高電壓技術(shù)張重遠(yuǎn)趙濤高壓教研室2016-2

電力工程系緒論

各種高電壓現(xiàn)象研究對(duì)象中國(guó)電力系統(tǒng)電壓等級(jí)劃分高電壓技術(shù)在其它領(lǐng)域的應(yīng)用課程相關(guān)信息雷電極光電離圈絕緣子閃絡(luò)

電暈電弧各種高電壓現(xiàn)象研究對(duì)象1.電氣設(shè)備絕緣：

①絕緣介質(zhì)（固、液、氣體）在電場(chǎng)作用下的電氣物理性能和擊穿的理論、規(guī)律。②高壓試驗(yàn)——判斷、監(jiān)視絕緣質(zhì)量的主要試驗(yàn)方法與試驗(yàn)原理。2.電力系統(tǒng)過(guò)電壓：

③過(guò)電壓及其防護(hù)——過(guò)電壓的成因與限制措施。

中國(guó)電力系統(tǒng)電壓等級(jí)劃分

高壓（HV）：1kV～220kV10kV,20kV,35kV,110kV,220kV

超高壓（EHV）：330kV,500kV,750kV

特高壓（UHV）：1000kV及以上交流系統(tǒng)直流系統(tǒng)

超高壓（EHV）：±500kV

特高壓（UHV）：±

800kV高電壓技術(shù)在其它領(lǐng)域的應(yīng)用醫(yī)學(xué)：利用高壓脈沖體外碎石、治療癌癥；農(nóng)業(yè)：高壓靜電噴藥，高電場(chǎng)誘發(fā)變異育種；環(huán)保：高壓脈沖放電處理污水，電除塵技術(shù)；軍事：大功率脈沖技術(shù)，電磁干擾、電子對(duì)抗；其它：靜電噴涂，高壓設(shè)備制造等。課程相關(guān)信息參考書(shū)：《高電壓絕緣技術(shù)》，中國(guó)電力，嚴(yán)璋，朱德恒《電網(wǎng)過(guò)電壓教程》，中國(guó)電力，陳維賢《高電壓試驗(yàn)技術(shù)》，清華，張仁豫《高電壓技術(shù)》，中國(guó)電力，趙智大《High-VoltageEngineering》，PergamonPress,E.Kuffel(Canada),W.S.Zaengl,(Switzerland)學(xué)習(xí)方法：理論聯(lián)系實(shí)際考試：作業(yè)+實(shí)驗(yàn)+閉卷筆試答疑安排：時(shí)間：周四下午4:00-5:00地點(diǎn)：教三樓一樓118室第一篇高電壓絕緣及實(shí)驗(yàn)第一章電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和損耗第二章氣體放電的物理過(guò)程第三章氣隙的電氣強(qiáng)度第四章固體液體和組合絕緣的電氣強(qiáng)度第五章電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)（一）第六章

電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)（二）第一章電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和損耗電介質(zhì)的電氣特性分別用以下幾個(gè)參數(shù)來(lái)表示：一切電介質(zhì)在電場(chǎng)的作用下都會(huì)出現(xiàn)極化、電導(dǎo)和損耗等電氣物理現(xiàn)象。介電常數(shù)εr:反映電介質(zhì)的極化能力電導(dǎo)率γ(或電阻率ρ)：反映電介質(zhì)的電導(dǎo)介質(zhì)損耗角正切tgδ：反映電介質(zhì)的損耗擊穿場(chǎng)強(qiáng)E：反映電介質(zhì)的抗電性能絕緣：絕緣的作用是將電位不等的導(dǎo)體分隔開(kāi)，使其沒(méi)有電氣的聯(lián)系能保持不同的電位,又稱(chēng)為電介質(zhì).分類(lèi)：氣體絕緣材料：空氣，SF6氣體等固體絕緣材料：陶瓷，橡膠，玻璃，絕緣紙等液體絕緣材料：變壓器油混合絕緣：電纜，變壓器等設(shè)備第一章電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和損耗§1.1電介質(zhì)的極化

定義：電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的束縛電荷的彈性位移和偶極子的轉(zhuǎn)向位移現(xiàn)象，稱(chēng)為電介質(zhì)的極化。效果：削弱外電場(chǎng)，使電介質(zhì)的等值電容增大。物理量：介電常數(shù)ε類(lèi)型：電子位移極化；離子位移極化；轉(zhuǎn)向極化；空間電荷極化。電子位移極化qRRi-qO’OE圖1-1電子位移極化極化機(jī)理：電子偏離軌道介質(zhì)類(lèi)型：所有介質(zhì)建立極化時(shí)間：極短，10-1410-15s極化程度影響因素： 電場(chǎng)強(qiáng)度（有關(guān)） 電源頻率（無(wú)關(guān)） 溫度（無(wú)關(guān)）極化彈性：彈性消耗能量：無(wú) 離子位移極化

在由離子結(jié)合成的電介質(zhì)內(nèi)，外電場(chǎng)的作用除促使各個(gè)離子內(nèi)部產(chǎn)生電子位移極化外還產(chǎn)生正、負(fù)離子相對(duì)位移而形成的極化，稱(chēng)為離子位移極化。圖l-2表示氯化鈉晶體的離子位移極化。圖l-2氯化鈉晶體的離子位移極化

離子位移極化極化機(jī)理：正負(fù)離子位移介質(zhì)類(lèi)型：離子性介質(zhì)建立極化時(shí)間：極短，10-12~10-13s極化程度影響因素： 電場(chǎng)強(qiáng)度（有關(guān)） 電源頻率（無(wú)關(guān)） 溫度（隨溫度升高而略有增加）極化彈性：彈性消耗能量：極微小

轉(zhuǎn)向極化

極性電介質(zhì)中，分子中正、負(fù)電荷的作用中心不重合。但由于分子不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，從宏觀而言，對(duì)外并不呈現(xiàn)電矩。當(dāng)有外電場(chǎng)時(shí)，每個(gè)分子的固有偶極矩就有轉(zhuǎn)向與外電場(chǎng)平行的趨勢(shì)，其排列呈現(xiàn)一定的秩序。但是受分子熱運(yùn)動(dòng)的干擾。UU電極電介質(zhì)E圖l-3偶極子的轉(zhuǎn)向極化

極化機(jī)理：極性分子轉(zhuǎn)向介質(zhì)類(lèi)型：偶極性介質(zhì)建立極化時(shí)間：需時(shí)較長(zhǎng)，10-610-2s極化程度影響因素： 電場(chǎng)強(qiáng)度（有關(guān)） 電源頻率（有關(guān)） 溫度（有關(guān)）極化彈性：非彈性消耗能量：有轉(zhuǎn)向極化極化機(jī)理：電子或正負(fù)離子移動(dòng)介質(zhì)類(lèi)型：含離子和雜質(zhì)離子的介質(zhì)建立極化時(shí)間：很長(zhǎng)極化程度影響因素：

電場(chǎng)強(qiáng)度（有關(guān)） 電源頻率（低頻下存在） 溫度（有關(guān)）極化彈性：非彈性消耗能量：有

空間電荷極化最明顯的空間電荷極化是夾層極化。以最簡(jiǎn)單的平行板電極間的雙層電介質(zhì)為例，對(duì)夾層極化作以說(shuō)明：其電路圖如下圖所示

(a)示意圖(b)等值電路

空間電荷極化G1G2C1C2UG1、C1、U1——第一層介質(zhì)的參數(shù)和電壓；G2、C2、U2——第二層介質(zhì)的參數(shù)和電壓。（1）在t=0瞬間突然合閘，（2）時(shí)（到達(dá)穩(wěn)態(tài)），電容相當(dāng)于開(kāi)路（“隔直”）

通常：

電荷重新分配，在兩層介質(zhì)的交界面處有積累電荷，稱(chēng)為夾層極化。

空間電荷極化

空間電荷極化

圖1-4雙層電介質(zhì)的夾層極化

G1G2C1C2U

如圖l-4所示，各層介質(zhì)的電容分別為C1和C2；各層介質(zhì)的電導(dǎo)分別為G1和G2；直流電源電壓為U。為了說(shuō)明的簡(jiǎn)便，全部參數(shù)均只標(biāo)數(shù)值，略去單位。設(shè)C1=1，C2＝2，G1=2，G2=1，U＝3。t=0時(shí)合閘，U作用在AB兩端極板上，瞬時(shí)電容上的電荷和電位分布如圖1-1-4(a)所示．整個(gè)介質(zhì)的等值電容為。到達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)，電容上的電荷和電位分布如圖1-1-4(b)所示。整個(gè)介質(zhì)的等值電容為。分界面上堆積的電荷量為+4-1＝+3。

圖1-1-4雙層電介質(zhì)的電荷與電位分布（a）暫態(tài)分布（b）穩(wěn)態(tài)分布

空間電荷極化（續(xù)）空間電荷極化的特點(diǎn)多層介質(zhì)的存在將會(huì)造成電荷在夾層界面上的堆積和等值電容的增大。這就是夾層極化效應(yīng)。介質(zhì)界面上電荷的堆積是通過(guò)介質(zhì)電導(dǎo)G完成的。該極化伴隨著能量損耗。大電容設(shè)備進(jìn)行高壓實(shí)驗(yàn)后應(yīng)對(duì)設(shè)備絕緣進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間放電。電介質(zhì)極化種類(lèi)及比較極化類(lèi)型產(chǎn)生場(chǎng)合所需時(shí)間能量損耗產(chǎn)生原因電子式極化任何電介質(zhì)10-14~10-15S無(wú)束縛電子運(yùn)行軌道偏移離子式極化離子式結(jié)構(gòu)電介質(zhì)10-12~10-13S幾乎沒(méi)有離子的相對(duì)偏移偶極子極化極性電介質(zhì)10-10~10-2S有偶極子的定向排列夾層極化多層介質(zhì)的交界面10-1S～數(shù)小時(shí)有自由電荷的移動(dòng)§1.2電介質(zhì)的介電常數(shù)一.介電常數(shù)的物理意義①在真空中，有關(guān)系式式子中E——場(chǎng)強(qiáng)矢量；

D——電位移矢量，即電通量密度矢量，

D與E同向，比例常數(shù)為真空中的介電常數(shù)

