高电压技术1气体的放电特性

《高电压技术1气体的放电特性》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高电压技术1气体的放电特性（70页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、高高 电电 压压 技技 术术潘大伟潘大伟信控学院电气工程系信控学院电气工程系1高电压技术导言高电压技术导言一、本课程学习目的一、本课程学习目的 通过本课程学习应重点掌握电力系统产生过电压的通过本课程学习应重点掌握电力系统产生过电压的机理和过电压保护的基本方法，培养学生分析和解决电机理和过电压保护的基本方法，培养学生分析和解决电力系统中绝缘与作用电压矛盾的能力。通过本课程学习力系统中绝缘与作用电压矛盾的能力。通过本课程学习，为今后从事有关高电压与绝缘方面的工作打下基础。，为今后从事有关高电压与绝缘方面的工作打下基础。 二、主要内容二、主要内容各类电介质在高电场下的特性各类电介质在高电场下的特性电

2、气设备绝缘试验技术电气设备绝缘试验技术电力系统过电压与绝缘配合电力系统过电压与绝缘配合2 三、参考书目三、参考书目1.1.高电压技术高电压技术 文远芳文远芳 华中科技大学出版社华中科技大学出版社2.2.高电压技术高电压技术 周浩周浩 浙江大学出版社浙江大学出版社3.3.高电压技术高电压技术 张一尘张一尘 中国电力出版社中国电力出版社4.4.高电压技术高电压技术 周泽存周泽存 中国电力出版社中国电力出版社3第一篇第一篇 各类电介质在高电场下的各类电介质在高电场下的特性特性 主要介绍固体、液体、气体介质的放电、闪络、主要介绍固体、液体、气体介质的放电、闪络、击穿特性和极化、电导、损耗等电气现象，以

3、及提高击穿特性和极化、电导、损耗等电气现象，以及提高电介质电气强度的方法。电介质电气强度的方法。主要内容：主要内容：气体的放电基本物理过程和电气强度气体的放电基本物理过程和电气强度固体、液体介质的电气特性固体、液体介质的电气特性4第第1 1章章 气体的放电基本物理过程和气体的放电基本物理过程和电气强度电气强度主要内容：主要内容： 本章主要介绍气体放电的汤逊理论和流注理论，本章主要介绍气体放电的汤逊理论和流注理论，气体放电的基本规律、击穿特性和影响因素，以及提气体放电的基本规律、击穿特性和影响因素，以及提高气体介质电气强度的方法。此外还介绍沿面放电以高气体介质电气强度的方法。此外还介绍沿面放电以

4、及防污对策。及防污对策。5第第1 1节节 汤逊理论和流注理论汤逊理论和流注理论主要内容：主要内容： 一、一、非自持放电和自持放电非自持放电和自持放电 二、二、汤逊理论汤逊理论 三、巴申定律三、巴申定律 四、流注理论四、流注理论 五、强电负性气体自持放电的条件五、强电负性气体自持放电的条件6一、自持放电和非自持放电一、自持放电和非自持放电oaoa初始阶段初始阶段abab良好的绝缘状态良好的绝缘状态bcbc碰撞电离碰撞电离带电离子带电离子 cscs气体间隙击穿，电流急剧增加气体间隙击穿，电流急剧增加非自持放电非自持放电：依靠外电离因素作用而维持的放电：依靠外电离因素作用而维持的放电自持放电自持放电

5、：只依靠外施电压而维持的放电：只依靠外施电压而维持的放电U U0 0：放电起始电压：放电起始电压7二、汤逊理论二、汤逊理论 汤逊从均匀电场、低气压、短气隙的气体放电实验汤逊从均匀电场、低气压、短气隙的气体放电实验出发，总结出的气体放电理论。出发，总结出的气体放电理论。1.1.电子崩的形成电子崩的形成 阴极电极表面由于光电离产阴极电极表面由于光电离产生电子（起始电子）生电子（起始电子）电场作用电场作用向阳极运动向阳极运动动能增大动能增大发生发生碰撞电离碰撞电离产生新电子产生新电子电子数电子数量增多量增多电子崩电子崩 正离子正离子向阴极运动向阴极运动加强加强阴极电场或与阴极碰撞阴极电场或与阴极碰撞

6、产生新产生新电子电子雪崩现象加剧雪崩现象加剧放电自持放电自持82.2.三个系数三个系数作用作用：定量分析气隙中的放电过程：定量分析气隙中的放电过程系数系数电子沿电场方向运动电子沿电场方向运动1 1cmcm平均发生的碰撞电平均发生的碰撞电离次数离次数电子崩过程（电子崩过程（过程过程）系数系数正离子沿电场方向运动正离子沿电场方向运动1 1cmcm平均发生的碰撞平均发生的碰撞电离次数电离次数离子崩过程（离子崩过程（过程过程）系数系数折合到每个碰撞阴极表面的正离子，使阴极折合到每个碰撞阴极表面的正离子，使阴极金属平均释放出的自由电子数金属平均释放出的自由电子数离子崩达到阴极后引起离子崩达到阴极后引起阴

7、极发射二次电子的过程（阴极发射二次电子的过程（过程过程）93.3.均匀电场中电子崩的计算均匀电场中电子崩的计算解方程得：解方程得：过程电子崩的电子过程电子崩的电子过程中产生的离子崩中的正离子数过程中产生的离子崩中的正离子数 过程在阴极上释放出二次电子数过程在阴极上释放出二次电子数如果如果 便开始转入自持放电阶段便开始转入自持放电阶段因此自持放电的条件为：因此自持放电的条件为：103.3.汤逊理论汤逊理论汤逊理论的实质汤逊理论的实质：电子碰撞电离是气体放电的主要原因：电子碰撞电离是气体放电的主要原因，二次电子来源于正离子撞击阴极使阴极表面逸出电子，二次电子来源于正离子撞击阴极使阴极表面逸出电子，

