3高电压技术第三章
高电压技术(第三版) 简答题整理
第一章电解质的极化和电导①气体介质的介电常数：1)一切气体的相对介电常数都接近于1。
2)任何气体的相对介电常数均随温度的升高而减小，随压力的增大而增大，但影响都很小。
②液体介质的介电常数：1)这类介质通常介电常数都较大。
但这类介质的缺点是在交变电场中的介质损较大，在高压绝缘中很少应用。
2)低温时，分子间的黏附力强，转向较难，转向极化对介电常数的贡献就较大，介电常数随之增大；温度升高时，分子间的热运动加强，对极性分子定向排列的干扰也随之增强，阻碍转向极化的完成，所以当温度进一步升高时，介电常数反而会趋向减小。
③固体介质的相对介电常数：1)中性或弱极性固体电介质：只具有电子式极化和离子式极化，其介电常数较小。
介电常数与温度之间的关系也与介质密度与温度的关系很接近。
2)极性固体电介质：介电常数都较大，一般为3—6，甚至更大。
与温度和频率的关系类似畸形液体所呈现的规律。
3、介电常数与温度、频率关系:1)低温时，分子间黏附力强，转向较难，转向极化对介电常数的贡献较小，随温度升高，分子间黏附力下降，转向极化对介电常数贡献较大，介电常数随之增大，当温度进一步升高时，分子的热运动加强，对极性分子的定向排列的干扰也随之增强，阻碍转向的完成，介电常数反而趋向较小。
2)当频率相当低时，偶极分子来得及跟随交变电场转向，介电常数较大，接近于直流电压下测得的介电常数，当频率上升，超过临界值时，极性分子的转向已跟不上电场的变化，介电常数开始减小，随着频率的继续上升由电子位移极化所引起的介电常数极性。
4.电解质电导与金属电导区别：金属导电的原因是自由电子移动；电介质通常不导电，是在特定情况下电离、化学分解或热离解出来的带电质点移动导致。
5温度对电导影响：温度升高时液体介质的黏度降低，离子受电场力作用而移动所受阻力减小，离子的迁移率增大，使电导增大；另外，温度升高时，液体介质分子热离解度增加，也使电导增大。
6.电容量较大的设备经直流高压试验后，接地放电时间长的原因：由于介质夹层极化，通常电气设备含多层介质，直流充电时由于空间电荷极化作用，电荷在介质夹层界面上堆积，初始状态时电容电荷与最终状态时不一致；接地放电时由于设备电容较大且设备的绝缘电阻也较大则放电时间常数较大（电容较大导致不同介质所带电荷量差别大，绝缘电阻大导致流过的电流小，界面上电荷的释放靠电流完成），放电速度较慢故放电时间要长达5～10min。
3高电压技术第三章
另一个是削弱气体间隙中的游离因素.
36
3.6.
1.
提高气体间隙绝缘强度的方法
改善电场分布的措施
(1).改变电极形状
37
3.6.
1.
提高气体间隙绝缘强度的方法
改善电场分布的措施
(2).利用空间电荷对电场的畸变作用 在极不均匀电场中，在远低于间隙的击穿电 压时就已经发生电晕放电。在一定的条件下，可
利用电晕电极所产生的空间来改善极不均匀电场
波头时间T1：T1=(1.2 30%)μs 是经过0.3Um和0.9Um两点的直 线构成的视在斜角波前。
6
几个参数
波长时间:T2=(50 是经过0.3Um 和波头后0.5Um两
20%)μs
点构成的时间。
标准波形通常用符号 1.2 / 50s 表示.
7
（4）操作冲击电压下间隙的击穿特性
1 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而产生的过 电压。
2.削弱游离因素的措施 (3).采用高耐电强度气体
SF6气体属强电负性气体,容易吸附电子成为负离 子,从而削弱了游离过程，提高压力后可相当于一 般液体或固体绝缘的绝缘强度。 SF6是一种无色、无味、无臭、无毒、不燃的不 活泼气体，化学性能非常稳定，无腐蚀作用。它具 有优良的灭弧性能，其灭弧能力是空气的100倍， 故极适用于高压断路器中。
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(2) 曲线求取方法
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(3) 电场均匀程度对曲线的影响
不均匀电场由于平均击穿电场强度较低,而且流注 总是从强场区向弱场区发展,放电速度受到电场分布 的影响,所以放电时延长,分散性大,其伏秒特性曲线 在放电时间还相当大时,便随时间之减小而明显地上 翘,曲线比较陡. 均匀或稍不均匀电场则相反,由于击穿时平均场强 较高,流注发展较快,放电时延较短,其伏秒特性曲线 较平坦.
