高电压技术总复习

第一章 电介质的极化、电导和损耗 一、掌握电介质极化的基本形式及特点 （1） 极化：电介质中的带电质点在电场作用下沿电场方向作有限位移现象。 （2） 电子位移极化：负电荷的作用中心与正电荷的作用中心不再重合 主要特点：1、极化所需时间极短；2、极化具有弹性，不产生能量损耗；3、温度对极化的影响较小。 （3） 离子位移极化：在外电场E作用下，正、负离子将发生方向相反的偏移，使平均偶极矩不再为零，介质呈现极化。 离子式极化的特点：1、极化过程极短；2、极化具有弹性，无能量损耗；3、温度对极化有影响： （4） 偶极子极化：在外电场的作用下，偶极子受到电场力的作用而发生转向，顺电场方向作有规律的排列，靠电极两表面呈现出电的极性。 偶极子式极化的特点：1、极化所需时间极长，故极化与频率有较大的关系；2、极化属非弹性，有能量损耗；3、温度对极化影响很大：极性气体介质具有负的温度系数； （5） 空间电荷极化：是带电质点（电子或正、负离子）的移动形成的。最典型的空间电荷极化是夹层极化。 夹层极化的特点：1、极化所需时间长，故夹层极化只有在低频时才有意义。具有夹层绝缘的设备断开电源后，应短接进行彻底放电以免危及人身安全，大容量电容器不加电压时也应短接；2、极化涉及电荷的移动和积聚，所以必然伴随能量损耗。 二、介质的相对介电常数

ε0 ——真空的介电常数=8.86×10-14F/cm 三、掌握电介质损耗的基本概念、介质损耗因数tanδ概念 采用介质损耗角正切tanδ作为综合反映电介质损耗特性优劣的一个指标，测量和监控各种电力设备绝缘的tanδ值已成为电力系统中绝缘预防性试验的最重要项目之一。 第二章 气体放电的物理过程

一、掌握气体中带电粒子的产生和消失 1 气体中带电质点的产生途径：电子获得足够的能量跳出最外层轨道，成为自由电子。产生带电离子的过程称为电离（游离），它是气体放电的首要前提。 一是气体本身发生电离（游离）；二是气体中的固体或液体金属发生表面电离（游离）。 （1）碰撞电离(游离） 在电场中获得加速的电子在和气体分子碰撞时，可以把自己的动能转给后者而引起碰撞电离（游离）。 （2）光电离（游离） 电磁射线（光子）能量W=hv等于或大于气体的电离（游离）能时引起的电离（游离）过程。 （3）热电离（游离） 因气体分子热运动状态引起的电离（游离）过程。 （4）表面电离（游离） 在气体中的金属电极表面电离（游离）自由电子的现象。 2气体中带电质点的消失 气体中带电粒子的消失有可有下述几种情况： (1) 带电粒子在电场的驱动下作定向运动，在到达电极 时，消失于电极上而形成外电路中的电流； (2) 带电粒子因扩散现象而逸出气体放电空间。 (3) 带电粒子的复合。 二、气体放电机理

1、 汤森德气体放电理论：适用均匀电场气隙的击穿 场强较小，气隙中只存在极微小的泄漏电

随场强增大出现电子崩，

电流相应增加

：非自持放电

：自持放电

crEE

crEE较均匀电场：自持放电发展到整个气隙，气

隙被击穿

不均匀电场：电晕

临界场强

火花击穿或刷形放电 （1）电子碰撞电离系数 α：一个电子沿电场方向（向阳极）运动1cm 的行程所完成的碰撞电离次数平均值。

（2）系数γ 表示一个正离子撞击到阴极表面时产生出来的二次电子数。 （3）自持放电条件为： 2、气体放电的流注理论 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）以及它们不断汇入初崩通道的过程被称为流注。 （1）空间电荷对原有电场的影响 电子崩的头部集中着大部分的正离子和几乎全部电子。原有均匀场强在电子崩前方和尾部处都增强了，在这两个强场区中间出现了一个电场强度很小但电子和正离子浓度却最大的区域，使此处产生强烈的复合和反激励发射出许多光子，成为引发新的空间光电离的辐射源。 （2）空间光电离的作用 辐射源向气隙空间各处发射光子而引起光电离。如果光子位于强场区，二次电子崩将以更大得多的电离强度向阳极发展，或汇入崩尾。 流注理论认为：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后，某一初始电子崩的头部积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

EBpApe

(1)1ade发生空间光电离的结果，这时放电即转入新的流注阶段。 流注的特点：电离强度很大，传播速度很快（超过初崩发展速度10倍以上）。出现流注的条件也就是自持放电条件。 3、电晕：（1）在极不均匀电场中，电极曲率较大处附近空间，伴随着电离而存在的复合和反激励，辐射出大量光子，使在黑暗中可以看到蓝紫色的晕光，这就是电晕。 （2）导体表面的局部场强大于空气的击穿场强时表面空气被击穿发生咝咝声伴随闪光的现象。 电晕放电特征：环绕该电极表面的蓝紫色光晕。 4、不均匀电场气隙的击穿 （1）棒为正极时，由于正流注所造成的空间电荷总是加强流注通道前方的电场，所以正流注的发展是连续的，其速度很快，与负棒极相比，击穿同一间隙所需的电压要小得多。 （2）棒为负极时，流注的发展是阶段式的，其平均速度比正棒极流注小得多，击穿同一间隙所需的外电压要高得多。 第三章 气隙的电气强度