②在介質(zhì)中,

D與E同向，為介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)，它是沒(méi)有量綱和單位的純數(shù)。③介質(zhì)的介電常數(shù)通常，，的量綱和單位與相同§1.2電介質(zhì)的介電常數(shù)

二、氣體介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)一切氣體的相對(duì)介電常數(shù)都接近1氣體的介電常數(shù)隨溫度的升高略有減小，隨壓力的增大略有增加，但變化很小。氣體種類(lèi)相對(duì)介電常數(shù)氦1.000072氫1.000027氧1.00055氮1.00060甲烷1.00095二氧化碳1.00096乙烯1.00138空氣1.00059§1.2電介質(zhì)的介電常數(shù)

三、液體介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)非極性和弱極性電介質(zhì)：如石油、苯、四氯化碳、硅油等r數(shù)值不大，在1.82.5范圍內(nèi)。介電常數(shù)和溫度的關(guān)系和單位體積中的分子數(shù)與溫度的關(guān)系相似極性電介質(zhì)：如蓖麻油、氯化聯(lián)苯等，r數(shù)值在26范圍內(nèi)。還能用作絕緣介質(zhì)強(qiáng)極性電介質(zhì)：如酒精、水等，r>10，此類(lèi)液體電介質(zhì)用作電容器浸漬劑，可使電容器的比電容增大，但通常損耗都較大

§1.2電介質(zhì)的介電常數(shù)§1.2電介質(zhì)的介電常數(shù)轉(zhuǎn)向極化對(duì)介電常數(shù)隨溫度及頻率變化的關(guān)系：（1）T不變：f增大，r減小（2）f不變：T升高，r先增（分子間黏附力↓）后減（熱運(yùn)動(dòng)↑）頻率f1f2f3極性液體電介質(zhì)介電常數(shù)同溫度和頻率的關(guān)系（氯化聯(lián)苯）四、固體電介質(zhì)的介電常數(shù)

1.中性或弱極性固體電介質(zhì)：只具有電子式極化和離子式極化，其介電常數(shù)較小。介電常數(shù)與溫度之間的關(guān)系也與介質(zhì)密度與溫度的關(guān)系很接近。2.極性固體電介質(zhì)：介電常數(shù)都較大，一般為3-6，甚至更大。這類(lèi)電介質(zhì)的介電常數(shù)與溫度的關(guān)系類(lèi)似極性液體所呈現(xiàn)的規(guī)律。§1.2電介質(zhì)的介電常數(shù)選擇絕緣討論極化的意義多層介質(zhì)的合理配合研究介質(zhì)損耗的理論依據(jù)電氣預(yù)防性試驗(yàn)研發(fā)新型材料§1.3電介質(zhì)的電導(dǎo)電介質(zhì)的電導(dǎo)與金屬的電導(dǎo)有本質(zhì)上的區(qū)別。一.表征電介質(zhì)導(dǎo)電性能的物理量——電導(dǎo)率

（或：電阻率）

電導(dǎo)形式電導(dǎo)率金屬導(dǎo)體（自由電子）電子電導(dǎo)

很大

氣體液體固體自由電子、正離子、負(fù)離子雜質(zhì)電導(dǎo)、自身離解離子雜質(zhì)、離子電導(dǎo)

很小

很大二、影響介質(zhì)電導(dǎo)的因素(1)氣體介質(zhì)電導(dǎo)與電場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系(2)固體和液體介質(zhì)電導(dǎo)與溫度關(guān)系

式中A、B——常數(shù)；T——絕對(duì)溫度；——電導(dǎo)率。

在測(cè)量電介質(zhì)的電導(dǎo)或絕緣電阻時(shí)，必須注意記錄溫度。二、影響介質(zhì)電導(dǎo)的因素(3)雜質(zhì)的影響電導(dǎo)受雜質(zhì)影響很大。§1.4電介質(zhì)中的能量損耗一.電介質(zhì)損耗的基本概念二.等效電路與相量圖三.簡(jiǎn)化等效電路與損耗四.討論tgδ的意義五.吸收電流與吸收曲線(xiàn)本節(jié)主要內(nèi)容：

電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下會(huì)產(chǎn)生能量損耗。一.電介質(zhì)損耗的基本概念◆在電場(chǎng)作用下，電介質(zhì)由于電導(dǎo)引起的損耗和有損極化（如轉(zhuǎn)向極化、空間電荷極化等）引起的損耗，總稱(chēng)為“介質(zhì)損耗”?！糁绷麟妶?chǎng)下,介質(zhì)損耗就僅由電導(dǎo)損耗組成。

二.等效電路與相量圖如果電場(chǎng)的速度可以與極化建立的速度相比擬，極化強(qiáng)度落后于交變電場(chǎng)的強(qiáng)度此時(shí)介電常數(shù)可以表示為一個(gè)復(fù)數(shù)考慮到介質(zhì)中的極化電流密度二.等效電路與相量圖電子位移極化離子位移極化轉(zhuǎn)向極化空間電荷極化二.等效電路與相量圖

Jg為真空和無(wú)損極化所引起的電流密度，純?nèi)菪裕籎p為有損極化所引起的電流密度，它由無(wú)功部分Jpc和有功部分Jpr組成。Jlk為漏導(dǎo)引起的電流密度，純阻性；二.等效電路與相量圖R3C1R2C2

i=i1+i2+i3i1i2i3uUδφ?qǐng)D中C1

代表介質(zhì)的真空電容和無(wú)損極化（電子式和離子式極化），C2—R2

代表各種有損極化，而R3則代表電導(dǎo)損耗。

介質(zhì)損耗角δ為功率因數(shù)角φ的余角，其正切tgδ又可稱(chēng)為介質(zhì)損耗因數(shù)，常用百分?jǐn)?shù)（%）來(lái)表示。三.簡(jiǎn)化等效電路與損耗UU～I(xiàn)RCPUδφI

P=UIcosφ=UIR=UICtgδ=U2ωCptgδ

式中ω—電源角頻率；φ—功率因數(shù)角；δ—介質(zhì)損耗角?！粲媒橘|(zhì)損耗P來(lái)表示介質(zhì)品質(zhì)好壞不方便。◆對(duì)同類(lèi)試品，可直接用tg

代替P值，對(duì)絕緣進(jìn)行判斷。◆介質(zhì)損失角正切值tg，如同r一樣，取決于材料的特性，而與材料尺寸無(wú)關(guān)，可以方便地表示介質(zhì)的品質(zhì)。四.討論tgδ的意義P=UIcosφ=UIR=UICtgδ=U2ωCptgδ

四.討論tgδ的意義（3）在絕緣試驗(yàn)中，tg

的測(cè)量是一項(xiàng)基本測(cè)試項(xiàng)目。（4）用做絕緣材料的介質(zhì)，希望tg

小。在其他場(chǎng)合，可利用tg

引起的介質(zhì)發(fā)熱，如電瓷泥坯的陰干需較長(zhǎng)時(shí)間，在泥坯上加適當(dāng)?shù)慕涣麟妷?，則可利用介質(zhì)損耗發(fā)熱，加速干燥過(guò)程。（1）設(shè)計(jì)絕緣結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)注意到絕緣材料的tg

值。（2）用于沖擊測(cè)量的連接電纜，其tg

必須要小。

五.吸收電流與吸收曲線(xiàn)返回

i1－電容電流由電容和無(wú)損極化引起，存在時(shí)間短

i2－吸收電流由有損極化（主要為夾層極化）引起，存在時(shí)間長(zhǎng)，幾到幾十分鐘

i3－泄漏電流或電導(dǎo)電流不隨時(shí)間變化i－吸收曲線(xiàn)第二章氣體放電的物理過(guò)程第一節(jié)氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生和消失第二節(jié)氣體放電機(jī)理第三節(jié)電暈放電第四節(jié)不均勻電場(chǎng)氣隙的擊穿第五節(jié)雷電放電第六節(jié)氣隙的沿面放電§2.1氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生和消失

一.帶電質(zhì)點(diǎn)在氣體中的運(yùn)動(dòng)二.帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生三.帶電質(zhì)點(diǎn)的消失本節(jié)主要內(nèi)容：一.帶電質(zhì)點(diǎn)在氣體中的運(yùn)動(dòng)各種粒子在空氣中運(yùn)動(dòng)時(shí)都會(huì)不斷碰撞。一個(gè)質(zhì)點(diǎn)在每?jī)纱闻鲎仓g自由通過(guò)的距離叫自由行程。單位行程中的碰撞次數(shù)Z的倒數(shù)λ即為該粒子的平均自由行程。1.平均自由行程◆電子在其自由行程內(nèi)從外電場(chǎng)獲得動(dòng)能，能量除決定于電場(chǎng)強(qiáng)度外，還和其自由行程有關(guān)◆電子的平均自由行程要比分子和離子的大得多◆氣體分子密度越大，其中質(zhì)點(diǎn)的平均自由行程越小。一.帶電質(zhì)點(diǎn)在氣體中的運(yùn)動(dòng)（續(xù)）2.帶電粒子的遷移率

帶電粒子在電場(chǎng)力的驅(qū)動(dòng)下，沿著電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)，其速度v與場(chǎng)強(qiáng)E的比例系數(shù)k=v/E，稱(chēng)為遷移率，它表示該帶電粒子單位場(chǎng)強(qiáng)（1V/m）下沿電場(chǎng)方向的漂移速度。

由于電子的平均自由行程長(zhǎng)度比離子大得多，而電子的質(zhì)量比離子小得多。更易加速，所以電子的遷移率遠(yuǎn)大于離子。一.帶電質(zhì)點(diǎn)在氣體中的運(yùn)動(dòng)（續(xù)）3.擴(kuò)散

在熱運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，粒子會(huì)從濃度較大的區(qū)域運(yùn)動(dòng)到濃度較小的區(qū)域，從而使每種粒子的濃度分布均勻化，這種物理過(guò)程叫擴(kuò)散。氣體壓力越高或者溫度越低，擴(kuò)散過(guò)程也就越弱電子的熱運(yùn)動(dòng)速度大、自由行程長(zhǎng)度大，所以其擴(kuò)散速度也要比離子快得多。一.帶電質(zhì)點(diǎn)在氣體中的運(yùn)動(dòng)（續(xù)）二.帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生

氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的來(lái)源有二：一是氣體分子本身發(fā)生電離；另一是氣體中的固體或液體金屬發(fā)生表面電離。◆氣體分子的電離可由下列因素引起：（1）電子或正離子與氣體分子的碰撞電離（2）各種光輻射（光電離）（3）高溫下氣體中的熱能（熱電離）（4）負(fù)離子的形成

二.帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生（續(xù)）氣體原子

e離原子核的軌道半徑r不同，電子能量We不同

r越小——低能級(jí)；r越大——高能級(jí)激勵(lì)——在外界因素作用下，電子由低能級(jí)躍遷高能級(jí)，這一過(guò)程稱(chēng)為激勵(lì)，激勵(lì)過(guò)程所需能量稱(chēng)為激勵(lì)能We

電離（游離）——當(dāng)原子吸收的能量足夠大時(shí)，e就可以脫離原子核的約束而成為自由電子,原子核成為正離子。達(dá)到電離所需的最小能量稱(chēng)為電離能Wi（ev），也可用電離電位Ui（v）表示

◆氣體電離的幾種形式二.帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生（續(xù)）◆氣體電離的幾種形式(1)撞擊電離■氣體放電中，碰撞電離主要是電子和氣體分子碰撞而引起原因：1.電子體積小，自由程長(zhǎng)，可以加速到很大的速度。

2.電子的質(zhì)量小，可以加速到很大。產(chǎn)生條件:■碰撞電離的形成與電場(chǎng)強(qiáng)度和平均自由行程的大小有關(guān)■碰撞電離是氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)數(shù)目增加的重要原因二.帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生（續(xù)）(2)光電離：當(dāng)氣體分子（原子）受光輻射獲得W>Wi時(shí)會(huì)產(chǎn)生光電離，分解成電子和正離子來(lái)源：自然界、人為照射、氣體放電過(guò)程頻率為ν的光子能量為W=hν=hc/λ光輻射能夠引起電離的臨界波長(zhǎng)（即最大波長(zhǎng)）為對(duì)所有氣體來(lái)說(shuō)，在可見(jiàn)光（400750nm）的作用下，一般是不能直接發(fā)生光電離的x、α、β、γ和宇宙射線(xiàn)比紫外線(xiàn)更短，可產(chǎn)生光電離且較強(qiáng)（3）熱電離在常溫下，熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能很小，氣體分子發(fā)生熱電離的概率極小。是氣體在熱狀態(tài)下光電離和撞擊電離的綜合。■在高溫下，例如發(fā)生電弧放電時(shí)，氣體溫度可達(dá)數(shù)千度，氣體分子動(dòng)能就足以導(dǎo)致發(fā)生明顯的碰撞電離■高溫下高能熱輻射光子也能造成氣體的電離二.帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生（續(xù)）

當(dāng)電子與氣體分子碰撞時(shí)，可能會(huì)發(fā)生電子與中性分子相結(jié)合而形成負(fù)離子的情況，這種過(guò)程成為附著。易于產(chǎn)生負(fù)離子的氣體稱(chēng)為電負(fù)性氣體。負(fù)離子的形成不會(huì)改變帶電質(zhì)點(diǎn)的數(shù)量，但卻使自由電子數(shù)減少，因此對(duì)氣體放電的發(fā)展起抑制作用。（或有助于提高氣體的耐電強(qiáng)度）。如SF6氣體對(duì)電子有很強(qiáng)的親和性，因此具有高電氣強(qiáng)度。（4）負(fù)離子的形成二.帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生（續(xù)）■電子從金屬表面逸出需要一定的能量，稱(chēng)為逸出功?！鲆莩龉?/p>

：金屬的微觀結(jié)構(gòu)、金屬表面狀態(tài)

■金屬的逸出功一般比氣體的電離能小許多，表明金屬表面電離比氣體空間電離更容易發(fā)生。表2-1-1，2-1-2■金屬表面電離有多種方式，即可以有多種方法供給電子以逸出金屬所需的能量。二.帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生（續(xù)）◆金屬（陰極）的表面電離主要有4種形式：1.正離子撞擊陰極表面：正離子碰撞陰極時(shí)使電子逸出金屬（傳遞的能量要大于逸出功）。逸出的電子有一個(gè)和正離子結(jié)合成為原子，其余的成為自由電子。因此正離子必須碰撞出兩個(gè)及以上電子時(shí)才能出現(xiàn)自由電子。2.光電子發(fā)射：

高能輻射先照射陰極時(shí)，會(huì)引起光電子發(fā)射，其條件是光子的能量應(yīng)大于金屬的逸出功。3.熱電子發(fā)射：金屬中的電子在高溫下也能獲得足夠的動(dòng)能而從金屬表面逸出，稱(chēng)為熱電子發(fā)射。在許多電子器件中常利用加熱陰極來(lái)實(shí)現(xiàn)電子發(fā)射。4.強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射（冷發(fā)射）：當(dāng)陰極表面附近空間存在很強(qiáng)的電場(chǎng)時(shí)（106V/cm數(shù)量級(jí)），也能時(shí)陰極發(fā)射電子。常態(tài)下作用氣隙擊穿完全不受影響；在高氣壓、壓縮的高強(qiáng)度氣體的擊穿過(guò)程中會(huì)起一定的作用；真空中更起著決定性作用。三.帶電質(zhì)點(diǎn)的消失

氣體中帶電粒子的消失有可能下述幾種情況：(1)帶電粒子在電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下作定向運(yùn)動(dòng)，在到達(dá)電極時(shí)，消失于電極上而形成外電路中的電流；(2)帶電粒子因擴(kuò)散現(xiàn)象而逸出氣體放電空間。由熱運(yùn)動(dòng)造成，電子的擴(kuò)散比離子快得多?！鲈趲щ娰|(zhì)點(diǎn)的復(fù)合過(guò)程中會(huì)發(fā)生光輻射，這種光輻射在一定條件下又可能成為導(dǎo)致電離的因素

■正、負(fù)離子間的復(fù)合概率要比離子和電子間的復(fù)合概率大得多。通常放電過(guò)程中離子間的復(fù)合更為重要■一定空間內(nèi)帶電質(zhì)點(diǎn)由于復(fù)合而減少的速度決定于其濃度

三.帶電質(zhì)點(diǎn)的消失

(3)帶電粒子的復(fù)合。氣體中帶異號(hào)電荷的粒子相遇時(shí)，可能發(fā)生電荷的傳遞與中和，這種現(xiàn)象稱(chēng)為復(fù)合，是與電離相反的一種過(guò)程?！?.2氣體放電機(jī)理氣體放電的主要形式自持放電與非自持放電放電發(fā)展過(guò)程與電場(chǎng)的關(guān)系湯森德放電理論帕邢定律流注放電理論根據(jù)氣體壓強(qiáng)、電源功率、電極形狀等因素的不同，氣體放電可具有多種不同形式。利用放電管可以觀察放電現(xiàn)象的變化。輝光放電電弧放電火花放電電暈放電刷狀放電一、氣體放電的主要形式輝光放電當(dāng)氣體壓強(qiáng)不大，電源功率很小（放電回路中串入很大阻抗）時(shí)，外施電壓增到一定值后，回路中電流突增至明顯數(shù)值，管內(nèi)陰極和陽(yáng)極間整個(gè)空間忽然出現(xiàn)發(fā)光現(xiàn)象特點(diǎn)是放電電流密度較小，放電區(qū)域通常占據(jù)了整個(gè)電極間的空間。HV一、氣體放電的主要形式電弧放電減小外回路中的阻抗，則電流增大，電流增大到一定值后，放電通道收細(xì)，且越來(lái)越明亮，管端電壓則更加降低，說(shuō)明通道的電導(dǎo)越來(lái)越大電弧通道和電極的溫度都很高，電流密度極大，電路具有短路的特征HV一、氣體放電的主要形式在較高氣壓（例如大氣壓強(qiáng)）下，擊穿后總是形成收細(xì)的發(fā)光放電通道，而不再擴(kuò)散于間隙中的整個(gè)空間。當(dāng)外回路中阻抗很大，限制了放電電流時(shí)，電極間出現(xiàn)貫通兩極的斷續(xù)的明亮細(xì)火花火花放電的特征是具有收細(xì)的通道形式，并且放電過(guò)程不穩(wěn)定火花放電HV一、氣體放電的主要形式電極曲率半徑很小或電極間距離很遠(yuǎn)，即電場(chǎng)極不均勻，則當(dāng)電壓升高到一定值后，首先緊貼電極在電場(chǎng)最強(qiáng)處出現(xiàn)發(fā)光層，回路中出現(xiàn)用一般儀表即可察覺(jué)的電流。隨著電壓升高，發(fā)光層擴(kuò)大，放電電流也逐漸增大發(fā)生電暈放電時(shí)，氣體間隙的大部分尚未喪失絕緣性能，放電電流很小，間隙仍能耐受電壓的作用電暈放電HV一、氣體放電的主要形式電場(chǎng)極不均勻情況下，如電壓繼續(xù)升高，從電暈電極伸展出許多較明亮的細(xì)放電通道，稱(chēng)為刷狀放電電壓再升高，根據(jù)電源功率而轉(zhuǎn)入火花放電或電弧放電，最后整個(gè)間隙被擊穿如電場(chǎng)稍不均勻，則可能不出現(xiàn)刷狀放電，而由電暈放電直接轉(zhuǎn)入擊穿刷狀放電HV一、氣體放電的主要形式二.自持放電與非自持放電外施電壓小于U0時(shí)，間隙內(nèi)雖有電流，但其數(shù)值甚小，通常遠(yuǎn)小于微安級(jí)，因此氣體本身的絕緣性能尚未被破壞，即間隙還未被擊穿。而且這時(shí)電流要依靠外電離因素來(lái)維持，如果取消外電離因素，那么電流也將消失。稱(chēng)為非自持放電。二.自持放電與非自持放電當(dāng)電壓達(dá)到U0后，氣體中發(fā)生了強(qiáng)烈的電離，電流劇增。同時(shí)氣體中電離過(guò)程只靠電場(chǎng)的作用已可自行維持，而不再繼續(xù)需要外電離因素了。因此U0以后的放電形式也稱(chēng)為自持放電。二.自持放電與非自持放電