高电压技术习题及答案复试必备
第一章气体放电的根本物理过程一、选择题1) 流注理论未考虑的现象。
A ．碰撞游离B ．外表游离C ．光游离D ．电荷畸变电场2) 先导通道的形成是以的出现为特征。
A ．碰撞游离B ．外表游离C ．热游离D ．光游离3) 电晕放电是一种。
A ．自持放电B ．非自持放电C ．电弧放电D ．均匀场中放电4) 气体的各种粒子因高温而动能增加，发生相互碰撞而产生游离的形式称为。
A.碰撞游离B.光游离C.热游离D.外表游离5) ______型绝缘子具有损坏后“自爆〞的特性。
A.电工瓷 B.钢化玻璃 C.硅橡胶 D.乙丙橡胶6) 以下哪个不是发生污闪最危险的气象条件？A.大雾B.毛毛雨C.凝露D.大雨7) 污秽等级II 的污湿特征：大气中等污染地区，轻盐碱和炉烟污秽地区，离海岸盐场3km~10km 地区，在污闪季节中潮湿多雾但雨量较少，其线路盐密为2/cm mg 。
A.≤0.03B.>0.03~0.06C.>0.06~0.10D.>0.10~0.258)以下哪种材料具有憎水性？A.硅橡胶B.电瓷C. 玻璃 D 金属二、填空题9) 气体放电的主要形式：、、、、10) 根据巴申定律，在某一PS 值下，击穿电压存在值。
11) 在极不均匀电场中，空气湿度增加，空气间隙击穿电压。
12) 流注理论认为，碰撞游离和是形成自持放电的主要因素。
13) 工程实际中，常用棒－板或电极构造研究极不均匀电场下的击穿特性。
14) 气体中带电质子的消失有、复合、附着效应等几种形式15) 对支持绝缘子，加均压环能提高闪络电压的原因是。
16) 沿面放电就是沿着外表气体中发生的放电。
17)标准参考大气条件为：温度C t 200=，压力=0b kPa ，绝对湿度30/11m g h = 18)越易吸湿的固体，沿面闪络电压就越______ 19) 等值盐密法是把绝缘子外表的污秽密度按照其导电性转化为单位面积上__________含量的一种方法20)常规的防污闪措施有：爬距，加强清扫，采用硅油、地蜡等涂料三、计算问答题21) 简要论述汤逊放电理论。
《高电压绝缘技术》第3章
高电压与绝缘技术专业培训课程2009年7月23日高电压绝缘技术High Voltage Insulation Technology U n i v e r s i t y n J i a o t o n g 西安交通大学高电压技术教研室© 2009 X i ’a 丁卫东wdding@ 029********y r i g h t 029-********第三章：气体中的沿面放电和高压绝缘子Xi’an Jiaotong University 《高电压绝缘技术》绝缘子的性能要求和材料绝缘子在电力系统中的作用：机械上相互连接，电气上相互绝缘高压绝缘子的分类：(1)绝缘子：用作导电体和接地体之间的绝缘和固定连接。
如隔离开关中用于固定触头的支柱绝缘子等。
(2)瓷套用作电器内绝缘的容器，并使内绝缘免遭周围环境因素的影响。
如电压互感器的瓷套等。
(3)套管：用作导电体穿过电器外壳、接地隔板或墙壁的绝缘部件。
如Xi’an Jiaotong University 《高电压绝缘技术》变压器绕组的出线套管等。
瓷套管以瓷作为主要绝缘，电容套管、充油套管则以瓷套作为外绝缘。
绝缘子的电气性能和机械性能有足够的电绝缘强度；能承受一定的机械负荷；能经受不利的环境和大气作用。
电气性能•干闪络电压：表面清洁、干燥的绝缘子的闪络电压。
是户内绝缘子的主要性能。
•湿闪络电压：表面洁净的绝缘子在淋雨时的闪络电压。
国标对人造雨水的规定：体积电阻率100±5Ω⋅m(20°C时)，雨1015mm/min滴细小均匀，降雨量为1.0-1.5mm/min，降雨方向与水平面近似为45°。
•污秽闪络电压表面脏污的绝缘子在受潮情况下的闪络电压。
