武大电气2019年高电压绝缘复习

2019年高电压绝缘复习一．题型1填空（30空30分）2简答（7题70分）二．题库第二章：气体击穿理论分析和气体间隙绝缘1．气体放电的五种形式及其特点：辉光放电：电弧放电：火花放电：电晕放电：刷状放电：注意：电晕放电、刷状放电时气隙未击穿，而辉光放电、火花放电、电弧放电均指击穿后的放电现象，且随条件不同，这些放电现象可相互转换。

2．质点产生四种形式：（1）气体分子本身发生电离①光电离:光辐射引起的气体分子的电离过程。

外光源(紫外线照射)/激励态原子回到基态/正负离子的复合。

②碰撞电离：由于质点碰撞所引起的电离过程。

（主要是电子碰撞电离）。

是气体中产生带电粒子的最重要的方式。

分级电离时能量小于上式。

分析气体放电发展过程时，往往只考虑电子所引起的碰撞电离。

③热电离：因气体热状态引起的电离过程。

热电离实质上是热状态下碰撞电离和光电离的综合。

(2）气体中的固体或液体金属发生表面电离④表面电离：金属表面电离比气体空间电离更易发生。

阴极表面电离在气体放电过程中起着相当重要的作用。

电极表面电离按外加能量形式的不同，可分为四种形式：①正离子撞击阴极表面②光电子发射（光电效应）③热电子发射④强场发射（冷发射）3.质点消失三种形式：①电场作用定向移动消失于电极形成电流。

②扩散：在热运动的过程中，粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小的区域，从而使每种粒子的浓度分布均匀化的物理过程。

特点：气压越低，温度越高，扩散进行的越快。

电子的热运动速度大、自由行程长度大，其扩散速度也要比离子快得多。

③带电粒子的复合，气体中带异号电荷的粒子相遇而发生电荷的传递与中和，还原为分子的过程。

带电粒子的复合过程中会发生光辐射，这种光辐射在一定条件下又成为导致电离的因素参与复合的粒子的相对速度越大，复合概率越小。

通常放电过程中离子间的复合更为重要带电粒子浓度越大，复合速度越大，强烈的电离区也是强烈的复合区。

4．汤逊放电：特点：电子的碰撞电离（α过程）和正离子（γ过程）撞击阴极造成的表面电离起主要作用。

自持放电条件：γ(eαd－1)=1过程：一个电子从阴极到阳极途中因电子崩（α过程）而造成的正离子数为eαd－1，这批正离子在阴极上造成的二次自由电子数（γ过程）应为γ(eαd－1)，如果它等于1，就意味着那个初始电子有了一个后继电子，从而使放电得以自持。

当自持放电条件得到满足时，放电就能自己维持下去。

5.巴申定律：解释：均匀电场中气体的击穿电压Ub是气压和电极间距离的乘积（pd）的函数。

假设d不变：当气压很小时，气体稀薄，虽然电子自由程大，可以得到足够的动能，但碰撞总数小，所以击穿电压升高当气体增大时，电子自由程变小，得到的动能减小，所以击穿电压升高。

总有一个气压对碰撞电离最有利，此时击穿电压最小。

局限性：pd较大时，解释现象与实际不符6.流注理论：过程：在外电离因素下气隙产生有效电子，发生碰撞电离形成电子崩，畸变电场，由于气体原子或分子的激励电离复合等过程产生光电离发射光子，在强电场作用下产生新的电子崩，不断汇入主崩，形成等离子通道（流注），流注高速向电极发展，由阳极向阴极(正流注)或由阴极向阳极(负流注，外加电压＞击穿电压)。

流注形成的条件就是自持放电条件，在均匀电场中也就是导致击穿的条件eαd=常数7.两个理论比较：（1）汤逊理论放电充斥整个空间，流注理论只是线状空间；（2）汤逊理论碰撞电离起主要作用，流注理论以光电离为主；（3）流注理论光子以光速传播，时间快；汤逊理论强调阴极材料的影响，因为其自持条件是表面电离，而流注理论强调空间光电离，阴极材料无影响。

