表面运动固体介质表面电场变得不均固体介质表面电场变得不均匀，导致沿面闪络电压低匀，导致沿面闪络电压低所以放电总发生在沿着固体介质表面所以放电总发生在沿着固体介质表面第十一节第十一节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故168介质表面易吸收水分介质表面易吸收水分，形成一层很薄的，形成一层很薄的膜，水膜中的离子在电场作用下向两极膜，水膜中的离子在电场作用下
89、向两极移动，易在电极附近积聚电荷，移动，易在电极附近积聚电荷，使介质使介质表面电场不均匀表面电场不均匀，降低闪络电压，导致，降低闪络电压，导致放电总发生在沿着固体介质表面。放电总发生在沿着固体介质表面。介质表面不可能绝对光滑介质表面不可能绝对光滑及及介质表面电介质表面电阻不均匀阻不均匀，使，使表面电场不均匀表面电场不均匀，降低闪，降低闪络电压，导致放电总发生在沿着固体介络电压，导致放电总发生在沿着固体介质表面。质表面。电极电极固体介质固体介质放电路径放电路径第十一节第十一节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故169 极不均匀电场具有强垂直分量时的沿面放电（套管）极不均匀电场具有强垂直分量时的
90、沿面放电（套管）u放电过程放电过程外加电压较低，首外加电压较低，首先在电场强的法兰先在电场强的法兰盘处盘处发生电晕放电发生电晕放电辉光放电辉光放电外加电压升高，外加电压升高，电晕放电延伸电晕放电延伸滑闪放电滑闪放电电压超过某一值电压超过某一值电压微小升高，滑闪迅速延电压微小升高，滑闪迅速延伸，贯穿两极伸，贯穿两极 沿面闪络沿面闪络强垂直场强分量作用强垂直场强分量作用使带电粒子不断使带电粒子不断摩擦介质表面摩擦介质表面局部温度升高局部温度升高个别地个别地方发生方发生热电离热电离出现明亮的树枝状放电出现明亮的树枝状放电第十一节第十一节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故170 极不均匀电场中垂直
91、分量很弱时的沿面放电（绝缘子）极不均匀电场中垂直分量很弱时的沿面放电（绝缘子）u注意注意由于界面上电场垂直分量很弱，因此不会出现热电离和由于界面上电场垂直分量很弱，因此不会出现热电离和滑闪放电滑闪放电平均闪络场强比均匀电场时低得多；但大于前一种有滑平均闪络场强比均匀电场时低得多；但大于前一种有滑闪放电的情况闪放电的情况 u放电过程放电过程电晕放电电晕放电辉光放电辉光放电外加电压升高，外加电压升高，电晕放电延伸电晕放电延伸电压超过某一值电压超过某一值沿面闪络沿面闪络第十一节第十一节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故171（三）（三）沿面放电电压的影响因素和提高方法沿面放电电压的影响因素和提高
92、方法1.影响因素影响因素 固体介质材料固体介质材料p亲水性亲水性介质表面易吸潮介质表面易吸潮介质表面电阻下降介质表面电阻下降沿面闪络沿面闪络电压下降电压下降p憎水性憎水性介质表面不易吸潮介质表面不易吸潮沿面闪络电压提高沿面闪络电压提高u取决于材料的取决于材料的亲水性亲水性或或憎水性憎水性第十一节第十一节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故172 电场形式电场形式u相同的表面闪络距离下，均匀电场和稍不均匀电场中的沿面相同的表面闪络距离下，均匀电场和稍不均匀电场中的沿面闪络电压最高；闪络电压最高；u在极不均匀电场中，沿面闪络电压比同样距离的纯空气间隙在极不均匀电场中，沿面闪络电压比同样距离的纯空
93、气间隙的击穿电压降低得较少，因而单纯靠增大极间距离等措失提的击穿电压降低得较少，因而单纯靠增大极间距离等措失提高沿面放电电压的可能幅度也不大；高沿面放电电压的可能幅度也不大；u只有采取防治或推迟滑闪放电的措施才能收到效果。只有采取防治或推迟滑闪放电的措施才能收到效果。第十一节第十一节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故173IIIIIIIIIIIII法兰法兰导杆导杆2.提高沿面放电电压的方法提高沿面放电电压的方法 u以套管为例（具有强垂直分量的极不均匀电场）以套管为例（具有强垂直分量的极不均匀电场）u等值电路分析等值电路分析p电流：电流：导线与法兰两极间导线与法兰两极间的电流沿绝缘表面经过的
94、电流沿绝缘表面经过Rs流到各流到各C0；p电压：电压：表面各处电流不同，表面各处电流不同，越靠近法兰电流越大，单越靠近法兰电流越大，单位长度压降也大，使得表位长度压降也大，使得表面电压分布不均匀；面电压分布不均匀；p场强：场强：法兰附近，电场强法兰附近，电场强度大，其垂直分量也大，度大，其垂直分量也大，极易发生滑闪放电。极易发生滑闪放电。Rs表面电阻；表面电阻；C0 瓷套对地电容；瓷套对地电容；Gr体积电导体积电导(0)；法兰法兰瓷套瓷套导杆导杆第十一节第十一节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故174u提高方法提高方法加大法兰处瓷套的外直径和璧厚加大法兰处瓷套的外直径和璧厚外直径璧外直径璧
