电介质击穿特性.ppt

徐州工程学院 高电压技术第一张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘2第二章第二章 电介质的击穿特性电介质的击穿特性当绝缘间隙的电压过高时，电介质会由绝缘状态转变为良导体，这种状态称为电介质的击穿。击穿电压：间隙击穿时的最低临界电压。击穿场强：间隙击穿电压与间隙距离之比。第二张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘3(1)空气在强电场下放电特性一、气体放电 气体在正常状态下是良好的绝缘体,在一个立方米体积内仅含几千个带电粒子,但在高电压下,气体从少量电荷会突然产生大量的电荷,从而失去绝缘能力而发生放电现象.一旦电压解除后,气体电介质能自动恢复绝缘状态第一节第一节 气体放电的基本概念气体放电的基本概念 第三张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘4 输电线路以气体作为绝缘材料第四张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘5 变压器相间绝缘以气体作为绝缘材料第五张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘6第一节第一节 气体放电的基本概念气体放电的基本概念(2)气体放电的形式：气体放电的形式：气体中流通电流的各种形式。气体中流通电流的各种形式。u辉光放电：充溢电极空间，电流密度小1-5mA/cm2,正伏安特性，绝缘状态；u电晕放电：高场强附近出现发光薄层，通道仍是绝缘状态；u火花放电：贯通两极细亮断续放电通道，间歇击穿；u电弧放电：持续贯通两极细亮放电通道，完全击穿；第六张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘7二、气体带电质点的产生：1、气体分子本身的游离、气体分子本身的游离游离：在电场的作用下中性质点中电子摆脱原子核的束缚成为自由电子的过程。游离形式：碰撞游离、光游离、热游离2、金属表面游离：、金属表面游离：金属中的电子摆脱金属表面的位能势垒的束缚成为自由电子的过程。第七张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘8（3）热游离）热游离波尔茨曼常数1.3810-23J/K 热力学温度（2）光游离）光游离普朗克常数6.6310-34Js （1）碰撞游离）碰撞游离第八张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘9(4)金属表面游离金属表面游离:电极表面的电子逸出功电极表面的电子逸出功一些金属的逸出功金属逸出功铝1.8银3.1铜3.9铁3.9氧化铜5.3第九张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘10三、气体中带电粒子的消失：去游离（1）扩散：带电质点从高浓度区域向低浓度区域运动.（2）复合：正离子与负离子相遇而互相中和还原成中性原子第十张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘11(3)(3)附着效应附着效应:气体中负离子的形成气体中负离子的形成 电子与气体分子或原子碰撞时，也有可能发生电子附着过程而形成负离子，并释放出能量，称为电子亲合能。电子亲合能的大小可用来衡量原子捕获一个电子的难易，越大则越易形成负离子。元素电子亲合能（eV）F3.45Cl3.61Br3.36I3.06负离子的形成使自由电子数减少，因而对放电发展起抑制作用。SF6气体含F，其分子俘获电子的能力很强，属强电负性气体，因而具有很高的电气强度。第十一张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘12u游离过程吸收能量，产生电子等带电质点，促进放电过程发展，电气强度降低，不利于绝缘；u复合过程释放能量，使带电质点减少消失，阻碍 放电过程的发展，有利于保持绝缘强度。u两种过程在气体放电过程中同时存在，条件不同，强弱程度不同。游离主要发生在强电场、高能量区；复合主要发生在低电场、低能量区。(4)(4)游离与复合作用的关系游离与复合作用的关系第十二张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘13第二节第二节 均匀电场中的气体放电均匀电场中的气体放电一、汤生理论（一、汤生理论（ps较小）较小）1903年英国物理学家（J.S.Townseen）提出气体放电理论，尽管适用范围有限，但对放电机理的阐述具有普遍意义，至今仍是放电物理的基础理论。