（4）自持放电条件的比较：汤逊理论：自持放电由阴极γ过程来维持；流注理论：依赖于空间光电离。

γ系数的物理意义不同。

8.电晕放电效应：咝咝的声音、臭氧的气味、电极附近空间蓝色的晕光；化学反应产生新物质；回路电流明显增加(绝对值仍很小)，可以测量到能量损失；产生高频脉冲电流；消除影响：（1）采用分裂导线，使等值曲率半径增大（2）改进电极形状，增大电极的曲率半径，使表面光滑9.极不均匀电场放电过程：两大特征：电晕放电和极性效应1非自持放电阶段：（1）正棒负板：棒极附近强场区域内形成电子崩，电子崩头部的电子被棒极中和，在棒极附近留下许多正离子，积聚起的正空间电荷，减少了紧贴棒极附近的电场，而加强了外部空间的电场（即电场的击穿电压低），棒极附近难以造成流注，使得自持放电、即电晕放电难以形成（即电晕的起始电压高）。

（2）负棒正板：电子崩中电子离开强电场区后，难以再引起电离，正离子逐渐向棒极运动，在棒极附近出现了比较集中的正空间电荷，使电场畸变，棒极附近的电场得到增强，因而自待放电条件就易于得到满足，易于转入流注而形成电晕放电。

2流注发展阶段：（1）正棒负板：电子崩进入棒电极，正电荷留在棒尖加强了前方（板极）的电场；电场的加强对形成流注发展有利。

头部前方产生新电子崩，吸引入流注头部正电荷区内，加强并延长流注通道；流注及其头部的正电荷使强电场区向前移，促进流注通道进一步发展，逐渐向阴极推进，形成正流注。

（2）负棒正板：电子崩由强场区向弱场区发展，对电子崩发展不利。

棒极前的正电荷区消弱了前方（阳极）空间的电场，使流注发展不利等离子体层前方电场足够强后，发展新电子崩，形成了大量二次电子崩，汇集起来后使得等离子体层向阳极推进，形成负流注。

（长间隙流注不足以击穿）短间隙击穿：3放电进一步发展外电压较低时，流注通道深入间隙一段距离后，就停止不前了，形成电晕放电或刷状放电外电压足够高时，流注通道将一直达到另一电极，从而导致间隙长间隙击穿：4先导放电：流注通道发展到足够的长度后，将有较多的电子循通道流向电极，通过通道根部的电子最多，于是流注根部温度升高，出现热电离过程。

这个具有热电离过程的通道称为先导通道。

正先导较快。

5主放电：当先导通道头部发展到接近对面电极时，将发生十分强烈的放电过程，这个过程将沿着先导通道以一定速度向反方向扩展到棒极，这个过程称为主放电过程。

主放电过程使贯穿两极间的通道成为温度很高、电导很大、轴向场强很小的等离子体火花通道(如电源功率足够，则转为电弧通道)，从而使气隙完全失去了绝缘性能，气隙被击穿。

【正极性电晕电压高，击穿电压低】长空气间隙的平均击穿场强远低于短间隙：10.气体间隙击穿电压的主要因素：(1)电场分布（均匀、稍不均匀、极不均匀）(2)电压形式（直流、交流（持续作用电压）、雷电冲击、操作冲击）(3)气体种类（空气、电负性气体（SF6）)(4)气体状态（气压、温度、湿度、海拔高度）。

11.伏秒特性：伏秒特性：用间隙上出现的电压最大值和放电时间的关系来表征间隙在冲击电压下的击穿特性。

伏秒特性曲线：同一波形、不同幅值的冲击电压作用下，间隙上出现的电压最大值和放电时间的关系曲线。

伏秒特性曲线的绘制：（1）波前击穿时：击穿时的电压作为气隙的击穿电压值（2）波尾击穿时：击穿起决定作用的是曾经作用过的冲击电压峰值，把峰值电压作为气隙的击穿电压值。

