高电压第3章 液体和固体介质的电气强度
液体、固体介质
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(二)电场均匀程度 • 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。
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。
《高电压技术》
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（三 ）电化学击穿 固体介质在长期工作电压作用下，由于介质内部发生 局部放电等原因，使绝缘劣化，电气强度逐步下降并引起 击穿的现象称为电化学击穿。 局部放电是介质内部的缺陷（如气隙或气泡）引起的 局部性质的放电。局部放电使介质劣化、损伤、电气强度 下降的主要原因为： 1)产生活性气体对介质氧化、腐蚀； 2)温升使局部介质损 耗增加；3)切断分子结构，导致介质破坏。 提高局部放电电压的措施有：1）提高气隙击穿场强； 2）设法用油或高强度气体填充空穴。
《高电压技术》
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工程实际中的意义 1）选择绝缘材料 对于电容器，要求相同体积有较大电容量， εr ↑ 对于电缆，为减小电容电流， εr ↓ 2）多层介质的合理配合 在交流及冲击电压下，各层电压分布与其εr成反 比，合理选择εr使各层介质电场分布较均匀。 3）研究介质损耗的理论依据 掌握不同极化类型对介质损耗的影响 4）预防性试验项目的理论依据
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(一)电击穿理论 固体电介质的电击穿是指仅仅由于电场的作用而直接 使介质破坏并丧失绝缘性能的现象。 在介质的电导很小，又有良好的散热条件，且介质内 部不存在局部放电的情况下，固体介质的击穿通常为电击 穿。 电击穿的主要特征：1)击穿场强高； 2）与环境温度 无关 ；3)除时间很短的情况，与电压作用时间关系不大； 4)介质发热不显著；5)电场均匀程度对击穿有显著影响。
高电压技术(赵智大)1-2章总结讲诉
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，气体才会丧失绝缘性能。
自由行程长度单位行程中的碰撞次数Z的倒数λ即为该粒子的平均自由行程长度。
()λ-=xexP令x=λ，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。
光电离i W h ≥νc λν=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。
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。
高电压技术习题及答案复试必备
第一章气体放电的根本物理过程一、选择题1) 流注理论未考虑的现象。
A ．碰撞游离B ．外表游离C ．光游离D ．电荷畸变电场2) 先导通道的形成是以的出现为特征。
A ．碰撞游离B ．外表游离C ．热游离D ．光游离3) 电晕放电是一种。
A ．自持放电B ．非自持放电C ．电弧放电D ．均匀场中放电4) 气体的各种粒子因高温而动能增加，发生相互碰撞而产生游离的形式称为。
A.碰撞游离B.光游离C.热游离D.外表游离5) ______型绝缘子具有损坏后“自爆〞的特性。
A.电工瓷 B.钢化玻璃 C.硅橡胶 D.乙丙橡胶6) 以下哪个不是发生污闪最危险的气象条件？A.大雾B.毛毛雨C.凝露D.大雨7) 污秽等级II 的污湿特征：大气中等污染地区，轻盐碱和炉烟污秽地区，离海岸盐场3km~10km 地区，在污闪季节中潮湿多雾但雨量较少，其线路盐密为2/cm mg 。
A.≤0.03B.>0.03~0.06C.>0.06~0.10D.>0.10~0.258)以下哪种材料具有憎水性？A.硅橡胶B.电瓷C. 玻璃 D 金属二、填空题9) 气体放电的主要形式：、、、、10) 根据巴申定律，在某一PS 值下，击穿电压存在值。
