真空绝缘闪络的电子触发极化松弛理论
高电压技术速记版专题1-6
高电压技术速记版专题1-6专题一：高电压下气体、液体、固体放电原理1、绝缘的概念：将不同电位的导体分开，使之在电气上不相连接。
具有绝缘作用的材料称为电介质或绝缘材料。
2、电介质的分类：按状态分为气体、液体和固体三类。
3、极化的概念：在外电场作用下，电介质的表面出现束缚电荷的现象叫做电介质极化。
4、极化的形式：电子式极化、离子式极化、偶极子式极化；夹层式极化。
(前三种极化均是在单一电介质中发生的。
但在高压设备中，常应用多种介质绝缘，如电缆、变压器、电机等)5、电子式极化：由于电子发生相对位移而发生的极化。
特点：时间短，弹性极化，无能量损耗。
[注]：存在于一切材料中。
6、离子式极化：离子式极化发生于离子结构的电介质中。
固体无机化合物(如云母、陶瓷、玻璃等)多属于离子结构。
特点：时间短，弹性极化，无能量损耗。
[注]：存在于离子结构物质中。
7、偶极子极化：有些电介质具有固有的电矩，这种分子称为极性分子，这种电介质称为极性电介质(如胶木、橡胶、纤维素、蓖麻油、氯化联苯等)。
特点：时间较长，非弹性极化，有能量损耗。
[注]：存在于极性材料中。
8、夹层式极化特点：时间很长，非弹性极化，有能量损耗。
[注]：存在于多种材料的交界面；当绝缘受潮时，由于电导增大，极化完成时间将大大下降；对使用过的大电容设备，应将两电极短接并彻底放电，以免有吸收电荷释放出来危及人身安全。
9、为便于比较，将上述各种极化列为下表：10、介电常数：[注]：用作电容器的绝缘介质时，希望些好。
大些好。
用作其它设备的绝缘介质时，希望小11、电介质电导：电介质内部带点质点在电场作用下形成电流。
金属导体：温度升高，电阻增大，电导减小。
绝缘介质：温度升高，电阻减小，电导增大。
12、绝缘电阻：在直流电压作用下，经过一定时间，当极化过程结束后，流过介质的电流为稳定电流称为泄漏电流，与其对应的电阻称为绝缘电阻。
(1)介质绝缘电阻的大小决定了介质中泄漏电流的大小。
电气绝缘特性与劣化
不均匀电场中气隙的放电特性 1.电晕放电 一定电压作用下,在曲率半径小的电极附 近发生局部游离,并发出大量光辐射,有些 像日月的晕光,称为电晕放电.
电晕起始场强：开始出现电晕时电极表面 的场强。
电晕起始电压：开始出现电晕时的电压
电晕放电是极不均匀电场所特有的一种自持 放电形式
电气绝缘特性与劣化
液体的绝缘性能
引起碰撞游离的条件：
：气体原子（或分子）的游离能
金属表面游离：
电子从金属电极表面逸出来的过程称 为表面游离
电气绝缘特性与劣化
去游离
a.扩散 带电质点从高浓度区域向低浓 度区域运动.
