高电压技术概述第2讲气体电介质的绝缘特性
高电压技术：气体绝缘材料
2、运行中，为保证SF6断路器的安全运行，要求采用专用仪器 定期监测断路器SF6气体泄漏情况，年漏气体应小于1％。
3、为保证SF6断路器可靠工作，还应装设绝缘气体的经常性监 测装置（如气体压力表）。这种经常性装置，在规定的温度之 下，当SF6气体压力或密度的变化值超过允许变化范围时，自动 发出报警信号，并装有闭锁装置，使断路器不能操作。
比空气高100倍。
使用注意事项
1、SF6气体中的水分必须控制在一定限度内，否则将给SF6电 器设备的安全运行带来问题。水分造成的危害有两个方面： （1）水分引起的化学反应 常温下SF6气体是非常稳定的，温度低于500℃时一般不会自行 分解，但是水分较多时，200℃以 上就有可能产生水解
2SF6＋6H2O→2SO2 ＋12HF＋O2 （2）水分对绝缘性能的影响 绝缘件表面出现凝露会对绝缘性能带来不利影响。通常气体中 混杂的水分以水蒸气形式存在。在温度降低时，可能冷凝为露 水附在绝缘件的表面，降低沿面闪络电压，出现沿面放电事故。
1、空气
空气在自然界中分布最广且最廉价， 是应用最广的一种气 体电介质。作为一种混合介质，空气具有液化温度低(192℃)、击穿后能自愈、物理化学性能稳定等优点，所以 在断路器中多以空气作为绝缘介质。
2、六氟化硫
SF6气体是一种电负性气体，具有 高的击穿场强，在均匀电场下大 约为空气的2.5 倍，当气体压力 为0.2MPa 时，其绝缘强度相当于 绝缘油。同时SF6气体具有优良的 灭弧性能，在高压灭弧室中，其 灭弧能力约为空气的数10 倍。近 30 年来，SF6气体在高压电气设 备中的应用日益广泛，如充SF6气 体的互感器和断路器已成为我国 220～500kV 电力系统中的主流设 备。
3、氮气
与空气相比，N2化学性质更稳定(空气中含有约21%的O2及其 它杂质， 与金属材料接触时， 由于氧化使之易于腐蚀材 料)，呈惰性且不助燃，压缩氮气在电气设备中是一种常用 的气体电介质。
《高电压技术》第二章 气体电介质的击穿特性 ppt课件
Ub是pd的函数 1
若d增加时电压不变
；是U性曲线 ，有极小值。对
0.5
，则间隙中E下降， 游离过程减弱，击穿
空气，Ub的极小 0.1 值约为325V。 此极小值出现在 0.1 0.5 1
电压增加。另外，若 5 10 P增加5，0 1则00电子自50由0 103
行程缩短，电子不易
pd≈76Pa·cm 时，即极小值出
《高电压技术》第二章 气体电介 质的击穿特性
第二章 气体电介质的击穿特性
1．均匀电场中气体的伏安特性
《高电压技术》第二章 气体电介 质的击穿特性
第二章 气体电介质的击穿特性
在0＜U＜U1时 ，由于电压升高
在U2＜U＜Ub时 电流随电压而增
时，单位时间内 加，这说明出现
进入电极的带电 了新的游离因素
正、负电荷交界处 场强被削弱
《高电压技术》第二章 气体电介 质的击穿特性
第二章 气体电介质的击穿特性
2．流注的形成和发展
流注头二部次游电离子过崩程向蓬主勃发展，放 出大量电光子子崩，汇继合续，引头起空光游离 。在流部注的前电方子出进现入了主新的二次电 当完后间大尾，射电整，电，部向出子个头荷加的周光崩间部密强电围子子延到主，生电到走 隙 空 度 了 场 放由界形电崩崩长阴放迅了通达外游成子，了极电速高道阳光离光畸的生崩崩电空于，形量质通它流，，向温迅极子，电变电了，。子间电所成的点道们注将强阳，速时引新子而场新二崩电场以负正构，被通间大极形由间起 形 在 加 中 的 次头荷强电离、成就吸 道 隙 的 运 成 阴 隙《光成受强，电电部区度子子负的是高引。接电动了极被电游的到了产子子的，较大。带混流向通子，热向击压当技质正由小多大电合注流，流互游阳穿术流的》击注就通相离极注第穿二头形过摩，发特一章性部成流擦主展旦气，了注产放，体达电介
高电压技术-第二章
δd 过大时，气压高，或距离大，这时气体击穿
的很多实验现象无法全部在汤逊理论范围内给以解 释：放电外形；放电时间；击穿电压；阴极材料。 因此，通常认为，δd ＞0.26 cm(pd＞200 cm •
mmHg)时，击穿过程将发生变化，汤逊理论的计算结
果不再适用，但其碰撞电离的基本原理仍是普遍有 效的。
电负性：一个无量纲的数，其值越大表明原子 在分子中吸引电子的能力越大 。
1.1.2 带电质点的消失
带电质点的消失可能有以下几种情况： 带电质点受电场力的作用流入电极 ；
带电质点因扩散而逸出气体放电空间；
带电质点的复合。