目前常用爬电距离来衡量绝缘子在污秽和受潮条件下的绝缘能力。
Xi’an Jiaotong University 《高电压绝缘技术》机械性能•拉伸负荷：如悬挂输电线的绝缘子受重力和导线拉力的作用。
高电压技术3-4
所以电阻R0和电导G0的存在不致引起波传播过程中电 能与磁能的相互交换，电磁波只是逐渐衰减而不至于变 形。
式(7-28)叫做波传播的无变形条件，或叫无畸变条件。 满足此条件时，电压波和电流波可以写成以下形式：
u ( x, t ) e t (u f ub ) 1 t i( x, t ) e (u f ub ) Z
将是行波传播距离和电压u的函数，规程 《SDJ7-79》建议采用（7-31）经验公式计算 。
0.008u l ( 0 . 5 ) h
（7-31）
式中l为行波传播距离（km），u为行波电压(kV)， h为导线对地平均高度（m)。
实测结果表明，电晕在波尾上将停止发展，并且 电晕圈逐步消失，衰减后的波形与原始波形的波尾交 点即可近似视为衰减后波形之波幅，如图7-14中B点 所示，其波尾与原始波形的波尾大体上相同。
（7-33）
绕组末端不接地时
ch (l x) u U0 ch (l )
其中
l
C0 l K0 C K
（7-34）
C、K分别为绕组的对地总电容、纵向总电容。
对于未采取特殊措施的普通连续式绕组， l 值约为 sh 5-10，平均为10。由于l ＞5时， (l ) ch (l ) el / 2 ； 且当 ( x / l ) 0.8 时， sh(l x) 和 ch(l x) 也很接近，可以 sh 近似认为； (l x) ch (l x) e (l x) / 2 因此，式(7-33)、 (7-34)可以近似地用同一个公式表示
若线路中同时存在前行波uf、if和反行波ub、ib ，则
高电压技术(第三版)课后习题答案
第一章作业⏹1-1解释下列术语（1）气体中的自持放电；（2）电负性气体；（3）放电时延；（4）50%冲击放电电压；（5）爬电比距。
答：（1）气体中的自持放电：当外加电场足够强时，即使除去外界电离因子，气体中的放电仍然能够维持的现象；（2）电负性气体：电子与某些气体分子碰撞时易于产生负离子，这样的气体分子组成的气体称为电负性气体；（3）放电时延：能引起电子崩并最终导致间隙击穿的电子称为有效电子，从电压上升到静态击穿电压开始到出现第一个有效电子所需的时间称为统计时延，出现有效电子到间隙击穿所需的时间称为放电形成时延，二者之和称为放电时延；（4）50%冲击放电电压：使间隙击穿概率为50%的冲击电压，也称为50%冲击击穿电压；（5）爬电比距：爬电距离指两电极间的沿面最短距离，其与所加电压的比值称为爬电比距，表示外绝缘的绝缘水平，单位cm/kV。
1-2汤逊理论与流注理论对气体放电过程和自持放电条件的观点有何不同？这两种理论各适用于何种场合？答：汤逊理论认为电子碰撞电离是气体放电的主要原因，二次电子来源于正离子撞击阴极使阴极表面逸出电子，逸出电子是维持气体放电的必要条件。
所逸出的电子能否接替起始电子的作用是自持放电的判据。
流注理论认为形成流注的必要条件是电子崩发展到足够的程度后，电子崩中的空间电荷足以使原电场明显畸，流注理论认为二次电子的主要来源是空间的光电离。
汤逊理论的适用范围是短间隙、低气压气隙的放电；流注理论适用于高气压、长间隙电场气隙放电。
1-3在一极间距离为1cm的均匀电场电场气隙中，电子碰撞电离系数α=11cm-1。
今有一初始电子从阴极表面出发，求到达阳极的电子崩中的电子数目。
解：到达阳极的电子崩中的电子数目为n a= eαd= e11⨯1=59874答：到达阳极的电子崩中的电子数目为59874个。
1-5近似估算标准大气条件下半径分别为1cm 和1mm 的光滑导线的电晕起始场强。