第十三张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘141 汤逊放电理论适用条件:均匀电场,低气压,短间隙实验装置第十四张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘152 均匀电场中气体的伏安特性oa段:随着电压升高，到达阳极的带电质点数量和速度也随之增大ab段：电流不再随电压的增大而增大，良好绝缘状态，电流很小。bc段：电流又再随电压的增大而增大c点:电流急剧突增第十五张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘16(1).电子崩 在电场作用下电子从阴极向阳极推进而形成的一群电子(2).非自持放电 去掉外界游离因素的作用后,放电随即停止(3).自持放电 不需要外界游离因素存在,放电也能维持下去3 几个概念几个概念第十六张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘17 非自持放电和自持放电的不同特点非自持放电和自持放电的不同特点 电流随外施电压的提高而增大，因为带电质点向电极运动的速度加快复合率减小 电流饱和，带电质点全部进入电极，电流仅取决于外游离因素的强弱（良好的绝缘状态）电流开始增大，由于电子碰撞游离引起的 电流急剧上升放电过程进入了一个新的阶段（击穿）外施电压小于Ub时的放电是非自持放电。电压到达Ub后，电流剧增，间隙中电离过程只靠外施电压已能维持，不再需要外电离因素。自持放电起始电压第十七张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘18 电子崩的形成（电子崩的形成（bc段电流剧增原因）段电流剧增原因）电子碰撞电离系数电子碰撞电离系数：代表一个电子沿电力线方向行经1cm时平均发生的碰撞电离次数。第十八张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘19过程与自持放电条件一个电子从阴极到阳极因电子崩形成正离子数为一个电子从阴极到阳极因电子崩形成正离子数为 eas-1，正离正离子撞击阴极形成二次自由电子数为子撞击阴极形成二次自由电子数为(eas-1)，若它等于，若它等于1，意，意味着阴极产生原电子的一个后继电子替身，使放电得以自持。味着阴极产生原电子的一个后继电子替身，使放电得以自持。第十九张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘20二、巴申定律(帕邢定律）a.表达式:b.均匀电场中几种气体的击穿电压与s的关系C、应用：空气断路器和真空断路器就是利用此规律来提高击穿电压和降低体积与尺寸的。第二十张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘21汤逊自持放电理论第二十一张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘22 汤逊放电理论的适用范围研究表明研究表明：汤逊理论能解释低气压、：汤逊理论能解释低气压、SS较小时的放电现象；较小时的放电现象；当当SS过小或过大时，放电机理变化，不适用。过小或过大时，放电机理变化，不适用。SS过大时，汤逊理论无法解释许多实验现象。过大时，汤逊理论无法解释许多实验现象。(为气体的相对为气体的相对密度密度)u放电外形放电外形：出现放电分支细通道，非充满放电空间。：出现放电分支细通道，非充满放电空间。u放电时间放电时间：低气压下汤逊理论的计算值与实验符合，高气压下：低气压下汤逊理论的计算值与实验符合，高气压下计算值远大于实测值。计算值远大于实测值。u击穿电压击穿电压：S大时，计算值与实验值差别大。大时，计算值与实验值差别大。u阴极材料的影响阴极材料的影响：汤逊放电及击穿电压与阴极材料有关，：汤逊放电及击穿电压与阴极材料有关，而高气压下间隙击穿电压基本与电极材料无关而高气压下间隙击穿电压基本与电极材料无关第二十二张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘23三、流注理论（三、流注理论（SS较大）（较大）（1939年，雷泽年，雷泽（H.Reather）提出）提出）考虑了空间电荷对原有电场的影响和空间光电离的作用，适用两者乘积大于0.26cm时的情况。同时该理论注意到空间电荷对电场畸变的作用。维持条件维持条件：电子的碰撞游离电子的碰撞游离和和空间光游离空间光游离是形成是形成自持放电的主要因素。自持放电的主要因素。