《高电压技术》PPT课件.ppt

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1、高 电 压 技 术王富荣王富荣2001120011年年9 9月月西南交通大学电气工程学院绪绪 论论高电压技术高电压技术高电压技术高电压技术 研究高电压（强电场）下的电气物理问题研究高电压（强电场）下的电气物理问题电力系统：电力系统：电力系统：电力系统：输送的功率一定时输送的功率一定时，输电线路电压越高，功率输电线路电压越高，功率损耗越低，输送距离越远。损耗越低，输送距离越远。大功率、远距离输电大功率、远距离输电高压、超高压、特高压高压、超高压、特高压电网电网 我国我国 中压电网中压电网 63 63、3535、10 kV10 kV 高压电网高压电网 110 110、220220 kVkV 超高压

2、电网超高压电网 330 330、500kV 500kV、750kV750kV 特高压电网特高压电网 1000kV 1000kV另有直流输电网：另有直流输电网：800kV800kV；660kV 660kV；500kV 500kV电气化铁道牵引供电系统电气化铁道牵引供电系统电气化铁道牵引供电系统电气化铁道牵引供电系统：110110（或（或220220）高压供）高压供 电网络电网络 牵引供电系统电气原理示意图牵引供电系统电气原理示意图 电力系统（及牵引供电系统）高电压问题：电力系统（及牵引供电系统）高电压问题：电力系统（及牵引供电系统）高电压问题：电力系统（及牵引供电系统）高电压问题：n 电气绝缘电

3、气绝缘u 绝缘材料u 绝缘结构n 电气绝缘试验电气绝缘试验u 电气绝缘试验技术 u 各种高电压产生及测量技术 n 电力系统过电压及其防护电力系统过电压及其防护 u系统各种过电压产生的机理u过电压的防护技术 n 电磁环境问题电磁环境问题u 电磁兼容 u 电磁的生态效应 l l高电压技术的应用：高电压技术的应用：高能物理（粒子加速器高能物理（粒子加速器）医学（基于高电压的医疗器械医学（基于高电压的医疗器械 X X光机、光机、CT CT）环保（静电除尘、烟气脱硫（硝）、污水处理、汽车环保（静电除尘、烟气脱硫（硝）、污水处理、汽车 尾气处理尾气处理 ）食品卫生（杀毒灭菌）食品卫生（杀毒灭菌）高压静电喷

4、涂高压静电喷涂 。1 气体放电的基本物理过程正常使用，电介质为良好的绝缘体过高电压下，发生放电、失去绝缘性 击穿。电介质气体空气、SF6等液体变压器油、电容器油等固体绝缘纸、云母、塑料、电瓷、硅橡胶等1.1 带电质点的产生、运动和消失带电质点的产生、运动和消失气体放电的原因气体放电的原因气体放电的原因气体放电的原因：气体中出现带电质点气体中出现带电质点气体中出现带电质点的原因：气体中出现带电质点的原因：气体中出现带电质点的原因：气体中出现带电质点的原因：电离电离l 气体分子电离：气体分子电离：气体分子电离：气体分子电离：气体分子（原子）接受外界能量气体分子（原子）接受外界能量后，其核外电子脱离

5、原子核的束缚，成为自由电子。后，其核外电子脱离原子核的束缚，成为自由电子。气体分子（原子）气体分子（原子）正离子正离子+自由电子自由电子电离能电离能电离能电离能使气体分子发生电离所需要的最小能量。使气体分子发生电离所需要的最小能量。单位：电子伏特（单位：电子伏特（ev)ev)一、气体中带电质点的产生一、气体中带电质点的产生一、气体中带电质点的产生一、气体中带电质点的产生气体气体电电离能离能/ev/ev 激励能激励能/ev/ev气体气体电电离能离能/ev/ev激励能激励能/ev/evN N2 212.512.56.16.1SFSF6 615.615.66.86.8O O2 212.512.57.

6、97.9H H2 2O O12.712.77.67.6COCO2 213.713.71010表表1-1 1-1 气体分子的电离能气体分子的电离能 气体电离方式气体电离方式气体电离方式气体电离方式 电子碰撞电离电子碰撞电离电子碰撞电离电子碰撞电离-电子被电场加速获得动能，在和气体电子被电场加速获得动能，在和气体 分子碰撞时，把动能传给后者引起碰分子碰撞时，把动能传给后者引起碰 撞电离。撞电离。条件：自由电子的动能条件：自由电子的动能气体分子的电离能。气体分子的电离能。光电离光电离光电离光电离光辐射引起的气体分子电离光辐射引起的气体分子电离条件：光子的能量气体分子的电离能。条件：光子的能量气体分子

7、的电离能。热电离热电离热电离热电离高温（数千度以上）气体产生的气体分子电离。高温（数千度以上）气体产生的气体分子电离。气体分子碰撞电离；气体分子碰撞电离；热辐射电离。热辐射电离。l 阴极表面电离阴极表面电离阴极表面电离阴极表面电离阴极表面逸出功阴极表面逸出功气体分子电离能气体分子电离能不同的金属材料逸出功不同不同的金属材料逸出功不同金金 属属铝铝银银铁铁铜铜氧化铜氧化铜铯铯逸出功逸出功（eVeV）4.084.084.734.734.484.484.74.75.35.31.881.88表表1-2 1-2 一些金属的逸出功一些金属的逸出功阴极表面电离阴极表面电离阴极表面发射自由电子。阴极表面发射自