b.复合 正离子与负离子相遇而互相中 和还原成中性原子
c.附着效应 电子与原子碰撞时,电子 附着原子形成负离子
电气绝缘特性与劣化
(2).极化损耗
由偶极子与夹层极化引起,交流电压 下极明显。
电气绝缘特性与劣化
(3).游离损耗 指气体间隙的电晕放电以及 液固体介质内部气泡中局部 放电所造成的损耗。
电气绝缘特性与劣化
2.用介质损耗角的正切tgδ来表示介损的意义
在交流电压作用下,由于存在三种 形式的损耗,需引入一个新的物理量来 表征介损的特性。 经推导,介质损耗P为
在加压初瞬间介质中的电子式极化和 离子式极化过程所引起的电流,无损耗 ,存在时间极短。
(2)吸收电流ia
有损极化所对应的电流,即夹层极化 和偶极子极化时的电流,它随时间而 衰减。
电气绝缘特性与劣化
(3)泄漏电流
绝缘介质中少量离子定 向移动所形成的电导电流, 它不随时间而变化。
电气绝缘特性与劣化
流过介质的电流i由三个分量组成：
电气绝缘特性与劣化
2.带电质点的产生与消失
高电压技术
1、电子崩：外界电离因素在阴极附近产生了一个初始电子，如果空间电场强度足够大，该电子在向阳极运动时就会引起碰撞电离，产生一个新的电子，初始电子和新电子继续向阳极运动，又会引起新的碰撞电离，产生更多电子。
依此，电子将按照几何级数不断增多，类似雪崩似地发展，这种急剧增大的空间电子流被称为电子崩2、自持放电： 当外加电压逐渐升高后，气体中的放电过程发生转变，此时若去掉外界激励因素,放电仍继续发展,成为自持放电3、非自持放电：当外加电压较低时，只有由外界电离因素所造成的带电粒子在电场中运动而形成气体放 电电流，一旦外界电离作用停止，气体放电现象即随之中断，这种放电称为非自持放电。
4、流注：这些电离强度和发展速度远大于初始电子崩的新放电区（二次电子崩）以及他们不断汇入初崩通道的过程被称为流注。
5、极性效应：在电晕放电时，空间电荷对放电的影响已得到关注。
由于高场强电极极性的不同，空间电荷的极性也不同，对放电发展的影响也就不同，这就造成了不同极性的高场强电极的电晕起始电压的不同，以及间隙击穿电压的不同，称为极性效应。
6、50％冲击击穿电压：在工程实际中广泛采用击穿百分比为50％时的电压（U 50% ）来表征气隙的冲击击穿特性。
实际中，施加10次电压中有4-6次击穿了，这一电压即可认为是50％冲击击穿电压。
7、伏－秒特性：同一波形，不同冲击电压峰值下，间隙上出现的最高电压和放电时间的关系曲线，称为伏－秒特性。
8、沿面放电：当固体和气体（或液体）介质构成并联放电路径时，放电总是沿着固体表面进行的，这种现象称为沿面放电。
9、闪络：当沿面放电发展到两极击穿时，称为闪络。
10、污闪：由于污秽导致产生的闪络11、极化：介质在电场的作用下，其束缚电荷相应于电场方向产生了弹性位移或偶极子转向，对外显示出极性。
12、累积效应：多次加电压时，局部损伤会逐步发展，这称为累积效应。
13、介质老化：绝缘在长期的运行过程中发生的一系列物理和化学的变化，致使其电气、机械和其他性能逐步劣化的现象。
高电压知识
第一章：电介质的基本电气特性1、电介质的极化：在外加电场作用下，电介质中的正负电荷将沿着电场方向做有限的位移或者转向，形成力矩，这种现象叫做电介质的极化。
2、极化的基本形式：（1）电子式极化（这个过程主要是由电子在电场作用下的位移所造成，故称为电子式极化）。
其特点：电子式极化存在于所有电介质中；由于电子异常轻小，因此电子式极化所需时间极短，其极化响应速度最快，通常相当于紫外线的频率范围；电子式极化具有弹性；电子式极化消耗的能量可以忽略不计，因此称之为“无损极化”。
（2）离子式极化在离子式结构的电介质中，当有外电场作用时，则除了促使各个离子内部产生电子式极化之外，还将产生正负离子的相对位移，使正负离子按照电厂的方向进行有序排列，形成极化，这种极化称为离子式极化。
其特点：不受频率影响，可在所有频率范围内发生；极化是弹性的；消耗的能量亦可忽略不计。
（3）偶极子式极化。
在极性分子结构的电介质中，当有外电场作用时，偶极子受到电场力的作用而转向电场的方向，这种极化被称为偶极子式极化，或转向极化。
其特点：为有损极化，而且极化时间也较长；受频率影响很大，频率增加，εr减小；温度对极性电介质的εr 也有很大影响，在T<Tw时，随着T增大会使分子间作用力下降，导致εr 增大，在T>Tw时，T增大会导致分子热运动增大，从而εr下降。
（4）空间电荷极化。
特点：消耗能量，为有损极化；仅在低频下发生，相当于电导。
（5）夹层极化。
夹层介质在外电场作用下的极化称为夹层极化，其极化过程特别缓慢，所需时间由几秒到几十分钟，甚至更长，且极化过程伴随着有较大的能量损失，属于有损极化。
或分为两大类：有损极化和无损极化。
无损极化包括电子式极化和离子式极化，有损极化包括偶极子式极化和空间电荷极化。