第二十三张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘24形成流注的必要条件是电子崩发展到足够的程度后，电子崩中的空间电荷使原电场明显畸变，大大加强了崩头及崩尾处的电场。电子崩中电荷密度很大，所以复合过程频繁，放射出的光子在崩头或崩尾强电场区很容易引起光电离。二次电子的主要来源是空间的光电离。(1)(1)流注的形成条件流注的形成条件第二十四张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘25(2)流注理论流注理论简单流程图:有效电子(经碰撞游离)-电子崩(畸变电场)-发射光子(在强电场作用下)-产生新的电子崩(二次崩)-形成混质通道(流注)-由阳极向阴极(阳极流注)或由阴极向阳极(阴极流注)击穿.第二十五张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘26(3)流注放电理论要点流注放电理论要点u在高气压下（在高气压下（S大），当外施电压等于击穿电压时，光电离强烈，大），当外施电压等于击穿电压时，光电离强烈，电子崩（汤逊放电）转入流注放电。电子崩（汤逊放电）转入流注放电。u流注理论认为：电子崩发展到足够的程度后，其空间电荷足以使原电流注理论认为：电子崩发展到足够的程度后，其空间电荷足以使原电场严重畸变，大大加强崩头和崩尾电场，引发强场光子发射。另外，场严重畸变，大大加强崩头和崩尾电场，引发强场光子发射。另外，电子崩中电荷密度非常大，弱场区复合过程频繁，放射出的光子重新电子崩中电荷密度非常大，弱场区复合过程频繁，放射出的光子重新引起光电离。引起光电离。u流注理论强调：不均匀的空间电荷分布对电场畸变的作用；空间碰流注理论强调：不均匀的空间电荷分布对电场畸变的作用；空间碰撞电离和光电离是形成自持放电的主要原因撞电离和光电离是形成自持放电的主要原因。u适用范围：高气压、均匀、不均匀电场中的放电过程。还较为适用范围：高气压、均匀、不均匀电场中的放电过程。还较为粗糙，存在假说成分。粗糙，存在假说成分。第二十六张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘27四、持续性电压作用下均匀电场气体间隙的击穿电压 均匀电场气体间隙的击穿场强：30kV/cm均匀电场空气间隙的击穿电压 经验公式：第二十七张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘28第三节第三节 不均匀电场中气体的击穿过程不均匀电场中气体的击穿过程一、极不均匀电场中气体间隙的放电特性一、极不均匀电场中气体间隙的放电特性1、电晕放电：、电晕放电：极不均匀电场中特有的气体放电现象。不均匀电场中，气隙上电压升高至某一临界值时，在曲率半径较小的尖电极附近空间，局部场强将首先达到引起强烈游离的数值，在这局部区域内形成自持放电。2、极性效应：、极性效应：对于电极形状不对称的不均匀电场气隙，如棒-板间隙，棒电极的极性不同时，间隙的起晕电压和击穿电压的大小也不同。这种击穿现象称为极性效应极性效应。第二十八张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘291、极不均匀电场中的电晕放电、极不均匀电场中的电晕放电（1）电晕放电的起始场强是气体相对密度；m1表面粗糙度系数，理想光滑导线取1，绞线0.80.9；好天气时m2=1，坏天气时m2可按0.8估算。第二十九张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘30（2）电晕放电的危害与对策危害：危害：功率损耗、电磁干扰、噪声污染、腐蚀和氧化作用对策对策：（：（限制导线的表面场强限制导线的表面场强）采用分裂导线。对330kV及以上的线路应采用分裂导线，例如330，500和750kV的线路可分别采用二分裂、四分裂和六分裂导线。（3）利用电晕放电第三十张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘312、极性效应：、极性效应：对于电极形状不对称的不均匀电场气隙，如棒-板间隙，棒电极的极性不同时，间隙的起晕电压和击穿电压的大小也不同。这种击穿现象称为极性效应极性效应。原因：棒电极的极性不同时，间隙中的空间电荷对外电场的畸变作用不同。u棒电极为正时：棒电极为正时：起晕电压高，击穿电压较低。u棒电极为负时：棒电极为负时：起晕电压低，击穿电压较高。