8、由电子。逸出功逸出功使阴极表面发射电子所需要的最小能量，使阴极表面发射电子所需要的最小能量，单位：电子伏特（单位：电子伏特（ev)ev)正离子撞击阴极表面正离子撞击阴极表面光电子发射光电子发射热电子发射热电子发射强场发射强场发射。阴极表面电离方式：阴极表面电离方式：阴极表面电离方式：阴极表面电离方式：l 负离子的形成负离子的形成负离子的形成负离子的形成附着：电子与中性分子相结合形成负离子。附着：电子与中性分子相结合形成负离子。负离子的形成并未使气体中带电质点的数目负离子的形成并未使气体中带电质点的数目改变，但却使自由电子数减少，因而对气体改变，但却使自由电子数减少，因而对气体放电的发展起抑制作

9、用放电的发展起抑制作用二、带电质点的运动和消失二、带电质点的运动和消失二、带电质点的运动和消失二、带电质点的运动和消失 定向运动定向运动定向运动定向运动 带电粒子在电场的驱动下，沿电场方向运动，带电粒子在电场的驱动下，沿电场方向运动，到达电极时，消失于电极上而形成电流。到达电极时，消失于电极上而形成电流。扩散扩散扩散扩散 带电粒子从浓度高的地方向浓度低的地方移动因而带电粒子从浓度高的地方向浓度低的地方移动因而 逸出气体放电空间。逸出气体放电空间。复合复合复合复合 正离子和负离子或电子相遇，发生电荷传递而互相正离子和负离子或电子相遇，发生电荷传递而互相 中和，还原为中性分子的过程。中和，还原为中

10、性分子的过程。复合是电离的逆过程复合是电离的逆过程复合是电离的逆过程复合是电离的逆过程 以光子形式向外释放能量，可导致以光子形式向外释放能量，可导致 光电离光电离1 1.2 2 汤逊放电理论汤逊放电理论一、气隙中的放电电流一、气隙中的放电电流一、气隙中的放电电流一、气隙中的放电电流oaoaoaoa段：段：段：段：u I I=Iu I I=Iu I I=Iu I I=I0 0 0 0 I I0 0-饱和电流取决饱和电流取决饱和电流取决饱和电流取决 于外界电离因素于外界电离因素于外界电离因素于外界电离因素abababab段：段：段：段：u I=Iu I=Iu I=Iu I=I0 0 0 0 间隙中

11、间隙中间隙中间隙中 无新的带电粒子无新的带电粒子无新的带电粒子无新的带电粒子 产生产生产生产生 bcbcbcbc段：段：段：段：u I u I u I u I 间隙中出现了电子碰撞电离，产生了间隙中出现了电子碰撞电离，产生了间隙中出现了电子碰撞电离，产生了间隙中出现了电子碰撞电离，产生了 电子崩电子崩电子崩电子崩 二、电子崩二、电子崩二、电子崩二、电子崩vv 电子崩的形电子崩的形电子崩的形电子崩的形成成成成电子碰撞电离系数：电子碰撞电离系数：电子碰撞电离系数：电子碰撞电离系数：图图1-4a 1-4a 电子崩的形成电子崩的形成vv 电子崩中带电粒子分布电子崩中带电粒子分布电子崩中带电粒子分布电子

12、崩中带电粒子分布图图1-4b 1-4b 电子崩中带电粒子分布电子崩中带电粒子分布三、电子崩（三、电子崩（三、电子崩（三、电子崩（过程）产生的电流过程）产生的电流过程）产生的电流过程）产生的电流 设：单位时间从阴极发出设：单位时间从阴极发出 n n0 0个自由电子个自由电子 因：电子崩过程因：电子崩过程 在：在：x x处为处为 n n个个 在：在：x xdxdx处为处为 n+dn n+dn个个 则：则：dn dnn ndxdx 积分得积分得：n=n0ex X=d:X=d:na=n0ed dxdxn0n+-图15 电子崩中的电子数计算则：电子崩所引起的放电电流：则：电子崩所引起的放电电流：I=II

13、=II=II=I0 0 0 0e e e ed d d d （1 1 1 19)9)9)9)I I I I0 0 0 0n n0 0e e 饱和电流（由外界电离因素形成）饱和电流（由外界电离因素形成）若：若：n n0 00 0 I I I I0 0 0 0=0 =0 =0 =0 放电需依靠外界电离因素维持放电需依靠外界电离因素维持 非自持放电非自持放电 四、四、四、四、过程同时作用引起的电流过程同时作用引起的电流过程正离子撞击阴极表面电离过程正离子撞击阴极表面电离正离子撞击阴极表面电离系数正离子撞击阴极表面电离系数 （每一个正离子撞击阴极表面时，使阴极表面所（每一个正离子撞击阴极表面时，使阴极