夹层极化是空间电荷极化的一种特殊形式。
3、吸收现象：当直流电压U加在固体电介质时，通过介质中的电流将随时间而衰减，最终达到某一稳定值，这种现象称为吸收现象。
高压电考试题填空题
高电压技术部分1流注理论考虑空间电荷对原有电场的影响和空间光电离的作用。
（流注理论和汤逊理论的差别是考察的重点）。
2 汤逊理论适用于低气压、短气隙的条件，而流注理论适用于高气压、长气隙的条件。
3巴申定律表明高气压和低气压都能使气体击穿电压增大。
4 电晕放电是不均匀电场放电，是自持放电。
5 输电线路上传播的过电压波将因电晕而衰减其幅值和降低其波前陡度，电晕放电还在静电除尘器、静电喷涂装置中获得广泛的应用。
6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碰撞游离. 7进行外绝缘的冲击高电压试验时，往往施加正极性冲击电压，因为此时的电气强度较低。
（在极不均匀电场中，正极性击穿电压比负极性击穿电压低）8钢化玻璃型绝缘子具有损坏后“自爆”的特性9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10 以下哪种材料具有憎水性？A. 硅橡胶B.电瓷C. 玻璃D金属11 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。
12 伏秒特性曲线波头击穿时取瞬时值，波尾击穿时取峰值。
冲击系数是50%放电电压与静态放电电压之比。
雷电流具有冲击波形的特点：迅速上升，平缓下降。
雷电冲击波电压波形包括视在波前时间和视在半峰值时间，标准雷击波为1.2/50us，在防雷设计中采用2.6/40us。
13保护设备的伏秒特性应始终低于被保护设备的伏秒特性。
这样，当有一过电压作用于两设备时，总是保护设备先击穿，进而限制了过电压幅值，保护了被保护设备14 SF6气体具有较高绝缘强度的主要原因之一是______。
（SF6的理化特性是考察的重点，每次招聘必考）A．无色无味性B．不燃性C．无腐蚀性D．电负性在所用的杂质中影响最大的是水。
15影响液体电介质击穿电压的因素有水分和其他杂质油温电场均匀度电压作用时间油压的影响（考试列出以上选项，从其中选出无关的，尤其注意与电压的频率无关）影响固体电介质击穿电压的因素有电压作用时间电场均匀程度温度受潮累积效应。
华北电力大学高电压技术模拟试题六讲解
华北电力大学高电压技术模拟试题六一、单项选择题(在每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的序号填在题干的括号内。
每小题1分，共10分)1.由于光辐射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2.解释电压较高、距离较长的间隙中的气体放电过程可用( )。
A.流注理论B.汤逊理论C.巴申定律D.小桥理论3.测量绝缘电阻不能有效发现的缺陷是( )。
A.绝缘整体受潮B.存在贯穿性的导电通道C.绝缘局部严重受潮D.绝缘中的局部缺陷4.随着输电线路长度的增加线路的波阻抗将( )。
A.不变B.增大C.减小D.可能增大也可能减小5.保护间隙动作后会形成截波，对变压器类设备构成威胁的是( )。
A.对地绝缘B.主绝缘C.匝间绝缘D.相间绝缘6.发电机突然甩负荷引起的过电压属于( )。
A.操作过电压B.谐振过电压C.暂时过电压D.工频过电压7.设S1、S2分别为某避雷器及其被保护设备的伏秒特性曲线，要使设备受到可靠保护必须( )。
A.S1高于S2B.S1低于S2C.S1等于S2D.S1与S2相交8.若固体电介质被击穿的时间很短、又无明显的温升，可判断是( )。
A.电化学击穿B.热击穿C.电击穿D.各类击穿都有9.表示某地区雷电活动强度的主要指标是指雷暴小时与( )。
A.耐雷水平B.雷暴日C.跳闸率D.大气压强10.不能用于测量直流高压的仪器设备是( )。
A.电容分压器B.电阻分压器C.静电电压表D.高阻微安表二、填空题(每空1分，共15分)11.气体中带电粒子消失的方式有复合、__________及受电场的作用流入电极。
12.用测量绝缘电阻判断电介质绝缘的好坏时，绝缘电阻值越大说明绝缘__________。
13.用西林电桥测量tanδ时，常用的接线方式中__________接线适用于被试品接地的情况。
14.变压器绕组中电压起始分布的最大电位梯度出现在绕组的__________。
3汤逊放电理论
二.汤逊气体放电理论
汤逊放电理论：低气压短间隙
两种气体放电理论
流注放电理论：高气压长间隙
汤逊放电理论的理论要点
电子碰撞电离和正离子撞击阴极产生的金属表面电离 是使带电质点激增，并导致击穿的主要因素。击穿电压大 体上是 p × d 的函数.