第三十一张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘32 2 不均匀电场中放电的极性效应不均匀电场中放电的极性效应第三十二张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘33 2 不均匀电场中放电的极性效应不均匀电场中放电的极性效应负极性棒板间隙的电晕起始电压比正极性棒板电极低负极性棒板间隙击穿电压比正极性棒板电极高 第三十三张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘34二、长间隙（1m）极不均匀电场气体间隙的击穿过程先导通道：从流注通道根部出发形成的一段炽热的高游离火花通道，这种具有热游离过程的通道称为先导通道。第三十四张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘35 三、极不均匀电场中的击穿三、极不均匀电场中的击穿 不对称布置的极不均匀场间隙的极性效应很明显，而且其击穿的极性效应与稍不均匀场间隙相反。尖板和尖尖空气间隙的直流击穿电压 棒棒和棒板空气间隙的工频击穿电压（有效值）第三十五张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘36第四节、雷电冲击电压下气体间隙的击穿特性第四节、雷电冲击电压下气体间隙的击穿特性 为了检验绝缘耐受雷电冲击电压的能力，在实验室中可以利用冲击电压发生器产生冲击高压，以模拟雷电放电引起的过电压。规定：标准雷电冲击波形：标准雷电冲击波形：1.2us/50us。（波前时间1.2us，半峰值时间50us）第三十六张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘37 一、冲击电压的标准波形一、冲击电压的标准波形标准雷电波标准雷电波的波形：T1=1.2s30，T2=50s20对于不同极性：+1.2/50s或-1.2/50s操作冲击波操作冲击波的波形：T1=250s20，T2=2500s60对于不同极性：+250/2500s或-250/2500s 波前时间 半峰值时间 第三十七张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘38 二、放电时延二、放电时延临界击穿电压 统计时延：从外施电压达Uo时起，到出现一个能引起击穿的初始电子崩所需的第一个有效电子所需时间放电形成时延：从出现第一个有效自由电子时起，到放电过程完成所需时间，即电子崩的形成和发展到流注等所需的时间第三十八张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘39三、三、50击穿电压及冲击系数击穿电压及冲击系数1.50击穿电压击穿电压2.多次施加电压时有半数会导致击穿的电压值Ub50。2.冲击系数冲击系数 同一间隙的50冲击击穿电压与工频击穿电压U之比。第三十九张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘40四、四、伏秒特性伏秒特性伏秒特性：伏秒特性：在同一冲击电压波形下，击穿电压值与放电时间的关系。用用实验实验确定间隙伏秒特性的方法：确定间隙伏秒特性的方法：保持冲击电压的波形不变，逐渐升高电压使间隙发生击穿，并根据示波图记录击穿电压U与击穿时间t。击穿发生在波前或峰值，取此刻值击穿发生在波尾，取峰值未击穿100%伏秒特性0%伏秒特性50%伏秒特性50%冲击击穿电压第四十张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘41电气设备绝缘的伏秒特性和避雷器的伏秒特性（a）正确配合 （b）不正确配合绝缘的绝缘的伏秒特性伏秒特性避雷器的避雷器的伏秒特性伏秒特性第四十一张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘42第五节第五节 操作冲击电压下气体间隙的击穿特性操作冲击电压下气体间隙的击穿特性一、一、操作冲击电压的推荐波形操作冲击电压的推荐波形 T1/T2=250(20)/2500(60)s 第四十二张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘43 二、操作冲击电压下击穿的二、操作冲击电压下击穿的U形曲线形曲线（1）长空气间隙的操作冲击击穿通常发生在波前部分，因而其击穿电压仅与波前时间有关。（2）当波前时间tf为100300s时，击穿电压出现极小值。出现极小值的波前时间随间隙距离的增加而增大。