14、表面所 发射的自由电子数），决定于气体种类和阴极材发射的自由电子数），决定于气体种类和阴极材料，不同金属材料其值不同。料，不同金属材料其值不同。vv同时考虑同时考虑、过程极间自由电子数目变化：过程极间自由电子数目变化：阴极表面阴极表面 到达阳极到达阳极 过程使气隙中产生过程使气隙中产生 过程使阴极表面发射过程使阴极表面发射 n n0 0 n n0 0e edd n n0 0（e edd1 1）n n0 0（e edd1 1）.n nc c n nc ce edd n nc c（e edd1 1）n nc c（e edd1 1）平衡状态下：平衡状态下：平衡状态下：平衡状态下：n n n nc c

15、 c c=n=n=n=n0 0 0 0+n+n+n+nc c c c（e e e edddd1 1 1 1）则：则：则：则：n n n nc c c c=n=n=n=n0 0 0 0/1-/1-/1-/1-（e e e edddd1 1 1 1）阳极：阳极：阳极：阳极：n n n na a a a n nc c e edd n n n n0 0 0 0 e e e ed d d d/1-/1-/1-/1-（e e e edddd1 1 1 1）放电电流：放电电流：放电电流：放电电流：I I I Ia a a a=I=I=I=I0 0 0 0 e e e ed d d d/1-/1-/1-/1-

16、（e e e edddd1 1 1 1）自持放电的条件自持放电的条件 若使：若使：1-1-1-1-（e e e edddd1 1 1 1）0 0 0 0 则：则：I I0 0=0,I0-=0,I0-去掉外界电离因素，放电可依靠去掉外界电离因素，放电可依靠间隙自身电离（间隙自身电离（过程）维持过程）维持-自持放电。自持放电。自持放电。自持放电。自持放电的条件：自持放电的条件：自持放电的条件：自持放电的条件：（e e e edddd1 1 1 1）1 1 1 1物理意义：物理意义：物理意义：物理意义：每一个从阴极出发的自由，在消失于阳极之每一个从阴极出发的自由，在消失于阳极之 前，因前，因、过程，

17、使阴极产生一个新的自过程，使阴极产生一个新的自 由电子，以维持间隙的的电离过程，放电由电子，以维持间隙的的电离过程，放电 得以自持。得以自持。放电形式：放电形式：放电形式：放电形式：辉光放电、火花放电、电弧放电辉光放电、火花放电、电弧放电五、击穿电压与气压的关系（巴申定律）五、击穿电压与气压的关系（巴申定律）五、击穿电压与气压的关系（巴申定律）五、击穿电压与气压的关系（巴申定律）将将：ApeApeBP/EBP/Eb b，E Eb bU Ub b/d/d 代入自持放电条件代入自持放电条件：（e edd1 1）1 1可得击穿电压：可得击穿电压：击穿电压随击穿电压随击穿电压随击穿电压随pdpdpdp

18、d乘积变化且存在极值乘积变化且存在极值乘积变化且存在极值乘积变化且存在极值即：即：即：即：六六六六 汤逊放电理论的局限汤逊放电理论的局限汤逊放电理论的局限汤逊放电理论的局限 1.1.1.1.放电外形放电外形放电外形放电外形汤逊理论：放电应是充满整个电极间、均匀、连续发展的。汤逊理论：放电应是充满整个电极间、均匀、连续发展的。汤逊理论：放电应是充满整个电极间、均匀、连续发展的。汤逊理论：放电应是充满整个电极间、均匀、连续发展的。实际：大气压下，放电路径贯穿两极细通道且具有分支、实际：大气压下，放电路径贯穿两极细通道且具有分支、实际：大气压下，放电路径贯穿两极细通道且具有分支、实际：大气压下，放电

19、路径贯穿两极细通道且具有分支、放电多为间歇性、不均匀（如火花放电、雷电）放电多为间歇性、不均匀（如火花放电、雷电）放电多为间歇性、不均匀（如火花放电、雷电）放电多为间歇性、不均匀（如火花放电、雷电）2.2.2.2.阴极材料阴极材料阴极材料阴极材料汤逊理论：阴极材料的特性对击穿过程起重要作用。汤逊理论：阴极材料的特性对击穿过程起重要作用。汤逊理论：阴极材料的特性对击穿过程起重要作用。汤逊理论：阴极材料的特性对击穿过程起重要作用。实际：大气压下，击穿电压与阴极材料无关。实际：大气压下，击穿电压与阴极材料无关。实际：大气压下，击穿电压与阴极材料无关。实际：大气压下，击穿电压与阴极材料无关。3.3.3

20、.3.放电时间放电时间放电时间放电时间汤逊理论：击穿需时较长，。汤逊理论：击穿需时较长，。汤逊理论：击穿需时较长，。汤逊理论：击穿需时较长，。实际：大气压下，击穿需时很少。实际：大气压下，击穿需时很少。实际：大气压下，击穿需时很少。实际：大气压下，击穿需时很少。汤逊理论适用于汤逊理论适用于汤逊理论适用于汤逊理论适用于pdpdpdpd的情况。的情况。的情况。的情况。原因：原因：原因：原因：1.1.1.1.没有考虑空间电荷对电场的畸变没有考虑空间电荷对电场的畸变没有考虑空间电荷对电场的畸变没有考虑空间电荷对电场的畸变 2.2.2.2.没有考虑空间光电离作用没有考虑空间光电离作用没有考虑空间光电离作