8、逸出电子是维持气体放电的必要条件。，逸出电子是维持气体放电的必要条件。 所逸出的电子能否接替起始电子的作用是自持放电所逸出的电子能否接替起始电子的作用是自持放电的判据。的判据。适用范围适用范围：解释低气压、短气隙中的放电现象：解释低气压、短气隙中的放电现象11三、巴申定律三、巴申定律U0：均匀电场中，气体：均匀电场中，气体的自持放电的起始电压，的自持放电的起始电压，等于气隙的击穿电压等于气隙的击穿电压Ub。巴申定律巴申定律：当气体成分和电极材料一定时，气体间隙：当气体成分和电极材料一定时，气体间隙击穿电压击穿电压Ub是气压是气压p和极间距离和极间距离d乘积的函数。乘积的函数。12 由曲线可知，

9、随由曲线可知，随pd的变化，击穿电压有最小值。的变化，击穿电压有最小值。 该现象可由汤逊理论加以解释：形成自持放电需要该现象可由汤逊理论加以解释：形成自持放电需要达到一定的电离数达到一定的电离数 d，而，而这这又决定于碰撞次数与又决定于碰撞次数与电电离离概率的乘机。概率的乘机。13 巴申定律：巴申定律：Ub b= =f( (pd) ) 当考虑温度变化时，可以用气体的相对密度当考虑温度变化时，可以用气体的相对密度代代替大气压力。替大气压力。Ts、ps：标准大气压，：标准大气压，Ts=293K，psT、p：实验时大气条件：实验时大气条件14四、流注理论四、流注理论1.1.汤逊理论的不足汤逊理论的不

10、足 汤逊理论适用于低气压、短气隙的放电现象，但是汤逊理论适用于低气压、短气隙的放电现象，但是解释高气压、长气隙时，与实际相矛盾。解释高气压、长气隙时，与实际相矛盾。2.2.流注的形成和发展流注的形成和发展 起始电子起始电子碰撞电离碰撞电离初始电子崩初始电子崩正离正离子暂留子暂留电场畸变电场畸变发射光子发射光子产生二次产生二次电子电子二次电子崩二次电子崩产生充满正负粒子的产生充满正负粒子的通道通道流注形成流注形成153.3.流注理论流注理论 形成流注的必要条件是电子崩发展到足够的程度形成流注的必要条件是电子崩发展到足够的程度后，电子崩中的空间电荷足以使原电场明显畸变，同后，电子崩中的空间电荷足以

11、使原电场明显畸变，同时放射出大量光子成为空间光电离的辐射源。时放射出大量光子成为空间光电离的辐射源。 二次电子主要来源于空间的光电离。二次电子主要来源于空间的光电离。汤逊理论：二次电子主要来源于正离子碰撞阴极的逸汤逊理论：二次电子主要来源于正离子碰撞阴极的逸出电子。出电子。4.4.流注的产生条件流注的产生条件 流注的产生条件即自持放电条件，对于均匀场为：流注的产生条件即自持放电条件，对于均匀场为： 一般认为当一般认为当ad20ad20（e eadad10108 8）便可满足上述条件，）便可满足上述条件，使流注得以形成。使流注得以形成。165.5.强电负性气体的自持放电条件强电负性气体的自持放电

12、条件（1 1）附着效应）附着效应系数系数 一个电子沿电场方向运动一个电子沿电场方向运动1cm1cm时，平均发生的电子时，平均发生的电子附着次数。附着次数。 在电负性气体中，有效碰撞电离次数为：在电负性气体中，有效碰撞电离次数为： 汤逊自持放电条件中的汤逊自持放电条件中的不能简单用不能简单用- -代替，代替，因为在电负性气体中，正离子数等于增新的电子数与因为在电负性气体中，正离子数等于增新的电子数与负离子数之和。负离子数之和。（2 2）电负性气体的自持放电条件）电负性气体的自持放电条件K K：电子崩中电子的临界值取对数，对于：电子崩中电子的临界值取对数，对于SFSF6 6，。，。17第第2 2节

13、节 不均匀电场中的放电过程不均匀电场中的放电过程稍不均匀电场和极不均匀电场的放电特点稍不均匀电场和极不均匀电场的放电特点极不均匀电场中的电晕放电现象极不均匀电场中的电晕放电现象极不均匀电场中的放电过程极不均匀电场中的放电过程均匀电场均匀电场不均匀电场不均匀电场稍不均匀电场稍不均匀电场极不均匀电场极不均匀电场18一、稍不均匀电场和极不均匀电场一、稍不均匀电场和极不均匀电场1.1.球隙大小与放电情况之间关系球隙大小与放电情况之间关系（1 1）d2Dd2D 电场较均匀（稍不均匀），一旦出电场较均匀（稍不均匀），一旦出现自持放电，立即导致整个气隙击穿。现自持放电，立即导致整个气隙击穿。（2 2）d4D

