提高气体间隙击穿电压的方法
高电压 技术 提高气体间隙击穿电压的措施
程而显著提高气隙的击穿电压。 在电力设备中实际采用高真空作为绝缘媒质
的情况还不多，主要因为在各种设备的绝缘结构
中大都还要采用各种固体或液体介质，它们在真
空中都会逐渐释出气体，使高真空难以长期保持。
目前高真空仅在
真空断路器中得到实
际应用，真空不但绝
缘性能较好，而且还
350 700
许多高压电气装置的高压出线端(例如电力设备
高压套管导杆上端)具有尖锐的形状，往往需要加装
屏蔽罩来降低出线端附近空间的最大场强，提高电晕
起始电压。屏蔽罩的形状和尺寸应选得使其电晕起始 电压 U c 大于装置的最大对地工作电压 U g简单的屏蔽罩当然是球形屏蔽极，它的半径R
场，其平均击穿场强也不可能超越这一极限，可见
常压下空气的电气强度要比一般固体和液体介质的
电气强度低得多。
如果把空气加以压缩，使气压大大超过
0.1MPa(1atm)，那么它的电气强度也能得到显著的
提高。这主要是因为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。
如能在采用高气压的同时，再以某些高电气强 度气体（例如SF6气体）来代替空气，那就能获得 更好的效果。
具有很强的灭弧能力，
所以用于配电网中的 真空断路器还是很合 适的。
六、采用高电气强度气体
有一些含卤族元素的强电负性气体电气强度特 别高，因而可称之为高电气强度气体。采用这些气 体来替换空气，可以大大提高气隙的击穿电压，甚 至在空气中混入一部分这样的气体也能显著提高其 电气强度。
但仅仅满足高电气强度是不够的，还必须
很大，立体空间尺寸很大，整体表面又要
十分光洁的电极是不易制作的。
高电压提纲附答案(2)
高电压复习纲要学习情境一1、云母绝缘材料由哪几部分组成？云母制品的种类及用途答：组成：介电材料，补强材料，粘结剂种类：云母带：具有良好的电气和力学性能，在室温下具有柔软性，可以连续包绕电机线圈，经浸渍或模压成型为电机线圈主绝缘云母板：柔软云母板在常态时具有柔软性，任意弯曲而不破裂；塑型云母板在常温下是硬质板状材料，加热时变软，继续加热加压可以塑制成不同形状的绝缘构件云母箔：一般在电机、电器中用作卷烘式绝缘以及转子铜排绝缘2、钢化玻璃的用途答：用途：钢化玻璃绝缘子、制真空器件、发光器件显示外壳、绝缘。
3、常见的合成树脂材料有哪些？热塑性树脂与热固性树脂的区别？答：种类：交联聚乙烯，酚醛树脂，环氧树脂，聚乙烯，聚氯乙烯区别：热塑性树脂是加热成型后冷却硬固，再加热又软化，可以多次反复成型。
具有可溶性的树脂热固性树脂在热压成型后成为不溶熔的固化物，再加热也不软化，也就是只能塑制一次4、六氟化硫气体的性质答：物理性质：常态下，纯净的SF6气体为无色无味，无毒，不燃的惰性气体，容易液化化学性质：非常稳定，在空气中不燃烧，不助燃。
在150摄氏度下不与水、酸、碱、卤素及绝缘材料作用，在500摄氏度以下不分解，但温度超过600摄氏度时，SF6气体将产生部分热分解5、变压器的主绝缘和纵绝缘答：主绝缘：是绕组与接地部分之间以及绕组之间的绝缘纵绝缘：是指同一绕组的匝间、层间以及与静电屏之间的绝缘6、何为游离？按照能量来源的不同，游离分为哪几种形式？气体中带点质点的消失形式有哪几种？答：游离定义：中性原子从外界获得足够的能量，使原子中的一个或几个电子完全脱离原子核的束缚而成为自由电子和正离子（即带点质点）的过程游离形式：按照能量来源不同，可分为：碰撞游离，光游离，热游离，表面游离消失形式；带电质点受电场力的作用流入电极；带电质点的扩散；带电质点的复合7、汤逊理论的要点是什么？适用条件是什么？答：要点：均匀电场中，气体间隙的击穿主要由电子的碰撞游离和正离子撞击阴极表面造成的表面游离所引起的适用条件：在均匀电厂，低气压，短间隙的条件8、巴申定律的主要内容是什么？答：击穿电压Ub是气压P和间隙距离d乘积的函数：Ub=f(Pd)9、流注理论的要点是什么？适用条件是什么？答：要点：电子的碰撞游离和空间光游离是形成自持放电的主要因素，空间电荷对电场的畸变作用是产生光游离的重要原因适用条件：不均匀电场，高气压，长间隙的条件10、何为电晕放电？