當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)小于某個(gè)臨界值Ecr時(shí)候，放電有賴(lài)于外界電離因素的原始電離才能持續(xù)和發(fā)展，如果外界電離因素消失，則這種放電也隨之逐漸衰減以至消失，稱(chēng)這種放電為非自持放電。當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)大于某個(gè)臨界值Ecr時(shí)，放電可以?xún)H由電場(chǎng)的作用而自行維持和發(fā)展，不再依賴(lài)外界電離的因素，這種性質(zhì)的放電稱(chēng)為自持放電。由非自持放電轉(zhuǎn)入自持放電的場(chǎng)強(qiáng)稱(chēng)為臨界場(chǎng)強(qiáng)，相應(yīng)的電壓稱(chēng)為臨界電壓。電場(chǎng)不均勻系數(shù)Emax最大電場(chǎng)強(qiáng)度Eav

平均電場(chǎng)強(qiáng)度。

U——電極間的電壓

d——極間距離

f<2時(shí)為稍不均勻電場(chǎng)，例如：高壓實(shí)驗(yàn)中用來(lái)測(cè)高電壓的球隙、全封閉組合電器中的分相母線(xiàn)筒。

f>4以上時(shí)明顯地屬于極不均勻電場(chǎng)，可分為棒-棒間隙和棒-板間隙，例如架空線(xiàn)的導(dǎo)線(xiàn)-導(dǎo)線(xiàn)，導(dǎo)線(xiàn)-大地。三.放電發(fā)展過(guò)程與電場(chǎng)的關(guān)系三.放電發(fā)展過(guò)程與電場(chǎng)的關(guān)系（續(xù)）■如電場(chǎng)比較均勻，各處場(chǎng)強(qiáng)的差異不大，任意一處一旦形成自持放電，就會(huì)很快發(fā)展到整個(gè)間隙，氣隙即被直接擊穿。此后根據(jù)氣壓、外回路阻抗等條件形成輝光放電、火花放電或電弧放電，臨界電壓即為擊穿電壓?！鋈珉妶?chǎng)極不均勻，則當(dāng)放電由非自持轉(zhuǎn)入自持時(shí)，在大曲率電極表面電場(chǎng)集中的區(qū)域發(fā)生電暈放電，這時(shí)起始電壓是間隙的電暈起始電壓，而擊穿電壓可能比起始電壓高很多。四.湯森德氣體放電理論1.適用條件低氣壓、短間隙的均勻電場(chǎng)中，即2.理論要點(diǎn)電子碰撞電離和正離子撞擊陰極產(chǎn)生的金屬表面電離是使帶電質(zhì)點(diǎn)激增，并導(dǎo)致?lián)舸┑闹饕蛩?。擊穿電壓大體上是的函數(shù)。(1)系數(shù)，表示一個(gè)電子由陰極到陽(yáng)極每1cm路程中與氣體質(zhì)點(diǎn)相碰撞所產(chǎn)生的自由電子數(shù)(平均值)。(2)系數(shù)，表示一個(gè)正離子由陽(yáng)極到陰極每1cm路程中與氣體質(zhì)點(diǎn)相碰撞所產(chǎn)生的自由電子數(shù)(平均值)。(3)系數(shù)，表示一個(gè)正離子撞擊到陰極表面時(shí)使陰極逸出的自由電子數(shù)(平均值）。3.引用三個(gè)系數(shù)來(lái)定量的反映三種因素的作用四.湯森德氣體放電理論（續(xù)）

4.α過(guò)程（電子崩）四.湯森德氣體放電理論（續(xù)）

根據(jù)碰撞電離系數(shù)α的定義，可得分離變量并積分，可得ddxxn0nna4.α過(guò)程抵達(dá)陽(yáng)極的電子數(shù)四.湯森德氣體放電理論（續(xù)）對(duì)于均勻電場(chǎng)，

不隨空間位置而變

正離子在間隙中造成的空間電離過(guò)程不可能具有顯著的作用。正離子向陰極移動(dòng)，依靠它所具有的動(dòng)能及位能，在撞擊陰極時(shí)能引起表面電離，使陰極釋放出自由電子來(lái)。5.

過(guò)程在整個(gè)路程撞擊出的正離子數(shù)為：正離子到達(dá)陰極表面時(shí)，從金屬表面電離出的電子數(shù)為：四.湯森德氣體放電理論（續(xù)）n0個(gè)電子從陰極，到達(dá)陽(yáng)極后，電子數(shù)將增加為6.自持放電條件正離子到達(dá)陰極表面時(shí)，從金屬表面電離出的電子數(shù)大于等于起始電子數(shù)n0，則放電可以自持，即自持放電條件為：上式的物理意義：一個(gè)電子從陰極到陽(yáng)極途中因電子崩而產(chǎn)生的正離子數(shù)為ead-1,其在陰極上產(chǎn)生的二次自由電子數(shù)為γ(ead-1)，如果它等于1，就意味著那個(gè)初始電子有了一個(gè)后繼電子，從而使放電得以自持。在均勻電場(chǎng)中，此為間隙擊穿的條件。

四.湯森德氣體放電理論（續(xù)）外界電離因素陰極表面電離氣體空間電離氣體中的自由電子在電場(chǎng)中加速碰撞電離電子崩（α過(guò)程）

陰極表面二次發(fā)射

(γ過(guò)程）正離子第三節(jié)自持放電放電條件當(dāng)自持放電條件得到滿(mǎn)足時(shí)，就會(huì)形成圖解閉環(huán)部分循環(huán)不息的狀態(tài)，放電就能自己維持下去。四.湯森德氣體放電理論（續(xù)）五.帕邢定律在均勻電場(chǎng)中，擊穿電壓Ub與氣體的相對(duì)密度δ、極間距離S的積有函數(shù)關(guān)系，只要δS的乘積不變，Ub也就不變。根據(jù)自持放電條件推導(dǎo)擊穿電壓，先推導(dǎo)的計(jì)算式ddxxn0nna物理意義

設(shè)電子在均勻電場(chǎng)中行經(jīng)距離x而未發(fā)生碰撞，則此時(shí)電子從電場(chǎng)獲得的能量為eEx，電子如要能夠引起碰撞電離，必須滿(mǎn)足條件只有那些自由行程超過(guò)xi＝Ui／E的電子，才能與分子發(fā)生碰撞電離若電子的平均自由行程為，自由行程大于xi的概率為五.帕邢定律在1cm長(zhǎng)度內(nèi)，一個(gè)電子的平均碰撞次數(shù)為1／

其中是電子自由行程超過(guò)xi

而發(fā)生的碰撞，即電離碰撞次數(shù)對(duì)于一定的氣體介質(zhì)，電子的平均自由行程與氣體的密度成反比，1／＝Aδ，并令A(yù)Ui＝B，可得五.帕邢定律（續(xù)）將的計(jì)算式代入自持放電條件，并考慮到均勻電場(chǎng)中擊穿場(chǎng)強(qiáng)E=Ub/S

擊穿電壓Ub溫度不變時(shí)，均勻電場(chǎng)中氣體的擊穿電壓Ub是氣體密度和電極間距離的乘積δS的函數(shù)

五.帕邢定律（續(xù)）圖2-2均勻電場(chǎng)中空氣的帕邢曲線(xiàn)在均勻電場(chǎng)中，擊穿電壓Ub與氣體的相對(duì)密度δ、極間距離S的積有函數(shù)關(guān)系，只要δS的乘積不變，Ub也就不變。五.帕邢定律（續(xù)）假設(shè)S保持不變，當(dāng)氣體密度δ增大時(shí)，電子的平均自由行程縮短了，相鄰兩次碰撞之間，電子積聚到足夠動(dòng)能的幾率減小了，故Ub必然增大。當(dāng)δ減小時(shí)，電子在碰撞前積聚到足夠動(dòng)能的幾率雖然增大了，但氣體很稀薄，電子在走完全程中與氣體分子相撞的總次數(shù)卻減到很小，所以Ub也會(huì)增大。在這兩者之間，總有一個(gè)δ值對(duì)造成碰撞電離最有利，此時(shí)Ub最小。五.帕邢定律（續(xù)）物理解釋?zhuān)杭僭O(shè)δ保持不變，S值增大時(shí)，欲得一定的場(chǎng)強(qiáng)，電壓必須增大。當(dāng)S值減到過(guò)小時(shí)，場(chǎng)強(qiáng)雖大增，但電于在走完全程中所遇到的撞擊次數(shù)己減到很小，故要求外加電壓增大，才能擊穿。兩者之間，總有一個(gè)S的值對(duì)造成撞擊游離最有利，此時(shí)Ub最小。五.帕邢定律（續(xù)）物理解釋?zhuān)簻路烹姍C(jī)理的不足(1)只是在一定的范圍內(nèi)有效(2)不均勻的電場(chǎng)中，該理論不適用。電力工程上經(jīng)常接觸到的是氣壓較高的情況（從一個(gè)大氣壓到數(shù)十個(gè)大氣壓），間隙距離通常也很大兩者間的主要差異如下：

1.放電外形：均勻連續(xù)，如輝光放電；分枝的明細(xì)通道

2.放電時(shí)間：

火花放電時(shí)間的計(jì)算值比實(shí)測(cè)值要大得多

3.擊穿電壓：湯遜自持放電條件求得的擊穿電壓和實(shí)驗(yàn)值有很大出入

4.陰極材料的影響：實(shí)測(cè)得到的擊穿電壓和陰極材料無(wú)關(guān)

湯森德放電機(jī)理的不足六.流注理論(一)空間電荷對(duì)原有電場(chǎng)的影響

(二)空間光電離的作用

高電壓技術(shù)面對(duì)的往往是高氣壓長(zhǎng)氣隙的情況。湯遜理論并不適用，應(yīng)當(dāng)用流注理論解釋?zhuān)m用條件為：

