气体的绝缘强.pptx

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1、会计学1气体的绝缘强气体的绝缘强什么是绝缘什么是绝缘 绝缘是电气设备结构中的重要组成部分，其作绝缘是电气设备结构中的重要组成部分，其作用是用是把电位不等的导体分开，使其保持各自的电把电位不等的导体分开，使其保持各自的电位位，没有电气连接。，没有电气连接。什么是电介质？什么是电介质？将具有绝缘作用的材料称为绝缘材料，即将具有绝缘作用的材料称为绝缘材料，即电介电介质质。电介质在电场的作用下，有电介质在电场的作用下，有极化，电导、损耗极化，电导、损耗和击穿和击穿等现象。等现象。第1页/共84页1.1 气体放电的基本物理过程气体放电的基本物理过程1.1.1 气体中带电质点的产生和消失气体中带电质点的产

2、生和消失 气体是电力系统和电气设备中常见的绝缘气体是电力系统和电气设备中常见的绝缘介质，工程上使用得最多的是介质，工程上使用得最多的是空气空气和和六氟六氟化硫气体化硫气体。空气是最廉价、应用最广、自动恢复绝缘的空气是最廉价、应用最广、自动恢复绝缘的气体，因此我们主要研究空气的放电。气体，因此我们主要研究空气的放电。第2页/共84页 以以空气空气为作为绝缘介质，如：为作为绝缘介质，如：架空线路中相与相之间、相架空线路中相与相之间、相与地之间、变压器外绝缘等。与地之间、变压器外绝缘等。第3页/共84页 以以六氟化硫六氟化硫气体作为绝缘介质，气体作为绝缘介质，如六氟化硫断路器、六氟化硫如六氟化硫断路

3、器、六氟化硫全封闭组合电器。全封闭组合电器。福建水口电站的550KV HGIS运行在巴基斯坦的252KV GIS 第4页/共84页气体不是理想的绝缘体气体不是理想的绝缘体:正常情况下，正常情况下，气体是绝缘体气体是绝缘体，但其中仍有少量，但其中仍有少量的的带电质点带电质点，这是在空中高能射线（如紫外线、，这是在空中高能射线（如紫外线、宇宙射线及地球内部辐射）作用下产生的。宇宙射线及地球内部辐射）作用下产生的。在电场作用下，这些带电质点作定向运动而形在电场作用下，这些带电质点作定向运动而形成电导电流。因为，成电导电流。因为，气体不是理想的绝缘体气体不是理想的绝缘体，不不过，当电场较弱时，带电质点

4、数极少，电流极小，过，当电场较弱时，带电质点数极少，电流极小，气体仍是良好的绝缘体。气体仍是良好的绝缘体。第5页/共84页什么是气体击穿什么是气体击穿 当气体中的当气体中的电场强度电场强度达到一定数值后，气体中达到一定数值后，气体中电流剧增，在气体间隙中形成一条导电性能高的电流剧增，在气体间隙中形成一条导电性能高的通道，气体失去绝缘能力，气体这种由通道，气体失去绝缘能力，气体这种由绝缘状态绝缘状态突变为良导电状态突变为良导电状态的过程，称为的过程，称为击穿击穿。第6页/共84页什么是气体放电什么是气体放电 气体中流过电流的各种形式，统称为气体放电。气体中流过电流的各种形式，统称为气体放电。气体

5、放电的形式：气体放电的形式：u在气压低、电源功率较小时，为充满间隙的在气压低、电源功率较小时，为充满间隙的辉光放电辉光放电；u在大气压下，表现为在大气压下，表现为火花放电或电弧放电火花放电或电弧放电；u在极不均匀电场中，会在局部电场最强处产生在极不均匀电场中，会在局部电场最强处产生电晕放电。电晕放电。第7页/共84页气体原子的激发和电离气体原子的激发和电离:任何电介质都是由原子组成的，原子则由一带正电的原子核和围绕着原子核旋转的外层电子组成。由于原子所带正、负电荷相等，故正常情况呈任何电介质都是由原子组成的，原子则由一带正电的原子核和围绕着原子核旋转的外层电子组成。由于原子所带正、负电荷相等，

6、故正常情况呈中性中性。电子的能量不同，其所处的轨道也不同。通常电子能量越小，其轨道半径越小，离原子核越近。稳定的原子的外层电子都在各自的能级轨道上运转，此时原子的位能最小。当外界给予原子一定的能量使内层电子获得能量不能脱离原子核的束缚，只能跃迁到标志着能量更高的、离原子核较远的轨道上去时，该原子就处于电子的能量不同，其所处的轨道也不同。通常电子能量越小，其轨道半径越小，离原子核越近。稳定的原子的外层电子都在各自的能级轨道上运转，此时原子的位能最小。当外界给予原子一定的能量使内层电子获得能量不能脱离原子核的束缚，只能跃迁到标志着能量更高的、离原子核较远的轨道上去时，该原子就处于激励状态激励状态，

