1第一章氣體電解質(zhì)的電氣強度

絕大多數(shù)電氣設(shè)備都在不同程度上以不同的形式利用氣體介質(zhì)作為絕緣材料。架空輸電線路各相導(dǎo)線之間、導(dǎo)線與地線之間、導(dǎo)線與桿塔之間的絕緣都利用了空氣；高壓電氣設(shè)備的外絕緣也利用著空氣。在真空斷路器中，壓縮空氣被用作絕緣媒質(zhì)和滅弧媒質(zhì)。在某些類型的高壓電纜（充氣電纜）和高壓電容器中，特別是在現(xiàn)代的氣體絕緣組合電器（GIS）中，更采用壓縮的高電氣強度氣體（如SF6）作為絕緣。2研究氣體放電的主要目的：了解氣體在高電壓（強電場）的作用下逐漸由電介質(zhì)演變成導(dǎo)體的物理過程；掌握氣體介質(zhì)的電氣強度及提高方法。3第一章氣體電解質(zhì)的電氣強度1.1氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生和消失1.2均勻電場小氣隙的放電1.3均勻電場大氣隙的放電1.4電暈放電1.5不均勻電場氣隙的擊穿1.6沖擊電壓下空氣的擊穿特性1.7大氣條件對空氣間隙擊穿電壓的影響1.8提高氣隙抗電強度的措施1.9沿面放電

4第一節(jié)氣體中帶電質(zhì)點的產(chǎn)生與消失一．帶電質(zhì)點的產(chǎn)生

碰撞游離光游離熱游離表面游離(氣體中的金屬)二.帶電質(zhì)點的消失質(zhì)點的擴散質(zhì)點的復(fù)合（氣體本身）5波爾量子理論+低能級高能級電子分布使原子的總能量趨向最小。高能級→低能級：發(fā)出單色光。低能級→高能級：需要外部激勵。激勵狀態(tài)不穩(wěn)定。6游離（電離）：電子獲得足夠的能量跳出最外層軌道，成為自由電子。產(chǎn)生帶電離子的過程稱為游離。這時原來中性的原子發(fā)生了電離，分解成兩種帶電粒子——電子和正離子。質(zhì)點游離所需的最小能量稱為游離能。(1ev=1.602×10-19J)激勵：當質(zhì)點吸收的能量小于質(zhì)點的游離能時，不能發(fā)生電離，但可以使電子躍遷到較高的能級的現(xiàn)象稱為質(zhì)點的激勵。處于激勵狀態(tài)的質(zhì)點易游離。反激勵：處于激勵狀態(tài)的質(zhì)點，恢復(fù)到原來的中性狀態(tài)的現(xiàn)象稱為質(zhì)點的反激勵。反激勵將把激勵時所吸收的能量以光的狀態(tài)釋放出來。7氣體激勵能We(eV)游離能Wi(eV)氣體激勵能We(eV)游離能Wi(eV)N2O2H26.17.911.215.612.515.4CO2H2OSF610.07.66.813.712.815.6

