4.2 影响固体电介质击穿电压的因素
影响固体介质击穿电压的主要因素
击穿电压的主要因素影响固体介质击穿电压的因素甚多，下面介绍几种主要的影响因素。
电压作用时间如果电压作用时间很短(例如以下)，固体介质的击穿往往是电击穿，击穿电压当然也较高。
随着电压作用时间的增长，击穿电压将下降，如果在加电压后数分钟到数小时才引起击穿，则热击穿往往起主要作用。
不过二者有时很难分清，例如在工频交流耐压试验中的试品被击穿，常常是电和热双重作用的结果。
电压作用时间长达数十小时甚至几年才发生击穿时，大多属于电化学击穿的范畴。
以常用的油浸电工纸板为例，在图中，以频击穿电压(峰值)作为基准值，纵坐标以标么值来表示。
电击穿与热击穿的分界点时间约在之间，作用时间大于此值后，热过程和电化学作用使得击穿电压明显下降。
不过击穿电压与更长时间(图中达数百小时)的击穿电压相差已不太大，所以通常可将频试验电压作为基础来估计固体介质在工频电压作用下长期工作时的热击穿电压。
许多有机绝缘材料的短时间电气强度很高，但它们耐局部放电的性能往往很差，以致长时间电气强度很低，这一点必须予以重视。
在那些不可能用油浸等方法来消除局部放电的绝缘结构中(例如旋转电机)，就必须采用云母等耐局部放电性能好的无机绝缘材料。
图油浸电工纸板的击穿电压与加电压时间的关系时电场均匀程度和介质的厚度处于均匀电场中的固体介质，其击穿电压往往较高，且随介质厚度的增加近似地成线性增大若在不均匀电场中，介质厚度增加将使电场更不均匀，于是击穿电压不再随厚度的增加而线性上升。
当厚度增加使散热困难到可能引起热击穿时，增加厚度的意义就更小了。
高压电器稳定性试验新技术、新设备应用与操作及检验标准实务全书常用的固体介质一般都含有杂质和气隙，这时即使处于均匀电场中，介质内部的电场分布也是不均匀的，最大电场强度集中在气隙处，使击穿电压下降。
如果经过真空干燥、真空浸油或浸漆处理，则击穿电压可明显提高。
频率在电击穿区域内，如果频率的变化不造成电场均匀度的改变，则击穿电压与频率几乎无关。
固体电介质的击穿特性
一、固体电介质的击穿过程
1. 固体电介质击穿特性的划分
击穿电压为一分钟耐压的百分比数（％） 15.3
500
450 400
350
300 250
区域A 区域B Φ50
200
区域C
150 100
Cathode
- +- ++ -
＋
＋
＋
＋
Anode
＋
＋
时，散出的热量Q与介质中最高温度tm的关系
θ 12 3
4 b
a
0 t0 ta
tk
tb
tm
不同外施电压下介质发热散热与介质温度的关系
曲线 1：
发热永远大于散热，介质温度将不断升高，在电压U1 下最终必定发生热击穿
θ 12 3 4 b
a
0 t0 ta
tk
tb
tm
不同外施电压下介质发热散热与介质温度的关系
(c)
异极性空间电荷的积累
概念：电介质在外加电场的 作用下，在金属电极与电介 质之间的界面上积聚了与施 加在该电极上的电压极性相 反的电荷，这些电荷称为异 极性空间电荷
特点：异极性空间电荷增强 金属电极与介质间的界面场 强，结果可导致介质整体击 穿电压的降低，如（b）所示 。当极性翻转时，可导致击 穿电压升高，如（c）所示
平衡点
ta<t<tb ： 不 会 发 生 热 击 穿 ，介质温度将稳定在ta
不同外施电压下介质发热散热 与介质温度的关系
曲线 2：
与直线4相切，U2为临界热击穿电压；tk为临界热击穿温 度
(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。
2020年7月全国自考高电压技术试题及答案解析
全国2018年7月自考高电压技术试题课程代码：02653一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。
错选、多选或未选均无分。
1．下列选项中不影响固体电介质击穿电压的因素是( )A．小桥效应B.电压作用时间C．受潮 D.电压种类2．用QSl电桥测量介质损耗角正切，可以灵敏地发现( )A．绝缘普遍性受潮 B.绝缘局部磨损C．绝缘的局部受潮 D.绝缘中有小气泡3．空载长线电容效应引起的谐振属于( )A．线性谐振B.非线性谐振C．铁磁谐振D.参数谐振4．采用电容器作旋转电机保护时，为了保护匝间绝缘，必须将侵入波陡度限制在( )A．1kV／μs以下 B.3kV／μs以下C．5kV／μs以下 D.10kV／μs以下5．空载长线路的电容效应使得线路终端的( )A．损耗增加B.损耗减小C．电压降低D.电压升高6．波阻抗为Z的线路末端短路，入射电压U0到达末端时，将发生波的折射与反射，则( )A．折射系数α=1，反射系数β=0 B.折射系数α=l，反射系数β=-11C．折射系数α=0，反射系数β=0 D.