（3）由于放电时间具有分散性，于是每一级电压下可得一系列放电时间，所以实际上伏秒特性是以上、下包线为界的带状区域。

（4）工程上，常采用平均放电时间各点相连所得的平均伏秒特性或50%伏秒特性曲线来表征一个气隙的冲击击穿电压电场均匀程度的影响及其原因：①均匀或稍不均匀电场形状：曲线较为平坦；原因：由于击穿时平均场强较高，流注发展较快，放电时延很短。

②极不均匀电场形状：曲线较陡；原因：由于击穿时平均场强较低，而且流注总是从强场区向弱场区发展，放电速度受到电场分布影响，所以放电时延长。

作用：主要用于比较不同设备绝缘的冲击特性，即用于绝缘配合。

为了使被保护设备得到可靠的保护，被保护设备绝缘的伏秒特性曲线的下包线，必须始终高于保护设备的伏秒特性曲线的上包线。

12.提高气体介质电气强度：途径：改善电场分布，使之尽量均匀（内因）利用其它方法来削弱气体中的电离过程（外因）。

方法：（一）改善电场分布：1改进电极形状（1）增大电极曲率半径减小表面场强。

如变压器套管端部加球形屏蔽罩（2）改善电极边缘电极边缘做成弧形（3）使电极具有最佳外形如穿墙高压引线上加金属扁球；2利用空间电荷畸变电场极不均匀电场中击穿前发生电晕放电，利用放电产生的空间电荷改善电场分布，使电场均匀度提高，从而提高击穿电压；3采用屏障。

（1）在电场极不均匀的气隙中，放入薄片固体绝缘材料（例如纸或纸板），在一定条件下，可以显著提高气隙的击穿电压。

（2）原理：棒极附近产生电晕，产生带电粒子,正离子沿电场向负极板运动正离子遇到固体绝缘材料被拦截下来均匀的排列在固体绝缘材料的左侧使材料右侧的电场变得均匀，形状像均匀电场，提高击穿电压。

（3）影响屏障气隙的击穿电压的因素：屏障位置及棒电极的极性。

当棒为正极性屏障在间隙的任何位置都会增加击穿电压值。

当x=1/5~1/6d时最有利；当棒为负极性屏障离棒极很近时，有一定的屏障效果；屏障离开棒电极一定距离，设置屏障反而降低间隙的击穿电压（二）削弱气体电离过程：4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(2)高气压下应尽可能的改善电场分布，使电场均匀，否则用高气压不能改善(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气压来提高击穿电压的效果不明显5采用高电气强度气体卤族元素：很强的电负性；分子直径大，电子自由行程短；易发生极化现象6采用高真空削弱间隙中的碰撞电离过程，从而显著增高间隙的击穿电压。

第三章：气体中的沿面放电和高压绝缘子1．绝缘子分类：（一）按用途分类：1.支柱绝缘子：高压配电装置母线和高压电器带电部分的绝缘支柱2.瓷套：用做电气内绝缘的容器，并使绝缘免遭周围环境的影响。

3.套管：用做导体穿过电器外壳、接地隔板或墙壁的绝缘部件4.线路绝缘子：高压架空线路悬挂或支撑导线的绝缘部件（二）按材料分类：1.瓷绝缘子:2.玻璃绝缘子3.复合绝缘子:（1）抗拉性能好（2）重量轻，体积小，弹性好。

（3）防污闪性能好。

2.绝缘子电气性能要求：(1)干闪络电压:表面清洁、干燥的绝缘子的闪络电压。

(2)湿闪络电压:表面洁净绝缘子在淋雨时的闪络电压。

户外绝缘子的主要指标(3)污闪络电压:表面脏污的绝缘子在受潮时的闪络电压。

3.沿面放电：沿面放电概念：沿着固体介质表面的气体发生的放电。

闪络概念：沿面放电发展到贯穿性的空气击穿4.界面（气体介质与固体介质的交界面）电场分布的三种典型情况：(1)固体介质处于均匀电场中，且界面与电力线平行，工程中比较少见，但实际结构中会遇到固体处于稍不均匀电场中、且界面与电力线大致平行的情况。

此时沿面放电特性与均匀电场的情况相似。

(2)固体介质处于极不均匀电场中，且界面电场的垂直分量En比平行于表面的切线分量Et大得多。