南京工业大学高电压复习资料

高电压在其他领域中的应用：1脉冲功率技术: 研究高电压、强电流、大功率脉冲的产生、传输和应用的技术 2电磁兼容: 3静电技术:静电除尘、静电喷涂、静电植绒等都是静电应用的例子4气体放电应用:污水处理和烟气的脱硫脱硝臭氧产生灭菌液电效应用于油井解堵及岩石粉碎 5脉冲电场的应用:用于牛奶和饮料的灭菌电子崩过程：外界电离因子在阴极附近产生了一个初始电子，如果空间电场强度足够大，该电子在向阳极运动时就会引起碰撞电离，产生一个新的电子，初始电子和新电子继续向阳极运动，又会引起新的碰撞电离，产生更多电子。

依此，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。

在高气压和高真空下，气隙不易发生放电现象，具有较高的电气强度（p 大λ小，p 小n 小） ()11=-d e αγe ad =常数或ad=常数自持放电的条件：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。

pd 较小时，汤逊放电自持的条件为pd 较大时(>26kPa.cm)，电子碰撞电离及空间光电离是维持自持放电的主要因素流注形成的条件：电子崩发展到足够的程度后，电子崩中的空间的电荷足以使原电场明显畸变 对均匀电场来说，自持放电条件为 1在曲线的OA 段 由于电极空间的带电粒子向电极运动加速而导致复合数的减少所致。

2当电压接近U A 时，电流趋向于饱和值 ，因为这时外界电离因子 所产生的带电粒子几乎能全部抵达电极，所以电流值仅取决于电离 因子的强弱而与所加电压无关。

3当电压提高到U B 时， 是由于气隙中出现碰撞电离和电子崩。

4电压继续升高至U 0时， 此时气体发生了击穿 由非持放电转入自持放电的电压称为起始电压U 0 1如电场比较均匀，则间隙被击穿后，根据气压、外回路阻抗等条件形成辉光放电、火花放电或电弧放电，而起始电压U 0也就是间隙的击穿电压Ub 2如电场极不均匀，则当放电由非自持转入自持时，在大曲率电极表面电场集中的区域发生电晕放电，这时起始电压是间隙的电晕起始电压，而击穿电压可能比起始电压高很多 第二章：气体放电基本物理过程 （一）气体分子的电离可由下列因素引起： 1高温下气体中的热能（热电离）因气体热状态引起的电离过程称为热电离 2各种光辐射(光电离)光辐射引起的气体分子的电离过程称为光电离 波长短的X 射线、γ射 3电子或正离子与气体分子的碰撞电离 碰撞电离主要以电子为主 4分级电离原子或分子在激励态再获得能量而发生电离称为分级电离，此时所需能量为Wi-We （二）金属（阴极）的表面电离 1正离子碰撞阴极 当正离子的位能不小于金属逸出功的两倍时 2光电子发射 当光子的能量大于逸出功时，金属表面放射出电子（紫外光照射电极 ） 3强场发射（冷发射） 阴极附近所加外电场足够强时，使阴极发射出电子（＞106V/cm ） 4热电子发射 当阴极被加热到很高温度时，其中的电子获得巨大动能，逸出金属 （三）负离子的形成 有时电子和气体分子碰撞非但没有电离出新电子，反而是碰撞电子附着分子，形成了负离子 有些气体形成负离子时可释放出能量。

称为电负性气体（如氧、氟、SF6等） 负离子的形成使自由电子数减少，对气体放电的发展起抑制。

电负性气体具有很高的电气强度。

第三章：气体间隙的击穿强度气体电气强度取决于：1、所加电压的类型：操作过电压雷电过电压工频交流电压直流电压2、电场形式：均匀或稍不均匀电场中，气体击穿场强为30kV/cm 极不均匀电场，先出现电晕50%放电电压，即多次施加电压时有半数会导致击穿的电压值Ub50Ubo＝Ub50－3σ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，称为操作过电压操作过电压下的击穿只对长间隙才有意义。