7、原子的位能也增加，这一过程叫，原子的位能也增加，这一过程叫激励激励。第8页/共84页激发：激发：电子向高一能级轨道的跃迁。电子向高一能级轨道的跃迁。电离：电离：如果气体原子从外部获得足够大的能量，使外如果气体原子从外部获得足够大的能量，使外层电子摆脱原子核的束缚成为自由电子。失去电子的层电子摆脱原子核的束缚成为自由电子。失去电子的原子就成带正电的离子，称为正离子。此过程就称为原子就成带正电的离子，称为正离子。此过程就称为电离电离。第9页/共84页（1）气体中带电质点的产生）气体中带电质点的产生 带电质点可由以下形式的游离形成：带电质点可由以下形式的游离形成：1）碰撞游离）碰撞游离 2）光游离）

8、光游离 3）热游离）热游离 4）表面游离）表面游离第10页/共84页1）碰撞游离）碰撞游离 这是气体中带电质点数目增加的重要原因。这是气体中带电质点数目增加的重要原因。在电场作用下，电子被加速获得动能。若其动在电场作用下，电子被加速获得动能。若其动能大于气体质点的游离能，在和气体质点发生碰能大于气体质点的游离能，在和气体质点发生碰撞时，就可能使气体质点产生游离分裂成正离子撞时，就可能使气体质点产生游离分裂成正离子和电子。这种游离称为和电子。这种游离称为碰撞游离碰撞游离。第11页/共84页2）光游离）光游离 电磁射线（光子）的能量等于或大于气体质点电磁射线（光子）的能量等于或大于气体质点的游离能

9、时所引起的游离过程叫的游离能时所引起的游离过程叫光游离光游离。3）热游离）热游离 因气体分子热运动状态引起的游离称为因气体分子热运动状态引起的游离称为热游离热游离。其实质仍是碰撞游离和光游离，只是直接的能量其实质仍是碰撞游离和光游离，只是直接的能量来源不同而已。来源不同而已。第12页/共84页4）表面游离）表面游离 放在气体中的金属电极表面游离出自由电子的现象称为放在气体中的金属电极表面游离出自由电子的现象称为表面游离表面游离。金属表面游离所需能量可以从下述途径获得：金属表面游离所需能量可以从下述途径获得：u正离子碰撞阴极正离子碰撞阴极：正离子在电场中向阴极运动，碰撞阴极时将其能量传递给电子而

10、使金属表面逸出两个电子，其中一个与正离子结合而合成中性质点，另一个才可能成为自由电子。：正离子在电场中向阴极运动，碰撞阴极时将其能量传递给电子而使金属表面逸出两个电子，其中一个与正离子结合而合成中性质点，另一个才可能成为自由电子。u光电效应光电效应：金属表面受到光的照射，也能产生表面游离。：金属表面受到光的照射，也能产生表面游离。u强场发射强场发射：在阴极附近加上很强的外电场，将电子从阴极表面拉出来，称为强场发射或冷发射。：在阴极附近加上很强的外电场，将电子从阴极表面拉出来，称为强场发射或冷发射。u热电子发射热电子发射：将金属电极加热到很高的温度，可使其中电子获得巨大能量，逸出金属。在电子、离

11、子器件中常利用热电子发射作为电子来源，在强电领域，对某些电弧放电的过程有重要作用。：将金属电极加热到很高的温度，可使其中电子获得巨大能量，逸出金属。在电子、离子器件中常利用热电子发射作为电子来源，在强电领域，对某些电弧放电的过程有重要作用。第13页/共84页(2)(2)(2)(2)气体中带电质点的消失（三种方式）气体中带电质点的消失（三种方式）气体中带电质点的消失（三种方式）气体中带电质点的消失（三种方式）1 1）气体中带电质点在电场力作用下流入电极）气体中带电质点在电场力作用下流入电极）气体中带电质点在电场力作用下流入电极）气体中带电质点在电场力作用下流入电极带电质点一旦产生，在外电场作用下

12、作定向运动，带电质点一旦产生，在外电场作用下作定向运动，流入电极形成电导电流。流入电极形成电导电流。2 2）带电质点的扩散）带电质点的扩散）带电质点的扩散）带电质点的扩散带电质点从浓度较大区域转移到浓度较小区域，从而带电质点从浓度较大区域转移到浓度较小区域，从而使带电质点在空间各处的浓度趋于均匀的过程。使带电质点在空间各处的浓度趋于均匀的过程。扩散的原因扩散的原因：带电质点的热运动带电质点的热运动电子比离子的扩散速度高电子比离子的扩散速度高3 3个数量级个数量级第14页/共84页n n含义：含义：含义：含义：正离子和负离子或电子相遇时，发生电荷的传递而相互正离子和负离子或电子相遇时，发生电荷的

13、传递而相互正离子和负离子或电子相遇时，发生电荷的传递而相互正离子和负离子或电子相遇时，发生电荷的传递而相互中和还原为分子的过程。中和还原为分子的过程。中和还原为分子的过程。中和还原为分子的过程。n n对放电的影响：对放电的影响：对放电的影响：对放电的影响：复合过程要阻碍放电的发展，但在一定条件下复合过程要阻碍放电的发展，但在一定条件下复合过程要阻碍放电的发展，但在一定条件下复合过程要阻碍放电的发展，但在一定条件下又可因复合时的光辐射加剧放电的发展。又可因复合时的光辐射加剧放电的发展。又可因复合时的光辐射加剧放电的发展。又可因复合时的光辐射加剧放电的发展。放电过程中的复合绝大多数是正、负放电过程