14、d4D 电场极不均匀电场极不均匀电压达到某一临界值（电晕起始电压达到某一临界值（电晕起始电压）电压）电晕放电电晕放电电压继续升高电压继续升高刷状细火花刷状细火花气气隙完全击穿隙完全击穿（3 3）2Dd4D2Dd4D 过渡区域过渡区域电压升高电压升高不稳定电弧不稳定电弧电弧立刻转电弧立刻转换为火花放电换为火花放电气隙完全击穿气隙完全击穿192.2.实验结论实验结论两球间距越大，电场越不均匀两球间距越大，电场越不均匀电场越不均匀，击穿电压与电晕起始电压差别越大。电场越不均匀，击穿电压与电晕起始电压差别越大。3.3.电场不均匀度的划分电场不均匀度的划分（1 1）根据是否存在稳定电晕划分）根据是否存在

15、稳定电晕划分存在稳定电晕：极不均匀电场（存在稳定电晕：极不均匀电场（d4Dd4D）不存在稳定电晕，电晕一出现气隙马上击穿：稍不均不存在稳定电晕，电晕一出现气隙马上击穿：稍不均匀电场（匀电场（ d2Dd2D、2Dd4D2Dd4D）（2 2）根据电场不均匀系数划分）根据电场不均匀系数划分 f=Emax/Eav Eav=U/d f4：极不均匀电场：极不均匀电场204.4.电场均匀度与击穿电压之间的关系电场均匀度与击穿电压之间的关系电场越不均匀，击穿电压越低；电场越不均匀，击穿电压越低；极不均匀电场的电晕起始电压即为放电起始电压，由极不均匀电场的电晕起始电压即为放电起始电压，由发生电晕至击穿的过程还必

16、须升高电压才能完成。发生电晕至击穿的过程还必须升高电压才能完成。21二、极不均匀电场中的电晕放电现象二、极不均匀电场中的电晕放电现象1.1.电晕和晕光电晕和晕光 在极不均匀电场中，气隙在完全击穿之前，电极在极不均匀电场中，气隙在完全击穿之前，电极附近会产生电晕放电。附近会产生电晕放电。 电晕放电的强度与外加电压、电极形状、极间距电晕放电的强度与外加电压、电极形状、极间距离、气体性质和密度相关。离、气体性质和密度相关。 电晕放电的起始场强：电晕放电的起始场强：m1：导体表面粗糙系数，光滑导线为：导体表面粗糙系数，光滑导线为1，绞线为，绞线为。m2：由天气产生的可用系数，好天气为：由天气产生的可用

17、系数，好天气为1，坏天，坏天气为气为。222.2.电晕的应用、危害和防治方法电晕的应用、危害和防治方法电晕放电的害处：引起功率损耗；产生放电脉冲，导电晕放电的害处：引起功率损耗；产生放电脉冲，导致电磁干扰、噪声；产生臭氧和氧化氮。致电磁干扰、噪声；产生臭氧和氧化氮。电晕放电的应用：静电除尘器、臭氧发生器、静电喷电晕放电的应用：静电除尘器、臭氧发生器、静电喷涂等。涂等。 防止电晕方法：采用分裂导线、扩径导线。防止电晕方法：采用分裂导线、扩径导线。 对对330kV330kV、500kV500kV、750kV750kV的线路可分别采用二分裂、的线路可分别采用二分裂、四分裂、六分裂导线。四分裂、六分裂

18、导线。23四分裂导线四分裂导线24钢芯铝绞线和扩径钢芯铝绞线钢芯铝绞线和扩径钢芯铝绞线25三、极不均匀电场中的放电过程三、极不均匀电场中的放电过程1.1.概述概述棒棒板电极中，电离首先从棒极开始；板电极中，电离首先从棒极开始；放电发展过程与电极极性有关；放电发展过程与电极极性有关；电场极性取决于曲率较小电极的极性；电场极性取决于曲率较小电极的极性；在两个电极几何形状相同时，极性取决于不接地的那在两个电极几何形状相同时，极性取决于不接地的那个棒极的极性。个棒极的极性。2.2.自持放电前的阶段自持放电前的阶段正极性棒正极性棒板电极板电极：电晕起始电压较高：电晕起始电压较高负极性棒负极性棒板电极板电

19、极：电晕起始电压较低：电晕起始电压较低262.2.自持放电后阶段自持放电后阶段 极不均匀电场中，由电晕放电发展到击穿放电的极不均匀电场中，由电晕放电发展到击穿放电的阶段。阶段。正极性棒正极性棒板电极板电极：击穿电压较低：击穿电压较低负极性棒负极性棒板电极板电极：击穿电压较高：击穿电压较高273.3.总结总结 对于极不均匀电场，击穿的极性效应与电晕放电对于极不均匀电场，击穿的极性效应与电晕放电的极性效应相反。的极性效应相反。 在工程实际中，进行绝缘冲击试验，要施加正极在工程实际中，进行绝缘冲击试验，要施加正极性的冲击电压。性的冲击电压。4.4.长气隙（大于长气隙（大于1m1m）放电过程）放电过程

20、 流注不会一次贯穿整个气隙，而是出现逐级推进流注不会一次贯穿整个气隙，而是出现逐级推进的先导放电现象。的先导放电现象。 电晕放电电晕放电先导放电先导放电主放电主放电28第第3 3节节 空气间隙在各种电压下的击穿特性空气间隙在各种电压下的击穿特性主要内容：主要内容：作用电压类型作用电压类型空气间隙在稳态电压下的击穿空气间隙在稳态电压下的击穿空气间隙在冲击电压下的击穿空气间隙在冲击电压下的击穿29一、作用电压类型一、作用电压类型稳态电压稳态电压：直流电压、工频交流电压：直流电压、工频交流电压冲击电压冲击电压：雷电冲击电压、操作冲击电压：雷电冲击电压、操作冲击电压二、空气气隙在稳态电压下的击穿二、空

