高电压技术(1-3章)剖析

N2
6.1
15.6
CO2
10.0
13.7
O2
7.9
12.5
H2O
7.6
12.8
H2
11.2
15.4
SF6
6.8
15.6
气体介质
电气设备中常用的气体介质 ：空气、 SF6 （压缩的高电气强 度气体） 纯净的、中性状态的气体是不导电的，只有气体中出现了带电 质点（电子、正离子、负离子）后，才可能导电，并在电场作 用下发展成各种形式的气体放电现象。
1、电介质的分类
A:按介质形态分： ➢ 气体电介质 ➢ 液体电介质 ➢ 固体电介质
其中气体最常见。气体介质同其它介质相比，具有在 击穿后完全的绝缘自恢复特性（自恢复绝缘），故应用 十分广泛。
输电线路以气体 作为绝缘材料
变压器相间绝缘以 液体（固体）作为
绝缘材料
电缆是用 固体介质 作为绝缘
高压电气设备中的绝缘介质有气体、液体、固体以及其 它复合介质。由于气体绝缘介质不存在老化的问题，在击穿 后也有完全的绝缘自恢复特性，再加上其成本非常廉价，因 此气体成为了在实际应用中最常见的绝缘介质。
原子吸收了不太高 的能量
发生激励，跳 到更远的轨道
发生电离，产生带电粒子
再次吸收能量
⑵ 直接电离 原子吸收直接吸收了足够的能量
发生电离产生带电粒子
原子的激励过程不产生带电粒子； 原子的电离过程产生带电粒子； 激励过程可能是电离过程的基础。
表 1-1
某些气体的激励能和电离能
气体 激励能We (eV) 电离能Wi (eV) 气体 激励能We (eV) 电离能Wi (eV)
激励能（We）——产生激励所需的能量。等于该 轨道和常态轨道的能级差。
注意
激励状态存在的时间很短（ 10-7 —10-8 s），电子将 自动返回到常态轨道上去。
原子的激励过程不会产生带电粒子。
原子的电离
电离——在外界因素作用下，其一个或几个电子脱 离原子核的束缚而形成自由电子和正离子的过程。
击穿、放电、闪络都是在一定的电压作用下电介 质的绝缘性能被破坏的过程。
空间游离
光游离 热游离
带电质点产生
碰撞游离
气体放电 发展过程
带电质点消失
表面游离
正离子碰撞阴极 光电效应 强场发射 热电子发射
负离子的形成
带电粒子被极板吸收 带电粒子的扩散 带电粒子的复合
气体放电现象
辉光放电
气压较低， 电源功率很小时， 放电充满整个间 隙。
正常状态：优良的绝缘体。
在一个立方厘米体积内仅含几千个带电粒子,但这些带电粒子并 不影响气体的绝缘。
3、几个基本概念
击穿：在电场的作用下，电介质由绝缘状态突变为良 导电状态的过程。 放电：特指气体绝缘的击穿过程。
闪络：击穿发生在气体与液体、气体与固体交界面上的 放电现象。（也称沿面放电）。
工程上将击穿和闪络统称为放电。
气体击穿过程的理论研究虽然还不完善，但是相对于其 他几种绝缘材料来说最为完整。因此，高电压绝缘的论述一 般都由气体绝缘开始。
B:按在电气设备中所处位置分： 外绝缘：
一般由气体介质（空气）和固体介质（绝缘子） 联合构成。 内绝缘：
一般由固体介质和液体介质联合构成。
2、在电场的作用下，电介质中出现的电气现象：
带电质点(电子、负离子或正离子)
一、带电质点的产生 二、带电质点的消失
一、带电质点的产生
带电质点的来源：游离 1.定义 游离:中性质点获得外界能分解出带电质点的过程。 游离能（Wi） ：使中性质点发生游离所需的能量。 2.游离的分类 （一）空间游离：碰撞游离、光游离、热游离。 （二）表面游离：热电子发射、二次发射、光发射、
弱电场——电场强度比击穿场强小得多 会出现：极化、电导、介质损耗等。
强电场——电场强度等于或大于放电起始场强或击穿 场强：
会出现：激励、电离导致放电、闪络、击穿等。
原子的激励
激励(激发)——原子在外界因素（电场、高温等） 的作用下，吸收外界能量使其内部能量增加，原子 核外的电子将从离原子核较近的轨道上跳到离原子 核较远的轨道上去的过程。
高电压技术
第一章 气体电介质的电气性能
第一章 气体电介质的电气性能
1.1 气体中带电质点的产生和消失 1.2 均匀电场小气隙的放电 1.3 均匀电场大气隙的放电 1.4 不均匀电场气隙的击穿 1.5 冲击电压下空气的击穿特性 1.6 大气条件对空气间隙击穿电压的影响 1.7 提高气隙击穿电压的措施 1.8 沿面放电
第一章 气体电介质的电气性能
电介质（dielectric ）就是在电气设备中作为绝缘使用的绝缘材料。 从场的角度叫电介质，从工程的角度叫绝缘材料。
描述电介质性能的主要参数有： 绝缘电阻R: 描述介质导电性能的参数。 介电常数ε：描述介质极化性能的参数。
介质损耗P（tgδ): 描述介质损耗性能的参数。 击穿场强E：描述介质抗电能力的常数（耐受电压作用的能力）。
电离能（Wi）——使稳态原子或分子中结合最松弛 的那个电子电离出来所需要的最小能量。（电子伏
eV）
1eV＝1V×1.6×10-19C＝1.6×10-19J（焦耳）
1V电压
qe：电子的电荷（库伦）
注意 原子的电离过程产生带电粒子。
原子的激励与电离的关系
➢ 原子发生电离产生带电粒子的两种情况：
⑴ 激励+电离
火花放电（雷闪） 电弧放电
大气压力下。
大气压力
电源功率较小时， 下，电源功率
间隙间歇性击穿， 较大时，放电
放电通道细而明亮。具有明亮、持
续的细致通道。
电晕放电
极不均匀 电场，高电场 强度电极附近 出现发光薄层。
因气体压力、电源功率、电极形状等因素的影响，放电 具有多种形式
第一节 带电质点的产生和消失
击穿电压：电介质击穿时的最低临界电压。 实际标注的击穿场强是指均匀电场中击穿电压Uj与间隙距离d 之比，也叫电气强度，是表征电介质耐受电压作用的能力。
空气在标准状态下的电气强度为30kV/cm; 注意：不能把不均匀场中气隙Ub与间隙距离之比称为气体的 电气强度，不均匀电场中的击穿场强通常是平均击穿场强。击 穿场强是表征气体间隙绝缘性能的重要参数。
强电场发射。
（一）空间游离
（1）碰撞游离 • 运动的质点（可以是带电的，也可以是中性质点）撞击另一个
质点，且使其分解成为两个带电质点的现象称为碰撞游离。 • 发生碰撞游离的条件：撞击质点的总能量（动能＋位能）大于