（一）电 子 崩（electron avalanche）
2019年2月
§4 均匀电场中气体击穿的发展过程
一. 自持放电、非自持放电
1. 非自持放电：如去掉外电离因素 的作用后放电随即停止的放电。
U<U0时，去掉外电离因素，电 流消失。 2. 自持放电：能仅由电场的作用而 维持的放电称为自持放电
U>U0时，气体发生了强烈的电 离，电流剧增，气体的电离仅靠电 场的作用可自行维持，而不再继续 需要外部的电离因素了。
{ γ过程：
正 离 子 撞 击 阴 极 表 面 引 起 的 表 面 电 离 放 电 释 放 出 的 光 子 引 起 了 阴 极 表 面 的 光 电 离
2. α过程和γ过程同时引起的电流
γ系数：一个正离子撞击阴极表面产生的二次自由电子量。 上述产生的二次电子同样可引起气体空间的电离。
nc = n0 +Dn
基于以上的原因提出了流注放电理论：
长度内，一个自由电子的平均碰撞（注意不一定引起电离）的次数为 1 l
③因而电离碰撞的次数为： 1
-
e
xi l
，也即电离系数 α 。
l
④因而有：
a=
1e
xi l
1=e
Vi (El
)
l
l
⑤气体的温度不变时，平均自由程 l 和气体的压力
，并令 AVi = B ，可得： a= Ape- (Bp/E)
第十一章真空断路器
不管触头表面如何平整，微观上看总是凹凸不平的。两触头接触 时只有少数表面突起部分接触，通过电流。接触点的多少和接触面积 的大小与接触压力有关。当触头在真空中开断电流时，随着触头分开， 接触压力减小，接触点的数量和接触面积也随之减少，电流集中在愈 来愈少的少数接触点上，损耗增加，接触点温度急剧升高，出现熔化。 随着触头继续分开，熔化的金属桥被拉长变细并最终断裂产生金属蒸 气。金属蒸气的温度很高，部分原子可能产生热电离，加上触头刚分 离时，间隙距离很短，电场强度很高，阴极表面在高温、强电场的作 用下又会发射出大量电子，并很快发展成温度很高的阴极斑点。而阴 极斑点又会蒸发出新的金属蒸气和发射电子，这样触头间的放电将转 变为自持的真空电弧了。
? 真空的程度以气体的绝对压力值来表示，压力越低称 之真空度越高。在国际单位制中，压力以帕(Pa)为单 位。一个工程大气压约为0.1MPa(兆帕)。过去习惯使 用毫米汞柱(mmHg)或托(Torr)
电力开关设备及应用（高压电器部分）
真空包括的范围很广，为方便起见常将它划分为几个区域
（1）粗真空：真空压力范围为1.01? 105 Pa ~ 1.33? 102 Pa （2）低真空：真空压力范围为1.33? 102 Pa ~ 1.33? 10?1 Pa （3）高真空：真空压力范围为1.33? 10?1 Pa ~ 1.33? 10?6 Pa （4）超高真空：真空压力范围为1.33? 10?6 Pa ~ 1.33 ? 10?10 Pa （5）极高真空：真空压力范围为1.33? 10?10 P的数量与电弧电流的大小、阴极材料的熔点和热传导 系数有关。材料的熔点越低，热传导系数越小，每一斑点通导 的电流也越小。 随着电弧电流的增大，阴极斑点的 数量也会增加，但每一阴极斑点仍 有自己的等离子区锥体，相邻的锥 体也可能重叠。阴极斑点在阴极表 面不停地运动，通常是由电极中心 向边缘运动。当阴极斑点到达电极 边缘时，等离子区的锥体弯曲，接 着阴极斑点突然消失，而在电极中 心又会出现新的斑点。有时阴极斑 点也会自动分裂产生新的阴极斑点。 这种阴极斑点不断消失、不断产生 且向边缘扩散的真空电弧称为扩散 型真空电弧。 扩散型电弧的特点是阴极斑点数量多，且不断在阴极表面运 动，电弧间隙中同时存在着很多个并联支弧，而阳极表面尚 未形成高温的阳极斑点。