击穿电压随波前时间的减小而增大是放电时延在起作用，与雷电冲击电压相似电压作用时间增加后空间电荷迁移范围扩大，改善了间隙中电场分布，击穿电压提高工频击穿工频击穿电压电压第四十三张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘44三、长空气间隙在操作冲击电压下的击穿强度三、长空气间隙在操作冲击电压下的击穿强度特点：特点：（1）长间隙的雷电冲击击穿电压远比操作冲击击穿电压要高；（2）间隙长度超过5m时呈现饱和趋势。雷电冲击雷电冲击操作冲击操作冲击第四十四张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘45一、一、标准大气条件标准大气条件大气压力 P0=101.3kpa(760mmHg柱）温度 湿度 f0=11g/m3第六节第六节 大气条件对空气间隙击穿电压的影响大气条件对空气间隙击穿电压的影响GB/T 16927.1-1997高电压试验技术 第一部分：一般试验要求第四十五张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘46二、二、相对密度的影响相对密度的影响相对密度 p=2.89-T当在0.95到1.05之间时，空气间隙的击穿电压U与成正比U=U0校正系数校正系数0.700.750.800.850.900.951.001.051.101.15K0.720.770.810.860.910.951.001.051.091.13第四十六张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘47三、三、湿度的影响湿度的影响(1).均匀或稍不均匀电场湿度的增加而略有增加,但程度极微,可以不校正(2).极不均匀电场由于平均场强较低,湿度增加后,水分子易吸附电子而形成质量较大的负离子，运动速度，减慢游离能力大大降低；使击穿电压增大.因此需要校正。第四十七张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘48四、四、海拔（高度）的影响海拔（高度）的影响随着海拔（高度）增加，空气逐渐稀薄，大气压力及空气相对密度下降,间隙的击穿电压也随之下降。U=ka U0 第四十八张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘49结论：结论：u温度温度升高、气隙的击穿电压下降；升高、气隙的击穿电压下降；u湿度湿度升高、气隙的击穿电压升高；升高、气隙的击穿电压升高；u海拔高度海拔高度升高、气隙的击穿电压降低；升高、气隙的击穿电压降低；u气压气压升高、气隙的击穿电压升高。升高、气隙的击穿电压升高。第六节第六节 大气条件对空气间隙击穿电压的影响大气条件对空气间隙击穿电压的影响第四十九张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘50（1）SF6和一些氟里昂气体属于强电负性气体，其绝缘强度比空气高得多，因此用于电气设备时其气压不必太高，使设备的制造和运行得以简化。（2）灭弧能力强。（是空气的100倍。原因：在电弧高温下发生分解需要大量能量，因而对电弧弧道产生强烈的冷却作用；其本身及其分解气体均具有高绝缘强度也有助于电弧的熄灭。第七节第七节 SF6气体的击穿特性气体的击穿特性一、一、SF6气体的特性气体的特性 第五十张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘51（3）无毒但会使人窒息。（其分子量为146，是空气的5倍以上，会积聚在地面附近）（4）混合气体的应用。（和氮气混合使用，不会产生分离分层作用，即使氮气的含量达到80%，混合气体的耐电强度是纯氮气和空气的2倍以上。而且，混合气体中氮气的含量越高，混合气体的液化温度越低，更适用于高寒地区。)第七节第七节 SF6气体的击穿特性气体的击穿特性一、一、SF6气体的特性气体的特性 第五十一张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘52二、二、SF6气体在极不均匀电场中的击穿特性气体在极不均匀电场中的击穿特性 驼峰现象。冲击系数可能小于驼峰现象。