解：对半径为1cm 的导线）（）（cm m c /kV 39113.011130)r δ0.3δ(130E =⨯+⨯⨯⨯=+=对半径为1mm 的导线)/(5.58)11.03.01(1130E cm kV c =⨯+⨯⨯⨯=答：半径1cm 导线起晕场强为39kV/cm ，半径1mm 导线起晕场强为58.5kV/cm1-10 简述绝缘污闪的发展机理和防止对策。
高电压技术(全套课件)
信息工程学院电气教研室
绪论
一．内容与范畴
高电压技术是电工学科的一个重要分支，它涉及到 数学、物理、化学、材料等基础学科，主要研究高电压 （强电场）下的各种电气物理问题。20世纪60年代以来， 高电压技术一直不断吸收其他学科尤其是新科技领域的 成果，促进自身发展；也促进了电力传输、大功率脉冲 技术、激光技术、核物理等科技领域的发展，显示出强 大的活力。
四.重点和难点
课程的重点包括： 汤逊理论和流注理论等气体放电的基本理论、电场
型式及其与击穿特性的关系、液体和固体电介质的 绝缘特性； 绝缘特性的测量方法、电气设备的高电压试验设备及 原理； 线路和绕组中的波过程、电力系统中的过电压及其防 护、绝缘配合。
课程的难点是：
汤逊、流注气体放电理论的理解； 电介质的极化、电导和损耗的物理概念及其工
当不存在外电场时，电子云的 中心与原子核重合，此时电矩为 零．当外加一电场，在电场力的 作用下发生电子位移极化．当外 电场消失时，原子核对电子云的 引力又使二者重合，感应电矩也 随之消失。
电场中的所有电介质内都存在 电子位移极化。
二、离子位移极化
在由离子结合成的电介质内，外电场的作用除促使
各个离子内部产生电子位移极化外还产生正、负离子相对位移而
二 .课程内容
第一篇 各类电介质在高电场下的特性 教学内容：气体放电的基本物理过程；气体介质的 气强度；液体和固体介质的电气特性。
第二篇 电气设备绝缘试验技术 教学内容：电气设备绝缘预防性试验；绝缘的高电压 试验。
第三篇 电力系统过电压与绝缘配合 教学内容：输电线路和绕组中的波过程；雷电放电与 防雷保护装置；电力系统的防雷保护；内部过电压； 电力系统绝缘配合。
高电压技术复习要点
第一章 电介质的电气强度1.1气体放电的基本物理过程1.高压电气设备中的绝缘介质有气体、液体、固体以及其他复合介质。
2.气体放电是对气体中流通电流的各种形式统称。
3.电离：指电子脱离原子核的束缚而形成自由电子和正离子的过程。
4.带电质点的方式可分热电离、光电离、碰撞电离、分级电离。
5.带电质点的能量来源可分正离子撞击阴极表面、光电子发射、强场发射、热电子发射。
6.带电质点的消失可分带电质点受电场力的作用流入电极、带电质点的扩散、带电质点的复合。
7.附着：电子与气体分子碰撞时，不但有可能引起碰撞电离而产生出正离子和新电子，也可能发生电子附着过程而形成负离子。
8.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。
（1）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；（2） 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。
9.1、放电的电子崩阶段（1）非自持放电和自持放电的不同特点宇宙射线和放射性物质的射线会使气体发生微弱的电离而产生少量带电质点；另一方面、负带电质点又在不断复合，使气体空间存在一定浓度的带电质点。
因此，在气隙的电极间施加电压时，可检测到微小的电流。
由图1-3可知：（1）在I-U 曲线的OA 段：气隙电流随外施电压的提高而增大，这是因为带电质点向电极运动的速度加快导致复合率减小。
当电压接近 时，电流趋于饱和，因为此时由外电离因素产生的带电质点全部进入电极，所以电流值仅取决于外电离因素的强弱而与电压无关。