21、气气隙在稳态电压下的击穿1.1.均匀电场气隙的击穿均匀电场气隙的击穿 均匀场气隙在直流、均匀场气隙在直流、工频电压作用下的击穿电工频电压作用下的击穿电压是相同的。压是相同的。d=110cm时，击穿场强约为时，击穿场强约为30kV/cm。30 2. 稍不均匀电场中的击穿稍不均匀电场中的击穿（1）球隙）球隙 a.dD/4时，电场不时，电场不均匀程度增大，均匀程度增大，击穿场强下降，击穿场强下降，出现极性效应；出现极性效应；c.球隙测压器的工球隙测压器的工作范围作范围dD/2；否；否则因放电分散性则因放电分散性增大，不能保证增大，不能保证测量的精度。测量的精度。 31 放电球隙测压器，放电球隙测压器

22、，是一对直径相同的球是一对直径相同的球型电极，当其与高压型电极，当其与高压试验变压器、控制台、试验变压器、控制台、调压器等组成成套测调压器等组成成套测试设备后，可在工频试设备后，可在工频高压试验时用于高压高压试验时用于高压测量及保护被试品之测量及保护被试品之用。用。 32（2）同轴圆柱）同轴圆柱 高压标准电容器、单芯电缆、高压标准电容器、单芯电缆、GISGIS分相母线分相母线r/R时，稍不均匀电场，击穿时，稍不均匀电场，击穿前不出现电晕，且由图可见，当前不出现电晕，且由图可见，当r/R时击穿电压出现极大值（电时击穿电压出现极大值（电气设备在绝缘设计时尽量将气设备在绝缘设计时尽量将r/R选取选取

23、的范围内）。的范围内）。 为什么有极大值？为什么有极大值？ Uc：电晕起始电压：电晕起始电压Ub：击穿电压：击穿电压R：外径：外径r：内径：内径333. 极不均匀电场中的击穿极不均匀电场中的击穿“导线导线导线导线”可用可用“棒棒棒棒”气隙击穿特性估气隙击穿特性估算算“导线导线大地大地”可用可用“棒棒板板”气隙击穿特性估气隙击穿特性估算算 不仅电极的对称程度影响气隙的击穿特性，而且不仅电极的对称程度影响气隙的击穿特性，而且极间距离大小对击穿电压也有很大影响。极间距离大小对击穿电压也有很大影响。“棒棒-棒棒”和和“棒棒-板板”空气间隙的空气间隙的直流击穿特性直流击穿特性（1 1）短气隙直流击穿特性

24、）短气隙直流击穿特性直流电压下，棒直流电压下，棒板电极具有板电极具有明显的极性效应，棒明显的极性效应，棒棒电极极棒电极极性效应较弱。性效应较弱。棒棒棒电极的击穿电压介于极棒电极的击穿电压介于极性不同的棒性不同的棒板电极之间。板电极之间。34“棒棒-棒棒”和和“棒棒-板板”长空气间隙长空气间隙的直流击穿特性的直流击穿特性（2 2）长气隙直流击穿特性）长气隙直流击穿特性 特性与短气隙直流击穿特性特性与短气隙直流击穿特性相同。相同。 可用于估算超高压直流输电可用于估算超高压直流输电过程中对称布置和不对称布置所过程中对称布置和不对称布置所需的绝缘距离。需的绝缘距离。正极性棒正极性棒板电极：板电极：负极

25、性棒负极性棒板电极：板电极：10kV/cm10kV/cm棒棒棒电极：棒电极：（3 3）工频交流击穿特性）工频交流击穿特性 大家推算一下，对于棒大家推算一下，对于棒板电极和棒板电极和棒棒电极，棒电极，在工频电压下有什么特性？在工频电压下有什么特性？35（4 4）长空气间隙工频击穿电压）长空气间隙工频击穿电压在距离小于在距离小于1m1m的范围内，两种电极的工频击穿电压的范围内，两种电极的工频击穿电压几乎相等。几乎相等。 当距离超过当距离超过2m2m，击穿电压和气隙间隙距离的关系出，击穿电压和气隙间隙距离的关系出现饱和趋势。现饱和趋势。设计电气设备时，应尽量避免棒设计电气设备时，应尽量避免棒板电极的

26、出现。板电极的出现。36二、空气间隙在冲击电压下的击穿二、空气间隙在冲击电压下的击穿1.在雷电冲击电压下的击穿在雷电冲击电压下的击穿（1）雷电冲击电压标准波形）雷电冲击电压标准波形T1：波前时间：波前时间us T2：半峰值时间：半峰值时间50us标准波形：标准波形：us（2）冲击放电的时延）冲击放电的时延U0：静态击穿电压：静态击穿电压ts：统计时延：统计时延tf：形成时延：形成时延冲击放电总时间为：冲击放电总时间为：tb=t1+ts+tf37（3）雷电）雷电50%冲击击穿电压（冲击击穿电压（U50%） 在多次施加同一电压时，其中半数导致气隙击穿，在多次施加同一电压时，其中半数导致气隙击穿，以