95、厚增加厚增加减小减小对地对地电容电容C0分流作用减分流作用减小小表面电流更均匀表面电流更均匀电压分布更均匀电压分布更均匀沿面电场更沿面电场更均匀均匀沿面闪络电压沿面闪络电压提高提高IIIIIIIIIIIII法兰法兰导杆导杆第十一节第十一节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故175IIIIIIIIIIIII法兰法兰导杆导杆在法兰处电场强度较强的瓷套外在法兰处电场强度较强的瓷套外表面涂上半导体漆或半导体釉表面涂上半导体漆或半导体釉涂半导体涂半导体漆（釉）漆（釉）减小减小法兰附法兰附近表面电阻近表面电阻法兰附近压法兰附近压降减小降减小表面电场分布更表面电场分布更加均匀加均匀沿面闪络电压沿面闪络电压
96、提高提高第十一节第十一节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故176（四）（四）固体表面有水膜时的沿面放电固体表面有水膜时的沿面放电u湿闪电压湿闪电压洁净洁净表面被雨水淋湿时的沿面放电电压表面被雨水淋湿时的沿面放电电压u绝缘子表面水膜大都是不均匀且不连续的绝缘子表面水膜大都是不均匀且不连续的p有水膜的表面电导大；有水膜的表面电导大；p无水膜的表面电导小。无水膜的表面电导小。第十一节第十一节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故177u湿闪时沿面放电的过程（棒型支柱绝缘子）湿闪时沿面放电的过程（棒型支柱绝缘子）结果都是结果都是形成形成ABA电弧放电通电弧放电通道道，出现一连串的，出现一连串的AB
97、A通道就通道就造成整个绝缘子完全闪落。造成整个绝缘子完全闪落。电压升高电压升高可能空气间隙可能空气间隙BA先先击穿击穿可能干表面可能干表面BCA先先闪落闪落u注意：注意：如雨量特别大时，如雨量特别大时，伞缘间有可能被伞缘间有可能被雨水短接而构成电弧通道雨水短接而构成电弧通道，绝缘子也将发，绝缘子也将发生完全的闪落。生完全的闪落。第十一节第十一节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故178绝缘子湿闪沿面放电绝缘子湿闪沿面放电第十一节第十一节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故179u湿闪时沿面放电的三大途径（棒型支柱绝缘子）湿闪时沿面放电的三大途径（棒型支柱绝缘子）沿湿表面沿湿表面AB和干表面
98、和干表面BCA发展，绝发展，绝缘子缘子湿闪电压为干闪时的湿闪电压为干闪时的4050。沿湿表面沿湿表面AB和空气间隙和空气间隙BA发展，绝发展，绝缘子湿闪电压不会下降很多。缘子湿闪电压不会下降很多。沿湿表面沿湿表面AB和水流和水流BB发展，湿闪电发展，湿闪电压降到很低的数值。压降到很低的数值。第十一节第十一节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故180（五）（五）绝缘子染污状态下的沿面放电绝缘子染污状态下的沿面放电u污闪电压污闪电压绝缘子表面有绝缘子表面有湿污层湿污层时的沿面闪络电压时的沿面闪络电压u绝缘子在多年的户外运行中，积污是难免的绝缘子在多年的户外运行中，积污是难免的第十一节第十一节 沿
99、面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故181当该电压周围空气当该电压周围空气的沿面闪络电压的沿面闪络电压1.绝缘子污闪的过程绝缘子污闪的过程介质介质积污、受潮区积污、受潮区积污、受潮积污、受潮介质表面电导率介质表面电导率介质表面电阻介质表面电阻流过介质表面电流流过介质表面电流表面发热表面发热干区干区形成干区形成干区形成局部干区形成局部干区干区表面电阻干区表面电阻干区的电压干区的电压电弧电弧局部电弧局部电弧干区形成局部电弧干区形成局部电弧电弧发展电弧发展电弧延伸、拉长（爬电现象）电弧延伸、拉长（爬电现象）表面闪络表面闪络电弧贯穿电弧贯穿在电流密度大的区域在电流密度大的区域第十一节第十一节 沿面放电和
