第1章-高电压绝缘1分解优秀PPT.ppt

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1、第第1 1章章 高电压绝缘高电压绝缘1.1 1.1 概 述 自然界的物质依据其物理导电性能可分为三类：自然界的物质依据其物理导电性能可分为三类：导体：常温下电阻率导体：常温下电阻率10-610-2 10-610-2 绝缘体：常温下电阻率绝缘体：常温下电阻率1091022 1091022 半导体：常温下电阻率半导体：常温下电阻率10-3109 10-3109 在电力系统中，普遍运用气体、液体、固体绝缘材在电力系统中，普遍运用气体、液体、固体绝缘材料。这些绝缘材料在外电场的作用下，会产生极化、料。这些绝缘材料在外电场的作用下，会产生极化、电导、电离、损耗和击穿放电等现象。电导、电离、损耗和击穿放电

2、等现象。一、电介质（绝缘材料）1 1、定义：电介质是指通常条件下导电性能极差的物质。、定义：电介质是指通常条件下导电性能极差的物质。2 2、绝缘材料的类型：、绝缘材料的类型：（1 1）按按其其形形态态分分为为：气气体体如如空空气气、SFSF6 6 等等。液液体体如变压器油。固体如变压器油。固体如橡胶、瓷瓶、玻璃等。如橡胶、瓷瓶、玻璃等。（2 2）按绝缘材料的耐热等级分为七级：）按绝缘材料的耐热等级分为七级：Y A E B F H C Y A E B F H C 90 105 120 130 155 180 180 90 105 120 130 155 180 180度以上度以上3 3、绝缘材料

3、的性能：、绝缘材料的性能：电电气气性性能能、机机械械性性能能、耐耐热热性性能能、吸吸潮潮性性能能、生生化化性能。性能。电介质的分类：依据化学结构分为4类非极性电介质：非极性电介质：分子由共价键结合，由非极性分分子由共价键结合，由非极性分子组成的电介质称非极性电介质。如子组成的电介质称非极性电介质。如N N2 2、PTFEPTFE（聚四氟乙烯）。（聚四氟乙烯）。弱极性电介质：弱极性电介质：有些有些非极性非极性电介质由于存在分子电介质由于存在分子异构或支链，多少有些极性，称弱极性电介质。异构或支链，多少有些极性，称弱极性电介质。如如PSPS（聚苯乙烯）、石蜡、变压器油。（聚苯乙烯）、石蜡、变压器油

4、。偶极性电介质：偶极性电介质：由极性分子组成的电介质。如由极性分子组成的电介质。如PVCPVC（聚氯乙烯）、有机玻璃、胶水等。（聚氯乙烯）、有机玻璃、胶水等。离子性电介质：离子性电介质：离子性电介质没有个别的分子，离子性电介质没有个别的分子，只以固体的形式存在。分为晶体和无定形体两类。只以固体的形式存在。分为晶体和无定形体两类。如石英、云母、如石英、云母、NaClNaCl2 2、陶瓷。、陶瓷。二、电介质的极化1、极极化化电电介介质质在在电电场场作作用用下下，正正、负负电电荷荷作作微微小小位位移移而而产生偶极矩，或在电介质表面出现感应束缚电荷的现象。产生偶极矩，或在电介质表面出现感应束缚电荷的现

5、象。未加外电场时电介质中的粒子未加外电场时电介质中的粒子在电介质中各粒子的正、负电荷中心重合在电介质中各粒子的正、负电荷中心重合或者各分子的原子或者各分子的原子(或离子或离子)处在各自的平衡位处在各自的平衡位置，均无感应偶极矩置，均无感应偶极矩或者极性分子或者极性分子(偶极子偶极子)混乱分布，在各个方向的混乱分布，在各个方向的合成偶极矩为零合成偶极矩为零施加外电场后电介质中粒子极化施加外电场后电介质中粒子极化或由于正、负电荷的相对位移或由于正、负电荷的相对位移位移极化位移极化或由于偶极子的转向或由于偶极子的转向偶极转向极化偶极转向极化均在电场方向产生偶极矩均在电场方向产生偶极矩按电介质分子电结

6、构不同，可分为：按电介质分子电结构不同，可分为：无极分子（如无极分子（如 CH 4 CH 4）和有极分子（如）和有极分子（如 H2O H2O）。）。说明：说明：1 1）是束缚电荷而不是自由电子）是束缚电荷而不是自由电子 。2 2）是是有有限限位位移移而而不不是是电电荷荷流流通通，不不产产生生电电流流 。3 3）内内部部电电荷荷的的总总和和仍仍为为零零，但但由由于于外外电电场场的的作用对外显现电场力作用对外显现电场力 。2、介质的相对介电常数r 表示电介质极化的程度。平板真空电容器电容量：平板真空电容器电容量：平板真空电容器电容量：平板真空电容器电容量：插入固体电解质后电容量：插入固体电解质后电