27、此反映以此反映气隙的耐受冲击电压的特性气隙的耐受冲击电压的特性。 绝缘冲击系数：绝缘冲击系数： = U50%/U0均匀和稍不均匀电场中：均匀和稍不均匀电场中：U50%U0，1极不均匀电场中：极不均匀电场中： U50%U0， 1长空气间隙的雷电击穿特性长空气间隙的雷电击穿特性1：正极性：正极性“棒棒板板”2：正极性：正极性“棒棒棒棒”3：负极性：负极性“棒棒棒棒”4：负极性：负极性“棒棒板板”38（4 4）伏秒特性）伏秒特性定义定义：在同一冲击电压波形作用下，间隙上出现的：在同一冲击电压波形作用下，间隙上出现的击穿电压值和放电时延之间的关系曲线，为伏秒特性击穿电压值和放电时延之间的关系曲线，为伏

28、秒特性曲线。曲线。 一般用来表征气隙在冲击电压下的击穿特性。一般用来表征气隙在冲击电压下的击穿特性。求取伏秒特性曲线的试验方法求取伏秒特性曲线的试验方法伏秒特性曲线的分散性伏秒特性曲线的分散性39伏秒特性的作用伏秒特性的作用：秒特性曲：秒特性曲线主要用于保护装置和被保护线主要用于保护装置和被保护设备之间的绝缘配合。设备之间的绝缘配合。保护间隙的伏秒特性曲线应保护间隙的伏秒特性曲线应在被保护设备的伏秒特性曲线在被保护设备的伏秒特性曲线的下方；的下方；平坦的伏秒特性曲线有利于平坦的伏秒特性曲线有利于较好的实现绝缘配合。较好的实现绝缘配合。402.操作冲击电压下的击穿操作冲击电压下的击穿非周期双指数

29、冲击波非周期双指数冲击波 波前时间：波前时间：Tcr=250us 半峰值时间：半峰值时间：T2=2500us记做记做250/2500us衰减震荡波衰减震荡波 第一个半波的持续时间为第一个半波的持续时间为20003000us，第二个半，第二个半波为反极性，峰值约占第一个半波峰值的波为反极性，峰值约占第一个半波峰值的4/5。41（1）均匀电场和稍不均匀电场）均匀电场和稍不均匀电场 气隙的气隙的50%冲击击穿电压与工频击穿电压几乎相同，冲击击穿电压与工频击穿电压几乎相同，击穿几乎发生在峰值。击穿几乎发生在峰值。（2）极不均匀电场）极不均匀电场操作冲击电压下，极不均匀场长气隙操作冲击电压下，极不均匀场

30、长气隙Tcr-U50%击穿特性击穿特性呈呈U形曲线；形曲线；气隙的操作冲击击穿电压不仅远低于雷电冲击击穿电气隙的操作冲击击穿电压不仅远低于雷电冲击击穿电压，甚至在某些波前时间比工频击穿电压还低；压，甚至在某些波前时间比工频击穿电压还低；极不均匀电场长气隙的操作冲击击穿特性具有极不均匀电场长气隙的操作冲击击穿特性具有“饱和饱和”特征；特征；操作冲击电压下的气隙击穿电压和放电时间的分散性操作冲击电压下的气隙击穿电压和放电时间的分散性都雷电冲击电压下大得多。都雷电冲击电压下大得多。42第第4 4节节 大气条件对气隙击穿特性的影响大气条件对气隙击穿特性的影响对空气密度的校正对空气密度的校正对湿度的校正

31、对湿度的校正对海拔高度的校正对海拔高度的校正U0：标准大气压下的击穿电压：标准大气压下的击穿电压Kd：空气密度校正系数：空气密度校正系数Kh：湿度校正系数：湿度校正系数43一、空气密度的校正一、空气密度的校正 当空气相对密度在范围内变动时，气隙的击穿电压与其当空气相对密度在范围内变动时，气隙的击穿电压与其密度成正比，及密度成正比，及kd适用条件适用条件：极间距离不大，电场比较均匀或长度虽长，但击穿：极间距离不大，电场比较均匀或长度虽长，但击穿电压仍随极间距离增加呈线性增大（如雷电冲击电压）的情况。电压仍随极间距离增加呈线性增大（如雷电冲击电压）的情况。其余情况：其余情况： m、n与电极形状、极

32、间距离、电压种类及极性有关，其与电极形状、极间距离、电压种类及极性有关，其值在之间。值在之间。44二、湿度的校正二、湿度的校正大气的湿度越大，气隙的击穿电压也会越高；大气的湿度越大，气隙的击穿电压也会越高；均匀和稍不均匀电场（球隙测压器），湿度影响可均匀和稍不均匀电场（球隙测压器），湿度影响可忽略不计；忽略不计；极不均匀电场：极不均匀电场：k：与绝对湿度和电压种类有关：与绝对湿度和电压种类有关：取决于：取决于电电极形状、极极形状、极间间距离、距离、电压电压种种类类及其极性及其极性三、三、对对海拔高度的校正海拔高度的校正 凡安装在海拔凡安装在海拔1000m4000m之之间间的的电电气气设备设备，

33、其其试验电压应试验电压应等于平原地区等于平原地区绝缘实验电压绝缘实验电压与海拔校正与海拔校正系数的乘系数的乘积积。45第第5 5节节 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研究气隙放电的目的研究气隙放电的目的： 提高气体介质强度，采用各种措施使气隙绝缘距提高气体介质强度，采用各种措施使气隙绝缘距离尽可能取小，以减小绝缘尺寸。离尽可能取小，以减小绝缘尺寸。主要内容：主要内容：一、改善电场分布一、改善电场分布 二、二、削弱或抑制气体介质中的电离过程削弱或抑制气体介质中的电离过程46一、改善电场分布一、改善电场分布1.1.改进电极形状以改善电场分布改进电极形状以改善电场分布 增大电极的