14、中的复合绝大多数是正、负放电过程中的复合绝大多数是正、负放电过程中的复合绝大多数是正、负离子之间的复合，参加复合的电子绝离子之间的复合，参加复合的电子绝离子之间的复合，参加复合的电子绝离子之间的复合，参加复合的电子绝大多数是先形成大多数是先形成大多数是先形成大多数是先形成负离子负离子负离子负离子再与正离子复再与正离子复再与正离子复再与正离子复合。合。合。合。3 3）带电质点的复合）带电质点的复合）带电质点的复合）带电质点的复合第15页/共84页1.1.2 1.1.2 汤逊理论和巴申定律汤逊理论和巴申定律汤逊理论和巴申定律汤逊理论和巴申定律 非自持放电：非自持放电：非自持放电：非自持放电：如果取

15、消外电离因素，气体的放电过程如果取消外电离因素，气体的放电过程如果取消外电离因素，气体的放电过程如果取消外电离因素，气体的放电过程就会停止，那么电流也将消失。这类依靠就会停止，那么电流也将消失。这类依靠就会停止，那么电流也将消失。这类依靠就会停止，那么电流也将消失。这类依靠外电离外电离外电离外电离因因因因素和素和素和素和外电场外电场外电场外电场因素共同作用而维持的放电。因素共同作用而维持的放电。因素共同作用而维持的放电。因素共同作用而维持的放电。自持放电：自持放电：自持放电：自持放电：气隙中电离过程只靠外施电压已能维持，气隙中电离过程只靠外施电压已能维持，气隙中电离过程只靠外施电压已能维持，气

16、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不再需要外电离因素不再需要外电离因素不再需要外电离因素。第16页/共84页 汤逊理论：汤逊理论：汤逊理论：汤逊理论：描述均匀电场气隙的击穿放电的理论描述均匀电场气隙的击穿放电的理论描述均匀电场气隙的击穿放电的理论描述均匀电场气隙的击穿放电的理论一、气体放电实验及伏安特性曲线一、气体放电实验及伏安特性曲线一、气体放电实验及伏安特性曲线一、气体放电实验及伏安特性曲线气体中电流和电压的关系伏安特性曲线测定气体中电流的回路示意图适用条件：均匀电场、低气压、短间隙适用条件：均匀电场、低气压、短间隙第17页/共84页气体放电伏安特性气体放电伏安特性 汤逊

17、理论汤逊理论试验分析试验分析试验分析试验分析 当当U U 26.66kPa ps26.66kPa cm cm，汤逊理论将不适用。，汤逊理论将不适用。气体放电流注理论以实验为基础，它考虑了高气体放电流注理论以实验为基础，它考虑了高气压、长气隙情况下不容忽视的若干因素对气体放气压、长气隙情况下不容忽视的若干因素对气体放电的影响，主要有以下两方面电的影响，主要有以下两方面 空间电荷对原有电场的影响空间电荷对原有电场的影响 空间光电离的作用空间光电离的作用第28页/共84页(一一)空间电荷的形成和它对电场的畸变空间电荷的形成和它对电场的畸变图图1.5 平板电极间电子崩空间电荷对平板电极间电子崩空间电荷

18、对外电场的畸变作用外电场的畸变作用电子崩头部聚集大部电子崩头部聚集大部分正离子和全部电子，分正离子和全部电子，产生了电场畸变；产生了电场畸变；在电场很小的区域，在电场很小的区域，电子和离子浓度最大，电子和离子浓度最大，有利于完成复合；有利于完成复合；强烈的复合辐射出许强烈的复合辐射出许多光子，成为引发新的多光子，成为引发新的空间光电离辐射源空间光电离辐射源。第29页/共84页流注的形成与发展 图图1.6 正流注发展机理正流注发展机理 (a)原始电子崩；原始电子崩；(b)发展中的流注发展中的流注a)起始电子发生碰撞电离形成初始电子崩；b)初始崩中正负离子间电场大大削弱，复合剧烈进行，同时放射出大

19、量光子；c)光电离产生二次电子，在加强的局部电场作用下形成二次崩；第30页/共84页d)二次崩中的电子受初崩中正离子的吸引作用，就注入到初崩中，形成了正、负离子的混合质通道。此时，离子浓度更高，复合更激烈进行，又不断向崩尾辐射出光电子，形成新的光游离，不断有光电子和二次崩产生。二次崩电子又不断渗入到初崩中来，使正、负离子的混合质通道不断伸长（称为流注称为流注）。e)流注通道贯通，气隙流注通道贯通，气隙击穿击穿第31页/共84页流注条件流注条件流注条件流注条件形成流注的必要条件是：形成流注的必要条件是：形成流注的必要条件是：形成流注的必要条件是：n n电电电电子子子子崩崩崩崩发发发发展展展展到到