它有何危害？限制电晕的方法有哪些？答：定义：当电场极不均匀时，随间隙上所加电压的升高，在曲率半径小的电极附近，电场强度将先达到引起游离过程的数值，间隙在这一局部区域形成自持放电在高场强区，会出现蓝紫色的晕光，并发出“咝咝”的响声危害：产生能量损耗；产生高频电磁波，干扰信号；产生臭氧，氮氧化物，有腐蚀作用方法：改进电极形状，增大电极的曲率半径；对输电线路采用分裂导线11、何为极性效应？正棒——负棒和负棒——正棒间隙击穿电压和起晕电压之间的关系答：定义：对于电极形状不对称的不均匀电场间隙，如棒-板间隙，棒的极性不同，间隙的起晕电压和击穿电压不同。
(完整)高电压技术复习题(2)
1、电子极化具有以下四种类型：电子位移极化；离子位移极化；转向极化；空间电荷极化。
2、电子位移极化电场中的所有电介质内都从在电子位移极化，它是弹性的并不引起能量损耗，完成极化的时间极短，该时间已于可见光相近；单元粒子的电子极化电矩与温度有关，温度的变化只是通过介质密度的变化（即介质单位体积中粒子数的变化）才使介质的电子位移极化率发生变化。
3、离子位移极化在大多数情况下，离子位移极化有微量的能量损耗。
电介质的离子位移极化率随温度的升高而略有增大。
这是由于温度升高时电介质的体积膨胀，离子间的距离增大，离子间相互作用的弹性力减弱的结果。
4、转向极化外电场愈强，极性分子的转向定向就愈充分，转向极化就愈强烈。
转向极化的建立需较长的时间。
并伴有能量损耗。
5、空间电荷极化以上三种极化都是带电质点的弹性位移或转向形成的空间电荷极化的机理与上述不同，它是由带电质点（电子或正、负离子）的移动而形成的；在电场作用下，带电质点在电介质中移动时可能被晶格缺陷捕获或在两层介质的界面上堆积，造成电荷在电介质中新的分布从而产生电矩。
这种极化称为空间电荷极化。
5、气体介质的相对介电常数由于气体物质分子间的距离相对很大，即气体的密度很小，气体的极化率也就很小，故一切气体的相对介电常数都接近于1。
任何气体的相对介电常数均随温度的升高而减小，随压力的增大而增大，但其影响过程都很小。
6、中性液体介质中性液体介质的相对介电常数不大，其值在1.8~2.8范围内；7、极性液体介质低温时分子间的黏附力强，转向较难，转向极化对介电常数的贡献较小，随着温度的升高，分子间的黏附力减弱，转向极化对介电常数的贡献就较大，介电常数随之增大；另一方面，温度升高时，分子的热运动加强，对极性分子定向排列的干扰也随之增强，阻碍转向极化的完成，所以当温度进一步升高时介电常数反而趋向减小。
当频率相当低时，极性分子来得及跟随电场交变转向，介电常数较大，并且接近于直流电压下测得的介电常数，当频率超过某一临界值时，极性分子的转向就跟不上电场的变化，介电常数就开始减小，随着频率的增高介电常数最终接近于自由电子位移极化所引起的介电常数值。
成人教育函授专科《高电压技术》复习题目
成人教育函授专科《高电压技术》复习题目一、填空题1、电介质极化的主要形式有、离子式极化、偶极子式极化、夹层式极化。
2、气体游离的主要形式有、光游离、热游离、表面游离。
3、汤逊理论认为碰撞游离和是形成自持放电的主要因素；4、流注理论认为碰撞游离和是造成气隙击穿的主要原因。
5、巴申定律认为，气体的击穿电压与和间隙距离有关。
6、纯净液体电介质的击穿理论分为电击穿理论和理论。
7、高电压技术的研究对象是绝缘和。
8、电气设备的预防性试验分为和绝缘耐压试验。
9、测量介质损耗角正切值常用的仪器设备是。
10、试品的绝缘状况良好是，其吸收比应。
11、衡量输电线路防雷性能的两个指标是耐雷水平和。
12、雷云对大地放电的过程分为先导放电、、余光放电三个阶段。
13、发电厂、变电站内用来限制过电压的措施是加装。
14、进线段保护是指在临近变电所的一段线路上加强防雷保护措施。
15、绝缘配合的最终目的是确定设备的。
16、电介质是具有_________ 作用材料。
17、高电压技术研究的核心内容是设备绝缘水平和系统的协调配合。