21、用没有考虑空间光电离作用汤逊放电理论适用于：低气压、短间隙（汤逊放电理论适用于：低气压、短间隙（汤逊放电理论适用于：低气压、短间隙（汤逊放电理论适用于：低气压、短间隙（pdpdpdpda a a a.cm).cm).cm).cm)1.3 气体放电的流注理论流注理论流注理论流注理论流注理论-分析各种气压、各种间隙下的气体放电过程分析各种气压、各种间隙下的气体放电过程分析各种气压、各种间隙下的气体放电过程分析各种气压、各种间隙下的气体放电过程流注理论：流注理论：流注理论：流注理论：强调了空间电荷对电场的畸变作用强调了空间电荷对电场的畸变作用强调了空间电荷对电场的畸变作用强调了空间电荷对电场的畸变作

22、用 认为电子碰撞电离、空间光电离为主要电离因素认为电子碰撞电离、空间光电离为主要电离因素认为电子碰撞电离、空间光电离为主要电离因素认为电子碰撞电离、空间光电离为主要电离因素一、空间电荷对电场的畸变作用一、空间电荷对电场的畸变作用一、空间电荷对电场的畸变作用一、空间电荷对电场的畸变作用 电子崩中正负电荷形成的电场导致空间电场畸变电子崩中正负电荷形成的电场导致空间电场畸变 电子崩头、崩尾电场增强电子崩头、崩尾电场增强 正负电荷衔接区电场减弱，正负电荷衔接区电场减弱，正负电荷衔接区中带电粒子（正、负离子）浓度十分高正负电荷衔接区中带电粒子（正、负离子）浓度十分高二、二、二、二、空间光电离的作用空间光

23、电离的作用空间光电离的作用空间光电离的作用 正负电荷衔接区带电粒子复合正负电荷衔接区带电粒子复合，带电粒子浓度足够高，复合运，带电粒子浓度足够高，复合运动剧烈，可引起光电离，产生光动剧烈，可引起光电离，产生光电子电子 光电子在电场作用下运动，电光电子在电场作用下运动，电子碰撞电离，导致二次电子崩子碰撞电离，导致二次电子崩三、三、三、三、流注的形成和发展流注的形成和发展流注的形成和发展流注的形成和发展 二次电子崩中带电粒子不断汇初崩通道，构成正二次电子崩中带电粒子不断汇初崩通道，构成正负离子混合的导电区流注负离子混合的导电区流注 外加电场足够强时，流注通道不断向前发展外加电场足够强时，流注通道不

24、断向前发展流注沟通两电极流注沟通两电极击穿击穿 击穿时的放电形式击穿时的放电形式击穿时的放电形式击穿时的放电形式：火花放电或电弧放电：火花放电或电弧放电 流注出现的条件流注出现的条件流注出现的条件流注出现的条件：初始电子崩中的带电粒子必：初始电子崩中的带电粒子必须达到一定的浓度。须达到一定的浓度。出现流注，间隙自持放电。出现流注，间隙自持放电。正流注正流注正流注正流注-外施电压正好等于间隙击穿电压时，外施电压正好等于间隙击穿电压时，初崩到达阳极才出现流注，流注首先出现在阳极附初崩到达阳极才出现流注，流注首先出现在阳极附近，向阴极发展。近，向阴极发展。负流注负流注负流注负流注-外施电压远高于间隙

25、击穿电压时，初外施电压远高于间隙击穿电压时，初崩发展离开阴极不远处即可出现流注，流注首先出崩发展离开阴极不远处即可出现流注，流注首先出现在阴极附近，向阳极发展。现在阴极附近，向阳极发展。图图1-9 1-9 从电子崩到流注的转换从电子崩到流注的转换图图1-10 1-10 负流注的形成负流注的形成1.4 不均匀电场中的放电过程 一、不均匀电场的放电特点一、不均匀电场的放电特点均匀电场均匀电场均匀电场均匀电场（平板电极）：达到自持放电条件，间隙击穿。（平板电极）：达到自持放电条件，间隙击穿。稍不均匀电场稍不均匀电场稍不均匀电场稍不均匀电场（同轴圆柱电极、球隙等）：达到自持放电（同轴圆柱电极、球隙等）

26、：达到自持放电 条件，间隙击穿，间隙平均击穿场强低于均匀电场。条件，间隙击穿，间隙平均击穿场强低于均匀电场。极不均匀电场极不均匀电场极不均匀电场极不均匀电场（棒（棒-棒电极、棒棒电极、棒-板电极）：出现电晕放电板电极）：出现电晕放电阶段，间隙平均击穿场强低于均匀电场和稍不均匀电场阶段，间隙平均击穿场强低于均匀电场和稍不均匀电场电晕放电电晕放电电晕放电电晕放电：外加电压达到一定数值时，在小曲率半径：外加电压达到一定数值时，在小曲率半径 电极处强烈电离，出现流注，为局部范围电极处强烈电离，出现流注，为局部范围 的自持放电，间隙仍保持绝缘状态。的自持放电，间隙仍保持绝缘状态。电晕起始电压电晕起始电压