带电质点的复合 复合：当气体中带异号电荷的粒子相遇时，有可 能发生电荷的传递与中和，这种现象称为复合。 复合可能发生在电子和正离子之间，称为电子 复合，其结果是产生一个中性分子； 复合也可能发生在正离子和负离子之间，称为 离子复合，其结果是产生两个中性分子。
回正常态时，所产生的光子到达阴极表面都将引起
为此引入系数。 阴极表面电离，统称为 过程。
设外界光电离因素在阴极表面产生了一个自由电 子，此电子到达阳极表面时由于 α 过程，电子总数 增至 eαd 个。因在对α 系数进行讨论时已假设每次电 离撞出一个正离子，故电极空间共有 （ eαd-1）个 正离子。由系数 γ 的定义，此（ eαd-1）个正离子 在到达阴极表面时可撞出 γ（eαd-1） 个新电子，这
（2）汤逊放电理论的适用范围
汤逊理论是在低气压、 δd 较小的条件下在放电
实验的基础上建立的。 δd 过小或过大，放电机理将
出现变化，汤逊理论就不再适用了。
δd 过小时，气压极低( 过小在实际上是不可能
γ 远大于 d，碰撞电离来不及发生， 的)， d / λ 过小，
高电压技术1..
4、极不均匀电过 场程 的放电 4.1、概述
电力工程中绝不 大均 多匀 数电 是场情隙 况的 ，击 其穿 气具有 的极性效应和电 较时 长延 的， 放且与波 所形 加有 电显 压著关系 隙中的放电过短 程间 不隙 同； 于雷电然 放界 电中 是特 自长间 11 隙
放电过程，有其特殊性 。
不均匀电场形式繁多， 且大多数为不对称电场 ，少数为对称电场。
不对称电场的典型例证 是“尖－板”和“线－ 板”电场，对称电场的
范例为“尖－尖”和“ 线－线”电场。在不均 匀电场中，所加电压不
足以使整个间隙击穿时 ，则存有不同形式的局 部放电，如电晕、刷形
放电等。采用流注机理 来考量它们。为表示各 种结构电场的不均匀程
度，引入电场不均匀系
数 f ，即
f E max E av 2.3
式中 E av U d ， U 为 电极间电压； d 为 极间距。
依放电特征，按 f 将电场划分为： f 2 为 稍不均匀电场， f 4 为 极
不均匀电场。在极不均 匀电场中，间隙击穿前 先发生电晕。
4 .2、电晕放电
4 .2 .1、电晕放电及其过程
均匀电场气隙程 的， 击就 穿是 过各种持 形续 式发 游展 离的过
在不同情况下离 ，所 各起 种作 游用的， 强气 弱隙 不击 同穿的机
有差别。影响素 最是 大 d值 的， 因其 为 中 气体的相对d为 密度
极间距离。
当d较小电 时子 ，的撞击游子 离撞 和击 正阴 离极游作 离用 起
气隙的击穿 d的 函 电数 压， 约这 为就 学是 T 家 o英 w（ n 国 汤 se物 n
气体电介质的绝缘特性一
绝缘电阻的测试方法
01
02
03
直接测量法
通过测量通过绝缘材料的 电流和电压，计算出绝缘 电阻。
电桥法
利用电桥平衡原理，测量 绝缘电阻。
谐振法
利用谐振原理，测量绝缘 电阻。
绝缘强度的测试方法
耐压测试
介质损耗角正切值测试
在一定时间内，对绝缘材料施加一定 的高电压，观察是否发生击穿现象。
测量绝缘材料的介质损耗角正切值， 评估其绝缘性能。
03
气体电介质绝缘特性的影响因素
气体压力的影响
总结词
气体压力对气体电介质的绝缘特性具有重要影响。
详细描述
随着气体压力的增加，气体电介质的绝缘性能通常会提高。这是因为高压力下 气体分子间的距离减小，碰撞频率增加，导致电离的可能性降低，从而提高了 绝缘性能。
温度的影响
总结词
温度对气体电介质的绝缘特性具有显著影响。
总结词
高压输电线路中，气体电介质被广泛应用，以实现绝缘和隔 离。
详细描述
在高压输电线路中，气体电介质如SF6被用作绝缘和隔离介质 ，以防止电流从一个导体泄漏到另一个导体或周围环境中。 这种气体具有高绝缘强度和良好的热稳定性，能够在高压和 高温条件下保持稳定的绝缘性能。
电子器件中的气体绝缘
总结词
在电子器件中，气体电介质用于保护电 路和元件免受电击穿和过电压的影响。
气体电介质的绝缘特性
• 气体电介质简介 • 气体电介质的绝缘特性 • 气体电介质绝缘特性的影响因素 • 气体电介质绝缘特性的测试方法 • 气体电介质绝缘特性的应用实例
01
气体电介质简介
气体电介质的定义
01
气体电介质是指在电场作用下能 够保持绝缘性能的物质，通常是 指气体状态的绝缘材料。
高电压技术绝缘部分PPT课件
Ae T
=f(T) 或 R= f(T)
T
R
在测量电介质的电导或绝缘电阻时，必须
注意温度。
.