表1-1某些氣體的激勵能和游離能引起游離所需的能量可通過不同的形式傳遞給氣體分子，諸如：光能、熱能、機械能（動）能，對應(yīng)的游離過程稱為光游離、熱游離、碰撞游離等。81碰撞游離運動的質(zhì)點（可以是帶電的，也可以是中性質(zhì)點）撞擊另一個中性質(zhì)點，且使其分解成為兩個帶電質(zhì)點（正離子和自由電子）的現(xiàn)象稱為碰撞游離。發(fā)生碰撞游離的條件：撞擊質(zhì)點的總能量（動能＋位能）大于被撞擊質(zhì)點的游離能；有一定的相互作用時間。特點：可以一次完成，也可以分級完成。9碰撞游離是氣體中產(chǎn)生帶電粒子的最重要的方式。應(yīng)該強調(diào)的是，主要的碰撞電離均由電子完成，離子碰撞中性分子并使之電離的概率要比電子小得多，所以在分析氣體放電發(fā)展過程時，往往只考慮電子所引起的碰撞電離。102.光游離短波射線的光子具有很大的能量，它以光的速度運動，當它射到中性介質(zhì)的分子或原子上時，所產(chǎn)生的游離稱為光游離。光子的能量：紫外線，X射線，是引起光游離的主要因素。113.熱游離在高溫下，氣體的質(zhì)點熱運動加劇，相互碰撞而產(chǎn)生的游離稱為熱游離。只有在5000～10000K的高溫下才能產(chǎn)生熱游離。124表面游離電子從金屬表面逸出需要一定的能量，稱為逸出功。各種金屬的逸出功是不同的，如表1-2所示。金屬逸出功(eV）金屬逸出功(eV）金屬逸出功(eV）鋁(Al)銀(Ag)1.83.1鐵(Fe)銅(Cu)3.93.9氧化銅(CuO)銫(Cs)5.30.7表1-2各種金屬的逸出功13比較表1-2與表1-1，可知金屬的逸出功比氣體分子的游離能小得多，表明金屬表面電離比氣體空間游離更易發(fā)生。隨著外加能量形式的不同，表面游離可在下列情況下發(fā)生：二次發(fā)射：通常正離子進入陰極的過程中其能量等于或大于陰極材料逸出功，引起陰極表面游離。光電子發(fā)射：高能輻射線照射陰極時，會引起光電子發(fā)射，其條件是光子的能量應(yīng)大于金屬的逸出功。熱電子發(fā)射：金屬中的電子在高溫下也能獲得足夠的動能而從金屬表面逸出，稱為熱電子發(fā)射。在許多電子器件中常利用加熱陰極來實現(xiàn)電子發(fā)射。14強電場發(fā)射：當陰極表面附近空間存在很強的電場時（106V/cm數(shù)量級），也能使陰極發(fā)射電子。常態(tài)下氣隙擊穿完全不受強場發(fā)射影響；在高氣壓、壓縮的高強度氣體的擊穿過程中會起一定的作用；真空中更起著決定性作用。15二、帶電質(zhì)點的消失去游離：帶電質(zhì)點從游離區(qū)消失或游離的作用被削弱的現(xiàn)象稱為去游離。當電子與氣體與分子碰撞時，可能會發(fā)生電子與中性分子相結(jié)合而形成負離子的情況，這種過程稱為附著。易于產(chǎn)生負離子的氣體稱為負電性氣體。離子的游離能力比電子小得多，并且俘獲自由電子而成負離子的過程將使自由電子數(shù)減少，因此負離子的形成對氣體放電的發(fā)展起抑制作用（有助于提高氣體的耐電強度）。例如SF6氣體對電子具有很強的親合性，因此其電氣強度遠大于一般氣體，因而被稱為高電氣強度氣體。帶電質(zhì)點的消失是由于游離作用小于去游離的作用。16氣體中帶電粒子的消失有可有下述幾種情況：帶電粒子在電場的驅(qū)動下作定向運動，在到達電極時，消失于電極上而形成外電路中的電流；帶電粒子因擴散現(xiàn)象而逸出氣體放電空間。氣體中帶異號電荷的粒子相遇時，可能發(fā)生電荷的傳遞與中和，這種現(xiàn)象稱為復(fù)合，是與游離相反的一種過程。17一．氣隙放電的伏安特性曲線二．氣隙擊穿電壓的理論計算三．巴申曲線第二節(jié)均勻電場小氣隙的放電18一、氣隙放電的伏安特性曲線：十九世紀九十年代，英國物理學(xué)家湯深德（Townsend）采用圖1的實驗裝置測出了氣體小間隙的伏安特性曲線如圖2所示。19o～a段：電壓較低，有微弱電流流過，存在少量帶電質(zhì)點，電壓升高，質(zhì)點運動加快，電流也隨之上升。a~b段：外界因素產(chǎn)生的帶電質(zhì)點全部參與導(dǎo)電，且?guī)щ娰|(zhì)點與中性質(zhì)點碰撞損失能量，從而使帶電質(zhì)點移動速度隨外界電壓升高而趨于不變，所以電流也基本不變，電流密度較小10-19A/cm2，氣隙仍處于絕緣狀態(tài)。20b~c段：帶電質(zhì)點（主要為電子）在外界強電場的作用下，獲得很大的加速度，與中性質(zhì)點碰撞后致使中性質(zhì)點產(chǎn)生碰撞游離，游離產(chǎn)生的新的電子在強電場的加速下又將產(chǎn)生新的碰撞游離→形成電子崩，所以電流隨外加電壓的增高而急劇增大。