27、电晕起始电压电晕起始电压：开始出现电晕放电时，极间所加电压。：开始出现电晕放电时，极间所加电压。击穿过程：击穿过程：击穿过程：击穿过程：uu 电晕区扩大电晕区扩大放电电流放电电流.u.u 进一进一步增加到一步增加到一 定数值，导致间隙击穿。定数值，导致间隙击穿。二、输电线路电晕二、输电线路电晕l l 交流交流交流交流 输电线路电晕起始场强（幅值）输电线路电晕起始场强（幅值）输电线路电晕起始场强（幅值）输电线路电晕起始场强（幅值）皮克公式皮克公式皮克公式皮克公式式中：式中：m m1 1 导线表面粗糙系数导线表面粗糙系数 ，光滑导线光滑导线 ,绞线绞线 m m2 2 气象系数气象系数 取取；空气相

28、对密度；空气相对密度；r r 导线半径（导线半径（cmcm）。）。l l 输电线路电晕危害输电线路电晕危害输电线路电晕危害输电线路电晕危害 放电脉冲产生高频电磁波，形成无线干扰。放电脉冲产生高频电磁波，形成无线干扰。产生电晕损耗。产生电晕损耗。产生化学腐蚀。产生化学腐蚀。l l 防止（减轻）输电线路电晕的措施防止（减轻）输电线路电晕的措施防止（减轻）输电线路电晕的措施防止（减轻）输电线路电晕的措施 减小导线表面场强，对减小导线表面场强，对330kV330kV及以上线路，采用分裂导线。及以上线路，采用分裂导线。三、极性效应三、极性效应三、极性效应三、极性效应l l 放电一定从曲率半径小的电极表面

29、开放电一定从曲率半径小的电极表面开 始。始。l l 极性效应极性效应极性效应极性效应击穿电压与小曲率半径电极极性有关击穿电压与小曲率半径电极极性有关l l 典型的极不均匀电场典型的极不均匀电场典型的极不均匀电场典型的极不均匀电场-棒棒棒棒-板间隙板间隙板间隙板间隙棒棒棒棒板间隙：板间隙：板间隙：板间隙：放电发展过程存在明显的放电发展过程存在明显的极性极性极性极性效应效应效应效应 直流下及冲击电压：直流下及冲击电压：工频电压下：击穿总发生在棒极为正的半周内。工频电压下：击穿总发生在棒极为正的半周内。出现极性效应的原因出现极性效应的原因棒为正：出现电晕后，棒极附近滞留的正空间电荷加棒为正：出现电晕

30、后，棒极附近滞留的正空间电荷加 强了流注头部电场，放电易于发展。强了流注头部电场，放电易于发展。棒为负：出现电晕后，棒极附近滞留的正空间电荷减棒为负：出现电晕后，棒极附近滞留的正空间电荷减 弱了流注头部电场，放电不易发展。弱了流注头部电场，放电不易发展。正极性正极性“棒棒-板板”间隙中的电场畸变间隙中的电场畸变 负极性负极性“棒棒-板板”间隙中的电场畸变间隙中的电场畸变四、长空气间隙放电过程四、长空气间隙放电过程四、长空气间隙放电过程四、长空气间隙放电过程 先导放电过程先导放电过程 主放电过程主放电过程1.5 放电时间和冲击电压下的气隙击穿一、放电时间一、放电时间一、放电时间一、放电时间l l

31、 完成气隙击穿的三个必备条件：完成气隙击穿的三个必备条件：足够高的电场强度或（电压）；足够高的电场强度或（电压）；气隙中出现能引起电子崩并导致流注气隙中出现能引起电子崩并导致流注 的有效电子；的有效电子；需要有一定的时间，让放电得以逐步发展需要有一定的时间，让放电得以逐步发展 并完成击穿。并完成击穿。l l 完成击穿所需的时间是很短的（微秒级）。完成击穿所需的时间是很短的（微秒级）。直流、工频下放电时间对击穿电压无影响；直流、工频下放电时间对击穿电压无影响；冲击电压，击穿电压和放电时间有关。冲击电压，击穿电压和放电时间有关。l l 放电时间的组成放电时间的组成放电时间的组成放电时间的组成总放电

32、时间：总放电时间：t tb b=t t1 1+t ts s+t tf ft t1 1电压上升时间，气隙电压从电压上升时间，气隙电压从0 0上升上升 到到UsUs上升到所需时间。上升到所需时间。t ts s统计时延，从统计时延，从t t1 1 开始到气隙出现开始到气隙出现 第一个有效电子所需的时间；第一个有效电子所需的时间；t tf f 放电形成时延，出现有效电子到放电形成时延，出现有效电子到 完成气隙的击穿需要的时间。完成气隙的击穿需要的时间。图图1-14 1-14 放电时间的组成放电时间的组成二、冲击电压标准波形二、冲击电压标准波形二、冲击电压标准波形二、冲击电压标准波形（一）标准雷电冲击电