7、容量：插入固体电解质后电容量：插入固体电解质后电容量：相对介电常数：相对介电常数：相对介电常数：相对介电常数：由电介质极化引起的由电介质极化引起的由电介质极化引起的由电介质极化引起的 束缚电荷束缚电荷束缚电荷束缚电荷3 3、电介质极化的基本类型 1 1）电子位移极化）电子位移极化 2 2）离子位移极化）离子位移极化 3 3）偶极子极化）偶极子极化 4 4）夹层极化）夹层极化 前三种极化都是由于带电质点的弹性位移或转向而形成的前三种极化都是由于带电质点的弹性位移或转向而形成的 ，夹层极化是由自由电荷（通常为离子）在电场中的运动，夹层极化是由自由电荷（通常为离子）在电场中的运动所形成的。所形成的。

8、中性电介质极性电介质电子位移极化：电子位移极化：电介质：一般由分子构成，分子由原子构成，原子由带正电的原电介质：一般由分子构成，分子由原子构成，原子由带正电的原子核和围绕核的带负电电子构成。子核和围绕核的带负电电子构成。感应电矩：没有外电场时，电子云中心与原子核重合，感应电矩感应电矩：没有外电场时，电子云中心与原子核重合，感应电矩为零，对外不显现极性。为零，对外不显现极性。感应电矩消逝：外电场消逝后，原子核与电子云的引力又使二者感应电矩消逝：外电场消逝后，原子核与电子云的引力又使二者 重合，感应电矩也随之消逝。重合，感应电矩也随之消逝。电子位移极化：外加一个电场，原子核向外电场方向移动，而电电

9、子位移极化：外加一个电场，原子核向外电场方向移动，而电 子向反方向移动，达到平衡后，感应力矩也稳定，子向反方向移动，达到平衡后，感应力矩也稳定，这个过程叫电子位移极化。这个过程叫电子位移极化。E离子位移极化：离子位移极化：由由离离子子结结合合成成的的介介质质内内，外外电电场场的的作作用用除除了了促促使使内内部部产产生生电电子子位位移移极极化化外外，还还产产生生正正、负负离离子子相相对对位位移移而而形形成成的的极极化化，称称为离子位移极化。为离子位移极化。E偶极子极化：偶极子极化：极性电介质：即使没有外加电场，由于分子中正负电荷的作用中极性电介质：即使没有外加电场，由于分子中正负电荷的作用中 心

10、的不重合，就单个分子而言，就已具有偶极矩，心的不重合，就单个分子而言，就已具有偶极矩，称为固有偶极矩。称为固有偶极矩。由于分子的不规则热运动，使各分子偶极矩排列无序，对由于分子的不规则热运动，使各分子偶极矩排列无序，对外不呈现合成电矩。外不呈现合成电矩。有外电场时，每个分子的固有偶极矩有转向电场方向的趋有外电场时，每个分子的固有偶极矩有转向电场方向的趋势，顺电场方向作定向排列，它在不同程度上达到平衡，对外呈势，顺电场方向作定向排列，它在不同程度上达到平衡，对外呈现宏观电矩，这就是极性分子的转向极化。现宏观电矩，这就是极性分子的转向极化。外电场愈强，转向定向愈充分，外电场消逝，宏观的转向外电场愈

11、强，转向定向愈充分，外电场消逝，宏观的转向极化也随之消逝。极化也随之消逝。E四、夹层极化四、夹层极化四、夹层极化四、夹层极化 高电压设备的绝高电压设备的绝高电压设备的绝高电压设备的绝 缘由几种不同的材料缘由几种不同的材料缘由几种不同的材料缘由几种不同的材料组成，或介质不匀整，这种状况组成，或介质不匀整，这种状况组成，或介质不匀整，这种状况组成，或介质不匀整，这种状况 会出现会出现会出现会出现“夹层介质界面夹层介质界面夹层介质界面夹层介质界面 极化极化极化极化”现象。现象。现象。现象。合闸时：合闸时：合闸时：合闸时：稳态时：稳态时：稳态时：稳态时：当：当：当：当：则：则：则：则：存在电压从新安排