C～：由于電壓升高產(chǎn)生的電子崩使空間氣隙電荷數(shù)量急劇增加，電流急劇增大，到c點已達到必須依靠外電路電阻來限制的地步，此時氣隙已經(jīng)擊穿。（自持放電）0-c段：必須依靠外界游離因素（宇宙射線）維持。稱非自持放電階段。C點之后：不需要依賴于外界游離因素，放電也能持續(xù)，稱自持放電階段212、電子崩的形成初始電子更多電子碰撞電離形成電流電子數(shù)將按幾何級數(shù)不斷增多，象雪崩似的發(fā)展，這種急劇增大的空間電流被稱為電子崩。22二、氣隙擊穿電壓Ub的計算1、湯深德放電理論湯深德第一游離系數(shù)α。一個電子逆外電場方向行進單位距離產(chǎn)生的碰撞游離數(shù)。23湯深德第二游離系數(shù)：一個正離子沿外電場方向行進單位距離所產(chǎn)生的碰撞游離數(shù)稱為～。因為正離子質(zhì)量大，體積也大，所以在外電場作用下，不易加速，且自由行程小。所以不易產(chǎn)生碰撞游離，即在分析氣隙擊穿的過程中，可以不考慮正離子產(chǎn)生的碰撞游離作用。24湯深德第三游離系數(shù)：一個正離子撞擊陰極表面時期表面游離釋放出的凈電子數(shù)。與陰極材料及氣體種類有關(guān)。252自持放電的條件陰極的逸出功遠小于氣體的游離能，所以在外界射線的作用下，陰極表面的自由電子密度高，這些電子產(chǎn)生的碰撞游離數(shù)遠高于其它部分的電子。放電能否自持取決于陰極表面能否連續(xù)不斷釋放出電子。如果碰撞游離產(chǎn)生的正離子使陰極表面游離出的電子數(shù)不少于外界射線使陰極表面游離出的電子數(shù)時，若取消了外界光游離的條件，放電也可繼續(xù)下去，所以此時氣隙達到了擊穿。26外界射線使陰極表面釋放出個電子，這些電子在外電場作用下逆外電場方向行進距離后，由于碰撞游離作用，使電子增加到個，再行進距離，電子增加到個，顯然：兩端積分：27當，所以進入陽極的電子數(shù)為:氣隙中正電荷數(shù)為:只要個正離子使陰極表面游離凈放的電子數(shù)不少于個電子，則放電就能在沒有外界射線的作用下，僅靠外加電壓自己維持放電。即放電自持。所以氣隙擊穿的條件為：28293擊穿電壓Ub的計算放電自持的條件也即擊穿的條件：因為而所以推導(dǎo)出結(jié)論：擊穿電壓與陰極材料和氣體性質(zhì)有關(guān)。與有關(guān)。30三、巴申定律內(nèi)容：氣隙的擊穿電壓不僅與氣隙的大小有關(guān)，還與氣隙的中性質(zhì)點的密度有關(guān)，且是二者乘積的函數(shù)，這個規(guī)律稱為巴申定律。巴申曲線31第三節(jié)均勻電場大氣隙的放電一、湯深德理論的不足實驗表明，時，氣隙擊穿電壓與按湯森德理論計算出的值差異很大，湯森德理論存在以下幾個方面不足：（1）放電形式：放電路徑、放電發(fā)展過程不符。（2）放電時間：實際放電的發(fā)展速度比單純的碰撞電離快。（3）陰極材料：擊穿電壓值與陰極材料無關(guān)。32原因：湯深德沒有考慮電離出來的電荷對空間電場有畸變作用。沒有考慮光子在放電過程中的作用。高電壓技術(shù)面對的往往是高氣壓長氣隙的情況。湯森德理論并不適用，比如雷電放電并不存在金屬電極，因而與陰極上的γ值和二次電子發(fā)射根本無關(guān)。33二、流注放電理論空間電荷對氣隙電場的畸變+-34正流注的形成如果外施電壓為氣隙的最低擊穿電壓，當初崩發(fā)展到陽極時，正負電荷復(fù)合和反激勵發(fā)出光子。由于受空間電荷的畸變作用，崩尾的電場較高，光子到達這里時，形成二次電子崩。二次電子崩頭部的電子與初崩的正空間電荷匯合成為充滿正負帶電質(zhì)點的混合通道。這個正電荷多于負電荷的混合通道稱為流注通道，簡稱為流注。由正極向負極發(fā)展，所以稱為正流注。35負流注電壓較低時，電子崩需經(jīng)過整個間隙才形成流注，電壓較高時，電子崩不需經(jīng)過整個間隙，其頭部電離程度已足以形成流注。主崩頭部的電離很強烈，光子射到主崩前方，在前方產(chǎn)生新的電子崩，主崩頭部的電子和二次崩尾的正離子形成混合通道，形成向陽極推進的流注，稱為負流注。(a)(b)(c)364.流注的概念及特點流注：初崩中輻射出來的光子照射到崩頭崩尾，產(chǎn)生二次電子崩并逐漸會合到主崩當中來形成帶點質(zhì)點的混合通道，稱為流注。特點：電離強度很大，傳播速度很快（超過初崩發(fā)展速度10倍以上）。出現(xiàn)流注后放電便獲得獨立繼續(xù)發(fā)展的能力，而不在依賴外界電離因子的作用，可見這時出現(xiàn)流注的條件也就是自持放電條件。注意：這兩種理論各適用一定條件下的放電過程，不能用一種理論來代替另一種理論。37第四節(jié)不均勻電場的擊穿一、不均勻電場的模擬不均勻電場的分類