折射系数α=0，反射系数β=-17．接地网的冲击系数小于1的主要原因是( )A．伸长电感效应 B.火花放电效应C．高频电流特性 D.高速衰减特性8．当变电站地网面积S=100×100m2，ρ=100Ω·m时，其接地电阻阻值为( ) A．0.1Ω B.0.2ΩC．0.5Ω D.1Ω9．雷击线路附近大地时，当线路高10m，雷击点距线路100m，雷电流幅值40kA，线路上感应电压最大值Ug约为( )A．25kV B.50kVC．100kV D.200kV10．与标准大气条件相比，当实际温度下降气压升高时，均匀电场气隙的击穿电压( )A．不变B.降低C．升高 D.取决于湿度的变化二、填空题（本大题共10小题，每小题1分，共10分）请在每小题的空格中填上正确答案。
影响固体介质击穿电压的因素很多
式中
Ub——击穿电压峰值，kV ； d ——极间距离，cm ； δ ——空气相对密度
上式符合巴申定律。由上式可知，随着极间距离 d的增大，击穿场强Eb 稍有下降。 相应的平均击穿场强:
Eb Ub 24.55 6.66 / d (kV / cm ) d
随着极距离 d 的增大，击穿场强 Eb 稍有下降，在 d=1～10cm 的范围内，其击穿场强约为 30kv/cm 。
16
悬式绝缘子
17
绝缘子、瓷套及套管按下述分类：
（1）按形状分类；
（2）按工作电压分类，
（3）按材质分类。
18
套管的分类
当导体穿过变压器等的箱体以及墙壁、地 板、屋顶等隔板时需要有通道，套管就是 使这些导体与隔板绝缘的一种支持装置。 套管可分类如下：
19
瓷套管 单一式套管－ 树脂套管 充油式套管 油纸电容式套管 套管－ 电容式套管－ 胶纸电容式套管 复合套管 充填绝缘混合物套管 充气 套管
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气绝缘管道输电线亦可称为气体绝缘电缆 (GIC），它与充油电缆相比具有如下优点： 1、电容量小。 2、损耗小。 3、传输容量大。 气体绝缘变压器（GIT）与传统的油浸变压器 相比，有以下主要优点： 1、GIT是防火防爆型变压器。 2、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。
电场的不均匀程度对SF6 电气强度的影响远 比对空气的的大， SF6 的优异性能只有在电场比 较均匀的情况下才能得到充分的发挥。
12
电极表面粗糙度Ra 对SF6 气体强度Eb的影响随 着工作气压的提高而增大。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 的得多。电极表面还会有其他缺陷，电极表面积越 大这类缺陷出现的概率也就越大，SF6 的击穿场强 就越低，这一现象称为“面积效应”。
高电压工程4(液固击穿)
四. 提高固体电介质击穿电压的措施
1. 改进制造工艺 清除杂质、水分、气泡；使介质尽可能致密均匀
2. 改进绝缘设计
采用合理的绝缘结构；改进电极形状，使电场尽 可能均匀；改善电极与绝缘体的接触状态，消除 接触处的气隙
3. 改善运行条件 注意防潮、防尘；加强散热
五. 绝缘老化
电气设备的绝缘在运行过程中受到电、热、化 学和机械力的长期作用，导致其物理、化学、电气 和机械等性能的劣化，称为绝缘的老化。
局部放电使电介质劣化损伤的机理：
• 放电过程产生活性气体O3、NO、NO2等对介质产生氧化和 腐蚀作用，使介质逐渐劣化；
• 放电过程产生的带电粒子撞击介质，引起局部温度上升， 加速介质氧化并使局部电导和介质损耗增加；
• 带电粒子撞击还有可能破坏有机高分子材料结构，使其裂 解；
• 放电产生的高能辐射线引起材料分解；
4. 受潮
对不易吸潮的材料，如聚乙烯、聚四氟乙烯、等中性介 质，受潮后击穿电压仅下降一半左右；容易吸潮的极性介质 ，如棉纱、纸等纤维材料，吸潮后的击穿电压可能仅为干燥 时的百分之几或更低。因为电导率和介质损耗大大增加的缘 故。
5. 累积效应
固体介质在不均匀电场中以及在幅值不是很高的过电压 、特别是雷电冲击电压下，介质内部可能出现局部损伤，并 留下局部碳化、烧焦或裂缝等痕迹。多次加电压时，局部损 伤会逐步发展，这称为累积效应。它会导致固体介质击穿电 压的下降。
浮于水中，多余的会沉淀到油底部。 潮湿的油由0℃开始 上升时，一部分水分从悬浮状态转为
害处较小的溶解状态，使击穿电压上升；超过80 ℃后，水开始
汽化，产生气泡，引起击穿电压下降，从而在60 ℃～80℃间出
现最大值
四、提高液体介质击穿电压的方法
高电压技术复习试题
一、选择题1、流注理论未考虑（ D ）的现象。
（P24第6行）A．电荷畸变电场B．碰撞游离 C．光游离 D．表面游离2、电晕放电是一种（Ｂ）。