（2）在I-U 曲线的B 、C 点：电压升高至 时，电流又开始增大，这是由于电子碰撞电离引起的，因为此时电子在电场作用下已积累起足以引起碰撞电离的动能。
电压继续升高至 时，电流急剧上升，说明放电过程又进入了一个新的阶段。
此时气隙转入良好的导电状态，即气体发生了击穿。
（3）在I-U 曲线的BC 段：虽然电流增长很快，但电流值仍很小，一般在微安级，且此时气体中的电流仍要靠外电离因素来维持，一旦去除外电离因素，气隙电流将消失。
高电压技术第三章
高电压技术第三章
(3)极不均匀电场长气隙的操作冲击击穿特性 具有显著的“饱和特征”，而其雷电冲击击穿特性 却是线性的。电气强度最差的正极性“棒—板”气隙 的饱和现象最为严重，尤其是在气隙长度大于5m 以后，这对特高压输电技术来说，是一个极其不 利的制约因素。
高电压技术第三章
正由于此，在不同大气条件和海拔高度下所 得出的击穿电压实测数据都必须换算到某种标准 条件下才能互相进行比较。
国标规定的大气条件：
压力：p0=101.3kPa(760mmHg)； 温度：t0=20摄氏度或T0=293K； 绝对湿度：hc=11g/m3。
高电压技术第三章
实验条件下的气隙击穿电压U与标准大气条
高电压技术第三章
二、稍不均匀电场气隙的击穿特性 与均匀电场相似，冲击系数接近1，冲击击穿电
压与工频击穿电压及直流击穿电压相等。
1、球间隙 若球间距离d，球极直径为D d<D/4时，与均匀电场相似 d>D/4时，不均匀度增大，大地影响加大
一般取d ≤ D/2范围内工作
高电压技术第三章
2、同轴圆筒
外筒内半径 R=10cm，改变内筒 外半径r之值，气 隙起始电晕电压Uc 和击穿电压随内筒 外直径r变化规律 如图2-3所示。
高电压技术第三章
三、对海拔的校正
我国幅员辽阔，有不少电力设施(特别是输电 线路)位于高海拔地区。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，因 而空气的电气强度也将降低。
海拔高度对气隙的击穿电压和外绝缘的闪络 电压的影响可利用一些经验公式求得。
高电压技术第三章
高电压技术第三版课后习题答案
高电压技术第三版课后习题答案Last revision date: 13 December 2020.第一章作1-1解释下列术语（1）气体中的自持放电；（2）电负性气体；（3）放电时延；（4）50%冲击放电电压；（5）爬电比距。
答：（1）气体中的自持放电：当外加电场足够强时，即使除去外界电离因子，气体中的放电仍然能够维持的现象；（2）电负性气体：电子与某些气体分子碰撞时易于产生负离子，这样的气体分子组成的气体称为电负性气体；（3）放电时延：能引起电子崩并最终导致间隙击穿的电子称为有效电子，从电压上升到静态击穿电压开始到出现第一个有效电子所需的时间称为统计时延，出现有效电子到间隙击穿所需的时间称为放电形成时延，二者之和称为放电时延；（4）50%冲击放电电压：使间隙击穿概率为50%的冲击电压，也称为50%冲击击穿电压；（5）爬电比距：爬电距离指两电极间的沿面最短距离，其与所加电压的比值称为爬电比距，表示外绝缘的绝缘水平，单位cm/kV。
1-2汤逊理论与流注理论对气体放电过程和自持放电条件的观点有何不同这两种理论各适用于何种场合答：汤逊理论认为电子碰撞电离是气体放电的主要原因，二次电子来源于正离子撞击阴极使阴极表面逸出电子，逸出电子是维持气体放电的必要条件。
所逸出的电子能否接替起始电子的作用是自持放电的判据。
流注理论认为形成流注的必要条件是电子崩发展到足够的程度后，电子崩中的空间电荷足以使原电场明显畸，流注理论认为二次电子的主要来源是空间的光电离。
汤逊理论的适用范围是短间隙、低气压气隙的放电；流注理论适用于高气压、长间隙电场气隙放电。