常采用与雷电冲击波相似的非周期性指数衰减波来模拟频率为数千M赫兹的操作过电压。

长空气间隙的操作冲击击穿通常发生在波前部分，因而其击穿电压与波前时间有关操作冲击电压的推荐波形：冲击电压标准波形250/2500us，允许偏差+20％，半峰值+60％工程实践中常采用振荡操作波代替非周期性的指数衰减的标准波形。

大气密度和湿度对击穿的影响：1、大气密度升高而击穿电压升高：随着空气密度的增大，气体中自由电子的平均自由程缩短了2、湿度的增加而击穿电压升高：水蒸汽是电负性气体，易俘获自由电子形成负离子，使自由电子的数量减少，阻碍了电离的发展。

（极不均匀电场）/ 均匀电场或稍不均匀电场可忽略湿度影响 实验条件下的气隙击穿电压与标准大气条件下的击穿电压之间关系：式中指数m 与电极形状、气隙长度、电压类型及其极性有关K 取决于试验电压的类型并为绝对湿度h 与相对空气密度的比率h/ 的函数。

海拔的影响：随着海拔高度的增大，空气变得逐渐稀薄，大气压力和相对密度减小，使空气密度减小，因而空气的电气强度也将降低。

SF 6： SF6的电气强度约为空气的2.5倍，灭弧能力更高达空气的100倍以上SF6气体绝缘与变压器油相比则有防火、防爆的优点。

SF6具有较高的电气强度，主要是因为其具有很强的电负性，容易俘获自由电子而形成负离子(电子附着过程)，电子变成负离子后,其引起碰撞电离的能力就变得很弱，因而削弱了放电发展过程。

SF6在极不均匀电场中击穿电压下降的程度比空气要大得多。

SF6 优异的绝缘性能只有在电场比较均匀的场合才能得到充分的发挥。

第四章：气体沿固体绝缘表面的放电闪络：沿着固体绝缘表面发生放电时称为闪络。

影响沿面闪络电压的因素是否紧密接触: 固体介质与电极表面接触不良，存在小气隙。

小气隙中的电场强度很大，首先发生放电，所产生的带电粒子沿固体介质表面移动，畸变了原有电场。

大气的湿度影响: 大气中的潮气吸附在固体介质表面形成水膜，其中的离子受电场的驱动而沿着介质表面移动，降低了闪落电压。

与固体介质吸附水分的性能也有关。

1、极不均匀电场中的沿面放电具有强垂直分量时的沿面放电电晕放电 辉光放电 滑闪放电 闪络 滑闪放电通道中的电流密度比较大，压降较小，其伏安特性具有下降特性，因此可以认为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。

U=K t U 0=K 1K 2U 0 m K δ=1⎪⎭⎫ ⎝⎛++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=t t p p δ27327300W k K =2δU=K A U S =1/(1.1-H*10-4)U S要提高套管的电晕起始电压和滑闪电压可以采取：1、减小比电容C02、减小绝缘表面电阻即减小介质表面电阻率。

例如在套管靠近接地法兰处涂半导体，在电机绝缘出口槽部分涂半导体漆等。

滑闪放电现象只出现在工频交流电压和冲击电压下，直流电压下没有明显的滑闪放电现象2、具有弱垂直分量时的沿面放电电极形状和布置已使电场很不均匀，因而介质表面积聚电荷使电压重新分布所造成的电场畸变，不会显著降低沿面放电电压另一方面，由于界面上电场垂直分量很弱，沿表面也没有较大的电容电流流过, 因此不会出现热电离和滑闪放电, 因而垂直于放电发展方向的介质厚度对放电电压实际上没有影响因此这种情况下，为提高沿面放电电压，主要从改进电极形状以改善电极附近的电场着手例如采用内屏蔽电极或外部屏蔽电极如屏蔽罩或均压环等极性电介质：分子具有固有的电矩，即正、负电荷作用中心永不重合，由极性分子组成的电介质称为极性电介质。