33、压波（一）标准雷电冲击电压波 图图1-15 1-15 雷电冲击电压波形的标准化雷电冲击电压波形的标准化 T T1 1视在波前时间；视在波前时间；T T2 2视在半峰值时间；视在半峰值时间；U Um m冲击电压峰值冲击电压峰值 IEC IEC和国标的规定为：和国标的规定为：T T1 11.2 1.2 ss 30 30 T T2 250 50 ss 20 20 记为记为ss，u/uu/umm（二）标准雷电截波（二）标准雷电截波 标准标准雷电截波：雷电截波：雷电截波：雷电截波：用来模拟雷电过电压引起气隙击穿或用来模拟雷电过电压引起气隙击穿或 外绝缘闪络后所出现的截尾冲击波。外绝缘闪络后所出现的截尾冲

34、击波。图图1-16 1-16 雷电截波雷电截波 IEC IEC和国标规定为：和国标规定为：T T1 11.2 1.2 ss 30 30波前时间波前时间 T Tc c=2=2 5 5 s s 截断时间截断时间u/uu/umm（三）标准操作冲击电压波（三）标准操作冲击电压波（三）标准操作冲击电压波（三）标准操作冲击电压波 图图1-17 1-17 操作冲击试验电压波形操作冲击试验电压波形 （a a）非周期性双指数冲击波；）非周期性双指数冲击波；（b b）衰减振荡波）衰减振荡波 IECIEC和国标规定和国标规定：TcrTcr250 250 ss 20 20 波前时间波前时间 T T2 22500 25

35、00 ss 60 60 半峰值时间半峰值时间三、冲击电压下气隙的击穿特性三、冲击电压下气隙的击穿特性三、冲击电压下气隙的击穿特性三、冲击电压下气隙的击穿特性 间隙耐电强度表示间隙耐电强度表示：持续电压作用下击穿电压持续电压作用下击穿电压 冲击电压下冲击电压下 U50%U50%（5050冲击击穿电压）冲击击穿电压）间隙伏秒特性间隙伏秒特性 原因：放电时间对冲击击穿电压的影响，放电原因：放电时间对冲击击穿电压的影响，放电 有分散性。有分散性。（一）（一）U U50%50%5050冲击击穿电压冲击击穿电压l l U50%U50%表征气隙的耐受冲击电压的能力。表征气隙的耐受冲击电压的能力。指气隙被击穿

36、的的概率为指气隙被击穿的的概率为50%50%的冲击电压峰值的冲击电压峰值 l l同一间隙雷电冲击同一间隙雷电冲击u50%u50%和操作冲击和操作冲击U50%U50%不同不同（二）伏秒特性（二）伏秒特性（二）伏秒特性（二）伏秒特性l l伏秒特性伏秒特性伏秒特性伏秒特性表示气隙冲击击穿电压与放电时间表示气隙冲击击穿电压与放电时间 的关系曲线。的关系曲线。l l通过实验方法取得伏秒特性曲线通过实验方法取得伏秒特性曲线 l l伏秒特性曲线用于系统绝缘配合伏秒特性曲线用于系统绝缘配合l l 平均伏秒特性曲线平均伏秒特性曲线平均伏秒特性曲线平均伏秒特性曲线 实际的伏秒特性曲线，是一个以上、下包络线为实际的

37、伏秒特性曲线，是一个以上、下包络线为 界的带状区域。界的带状区域。通常取通常取5050伏秒特性或平均伏秒特性曲线来表征一伏秒特性或平均伏秒特性曲线来表征一 个气隙的冲击击穿特性。个气隙的冲击击穿特性。图图1-19 1-19 伏秒特性带与伏秒特性带与5050伏秒特性伏秒特性 1 1上包络线；上包络线；2 25050伏秒特性；伏秒特性；3 3下包络线下包络线1.6 气体介质的电气强度气体介质的电气强度 了解气体放电的基本物理过程，有助于分析、说明各种气隙了解气体放电的基本物理过程，有助于分析、说明各种气隙在各种高电压下的击穿规律和实验结果。在各种高电压下的击穿规律和实验结果。对气体介质的电气强度（

38、击穿电压或击穿场强）定量分析，对气体介质的电气强度（击穿电压或击穿场强）定量分析，采用实验方法采用实验方法vv气体电气强度首先取决于电场形式气体电气强度首先取决于电场形式 均匀电场：平行板电极均匀电场：平行板电极 稍不均匀电场：球球，同轴圆筒稍不均匀电场：球球，同轴圆筒 极不均匀电场：棒棒（对称电场）极不均匀电场：棒棒（对称电场）棒板（不对称电场）棒板（不对称电场）vv气体的击穿特性与所加电压的类型有很大关系气体的击穿特性与所加电压的类型有很大关系 主要的四种类型电压波形：主要的四种类型电压波形：工频交流电压、直流电压、雷电过电压波和操作过电压波。工频交流电压、直流电压、雷电过电压波和操作过电