18
§1.3 电介质的损耗
一. 电介质损耗的基本概念 1. 在电场的作用下，电介质由于电导引起的损耗和有 损极化（如偶极子极化、夹层极化等）引起的损耗， 总称为电介质的损耗。 2. 等值电路： (1) 细化等效电路（从物理概念出发） R lk ——泄漏电阻，代表电导损耗。 C g ——介质真空和无损耗极化所形成的电容，代表 介质的无损极化。 R p ——有损耗极化形成的等效电阻. 代表各种 C p ——有损耗极化形成的等效电容. 有损极化
.
37
§2.2 气隙的击穿特性
静态击穿电压U。——长时间作 用在间隙上能使间隙击穿的最低 电压。 击穿时间tb——从开始加压的瞬 时起到气隙完全击穿为止总的时 间称为击穿时间。
tbt0ts tf
.
38
(1)升压时间t0——电压从零升到静态击穿电压U0所需的 时间。
(2)统计时延ts——从电压达到U0的瞬时起到气隙中形成 第一个有效电子为止的时间。
介质在电气设备中是作为绝缘材料使用的。
电介质的电气特性分别用以下几个参数来 表示：即
➢ 介电常数εr——电介质的极化
➢ 电导率γ（或电阻率ρ）——电导 ➢ 介质损耗角正切tgδ——损耗 ➢ 击穿场强E ——抗电性能
.
6
§1.1 电介质的极化
一．极化的定义与作用：
1．极化：电介质在电场作用下发生的束缚电荷的 弹性位移和极性分子的趋向位移的现象，叫极化。 2．作用：削弱外电场。
电子崩（α）过程
阴极表面二次发射 (γ过程）
正离子
图 2-1 低气压、短气隙情况下气体的放电过程
《高电压技术》参考答案
参考答案第一章电介质的极化、电导和损耗一、单项选择题：1. D2. D3. B二、填空题：1. 增大了2．电子式极化、离子式极化、偶极子式极化、空间电荷极化（夹层式极化）3．在电场作用下极化程度的物理量4．电子式极化、离子式极化5．偶极子式极化、空间电荷极化（夹层式极化）6．大些7．离子性、电子性8．电导强弱程度9．电场强度、温度、杂质10．体积电导、表面电导11．电导损耗、极化损耗12．电导13．δωCtgU214．电导三、简答题1．答：电介质的电导为离子性电导，随着温度的升高，分子的热运动加剧，分子之间的联系减弱，介质中离解出的离子数目增多，所以电导率增大。
而导体的电导是电子性电导，温度升高，分子的热运动加剧，电子在电场作用下定向运动时遇到的阻力增大，所以电导率降低。
2．答：不同。
电介质在直流电压作用下只有电导损耗，而在交流电压作用下除了电导损耗外还有周期性极化引起的极化损耗，所以同样条件下，电介质在交流电压下的损耗大于直流电压下的损耗。
3．答：电介质的电导是离子性电导，而金属导体的电导是电子性电导；电介质的电导率小，导体的电导率大；随温度升高，电介质的电导率增大，导体的电导率减小。
第二章气体电介质的击穿特性一、单项选择题：1．B 2. C 3. A 4. C 5. B 6. D 7. A8. C 9. D 10. A11. D 12. B 13. C 14. C二、填空题：1. 辉光放电、火花放电、电弧放电、电晕放电2．最小3．升高4．空间光游离5．棒—棒6．扩散7．改善电场分布、削弱气隙中的游离过程8．固体介质9．20℃、101.310．低11．增大12．250/250013．空间电荷14．增大三、简答题1．答：（1）因棒极附近场强很高，不论棒的极性如何，当外加电压达到一定值后，此强场区内的气体首先发生游离。
当棒具有正极性时，间隙中出现的电子向棒极运动，进入强电场区，引起碰撞游离，形成电子崩。
气体电介质的绝缘特性二分解精品PPT课件
d≥4D，电场分布极不均
匀，电压达到一定临界 值时，曲率半径小的电
Ub
d
极附近的强电场区域首 先放电，出现碰撞电离
D
1 3
和电子崩，甚至产生流
1
注。
靠近两个球极的表面出 0 d 2D d 4D 现蓝紫色晕光，并发出 “咝咝”声——电晕放
外电加。电压进一步增大，电极表面的电晕层扩
大，并出现刷状的细火花——刷状放电
21
电场不均匀系数 f
f Emax Eav