電極的不同導(dǎo)致電場的分布有所不同，但可以分為兩類：對稱電場和不對稱電場兩種。對稱電場棒—棒電極來模擬;不對稱電場

棒—板電極來模擬。38

以“棒—板”氣隙為例，從流柱理論的概念出發(fā)，說明放電發(fā)展過程的極性效應(yīng)。二、短間隙（S＜1m）的擊穿1、棒為正極性時，電子崩是從場強低的區(qū)域向場強高的區(qū)域發(fā)展。此外，初崩的電子很快進入棒極，在棒極前方留下的正離子大大加強了氣隙深處的電場，極易使氣隙深處的電子產(chǎn)生二次電子崩而形成正流注。由于流注所產(chǎn)生的空間電荷總是加強前方的電場，所以它的發(fā)展是連續(xù)的，速度很快，與棒為負極性時相比，擊穿同一間隙所需電壓要低得多。---------------392、當棒為負極性時，初崩直接由棒極向外發(fā)展。先經(jīng)過強場區(qū)，后來的路程中場強愈來愈弱，這就使電子崩的發(fā)展比棒為正極性時不利得多。初崩留下的正空間電荷顯然增強了負棒極附近的電場，卻削弱了氣隙深處的空間電場，使負流注的向前發(fā)展受到抑制。擊穿同一間隙所需的電壓要高得多。++++++++++++40棒—板電極的極性效應(yīng)棒為正極時，由于正流注所造成的空間電荷總是加強流注通道前方的電場，所以正流注的發(fā)展是連續(xù)的，其速度很快，與負棒極相比，擊穿同一間隙所需的電壓要小得多。棒為負極時，流注的發(fā)展是階段式的，其平均速度比正棒極流注小得多，擊穿同一間隙所需的外電壓要高得多。41