20、到到足足足足够够够够的的的的程程程程度度度度后后后后，电电电电子子子子崩崩崩崩中中中中的的的的空空空空间间间间电电电电荷荷荷荷足足足足以以以以使使使使原原原原电电电电场场场场明明明明显显显显畸畸畸畸变变变变，大大大大大大大大加加加加强强强强电电电电子子子子崩崩崩崩崩崩崩崩头头头头和和和和崩尾处的电场；崩尾处的电场；崩尾处的电场；崩尾处的电场；n n电电电电子子子子崩崩崩崩头头头头部部部部附附附附近近近近电电电电荷荷荷荷密密密密度度度度很很很很大大大大，复复复复合合合合频频频频繁繁繁繁，释释释释放放放放出出出出引引引引发发发发新新新新的的的的空空空空间间间间光光光光电电电电离离离离的的的的辐辐辐

21、辐射射射射源源源源，二二二二次次次次电电电电子子子子崩崩崩崩主主主主要要要要来源于来源于来源于来源于空间光电离空间光电离空间光电离空间光电离；n n气气气气隙隙隙隙中中中中一一一一旦旦旦旦形形形形成成成成流流流流注注注注，放放放放电电电电就就就就可可可可由由由由空空空空间间间间光光光光电电电电离离离离自自自自行维持。行维持。行维持。行维持。第32页/共84页流注自持放电条件：或初崩头部电子数要达到初崩头部电子数要达到108时，出现流注，放电才能转为自持。时，出现流注，放电才能转为自持。第33页/共84页1.1.4 1.1.4 不均匀电场中的放电过程不均匀电场中的放电过程不均匀电场中的放电过程不

22、均匀电场中的放电过程 实际工程中较少存在均匀形式电场而多为稍不均匀实际工程中较少存在均匀形式电场而多为稍不均匀甚至极不均匀电场甚至极不均匀电场均均匀匀电电场场：两两个个电电极极的的面面积积远远远远大大于于两两电电极极间间的的距距离离，这这两个电极间的电场称为均匀电场。如平板电极；两个电极间的电场称为均匀电场。如平板电极；不不均均匀匀电电场场：两两电电极极的的曲曲率率半半径径小小于于两两电电极极间间的的距距离离时时，两电极间的电场就是不均匀电场。如棒两电极间的电场就是不均匀电场。如棒-棒、棒棒、棒-板；板；当当棒棒电电极极的的曲曲率率半半径径远远大大于于棒棒-板板电电极极间间的的距距离离时时，其

23、其间间电场就是极不均匀电场。电场就是极不均匀电场。在极不均匀电场间隙击穿前会出现稳定的在极不均匀电场间隙击穿前会出现稳定的电晕放电电晕放电，且，且放电过程中具有显著的放电过程中具有显著的极性效应极性效应。第34页/共84页Emax:最大电场强度最大电场强度;Eav:平均电场强度平均电场强度Ke4，极不均匀电场，极不均匀电场 两个特点：击穿前出现稳定的两个特点：击穿前出现稳定的电晕放电；有显著的极性效应电晕放电；有显著的极性效应为了描述各种结构的电场不均匀程度，可引入为了描述各种结构的电场不均匀程度，可引入一个电场不均匀系数一个电场不均匀系数Ke，表示为：，表示为：第35页/共84页一一.电晕放

24、电电晕放电条件：极不均匀电场中条件：极不均匀电场中电极曲率半径小电极曲率半径小电极间距离大电极间距离大特点：间隙局部击穿，大部分尚未丧失绝缘性能，间特点：间隙局部击穿，大部分尚未丧失绝缘性能，间隙仍能耐受电压作用，放电电流小，紫色晕光，吱吱隙仍能耐受电压作用，放电电流小，紫色晕光，吱吱放电声放电声.电晕起始电压电晕起始电压U U0 0 间隙击穿电压间隙击穿电压U Ub b第36页/共84页导线表面起晕场强导线表面起晕场强三相对称时，导线的起晕场强三相对称时，导线的起晕场强电晕损耗功率计算电晕损耗功率计算电晕放电的起始电压一般用经验公式来推算，应用最广的是电晕放电的起始电压一般用经验公式来推算，

25、应用最广的是皮克公式皮克公式，电晕起始场强近似为：，电晕起始场强近似为：第37页/共84页电晕放电的危害：电晕放电的危害：u能量损耗能量损耗u高频电磁波高频电磁波u使空气发生化学反应使空气发生化学反应u噪声污染噪声污染电晕放电的对策：电晕放电的对策：u改变电极形状，增加电极曲率半径改变电极形状，增加电极曲率半径u采用分裂导线采用分裂导线第38页/共84页 在极不均匀电场中，放电一在极不均匀电场中，放电一定从曲率半径较小的那个电极定从曲率半径较小的那个电极表面开始，与该电极极性无关。表面开始，与该电极极性无关。但但放电的放电的发展过程发展过程、气隙的、气隙的电电气强度气强度、放电电压放电电压等都