18、极化的形式主要有电子式极化、、偶极子式极化、夹层式极化。
19、电介质在交流电压下的损耗包括_______损耗和极化损耗两部分。
20、固体电介质的击穿形式有三种:电击穿、_______ 和电化学击穿。
21、工频耐压试验中，加至规定的试验电压后，一般要求持续_____秒的耐压时间。
22、绝缘缺陷按存在的形态而言,可分为集中性缺陷和______ 缺陷两大类。
23、雷电放电可分为________、主放电和余光放电三个主要阶段。
24、避雷针和_________可以用来来防止直击雷的侵害。
25、电晕放电是____________电场中的特有的放电现象.26、工频耐压试验所需的试验电压通过____________和串联谐振两种方法产生。
27、气体放电现象包括击穿和_______两种现象。
28、________是表征电介质在电场作用下极化程度的物理量。
21课时 提高气体间隙击穿电压的措施
第21课时学习任务：提高气体间隙击穿电压的措施任务目标：1 了解提高气体击穿电压的两个途径2 理解不同电压下屏障的作用3 了解高气压、高介电强度气体的作用任务重点：极不均匀电场中屏障的作用任务难点：卤化物气体介电强度高的原因的理解任务实施：相关知识学习提高气体间隙击穿电压的措施提高气体击穿电压的两个途径：（1）改善电场分布，使之尽量均匀；一种是改进电极形状；另一种是利用气体放电本身的空间电荷畸变电场的作用。
（2）利用其他方法来削弱气体中的电离过程。
一、改进电极形状以改善电场分布（1）增大电极曲率半径；（2）改善电极边缘（毛刺、棱角）；（3）使电极具有最佳外形（对称电场棒-棒类型）。
二、利用空间电荷畸变电场的作用极不均匀电场中击穿前先发生电晕放电，所以在一定条件下，可以利用放电自身产生的空间电荷来改善电场分布，提高击穿电压。
细线效应三、极不均匀电场中屏障的作用在电场极不均匀的空气间隙中，放入薄片固体绝缘材料（例如纸或纸板），在一定条件下，可以显著提高间隙的击穿电压。
屏障一般采用很薄的固体绝缘材料，其本身的击穿电压很低，所以屏障效应不是由于屏障分担电压的作用而造成的。
屏障的作用和电压种类有关（一）直流电压下屏障的作用1、尖电极为正极性2、尖电极为负极性总体情况与尖电极为正极性相同负极性与正极性的差异：（1）不利于负离子的扩散；（2）屏蔽靠近尖电极情况与正极性有所不同。
直流电压下尖一板空气间隙的击穿电压和屏障位置的关系（二）工频电压下屏障的作用工频电压下极不均匀电场中同样能形成大量空间电荷，故屏障同样具有积聚空间电荷、改善电场的作用。
所以工频电压下，设置屏障可以显著提高间隙的击穿电压。
（三）雷电冲击电压下屏障的作用正极性时，屏障也可显著提高间隙的击穿电压。
负极性时设置屏障后，间隙的击穿电压和没有屏障时相差不多。
四、高气压的采用提高气压可以减小电子的平均自由行程，削弱电离过程，从而提高气体的介电强度。
五、高介电强度气体的采用（一）高介电强度气体（二）卤化物气体介电强度高的原因（1）卤族元素气体具有很强的电负性，气体分子容易和电子结合成为负离子，从而削弱了电子的碰撞电离能力，同时又加强了复合过程。
1.8-1.9-提高气体间隙击穿电压的措施 沿面放电
高电压技术
第1篇 电介质的电气特性
李 化 leehua@
1 气体电介质的绝缘特性
1.1 气体中带电粒子的产生和消失 1.2 均匀电场中气体的击穿 1.3 不均匀电场中气体的击穿 1.4 气体间隙的稳态击穿电压 1.5 雷电冲击作用下气体间隙的击穿
1.6 操作冲击作用下气体间隙的击穿
12
（二）削弱或抑制电离过程-采用高气压
① 原理：减小电子的平均自由行程，削弱电离过程
例：大气压力下空气的电气强度仅约为变压器油的1/5～1/8，提高 压力至1～1.5MPa，空气的电气强度和一般的液、固态绝缘材料如变 压器油、电瓷、云母等的电气强度相接近
② 高气压下应尽可能的改善电场分布，使电场均匀，否则用高 气压来提高击穿电压的效果不明显 因为电场的不均匀对击穿电压的影响比大气压对击穿电压 的影响要大得多。Why？ ③ 压缩空气绝缘及其它压缩气体绝缘在一些电气设备中已得到 采用。如高压空气断路器、高压标准电容器等