無論是正流注還是負流注，當流注通道發(fā)展到達對面電極時，整個間隙就被充滿正、負離子混合質(zhì)的、具有較大導(dǎo)電性的通道所貫穿，在電源電壓的作用下，通道中的帶電質(zhì)點繼續(xù)從電源電場獲得能量，發(fā)展成更強烈的電離，使通道中帶電質(zhì)點的濃度急劇增長，通道的溫度和電導(dǎo)也急劇增長，通道完全失去了絕緣性能，表征氣隙已經(jīng)擊穿。注意：輸電線路和電氣設(shè)備外絕緣的空氣間隙大都屬于不均勻電場的情況，所以在工頻高電壓的作用下，擊穿均發(fā)生在外加電壓為正極性的那半周；在進行外絕緣的沖擊高壓試驗時，也往往施加正極性沖擊電壓，因為這時的電氣強度較低。42三、長間隙的擊穿實踐表明，當氣隙較大(約1m以上)時，存在某種新的，不同性質(zhì)的被稱為先導(dǎo)放電的放電過程。不同極性的先導(dǎo)放電過程有不同的特性。目前，對這些問題的研究還很不夠，只是對這些事物的現(xiàn)象、參數(shù)、影響因素及變化規(guī)律等作了一些實測，而對這些放電過程的機理并沒有完全研究清楚。比如：雷電放電43第五節(jié)電暈放電441、在極不均勻電場中，電極曲率較大處附近空間，伴隨著電離而存在的復(fù)合和反激勵，輻射出大量光子，使在黑暗中可以看到藍紫色的暈光，這就是電暈。導(dǎo)體表面的局部場強大于空氣的擊穿場強時表面空氣被擊穿發(fā)生咝咝聲伴隨閃光的現(xiàn)象。電暈的存在形式：1、存在于極不均勻電場氣隙擊穿過程初期；2、以穩(wěn)定形式長期存在電暈放電是極不均勻電場所特有的一種自持放電形式，它與其它形式的放電有本質(zhì)的區(qū)別。電暈放電的電流強度取決于：外施電壓的大小，電極形狀，極間距離，氣體的性質(zhì)和密度等。一、概述45這種僅發(fā)生在強場區(qū)（小曲率半徑電極附近空間）的局部放電稱為電暈放電。特征：環(huán)繞該電極表面的藍紫色光暈。開始出現(xiàn)電暈放電時的電壓為電暈起始電壓。隨著外加電壓的增大，電暈區(qū)也增大，但氣隙仍保持絕緣狀態(tài)，并未擊穿。電暈放電的條件：只有當極間距離對起暈電極表面最小曲率半徑的比值大于一定值時，電暈放電才可能發(fā)生，若小于此值，則表現(xiàn)為火花擊穿。46二、氣體中的電暈放電效應(yīng)聲、光、熱等效應(yīng)；“電風(fēng)”；無線電干擾；氣體的化學(xué)反應(yīng)；可聽噪聲；能量損耗。47根本的途徑是設(shè)法限制和降低導(dǎo)線的表面電場強度可采用擴徑導(dǎo)線和空心導(dǎo)線，更加合適的措施是采用分裂導(dǎo)線。電暈的積極意義：衰減雷電過電壓幅值和降低其陡度；抑制操作過電壓的幅值；廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)施（靜電除塵器、靜電噴涂裝置、臭氧發(fā)生器）。三、防止和減輕電暈的方法：48第六節(jié)雷電放電495051

雷電放電包括雷云對大地、雷云對雷云和雷云內(nèi)部的放電現(xiàn)象。大多數(shù)雷電放電是在雷云與雷云之間進行的，只是少數(shù)是對地進行的。雷云對大地的放電是造成輸電線路雷害事故的主要因素。實測表明，90%左右是負極性雷。下行的負極性雷通常分為三個主要階段：（1）先導(dǎo)放電：延續(xù)約幾微秒，以逐級發(fā)展的、高電導(dǎo)的、高溫的、具有極高電位的先導(dǎo)通道將雷云到大地之間的氣隙擊穿。（2）主放電：在先導(dǎo)放電的同時，先導(dǎo)通道中留下大量與雷云同極性的電荷，當下行先導(dǎo)和大地短接時，發(fā)生先導(dǎo)通道放電的過渡過程，這個過程很象充電的長線在前端與地短接的過程稱為主放電過程。52

在主放電過程中，通道產(chǎn)生突發(fā)的明亮，發(fā)出巨大的雷響，沿著雷電通道流過幅值很大的、延續(xù)時間為近百微秒的沖擊電流，正是主放電過程造成雷電放電最大的破壞作用。（3）余光放電：主放電完成后，云中剩余電荷沿著原來的主放電通道繼續(xù)流入大地，這時在展開照片上看到的是一片模糊發(fā)光的部分，稱為余光放電。53一沖擊電壓的標準波形：作用時間短暫的電壓稱為沖擊電壓，在沖擊電壓作用下空氣間隙的擊穿具有新的特性。雷電在電力系統(tǒng)中造成的過電壓是一種沖擊電壓，這是電力系統(tǒng)發(fā)生事故的重要因素。為了模擬雷電壓，各國規(guī)定了試驗用雷電沖擊電壓的標準波形，分為全波和截波兩種。第六節(jié)雷電沖擊電壓下氣隙的擊穿特性54幾個參數(shù)：波前時間T1=(1.2±30%)μs視在半峰值時間T2=(50±20%)μs標準波形通常用符號表示截斷時間Tc=2~5μs峰值允差±3%55二、放電時延靜態(tài)擊穿電壓U0：長時間作用于氣隙上能使氣隙擊穿的最低電壓。不同的電壓類型將有不同的擊穿電壓和擊穿時間。完成氣隙擊穿的三個必備條件：1、足夠大的電場強度或足夠高的電壓；2、在氣隙中存在能引起電子崩并導(dǎo)致流柱和主放電的有效電子；3、需要有一定的時間，讓放電得以逐步發(fā)展并完成擊穿。56tst0tftltdUputU0t0