f<2时，稍不均匀电场:
Eav
U d
达到自持放电时发生击穿现象，此时间隙中平均电场强
度比均匀电场间隙的略小，即在同样极间距离时稍不均
匀场间隙的击穿电压较均匀场低；
f>4时，极不均匀电场：自持放电的条件即是电晕起始条件 ，由发生电晕击穿的过程还必须提高击穿电压才能完成
ed 常数（108）
13
（二）流注理论对高气压、长间隙（pd 很大）放电现象的解释
1．放电外形 具有通道形式
通道电荷密度很大、电导率高，故其中电场强度很小 。一旦流注出现，将降低流注头部后方及其周围空间 的电场，加强流注前方的电场，这一作用伴随着其前 方的发展而更为增强。因而在电子崩转化成流注后， 当某个流注由于偶然原因发展更快时，就将抑制其他 流注的形成和发展，这个作用随着流注向前推进将越 来越强，开始时流注很短，可能有三个，随后减为两 个，最后只剩下一个流注贯通整个间隙。
电压继续升高，火花变长，最终导致气隙完 全击穿。
2 d
19
d＝2ห้องสมุดไป่ตู้~4D，属于过渡
区域，放电过程极不 稳定，放电电压分散 性很大。
Ub
d
D
高电压技术知识
高电压技术知识第一篇电介质的电气强度第1章气体的绝缘特性与介质的电气强度1、气体中带电质点产生的方式热电离、光电离、碰撞电离、表面电离2、气体中带电质点消失的方式流入电极、逸出气体空间、复合3、电子崩与汤逊理论电子崩的形成、汤逊理论的基本过程及适用范围4、巴申定律及其适用范围击穿电压与气体相对密度和极间距离乘积之间的关系。
两者乘积大于0.26cm 时,不再适用5、流注理论考虑了空间电荷对原有电场的影响和空间光电离的作用，适用两者乘积大于0.26cm时的情况6、均匀电场与不均匀电场的划分以最大场强与平均场强之比来划分。
7、极不均匀电场中的电晕放电电晕放电的过程、起始场强、放电的极性效应8、冲击电压作用下气隙的击穿特性雷电和操作过电压波的波形冲击电压作用下的放电延时与伏秒特性50%击穿电压的概念9、电场形式对放电电压的影响均匀电场无极性效应、各类电压形式放电电压基本相同、分散性小极不均匀电场中极间距离为主要影响因素、极性效应明显。
10、电压波形对放电电压的影响电压波形对均匀和稍不均匀电场影响不大对极不均匀电场影响相当大完全对称的极不均匀场：棒棒间隙极大不对称的极不均匀场：棒板间隙11、气体的状态对放电电压的影响湿度、密度、海拔高度的影响12、气体的性质对放电电压的影响在间隙中加入高电强度气体,可大大提高击穿电压，主要指一些含卤族元素的强电负性气体，如SF613、提高气体放电电压的措施电极形状的改进空间电荷对原电场的畸变作用极不均匀场中屏障的采用提高气体压力的作用高真空高电气强度气体SF6的采用第2章液体和固体介质的绝缘的电气强度1、电介质的极化极化：在电场的作用下，电荷质点会沿电场方向产生有限的位移现象，并产生电矩（偶极矩）。
介电常数：电介质极化的强弱可用介电常数的大小来表示，与电介质分子的极性强弱有关。
极性电介质和非极性电介质：具有极性分子的电介质称为极性电介质。
由中性分子构成的电介质。
极化的基本形式电子式、离子式（不产生能量损失）转向、夹层介质界面极化（有能量损失）2、电介质的电导泄漏电流和绝缘电阻气体的电导:主要来自于外界射线使分子发生电离和强电场作用下气体电子的碰撞电离液体的电导:离子电导和电泳电导固体的电导：离子电导和电子电导3、电介质的损耗介质损耗针对的是交流电压作用下介质的有功功率损耗电介质的并联与串联等效回路介质损耗一般用介损角的正切值来表示气体、液体和固体电介质的损耗液体电介质损耗和温度、频率之间的关系4、液体电介质的击穿纯净液体介质的电击穿理论纯净液体介质的气泡击穿理论工程用变压器油的击穿理论5、影响液体电介质击穿的因素油品质、温度、电压作用时间、电场均匀程度、压力6、提高液体电介质击穿电压的措施提高油品质，采用覆盖、绝缘层、极屏障等措施7、固体电介质的击穿电击穿、热击穿、电化学击穿的击穿机理及特点8、影响固体电介质击穿电压的主要因素电压作用时间温度电场均匀程度受潮累积效应机械负荷9、组合绝缘的电气强度“油-屏障”式绝缘油纸绝缘第二篇电气设备绝缘试验第3章绝缘的预防性试验1、绝缘电阻与吸收比的测量用兆欧表来测量电气设备的绝缘电阻吸收比K定义为加压60s时的绝缘电阻与15s时的绝缘电阻比值。