流注理論也是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的，影響因素主要有以下兩方面：

電子崩的頭部集中著大部分的正離子和幾乎全部電子。原以場(chǎng)強(qiáng)在電子崩前方和尾部處都增強(qiáng)，有利于激勵(lì)和電離的發(fā)生。在這兩個(gè)強(qiáng)場(chǎng)區(qū)中間出現(xiàn)了一個(gè)電場(chǎng)強(qiáng)度很小但電子和正離子濃度卻最大的區(qū)域，有利于產(chǎn)生強(qiáng)烈的復(fù)合并發(fā)射出許多光子，成為引發(fā)新的空間光電離的輻射源。電子崩階段：空間電荷對(duì)原有電場(chǎng)的影響+-

上面所說(shuō)的輻射源向氣隙空間各處發(fā)射光子而引起光電離。如果光子位于強(qiáng)場(chǎng)區(qū)，二次電子崩將以更大得多的電離強(qiáng)度向陽(yáng)極發(fā)展，或匯入崩尾。這些電離強(qiáng)度和發(fā)展速度遠(yuǎn)大于初始電子崩的新放電區(qū)（二次電子崩）以及它們不斷匯入初崩通道的過(guò)程被稱(chēng)為流注。

圖2-3流注形成過(guò)程(a)(b)(c)流注階段：空間光電離作用，形成二次電子崩正流注的發(fā)展過(guò)程當(dāng)初崩接近陽(yáng)極時(shí)，N+>108開(kāi)始光游離產(chǎn)生光電子光電子產(chǎn)生新崩，新崩頭e受初崩吸引向初崩發(fā)展匯合到初崩中，由于E變?nèi)踝兂韶?fù)離子Θ形成正負(fù)離子混合通道（流注）并由于相互吸引使通道變細(xì)流注導(dǎo)電好E柱=5kV/cm；E0=30kV/cm流注發(fā)展速度較快（1-2）×108cm/s電子崩為1.25×107cm/s當(dāng)U外施>Ub，由于E很強(qiáng)，不需初崩經(jīng)過(guò)整個(gè)間隙其頭部已聚集到足夠的空間電荷來(lái)產(chǎn)生流注了，則流注由陰極產(chǎn)生向陽(yáng)極發(fā)展，故稱(chēng)為陰極流注（負(fù)流注）由于陰極流注在發(fā)展過(guò)程中電子的運(yùn)動(dòng)受到電子崩留下的正電荷的牽制，故發(fā)展速度較正流注小，一般為0.7－0.8×108cm/s(比正流注慢）同樣：流注貫串整個(gè)間隙時(shí)，間隙就擊穿了負(fù)流注的發(fā)展過(guò)程

流注的特點(diǎn)：電離強(qiáng)度很大，傳播速度很快（超過(guò)初崩發(fā)展速度10倍以上）。

出現(xiàn)流注后放電便獲得獨(dú)立繼續(xù)發(fā)展的能力，而不在依賴(lài)外界電離因素的作用，可見(jiàn)出現(xiàn)流注的條件也就是自持放電條件。

初崩頭部空間電荷數(shù)必須達(dá)到某一臨界值，對(duì)于均勻電場(chǎng)自持放電條件應(yīng)為：

或

(三)流注的特點(diǎn)流注理論對(duì)pd很大時(shí)放電現(xiàn)象的解釋1．放電外形：Pd很大時(shí)，放電具有通道形式流注出現(xiàn)后，對(duì)周?chē)臻g內(nèi)的電場(chǎng)有屏蔽作用當(dāng)某個(gè)流注由于偶然原因發(fā)展更快時(shí)，將抑制其它流注的形成和發(fā)展，并且隨著流注向前推進(jìn)而越來(lái)越強(qiáng)烈二次電子崩在空間的形成和發(fā)展帶有統(tǒng)計(jì)性，所以火花通道常是曲折的，并帶有分枝電子崩不致影響到鄰近空間內(nèi)的電場(chǎng)，不會(huì)影響其它電子崩的發(fā)展，因此湯遜放電呈連續(xù)一片-輝光放電2．放電時(shí)間光子以光速傳播，所以流注發(fā)展速度極快，這就可以說(shuō)明pd很大時(shí)放電時(shí)間特別短的現(xiàn)象。3．陰極材料的影響根據(jù)流注理論，維持放電自持的是空間光電離，而不是陰極表面的電離過(guò)程，這可說(shuō)明為何很大Pd下?lián)舸╇妷汉完帢O材料基本無(wú)關(guān)了?！?.3電暈放電■電暈放電現(xiàn)象電離區(qū)的放電過(guò)程造成。咝咝的聲音，臭氧的氣味，回路電流明顯增加(絕對(duì)值仍很小)，可以測(cè)量到能量損失■脈沖現(xiàn)象

(a)時(shí)間刻度T=125s(b)0.7A電暈電流平均值(c)2A電暈電流平均值§2.3電暈放電一.基本物理過(guò)程在極不均勻電場(chǎng)中，最大場(chǎng)強(qiáng)與平均場(chǎng)強(qiáng)相差很大，以至當(dāng)外加電壓及其平均場(chǎng)強(qiáng)還較低的時(shí)候，電極曲率半徑較小處附近的局部場(chǎng)強(qiáng)已很大。局部強(qiáng)場(chǎng)區(qū)中，產(chǎn)生強(qiáng)烈的電離，離電極稍遠(yuǎn)處場(chǎng)強(qiáng)大為減小，所以，電離區(qū)只能局限在此電極附近的強(qiáng)場(chǎng)范圍內(nèi)。伴隨著電離而存在的復(fù)合和反激勵(lì)，發(fā)出大量的光輻射，使在黑暗中可以看到在該電極附近空間發(fā)出藍(lán)色的暈光，這就是電暈?！鐾饧与妷涸龃螅姇瀰^(qū)也隨之?dāng)U大，放電電流也增大（由微安級(jí)到毫安級(jí)），但氣隙總的來(lái)看，還保持著絕緣狀態(tài)，還沒(méi)有被擊穿?！鲭姇灧烹娛菢O不均勻電場(chǎng)所特有的一種自持放電形式。它可以是極不均勻電場(chǎng)氣隙擊穿的第一個(gè)階段，也可以是長(zhǎng)期存在的穩(wěn)定的放電形式，它與其他的形式的放電有著本質(zhì)的區(qū)別?！?.3電暈放電（續(xù)）1.有能量損耗。2.形成“電風(fēng)”。當(dāng)電極固定得剛性不夠時(shí)，氣體對(duì)“電風(fēng)”的反作用力會(huì)使電暈極振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。3.對(duì)無(wú)線(xiàn)電的干擾。4.電暈產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物具有強(qiáng)烈的氧化和腐蝕作用，是促使有機(jī)絕緣老化的重要因素。5.可能產(chǎn)生超過(guò)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的噪聲，對(duì)人們會(huì)造成生理、心理的影響。二.電暈放電效應(yīng)§2.3電暈放電（續(xù)）三、消除電暈措施最根本的途徑就是設(shè)法限制和降低導(dǎo)線(xiàn)（導(dǎo)體）的表面電場(chǎng)強(qiáng)度。1.采用分裂導(dǎo)線(xiàn)，使等值曲率半徑增大。2.改進(jìn)電極的形狀，增大電極的曲率半徑，使表面光滑。四、電暈效應(yīng)有利的方面1.電暈可削弱輸電線(xiàn)上雷電沖擊或操作沖擊波的幅值和陡度；2.利用電暈放電來(lái)改善電場(chǎng)分布；3.利用電暈原理制造除塵器、靜電涂噴裝置、臭氧發(fā)生器等。§2.3電暈放電（續(xù)）§2.4不均勻電場(chǎng)氣隙的擊穿

極不均勻電場(chǎng)中的放電存在明顯的極性效應(yīng)。在兩個(gè)電極幾何形狀不同的場(chǎng)合，極性取決于曲率半徑較小的那個(gè)電極的電位符號(hào)，幾何形狀相同則取決于不接地的那個(gè)電極上的電位符號(hào)。

下面以極不均勻的“棒—板”短氣隙為例，說(shuō)明放電發(fā)展過(guò)程的極性效應(yīng)。一、短氣隙的擊穿

棒極帶正電位時(shí)，放電在棒極附近空間留下的正離子，削弱了緊貼棒極附近的電場(chǎng)強(qiáng)度，而略微加強(qiáng)了外部空間的電場(chǎng)，棒極附近難以造成流注，使得自持放電、即電暈放電難以形成

。

短氣隙的非自持放電階段：正極性

棒極帶負(fù)電位時(shí)，電子崩中電子離開(kāi)強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)后，不再引起電離，正離子逐漸向棒極運(yùn)動(dòng)，在棒極附近出現(xiàn)了比較集中的正空間電荷，使電場(chǎng)畸變，加強(qiáng)棒極表面附近的電場(chǎng)而削弱外圍空間電場(chǎng)，棒極附近的電場(chǎng)得到增強(qiáng)，因而自持放電條件就易于得到滿(mǎn)足、易于轉(zhuǎn)入流注而形成電暈放電。短氣隙的非自持放電階段：負(fù)極性（1）棒—板間隙中棒為正極性時(shí)電暈起始電壓比負(fù)極性時(shí)略高

結(jié)論U+（起暈）>U-（起暈）極性效應(yīng)短氣隙的流注發(fā)展階段：正極性當(dāng)棒具有正極性時(shí)流注等離子體頭部的正電荷減弱等離子體中的電場(chǎng)，而加強(qiáng)其頭部電場(chǎng)（曲線(xiàn)2）；電場(chǎng)加強(qiáng)的流注頭部前方產(chǎn)生新電子崩，其電子吸引入流注頭部正電荷區(qū)內(nèi)，加強(qiáng)并延長(zhǎng)流注通道，其尾部的正離子構(gòu)成流注頭部的正電荷；流注及其頭部的正電荷使強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)更向前移（曲線(xiàn)3），促進(jìn)流注通道進(jìn)一步發(fā)展，逐漸向陰極推進(jìn)短氣隙的流注發(fā)展階段：負(fù)極性當(dāng)棒具有負(fù)極性時(shí)棒極的強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)產(chǎn)生大量的電子崩，匯入圍繞棒極的正空間電荷，等離子體層呈擴(kuò)散狀分布，削弱前方電場(chǎng)（曲線(xiàn)2）在相當(dāng)一段電壓升高的范圍內(nèi)，電離只在棒極和等離子體層外沿之間的空間內(nèi)發(fā)展；當(dāng)由初崩向陰極發(fā)展的正流注完成，等離子體層前方電場(chǎng)足夠強(qiáng)，才可能在前方空間發(fā)展新電子崩，其正電荷加強(qiáng)等離子體層前沿的電場(chǎng)，形成了大量二次電子崩，匯集起來(lái)后使得等離子體層向陽(yáng)極推進(jìn)。（2）棒—板間隙中棒為負(fù)極性時(shí)擊穿電壓比正極性時(shí)高結(jié)論U+（擊穿）<U-（擊穿）