26、与该电等都与该电极的极性有密切的关系。极的极性有密切的关系。极不极不均匀电场中的放电存在着明显均匀电场中的放电存在着明显的的极性效应。极性效应。2 2 极性效应极性效应第39页/共84页n n决定极性要看表面电场较强的那个决定极性要看表面电场较强的那个决定极性要看表面电场较强的那个决定极性要看表面电场较强的那个电极电极电极电极所具有的所具有的所具有的所具有的电位电位电位电位符号符号符号符号：n n在两个电极几何形状不同时，极性取决于曲率半径较在两个电极几何形状不同时，极性取决于曲率半径较在两个电极几何形状不同时，极性取决于曲率半径较在两个电极几何形状不同时，极性取决于曲率半径较小的那个电极的电

27、位符号，如小的那个电极的电位符号，如小的那个电极的电位符号，如小的那个电极的电位符号，如“棒棒棒棒-板板板板”气隙。气隙。气隙。气隙。n n在两个电极几何形状相同时，极性取决于不接地的那在两个电极几何形状相同时，极性取决于不接地的那在两个电极几何形状相同时，极性取决于不接地的那在两个电极几何形状相同时，极性取决于不接地的那个电极上的电位，如个电极上的电位，如个电极上的电位，如个电极上的电位，如“棒棒棒棒-棒棒棒棒”气隙。气隙。气隙。气隙。第40页/共84页 下下下下面面面面以以以以典典典典型型型型的的的的极极极极不不不不均均均均匀匀匀匀电电电电场场场场-“棒棒棒棒-板板板板”气气气气隙隙隙隙为

28、为为为例例例例，从从从从流注理论流注理论流注理论流注理论的观点出发，说明放电的：的观点出发，说明放电的：的观点出发，说明放电的：的观点出发，说明放电的：发展过程发展过程发展过程发展过程极性效应极性效应极性效应极性效应 第41页/共84页（一）正极性如图所示如图所示棒极带正电位时，电子崩头部的电子到达棒极后即将被中和，棒极附近强场区内的电晕放电将在棒极附近空间留下许多棒极带正电位时，电子崩头部的电子到达棒极后即将被中和，棒极附近强场区内的电晕放电将在棒极附近空间留下许多正离子正离子。这些正离子虽朝板极移动，但速度很慢而暂留在棒极附近。这些正离子虽朝板极移动，但速度很慢而暂留在棒极附近。第42页/

29、共84页 这些正空间电荷削弱了棒极附近的电场强度，而加强了正离子群外部空间的电场，因此当电压进一步提高，随着电晕放电区的扩展，强场区亦将逐渐向板极方向推进，因而放电的发展是顺利的。这些正空间电荷削弱了棒极附近的电场强度，而加强了正离子群外部空间的电场，因此当电压进一步提高，随着电晕放电区的扩展，强场区亦将逐渐向板极方向推进，因而放电的发展是顺利的。第43页/共84页（二）负极性 如图所示：如图所示：棒极负极性时，电子崩将由棒极表面出发向外发展，崩头的电子在离开强场（电晕）区后，虽不能再引起碰撞电离，但仍继续往板极运动棒极负极性时，电子崩将由棒极表面出发向外发展，崩头的电子在离开强场（电晕）区后

30、，虽不能再引起碰撞电离，但仍继续往板极运动。留在棒极附近的也是大批正离子，这时它们将加强棒极表面附近的电场而削弱外围空间的电场，电场情况如图（留在棒极附近的也是大批正离子，这时它们将加强棒极表面附近的电场而削弱外围空间的电场，电场情况如图（c c）所示。）所示。第44页/共84页所以，当电压进一步提高时，电晕区不易向外扩展，整个气隙击穿将是不顺利的，因而这时气隙的击穿电压要比正极性时高得多，完成击穿过程所需的时间也要比正极性时长得多。所以，当电压进一步提高时，电晕区不易向外扩展，整个气隙击穿将是不顺利的，因而这时气隙的击穿电压要比正极性时高得多，完成击穿过程所需的时间也要比正极性时长得多。第4

31、5页/共84页标准雷电冲击电压波：雷电冲击电压波形的标准化1.1.5 冲击电压下气体间隙的击穿特性冲击电压下气体间隙的击穿特性第46页/共84页 雷电冲击电压标准波形雷电冲击电压标准波形雷电冲击电压标准波形雷电冲击电压标准波形第47页/共84页标准雷电截波：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，如图所示。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，如图所示。第48页/共84页b.操作冲击电压操作冲击电压T Tcrcr波前时间（波头时间）波前时间（波头时间）=25020%=25020%s s T T2 2半峰值时间（波长时间）半峰值时间（波长时间）=

32、2500=250020%20%s s 可表示为可表示为250/2500250/2500s s第49页/共84页l衰减振荡电压波衰减振荡电压波 第一个半波的持续时间在第一个半波的持续时间在20003 000s之间，反极之间，反极性的第二半波的峰值约为第一个半波峰值的性的第二半波的峰值约为第一个半波峰值的80 衰减振荡操作冲击波衰减振荡操作冲击波第50页/共84页 2.放电时延：放电时延：对气隙加上冲击电压，电压随着时间的增长迅速由零上升到峰值后，又缓慢衰减对气隙加上冲击电压，电压随着时间的增长迅速由零上升到峰值后，又缓慢衰减 放电时间的形成放电时间的形成 1)升压时间升压时间t0：电压从零上升到