100、污闪事故沿面放电和污闪事故182绝缘子污闪绝缘子污闪第十一节第十一节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故1832.导致绝缘子污闪的根本原因导致绝缘子污闪的根本原因工业粉尘、废气、自然盐碱、灰尘、鸟粪等污秽物的污染工业粉尘、废气、自然盐碱、灰尘、鸟粪等污秽物的污染3.绝缘子污闪的气象条件（污层受潮条件）绝缘子污闪的气象条件（污层受潮条件）毛毛雨、露、雪、雾、风等毛毛雨、露、雪、雾、风等4.积污的地点积污的地点城市城市农村；化工厂、火电厂、冶炼厂等重污染地区农村；化工厂、火电厂、冶炼厂等重污染地区第十一节第十一节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故1845.污闪的危害污闪的危害u污闪次数虽然没
101、有雷击闪络那样多，但污闪事故后果大于污闪次数虽然没有雷击闪络那样多，但污闪事故后果大于雷击事故后果；雷击事故后果；p因为雷击仅发生在一点，可实现自动重合闸，停电短，因为雷击仅发生在一点，可实现自动重合闸，停电短，影响小影响小p由于一个区域内绝缘子积污受潮情况差不多，所以污闪由于一个区域内绝缘子积污受潮情况差不多，所以污闪一般为一片地区，难实现自动重合闸，停电长，影响大一般为一片地区，难实现自动重合闸，停电长，影响大p污闪一般发生在运行电压下，属于典型的绝缘下降问题。污闪一般发生在运行电压下，属于典型的绝缘下降问题。第十一节第十一节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故1856.绝缘子表面积污程
102、度（污秽度）的表征绝缘子表面积污程度（污秽度）的表征u污秽度除了与积污量有关，还与污秽的化学成分有关污秽度除了与积污量有关，还与污秽的化学成分有关u等值附盐密度（等值盐密）等值附盐密度（等值盐密）每平方厘米表面所沉积的等每平方厘米表面所沉积的等效氯化钠（效氯化钠（NaCl）毫克数。）毫克数。u等值的方法：等值的方法：p把表面沉积的污秽刮下，溶于把表面沉积的污秽刮下，溶于300ml蒸馏水，测出其在蒸馏水，测出其在20水温时的电导率；然后在另一杯水温时的电导率；然后在另一杯20 、300ml的蒸的蒸馏水中加入馏水中加入NaCl，直到其，直到其电导率等于混合盐溶液的电导电导率等于混合盐溶液的电导率时
103、率时，所加入的，所加入的NaCl毫克数，即为等值盐量，再除以绝毫克数，即为等值盐量，再除以绝缘子的表面积，即可得出缘子的表面积，即可得出“等值盐密等值盐密” ( mg/cm2 ) 第十一节第十一节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故186（六）（六）污闪事故的对策污闪事故的对策1.调整爬距（增大泄露距离）调整爬距（增大泄露距离）u一定电压下，电弧延伸的长度（爬电距离）是有限的。一定电压下，电弧延伸的长度（爬电距离）是有限的。u措施：措施：增加绝缘子串数；增加绝缘子串数；增加每串绝缘子的表面面积，增加裙带。增加每串绝缘子的表面面积，增加裙带。第十一节第十一节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事
104、故1872.定期或不定期的清扫定期或不定期的清扫u采用高压水枪进行水冲刷采用高压水枪进行水冲刷p断电冲刷断电冲刷p带电冲刷：要求水的电导率不能过大带电冲刷：要求水的电导率不能过大第十一节第十一节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故1883.采用涂料采用涂料u采用憎水性涂料，使表面不易吸潮采用憎水性涂料，使表面不易吸潮p早期：硅油，硅脂；有效期不长（半年左右）早期：硅油，硅脂；有效期不长（半年左右）p近年：硫化硅橡胶。有效期长（十年以上）近年：硫化硅橡胶。有效期长（十年以上）4.采用半导体釉绝缘子采用半导体釉绝缘子绝缘子釉层具有绝缘子釉层具有一定电导性一定电导性表面流有一定的电流（该电流不表面
105、流有一定的电流（该电流不会破坏绝缘子本身的绝缘结构）会破坏绝缘子本身的绝缘结构）表面发热，温度表面发热，温度略高于周围环境略高于周围环境表面不易吸潮，表面不易吸潮，积污较少积污较少u原理原理第十一节第十一节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故1895.新型合成绝缘子新型合成绝缘子u结构结构不同电压等级的硅不同电压等级的硅橡胶合成绝缘子橡胶合成绝缘子p伞套材料为伞套材料为“硅橡硅橡胶胶”p芯棒为芯棒为“玻璃钢玻璃钢”第十一节第十一节 沿面放电和污闪事故沿面放电和污闪事故190十一、沿面放电和污闪事故十一、沿面放电和污闪事故u与瓷绝缘子相比的优点与瓷绝缘子相比的优点重量轻（仅相当于瓷绝缘子的重量轻（仅相当于瓷绝缘子的1/10左右）左右）抗弯、抗拉、耐冲击附和等机械性能都很好。抗弯、抗拉、耐冲击附和等机械性能都很好。电气绝缘性能好，特别是在严重污染和大气潮湿的情况下电气绝缘性能好，特别是在严重污染和大气潮湿的情况下性能十分优异；性能十分优异；耐电弧性能也很好。耐电弧性能也很好。500kV线路用合成绝线路用合成绝缘子替换瓷绝缘子缘子替换瓷绝缘子返回返回191u结束！结束！