11) 在极不均匀电场中，空气湿度增加，空气间隙击穿电压。
12) 流注理论认为，碰撞游离和是形成自持放电的主要因素。
13) 工程实际中，常用棒－板或电极构造研究极不均匀电场下的击穿特性。
14) 气体中带电质子的消失有、复合、附着效应等几种形式15) 对支持绝缘子，加均压环能提高闪络电压的原因是。
16) 沿面放电就是沿着外表气体中发生的放电。
17)标准参考大气条件为：温度C t 200=，压力=0b kPa ，绝对湿度30/11m g h = 18)越易吸湿的固体，沿面闪络电压就越______ 19) 等值盐密法是把绝缘子外表的污秽密度按照其导电性转化为单位面积上__________含量的一种方法20)常规的防污闪措施有：爬距，加强清扫，采用硅油、地蜡等涂料三、计算问答题21) 简要论述汤逊放电理论。
高电压技术课后答案(吴广宁)
高电压技术课后答案(吴广宁)1气体的绝缘特性与介质的电气强度1-1气体放电过程中产生带电质点最重要的方式是什么，为什么？1-2简要论述汤逊放电理论。
1-3为什么棒－板间隙中棒为正极性时电晕起始电压比负极性时略高？1-4雷电冲击电压的标准波形的波前和波长时间是如何确定的？1-5操作冲击放电电压的特点是什么？1-6影响套管沿面闪络电压的主要因素有哪些？1-7具有强垂直分量时的沿面放电和具有弱垂直分量时的沿面放电，哪个对于绝缘的危害比较大，为什么？1-8某距离4m的棒-极间隙。
在夏季某日干球温度=30℃，湿球温度=25℃，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（空气相对密度=0.95）1-9某母线支柱绝缘子拟用于海拔4500m的高原地区的35kV变电站，问平原地区的制造厂在标准参考大气条件下进行1min工频耐受电压试验时，其试验电压应为多少kV？1-1气体放电过程中产生带电质点最重要的方式是什么，为什么？答:碰撞电离是气体放电过程中产生带电质点最重要的方式。
这是因为电子体积小，其自由行程(两次碰撞间质点经过的距离)比离子大得多，所以在电场中获得的动能比离子大得多。
其次．由于电子的质量远小于原子或分子，因此当电子的动能不足以使中性质点电离时，电子会遭到弹射而几乎不损失其动能；而离子因其质量与被碰撞的中性质点相近，每次碰撞都会使其速度减小，影响其动能的积累。
1-2简要论述汤逊放电理论。
答:设外界光电离因素在阴极表面产生了一个自由电子，此电子到达阳极表面时由于过程，电子总数增至ed个。
假设每次电离撞出一个正离子，故电极空间共有（ed－1）个正离子。
这些正离子在电场作用下向阴极运动，并撞击阴极．按照系数的定义，此（e－1）个正离子在到达阴极表面时可撞出（edd－1）个新电子，则(ed-1)个正离子撞击阴极表面时，至少能从阴极表面释放出一个有效电子，以弥补原来那个产生电子崩并进入阳极的电子，则放电达到自持放电。
高电压复习提纲(赵智大版)1-3章
一.电介质的电气强度「一」气体放电的基本物理过程㈠带电粒子的产生和消失⑴表征运动的物理量①平均自由行程长度:单位行程中的碰撞次数Z的倒数(电子最大)②带电粒子的迁移率:k=v/E (电子大于离子)③扩散:电子大于离子⑵带电粒子的产生(电离)①光电离②热电离③碰撞电离(主要由电子完成)④表面电离(金属表面电离比空间电离更容易发生)◇阴级表面电离可在下列情况发生:⒈正离子碰撞阴级表面⒉光电子发射⒊热电子发射⒋强场发射⑶附着:电子与中性分子结合成负离子。
气体中带电粒子数不变。
