高电压技术复习要点

第一章 电介质的电气强度

1.1气体放电的基本物理过程

1.高压电气设备中的绝缘介质有气体、液体、固体以及其他复合介质。 2.气体放电是对气体中流通电流的各种形式统称。

3.电离：指电子脱离原子核的束缚而形成自由电子和正离子的过程。 4.带电质点的方式可分热电离、光电离、碰撞电离、分级电离。

5.带电质点的能量来源可分正离子撞击阴极表面、光电子发射、强场发射、热电子发射。 6.带电质点的消失可分带电质点受电场力的作用流入电极、带电质点的扩散、带电质点的复合。

7.附着：电子与气体分子碰撞时，不但有可能引起碰撞电离而产生出正离子和新电子，也可能发生电子附着过程而形成负离子。

8.复合：当气体中带异号电荷的粒子相遇时，有可能发生电荷的传递与中和，这种现象称为复合。

（1）复合可能发生在电子和正离子之间，称为电子复合，其结果是产生一个中性分子； （2） 复合也可能发生在正离子和负离子之间，称为离子复合，其结果是产生两个中性分子。 9.1、放电的电子崩阶段

（1）非自持放电和自持放电的不同特点

宇宙射线和放射性物质的射线会使气体发生微弱的电离而产生少量带电质点；另一方面、负带电质点又在不断复合，使气体空间存在一定浓度的带电质点。因此，在气隙的电极间施加电压时，可检测到微小的电流。

由图1-3可知：

（1）在I-U曲线的OA段：

气隙电流随外施电压的提高而增大，这是因为带电质点向电极运动的速度加快导致复合率减小。当电压接近 U A时，电流趋于饱和，因为此时由外电离因素产生的带电质点全部进入电极，所以电流值仅取决于外电离因素的强弱而与电压无关。 （2）在I-U曲线的B、C点： 电压升高至 U B 时，电流又开始增大，这是由于电子碰撞电离引起的，因为此时电子在电场作用下已积累起足以引起碰撞电离的动能。电压继续升高至 U 0 时，电流急剧上升，说明放电过程又进入了一个新的阶段。此时气隙转入良好的导电状态，即气体发生了击穿。 （3）在I-U曲线的BC段：虽然电流增长很快，但电流值仍很小，一般在微安级，且此时气体中的电流仍要靠外电离因素来维持，一旦去除外电离因素，气隙电流将消失。 因此，外施电压小于U 0 后，电流剧增，且此时间隙中0时的放电是非自持放电。电压达到U电离过程只靠外施电压已能维持，不再需要外电离因素了。外施电压达到 后的放电称为自

U 0 称为放电的起始电压。 持放电，

10. 电子崩：电子将按照几何级数不断增多，类似雪崩似地发展，这种急剧增大的空间电子流被称为电子崩。

电子崩的示意图：

11.电子碰撞电离系数? :表示一个电子沿电场方向运动1cm的行程所完成的碰撞电离次数平均值。

12.如图1-5为平板电极气隙，板内电场均匀，设外界电离因子每秒钟使阴极表面发射出来的初始电子数为n0

由于碰撞电离和电子崩的结果，在它们到达x处时，电子数已增加为n，这n个电子在dx的距离中又会产生dn个新电子。

抵达阳极的电子数应为：

na?n0e?d

途中新增加的电子数或正离子数应为：

x?n?na?n0?n0(e?d?1)?dx?0n?ne0将式的等号两侧乘以电子的电荷，即得电流关系式：

I?I0e?d13.汤逊理论

前述已知，只有电子崩过程是不会发生自持放电的。要达到自持放电的条件，必须在气隙内初始电子崩消失前产生新的电子（二次电子）来取代外电离因素产生的初始电子。 实验现象表明，二次电子的产生机制与气压和气隙长度的乘积（pd）有关。pd值较小时自持放电的条件可用汤逊理论来说明；

pd（1）?过程与自持放电条件

由于阴极材料的表面逸出功比气体分子的电离能小很多，因而正离子碰撞阴极较易使阴极释放出电子。此外正负离子复合时，以及分子由激励态跃迁回正常态时，所产生的光子到达阴极表面都将引起阴极表面电离，统称为?过程。

值较大时则要用流注理论来解释。

?为引入系数。

设外界光电离因素在阴极表面产生了一个自由电子，此电子到达阳极表面时由于

?过程，

?d电子总数增至 e个。因在对?系数进行讨论时已假设每次电离撞出一个正离子，故电

极空间共有（

e?d－1)个正离子。由系数 的定义，此（e?d －1）个正离子在到达阴极

? e?d －1）个新电子，这些电子在电极空间的碰撞电离同样又能产生

表面时可撞出 （

更多的正离子，如此循环下去。 自持放电条件为

?(e?d?1)?1

?：一个正离子撞击到阴极表面时产生出来的二次电子数

?：电子碰撞电离系数

d：两极板距离

（2）汤逊放电理论的适用范围

汤逊理论是在低气压、较小的条件下在放电实验的基础上建立的。

?d因此，通常认为， ＞0.26 cm(pd＞200 cm ? mmHg)时，击穿过程将发生变化，汤逊理论的计算结果不再适用，但其碰撞电离的基本原理仍是普遍有效的。

1.2气体介质的电气强度

1.空气间隙放电电压主要受到电场情况、电压形式以及大气条件的影响。

2.电场电压击穿物体：均匀电场的击穿、稍不均匀电场的击穿、极不均匀场的击穿。

3.均匀电场的击穿特性：电极布置对称，无击穿的极性效应；间隙中各处电场强度相等，击穿所需时间极短；直流击穿电压、工频击穿电压峰值以及50％冲击击穿电压相同；击穿电压的分散性很小。