33、持续电压从零上升到持续电压作用下的击穿电压电压作用下的击穿电压U0（称为静态（称为静态击穿电压）所需的时间。击穿电压）所需的时间。2)统计时延统计时延ts：通常把电压达间隙的通常把电压达间隙的静态击穿电压开始到间隙中出现第一静态击穿电压开始到间隙中出现第一个有效电子为止所需的时间个有效电子为止所需的时间3)放电发展时间放电发展时间 tf：从第一个有效电从第一个有效电子到间隙完成击穿所需的时间子到间隙完成击穿所需的时间 4）放电时延）放电时延tL：tL=ts+tf5）气体间隙在冲击电压作用下击穿气体间隙在冲击电压作用下击穿所需全部时间：所需全部时间：td=t0+ts+tf气隙的击穿需要一定的时间

34、气隙的击穿需要一定的时间第51页/共84页 3.3.伏秒特性伏秒特性 定义：同一波形、不同幅值的冲击电压下，间定义：同一波形、不同幅值的冲击电压下，间隙上出现的电压最大值和放电时间的关系曲线隙上出现的电压最大值和放电时间的关系曲线.绘制方法：绘制方法：保持一定的波形而逐保持一定的波形而逐渐升高电压，以示波图来求取，渐升高电压，以示波图来求取，电压较低时，击穿发生在波尾电压较低时，击穿发生在波尾;电压较高时，击穿发生在波头电压较高时，击穿发生在波头第52页/共84页制作伏秒特性曲线很费事，制作伏秒特性曲线很费事，制作伏秒特性曲线很费事，制作伏秒特性曲线很费事，工程上常常采用：工程上常常采用：工程

35、上常常采用：工程上常常采用：“5050击穿电压击穿电压”“U U2 2s s”2 2s s冲击击穿电压冲击击穿电压来表示气隙的耐电性能来表示气隙的耐电性能“5050击穿电压击穿电压”：指在该冲击电压作用下气隙被击穿指在该冲击电压作用下气隙被击穿的概率为一半的概率为一半“U U2 2s s”：指在该冲击电压作用下发生击穿指在该冲击电压作用下发生击穿t td d大大于或小于于或小于2 2s s的概率各为一半的概率各为一半第53页/共84页实验表明，在冲击电压作用下，由于放电时间具有分散性，所以在每级电压下可以得到一系列的放电时间。实验表明，在冲击电压作用下，由于放电时间具有分散性，所以在每级电压下

36、可以得到一系列的放电时间。伏秒特性伏秒特性实际上是一个以上、下包线为界的实际上是一个以上、下包线为界的带状区域带状区域。0%伏伏秒秒特特性性：每每级级电电压压下下，放放电电时时间间小小于于下下包包线线横横坐坐标标所所示数值的概率为示数值的概率为0%100%伏伏秒秒特特性性：每每级级电电压压下下，放放电电时时间间小小于于上上包包线线横横坐坐标标所所示数值的概率为示数值的概率为100%50%伏伏秒秒特特性性：每每级级电电压压下下，放放电电时时间间小小于于该该包包线线横横坐坐标标所所示数值的概率为示数值的概率为50%通通常常取取50伏伏秒秒特特性性或或平平均均伏伏秒秒特特性性曲曲线线来来表表征征一一

37、个个气气隙隙的的冲击击穿特性冲击击穿特性。第54页/共84页第55页/共84页极不均匀场间隙极不均匀场间隙(s1)和均匀及稍不均匀场间隙和均匀及稍不均匀场间隙(s2)的伏秒特性的伏秒特性 同一电压下，同一电压下，同一电压下，同一电压下，S S22都将先于都将先于都将先于都将先于S1S1击穿，击穿，击穿，击穿，S S2 2就能可靠的就能可靠的就能可靠的就能可靠的保护保护保护保护S S1 1第56页/共84页两个间隙伏秒特性交叉的情况两个间隙伏秒特性交叉的情况 在冲击电压峰值较低时，在冲击电压峰值较低时，s2先于先于s1击穿，能对击穿，能对s1起保护作用；但在高峰值冲击电压作用下，起保护作用；但在

38、高峰值冲击电压作用下，s1先于先于s2击穿，击穿，s2不起保护作用。不起保护作用。第57页/共84页 电场情况电场情况电场情况电场情况：均匀、稍不均匀、极不均匀：均匀、稍不均匀、极不均匀：均匀、稍不均匀、极不均匀：均匀、稍不均匀、极不均匀 电压形式电压形式电压形式电压形式：直流、交流、雷电冲击：直流、交流、雷电冲击：直流、交流、雷电冲击：直流、交流、雷电冲击 、操作冲击、操作冲击、操作冲击、操作冲击 大气条件大气条件大气条件大气条件：气压、温度、湿度：气压、温度、湿度：气压、温度、湿度：气压、温度、湿度1.2 影响气体放电电压影响气体放电电压的因素的因素第58页/共84页1.2.1 1.2.1