使自由电子数减少⑷带电粒子消失:①带电粒子定向运动②扩散现象③复合㈡气体放电过程＊电子碰撞电离系数α:一个电子沿电场方向运动1cm的行程中所完成的碰撞电离次数平均值＊γ过程:正离子碰撞阴级表面时产生的二次自由电子数自持放电条件:⑴巴申曲线: T恒定:Ub=f(pd)T非恒定:Ub=F(δd)⑵汤逊理论:⑶流注理论:＊初始阶段，气体放电以碰撞电离和电子崩的形式＊均匀电场，自持放电条件αd≈20◆汤逊理论与流注理论比较⑷不均匀电场放电过程①划分:电场不均匀系数f=E/Eavf=1 均匀电场f＜2稍不均匀电场f＞4极不均匀②电晕放电:＊现象:淡紫色辉光，嘶嘶噪声，臭氧气味＊危害:电晕损耗，谐波电流，非正弦电压，无线电干扰，可闻噪声，空气的有机合成＊预防途径:设法限制和降低导线表面场强扩径导线或空心导线或分裂导线③极性效应起晕电压:U正棒-负板>U负棒-正板击穿电压:U正棒-负板＜U负棒-正板＊输电线常处于不均匀电场中，击穿发生在正极性半周，进行外绝缘冲击高压实验时，施加正极性冲击电压「二」气体介质的电气强度㈠不同电场下气隙击穿特性⑴均匀电场:①放电即击穿，无电晕，无极性，击穿时间短②击穿场强约为30kv/cm③直流，工频，冲击电压作用下击穿电压均相同，分散性小，β≈1⑵稍不均匀电场:①放电即击穿，无稳定电晕，极性效应不明显②直流，工频，冲击电压作用下击穿电压近似相同，分散性小，β≈1③实例:＊球间隙:d<D/4 电场均匀d>D/4电场不均匀一般在d≦D/2范围内工作＊同轴圆筒r/R<0.1 不均匀r/R>0.1 稍不均匀⑶极不均匀电场:①直流电压:棒板:击穿电压:正棒-负板＜棒-棒<负棒-正板棒棒:无明显极性效应②工频交流:＊击穿在正极性半周峰值附近＊击穿电压:棒-棒（更均匀）>棒-板＊增加气隙长度能提高"棒-板"气隙平均击穿场强，但存在饱和现象③雷电冲击电压＊冲击系数β>1，分散性大＊击穿通常在波尾＊击穿电压:正棒-负板＜棒-棒<负棒-正板④操作冲击电压1.放电时间tb＊上升时间t1:所加电压从0-Us（静态击穿电压）＊统计时延ts:从t1到气隙中出现第一个有效电子＊放电形成时延tf:出现有效电子到间隙击穿tb=t1+ts+tftlag=ts+tf(放电时延)2.冲击电压波形标准化a标准雷电冲击电压全波:非周期性双指数衰减波(1.2/50μs)b标准雷电冲击电压截波:1.2/2~5μsc标准操作冲击电压波:非周期性双指数波(250/2500μs)3.50%冲击击穿电压＊均匀稍不均匀场:U50%≈Us β≈1＊极不均匀场β>14.伏秒特性＊电压不高，击穿在波尾，取峰值为冲击电压＊电压较高，击穿在波头，取瞬时值为冲击电压＊取50%伏秒特性曲线来表征气隙冲击击穿特性＊均匀电场伏秒特性平缓，不均匀电场伏秒特性陡峭5.击穿特性＊220kv的超高压输电系统，按操作过电压下电气特性进行绝缘设计＊各种类型电压中，以操作冲击电压下的电气强度为最小＊极不均匀电场长气隙的操作冲击击穿特性具有显著"饱和"特征(正棒负板最严重) ＊分散性远大于雷电冲击电压(伏秒特性带宽)㈡不同大气条件下击穿特性气压↑，空气密度↑，温度↓，湿度↑ Ub↑湿度越大，水电负性捕捉自由电子数越多，极不均匀场中影响明显㈢沿面放电与污闪事故⑴沿面放电:表面闪络电压要比固体介质本身击穿电压低。
（完整版）高电压课后吴广宇习题答案
（完整版）⾼电压课后吴⼴宇习题答案第1章⽓体的绝缘特性与介质的电⽓强度1-1⽓体放电过程中产⽣带电质点最重要的⽅式是什么，为什么？答: 碰撞电离是⽓体放电过程中产⽣带电质点最重要的⽅式。
这是因为电⼦体积⼩，其⾃由⾏程(两次碰撞间质点经过的距离)⽐离⼦⼤得多，所以在电场中获得的动能⽐离⼦⼤得多。
其次．由于电⼦的质量远⼩于原⼦或分⼦，因此当电⼦的动能不⾜以使中性质点电离时，电⼦会遭到弹射⽽⼏乎不损失其动能；⽽离⼦因其质量与被碰撞的中性质点相近，每次碰撞都会使其速度减⼩，影响其动能的积累。
1-2简要论述汤逊放电理论。
答: 设外界光电离因素在阴极表⾯产⽣了⼀个⾃由电⼦，此电⼦到达阳极表⾯时由于α过程，电⼦总数增⾄d e α个。
假设每次电离撞出⼀个正离⼦，故电极空间共有（d e α－1）个正离⼦。
这些正离⼦在电场作⽤下向阴极运动，并撞击阴极．按照系数γ的定义，此（d e α－1）个正离⼦在到达阴极表⾯时可撞出γ（d e α－1）个新电⼦，则(d e α-1)个正离⼦撞击阴极表⾯时，⾄少能从阴极表⾯释放出⼀个有效电⼦，以弥补原来那个产⽣电⼦崩并进⼊阳极的电⼦，则放电达到⾃持放电。
即汤逊理论的⾃持放电条件可表达为r(d e α-1)=1或γd e α＝1。
1-3为什么棒－板间隙中棒为正极性时电晕起始电压⽐负极性时略⾼？答:（1）当棒具有正极性时，间隙中出现的电⼦向棒运动，进⼊强电场区，开始引起电离现象⽽形成电⼦崩。