试解释沿面闪络电压明显低于纯空气间隙的击穿电压的原因
1、试解释沿面闪络电压明显低于纯空气间隙的击穿电压的原因。
答：当两电极间的电压逐渐升高时，放电总是发生在沿固体介质的表面上，此时的沿面闪络电压已比纯空气间隙的击穿电压低很多，其原因是原先的均匀电场发生了畸变。
产生这种情况的原因有：（1）固体介质表面不是绝对光滑，存在一定的粗糙程度，这使得表面电场分布发生畸变。
（2）固体介质表面电阻不可能完全均匀，各处表面电阻不相同。
（3）固体介质与空气有接触的情况。
（4）固体介质与电极有接触的状况。
/2、简要解释小桥理论。
答：工程实际中使用的液体电介质不可能是纯净的，不可避免地混入气体（即气泡）、水分、纤维等杂质。
这些杂质的介电常数小于液体的介电常数，在交流电场作用下，杂质中的场强与液体介质中的场强按各自的介电常数成反比分配，杂质中场强较高，且气泡的击穿场强低，因此杂质中首先发生放电，放电产生的带电粒子撞击液体分子，使液体介质分解，又产生气体，使气泡数量增多，逐渐形成易发生放电的气泡通道，并逐步贯穿两极，形成“小桥”，最后导致击穿在此通道中发生。
/3在测试电气设备的介质损失角正切值时什么时候用正接线，什么时候用反接线；正接线和反接线各有什么特点？答：使用西林电桥的正接线时，高压西林电桥的高压桥臂的阻抗比对应的低压臂阻抗大得多，所以电桥上施加的电压绝大部分都降落在高压桥臂上，只要把试品和标准电容器放在高压保护区，用屏蔽线从其低压端连接到低压桥臂上，则在低压桥臂上调节R3和C4就很安全，而且测量准确度较高。
但这种方法要求被试品高低压端均对地绝缘。
使用反接线时，即将R3和C4接在高压端，由于R3和C4处于高电位。
桥体位于高压侧，抗干扰能力和准确度都不如正接线。
现场试验通常采用反接线试验方法。
/4、固体电介质的电击穿和热击穿有什么区别？答：固体电介质的电击穿过程与气体放电中的汤逊理论及液体的电击穿理论相似，是以考虑在固体电介质中发生碰撞电离为基础的，不考虑由边缘效应、介质劣化等原因引起的击穿。
高电压绝缘基本理论
(C1 C2 )
R1 R2 R1 R2
R1 C2 R1 U ( )e t R1 R2 C1 C2 R1 R2
21
吸收比K－极化指数PI
两台变压 器的绝缘 电阻随吸 收时间的 变化曲线
吸收比K=R60s/R15s 极化指数PI= R10min/R1min
22
27
化学键及分子间作用力
离子键（产生电子的转移） 共价键（价电子共有） 金属键（价电子共有、又不为特定原子束缚，为自由电子） 分子作用力分为范德华力(Van der Waals)和氢键 氢键：当H原子与电负性很大、半径很小的原子X以共价键 结合为分子时，由于成键电子强烈地偏向X原子，使H原子 几乎成为“赤裸”的质子而具有较大的正电荷场强。因而这个 H原子可与另一个电负性大、半径小的Y原子产生定向吸引 作用，形成X－H…Y结构，其中H原子与Y原子间的作用力 称为氢键。
10
•5
影响变压器寿命的因素
制造工艺不良 过电压的冲击 外部短路 发热与过负荷运行 受潮 绝缘性能衰退
11
如何减少电力设备的故障、避免和减少损失？
生产过程的措施（制造厂家）
设计上： 研究改善电场分布、降低最大场强； 配件上： 对配件(如变压器分接开关、套管等)认真选购 及试验； 工艺上： 提高油纸绝缘包缠、干燥、浸渍质量； 试验上： 严格车间检验、出厂试验、增加局放试验等。
6
•3
电力设备使用寿命与应力之间的关系
维修后寿命延长
t 环境污染 老化
采用合适的状态维修策略可以延长电力设备的寿命。
7
根据国家电网公司科技发展规划(2003~2005~2010) 公布数据（国家电网科[2003]285号）