39、 电场形式对放电电压的影响电场形式对放电电压的影响均匀电场均匀电场：两个电极形状完全相同且对称布置，因而两个电极形状完全相同且对称布置，因而不存在极性效应不存在极性效应。均匀电场中各处的电场强度均相等，击穿所需的均匀电场中各处的电场强度均相等，击穿所需的时间极短时间极短 在直流、工频和冲击电压作用下的击穿电压实际上都相同，与作用在直流、工频和冲击电压作用下的击穿电压实际上都相同，与作用电压形式无关电压形式无关 击穿电压的分散性很小，伏秒特性很快就变平，冲击系数击穿电压的分散性很小，伏秒特性很快就变平，冲击系数1 一、均匀电场和稍均匀电场中的击穿电压一、均匀电场和稍均匀电场中的击穿电压第59页/

40、共84页击穿电压的经验公式可表示为：击穿电压的经验公式可表示为：上式完全符合巴申定律，因为它也可改写成：上式完全符合巴申定律，因为它也可改写成：第60页/共84页与与均匀电场相似均匀电场相似，冲击系数接近，冲击系数接近1，冲击击穿电，冲击击穿电压与工频击穿电压及直流击穿电压几乎相等。压与工频击穿电压及直流击穿电压几乎相等。稍均匀电场稍均匀电场:第61页/共84页n n工程上常见电场大多数是极不均匀电工程上常见电场大多数是极不均匀电工程上常见电场大多数是极不均匀电工程上常见电场大多数是极不均匀电场场场场n n工程上遇到极不均匀电场时，可由典工程上遇到极不均匀电场时，可由典工程上遇到极不均匀电场时

41、，可由典工程上遇到极不均匀电场时，可由典型电极的击穿电压来修正绝缘距离，型电极的击穿电压来修正绝缘距离，型电极的击穿电压来修正绝缘距离，型电极的击穿电压来修正绝缘距离，对称电场参照对称电场参照对称电场参照对称电场参照“棒棒棒棒棒棒棒棒”电极数据；电极数据；电极数据；电极数据；不对称电场可参照不对称电场可参照不对称电场可参照不对称电场可参照“棒板棒板棒板棒板”电极数电极数电极数电极数据据据据n n放电分散性较大，且极性效应显著。放电分散性较大，且极性效应显著。放电分散性较大，且极性效应显著。放电分散性较大，且极性效应显著。间隙距离相同时，电场越均匀，气隙间隙距离相同时，电场越均匀，气隙间隙距离相

42、同时，电场越均匀，气隙间隙距离相同时，电场越均匀，气隙的击穿电压就越高。的击穿电压就越高。的击穿电压就越高。的击穿电压就越高。极不均匀电场中的击穿电压极不均匀电场中的击穿电压:第62页/共84页1.2.2 1.2.2 电压波形对击穿电压的影响电压波形对击穿电压的影响电压波形对击穿电压的影响电压波形对击穿电压的影响气隙上作用电压的种类（波形）：气隙上作用电压的种类（波形）：直流电压 工频电压 雷电冲击电压 操作冲击电压第63页/共84页棒棒棒棒-板间隙存在极性效应板间隙存在极性效应板间隙存在极性效应板间隙存在极性效应棒棒棒棒-棒电极击穿电压介于棒电极击穿电压介于棒电极击穿电压介于棒电极击穿电压介

43、于不同极性棒不同极性棒不同极性棒不同极性棒-板之间板之间板之间板之间直流电压下的击穿特性直流电压下的击穿特性第64页/共84页 当当当当间间间间隙隙隙隙距距距距离离离离不不不不太太太太大大大大时时时时，击击击击穿穿穿穿电电电电压压压压与与与与间间间间隙隙隙隙距距距距离离离离呈呈呈呈线线线线性性性性关关关关系系系系；当当当当间间间间隙隙隙隙距距距距离离离离很很很很大大大大时时时时，呈呈呈呈现现现现出出出出饱饱饱饱和和和和现现现现象象象象,平平平平均均均均击击击击穿穿穿穿场场场场强强强强明明明明显显显显降降降降低低低低，棒棒棒棒-板板板板间间间间隙隙隙隙尤尤尤尤为为为为严严严严重重重重。所所所所以

44、以以以，在在在在电电电电气气气气设设设设备备备备中中中中希希希希望望望望尽尽尽尽量量量量采采采采用用用用“棒棒棒棒-棒棒棒棒”类类类类型型型型的的的的电电电电极极极极结结结结构构构构而而而而避避避避免免免免“棒棒棒棒-板板板板”类型。类型。类型。类型。工频电压下的击穿特性工频电压下的击穿特性第65页/共84页 雷电冲击雷电冲击雷电冲击雷电冲击击穿电压与距离击穿电压与距离击穿电压与距离击穿电压与距离呈呈呈呈正比正比正比正比，无饱和无饱和无饱和无饱和；冲击工频电压下的击穿特性冲击工频电压下的击穿特性第66页/共84页操作冲击电压有明显的极性效应和饱和现象第67页/共84页大气条件对放电电压的影响大