氣隙較長(zhǎng)時(shí)，流注往往不能一次貫穿整個(gè)氣隙，而出現(xiàn)逐級(jí)推進(jìn)的先導(dǎo)放電現(xiàn)象。間隙距離較長(zhǎng)（大于1m），在流注不足以貫穿整個(gè)間隙的電壓下，仍可能發(fā)展擊穿過(guò)程。這時(shí)流注發(fā)展到足夠長(zhǎng)度后，將有較多的電子循通道流向電極，通過(guò)通道根部的電子最多，于是流注根部溫度升高，出現(xiàn)熱電離過(guò)程。這個(gè)具有熱電離過(guò)程的通道稱(chēng)為先導(dǎo)。

二.長(zhǎng)氣隙的擊穿正棒—負(fù)板間隙中先導(dǎo)通道的發(fā)展（ａ）先導(dǎo)和其頭部的流注ｋｍ；（ｂ）流注頭部電子崩的形成；（ｃ）ｋｍ由流注轉(zhuǎn)變?yōu)橄葘?dǎo)和形成流注ｍｎ；（ｄ）流注頭部電子崩的形成；（ｅ）沿著先導(dǎo)和空氣間隙電場(chǎng)強(qiáng)度的分布3．先導(dǎo)放電4．主放電當(dāng)先導(dǎo)通道頭部極為接近板極時(shí)，間隙場(chǎng)強(qiáng)可達(dá)極大數(shù)值，引起強(qiáng)烈的電離，間隙中出現(xiàn)離子濃度遠(yuǎn)大于先導(dǎo)通道的等離子體；新出現(xiàn)的通道大致具有極板的電位，在它與先導(dǎo)通道交界處保持極高的電場(chǎng)強(qiáng)度，繼續(xù)引起強(qiáng)烈的電離；高場(chǎng)強(qiáng)區(qū)（強(qiáng)電離區(qū)）迅速向陽(yáng)極傳播，強(qiáng)電離通道也迅速向前推進(jìn)，這就是主放電過(guò)程。

１——主放電通道２——主放電和先導(dǎo)通道的交界區(qū)３——先導(dǎo)通道主放電發(fā)展和通道中軸向電場(chǎng)強(qiáng)度分布圖長(zhǎng)間隙的放電過(guò)程：起始放電階段——流注發(fā)展階段——先導(dǎo)放電(熱電離過(guò)程)——主放電——整個(gè)氣隙被擊穿。

電離形式：熱電離

雷電放電是自然界的超長(zhǎng)間隙放電，其先導(dǎo)過(guò)程和主放電過(guò)程發(fā)展的最充分。二.長(zhǎng)氣隙的擊穿

§2.6沿面放電和污閃事故一.沿面放電的一般概念二.沿面放電的類(lèi)型三.沿面放電電壓的影響因素和提高方法四.固體表面有水膜時(shí)的沿面放電五.絕緣子污染狀態(tài)下的沿面放電六.污閃事故的對(duì)策

喪失絕緣功能有三種可能：（1）固體介質(zhì)本身的擊穿；（2）氣體間隙的擊穿；（3）沿著固體介質(zhì)表面發(fā)生閃絡(luò)?！鰧?shí)驗(yàn)表明：沿固體表面的閃絡(luò)電壓不但比固體介質(zhì)本身的擊穿電壓低得多，而且也比極間距離相同的純氣隙的擊穿電壓低不少。一般：U（固）>U（氣）>U（沿面）可見(jiàn)一個(gè)固體絕緣裝置的實(shí)際耐壓能力取決與沿面閃絡(luò)電壓?！鲈诒砻娉睗裎廴镜那闆r下，沿面閃絡(luò)電壓會(huì)更低。一.沿面放電的一般概念（1）平行：固體介質(zhì)處于均勻電場(chǎng)中，且界面與電力線(xiàn)平行。，這種情況在工程中比較少見(jiàn)，但實(shí)際結(jié)構(gòu)中會(huì)遇到固體處于稍不均勻電場(chǎng)中、且界面與電力線(xiàn)大致平行的情況。此時(shí)的沿面放電特性與均勻電場(chǎng)的情況有些相似

固體介質(zhì)與氣體介質(zhì)交界面上的電場(chǎng)分布狀況對(duì)沿面放電特性有很大影響。界面電場(chǎng)分布可分為典型三種情況。

二.沿面放電的類(lèi)型E

（2）強(qiáng)法線(xiàn)：固體介質(zhì)處于極不均勻電場(chǎng)中，且界面電場(chǎng)的垂直分量En

比平行于表面的切線(xiàn)分量Et大得多。EtEnE（3）弱法線(xiàn)：固體介質(zhì)處于極不均勻電場(chǎng)中，但大部分分界面上的電場(chǎng)切線(xiàn)分量Et大于垂直分量En

。EtEnE

二.沿面放電的類(lèi)型（續(xù)）

（1）固體介質(zhì)與電極表面接觸不良，存在小氣隙。

（2）大氣的濕度影響。

（3）固體介質(zhì)表面電阻的不均勻和表面的粗糙不平也會(huì)造成沿面電場(chǎng)畸變。情況1，雖界面與電力線(xiàn)平行，但沿面閃絡(luò)電壓仍要比空氣間隙的擊穿電壓低很多。說(shuō)明電場(chǎng)發(fā)生了畸變，主要原因如下：

二.沿面放電的類(lèi)型（續(xù)）法蘭附近先出現(xiàn)電暈放電，a圖隨著電壓升高放電區(qū)變成許多平行的火花細(xì)線(xiàn)組成的光帶，b圖當(dāng)電壓超過(guò)某一臨界值后個(gè)別細(xì)線(xiàn)突然迅速增長(zhǎng)，轉(zhuǎn)為分叉的樹(shù)枝狀明亮火花通道，成為滑閃放電，c圖完成表面氣體的完全擊穿，稱(chēng)為沿面閃絡(luò)或簡(jiǎn)稱(chēng)“閃絡(luò)”。導(dǎo)桿法蘭

a圖b圖c圖極不均勻電場(chǎng)具有強(qiáng)垂直分量時(shí)的沿面放電

二.沿面放電的類(lèi)型（續(xù)）

二.沿面放電的類(lèi)型（續(xù)）

支柱絕緣子的兩個(gè)電極之間的距離較長(zhǎng)，其間固體介質(zhì)本身不可能被擊穿，只可能出現(xiàn)沿面閃絡(luò)。

干閃絡(luò)電壓隨極間距離的增大而提高，平均閃絡(luò)場(chǎng)強(qiáng)大于前一種有滑閃放電時(shí)的情況。極不均勻電場(chǎng)垂直分量很弱時(shí)的沿面放電

三、氣隙沿面放電電壓的影響因素和提高方法影響因素：（一）固體介質(zhì)材料，主要取決于該材料的親水性或憎水性。

（二）電場(chǎng)形式同樣的表面閃絡(luò)距離下均勻與稍不均勻電場(chǎng)閃絡(luò)電壓最高弱垂直分量極不均勻電場(chǎng)則低（距離，絕緣子）界面電場(chǎng)主要為強(qiáng)垂直分量的極不均勻電場(chǎng)中，閃絡(luò)電壓更低（電場(chǎng)最強(qiáng)處厚度，套管）屏障；屏蔽；加電容極板；消除窄氣隙；絕緣表面處理；改變局部絕緣體的表面電阻率；強(qiáng)制固定絕緣沿面各點(diǎn)的電位；附加金具；阻抗調(diào)節(jié)提高方法（3-8）：四.固體表面有水膜時(shí)的沿面放電概念：濕閃電壓：潔凈的瓷表面被雨水淋濕時(shí)的沿面放電電壓稱(chēng)為濕閃電壓。污閃電壓：絕緣子表面有濕污層時(shí)的閃絡(luò)電壓稱(chēng)為污閃電壓。部分淋濕，絕緣子表面的水膜是不連續(xù)的（AB濕，BCA’干）有水膜覆蓋的表面電導(dǎo)大，無(wú)水膜處的表面電導(dǎo)小。大多數(shù)外加電壓將由干表面（圖中的BCA’）段來(lái)承受?；蛘呖諝忾g隙BA’先擊穿或者干表面BCA’先閃絡(luò)，但結(jié)果都是形成ABA’電弧放電通道——閃絡(luò)。如雨量特別大時(shí)，傘間（BB’）被雨水短接構(gòu)成電弧通道——閃絡(luò)。①沿濕表面AB和干表面BCA’發(fā)展②沿濕表面AB和空氣間隙BA’發(fā)展③沿濕表面AB和水流BB’發(fā)展?jié)耖W只有干閃電壓的40%～50%，還受雨水電導(dǎo)率的影響。絕緣子的濕閃電壓不會(huì)降低太多。濕閃電壓將降低到很低的數(shù)值。◆在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)各級(jí)電壓的絕緣子應(yīng)有的傘裙數(shù)、傘的傾角、傘裙直徑應(yīng)仔細(xì)考慮、合理選擇。ABCA’B’

絕緣子污閃通?？煞譃榉e污、受潮、干區(qū)形成、局部電弧的出現(xiàn)和發(fā)展等四個(gè)階段。采取措施抑制或阻止其中任何一個(gè)階段的完成就能防止污閃事故的發(fā)生。

五.絕緣子污染狀態(tài)下的沿面放電◆積污：環(huán)境作用：工業(yè)粉塵、廢氣、自然鹽堿、灰塵、鳥(niǎo)糞等污穢外絕緣被污染的過(guò)程一般是漸進(jìn)的。染污絕緣子表面上的污層在干燥狀態(tài)下一般不導(dǎo)電。氣候條件：包括雨、露、霜、雪、風(fēng)等◆污層濕潤(rùn)◆干區(qū)形成◆電場(chǎng)畸變◆局部電弧◆擊穿