39、压波。1.6.1 均匀电场和稍不均匀电场的击穿特性均匀电场和稍不均匀电场的击穿特性一、均匀电场的击穿特性一、均匀电场的击穿特性一、均匀电场的击穿特性一、均匀电场的击穿特性 各处电场强度相等，击穿所需时间短各处电场强度相等，击穿所需时间短 直流、工频和冲击电压作用下的击穿电压相同。直流、工频和冲击电压作用下的击穿电压相同。击穿电压的分散性很小击穿电压的分散性很小 气隙击穿电压与极间距离的关系气隙击穿电压与极间距离的关系:Kv(Kv(峰值）峰值）图图1-11 1-11 均匀电场空气间隙击穿电压峰值随极间距离的变化均匀电场空气间隙击穿电压峰值随极间距离的变化二、二、二、二、稍不均匀电场下气隙的击穿电

40、压稍不均匀电场下气隙的击穿电压稍不均匀电场下气隙的击穿电压稍不均匀电场下气隙的击穿电压 一旦出现局部放电就导致整个气隙的击穿。一旦出现局部放电就导致整个气隙的击穿。实例：球实例：球-球、球球、球-板、同轴圆筒、平行圆柱等板、同轴圆筒、平行圆柱等球间隙球间隙:电场不均匀度随着球间距离电场不均匀度随着球间距离d d与球极直径与球极直径D D之之 比增大而增加。比增大而增加。直流击穿电压直流击穿电压=工频击穿电压（峰值）工频击穿电压（峰值）=U=U50%50%（冲击击穿（冲击击穿电压）电压）击穿场强比均匀电场下低击穿场强比均匀电场下低各种稍不均匀电场下气隙的击穿电压见式（各种稍不均匀电场下气隙的击穿

41、电压见式（1-371-37）-（1-601-60）1.6.2 1.6.2 1.6.2 1.6.2 极不均匀电场下气隙的击穿电压极不均匀电场下气隙的击穿电压极不均匀电场下气隙的击穿电压极不均匀电场下气隙的击穿电压 气隙中各处场强差别很大，气隙中各处场强差别很大，气隙中各处场强差别很大，气隙中各处场强差别很大，存在电晕放电阶段和极性效应存在电晕放电阶段和极性效应存在电晕放电阶段和极性效应存在电晕放电阶段和极性效应 典型极不均匀电场典型极不均匀电场典型极不均匀电场典型极不均匀电场 对称：棒对称：棒对称：棒对称：棒-棒、线棒、线棒、线棒、线-线线线线 不对称：棒不对称：棒不对称：棒不对称：棒-板、线板

42、、线板、线板、线-板板板板 “棒棒-棒棒”和和“棒棒-板板”空气间隙直流击穿空气间隙直流击穿电压曲线电压曲线 直流电压下直流电压下直流电压下直流电压下 平均耐受场强（平均耐受场强（平均耐受场强（平均耐受场强（10cmd300cm):10cmd300cm):10cmd300cm):10cmd300cm):正棒正棒正棒正棒-负板负板负板负板 约为约为约为约为 4.5Kv/cm;4.5Kv/cm;4.5Kv/cm;4.5Kv/cm;负棒负棒负棒负棒-板板板板 约为约为约为约为 10Kv/cm10Kv/cm10Kv/cm10Kv/cm 棒棒棒棒-棒约为棒约为棒约为棒约为 工频交流电压下工频交流电压下工

43、频交流电压下工频交流电压下棒棒棒棒-板板板板 击穿总是发生在棒为负的半波击穿总是发生在棒为负的半波击穿总是发生在棒为负的半波击穿总是发生在棒为负的半波 雷电冲击电压下雷电冲击电压下雷电冲击电压下雷电冲击电压下1.7 大气条件对气隙击穿特性的影响及校正大气条件：空气密度、湿度大气条件：空气密度、湿度 密度增加，击穿电压上升，密度增加，击穿电压上升，均匀电场和稍不均匀电场下，湿度对击穿电压基本无影响均匀电场和稍不均匀电场下，湿度对击穿电压基本无影响 极不均匀下电场湿度增加，击穿电压有所提高。极不均匀下电场湿度增加，击穿电压有所提高。一、空气密度、湿度的校正的校正一、空气密度、湿度的校正的校正 在不

44、同的大气状态下，外绝缘的击穿电压按下式校正：在不同的大气状态下，外绝缘的击穿电压按下式校正：U UK Kd d/K/Kh h*U*U0 0 U U -试验条件下外绝缘的击穿电压试验条件下外绝缘的击穿电压 U U0 0-标准大气条件下外绝缘的击穿电压标准大气条件下外绝缘的击穿电压 K Kd d-空气密度校正因数空气密度校正因数 K Kh h-湿度校正因数湿度校正因数 标准大气条件：标准大气条件：P P0 0=101.3kPa t=101.3kPa t0 0=20 h=20 h0 0=11g/m=11g/m3 3 -空气密度校正系数空气密度校正系数-空气相对密度空气相对密度mm指数，取决与电压形式