冲击系数可能小于1三、三、SF6气体在稍不均匀电场中的击穿特性气体在稍不均匀电场中的击穿特性四、四、SF6气体绝缘气体绝缘GIS中的快速暂态过电压（中的快速暂态过电压（VFTO）五、五、SF6的运行与维护（防止和清除污染，保持气体的纯度；防止液化）的运行与维护（防止和清除污染，保持气体的纯度；防止液化）第七节第七节 SF6气体的击穿特性气体的击穿特性第五十二张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘53第八节第八节 提高气体间隙电气强度的方法提高气体间隙电气强度的方法一、改善电场分布一、改善电场分布u1、改进电极形状，增大电极曲率半径、改进电极形状，增大电极曲率半径u2、极不均匀电场中采用屏障改善电场分布、极不均匀电场中采用屏障改善电场分布二、削弱游离过程二、削弱游离过程u1、采用高气压气体、采用高气压气体u2、采用强电负性气体（高电气强度）、采用强电负性气体（高电气强度）u3、高真空的采用、高真空的采用第五十三张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘54一、改善电场分布的措施一、改善电场分布的措施（1）改变电极形状）改变电极形状 例如采用屏蔽罩、扩径导线等增大电极曲率半径，或改善电极边缘形状以消除边缘效应。长空气间隙的交流击穿电压棒板棒板棒棒棒棒导线杆塔支柱导线杆塔支柱导线导线导线导线第八节第八节 提高气体间隙电气强度的方法提高气体间隙电气强度的方法第五十四张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘55（2）利用空间电荷对原电场的畸变作用）利用空间电荷对原电场的畸变作用 例如利用电晕放电产生的空间电荷来改善极不均匀场间隙中电场分布，从而提高间隙的击穿电压。但应该指出，上述细线效应只存在于一定的间隙距离范围之内，间隙距离超过一定值，细线也将产生刷状放电，从而破坏比较均匀的电晕层，使击穿电压与尖板或尖尖间隙的相近了。另外，此种提高击穿电压的方法仅在持续作用电压下才有效，在雷电冲击电压下并不适用。第八节第八节 提高气体间隙电气强度的方法提高气体间隙电气强度的方法第五十五张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘56（3）极不均匀电场中屏障的使用）极不均匀电场中屏障的使用 正尖板间隙中屏障的作用屏障靠近尖电极或板电极时，屏障效应消失，屏障靠近尖电极或板电极时，屏障效应消失，正、负极性下出现很大差别。正、负极性下出现很大差别。直流电压下尖板空气间隙的击穿电压和屏障位置的关系 屏障应靠近尖电极，使比较均匀的电场区扩大。屏障应靠近尖电极，使比较均匀的电场区扩大。但离尖电极过近时，屏障上空间电荷的分布将但离尖电极过近时，屏障上空间电荷的分布将变得不均匀而使屏障效应减弱，因此屏障有一变得不均匀而使屏障效应减弱，因此屏障有一最佳位置。最佳位置。第八节第八节 提高气体间隙电气强度的方法提高气体间隙电气强度的方法第五十六张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘57（1）高气压的采用高气压的采用均匀电场中几种绝缘介质的击穿电压与距离的关系12.8MPa的空气 20.7MPa的SF6 3高真空4变压器油 50.1MPa的SF6 6大气二、削弱游离过程的措施二、削弱游离过程的措施第八节第八节 提高气体间隙电气强度的方法提高气体间隙电气强度的方法第五十七张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘58uSF6和一些氟里昂气体属于强电负性气体，其绝缘强度比空气高得多，因此用于电气设备时其气压不必太高，使设备的制造和运行得以简化。u氟里昂12（CCI2F2）的绝缘强度与SF6相近，其液化温度也可满足户内设备的条件，但为保护大气中的臭氧层，国际上早已将氟里昂12列入第一批需限制和禁用的氟里昂。（2）强电负性气体的应用强电负性气体的应用第八节第八节 提高气体间隙电气强度的方法提高气体间隙电气强度的方法第五十八张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘59uSF6的价格较高，用于断路器时（气压在0.7MPa左右）液化温度不能满足高寒地区要求，在工程应用中有时采用SF6混合气体。已得到应用的混合气体是SF6-N2混合气体，通常其混合比在50%50%左右，其液化温度能满足高寒地区要求，绝缘强度约为纯SF6的85左右。uSF6气体温室效应相当于CO2的23900倍，且SF6气体不会自然分解，在大气中寿命长达3200年。因此目前的技术发展趋势是在SF6用气量大的气体绝缘管道输电线中改用SF6含量较小的N2-SF6混合气体（SF6的含量为20时，混合气体的绝缘强度为纯SF6的75左右）。第八节第八节 提高气体间隙电气强度的方法提高气体间隙电气强度的方法第五十九张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘60（3）高真空的采用）高真空的采用击穿电压击穿电压击穿场强击穿场强间隙距离对击穿的影响：间隙距离对击穿的影响：规律：击穿场强随间距的增加而降低。