—升壓時間：電壓從0升到靜態(tài)擊穿電壓U0所需時間；ts—統(tǒng)計時延：指從t0

到氣隙中出現(xiàn)第一個有效電子的時間。tf—放電發(fā)展時間：從出現(xiàn)有效電子到最終擊穿的時間。

放電的總時間td由三部分組成，即

tdf=tl+ts+tftl=ts+tftl——放電時延57(1).統(tǒng)計時延t

s與外加電壓、氣體性質(zhì)、電場情況、陰極材料、外來射線強度等因素有關(guān)；具有很強的統(tǒng)計性。(2).放電形成時延tf較均勻電場放電形成時延較短極不均勻電場放電形成時延較長電壓增高，放電形成時延可大大縮短58三、雷電沖擊50%擊穿電壓U50%間隙沖擊擊穿特性和外施電壓波形有關(guān)。持續(xù)電壓作用下，一定間隙擊穿電壓有確定值。沖擊電壓作用下?lián)舸╇妷壕哂蟹稚⑿浴１３植ㄐ尾蛔?，對間隙施加N次電壓有半數(shù)擊穿對應(yīng)的電壓稱為~U50%與靜態(tài)擊穿電壓Ub的比值稱為沖擊系數(shù)η。59四、伏秒特性(1)定義

對非持續(xù)作用的電壓來說，氣隙的擊穿電壓就不能簡單地用單一的擊穿電壓值來表示了，對于某一定的電壓波形，必須用電壓峰值和延續(xù)時間兩者來共同表示，這就是該氣隙在該電壓波形下的伏秒特性。60(2)伏秒特性曲線求取方法求取伏秒特性的方法：保持一定的波形逐漸升高電壓，從示波器求取。電壓較低時，擊穿發(fā)生在波尾，在擊穿前的瞬間，電壓雖已沖峰值下降到一定數(shù)值，但該電壓峰值仍然是氣隙擊穿過程中的主要因素，因此應(yīng)以該電壓峰值為縱坐標，以擊穿時間為橫坐標，得點“1”，依次類推可得點“2”、“3”、“4”、“5”，把這些相應(yīng)的點連成一條曲線，就是該氣隙在該電壓波形下的伏秒特性曲線。61(3)電場均勻程度對曲線的影響不均勻電場由于平均擊穿電場強度較低,而且流注總是從強場區(qū)向弱場區(qū)發(fā)展,放電速度受到電場分布的影響,所以放電時延長,分散性大,其伏秒特性曲線在放電時間還相當大時,便隨時間之減小而明顯地上翹,曲線比較陡.

均勻或稍不均勻電場則相反,由于擊穿時平均場強較高,流注發(fā)展較快,放電時延較短,其伏秒特性曲線較平坦.6263(4)實際意義電壓同時作用在兩個并聯(lián)的氣隙S1和S2上：64為了使被保護設(shè)備得到可靠的保護,被保護設(shè)備絕緣的伏秒特性曲線的下包線必須始終高于保護設(shè)備的伏秒特性曲線的上包線.65第七節(jié).大氣條件對氣體間隙擊穿電壓的影響

由于大氣的壓力、溫度、濕度等條件都會影響空氣的密度、電子自由行程長度、碰撞電離及附著過程，所以也必然會影響氣隙的擊穿電壓。在不同的大氣條件和海拔高度下所得出的擊穿電壓實測數(shù)據(jù)都必須換算到某種標準條件下才能互相進行比較。標準大氣條件：氣壓：p0—101.3kPa；溫度：θ0—20℃

；絕對濕度：h0—llg／m3。

非標準條件下：661.改善電場分布(1).改變電極形狀第八節(jié)提高氣體間隙絕緣強度的方法氣隙電場分布越均勻，氣隙的擊穿電壓就越高。適當?shù)馗倪M電極形狀（增大電極的曲率半徑、消除電極表面的毛刺、尖角等），能提高氣隙的擊穿電壓和預(yù)放電電壓。不僅需要注意改善高壓電極的形狀以及降低該極近旁的局部強場，還需要注意改善接地電極和中間電極的形狀，以降低該極近旁的局部場強。67降低電極近旁場強最簡單和常用的辦法是增大電極的曲率半徑（屏蔽）。籠型屏蔽全面屏蔽空間型屏蔽6869707172