高电压技术
第一章气体的绝缘特性1.电介质在电气设备中作为绝缘材料使用，按其物质形态，可分为三类：气体电介质液体电介质固体电介质在电气设备中又分为：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、一些基本概念：①气体介质的击穿——当加在气体间隙上的电场强度达到某一临界值后，间隙中的电流会突然剧增，气体介质会失去绝缘性能而导致击穿的现象，也称为气体放电。
②放电电压UF——在间隙距离及其它相关条件一定的条件下，加在间隙两端刚好能使其击穿的电压。
由于相关条件的变化，这个值有一定的分散性。
③击穿场强——指均匀电场中击穿电压与间隙距离之比。
这个参数反映了某种气体介质耐受电场作用的能力，也即该气体的电气强度，或称气体的绝缘强度。
④平均击穿场强——指不均匀电场中击穿电压与间隙距离之比。
3.大气击穿的基本特点固体介质中的击穿将使介质强度永久丧失；而气体和液体击穿发生击穿时，一般只引起介质强度的暂时降低，当外加电压去掉后，绝缘性能又可以恢复，故称为自恢复绝缘。
§1.1 气体介质中带电质点的产生和消失一、气体原子的激发与游离产生带电质点的物理过程称为游离，是气体放电的首要前提。
1、几个基本概念①激发—-原子在外界因素（如电场、温度等）的作用下，吸收外界能量使其内部能量增加，从而使核外电子从离原子核较近的轨道跃迁到离原子核较远的轨道上去的过程（也称为激励）。
②游离—-中性原子由外界获得足够的能量，以致使原子中的一个或几个电子完全脱离原子核的束缚而成为自由电子和正离子（即带正电的质点）的过程（也称为电离）。
2、游离的基本形式①碰撞游离a 、当带电质点具有的动能积累到一定数值后，在与气体原子（或分子）发生碰撞时，可以使后者产生游离，这种由碰撞而引起的游离称为碰撞游离。
b 、发生条件：——气体分子（或原子）的游离能c 、碰撞游离的特点碰撞游离是气体放电过程中产生带电质点的极重要的来源。
高电压技术(第二章)
容易沿电场方向极化定向，排列成杂质小桥：
1. 如果杂质小桥尚未接通电极，则纤维等杂质与油串联，由于
度显著增高并引起电离，于是油分解出气体，气泡扩大，电 离增强，这样发展下去必然会出现由气体小桥引起的击穿。
纤维的 r大以及含水分纤维的电导大，使其端部油中电场强
Emax
利用系数： Eav r0 R ＝ ln Emax R r0 r0
Emin
0
r0
三. 影响液体介质击穿电压的因素
1.电压形式的影响 击穿电压跟电压的作用时间和电压上升 率有关 2. 含水量、含气量 3. 温度
4. 杂质的影响
5. 油量的影响
水分和油温
Ub(kV)
悬浮状水滴在油中是十分有 40 害的，如右图，当含水量为 万 分之几时，它对击穿电压就有明 20 显的影响，这意味着油中已出现 悬浮状水滴；含水量达0.02%时 击穿电压已下降至约15kV，比 0 0.02 0.04 含水量(%) 不含水分时低很多 。含水量继 标准油杯实验 续增大击穿电压下降已不多，因为只有一定数量的水分能悬 浮于水中，多余的会沉淀到油底部。 潮湿的油由0℃开始 上升时，一部分水分从悬浮状态转为 害处较小的溶解状态，使击穿电压上升；超过80 ℃后，水开始 汽化，产生气泡，引起击穿电压下降，从而在60 ℃～80℃间出 现最大值
与周围环境温度无关。
2. 热击穿：由于固体介质内部热不稳定性造成。
电压作用下 介质损耗， 使介质发热 发热大于散 热时，介质温 度不断升高 介质分解、 熔化、碳化 或烧焦
热击穿
特点：
(1)在电压作用下，产生的电导电流和介质极化引起介质损耗， 使介质发热． (2)热击穿电压随环境温度的升高而下降,热击穿电压直接与 散热条件有关
高电压技术部分知识点复习