34、曲率半径、改善电极边缘形状等方法增大电极的曲率半径、改善电极边缘形状等方法减小场强差异，使电场均匀化。减小场强差异，使电场均匀化。2.2.利用空间电荷改善电场分布利用空间电荷改善电场分布 利用电晕层改善电场分布，进而利用电晕层改善电场分布，进而提高击穿电压。提高击穿电压。3.3.极不均匀电场中采用屏蔽改善电场极不均匀电场中采用屏蔽改善电场分布分布x/dx/d处使正极性棒处使正极性棒板电极增加板电极增加2 23 3倍；对于负极性棒倍；对于负极性棒板电极可能会板电极可能会起到反作用。起到反作用。棒棒棒电极应当设置两层屏蔽。棒电极应当设置两层屏蔽。只能提高稳态击穿电压。只能提高稳态击穿电压。47二、

35、削弱或抑制电离过程二、削弱或抑制电离过程1.1.采用高气压采用高气压 在均匀电场中，压缩空气气压在在均匀电场中，压缩空气气压在1010个大气压以下个大气压以下时，击穿电压随气压增加而成线性增加。时，击穿电压随气压增加而成线性增加。2.2.采用强电负性气体采用强电负性气体 六氟化硫和氟利昂是常用强电负性气体，绝缘强六氟化硫和氟利昂是常用强电负性气体，绝缘强度达到空气的倍。度达到空气的倍。3.3.采用高真空采用高真空 采用高真空可以使气隙的击穿电压得到显著上升。采用高真空可以使气隙的击穿电压得到显著上升。48第第6节节 沿面放电及防污对策沿面放电及防污对策沿面放电的基本概念沿面放电的基本概念沿面放

36、电界面电场分布与特点沿面放电界面电场分布与特点固体介质表面有水膜时的沿面放电固体介质表面有水膜时的沿面放电绝缘子污染状态下的沿面放电绝缘子污染状态下的沿面放电49一、沿面放电的基本概念一、沿面放电的基本概念沿面放电沿面放电：沿气体介质与固体介质的交界面上发展的放电现象，：沿气体介质与固体介质的交界面上发展的放电现象，它是一种持殊的气体放电。它是一种持殊的气体放电。绝缘子（绝缘支柱）：支撑、悬挂高压导体绝缘子（绝缘支柱）：支撑、悬挂高压导体套管：固定高压导体套管：固定高压导体固体介质固体介质沿面滑闪：尚未发生击穿的放电沿面滑闪：尚未发生击穿的放电沿面闪络：沿面击穿放电现象沿面闪络：沿面击穿放电现

37、象放电形式放电形式 沿面闪络电压比纯气隙击穿电压要低得多，因此一个绝缘沿面闪络电压比纯气隙击穿电压要低得多，因此一个绝缘装置的实际耐压能力是取决于它的沿面闪络电压。沿面闪络电装置的实际耐压能力是取决于它的沿面闪络电压。沿面闪络电压决定其外绝缘的绝缘水平。压决定其外绝缘的绝缘水平。绝缘子绝缘子套管套管50二、沿面放电界面电场分布与特点二、沿面放电界面电场分布与特点界面电场分布可以分为上述三种典型情况。界面电场分布可以分为上述三种典型情况。511. 1. 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 此时沿面闪络电压比纯空气间隙的击穿电压低得此时沿面闪络电压比纯空气间隙的击穿电压低

38、得多，均匀电场发生畸变。主要有以下原因：多，均匀电场发生畸变。主要有以下原因：潮气吸附到固体介质表面而形成薄水膜，其中离子潮气吸附到固体介质表面而形成薄水膜，其中离子移动导致电场不均匀，对工频和直流电压下的闪络电移动导致电场不均匀，对工频和直流电压下的闪络电压影响较大。压影响较大。固体介质与电极接触不良，存在小气隙，气隙内将固体介质与电极接触不良，存在小气隙，气隙内将首先发生放电，所产生的带电粒子使原有电场发生畸首先发生放电，所产生的带电粒子使原有电场发生畸变。变。固体介质表面电阻不均匀和表面的粗糙不平也会畸固体介质表面电阻不均匀和表面的粗糙不平也会畸变沿面电场。变沿面电场。52提高均匀电场沿

39、面闪络电压的措施提高均匀电场沿面闪络电压的措施：采用石蜡、硅橡胶等憎水性材料，而少采用瓷、玻采用石蜡、硅橡胶等憎水性材料，而少采用瓷、玻璃等亲水性材料；璃等亲水性材料；将电极与介质接触面仔细研磨，使两者紧密接触以将电极与介质接触面仔细研磨，使两者紧密接触以消除空气隙，或者在介质端面上喷涂金属，将气隙短消除空气隙，或者在介质端面上喷涂金属，将气隙短路，提高沿面闪络电压。路，提高沿面闪络电压。532.2.极不均匀电场具有强垂直分量时的沿面放电极不均匀电场具有强垂直分量时的沿面放电沿套管表面放电示意图沿套管表面放电示意图 具有强垂直分量极不均匀电场的沿面放电主要包具有强垂直分量极不均匀电场的沿面放电