五.絕緣子污染狀態(tài)下的沿面放電（續(xù)）

污閃后果嚴(yán)重：由于一個(gè)區(qū)域內(nèi)絕緣子積污受潮情況差不多，所以容易發(fā)生大面積污閃事故。自動(dòng)重合閘成功率遠(yuǎn)低于雷擊閃落時(shí)，造成事故的擴(kuò)大和長(zhǎng)時(shí)間停電。就經(jīng)濟(jì)損失而言，污閃在各類(lèi)事故中居首位。

五.絕緣子污染狀態(tài)下的沿面放電（續(xù)）

污穢度除了與積污量有關(guān)還與污穢的化學(xué)成分有關(guān)。通常采用“等值附鹽密度”（簡(jiǎn)稱(chēng)“等值鹽密”）來(lái)表征絕緣子表面的污穢度，它指的是每平方厘米表面所沉積的等效氯化鈉（NaCl）毫克數(shù)。

等值的方法：把表面沉積的污穢刮下，溶于300ml蒸餾水，測(cè)出其在20℃水溫時(shí)的電導(dǎo)率；然后在另一杯20℃、300ml的蒸餾水中加入NaCl，直到其電導(dǎo)率等于混合鹽溶液的電導(dǎo)率時(shí)，所加入的NaCl毫克數(shù)，即為等值鹽量，再除以絕緣子的表面積，即可得出“等值鹽密”(mg/cm2)（一）調(diào)整爬距（增大泄漏距離）

爬電比距λ指外絕緣“相—地”之間的爬電距離(cm)與系統(tǒng)最高工作（線(xiàn)）電壓（kV,有效值）之比。一定要遵循規(guī)定的爬電比距來(lái)選擇絕緣子串的總爬電距離和片數(shù)。

六.污閃事故的對(duì)策3.10(3.41)3.10(3.57)2.91～3.45(3.20～3.80)2.78～3.30(3.20～3.80)Ⅳ2.50(2.75)2.50(2.88)2.27～2.91(2.50～3.20)2.17～2.78(2.50～3.20)Ⅲ2.00(2.20)2.00(2.30)1.82～2.27(2.00～2.50)1.74～2.17(2.00～2.50)Ⅱ1.60(1.76)1.60(1.84)1.45～1.82(1.60～2.00)1.39～1.74(1.60～2.00)Ⅰ__1.45(1.60)1.39(1.60)0330kv及以下220kv及以下330kv及以下220kv及以下

發(fā)電廠、變電所

線(xiàn)路爬電比距(cm/kv)污穢等級(jí)

注括號(hào)內(nèi)的數(shù)據(jù)為以系統(tǒng)額定電壓為基準(zhǔn)的爬電比距值。

（二）定期或不定期的清掃。

（三）涂料

（四）半導(dǎo)體釉絕緣子

（五）新型合成絕緣子新型合成絕緣子的優(yōu)點(diǎn)：

1、重量輕（僅相當(dāng)于瓷絕緣子的1/10左右）

2、抗彎、抗拉、耐沖擊附和等機(jī)械性能都很好

3、電氣絕緣性能好，特別是在嚴(yán)重污染和大氣潮濕的情況下性能十分優(yōu)異；

4、耐電弧性能也很好。

六.污閃事故的對(duì)策第三章氣隙的電氣強(qiáng)度第一節(jié)氣隙的擊穿時(shí)間第二節(jié)氣隙的伏秒特性和擊穿電壓的概率分布第三節(jié)大氣條件對(duì)氣隙擊穿電壓的影響第四節(jié)較均勻/不均勻電場(chǎng)氣隙的擊穿電壓第五節(jié)提高氣隙擊穿電壓的方法§3.1氣隙的擊穿時(shí)間完成氣隙擊穿的三個(gè)必備條件：

1.足夠大的電場(chǎng)強(qiáng)度或足夠高的電壓；

2.氣隙中存在有效電子；

3.需要有一定的時(shí)間，讓放電得以逐步發(fā)展并完成擊穿。完成擊穿所用時(shí)間都以微秒記直流和工頻等持續(xù)電壓下，時(shí)間不成問(wèn)題；沖擊電壓下有效作用時(shí)間也以微秒記，所以放電時(shí)間就成為重要因素。擊穿時(shí)間tb

三部分組成tb=t0+ts+tf

t0——升壓時(shí)間ts——統(tǒng)計(jì)時(shí)延tf——放電發(fā)展時(shí)間tlag——放電時(shí)延，

tlag=ts+tf

§3.1氣隙的擊穿時(shí)間◆短間隙(1厘米以下)

tf<<ts

，平均統(tǒng)計(jì)時(shí)延

◆較長(zhǎng)的間隙中

tl主要決定于tf◆間隙上外施電壓增大，放電發(fā)展時(shí)間將會(huì)減小

§3.2氣隙的伏秒特性和擊穿電壓的概率分布電壓波形伏秒特性氣隙擊穿電壓的概率分布一.電壓波形（一）直流電壓

直流試驗(yàn)電壓大都由交流整流而得，其波形必然有一定的脈動(dòng)，通常所稱(chēng)的電壓值是指平均值。直流電壓的脈動(dòng)幅值是最大值與最小值之差的一半。紋波系數(shù)為脈動(dòng)幅值與平均值之比。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定被試品上直流試驗(yàn)電壓的紋波系數(shù)應(yīng)不大于3％。（二）工頻交流電壓

工頻交流試驗(yàn)電壓應(yīng)近似為正弦波，正負(fù)兩半波相同，其峰值與有效值之比應(yīng)在以?xún)?nèi)。頻率一般在45-65Hz范圍內(nèi)。（三）雷電沖擊電壓

用來(lái)模擬電力系統(tǒng)中的雷電過(guò)電壓波，采用非周期性雙指數(shù)波。如圖：T1—視在波前時(shí)間；T2—視在半峰值時(shí)間；Um—沖擊電壓峰值T1=1.2μs

，容許偏差±30%；T2=50μs，容許偏差±20%通常寫(xiě)成1.2/50μs，并可在前面加上正、負(fù)號(hào)表示極性。國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)和我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為：一.電壓波形(續(xù)）T1=1.2μs，容許偏差±30%；截?cái)鄷r(shí)間Tc=2～5μs.可寫(xiě)成1.2/2～5μs.0.900.31

u/Um0’T1Tct（四）標(biāo)準(zhǔn)雷電截波

用來(lái)模擬雷電過(guò)電壓引起氣隙擊穿或外絕緣閃絡(luò)后出現(xiàn)的截尾沖擊波，如圖。

IEC標(biāo)準(zhǔn)和我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為：一.電壓波形(續(xù)）IEC標(biāo)準(zhǔn)和我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為[左下圖]：波前時(shí)間Tcr=250μs±20%；半峰值時(shí)間T2=2500μs±60%。可寫(xiě)成250/2500μs沖擊波。當(dāng)在試驗(yàn)中上述波形不能滿(mǎn)足要求時(shí)，推薦采用100/2500μs和500/2500μs沖擊波。此外還建議采用一種衰減震蕩波[右下圖]，第一個(gè)半波的持續(xù)時(shí)間在2000～3000μs之間，極性相反的第二個(gè)半波的峰值約為第一個(gè)半波峰值的80%0.510

u/UmTcrT2tu0UmTcrtTcr=1000～

1500us（五）操作沖擊電壓一.電壓波形(續(xù)）二.伏秒特性

氣隙的伏秒特性：在同一波形，不同幅值的沖擊電壓作用下，氣隙上出現(xiàn)的電壓最大值和擊穿時(shí)間的關(guān)系，稱(chēng)為該氣隙的伏秒特性。（一）伏秒特性曲線(xiàn)的制作保持一定的沖擊電壓波形不變，而逐級(jí)升高電壓，電壓為縱坐標(biāo)，時(shí)間為橫坐標(biāo)電壓較低時(shí)，擊穿一般發(fā)生在波尾，取該電壓的峰值與擊穿時(shí)刻，得到相應(yīng)的點(diǎn)；電壓較高時(shí)，擊穿一般發(fā)生在波頭，取擊穿時(shí)刻的電壓值及該時(shí)刻，得到相應(yīng)的點(diǎn)；把這些相應(yīng)的點(diǎn)連成一條曲線(xiàn)，就是該氣隙在該電壓波形下的“伏秒特性曲線(xiàn)”。u0t123二.伏秒特性（續(xù)）

實(shí)際上伏秒特性具有統(tǒng)計(jì)分散性，是一個(gè)以上下包線(xiàn)為界的帶狀區(qū)域。工程上，通常取“50%伏秒特性曲線(xiàn)”來(lái)表征一個(gè)氣隙的沖擊擊穿特性。50%沖擊擊穿電壓(U50%)——指某氣隙被擊穿的概率為50%的沖擊電壓峰值。U50%u0t231（一）伏秒特性曲線(xiàn)的制作（續(xù)）3-U0%2-U50%1-U100%（二）伏秒特性曲線(xiàn)的應(yīng)用間隙伏秒特性的形狀決定于電極間電場(chǎng)分布伏秒特性對(duì)于比較不同設(shè)備絕緣的沖擊擊穿特性具有重要意義,是防雷設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)保護(hù)設(shè)備和被保護(hù)設(shè)備的絕緣配合的依據(jù)。

3-2-6S2對(duì)S1起保護(hù)作用

3-2-7在高幅值沖擊電壓作用下，S2不起保護(hù)作用三.氣隙擊穿電壓的概率分布

氣隙的擊穿電壓具有一定的分散性，即“擊穿概率分布特性”。研究表明，氣隙擊穿的幾率分布接近正態(tài)分布，通?？梢杂肬50%和變異系數(shù)Z來(lái)表示。沖擊系數(shù)β——U50%與靜態(tài)擊穿電壓U0之比稱(chēng)為沖擊系數(shù)β。均勻和稍不均勻電場(chǎng)下沖擊擊穿電壓的分散性很小，沖擊系數(shù)β≈1。極不均勻電場(chǎng)中由于放電時(shí)延較長(zhǎng)，沖擊系數(shù)β均大于1。