《高电压技术》部分知识点复习第一部分 高电压绝缘及其试验（1-6章）重点：高压绝缘中电介质的电气特性及高压设备的绝缘预防性试验。
气体的绝缘特性1、汤逊理论：（气体伏安特性）基本理论，带电粒子产生的条件，：外界加入的能量大于或等于电离能。
产生的方式：碰撞电离，光电离、热电离、表面电离、负离子的形成。
去游离条件，：去游离的方式：带电质点受电场力的作用流入电极中和电量；带电质点的扩散、带电质点的复合。
’电子崩的发展规律：气体发生撞击电离，电离出来的电子和离子在场强的驱引下又加入到撞击电离过程，于是，电离过程就像雪崩一样增长起来。
及自持放电条件，：汤逊理论的局限性：δS>0.26cm,气隙击穿电压与按汤森德理论计算出来的数值差异较大。
对δS 较大时的很多气隙放电现象无法解释。
比如放电形式、阴极材料、放点时间。
汤逊理论适用范围。
：低气压、短间隙的情况和较均匀场中。
2、不均匀场放电特性：流注理论，：由初崩中辐射出的光子，在崩头、崩尾外围空间的局部强场中衍生出二次电子崩并汇合到主崩通道中来，使主崩通道不断向前、后延伸的过程。
电子崩的发展规律：有效电子(经撞击电离)→电子崩(畸变电场)→发射光子(在强电场作用下)→产生新的电子崩(二次崩) →形成混质通道(流注)→由阳极向阴极(阳极流注)或由阴极向阳极(阴极流注)击穿.及自持放电条件：δS>0.26cm,即产生流注的条件，适用范围：δS>0.26cm 的均匀电场和不均匀电场各种电压作用的放电特性：放电时延的定义：从电压达到U0的瞬时起，到气隙完全被击穿为止的时间，u 50%在何处：气隙被击穿的概率为50%的冲击电压峰值，接近伏秒特性带的最下边缘。
3.、提高抗电强度的措施：改善电场分布、采用高度真空、增大气压、采用耐电强度高的气体。
4、沿面放电的三个阶段及提高沿面放电电压的措施：电晕放电、刷形放电、滑闪放电措施：屏障、屏蔽、加电容极板、消除窄气隙、绝缘表面处理、改善局部绝缘体的表面电阻率、强制固定绝缘沿面各点的电位、附加金具、阻抗调节。
高电压技术第2章 液体和固体电介质的绝缘特性
36
（二）气体介质的损耗
气体间距离大，相互间作用力 弱，所以在极化过程中不会引起损 耗。 如果外加电场还不足以引起电离 过程，气体中只存在很小的电导损 耗（tanδ<10-8)。 若气体的电场强度E达到放电起 始场强E0。损耗急剧增加。
37
（三）液体电介质的损耗
中性或弱极性液体介质的损 耗主要起因于电导，损耗较小， 与温度的关系也与电导相似。
表面干燥、清洁 表面电导
表面脏污、受潮
非极性和弱极性电介质
（五）电导在工程实际中的意义
（1）在绝缘预防性试验中，一般要测量绝缘电阻和泄漏电流， 以判断绝缘是否受潮或其他劣化现象； （2）串联多层介质在直流电压下稳态分布和各层电导成反比， 所以设计用于直流设备时，要注意所用介质的电导率，尽量 使材料得到合理使用； （3）设计绝缘结构时要考虑环境条件，特别是湿度的影响； （4）对某些能量较小的电源，如静电发生器等，要注意减小 绝缘材料的表面泄漏电流以保证得到高电压； （5）并不是所有情况下都希望绝缘电阻高，有些情况下要设 法减小绝缘电阻值。如在高压套管法兰附近涂上半导体釉， 高压电机定子绕组出槽口部分涂半导体漆等，都是为了改善 30 电压分布，以消除电晕。
强极性分子 离子键（强极性键） 原子的电负性相同 非极性键 非极性分子 一个极性键组成 极性分子 化学键 共价键 原子的电负性不同 极性键 结构对称 非极性分子 多个极性键组成 结构不对称 极性分子 分子键 - 分子间通过吸引力结合在一起。 强极性分子 离子性电介质（只有固体形式） 极性分子 极性电介质：环氧树脂、蓖麻油等 非极性分子 非极性电介质：聚四氟乙烯、氮气等
掌握极化、电导和损耗的概念 内容：
高电压课件第讲气体电介质的绝缘特性三PPT课件
右图不能完全配合：电压较低时，S2可以保护S1；电压较高时 ，则不行
1.5 操作冲击电压作用下气体的击穿
一、操作冲击电压标准波形(两种)
非周期性指数衰减波 （自然波头时间/自然波尾时间）