12、，电荷在介质空间从新分布，夹层界面有电荷积累的过程，从而产生电矩极化机理：极化机理：极化机理：极化机理：4、探讨电介质极化现象在工程中的实际意义1 1）不同应用场合，对）不同应用场合，对r r 大小的要求不同。大小的要求不同。中性电介质：中性电介质：r r小，热损耗小小，热损耗小用作高压电气设备的绝用作高压电气设备的绝缘结构、电缆绝缘等；缘结构、电缆绝缘等；极性电介质：极性电介质：r r大，在相同的耐电强度下，可使单位电容大，在相同的耐电强度下，可使单位电容器的体积和重量减小器的体积和重量减小用作极板间的的绝缘物质等。用作极板间的的绝缘物质等。2 2）在沟通及冲击电压作用下，多层介质的合理协作

13、：）在沟通及冲击电压作用下，多层介质的合理协作：电场分布与电场分布与 成反比成反比 ，组合绝缘接受适当的材料可使电，组合绝缘接受适当的材料可使电场分布合理。场分布合理。三、电介质的电导1 1、绝缘电阻、绝缘电阻R R的定义的定义电电介介质质的的电电阻阻很很大大，达达到到几几百百 几几千千MM。称称为为：绝绝缘缘电阻。电阻。电导：绝缘电阻的倒数。电导：绝缘电阻的倒数。对对于于固固体体介介质质，R R包包括括绝绝缘缘的的体体积积电电阻阻和和表表面面电电阻阻。表面电阻受外界环境的影响大。表面电阻受外界环境的影响大。2、电导 任何电介质都不是志向的绝缘体，它们总是少量的任何电介质都不是志向的绝缘体，它

14、们总是少量的带电质点存在，在电场作用下，带电质点作有方向的运带电质点存在，在电场作用下，带电质点作有方向的运动构成电流。因而任何电介质都具有确定的电导，表征动构成电流。因而任何电介质都具有确定的电导，表征电导大小的物理量是电导率电导大小的物理量是电导率 （或电阻率（或电阻率 ）。）。电介质电导与金属电导的本质区分电介质电导与金属电导的本质区分 带带电电质质点点不不同同：电电介介质质为为带带电电离离子子（固固有有离离子子，杂质离子）；金属为自由电子杂质离子）；金属为自由电子 。数数量量级级不不同同：电电介介质质的的 小小，泄泄漏漏电电流流小小；金金属属电导的电流很大。电导的电流很大。电电导导电电

15、流流的的受受影影响响因因素素不不同同：电电介介质质中中的的电电导导电电流流由由离离子子数数目目确确定定，与与外外加加电电压压、温温度度、频频率率、杂杂质质等等有有关关；而而金金属属中中的的电电导导电电流流主主要由外加电压确定。要由外加电压确定。3、电流 几何电流几何电流几何电流几何电流 吸取电流（数分钟以上）吸取电流（数分钟以上）吸取电流（数分钟以上）吸取电流（数分钟以上）泄漏电流泄漏电流泄漏电流泄漏电流测量介质中电流的电路图测量介质中电流的电路图测量介质中电流的电路图测量介质中电流的电路图固体介质中的电流与时间的关系固体介质中的电流与时间的关系固体介质中的电流与时间的关系固体介质中的电流与时

16、间的关系 电介质中的电导是由于电介质的电介质中的电导是由于电介质的电介质中的电导是由于电介质的电介质中的电导是由于电介质的基本物质及其中所含杂质分子的化学基本物质及其中所含杂质分子的化学基本物质及其中所含杂质分子的化学基本物质及其中所含杂质分子的化学分解或热离解形成带电质点分解或热离解形成带电质点分解或热离解形成带电质点分解或热离解形成带电质点(电子、电子、电子、电子、正离子、负离子正离子、负离子正离子、负离子正离子、负离子)，沿电场方向移动，沿电场方向移动，沿电场方向移动，沿电场方向移动而造成的。它是离子式的电导，也就而造成的。它是离子式的电导，也就而造成的。它是离子式的电导，也就而造成的。

17、它是离子式的电导，也就是电解式的电导。是电解式的电导。是电解式的电导。是电解式的电导。3、电流 介质加直流电压后测得电流为介质加直流电压后测得电流为 ：a a g gc c a a 偶偶极极子子极极化化、夹夹层层极极化化的的吸吸取取电电流流 （存在的时间（存在的时间 较长，衰减较慢）较长，衰减较慢）g g离离子子位位移移极极化化的的泄泄漏漏电电流流 （不不随随时时间间变变更）更）c c电电子子极极化化、离离子子极极化化的的几几何何电电流流 （存存在在的时间很的时间很 短，很快衰减到零）短，很快衰减到零）4、吸取比 吸取现象的意义：对推断绝缘是否受潮很有用。吸取现象的意义：对推断绝缘是否受潮很有