40、主要包括括电晕放电电晕放电、辉光放电辉光放电、滑闪放电滑闪放电和和沿面闪络沿面闪络四个阶四个阶段。段。（1 1）沿面闪络电压降低的原因）沿面闪络电压降低的原因 主要是由于电流通过固体介质表面电容时，分流主要是由于电流通过固体介质表面电容时，分流引起介质表面的电压分布不均匀造成的。引起介质表面的电压分布不均匀造成的。54放电只和电场分布有关，而与电极的电位无关，可放电只和电场分布有关，而与电极的电位无关，可认为法兰加高压，导杆接地；认为法兰加高压，导杆接地；在介质表面，电流分布不均匀；在介质表面，电流分布不均匀；越靠近法兰处，电流越大，在法兰单位距离上的压越靠近法兰处，电流越大，在法兰单位距离上

41、的压降最大，电场最强，易发生游离。降最大，电场最强，易发生游离。55（2）提高沿面闪络电压的具体措施）提高沿面闪络电压的具体措施减小比电容减小比电容C0，可采用加大法兰处套管的外径和壁厚，可采用加大法兰处套管的外径和壁厚，也可采用介电常数较小的介质；也可采用介电常数较小的介质；减小绝缘表面电阻减小绝缘表面电阻R0，可通过减小介质表面电阻率实，可通过减小介质表面电阻率实现，如在套管靠近接地法兰处涂半导体釉、在电机绝缘现，如在套管靠近接地法兰处涂半导体釉、在电机绝缘的出槽口处涂半导体漆等。的出槽口处涂半导体漆等。 563.3.极不均匀电场具有弱垂直分量时的沿面放电极不均匀电场具有弱垂直分量时的沿面

42、放电（1 1）放电特点）放电特点电极本身的形状和布置已使电场很不均匀，其表面电极本身的形状和布置已使电场很不均匀，其表面状况、材料吸湿性能以及电极与介质的间隙对降低闪状况、材料吸湿性能以及电极与介质的间隙对降低闪络电压已不明显；络电压已不明显；由于电场的垂直分量较小，表面无大的电容电流流由于电场的垂直分量较小，表面无大的电容电流流过，不会出现热游离和滑闪现象；过，不会出现热游离和滑闪现象；57（2）提高沿面闪络电压的具体措施）提高沿面闪络电压的具体措施增高支柱绝缘子，即加大极间距离；增高支柱绝缘子，即加大极间距离；增加悬式绝缘子片数；增加悬式绝缘子片数； 35kV线路一般用线路一般用3片；片；

43、110kV用用7片；片；220kV用用13片；片；330kV用用19片；片；500kV用用28片；对于耐张杆塔，考虑到片；对于耐张杆塔，考虑到绝缘子老化较快，通常增加绝缘子老化较快，通常增加12片；在机械负荷很大的片；在机械负荷很大的场合，可以将几串相同的绝缘子并联使用。场合，可以将几串相同的绝缘子并联使用。装设均压环，补偿部分对地电容电流，改善电压分布，装设均压环，补偿部分对地电容电流，改善电压分布，提高闪络电压。提高闪络电压。 如高如高的支柱绝缘子，干闪电压为的支柱绝缘子，干闪电压为588kV，导线处加，导线处加装直径为装直径为均压环后，干闪电压提高到均压环后，干闪电压提高到834kV。5

44、84.4.不同沿面电场分布的比较不同沿面电场分布的比较均匀电场的平均沿面闪络场强最高，具有强垂直分均匀电场的平均沿面闪络场强最高，具有强垂直分量电场的平均闪络场强最低。量电场的平均闪络场强最低。在界面具有弱垂直分量的极不均匀电场中，沿面闪在界面具有弱垂直分量的极不均匀电场中，沿面闪络电压比同样距离的纯空气间隙的击穿电压略有减小；络电压比同样距离的纯空气间隙的击穿电压略有减小；而在界面具有强垂直分量的极不均匀电场中，闪络电而在界面具有强垂直分量的极不均匀电场中，闪络电压最低。压最低。59三、固体介质表面有水膜时的沿面放电三、固体介质表面有水膜时的沿面放电 洁净的瓷面被雨水淋湿时的沿面放电。由于水

45、膜洁净的瓷面被雨水淋湿时的沿面放电。由于水膜不均匀和不连续不均匀和不连续有水膜的表面电导大，无水膜处电有水膜的表面电导大，无水膜处电导小。导小。雨中的棒性支柱绝缘子可能闪络途径雨中的棒性支柱绝缘子可能闪络途径ABBCA，湿闪络电压只有干闪络电，湿闪络电压只有干闪络电压的压的40%50%；ABBA(空气间隙空气间隙)，湿闪电压降低不，湿闪电压降低不多；多；ABBB(水流水流)，湿闪电压很低。，湿闪电压很低。 为保证绝缘子表面一部分不直接受雨淋，户外绝缘为保证绝缘子表面一部分不直接受雨淋，户外绝缘子安装有伞裙，伞裙突出主干直径的宽度与伞间距离之子安装有伞裙，伞裙突出主干直径的宽度与伞间距离之比通常

46、为比通常为1 1：2 2。60四、绝缘子污染状态下的沿面放电四、绝缘子污染状态下的沿面放电1.1.污闪的概念污闪的概念 当大气的湿度较高或者在雨雪天气下，绝缘子表当大气的湿度较高或者在雨雪天气下，绝缘子表面的污垢尘埃湿润，表面电导剧增，使其闪络电压降面的污垢尘埃湿润，表面电导剧增，使其闪络电压降低，甚至使绝缘子在工频电压下发生闪络，这就是绝低，甚至使绝缘子在工频电压下发生闪络，这就是绝缘子污闪。缘子污闪。2.2.污闪的危害污闪的危害 就经济损失而言，污闪在各类事故中居首位。就经济损失而言，污闪在各类事故中居首位。 由于一个地区的积污、受潮程度相差不多，在工由于一个地区的积污、受潮程度相差不多，