一、气隙的击穿时间 1、气隙的击穿特性与所加电压的类型 工频交流电压、直流电压、雷电过电压波和操作过电压波。 2、气隙击穿的三个必备条件： （1）足够大的电场强度或足够高的电压； （2）在气隙中存在能引起电子崩并导致流柱和主放电的有效电子； （3）需要有一定的时间，让放电得以逐步发展并完成击穿。 二、气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布 1、电压波形 （1）直流电压；（2）工频交流电压；（3）雷电冲击电压；（4）操作冲击电压波

ttttl

t

Uu t U0

t0 ——升压时间，电压从0升到静态

击穿电压U0所需时间； ts ——统计时延，指从 t0 到气隙中出现第一个有效电子的时间； tf——放电发展时间，从出现有效电

子到最终击穿的时间。 放电的总时间 tb 由三部分组成，即

tl = ts + tf tl——放电时延

tb = t0 + ts + tf

影响ts的因素：电极材料、外加电压、短波光照射、电场情况。 影响tf的因素：间隙长度、电场均匀度、外施电压。 2、伏秒特性 如果一个电压同时作用在两个并联的气隙S1和S2上，若其中某一个气隙先被击穿，则电压被短接，另一个气隙就不会被击穿。这个原则如用于保护装置和被保护物体，就是前者保护了后者。注意：如果要求S2能可靠地保护S1，则S2的伏秒特性带必须全面低于S1的相应特性带。

3、气隙击穿电压的概率分布 不论是直流电压、交流电压、雷电冲击电压或操作冲击电压作用下，气隙的击穿电压都有一定的分散性，即击穿概率分布特性。气隙击穿的概率分布接近正态分布，通常可用50%击穿电压。 三、大气条件对气隙击穿电压的影响 空气隙的击穿电压随空气密度的增大而升高的原因是：随着空气密度的增大，空气中自由电子的平均自由行程缩短，不易造成碰撞电离。 空气隙的击穿电压随着空气湿度的增大而增大的原因是：水蒸气是电负性气体，易俘获自由电子以形成负离子，使活跃的电离因素——自由电子的数量减少，阻碍电离的发展。 击穿电压的气象条件校正对外绝缘的沿面闪络电压同样适应。 四、较均匀电场气隙的击穿电压

均匀电场中，电场对称，故击穿电压与电压极性无关。由于气隙各处的场强大致相等，不可能出现持续的局部放电，故气隙的击穿电压就是起始放电电压。 影响稍不均匀电场的气隙击穿电压的因素，除电场结构和大气条件外，还有邻近效应和照射效应， 五、不均匀电场气隙的击穿电压 1、不均匀电场特点： 各处场强差别大，放电从场强最大的区域开始局部放电； 放电有极性效应； 击穿电压分散性大； 电极的尺寸对放电影响小； 2、预先对几种典型电场的气隙，如棒 – 棒或线 – 线（对称电场）、棒 – 板或线 – 板（不对称电场），同一气隙，在不同性质的电压作用下，其击穿电压值具有明显的差别，且其分散性也较大。下面就不

24.46.53()bUSSkV同性质的电压分别予以讨论。 3直流电压作用下：―棒—板‖ 气隙在负极性时的击穿电压大大高于正极性时的击穿电压。 4、工频电压作用下：在工频交流电压下测量气隙的击穿电压时，通常将电压慢慢升高，直至发生击穿。升压速率一般控制在每秒钟升高预期击穿电压值的 3% 左右。在此情况下，―棒 – 板‖气隙的击穿总是发生在棒极为正极性的那半周的峰值附近。 5、雷电冲击电压：图3-5-4表示中等距离气隙的50％冲击击穿电压（1.2/50μs）曲线。击穿电压具有明显的极性效应，且与气隙距离接近线性关系。图3-5-5表示更大间距气隙的冲击击穿电压曲线。冲击击穿电压与间隙距离保持较好的线性关系，没有显著的饱和现象。 6、操作冲击电压作用下： 不均匀电场气隙在操作冲击电压作用下的击穿有很多特点，分述如下： （1）操作冲击电压的波形对气隙的电气强度有很大的影响。 在各种不同的不均匀电场结构中，正极性操作冲击的50％击穿电压都比负极性的低，所以是更危险的。 2）在各种类型的作用电压中，以操作冲击电压下的电气强度为最小。在确定电力设施的空间距离时，必须考虑这一重要情况。 50%操作冲击击穿电压极小值U50%(min) 可用下面的经验公式求得: 3

50%(min)3.410()81UkVS