原因：随着间隙距离及击穿电压的增大，电子从阴极到阳极经过了巨大的电位差，积聚了很大的动能。高能电子轰击阳极时能使阳极释放出正离子及辐射出光子。正离子及光子到达阴极后又将加强阴极的表面电离。在此反复过程中产生越来越大的电子流，使电极局部气化，导致击穿。击穿机理：击穿机理：强场发射造成很大的电流密度，导致电极局部过热并释放出气体，发生金属气化，破坏了真空，故引起击穿。第八节第八节 提高气体间隙电气强度的方法提高气体间隙电气强度的方法第六十张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘61在完全相同的实验条件下，击穿电压随电极材料熔点的提高而增大，因为强场发射电流达到临界电流密度，致使金属微细突起物迅速熔化成金属蒸气导致击穿。稍不均匀电场中高真空的直流击穿电压与电极材料的关系锌锌铝铝铜铜钢钢第八节第八节 提高气体间隙电气强度的方法提高气体间隙电气强度的方法第六十一张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘62电极材料与电极温度对高真空交流击穿电压的影响对电极采取冷却措施具有与提高电极材料熔点相同的效果，也可使击穿电压提高。铜电极铜电极T293K铜电极铜电极T80K钢电极钢电极T293K第八节第八节 提高气体间隙电气强度的方法提高气体间隙电气强度的方法第六十二张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘63第九节第九节 气体中沿固体绝缘表面的放电（沿面气体中沿固体绝缘表面的放电（沿面放电）放电）沿面放电：沿着固体电介质表面的气体发生的放电现象。闪络：闪络：当沿面放电发展成贯通两极的放电时，称为闪闪络络。沿面闪络电压比固体或者气体介质单独存在时的击穿电压都低，可见一个绝缘装置的实际耐压能力是取决于它的沿面闪络电压的。它与设备表面的干燥、潮湿、清洁、污染有较大关系。第六十三张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘64一、一、交界面电场分布的三种典型情况交界面电场分布的三种典型情况气体介质与固体介质的交界称为界面(1).固体介质处于均匀电场中，且界面与电力线平行。第六十四张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘65(2).固体介质处于极不均匀电场中，且电力线垂直于界面的分量比平行于界面的分量大得多。类似套管瓷套管第六十五张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘66变压器用电容套管第六十六张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘67(3).固体介质处于极不均匀电场中,且电力线平行于界面的分量以垂直于界面的分量大得多.类似支持绝缘子第六十七张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘68复合支持绝缘子第六十八张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘69户外高压支持绝缘子第六十九张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘70二、二、均匀电场中的沿面放电均匀电场中的沿面放电其放电特点：放电发生在沿着固体介质表面,且放电电压比纯空气间隙的放电电压要低.原因：（1）固体介质与电极表面没有完全密合而存在微小气隙,或者介面有裂纹。（2）介质表面不可能绝对光滑,使表面电场不均匀.（3）介质表面电阻不均匀使电场分布不均匀。（4）介质表面易吸收水分,形成一层很薄的膜，水膜中的离子在电场作用下向两极移动,易在电极附近积聚电荷,使电场不均匀。第七十张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘711.极不均匀电场具有强法线分量时的沿面放电(套管型)(1)放电发展特点:a.电晕放电三、三、极不均匀电场中的沿面放电极不均匀电场中的沿面放电 b.线状火花放电c.滑闪放电d.闪络放电第七十一张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘72(2)影响沿面放电因素分析等值电路图a.固体介质厚度越小，则体积电容越大，沿介质表面电压分布越不均匀，其沿面闪络电压越低；b.同理，固体介质的体积电阻越小，沿面闪络电压越低c.固体介质表面电阻减少，可降低沿面的最大电场强度，从而提高沿面闪络电压第七十二张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘73(3).