全面屏蔽73空間型屏蔽電極系統(tǒng)7475(2)利用空間電荷對電場的畸變作用（細線效應(yīng)）(3)極不均勻電場中采用屏障762.采用高真空

采用高度真空，削弱氣隙中的碰撞電離過程，也能提高氣隙的擊穿電壓。在高真空時，不能用簡單的氣體放電理論來說明。在極間距離較小時，高真空的擊穿與陰極表面的強場發(fā)射有關(guān)。

目前，電力設(shè)備中采用高真空作為絕緣介質(zhì)的情況還不多，因為高真空比較難以保持。目前高真空僅在真空斷路器中得到實際應(yīng)用。77真空電容器真空斷路器783增高氣壓提高氣壓會大大減小電子的自由行程長度，削弱和抑制了電離過程，使氣體的電氣強度得到提高。如果在采用高壓的同時再以某些高強度的氣體（例如SF6氣體）來替代空氣，能獲得更好的效果。794采用高耐電強度氣體

在眾多氣體中，有一些含鹵族元素的強電負性氣體[例如六氟化硫（SF6）、四氯化碳（CCl4）氟里昂（CCl2F2）等]的電氣強度特別高可稱為高電器強度氣體。采用這些氣體來代替空氣可以大大提高氣隙的擊穿電壓。

同時滿足上述條件的氣體是很少的，工程上唯一廣泛應(yīng)用的是SF6

，它還具有優(yōu)異的滅弧能力。其他的相關(guān)的技術(shù)性能也很好。

這類氣體要在工程上獲得應(yīng)用除電氣強度高外，還必須滿足其它方面的要求，諸如：1、液化溫度要低；2、良好的化學(xué)穩(wěn)定性；3、生產(chǎn)不太困難，價格合理。80

第九節(jié)沿面放電沿面放電：一種特殊的氣體放電，即沿著氣體與固體（液體）介質(zhì)分界面上發(fā)展的氣體放電現(xiàn)象。（本質(zhì)是氣體的放電，通常比純空氣間隙的擊穿電壓要低,）閃絡(luò)：沿面放電發(fā)展到貫穿兩極，使整個氣隙沿面擊穿，稱為閃絡(luò)。污閃：沿著固體（液體）介質(zhì)污染表面發(fā)展的閃絡(luò)。一、沿面放電的一般概念★注意：污閃放電與介質(zhì)表面干凈時有很大不同，而且污閃電壓要低得多，甚至可能在工作電壓下發(fā)生，嚴重影響電力系統(tǒng)的安全運行．818283二、沿面放電的類型與特點固體介質(zhì)與氣體介質(zhì)交界面上的電場分布狀況對沿面放電的特性有很大的影響，界面電場分布可分為三種典型情況：固體介質(zhì)處于均勻電場中且與電力線平行。沿面閃絡(luò)電壓比純空氣間隙的擊穿電壓低得多。固體介質(zhì)表面固體介質(zhì)表面多少會吸附空氣中的水分，引起表面電場的畸變。固體介質(zhì)表面電導(dǎo)不均勻。固體介質(zhì)與電極接觸不緊密。不可能絕對光滑。