18、用。在实际应用中，通常是用兆欧表测量在实际应用中，通常是用兆欧表测量 60s 60s 和和 15s 15s 时电介质的绝缘电阻值时电介质的绝缘电阻值 R60 R60 和和 R15 R15，R60/R15 R60/R15 的比值的比值越大，则绝缘越干燥。这个比值成为：吸取比。越大，则绝缘越干燥。这个比值成为：吸取比。四、介质损耗 直流电压下的损耗损失类型：在直流电压作用下介质的损失仅有漏导损失（纯电阻性的）。表征方式：可用体积电阻率 V 或表面电导率 S 表征。沟通电压下的损耗损失类型：在沟通电压作用下介质的损失除了漏导损失外，还有极化损失（电容性的）。表征方式：仅有 V 或 S 不够。须要另外

19、的特征量来表示介质在沟通电压作用下的能量损耗。12四、介质损耗 定义：定义：在在沟沟通通电电压压作作用用下下，电电介介质质中中会会产产生生电电导导电电流流和和位位移移电电流流，电电介介质质的的部部分分电电能能将将转转变变为为热热能能，这这部部分能量损耗称为介质的损耗。分能量损耗称为介质的损耗。电介质的等效电路：电介质的等效电路：电容支路：由真空和无损极化所引起的电流为纯容性。电容支路：由真空和无损极化所引起的电流为纯容性。阻容支路：由有损极化所引起的电流分为有功和容性无阻容支路：由有损极化所引起的电流分为有功和容性无功两部分。功两部分。纯阻支路：由漏导引起的电流，为纯阻性的。纯阻支路：由漏导引

20、起的电流，为纯阻性的。计算用等值电路：计算用等值电路：单位体积介质的损耗功率单位体积介质的损耗功率电介质的损耗角电介质的损耗角介质损耗因数介质损耗因数工程上常用工程上常用 表征介质的品质表征介质的品质探讨电介质损耗在工程中的实际意义在设计绝缘结构时，要留意材料的在设计绝缘结构时，要留意材料的tgtg。tgtg的大小可以推断绝缘受潮或劣化的程度。的大小可以推断绝缘受潮或劣化的程度。tg tg能量损耗大能量损耗大绝缘电阻绝缘电阻推断绝缘材料有受潮、推断绝缘材料有受潮、劣化、气泡现象劣化、气泡现象 用做绝缘材料的介质，希望用做绝缘材料的介质，希望 tg tg 小。在其他场合，可小。在其他场合，可利用

21、利用 tg tg 引起的介质发热，如电瓷泥坯的阴干。引起的介质发热，如电瓷泥坯的阴干。在绝缘试验中，在绝缘试验中，tg tg 的测量是一项基本测试项目。的测量是一项基本测试项目。1.2 1.2 气体的绝缘性能一、气体中带电粒子的产生和消逝 1 1、气体中带电粒子的产生（游离过程）、气体中带电粒子的产生（游离过程）1 1）碰撞电离）碰撞电离 气气体体介介质质中中粒粒子子相相撞撞，撞撞击击粒粒子子传传给给被被撞撞粒粒子子能能量量，使使其其电电离。离。条件：条件：撞击粒子的总能量被撞粒子的电离能撞击粒子的总能量被撞粒子的电离能 动能、位能动能、位能 2 2）光电离光电离 短短波波射射线线的的光光子子

22、具具有有很很大大的的能能量量，它它以以光光的的速速度度运运动动，当当它它射射到到中中性性介介质质的的分分子子或或原原子子上上时时，所所产产生生的的游游离离称称为为光游离光游离。必要条件：光子的能量大于气体粒子的电离能必要条件：光子的能量大于气体粒子的电离能。紫外线，紫外线，X X射线，是引起光游离的主要因素。射线，是引起光游离的主要因素。3 3）热电离）热电离 在在高高温温下下，气气体体的的质质点点热热运运动动加加剧剧，相相互互碰碰撞撞而而产产生生的游离称为热游离。的游离称为热游离。热电离是热状态下碰撞电离和光电离的综合热电离是热状态下碰撞电离和光电离的综合 。只有在只有在5000500010