45、、距离等指数，取决与电压形式、距离等 ，查图可得。，查图可得。kk绝对湿度函数，取决于绝对湿度和电压极性，查图绝对湿度函数，取决于绝对湿度和电压极性，查图可得可得WW取决于电压形式、气体密度、放电距离等，查图可取决于电压形式、气体密度、放电距离等，查图可得。得。二、海拔高度的影响二、海拔高度的影响二、海拔高度的影响二、海拔高度的影响 随着海拔高度增加，大气压力下降，空气密度减小，电随着海拔高度增加，大气压力下降，空气密度减小，电气设备外绝缘放电电压下降。气设备外绝缘放电电压下降。国标规定：用于海拔高度国标规定：用于海拔高度 1000m 1000mH H4000m4000m的电气设备外的电气设备

46、外绝缘，在非高海拔地区试验时，其试验电压：绝缘，在非高海拔地区试验时，其试验电压：U U U U0 0 0 0该设备外绝缘在平原地区的试验电压该设备外绝缘在平原地区的试验电压该设备外绝缘在平原地区的试验电压该设备外绝缘在平原地区的试验电压 kv kv kv kvHHHH该设备安装点的海拔高度该设备安装点的海拔高度该设备安装点的海拔高度该设备安装点的海拔高度 m m m m基本途径：基本途径：基本途径：基本途径：1.1.改善电场分布，尽量均匀改善电场分布，尽量均匀 2.2.削弱或抑制气体电离过程削弱或抑制气体电离过程1.8 提高气体电气强度的方法具体措施：具体措施：具体措施：具体措施：1.1.改

47、进电极形状以使电场尽量均匀改进电极形状以使电场尽量均匀 2.2.采用屏间障采用屏间障 3.3.采用高气压采用高气压 4.4.采用真空采用真空 5.5.采用高强度气体（采用高强度气体（SFSF6 6)1.9 沿面放电和污闪事故一、沿面放电概念一、沿面放电概念一、沿面放电概念一、沿面放电概念 带电导体用固体绝缘装置将它们悬挂起来或支撑起来。带电导体用固体绝缘装置将它们悬挂起来或支撑起来。绝缘子一个电极接电压，一个电极接地。绝缘子一个电极接电压，一个电极接地。绝缘的丧失：绝缘的丧失：1)1)固体介质本身击穿固体介质本身击穿;2);2)沿面闪络沿面闪络l l 沿面放电沿面放电-沿着固体介质表面发展的气

48、体放电沿着固体介质表面发展的气体放电 现象。现象。l l沿面闪络沿面闪络-沿着放电沟通两电极。沿着放电沟通两电极。l l污闪污闪-沿着污秽固体电介质表面发生的闪络沿着污秽固体电介质表面发生的闪络。l l绝缘子绝缘子 干闪络电压干闪络电压 湿干闪络电压湿干闪络电压 污秽闪络电压污秽闪络电压二、沿面放电的类型与特点二、沿面放电的类型与特点二、沿面放电的类型与特点二、沿面放电的类型与特点固体介质与其体介质交接面电场分布的三种典型情况：固体介质与其体介质交接面电场分布的三种典型情况：1)1)均匀电场均匀电场均匀电场均匀电场，固体介质界面与电力线平行，固体介质界面与电力线平行2)2)稍不均匀电场，切线分

49、量稍不均匀电场，切线分量EtEt大于垂直分量大于垂直分量EnEn3)3)极不均匀电场，垂直分量极不均匀电场，垂直分量EnEn比切线分量比切线分量EtEt要大得多要大得多 （一）均匀和稍不均匀电场中的沿面放电（一）均匀和稍不均匀电场中的沿面放电（一）均匀和稍不均匀电场中的沿面放电（一）均匀和稍不均匀电场中的沿面放电 平板电极间插入一块固体介质，平板电极间插入一块固体介质，沿面闪络电压比纯空气沿面闪络电压比纯空气沿面闪络电压比纯空气沿面闪络电压比纯空气间隙时的击穿电压下降很多间隙时的击穿电压下降很多间隙时的击穿电压下降很多间隙时的击穿电压下降很多，原因：，原因：（1 1）固体介质与电极表面接触不良

50、，存在小气隙。）固体介质与电极表面接触不良，存在小气隙。（2 2）大气中的潮气吸附到固体介质的表面形成薄水膜，）大气中的潮气吸附到固体介质的表面形成薄水膜，水膜中的离子电荷聚集于电极附近，固体介质沿面电水膜中的离子电荷聚集于电极附近，固体介质沿面电 场分布不均场分布不均（3 3）固体表面粗糙不平会造成电场畸变。）固体表面粗糙不平会造成电场畸变。（二）极不均匀电场且具有强垂直分量时的沿面放电（二）极不均匀电场且具有强垂直分量时的沿面放电（二）极不均匀电场且具有强垂直分量时的沿面放电（二）极不均匀电场且具有强垂直分量时的沿面放电 放电发展过程如图放电发展过程如图1 12424 外施电压升高外施电压