（P27）A．非自持放电B．自持放电C．电弧放电 D．均匀场中放电3、滑闪放电是以介质表面的放电通道中发生（Ｂ）为特征。
A．光游离B．热游离C．极化 D．碰撞游离（P43倒9行）4、在高气压下，气隙的击穿电压和电极表面（ B ）有很大关系。
A．面积 B．粗糙度 C．电场分布 D．形状5.先导通道的形成是以（ C ）的出现为特征。
（P34，7行）A. 碰撞游离B. 表面游离C. 热游离D. 光游离6、电介质的击穿强度按（ B ）顺序降低。
A.固体、气体、液体B.固体、液体、气体C.气体、液体、固体D.液体、气体、固体7、SF6气体具有较高绝缘强度的主要原因之一是( D )。
A．无色无味性B．不燃性C．无腐蚀性D．电负性8、以下哪个不是发生污闪最危险的气象条件？( D )A.大雾B.毛毛雨C.凝露D.大雨9下列因素中，明显影响离子式极化的是（ D ）A. 频率B. 气压C. 湿度D. 温度10、在极不均匀电场中，正极性击穿电压比负极性击穿电压（A）P33-36页A.小B.大C.相等D.不确定11、电介质在受潮或受污染后，其相对介电常数将( A )A.变大B.变小C.不变D.不确定12、SF6气体具有较高绝缘强度主要原因之一是( D ) P69页A.无色无味性B.不燃性C.无腐蚀性D.电负性13、极化时间最短的是( A ) P1-3页A.电子位移极化B.离子位移极化C.转向极化D.空间电荷极化14、不均匀的绝缘试品，如果绝缘严重受潮，则吸收比K将（ C ）P131A．远大于1 B．远小于1C．约等于1 D．不易确定二、是非题（T表示正确、F表示错误）（ T ）1、在大气压力下，空气间隙击穿电压与阴极材料无关。
（ F ）2、试品绝缘状况愈好，吸收过程进行的就愈快。
长沙理工大学高电压技术考试试题-(1)教学内容
长沙理工大学高电压技术考试试题-(1)一、填空1、在极不均匀电场中，间隙完全被击穿之前，电极附近会发生 电晕 ，产生暗蓝色的晕光。
2、冲击电压分为 雷电冲击电压 和 操作冲击电压 。
3、固体电介质的击穿有 电击穿 、 热击穿 和 电化学击穿 等形式。
4、某110KV 电气设备从平原地区移至高原地区，其工频耐压水平将 下降 。
5、在线路防雷设计时，110KV 输电线路的保护角一般取 20º 。
6、 累暴日 是指一年中有雷暴的天数。
7、电压直角波经过串联电容后，波形将发生变化，变成 指数 波。
8、介质损失角正切的计算公式是C R I I /tan =δ，δtan 表示交流下的介质损耗。
9、工程实际中，常用棒－板或 棒－棒 电极结构研究极不均匀电场下的击穿特性。
10、下行的负极性雷通常可分为3个主要阶段：先导、主放电、余光。
11、影响固体介质击穿电压的主要因素有 电压作用时间 、 电场均匀程度 、 温度 、 累积效应 、 受潮程度12、在对电力设备绝缘进行高电压耐压试验时，所采用的电压波形有 直流 、 交流 、 雷电过电压 、操作冲击波13、流注理论认为：二次电子崩的主要来源是 空间光电离 。
14、极化的基本形式有电子式极化、离子式极化、 偶极子式极化 、 夹层式极化 、和空间电荷极化。
15、液体电介质的击穿机理主要可用 电击穿理论 、 小桥理论 加以解释。
16、气体放电的主要形式：辉光放电、电晕放电、刷状放电、火花放电、电弧放电 。
17、绝缘耐压试验的项目主要有：交流耐压试验、直流耐压试验、 雷电冲击耐压试验 和操作冲击耐压试验。
18、影响球隙测量电压的可靠性的因素有 球面的尘污 和 球隙间空气游离不充分。
三、名词解释 （15分）1、自持放电和非自持放电答：必须借助外力因素才能维持的放电称为非自持放电不需其他任何加外电离因素而仅由电场的作用就能自行维持的放电称为自持放电。
2、介质损失角正切I c I C U C I IR I &答：电流与电压的夹角 ϕ是功率因数角，令功率因数角的余角为δ ， 显然RI &是I &中的有功分量，其越大，说明介质损耗越大，因此δ角的大小可以反映介质损耗的大小。
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HDPE树枝的发展
50 μm
自然冷却 施加电压5 kV
(a) 1 min (b) 10 min
(c) 40 min
2013-3-15
(d) 70 min
(e) 75 min
第四章 固体、液体和组合绝缘的电气强度
4.3 提高固体电介质击穿电压的方法 改进绝缘设计
改善电场分布
改进制造工艺
去除杂质、气泡、水分等
改善运行条件
防潮、防污，加强散热等
2013ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ3-15
第四章 固体、液体和组合绝缘的电气强度