偶极子极化是非弹性的，极化过程需要消耗一定的能量，极化所需的时间也较长极性电介质的εr值与电源频率有较大关系，频率很高时偶极子来不及转动，因而其εr减小εr先随着T的升高而升高，然后随T的升高降低。

对液体和固体介质，温度很低时，分子间联系紧密，偶极子转动比较困难，所以εr很小热运动变得较强烈时，分子热运动阻碍极性分子沿电场取向，使极化减弱相对介电常数：是反映电介质极化程度的物理量讨论极化的意义：选择绝缘，多层介质合理配合，研究介质损耗依据，电气预防性试验，研发新材料电导率表征电介质导电性能的主要物理量电导分为离子电导和电子电导以及表面电导气体和液体只有体积电阻R V，固体还有表面电阻R S体积电导率：电阻率：ρv=Rv*S/d 电导率：γv=1/ρv=1/Rv*d/S=Gv* d/S表面电导率：电阻率：ρs=Rs*L/d 电导率：γs=1/ρs=1/Rs*d/L=Gs* d/L讨论电导的意义：绝缘预防性试验的理论依据:利用绝缘电阻泄漏电流及吸收比判断设备的绝缘状况电解质的能量损耗：一种是由电导引起的损耗，另一种是由极化引起的损耗。

统称介质损耗。

直流下：电介质中没有极化过程，损耗将仅由电导组成，所以可用体积电导率和表面电导率说明交流时：电流包含有功和无功两部分。

由功率三角形：P=Qtanδ=U2ωCtanδ用介质损失角的正切tanδ来判断介质的品质tgδ：反映的是电介质单位体积中能量损耗的大小介质损耗影响因素：与绝缘介质的形状、大小无关，只与介质的固有特性有关液体介质的击穿纯净液体击穿理论：1电击穿理论（电子碰撞离子LL）在外电场足够强时，电子在碰撞液体分子可引起电离，使电子数倍增，形成电子崩。

同时正离子在阴极附近形成空间电荷层增强了阴极附近的电场，使阴极发射的电子数增多，导致液体介质击穿。

电子的平均自由行程很小，必须大大提高场强才开始碰撞电离2气泡击穿理论（小桥理论）液体中出现气泡，在交流电压下，串联介质中电场强度的分布与介质的εr 成反比。

由于气泡的εr 最小，其电气强度又比液体介质低很多，所以气泡必先发生电离。

气泡电离后温度上升、体积膨胀、密度减小，这促使电离进一步发展。

电离产生的带电粒子撞击油分子，使它又分解出气体，导致气体通道扩大。

许多电离的气泡在电场中排列成气体小桥，击穿就可能在此通道中发生气泡理论解释工程变压器油击穿过程：研究表明，工程液体介质的击穿是由液体中的气泡或杂质如水分、悬浮的固体纤维等引起的，即气泡或杂质在电场作用下在电极间排成“小桥”，引起击穿。

可用气泡击穿理论来解释击穿过程，它依赖于气泡的形成、发热膨胀、气泡通道扩大并积聚成小桥，有热的过程，属于热击穿的范畴。

3非纯净液体电介质的小桥击穿理论液体中的杂质在电场力的作用下，在电场方向定向，并逐渐沿电力线方向排列成杂质的“小桥”液体电介质最后在气体通道中发生击穿影响液体介质击穿的因素判断变压器油的质量，主要依靠测量其电气强度、tanδ和含水量。

其中最重要的实验项目就是测量油的工频击穿电压。

1杂质的影响：油中主要杂质是水，影响由击穿的是呈悬浮状的水分。

但含水量增大时，水沉积到油底部，对油的击穿不再有太大影响。

2温度的影响：与油中含水量有关：干燥的油的击穿与温度没有太大关系，但受潮的油随着温度的升高，击穿电压显著提高，因为T升高，水在油中溶解度增加，使悬浮状水分减少。