随着电压的逐渐上升，到放电达到⾃持、爆发电晕之前，在间隙中形成相当多的电⼦崩。
当电⼦崩达到棒极后，其中的电⼦就进⼊棒极，⽽正离⼦仍留在空间，相对来说缓慢地向板极移动。
于是在棒极附近，积聚起正空间电荷，从⽽减少了紧贴棒极附近的电场，⽽略为加强了外部空间的电场。
这样，棒极附近的电场被削弱，难以造成流柱，这就使得⾃持放电也即电晕放电难以形成。
（2）当棒具有负极性时，阴极表⾯形成的电⼦⽴即进⼊强电场区，造成电⼦崩。
第三章习题和解答_高电压技术
第三章习题和解答_高电压技术第三章液体和固体介质的电气特性一、选择题1)电介质按极性强弱分类，在下面的介质中，弱极性电介质有______，中性电介质有______，强极性电介质有______。
A.H2B.N2C.O2D.CO2E.CH4F.空气G.水H.酒精I.变压器油J.蓖麻油2)按照国家标准GB11021-1989“电气绝缘的耐热性评定和分级”将各种电工绝缘材料耐热程度划分等级，以确定各级绝缘材料的最高持续工作温度。
其中A级绝缘材料的最高持续温度是______，F级绝缘材料的最高持续温度是______。
A.90B.105 C .120 D.130 E. 155 F.180二、填空题3)影响液体电介质击穿电压的因素有______、______、______、______、______。
4)固体介质的击穿形势有______、______、______。
5)电介质是指______，根据化学结构可以将其分成______、______、______。
6)电介质极化的基本形式有______、______、______、______、______。
tan表示______。
7)介质损失角正切的计算公式是_______，8)一般来说，标准电容器采用______绝缘，电力电容器采用______绝缘，为什么？9)两个标准油杯，一个是含杂质较多的油；另一个是含杂质较少的油，试问：（1）当施加工频电压时，两杯油击穿电压______。
（2）当施加雷电冲击电压时，两杯油击穿电压______，是因为______。
10)纤维等杂质对极不均匀电场下变压器的击穿电压影响较小，这是因为______。
11)介质热老化的程度主要是由______和_______来决定的。
12)转向极化程度与电源频率和温度有关，随着频率的增加，极化率______，随着温度的增加，极化程度______。
13)纯净液体介质的击穿理论分为______和_______。
第三章固体液体极化电导和损耗
液体电介质的电导
a:电导在电场比较小的 情况下，遵循欧姆 定律
b:电流饱和趋势区，与 气体类似
C:液体分子发生了游离， 电导迅速增大。
液体电解质中的电流和外施电压的关系
固体电解质的电导
? 中性分子电介质的电导主要是杂质离 子
? 极性电介质，因本身能解离，此外还 有杂质离子共同决定电导，故电导较 大，
使介质表面出现了束缚电荷，相应地便在极板上
另外吸住了一部分电荷 ? Q，所以极板上电荷增多，
并造成电容量亦增大。
U
Q0 ? C0U
?S
C? 0 0d
Q ? Q ? ? Q ? CU 0
相对介电常数 ?r
?
? ?0
?
C C0
?
Q0 ? ? Q Q0
束缚电荷 ΔQ
2.电介质极化的微观机制
从电学性质看电介质的分子可分为两类：无极分子、 有极分子。
高电压技术 High Voltage Technology
邱巍 电气工程系 输电教研室
第三章 液体和固体介质的电气特性
第一节 液体和固体介质的极化、电导和损耗
? 电场下电介质的变化 ? 1. 在弱电场下，主要有极化、电导、介质
损耗等 2. 在强电场下，主要有放电、闪络、击穿 等
第一节 液体和固体介质的极化、电导和损耗
离子式电介质
? 离子式结构的介质， ? 结构紧密的不含杂质的离子晶体 ，如云母，其 tgδ
主要是由电导引起， tgδ 极小，且云母的电气强 度高，耐热性能好，耐局部放电性能也好，故云 母是优良的绝缘材料，在高频下也可使用。 ? 结构不紧密的离子结构中 ，有极化损耗，故介质 的tgδ 较大，玻璃、陶瓷属此类，但随成分和结 构的不同， tgδ 相差悬殊。
高电压技术习题答案
