高电压技术复习资料

第 1 章 气体放点的物理过程

1.电离是指电子脱离原子的束缚而形成自由电子、正离子的过程．电离是需要能量的，所需 能量称为电离能 Wi(用电子伏 eV 表示，也可用电离电位 Ui=Wi/e 表示)

2.根据外界给予原子或分子的能量形式的不同，电离方式可分为热电离、光电离、碰撞电离 （最重要）和分级电离。 3.阴极表面的电子溢出：

（1）正离子撞击阴极：正离子位能大于 2 倍金属表面逸出功。

（2）光电子发射：用能量大于金属逸出功的光照射阴极板。光子的能量大于金属逸出功。 （3）强场发射：阴极表面场强达到 106V/cm（高真空中决定性） （4）热电子发射：阴极高温 4.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（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。

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。 5.带点质点的消失：

（1）带电质点的扩散：带电质点从浓度较大的区域向浓度较小的区域的移动，使带电质点 浓度变得均匀。电子的热运动速度高、自由行程大，所以其扩散比离子的扩散快得多。 （2）带电质点的复合：带异号电荷的质点相遇，发生电荷的传递和中和而还原为中性质点 的过程，称为复合。带电质点复合时会以光辐射的形式将电离时获得的能量释放出来，这种 光辐射在一定条件下能导致间隙中其他中性原子或分子的电离。 6.气体间隙中电流与外施电压的关系：

第一阶段：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

第二阶段：电流饱和，带电质点全部进入电极，电 流仅取决于外电离因素的强弱（良好的绝缘状态） 第三阶段：电流开始增大，由于电子碰撞电离引起 的电子崩

第四阶段自持放电：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 U0时的放电是非自持放电。 电压到达 U0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 7.

电子碰撞电离系数α：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。 8. 自持放电的条件：必须在气隙内初始电子崩消失之前产生新的电子（二次电子）来取代 外电离因素产生的初始电子；实验表明：二次电子的产生与气压气隙长度的乘积（pd）有关: Pd 较小，自持放电可由汤逊理论(和巴申定律) 解释; Pd 较大，自持放电可由流注理论解释。 汤逊理论认为二次电子的来源是正离子碰撞阴极表面发生的电子逸出。 ad ≈ ln

pd 值较大时，放电也是从电子崩开始的，但当电子崩发展到一定阶段后，会产生电离特强、 发展速度更快的空间的光电离，形成流注（等离子体）。流注的发展速度比电子崩的快一个 数量级，且出现曲折分支。

流注理论认为，二次电子的主要来源是空间的光电离。一旦出现流注，放电就可以由空间光 电离

空间光

电离自持维持；若电场均匀，间隙将被击穿。ad = ln

流注理论可以解释汤逊理论无法说明的 pd 值大时的放电现象。两种理论各适用于一定条件 的放电过程，不能用一种理论取代另一种理论。两种理论的自持放电条件具有完全相同的形 式，但两者维持放电的过程不同。（书上的这一段话要好好看，三种现象以后好像考研面试 有用）

9.稍不均匀电场中放电的特点与均匀电场中相似，在间隙击穿千看不到有什么放电的迹象， 极不均匀电场中放电则不同，当所加电压达到某一临界值时，曲率半径较小的电极附近空间 的电场强度首先达到了起始场强 E0，在这个局部区域出现蓝紫色的晕光，并伴随有“滋滋” 声、电磁辐射和能量损耗。这种仅仅发生在强场区的电晕放电是一种自持放电。 10.电场不均匀系数：f = /

，即间隙中最大场强与平均场强的比值。通常 f<2 时为 稍不均匀电场，f>4 时为极不均匀电场。 11.

极不均匀电场间隙中自持放电条件即是电晕起始的条件。 在

12. 在极不均匀电场中，放电一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。但后来的发展过程、气隙的电气强度、击穿电压等都与该电极的极性有密切的关系。极 不均匀电场中的放电存在着明显的极性效应。同一间隙在不同电压极性下的电晕起始电压不 同，击穿电压也不同，这就是放电的极性效应。 13. 正极性(棒)电晕放电

棒极带正电位时，电子崩头部的电子到达棒极后即被中和， 棒极附近空间留下许多正离子。

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。

第 3 章 气体间隙的击穿场强 1.均匀电场中的击穿：（特点）

1）均匀电场中电极布置对称，击穿无极性效应；

2）均匀场间隙中各处电场强度 U 相等，击穿所需时间极短，直流击穿电压、工频击穿电压 峰值、50%冲击击穿电压相同； 3）击穿电压的分散性很小。

间距 1－10cm 均匀电场击穿场强为 30kV/cm。 2.冲击电压的标准波形：（这个图 很重要，各点的意义要知道） 雷电冲击电压与系统电压无关。 避雷器动作后，作用在系统上的 为避雷器的残压。 标准雷电波的波形： =1.2μs± 30％，

=50μs±20 ％ 对于不同极性:

+1.2/50μs 或‐1.2/50μs 操作冲击波的波形： /

=250( ±20 ％) / 2500( ±60％) μs 3.放电时延（要理解）：要使气体间隙击穿，除了足够场强、引起电子崩并导致流注的有效 电子外，气隙击穿还需要一定的时间，让放电得以逐步发展并完成击穿。 4. 50％击穿电压：多次施加电压时有半数会导致击穿的电压值 低概率击穿电压： =

‐ 3ζ

5.冲击系数：同一间隙 50％冲击击穿电压 与稳态击穿电压

之比，称为击穿系数 β。

均匀和稍不均匀电场：β≈1 放电时延短，分散性小；极不均匀电场：β>1 放电时延长，击

穿常一般发生在波尾。

6. 伏－秒特性：在同一冲击电压波形下，击穿电压值与放电时延（或电压作用时间）有关 的特性。50%击穿电压只是 50%伏‐秒特性曲线上的一个点，即在冲击全波作用下的 50%击穿 电压。

7.大气密度和湿度对击穿的影响：

在极不均匀电场中，空气中的水分（湿度增大）能使间隙的击穿电压有所提高。 随着海拔高度增加，外绝缘的放电电压将下降。 8.

是理想的气体绝缘介质和灭弧介质，在均匀电场中 气体的绝缘强度约为空气的 2.5

倍，其灭弧能力是空气的 100 以上。 （设备的几种要记住）

气体的液化温度较低，一般可满足工程实际的应用，如 0.75MPa（7 个大气压，作为断 路器的绝缘）的液化温度是 －25℃，0.45MPa（4 个大气压，作为 GIS 绝缘）的液化温度不

高于－40℃。

气体的应用可大大降低设备尺寸，与空气介质相比，500kV 的 GIS 是敞开式的 1/50。 气体广泛应用于高压断路器、GIS、充气管道电缆，充 气体的变压器和开关柜也在发展中。 只有在均匀电场和稍不均匀电场，

气体才能发挥其优异的绝缘性能，因而一般应用 气

体做绝缘时，应尽量保证其电场的均匀性。此外， 气体中水含量的增加，将会大大降低

其绝缘性能，因而使用中应定期检测其微水含量。 气体价格高，温室效应相当于 的 23900 倍，且

气体不会自然分解，在大气中寿 命长达 3200 年。

气体在极不均匀电场中击穿的异常现象：一是击穿电压随气压的变化出现驼峰现象；二 是在驼峰气压范围内，雷击冲击击穿电压明显低于稳态击穿电压。 9.提高气隙击穿电压的措施：

改善电场分布的措施：改善电极形状；利用空间电荷对原电场的畸变作用；极不均匀电场中 屏蔽的采用。

削弱电离过程的措施：高气压的采用；强电负性气体的应用；高真空的采用。 第 2 章 气体中沿固体绝缘表面的放电 1 沿 . 1 沿 .

2. 沿面放电：均匀电场中固体介质的引入并不影响电极间的电场分布，但放电总是发生在 界面，且闪络电压比空气间隙的击穿电压要低得多。说明电场畸变严重。（特点） 面闪络：指沿气体介质与固体介质交界面上发展的放电现象。 1）沿面闪络电压与固体绝缘材料特性有关

2）固体介质与电极接触紧密程度对闪络电压有影响 3）介质表面粗糙，也会使电场分布畸变，从而使闪络 电压降低

）介质表面粗糙，也会使电场分布畸变，从而使闪络 电压降低

4）上述影响因素在高气压时表现得更为明显 3.具有强垂直分量时的沿面放电：（电晕放电—细线状 辉光放电 细线状

辉光放电—滑闪放电—闪络）

随着外施电压升高，首先在接地法兰处出现电晕放电形 成的光环，这是因为该处的电场强度最高。随着电压的

升高，放电区逐渐形成由许多平行的火花细长线组成的光带。当外施电压超过某一临界值 后，放电性质发生变化，个别细线开始迅速增长，转变为树枝状有分叉的明亮的火花通道， 称为滑闪放电。滑闪放电通道中电流密度较大，压降较小，其伏 随着外施电压升高，首先在接地法兰处出现电晕放电形 成的光环，这是因为该处的电场强度最高。随着电压的

升高，放电区逐渐形成由许多平行的火花细长线组成的光带。当外施电压超过某一临界值 后，放电性质发生变化，个别细线开始迅速增长，转变为树枝状有分叉的明亮的火花通道， 称为滑闪放电。滑闪放电通道中电流密度较大，压降较小，其伏—秒特性具有下降特性， 故滑闪放电是以介质表面放电通道中发生了热电离为特征的。 秒特性具有下降特性，

故滑闪放电是以介质表面放电通道中发生了热电离为特征的。

4. 要提高套管的电晕起始电压和滑闪放电电压可以采取：一减小比电容：增大固体介质 厚度，加大法兰处外套管的外径，采用瓷

要提高套管的电晕起始电压和滑闪放电电压可以采取：一减小比电容：增大固体介质

厚度，加大法兰处外套管的外径，采用瓷‐油绝缘代替纯瓷介质；二减小绝缘表面电阻：套