推荐操作冲击电压的标准波形为250／2500s （T1/T2） 衰减振荡电压波
第一个半波的持续时间在2000～3000 s之间 ，反极性的第二 个半波的幅值达到第一个半波幅值80％
-
33
不均匀电场易发生电离，但流注形成后，需进一步增加电压才可
能导致间隙击穿。（不均匀电场中的电晕电压﹤击穿电压）
-
9
上次课回顾（2）
先导：长间隙放电时，流注发展到足够长度后，将有较多的电子 沿通道流向电极，流过通道根部的电子最多，流注根部温度最高 ，出现热电离过程。这个具有热电离过程的通道称为先导。
击穿电压较低。
负棒—正板
E
E0 Eq 0
Ecom E0 Eq Eq
Eq
x
负棒—正板
电子崩中的电子离开强电场区后，不再能引起 电离，向阳极运动的速度也越来越慢。
电子崩中的正离子加强了棒极附近的场强，使 棒极附近容易形成流注。
结论：
（1）电晕起始电压比正极性时要低。 （2）正空间电荷产生的附加电场与原电场方向相反
• 持续作用电压：直流和交流电压 • 冲击电压（持续作用时间段）：操作冲击和雷电冲击。
击穿条件
足够幅值的电压 一定时间的作用
-
24
1.6 电场形式、电压波形与击穿电压的关系
间隙距离相同时，电场越均匀，击穿电压越高
均匀电场
• 直流击穿电压=工频击穿电压峰值=50%冲击击穿电压
• 击穿电压分散性小
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电子在其自由行程内从外电场获得动能 ，能量除决定 于电场强度外，还和其自由行程有关
9ห้องสมุดไป่ตู้
气体放电中，碰撞电离主要是由电子和气体分 子碰撞而引起的
在电场作用下，电子被加速而获得动能。当电 子的动能满足如下条件时，将引起碰撞电离
Eq
1 2
m
2
Wi
碰撞电离的形成与电场强度和平均自由行程的
大小有关
10
光辐射引起的气体分子的电离过程称为光电离 自然界、人为照射、气体放电过程
当气体分子受到光辐射作用时，如光子能量满足下面条 件，将引起光电离，分解成电子和正离子
光辐射能够引起光h电 离 W的i临界波长（即最大波长）为
5
（一）气体分子的电离可由下列因素引起： （1）电子或正离子与气体分子的碰撞电离 （2）各种光辐射（光电离） （3）高温下气体中的热能（热电离） （二） 金属（阴极）的表面电离
6
自由行程：粒子在两次碰撞之间的行程 电子的平均自由行程要比分子和离子的大得多 气体分子密度越大，其中粒子的平均自由行程越小。对于同一种气
17
正离子和负离子或电子相遇，发生电荷的传递而互相中 和、还原为分子的过程
在带电粒子的复合过程中会发生光辐射，这种光辐射在 一定条件下又可能成为导致电离的因素
正、负离子间的复合概率要比离子和电子间的复合概率 大得多。通常放电过程中离子间的复合更为重要
一定空间内带电粒子由于复合而减少的速度决定于其浓 度
体，其分子密度和该气体的密度成正比
T
p
7
自由行程的分布： 具有统计性的规律。粒子的自由行程大于x的概 率为 x
f ( x) e 如果起始有n0个粒子（或一个粒子的 相继n0次碰撞），则其中行过
距离x后，尚未被碰撞的粒子数（或次数）n(x)应为
x
n(x) n0e
8
粒子的平均自由行程
度，气体分子动能就足以导致发生明显的碰撞电离 高温下高能热辐射光于也能造成气体的电离
12
阴极发射电子的过程 逸出功（1－5eV） ：与金属的微观结构 、金属表面 状态有关
金属表面电离的多种方式 （1）正离子碰撞阴极 正离子碰撞阴极时使电子逸出金属（传递的能量要 大于逸出功）。逸出的电子有一个和正离子结合成为 原子，其余的成为自由电子。因此正离子必须碰撞出 一个以上电子时才能出现自由电子
20
气体放电的主要形式
根据气体压力、电源功率、电极形状等因素的不同， 击穿后气体放电可具有多种不同形式。利用放电管可 以观察放电现象的变化
辉光放电 电弧放电 火花放电 电晕放电 刷状放电
21