4.稍不均匀电场的击穿特点：击穿前无电晕；无明显的极性效应；直流击穿电压、工频击穿电压峰值及50％冲击击穿电压几乎一致。

5.极不均匀场的击穿特性：电场不均匀程度对击穿电压的影响减弱；极间距离对击穿电压的影响增大；在直流电压中，直流击穿电压的极性效应非常明显；工频电压下，击穿都发生在正半周峰值附近。

6.负极性雷的三个阶段：先导过程、主放电过程、余光放电过程 。

7.雷电过电压：是一种持续时间极短的脉冲电压，在这种电压作用下绝缘的击穿具有与稳态电压下击穿不同的特点。

8.雷电能对地面设备造成危害的主要是云地闪。

9.按雷电发展的方向可分为： 下行雷 在雷云中产生并向大地发展；

上行雷 由接地物体顶部激发，并向雷云方向发展

10.下行负极性雷通常可分为3个主要阶段： 先导过程；主放电过程 ；余光放电过程 。 11.气隙击穿三个特点：最低静态击穿电压；在气隙中存在能引起电子崩并导致流注和主放电的有效电子；需要有一定的时间，让放电得以逐步发展并完成击穿。

12.操作过电压：电力系统在操作或发生事故时，因状态发生突然变化引起电感和电容回路的振荡产生过电压，称为操作过电压。

13.操作冲击电压作用下的击穿特点：U形曲线、极性效应、饱和现象、分散性大、邻近效应。

14.提高气体击穿电压的措施：

电极形状的改进（使空间场强分布均匀，从而提高气体击穿电压。目的：以改善电场分布，提高间隙的击穿电压。）；空间电荷对原电场的畸变作用；极不均匀场中屏障的采用；提高气体压力的作用；高真空和高电压强度气体SF6的采用。 1.3固体绝缘表面的气体沿面放电

1.闪络：沿整个固体绝缘表面发生的放电称为闪络。在放电距离相同的，沿面闪络电压低于纯气隙的击穿电压。

2.高压绝缘子的分类：1）按结构分绝缘子、套筒、套管。2）按材料分电工陶瓷、钢化玻璃、硅橡胶、乙丙橡胶等有机材料。

3.界面：气体介质与固体介质的交界面称为界面。 4.沿面闪络电压的影响因素: （一）固体绝缘材料特性 （二）介质表面的粗糙度

（三）固体介质与电极间的气隙大小

图1-22 均匀电场中不同介质的沿面闪络电压

（工频峰值）的比较

1-空气隙击穿 2－石蜡 3－瓷

4－与电板接触不紧密的瓷

5.滑闪放电是具有强垂直分量绝缘结构所特有的放电形式。

6.滑闪放电的条件：电场必须有足够的垂直分量；电场必须有足够的水平分量；电压必须是交变的。

7.滑闪放电现象可用图所示的等效电路来解释： 图为套管绝缘子等效电路

C－表面电容 R－体积电阻

r－表面电阻 A－导杆 B－法兰

8.污闪：污秽层受潮变成了覆盖在绝缘子表面的导电层，最终引发局部电弧并发展成沿面闪络，这就是污闪。

9.污闪的次数在几种外绝缘闪络中不算多，但是它造成的损失却是最大的。

10.污闪的发展过程：污秽层的形成、污秽层的受潮、干燥带形成与局部电弧产生、局部电弧发展成闪络。

11.污秽等级的划分及污秽度评定的方法：目前在世界范围内应用的最广泛的方法是等值盐密法。

12.提高沿面放电电压的措施：屏障、屏蔽、提高表面憎水性、消除绝缘体与电极接触面的缝隙、改变绝缘体表面的电阻率、强制固体介质表面的电位分布、提高污闪电压。

第二章 液体的绝缘特性与介质的电气强度

1.液体电介质又称绝缘油，在常温下为液态，在电气设备中起绝缘、传热、浸渍及填充作用，主要用在变压器、油断路器、电容器和电缆等电气设备中。在断路器和电容器中的绝缘油还分别有灭弧和储能作用。

2.液体电介质有矿物绝缘油、合成绝缘油和植物油三大类。 2.1液体电介质的极化与损耗

1.非极性液体和弱极性液体电介质极化中起主要作用的是电子位移极化，其极化率为αe。 2.极性液体介质包括中极性和强极性液体介质这类介质在电场作用下，除了电子位移极化外，还有偶极子极化，对于强极性液体介质，偶极子的转向极化往往起主要作用。极性液体分子具有固有偶极矩。

3.非极性和弱极性液体介质的极化主要是电子位移极化。介质损耗主要来源于电导。

4.极性液体介质的介质损耗与粘度有关。极性分子在粘性媒质中作热运动，在交变电场作用下，电场力矩将使极性分子作趋向于外场方向的转动，在定向转动过程中，因摩擦发热（偶极子在转动过程中摩擦发热而引起的）而引起能量的损耗。 2.2液体电介质的电导

1.根据液体介质中离子来源的不同，离子电导可分本征离子电导和杂质离子电导两种。 2.华尔屯定律：与温度无关。 2.3液体电介质的击穿

1.液体电介质的击穿条件：碰撞电离和电子崩发展到一定大小。 2.气泡击穿理论的现象：气泡在两极间形成连续的气桥。

过程：气泡发生电离，产生高能电子，与液体分子发生碰撞，电离产生更多的气泡。

原因：气泡为什么电离？1）气体击穿场强比液体介质的击穿场强小。2）气泡中场强比液体介质大。

结论：由于气桥产生，形成导电通道，液体电介质击穿。 3.水桥击穿理论的现象：椭圆水球在电极间形成连续的水桥。