23、000K10000K的高温下才能产生热游离。的高温下才能产生热游离。4）表面电离）表面电离 金属表面的电子受外界能量的作用后逸出金属金属表面的电子受外界能量的作用后逸出金属表面而成为自由电子的现象称为表面电离。表面而成为自由电子的现象称为表面电离。游离须要能量，称逸出功，小于电离能。游离须要能量，称逸出功，小于电离能。获得逸出功的途径：获得逸出功的途径：热电子放射：金属电极加热，分子动能热电子放射：金属电极加热，分子动能 强场放射或冷放射：电极加上强电场强场放射或冷放射：电极加上强电场 二次放射：高能量粒子撞击金属电极表面二次放射：高能量粒子撞击金属电极表面 2、气体中带电粒子的消逝 中和中和

24、 受电场力作用流入电极，中和电量受电场力作用流入电极，中和电量 。扩扩散散 带带电电粒粒子子由由高高浓浓度度区区向向低低浓浓度度区区移移动动，使使空空间间各处的浓度趋于匀整的过程。由热运动造成各处的浓度趋于匀整的过程。由热运动造成 。复复合合 带带有有异异号号电电荷荷的的粒粒子子相相遇遇，发发生生电电荷荷的的传传递递，中中和和而而还还原原为为中中性性粒粒子子的的过过程程。复复合合时时异异号号粒粒子子的的静静电电力起重要作用力起重要作用 。3、游离和复合的关系 游游离离过过程程吸吸取取能能量量产产生生电电子子等等带带电电质质点点，不不利利于于绝绝缘缘；复复合合过过程程放放出出能能量量，使使带带电

25、电质质点点削削减减消消逝逝，有利于绝缘。有利于绝缘。两两种种过过程程在在气气体体中中同同时时存存在在，条条件件不不同同，强强弱弱程程度度不不同同。游游离离主主要要发发生生在在强强电电场场区区、高高能能量量区区；复合发生在低电场、低能量区。复合发生在低电场、低能量区。二、气体放电过程的一般描述 十九世纪九十年头，英国物理学家汤逊（Townsend）接受图1 的试验装置测出了气体小间隙的伏安特性曲线如图2所示。二、气体放电过程的一般描述 1、外加电压很小时，气隙中的电流是由外界因素所造成的电子和离子所形成的。（A段）随电压，这些质点中和后，电流饱和，仍有极微小的泄漏电流。(B 段）场强高达某确定值

26、后，气体发生连续的碰撞电离，向雪崩似的增长，称电子崩。电流大增。(C段）外界电离因外界电离因子在阴极旁边产子在阴极旁边产生一个初始电子生一个初始电子假如空间的电场假如空间的电场强度足够大，该强度足够大，该电子在向阳极运电子在向阳极运动时就会引起碰动时就会引起碰撞电离，产生出撞电离，产生出一个新电子，初一个新电子，初始电子和新电子始电子和新电子接着向阳极运动，又会引起新的碰撞电离，产生出更多的电接着向阳极运动，又会引起新的碰撞电离，产生出更多的电子。依次类推，电子数将按几何级数不断增多，象雪崩似的子。依次类推，电子数将按几何级数不断增多，象雪崩似的发展发展,这种急剧增大的空间电流被称为电子崩。这

27、种急剧增大的空间电流被称为电子崩。2 2、cr cr（临临界界场场强强：由由非非自自持持放放电电转转入入自自持持放放电电的的场场强强）时时，电电子子崩崩有有赖赖外外界界游游离离因因素，为素，为非自持放电非自持放电。cr cr 时，电子崩仅由电场的作用而自行时，电子崩仅由电场的作用而自行维持和发展，为维持和发展，为自持放电自持放电。3 3、此后的发展随电场状况不同：、此后的发展随电场状况不同：匀整电场匀整电场气隙击穿气隙击穿 不匀整电场：自持放电形成电晕不匀整电场：自持放电形成电晕 火花击穿（小）火花击穿（小）刷形放电（大），刷形放电（大），火花击穿火花击穿 当电源功率大时，火花击穿快速变成电弧

28、。当电源功率大时，火花击穿快速变成电弧。三、匀整电场中气隙的击穿 1 1、汤逊放电理论、汤逊放电理论 （适用范围：低气压、短间隙、匀整电场）（适用范围：低气压、短间隙、匀整电场）说说明明：由由自自然然辐辐射射作作用用产产生生电电离离生生成成正正离离子子和和电电子子，在在高高电电场场作作用用下下，电电子子加加速速碰碰撞撞气气体体分分子子，产产生生新新的的电电子子和和离离子子，形形成成电电子子崩崩。正正离离子子撞撞击击阴阴极极又又会会产产生生新新的的电电子子崩崩。即即使使外外界界不不供供应应起起始始电电子子，放放电电过程也能持续下去，这种放电现象称为自持放电。过程也能持续下去，这种放电现象称为自持