在标准大气条件下，某距离为4m的棒-极间隙 的正极性50％操作冲击击穿电压为1130kV。在 夏季某日温度为30℃，气压99.8kPa的大气条 件下，问其正极性50%操作冲击击穿电压为多 少kV?
PT0 99.8 273 20 0.953 PT 101.3 273 30 0
16
（二）削弱或抑制电离过程-采用强电负性气体
高电压工程基础(第3章)
• • • •
3. 采用高气压 • 巴申定律 • 需要设备外壳的密封性和机械强度提出很高的要求 4. 采用高抗电强度的气体 • 在气体电介质中，有一些含卤族元素的强电负件气 体，如六氟化硫(SF6)、氟里昂(CCl2F2)等，因其具有 强烈的吸附效应。所以在相同的压力下具有比空气高 得多的抗电强度．因此被称为高抗电强度的气体。 5. 采用高真空 • 真空间隙的击穿电压大致与间隙距离的平方根成正比
• 3.伏秒特性 • 工程上用气隙击穿期间出现的冲击电压的最大值和放电时 间的关系来表征气隙在冲击电压下的击穿特性，称为伏秒 特性。 • 实际上，由于放电时间的分散性．在每一电压下可得到 一系列放电时间。所以伏秒特性曲线是一个带状区域、通 常使用的是平均伏秒特性曲线。 • 均匀和稍不均匀电场气隙的伏秒特性曲线比较平坦，其放 电形成时延较短，比较稳定， • 极不均匀电场气隙的伏秒特性曲线比较陡峭。 • 保护设备（避雷器或间隙）需要伏秒特性曲线尽可能平坦， 并且位于被保护设备的伏秒特性之下且二者永不相交。
第三章 气体电介质的击穿特性
• 根据气体放电理论，可以说明气体放电的基本物 理过程．有助于分析各种气体间隙在各种高电压 下的放电机理和击穿规律。但由于气体放电的发 展过程比较复杂．影响因素较多，气隙击穿的分 散性较大，所以要想利用理论计算的方法来获取 各种气隙的击穿电压相当困难。因此通常都是采 用试验的方法来得到某些典型电极所构成的气隙 在各种电压下的击穿特性，以满足工程设计的需 要。 • 气隙的电场形式对气隙的击穿特性影响较大。此 外气隙所加电压的类型对气隙的击穿特性也有很 大关系。
三、极不均匀电场气隙在稳态电压下的击穿 特性 • 在极不均匀电场的气隙中，“棒一板”间 隙和“棒一棒”间隙具有典型意义。前者 具有最大的不对称性，后者则具有完全的 对称性。其他类型的极不均匀电场气隙的 击穿特性均介于这两种典型气隙的击穿特 性之间。
高电压 技术 提高气体间隙击穿电压的措施
等措施以消除一切尖角处的极不均匀电场，使
SF6 优异的绝缘性能得到充分的利用。
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(二)均匀和稍不均匀电场中SF6的击穿
SF6电负性气体中的碰撞电离和放电过程时， 除了考虑第一章中所说的 过程外，还应计及 电子附着过程，它可用一个与电子碰撞电离系数 的定义相似的电子附着系数 来表示， 的 定义是一个电子沿电场方向运动1cm的行程中所 发生的电子附着次数平均值。可见在电负性气体 中的有效碰撞电离系数 应为：
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可以看出：GIS的工 作气压越高，则Ra对Eb 的影响越大，因而对电 极表面加工的技术要求 也越高。
电极表面粗糙度大时，表面突起处的局部电场 强度要比气隙的平均电场强度大得多，因而可在 宏观上平均场强尚未达到临界值时就诱发击穿。
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除了表面粗糙度外，电极表面还会有其它零星 的随机缺陷，电极表面积越大，这类缺陷出现的概 率也越大。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”。
屏障用绝缘材料制成，但它本身的绝缘性能 无关紧要，重要的是它的密封性(拦住带电粒子的 能力)。它一般安装在电晕间隙中，其表面与电力 线垂直。