45、气条件对放电电压的影响大气条件对放电电压的影响大气条件对放电电压的影响 由于大气的压力、温度、湿度等条件都会影响空气的密度、电子自由行程长度、碰撞电离及附着过程，所以也必然会影响气隙的击穿电压。海拔高度的影响亦与此类似，因为随着海拔高度的增加，空气的压力和密度均下降。击穿电压是指在一定大气参数下的击穿电压第68页/共84页n n不同大气条件下测得的击穿电压必须换算到统一不同大气条件下测得的击穿电压必须换算到统一不同大气条件下测得的击穿电压必须换算到统一不同大气条件下测得的击穿电压必须换算到统一的参考条件下才能进行比较；的参考条件下才能进行比较；的参考条件下才能进行比较；的参考条件下才能进行比较

46、；n n我国规定的标准大气条件为：我国规定的标准大气条件为：我国规定的标准大气条件为：我国规定的标准大气条件为：第69页/共84页实实际际试试验验条条件件下下的的击击穿穿电电压压和和标标准准大大气气条条件件下的击穿电压可通过相应的校正系数换算：下的击穿电压可通过相应的校正系数换算：Kd：空气密度校正系数空气密度校正系数 Kh：湿度校正系数湿度校正系数第70页/共84页对空气密度的校正对空气密度的校正n n对湿度的校正对湿度的校正 在极不均匀场中在极不均匀场中在极不均匀场中在极不均匀场中n n对海拔高度的校正对海拔高度的校正第71页/共84页1.3 1.3 1.3 1.3 沿面放电沿面放电沿面放

47、电沿面放电沿面放电沿面放电：沿着固体介质表面发展的气体放电现象。：沿着固体介质表面发展的气体放电现象。第72页/共84页 沿面放电沿面放电沿面放电沿面放电也称为沿面闪络，是一种气体放电现也称为沿面闪络，是一种气体放电现也称为沿面闪络，是一种气体放电现也称为沿面闪络，是一种气体放电现象，指在固体介质和空气的交界面上出现的沿固象，指在固体介质和空气的交界面上出现的沿固象，指在固体介质和空气的交界面上出现的沿固象，指在固体介质和空气的交界面上出现的沿固体绝缘表面的气体放电。体绝缘表面的气体放电。体绝缘表面的气体放电。体绝缘表面的气体放电。闪络：闪络：闪络：闪络：沿面放电发展到贯穿性的空气击穿称为闪沿

48、面放电发展到贯穿性的空气击穿称为闪沿面放电发展到贯穿性的空气击穿称为闪沿面放电发展到贯穿性的空气击穿称为闪络；络；络；络；电力系统不少绝缘事故均是沿面闪络造出的电力系统不少绝缘事故均是沿面闪络造出的电力系统不少绝缘事故均是沿面闪络造出的电力系统不少绝缘事故均是沿面闪络造出的.所所所所以研究它的放电机理和规律对电气设备的设计和以研究它的放电机理和规律对电气设备的设计和以研究它的放电机理和规律对电气设备的设计和以研究它的放电机理和规律对电气设备的设计和安全运行都有重大的现实意义。安全运行都有重大的现实意义。安全运行都有重大的现实意义。安全运行都有重大的现实意义。第73页/共84页沿面放电的实验现象

49、：沿面放电的实验现象：沿沿固固体体介介质质表表面面的的闪闪络络电电压压比比纯纯空空气气间间隙或纯固体介质的击穿电压隙或纯固体介质的击穿电压低得多低得多。按照固体介质在电极间的位置，形成三种电场结构：按照固体介质在电极间的位置，形成三种电场结构：n均匀电场均匀电场n具有弱垂直分量的极不均匀电场具有弱垂直分量的极不均匀电场(如支柱绝缘子如支柱绝缘子)n具有强垂直分量的极不均匀电场具有强垂直分量的极不均匀电场(如套管）如套管）第74页/共84页第75页/共84页1.3.1 沿面放电的物理过程沿面放电的物理过程1）固体介质处于均匀电场）固体介质处于均匀电场 l纯空气击穿；纯空气击穿；2石蜡；石蜡；3陶

50、瓷；陶瓷；4与电极接触不紧密的与电极接触不紧密的 陶瓷陶瓷均匀场中不同介质沿面工频闪络电压均匀场中不同介质沿面工频闪络电压沿面闪络时的临界电压称沿面闪络时的临界电压称沿面闪络时的临界电压称沿面闪络时的临界电压称闪络电压闪络电压闪络电压闪络电压第76页/共84页2)2)、极不均匀电场极不均匀电场极不均匀电场极不均匀电场强垂直分量强垂直分量强垂直分量强垂直分量沿面放电沿面放电沿面放电沿面放电基本过程：基本过程：基本过程：基本过程：1 1 1 1）电晕放电）电晕放电）电晕放电）电晕放电2 2 2 2）刷状放电）刷状放电）刷状放电）刷状放电3 3 3 3）滑闪放电）滑闪放电）滑闪放电）滑闪放电4 4