29、放电。汤汤逊逊放放电电理理论论的的实实质质是是：电电子子碰碰撞撞游游离离是是气气体体放放电电的主要缘由。的主要缘由。2、巴森定律-U=f(p*d)分析：分析：*曲曲线线有有一一微微小小值值点点，当当p*d=10-2bar.mmp*d=10-2bar.mm，其其 击击穿电压最低；穿电压最低；*当当p*d p*d 由由大大变变小小时时，击击穿穿电压变低；电压变低；*当当p*d p*d 太太小小时时，击击穿穿电电压压较高。较高。实际意义：将气隙抽真空（减小实际意义：将气隙抽真空（减小p）或加大气隙）或加大气隙气压，均能提高气隙的绝缘强度（气压，均能提高气隙的绝缘强度（U）3、流注理论 （适用范围：高

30、气压、短间隙、不匀整、匀整电场中。）（适用范围：高气压、短间隙、不匀整、匀整电场中。）说说明明：正正离离子子的的运运动动速速度度太太小小，正正离离子子在在阳阳极极的的密密度度很很大大，p*d 越越大大，浓浓度度越越大大，使使二二次次电电子子崩崩与与初初始始电电子子崩崩汇汇合合，电子和正离子混合，形成等离子通道，生成流注。电子和正离子混合，形成等离子通道，生成流注。流注理论的实质是：流注理论的实质是：电电子子的的碰碰撞撞游游离离和和光光电电离离是是气气体体放放电电的的主主要要缘缘由由，并并强强调空间电荷畸变电场的作用。调空间电荷畸变电场的作用。当当电电子子崩崩走走完完整整个个间间隙隙后后，大大密

31、密度度的的头头部部空空间间电电荷荷大大大大加加强强了了后后部部的的电电场场，并并向向四四周周放放射射出出大量光子大量光子光光子子引引起起空空间间光光电电离离，其其中中的的光光电电子子被被主主电电子子崩崩头头部部的的正正空空间间电电荷荷所所吸吸引引，在在受受到到畸畸变变而而加加强强了了的的电电场场中中，造造成成了了新新的的电电子子崩崩，称称为为二二次次电子崩电子崩 二次电子崩1主电子崩 2二次电子崩正流注的形成二二次次电电子子崩崩中中的的电电子子进进入入主主电电子子崩崩头头部部的的正正空空间间电电荷荷区区（电电场场强强度度较较小小），大大多多形形成成负负离离子子。大大量量的的正正、负负带带电电质

32、质点点构构成成了了等等离子体，这就是离子体，这就是正流注正流注。流流注注通通道道导导电电性性良良好好，其其头头部部又又是是二二次次电电子子崩崩形形成成的的正正电电荷荷，因因此此流流注注头头部部前方出现了很强的电场。前方出现了很强的电场。1主电子崩2二次电子崩3流注正流注向阴极推动流流注注头头部部的的电电离离放放射射出出大大量量光光子子，接接着着引引起起空空间间光光电电离离。流流注注前前方方出出现现新新的的二二次次电电子子崩崩，它它们们被被吸吸引引向向流流注注头头部部，延延长长了流注通道。了流注通道。流流注注不不断断向向阴阴极极推推动动，且且随随着着流流注注接接近近阴阴极极，其其头头部部电电场场

33、越越来来越越强强，因因而而其其发发展展也也越越来来越越快。快。流流注注发发展展到到阴阴极极，间间隙隙被被导导电电良良好好的的等等离离子子通通道道所所贯贯穿穿，间间隙隙的的击击穿穿完完成成，这这个个电电压压就就是是击穿电压击穿电压 。（返程票）。（返程票）电离室中的放电过程照片在电离室中得到的初始电子崩照片图a和图b的时间间隔为110-7秒 p=270毫米汞柱，E=10.5 kV/cm 初始电子崩转变为流注瞬间照片p273毫米汞柱E=12 kV/cm电子崩在空气中的发展速度约为电子崩在空气中的发展速度约为1.25 107 cm/s在电离室中得到的阳极流注发展过程的照片正流注的发展速度约为1108

34、2108cm/s负流注的形成当外施电压高于击穿电当外施电压高于击穿电压时，则电子崩发展无压时，则电子崩发展无需到达阴极，其头部电需到达阴极，其头部电离（引发二次电子崩）离（引发二次电子崩）就可干脆形成流注。就可干脆形成流注。(单程单程票票)发展速度：发展速度：正流注正流注 负流注负流注电子电子崩崩4.长间隙的放电机理不能用汤逊放电理论和流注不能用汤逊放电理论和流注放电理论放电理论 进行说明。进行说明。以棒对平板的长间隙进行分以棒对平板的长间隙进行分析：在棒电极头部电场高的析：在棒电极头部电场高的地方发生多个局部流注放电，地方发生多个局部流注放电，即先导；先导到达平板电极即先导；先导到达平板电极