氣隙絕緣，關(guān)心的不僅是其U50%擊穿電壓，更重要的是其耐受電壓。100%的耐受電壓是很難測(cè)的（要做無(wú)窮次的實(shí)驗(yàn)），工程實(shí)際中常用對(duì)應(yīng)于很高耐受幾率(例如99％以上)的電壓作為耐受電壓。

我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)大氣條件為：

壓力p0=101.3kpa（760mmHg）；溫度t0=20℃或T0=293K；絕對(duì)濕度hc=11g/m3?！?.3大氣條件對(duì)氣隙擊穿電壓的影響

由于大氣的壓力、溫度、濕度等條件會(huì)影響空氣的密度、電子自由行程長(zhǎng)度、碰撞電離及附著過(guò)程，影響氣隙的擊穿電壓Ub?！?.3大氣條件對(duì)氣隙擊穿電壓的影響

氣隙的擊穿電壓隨大氣密度或濕度的增加而升高原因：①大氣密度升高而擊穿電壓升高：隨著空氣密度的增大，氣體中自由電子的平均自由程縮短了，不易造成撞擊電離。②濕度的增加而擊穿電壓升高：水蒸汽是電負(fù)性氣體，易俘獲自由電子形成負(fù)離子，使自由電子的數(shù)量減少，阻礙了電離的發(fā)展。式中:U——實(shí)際試驗(yàn)條件下的氣隙擊穿電壓

U0——標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的氣隙擊穿電壓

Kd——空氣密度校正因數(shù)

Kh——濕度校正因數(shù)氣隙擊穿電壓的換算公式

空氣的密度與壓力和溫度有關(guān)?？諝獾南鄬?duì)密度式中p——?dú)鈮?，kPa；

T——絕對(duì)溫度，K。

在大氣條件下，氣隙的擊穿電壓隨δ的增大而提高。當(dāng)δ處于0.95～1.05的范圍內(nèi)時(shí)，氣隙的擊穿電壓幾乎與δ成正比，即此時(shí)的空氣密度校正因數(shù)Kd≈δ，因而U

≈δU0

氣隙不長(zhǎng)（不超過(guò)1m）時(shí)，上式能足夠精確的使用于各種電場(chǎng)形式和各種電壓類(lèi)型下近似的工程估算。一.對(duì)空氣密度的校正

研究表明：對(duì)更長(zhǎng)空氣間隙來(lái)說(shuō)，擊穿電壓與大氣的關(guān)系并不是一種簡(jiǎn)單的線(xiàn)形關(guān)系。而是隨電極形狀、電壓類(lèi)型和氣隙長(zhǎng)度而變化的復(fù)雜關(guān)系。Kd如下式計(jì)算式中指數(shù)m

，n與電極形狀、氣隙長(zhǎng)度、電壓類(lèi)型及極性有關(guān)，值在0.4～1.0的范圍內(nèi)變化，具體取值可參考有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。一.對(duì)空氣密度的校正(續(xù))

在均勻和稍不均勻電場(chǎng)中，放電開(kāi)始時(shí)，整個(gè)氣隙的電場(chǎng)強(qiáng)度都很大，電子運(yùn)動(dòng)速度較快，不易被水分子俘獲，因而濕度影響不太明顯，可以忽略不計(jì)。

在極不均勻電場(chǎng)中，濕度影響就很明顯了，可用下面的濕度校正因數(shù)來(lái)校正。

式中因數(shù)K與絕對(duì)溫度和電壓類(lèi)型有關(guān)，而指數(shù)W之值取決于電極形狀、氣隙長(zhǎng)度、電壓類(lèi)型及其極性。具體值亦可參考有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

二.對(duì)濕度的校正Kh=KW

我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：對(duì)于安裝在海拔高于1000m、但不超過(guò)4000m處的電力設(shè)施外絕緣，其試驗(yàn)電壓U

應(yīng)為平原地區(qū)外絕緣的試驗(yàn)電壓Up

乘以海拔校正因數(shù)Ka，即

U=KaUp(2-9)式中H——安裝點(diǎn)的海拔高度，m。

三、對(duì)海拔的校正§3.4電場(chǎng)在不同電壓下的擊穿電壓1.在均勻電場(chǎng)中，電場(chǎng)是對(duì)稱(chēng)的，故擊穿電壓與電壓極性無(wú)關(guān)，由于間隙各處的場(chǎng)強(qiáng)大致相等，故起始放電電壓就等于氣隙的擊穿電壓。不同電壓波形作用下，擊穿電壓實(shí)際上相同，且分散性很小，對(duì)于空氣，可以用以下的經(jīng)驗(yàn)公式表示：

[kV（peak）]式中

——空氣相對(duì)密度

S——間隙距離，cm

標(biāo)準(zhǔn)情況下，1cm空氣間隙的擊穿電壓約為30kV.一.較均勻電場(chǎng)氣隙的擊穿電壓2.稍不均勻電場(chǎng)稍不均勻電場(chǎng)的結(jié)構(gòu)形式有多種多樣，常遇到的較典型的電場(chǎng)結(jié)構(gòu)形式有；球—球、球—板、圓柱—板、兩同軸圓筒、兩平行圓柱、兩垂直圓柱等。對(duì)這些較簡(jiǎn)單的、有規(guī)則的、較典型的電場(chǎng)，有相應(yīng)的計(jì)算擊穿電壓的經(jīng)驗(yàn)公式或曲線(xiàn)，而用時(shí)，可參閱有關(guān)的手冊(cè)和資料。3.影響稍不均勻電場(chǎng)間隙擊穿電壓的因素：電場(chǎng)結(jié)構(gòu)、大氣條件、還有鄰近效應(yīng)和照射效應(yīng)§3.4電場(chǎng)在不同電壓下的擊穿電壓(續(xù))二.不均勻電場(chǎng)氣隙的擊穿電壓§3.4電場(chǎng)在不同電壓下的擊穿電壓(續(xù))◆影響擊穿電壓的主要因素是間隙距離◆直流、工頻及沖擊擊穿電壓間的差別比較明顯，分散性較大，且極性效應(yīng)顯著◆工程上，擊穿電壓可以參照與接近的典型氣隙的擊穿電壓來(lái)估計(jì)?！暨x擇電場(chǎng)極不均勻的極端情況典型電極來(lái)研究棒(尖)—板：電場(chǎng)分布不均勻、不對(duì)稱(chēng)

棒(尖)—棒(尖)：電場(chǎng)分布不均勻、對(duì)稱(chēng)

(一)直流電壓作用下：§3.4電場(chǎng)在不同電壓下的擊穿電壓(續(xù))圖3-5-1棒-板和棒-棒氣隙直流1min臨界耐受電壓與氣隙距離的關(guān)系◆棒—板間隙：棒具有正極性時(shí)，平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)約為4.5kV/cm；棒具有負(fù)極性時(shí)約為10kV/cm◆棒—棒間隙的平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)約為5.4kV/cm◆極性效應(yīng)：圖3-5-2棒-棒和棒-板空氣間隙的工頻擊穿電壓與間隙距離的關(guān)系（二）工頻電壓作用下:§3.4電場(chǎng)在不同電壓下的擊穿電壓(續(xù))擊穿總在棒為正半波時(shí)發(fā)生除了起始部分外，擊穿電壓和距離近似線(xiàn)性關(guān)系

棒—棒3.8kV/cm，棒—板低：極性效應(yīng)氣隙較大時(shí)（S大于2.5m），擊穿電壓與距離關(guān)系出現(xiàn)了明顯的飽和趨向，特別是棒—板氣隙，其飽和趨向更明顯。§3.4電場(chǎng)在不同電壓下的擊穿電壓(續(xù))圖3-5-3長(zhǎng)氣隙和絕緣子串的工頻50%擊穿（或閃絡(luò)）電壓與氣隙距離的關(guān)系另外，棒-棒和棒-板的擊穿電壓曲線(xiàn)是各種不均勻電場(chǎng)氣隙擊穿電壓曲線(xiàn)的上下包絡(luò)線(xiàn)，這點(diǎn)對(duì)設(shè)計(jì)很有用?！帮柡同F(xiàn)象”：

d=1m，5kV/cmd=10m，2kV/cm§3.4電場(chǎng)在不同電壓下的擊穿電壓(續(xù))（三）雷電沖擊電壓作用下圖3-5-4氣隙的沖擊擊穿電壓與距離的關(guān)系曲線(xiàn)1,4棒-板間隙；曲線(xiàn)2,3棒-棒間隙，一棒極接地極性效應(yīng)明顯1.極性的影響：極不均勻電場(chǎng)中同樣有極性效應(yīng)。正極性下50％擊穿電壓比負(fù)極性下低，所以也更危險(xiǎn)；一般均指“正極性”情況。圖3-5-8不同性質(zhì)電壓作用下棒—板氣隙的擊穿電壓與氣隙距離的關(guān)系（四）操作沖擊電壓作用下§3.4電場(chǎng)在不同電壓下的擊穿電壓(續(xù))2.波形的影響：在具有某種波前的操作沖擊電壓作用下，棒-板氣隙擊穿電壓比工頻擊穿電壓還低。3.飽和現(xiàn)象：長(zhǎng)氣隙在操作電壓作用下呈現(xiàn)顯著的“飽和現(xiàn)象”。圖3-5-9棒-棒和棒-板間隙的操作沖擊擊穿電壓§3.4電場(chǎng)在不同電壓下的擊穿電壓(續(xù))4.分散性大操作沖擊擊穿電壓分散性比雷電沖擊電壓下大得多?！?.5提高氣隙擊穿電壓的方法兩個(gè)途徑：一、改善電場(chǎng)分布，使之盡量均勻二、利用各種方法來(lái)削弱氣體中的電離過(guò)程

常用辦法：增大電極的曲率半徑（簡(jiǎn)稱(chēng)屏蔽）。一.改善電場(chǎng)分布§3.5提高氣隙擊穿電壓的方法（續(xù)）

從氣體碰撞電離的理論可知，將氣隙抽成高度的真空能抑制碰撞電離的發(fā)展，提高氣隙的擊穿電壓。注意：高真空中，擊穿機(jī)理發(fā)生了變化，撞擊電離的機(jī)制不起主要作