47、在工作电压作用下，该地区可能发生多处绝缘子同时发生作电压作用下，该地区可能发生多处绝缘子同时发生大面积闪络的严重事故，而且自动重合闸成功率较低，大面积闪络的严重事故，而且自动重合闸成功率较低，因此会造成事故扩大，造成大面积、长时间停电。因此会造成事故扩大，造成大面积、长时间停电。613.3.污闪的发展过程污闪的发展过程 悬式绝缘子铁脚和铁帽附近表面在干燥状态下一般不放电悬式绝缘子铁脚和铁帽附近表面在干燥状态下一般不放电在雨、雾、露下在雨、雾、露下污层湿，电导大污层湿，电导大污层中电流密度大污层中电流密度大烘烘干较快干较快出现干区出现干区干区电阻干区电阻湿污层电阻湿污层电阻整个绝缘子上的整个绝缘

48、子上的电压集中在干区电压集中在干区干区电场强度很大干区电场强度很大如足够大如足够大铁脚和铁帽铁脚和铁帽周围开始电晕放电或辉光放电，由于此时泄漏电流较大周围开始电晕放电或辉光放电，由于此时泄漏电流较大转变转变为电弧（存在于绝缘子局部为电弧（存在于绝缘子局部局部电弧）局部电弧）电弧附近烘干电弧附近烘干干干区扩大，电弧伸长区扩大，电弧伸长 如电压不足以维持电弧燃烧，电弧即灭。交流过零如电压不足以维持电弧燃烧，电弧即灭。交流过零 “熄熄 灭灭燃烧燃烧”或或“延伸延伸收缩收缩” 如电压如电压局部电弧长度局部电弧长度（爬电）（爬电）到一定程度时，不需到一定程度时，不需 更高电压就能自动延伸更高电压就能自动

49、延伸完成沿面闪络完成沿面闪络污闪电压污闪电压污闪的主要阶段污闪的主要阶段：积污积污受潮受潮干区形成干区形成局部电弧的出现和发展局部电弧的出现和发展624. 污秽等级的划分污秽等级的划分污秽度污秽度：采用等值盐密表征，每平方厘米表面沉淀的等效：采用等值盐密表征，每平方厘米表面沉淀的等效氯化钠毫克数。氯化钠毫克数。污秽污秽等级等级污湿特征污湿特征盐密盐密(mg/cm(mg/cm2 2) )线路线路发电厂发电厂变电所变电所0 0大气清洁地区及离海岸盐场大气清洁地区及离海岸盐场50km50km以上无明显污染地区以上无明显污染地区0.030.03大气轻度污染地区，工业区和人口低密集区，离海岸盐大气轻度污

50、染地区，工业区和人口低密集区，离海岸盐场场10km10km50km50km地区，在污闪季节中干燥少雾（含毛毛雨）地区，在污闪季节中干燥少雾（含毛毛雨）或雨量较多时或雨量较多时0.030.030.060.060.060.06大气中等污染地区，轻盐碱和炉烟污秽地区，离海岸盐大气中等污染地区，轻盐碱和炉烟污秽地区，离海岸盐场场3km3km10km10km地区，在污闪季节中潮湿多雾（含毛毛雨）地区，在污闪季节中潮湿多雾（含毛毛雨）但雨量较少时但雨量较少时0.060.060.100.100.060.060.100.10大气污染较严重地区，重雾和重盐碱地区，近海岸盐场大气污染较严重地区，重雾和重盐碱地区，

51、近海岸盐场1 13km3km地区，工业与人口密度较大地区，离化学污源和地区，工业与人口密度较大地区，离化学污源和炉烟污秽炉烟污秽300m300m1500m1500m的较严重污秽地区的较严重污秽地区0.100.100.250.250.100.100.250.25大气特别严重污染地区，离海岸盐场大气特别严重污染地区，离海岸盐场1km1km以内，离化学以内，离化学污源和炉烟污秽污源和炉烟污秽300m300m以内的地区以内的地区0.250.250.350.350.250.250.350.35635. 防止污闪的措施防止污闪的措施（1）增大爬电比距（泄漏比距）增大爬电比距（泄漏比距）爬电比距爬电比距 =

52、 外绝缘外绝缘“相相地地”之间的爬电距离之间的爬电距离/系统最高工作电压（系统最高工作电压（kV）因素：所加电压高低、外绝缘的爬电距离因素：所加电压高低、外绝缘的爬电距离（2）清扫表面积污）清扫表面积污 装设泄漏电流记录器，根据泄漏电流幅值和脉冲数监视污秽装设泄漏电流记录器，根据泄漏电流幅值和脉冲数监视污秽绝缘子运行情况，发出清扫预告信号。绝缘子运行情况，发出清扫预告信号。（3）用防污闪材料处理表面）用防污闪材料处理表面 在绝缘子表面涂上憎水性材料，防止形成连续的水膜。在绝缘子表面涂上憎水性材料，防止形成连续的水膜。（4）采用半导体釉和硅橡胶的绝缘子）采用半导体釉和硅橡胶的绝缘子 产生较大的泄漏电流，使绝缘子表面温度升高，防止污层吸产生较大的泄漏电流，使绝缘子表面温度升高，防止污层吸潮，积污也较小。潮，积污也较小。64656667686970