35、时，将两电极跨接起来；电时，将两电极跨接起来；电源供应很大能量，先导转为源供应很大能量，先导转为主放电，即绝缘被击穿。主放电，即绝缘被击穿。雷电现象中的先导放电阶段雷电现象中的先导放电阶段三、不匀整电场中气隙的击穿 1 1、局部放电（电晕放电）、局部放电（电晕放电）在在极极不不匀匀整整电电场场中中电电极极曲曲率率半半径径小小的的旁旁边边空空间间的的局局部场强很大，造成局部放电。部场强很大，造成局部放电。电晕放电的现象。电晕放电的现象。2、气体放电的几种形式辉光放电（低气压，小功率）辉光放电（低气压，小功率）火花或电弧放电（高气压）火花或电弧放电（高气压）电晕放电（极不匀整电场中的局部放电）电晕

36、放电（极不匀整电场中的局部放电）沿面放电（沿固体介质表面的气体放电）沿面放电（沿固体介质表面的气体放电）辉光放电电晕放电3、影响气体间隙击穿的主要因素 电极的几何形态（匀整、极不匀整电场）电压的类型（直流、工频沟通、冲击电压）极间距离 持续时间大大电电流流母母线线1.3 1.3 液体的绝缘性能 液体绝缘，主要是从石油中提炼出来的矿物油。液体绝缘，主要是从石油中提炼出来的矿物油。其击穿理论与气体和固体不同，是至今仍在进行探其击穿理论与气体和固体不同，是至今仍在进行探讨的领域。讨的领域。主要有电击穿、气泡击穿和悬浮粒子产主要有电击穿、气泡击穿和悬浮粒子产生的击穿。生的击穿。一、电击穿 主要是电子起

37、主要作用的击穿。液体绝缘在电场作用下，阴极上由于强电场放射或热电子放射出来的电子被加速后，引起电子崩。由于液体的分子密度高，不须要气体击穿时的自持放电的条件，仅当电子密度达到确定值时就发生击穿。液体中同样存在流注和先导。二、气泡击穿 液体中出现气泡沟通电压下串联介质中电场强度的分布与介质的r成反比气泡r 最小，将担当高场强，且电气强度比液体介质低很多气泡先发生电离气泡电离后温度上升、体积膨胀、密度减小电离进一步发展电离产生的带电粒子撞击油分子，使它又分解出气体，导致气体通道扩大很多的气泡在电场中排列成气体小桥贯穿两极击穿在通道中完成u击穿过程气泡产生的缘由：气泡产生的缘由：电电极极表表面面的的

38、微微小小突突起起使使电电流流集集中中而而引引起起液液体体加加热。热。液体中的杂质使电流增大而将液体加热。液体中的杂质使电流增大而将液体加热。电电极极和和流流入入电电荷荷之之间间的的或或同同电电极极注注入入电电荷荷之之间间的排斥力抵消了液体表面张力。的排斥力抵消了液体表面张力。电子崩引起的液体分子离解。电子崩引起的液体分子离解。电极表面吸附的气泡脱离出来。电极表面吸附的气泡脱离出来。三、悬浮粒子产生的击穿 液体中悬浮着杂质粒子，使电场畸变，在电极间搭成导电小桥，使液体介质的抗电场度下降，导致击穿。以变压器油为例：当变压器油中含有杂质时（水分和纤维），水被纤维吸取后，在电场作用下，沿电场分析排列形

39、成导电的杂质小桥，当小桥连通电极时，泄漏电流增加，最终造成介质击穿。可运用滤油机将油过滤，提高击穿电压。四、影响液体介质击穿电压的因素 水分：造成击穿电压水分：造成击穿电压U U下降下降 纤维和其它杂质：造成纤维和其它杂质：造成U U下降下降 电压作用的时间：时间越长，电压作用的时间：时间越长，U U下降下降 电场的匀整程度：电场越匀整，电场的匀整程度：电场越匀整，U U越高。越高。电电力力变变压压器器u推断变压器油的质量，主要依靠测量其电气强度、推断变压器油的质量，主要依靠测量其电气强度、tg tg 和含和含水量。其中最重要的试验项目就是用标准油杯测量油的工频水量。其中最重要的试验项目就是用