84固體介質(zhì)處于極不均勻電場中，分界面氣隙場強中法線分量較弱。

即使沒有固體介質(zhì)的存在，電場已經(jīng)很不均勻了，任何使電場不均勻性增大的因素對氣隙擊穿電壓的影響不會像均勻電場當中那樣顯著。沿面閃絡(luò)電壓比純空氣間隙的擊穿電壓低得不很多。853、固體介質(zhì)處于極不均勻電場中，分界面氣隙場強中法線分量較強刷形放電滑閃放電沿面閃絡(luò)電暈放電淺藍色，電子崩性質(zhì)輻射細線狀，流注性質(zhì)樹枝狀，淺紫色火花放電，輕微爆裂聲。電壓較小升高，火花較大增長（先導(dǎo)性質(zhì)）電壓升高超過5-10cm貫穿兩極注意：上述先導(dǎo)性沿面放電現(xiàn)象，只有在快速交變電壓（如工頻或沖擊電壓）作用下才會發(fā)生，而在直流電壓作用下難以發(fā)生。工頻電壓作用下平板玻璃表面滑閃放電照片70kV85kV86法蘭邊緣電場最集中，具有很強法線分量。外施電壓升高，沿面放電從法蘭邊緣開始到達中心導(dǎo)桿滑閃放電階段，因已屬于先導(dǎo)放電過程，故外施電壓較小的升高可以使滑閃火花有較大的增長，由此，簡單增大套管的長度（即增大閃絡(luò)的距離）來提高閃絡(luò)電壓效果是不佳的。1—電極；2—固體介質(zhì)；3—電通量密度線以出線套管為例：87在工程實際中出線套管的等效電路圖（適用于工頻或沖擊電壓作用下，沿面放電未形成以前）各段表面C和G越大，則流過各分路中的電流就愈大，各段表面間軸向電位梯度差異就越大，容易導(dǎo)致從法蘭起始發(fā)展沿面放電。減小靠近法蘭處套管的表面電阻，可以使法蘭附近的最大沿面電位梯度減小，可以抑制沿面放電的發(fā)展。88三、絕緣子的污閃絕緣子的電氣性能常用閃絡(luò)電壓來衡量，根據(jù)工作條件不同，分為干閃和濕閃兩種。干閃：表面清潔、干燥的絕緣子的閃絡(luò)電壓。濕閃：潔凈的絕緣子在標準淋浴條件下的閃絡(luò)電壓。對單個絕緣子來講，濕閃電壓永遠小于干閃電壓。懸式絕緣子針式絕緣子柱式絕緣子89工業(yè)區(qū)、海邊或鹽堿地區(qū)運行的絕緣子，常受到工業(yè)污穢或自然界鹽堿、飛塵等污穢的污染。在干燥情況下，污穢塵埃的電阻很大，表面泄漏電流小，對絕緣子的安全運行沒有什么影響。但在大氣濕度較高如在毛毛雨、霧、露、雪等不利的天氣條件下，絕緣子表面的污穢塵埃被潤濕，表面電導(dǎo)劇增，使絕緣子在工頻和操作沖擊電壓下的閃絡(luò)電壓（污閃電壓）顯著降低，可以下降到干閃電壓的10%~60%，甚至有可能使絕緣子在工作電壓下發(fā)生閃絡(luò)。901971-1999我國大面積污閃事故：35kV~500kV輸電線路污閃4000余條次35kV~500kV變電站污閃2000余站次污閃將使設(shè)備跳閘，引起停電事故。在一些工業(yè)地區(qū)，霧天的污閃事故占輸電線路事故的21%，污閃事故造成大面積停電，檢修恢復(fù)時間長，嚴重影響電力系統(tǒng)的安全運行。大面積污閃容易造成電網(wǎng)多點同時跳閘，是電大面積污閃容易造成電網(wǎng)多點同時跳閘，是電網(wǎng)安全運行的主要威脅之一。我國污閃事故造成的損失是雷擊的10倍以上。91在遇到毛毛雨、霧、露等不利天氣時，絕緣子表面污層中的可溶性物質(zhì)溶解于水，成為電解質(zhì)，在絕緣子表面上形成一層薄薄的導(dǎo)電液膜。電導(dǎo)大增，在工作電壓下的泄漏電流大增。鐵腳附近，直徑最小，電流密度最大，發(fā)熱最甚。2、絕緣子的污閃的機理絕緣子垂直懸掛時，該處被瓷裙遮擋，表面被逐漸烘干，表面電阻率大增，迫使原來流經(jīng)該區(qū)表面的電流轉(zhuǎn)移到兩側(cè)的濕膜上去，發(fā)展下去，形成烘干帶。922、絕緣子的污閃的機理烘干帶電阻大，因此整個絕緣子上的電壓幾乎都集中在干區(qū)上，一般干區(qū)的寬度不大，所以電場強度很大，超過臨界值時，發(fā)成局部沿面放電（不穩(wěn)定、時斷時續(xù)，稱為閃爍放電）。于是大部分泄露電流經(jīng)閃爍放電通道流過，在閃爍放電通道外端附近潤濕表面處的電流密度比別處大，促使烘干區(qū)徑向