第一章 气体放电的基本物理过程（1）在气体放电过程中，碰撞电离为什么主要是由电子产生的？答：气体中的带电粒子主要有电子和离子，它们在电场力的作用下向各自的极板运动，带正电荷的粒子向负极板运动，带负电荷的粒子向正极板运动。
电子与离子相比，它的质量更小，半径更小，自由行程更大，迁移率更大，因此在电场力的作用下，它更容易被加速，因此电子的运动速度远大于离子的运动速度。
更容易累积到足够多的动能，因此电子碰撞中性分子并使之电离的概率要比离子大得多。
所以，在气体放电过程中，碰撞电离主要是由电子产生的。
（2）带电粒子是由哪些物理过程产生的，为什么带电粒子产生需要能量 ？答：带电粒子主要是由电离产生的，根据电离发生的位置，分为空间电离和表面电离。
根据电离获得能量的形式不同，空间电离又分为光电离、热电离和碰撞电离，表面电离分为正离子碰撞阴极表面电离、光电子发射、热电子发射和强场发射。
原子或分子呈中性状态，要使原子核外的电子摆脱原子核的约束而成为自由电子，必须施加一定的外加能量，使基态的原子或分子中结合最松弛的那个电子电离出来所需的最小能量称为电离能。
（3）为什么SF6气体的电气强度高？答：主要因为SF6气体具有很强的电负性，容易俘获自由电子而形成负离子，气体中自由电子的数目变少了，而电子又是碰撞电离的主要因素，因此气体中碰撞电离的能力变得很弱，因而削弱了放电发展过程。
1-2 汤逊理论与流注理论对气体放电过程和自持放电条件的观点有何不同？这两种理论各适用于何种场合？答：汤逊理论的基本观点：电子碰撞电离是气体电离的主要原因；正离子碰撞阴极表面使阴极表面逸出电子是维持气体放电的必要条件；阴极逸出电子能否接替起始电子的作用是自持放电的判据。
它只适用于低气压、短气隙的情况。
气体放电流注理论以实验为基础，它考虑了高气压、长气隙情况下空间电荷对原有电场的影响和空间光电离的作用。
在初始阶段，气体放电以碰撞电离和电子崩的形式出现，但当电子崩发展到一定程度之后，某一初始电子的头部集聚到足够数量的空间电荷，就会引起新的强烈电离和二次电子崩，这种强烈的电离和二次电子崩是由于空间电荷使局部电场大大增强以及发生空间光电离的结果，这时放电即转入新的流注阶段。
高电压技术考试复习题与答案
第一章 气体放电的基本物理过程一、选择题1)A ．碰撞游离 C ．光游离 D ．电荷畸变电场2) 先导通道的形成是以 的出现为特征。
A ．碰撞游离B ．表面游离C ．热游离D ．光游离3) 电晕放电是一种 。
A ．自持放电B ．非自持放电C ．电弧放电D ．均匀场中放电 4) 气体内的各种粒子因高温而动能增加，发生相互碰撞而产生游离的形式称为 。
A.碰撞游离B.光游离C.热游离D.表面游离 5) ______型绝缘子具有损坏后“自爆”的特性。
A.电工陶瓷B.钢化玻璃C.硅橡胶D.乙丙橡胶6) 以下哪个不是发生污闪最危险的气象条件？A.大雾B.毛毛雨C.凝露D.大雨7) 污秽等级II 的污湿特征：大气中等污染地区，轻盐碱和炉烟污秽地区，离海岸盐场3km~10km 地区，在污闪季节中潮湿多雾但雨量较少，其线路盐密为 2/cm mg 。
A.≤0.03B.>0.03~0.06C.>0.06~0.10D.>0.10~0.25 8) 以下哪种材料具有憎水性？A. 硅橡胶B.电瓷C. 玻璃 D 金属二、填空题9) 、 电晕放电、刷状放电 、火花放电 、 电弧放电10) 根据巴申定律，在某一PS 值下，击穿电压存在 极小 值。
11) 在极不均匀电场中，空气湿度增加，空气间隙击穿电压 提高 。
12)13) 击穿特性。
14) 气体中带电质子的消失有 扩散 、复合、附着效应等几种形式15)16) 17) 标准参考大气条件为：温度C t 200=，压力=0b 101.3 kPa ，绝对湿度30/11m g h =18)越易吸湿的固体，沿面闪络电压就越_低_____ 19)等值盐密法是把绝缘子表面的污秽密度按照其导电性转化为单位面积上___Nacl_______20) 料三、计算问答题21)简要论述汤逊放电理论。
22) 为什么棒－板间隙中棒为正极性时电晕起始电压比负极性时略高？ 23)影响套管沿面闪络电压的主要因素有哪些？ 24) 某距离4m 的棒-极间隙。