40、标准油杯测量油的工频击穿电压。击穿电压。米u我国接受的标准油杯极间距离为我国接受的标准油杯极间距离为2.5mm2.5mm，电极是直径等于，电极是直径等于25mm25mm的圆盘的圆盘型铜电极，电极的边缘加工成半径为型铜电极，电极的边缘加工成半径为2.5mm2.5mm的半圆以减弱边缘效应，保证的半圆以减弱边缘效应，保证了极间电场极板上是匀整的。了极间电场极板上是匀整的。u用来灌注高压电力变压器等的变压器用来灌注高压电力变压器等的变压器油，其工频击穿电压在油，其工频击穿电压在252540kV40kV以上以上u灌注高压电缆和电容器的用油，其工灌注高压电缆和电容器的用油，其工频击穿电压在频击穿电压在50

41、kV50kV或或60kV60kV以上以上五、提高液体介质击穿电压的措施 1 1、对液体介质进行过滤、干燥、脱气等。、对液体介质进行过滤、干燥、脱气等。2 2、提高并保持油的品质、提高并保持油的品质 。提高：去杂质、水分、有机酸提高：去杂质、水分、有机酸过滤过滤 保保持持：装装置置吸吸附附剂剂过过滤滤器器，可可使使正正在在运运行行的的油油不不断净化断净化 3 3、覆盖、覆盖 。即即在在金金属属电电极极上上贴贴固固体体绝绝缘缘薄薄层层，可可阻阻断断杂杂质质小小桥桥 。油油本本身身品品质质越越差差，电电场场越越匀匀整整，电电压压作作用用时时间间越越长，效果越好。长，效果越好。4、设置极间障设置极间障

42、 指放在电极间油间隙中的固体绝缘板指放在电极间油间隙中的固体绝缘板 。作用：作用：割断杂质小桥的形成割断杂质小桥的形成 使另一侧油隙的电场变匀整（不匀整场中）使另一侧油隙的电场变匀整（不匀整场中）在极不匀整场中效果明显，面积应足够大。在极不匀整场中效果明显，面积应足够大。1.4 1.4 固体的绝缘性能 固体绝缘材料在强电场作用下会通过特别小的固体绝缘材料在强电场作用下会通过特别小的电流。随着电场强度的增加，固体绝缘中的电流从电流。随着电场强度的增加，固体绝缘中的电流从一起先的与电压成正比阶段，渐渐过渡到非线性阶一起先的与电压成正比阶段，渐渐过渡到非线性阶段，最终发展成为击穿。段，最终发展成为击

43、穿。固体绝缘的击穿分为：电击穿、热击穿和化学固体绝缘的击穿分为：电击穿、热击穿和化学击穿。击穿。一、电击穿 固体介质中的电子在外电场作用下，发生碰撞电离，使传导电子增多，最终导致击穿。特性：电压作用时间短（10-8s），击穿电压高（108V/m），击穿电压和电场分布形式有关。二、热击穿 固体介质加电压介质损耗引起发热介质发热散热不会发生热击穿介质发热散热介质温度上升介质电阻下降流过介质的电流上升介质进一步损耗发热介质分解碳化介质击穿热量累积二、热击穿 热击穿的特征：u 时间长；u 温度上升，绝缘强度下降；u 散热越差，击穿电压越低；u 越小和tg越大，击穿电压越低；u 发生在内部和散热平衡最差

44、处。三、电化学击穿 u概念：在电场的长时间作用下渐渐使介质的物理、化学性能概念：在电场的长时间作用下渐渐使介质的物理、化学性能发生不行逆的劣化，最终导致击穿，这过程称电化学击穿。发生不行逆的劣化，最终导致击穿，这过程称电化学击穿。固体介质在长期工作电压下介质内部的小气隙发生局部放电产生带电粒子，撞击介质表面固体介质劣化绝缘性能下降光、热、电流等作用固体介质击穿表面漏电起痕与电蚀损四、影响固体介质击穿的因素 电压作用的时间 温度 电场的匀整程度 电压的类型积累效应积累效应 受潮受潮 机械负荷机械负荷电缆头电缆头四、提高固体介质击穿电压的方法 1 1、改进制造工艺、改进制造工艺 使固体电介质匀整致密使固体电介质匀整致密 。2 2、改进绝缘设计、改进绝缘设计 合合理理的的绝绝缘缘结结构构 、削削减减边边缘缘效效应应 、改改善善接接触状态触状态 。3 3、改善运行条件、改善运行条件 防防潮潮、防防污污、防防有有害害气气体体侵侵蚀蚀，加加强强散散热热 。感谢！