当气体压力不大，电源功率很小（放电回路中串入 很大阻抗）时，外施电压增到一定值后，回路中电 流突增至明显数值，管内阴极和阳极间整个空间忽 然出现发光现象
特点是放电电流密度较小，放电区域通常占据了整 个电极间的空间。霓虹管中的放电就是辉光放电的 例子。管中所充气体本同，发光颜色也不同
第2讲 1 气体电介质的绝缘特性（一）
2
在电场作用下，气隙中带电粒子的形成和运动过程
气隙中带电粒子是如何形成的？ 气隙中的导电通道是如何形成的？ 气隙中导电通道形成后是如何维持持续放电的？
3
原子能级 以电子伏（eV）为单位 1eV＝1V×1. 6×10-19C＝1.6×10-19J
16
带电粒子的扩散和气体分子的扩散一样，都是由于热运 动造成，带电粒子的扩散规律和气体的扩散规律也是相 似的
气体中带电粒子的扩散和气体状态有关，气体压力越高 或者温度越低，扩散过程也就越弱
电子的质量远小于离子，所以电子的热运动速度很高， 它在热运动中受到的碰撞也较少，因此，电子的扩散过 程比离子的要强得多
原子激励
原子在外界因素作用下，其电子跃迁到能量较高的状态， 所需能量称为激励能We
激励状态恢复到正常状态时，辐射出相应能量的光子，光
子（光辐射）的频率
W h
4
原子电离——
原子在外界因素作用下，获得能量，使其一个或几个电子 脱离原子核的束缚而形成自由电子和正离子的过程
电离过程所需要的能量——电离能Wi（10-15 eV），也可 用电离电位Ui（V）
对所有气体来说0， 在qhUc可i 见12U光2i9（4n0m0750nm）的作用下， 一般是不能直接发生光电离的
11
因气体热状态引起的电离过程——热电离（碰撞电离 与光电离的综合） 气体分子的平均动能和气体温度的关系为
3
在它们相互碰撞W时m ， 2就K可T 能引起激励或电离 在高温下，例如发生电弧放电时，气体温度可达数千
（二）带电粒子的扩散
（三）带电粒子的复合 （中和，空间或器壁）
（四）附着效应
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带电粒子产生以后，在外电场作用下将作定向运动，形 成电流
j qnvd
在气体放电空间 ，带电粒子在一定的电场强度下运动达 到某种稳定状态 ，保持平均速度，即上述的带电粒子的 驱引速度
b —vd—迁b移E 率
▪ 电子迁移率比离子迁移率大得多，即使在很弱的电场中， 电子迁移率也随场强而变
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（2）光电效应 金属表面受到光的照射，当光子的能量大于选出功时，
金属表面放射出电子 （3）强场放射（冷放射）
当阴极附近所加外电场足够强时，使阴极放射出电子 （4）热电子放射
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
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（一）电场作用下气体中带电粒子的运动 失）
（定向运动，消
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（四）附着效应——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。这类气体容易
形成 等）
负离
子，称
为电
负性
气体（
如氧
、氟
、氯，
SF6
质量大、速度小——阻碍放电，绝缘强度较高
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第二节 均匀电场中气体的击穿
一、汤逊理论
1、实验结果及理论 （1）定性分析 （2）定量分析---自持放电条件、汤逊理论 （3）汤逊理论的中心思想 2、巴申定律 3、汤逊理论的弱点 二、流注理论
1、流注理论 （1）电子崩阶段
空间电荷影响 光游离
（2）流注阶段 （3）主放电阶段 2、流注理论的中心思想 3、流注理论对放电现象的解释