屏障的作用取决于它所拦住的与电晕电极同 号的空间电荷，这样就能使电晕电极与屏障之间 的空间电场强度减小，从而使整个气隙的电场分 布均匀化。
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六氟化硫和气体绝缘电气设备
➢六氟化硫的绝缘性能 ➢六氟化硫理化特性方面的若干问题 ➢六氟化硫混合气体 ➢气体绝缘电气设备
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插入屏障结果表明， 插入屏障结果表明， 在工频电压下， 在工频电压下，在 棒-板间隙中设置屏 板间隙中设置屏 障可以显著地提高 击穿电压。屏障插 击穿电压。 入的位置在距棒极 20%长度的地方效 长度的地方效 果最好， 果最好，屏障离棒 极越远，效果越差。 极越远，效果越差。
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第二章
气体放电
《高电压技术》课题组 高电压技术》
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2-6 提高气体间隙击穿电压的方法
目的 1.掌握提高气体间隙击穿电压的方法 1.掌握提高气体间隙击穿电压的方法 方法 案例分析、 1、 案例分析、讲解演示 2、 讨论交流、归纳总结 讨论交流、
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4、高真空的采用 、
目前真空间隙只在真空断路器 中得到应用。 中得到应用。真空不仅绝缘性 能好，而且有很强的灭弧能力， 能好，而且有很强的灭弧能力， 所以真空断路器已广泛应用于 配电网络中。 配电网络中。
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2、插入屏障 、
d
d1
屏障
E
(a)
无屏障 有屏障
0 (b) x
在电场极不均匀的 空气间隙中， 空气间隙中，放入 薄片固体绝缘材料 如纸或纸板）， （如纸或纸板）， 在一定条件下可以 显著地提高间隙的 击穿电压。 击穿电压。如变压 器设计中， 器设计中，通常在 变压器绕组之间， 变压器绕组之间， 绕组和铁心之间设 置屏障。 置屏障。
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2-6Leabharlann 提高气体间隙击穿电压的方法改善电场分布， 改善电场分布，使之尽量均匀
基本方法
消弱气体中的游离过程
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1、改进电极形状 、
一般来说，电场分布越均匀， 一般来说，电场分布越均匀， 平均击穿场强也越高。因此， 平均击穿场强也越高。因此， 可以改进电极形状、增大电极 可以改进电极形状、 曲率半径，以改善电场分布， 曲率半径，以改善电场分布， 提高间隙的击穿电压。同时， 提高间隙的击穿电压。同时， 电极表面应尽量避免毛刺、 电极表面应尽量避免毛刺、棱 角等以消除电场局部增强的现 象。
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3、高气压的采用 、
由巴申定律可知： 由巴申定律可知：均匀 电场中提高气体的压力， 电场中提高气体的压力， 可以提高气体的击穿电 压。因为气压增大后分 子的密度加大， 子的密度加大，电子的 平均自由行程缩小， 平均自由行程缩小，从 而减弱了游离过程。 而减弱了游离过程。在 一定气压范围内， 一定气压范围内，增大 气体压力对提高间隙的 击穿电压是极为有效的。 击穿电压是极为有效的。
5、高电气强度气体（SF6）的采用 、高电气强度气体（
六氟化硫和其它一 些含卤元素的气体 化合物都是高电气 强度气体。 强度气体。具有较 高的电气强度是因 为它们具有很强的 电负性， 电负性，容易吸附 电子成为负离子， 电子成为负离子， 从而削弱了游离过 程，同时也加强了 复合过程。 复合过程。