提高沿面闪络电压措施a.减少套管的体积电容。如增大固体介质厚度，加大法兰处套管的外经b.减少绝缘的表面电阻。如在套管近法兰处涂半导体漆或半导体釉第七十三张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘742.极不均匀电场具有强切线分量时的沿面放电极不均匀电场具有强切线分量时的沿面放电(支柱绝缘子型)由于电极本身的形状和布置己使电场很不均匀，故介质表面积聚电荷使电压重新分布不会显著降低沿面闪络电压，为了提高沿面闪络电压，一般从改进电极形状，如采用屏蔽罩和均压环。第七十四张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘75 绝缘子串的电压分布第七十五张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘76分析结果：分析结果：a.绝缘子片数越多，电压分布越不均匀b.靠近导线端第一个绝缘子电压降最高，易产生电晕放电。在工作电压下不允许产生电晕，故对330kv及以上电压等级考虑使用均压环第七十六张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘77五、五、绝缘子表面污秽时的沿面放电绝缘子表面污秽时的沿面放电 户外绝缘子，会受到工业污秽或自然界盐碱、飞尘等污染，在干燥时，由于污秽尘埃电阻很大，绝缘子表面泄漏电流很小，对绝缘子安全运行无危险；但下雨时，绝缘子表面容易冲掉，而大气湿度较高，或在毛毛雨、雾等气候下，污秽尘埃被润湿，表面电导剧增，使绝缘子的泄漏电流剧增，降低闪络电压。第七十七张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘78一、绝缘子染污状态下的沿面放电：一、绝缘子染污状态下的沿面放电：污闪过程污闪过程：积污：积污-受潮受潮-干区形成干区形成-局部电弧的出现和发局部电弧的出现和发展。展。污层受潮条件污层受潮条件：多雾，毛毛雨，易凝露地区，融雪的：多雾，毛毛雨，易凝露地区，融雪的气象条件。气象条件。第七十八张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘79二、防止污闪的措施二、防止污闪的措施u（1）定期或不定期的清扫u（2）使用防污闪涂料或进行表面处理u（3）加强绝缘和采用耐污绝缘子 u（4）使用其他材质的绝缘子第七十九张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘80对瓷柱进行清洗第八十张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘81第十节：液体电介质的击穿特性第十节：液体电介质的击穿特性一、液体电介质击穿的两种过程：一、液体电介质击穿的两种过程：纯净的液体介质：击穿过程与气体击穿的过程很相似。但其击穿场强高。工程用的液体介质：击穿场强很少超过300kV/cm，一般在200kV/cm250kV/cm的范围内。是由于“小桥理论”导致。第八十一张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘82二、影响液体介质击穿电压的主要因素二、影响液体介质击穿电压的主要因素u1、液体介质品质u2、温度u3、压力u4、电压作用时间u5、电场均匀度三、提高液体介质击穿电压的方法三、提高液体介质击穿电压的方法（一）减少液体介质中的杂质（二）采用固体电介质降低杂质的影响第八十二张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘83第十一节第十一节 固体电介质的击穿特性固体电介质的击穿特性一、固体电介质击穿特性：一、固体电介质击穿特性：固体电介质的击穿强度比液体和气体介质高，可能因以下过程而被击穿。击穿后其绝缘性能不能恢复。u1、电击穿 u2、热击穿u3、电化学击穿 第八十三张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘84二、影响固体电介质击穿电压的主要因素二、影响固体电介质击穿电压的主要因素u 1.电压作用时间u 2.电场均匀程度和介质厚度u 3.电压种类u 4.累积效应u 5.受潮u 6.温度三、提高固体电介质击穿电压的措施三、提高固体电介质击穿电压的措施改进制造工艺、改进绝缘设计 、改善运行条件第八十四张，PPT共八十五页，创作于2022年6月电气绝缘85感感谢谢大大家家观观看看第八十五张，PPT共八十五页，创作于2022年6月