1-3在一极间距离为1cm的均匀电场电场气隙中，电子碰撞电离系数α=11cm-1。
今有一初始电子从阴极表面出发，求到达阳极的电子崩中的电子数目。
解：到达阳极的电子崩中的电子数目为n a e d e11159874答：到达阳极的电子崩中的电子数目为59874个。
1-5近似估算标准大气条件下半径分别为1cm和1mm的光滑导线的电晕起始场强。
高电压技术讲义
高电压技术发展趋势
智能化 智能电网和数字化转型
数据分析 大数据应用和分析
可再生能源 与可再生能源的集成
环保节能 环保与节能技术创新
高电压技术未来展望
随着电力系统的不断发展和社会需求的增加，高电压技术将继续担当重要 角色。未来的高压电网将更加智能化和可靠，支持更多可再生能源的接入， 同时也会注重环保和节能。
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高电压技术的重要性
能源传输和转换 发挥重要作用
推动科技进步 重要推动作用
提高电力系统效率 关键意义
提高系统稳定性 不可或缺
高电压技术的应用领域
电力输配电系统
01 主要应用领域
电力电子设备
02 广泛应用范围
高压设备
03 技术要求高
高电压技术的基本原理
电场概念
电场强度 电势差 电场线
配电系统结构
开关设备 变压器 电容器
定期维护和保养措施
定期巡检线路 清理杆塔及绝缘子
高电压输电线路技术的未来趋势
智能电网中的应用前景
01 高压输电线路智能化发展方向
城市化发展中的挑战与机遇
02 如何在城市中布设高压输电线路
可再生能源接入的创新方向
03 高压输电线路在可再生能源传输中的角色
总结
高电压输电线路技术的发展不仅涉及传统设备的优化，还需要结合新技术 的应用，以适应未来能源发展的需求。监测与维护工作的重要性不容忽视， 只有及时发现并处理问题，才能保障高压输电线路的稳定运行。
新能源领域应用前景
01 太阳能、风能、核能
智能电网发展机遇
02 智能化、信息化、互联互通
电气设备创新方向
03 节能环保、智能化设计、高效耐用
高电压技术第三章答案全
第三章参考1、试比较电介质各种极化的性质和特点极化形式介质极化时间（频率）能量损耗温度影响电子位移极化所有介质10-14 ~10-15 s 无极小离子位移极化离子式结构的介质10-l2~10-13 s 几乎无损耗具有正的温度系数转向极化极性电介质10-10~10-2 s电源频率提高时极化率减小旋转时克服分子间的吸引力而消耗的电场能量有较大影响：最初随温度增高而增加，当热运动变得较强烈时，又随温度升高而减小。
空间电荷极化层式结构介质介质中有晶格缺陷从几十分之一秒到几分钟，甚至有长达几小时有能量损耗温度影响电导，电导影响空间极化2、极性液体和极性固体电介质的相对介电常数与温度和电压频率的关系如何？为什么？答：温度对极性介质的rε有很大影响。
低温时，分子间的黏附力强，转向较难，转向极化对介电常数的贡献较小；随着温度升高，分子间联系减弱，转向极化加强，介电常数随之增大。
但另一方面，温度升高时，分子的热运动加剧，对极性分子定向排列的干扰也随之增强，使极化减弱。
所以极性电介质的介电常数最初随温度或高而增加，以后当热运动变得较强烈时，又随温度升高而减小。
3、正弦交变电场作用下，电介质的等效电路是怎样的？为什么测量高压电气设备绝缘电阻时需要按照在标准规范的时间下记录，并同时记录温度？答：在正弦交变电场作用下，电介质的等效电路如下：Cg：代表介质的几何电容及无损极化过程，流过的电流i g；C p --R p ：代表有损极化电流支路，流过电流i p ；R lk ：代表电导电流支路，流过的电流为i lk 。
如绝缘良好，则R lk 和R p 的值都比较大，这就不仅使稳定的绝缘电阻值（就是R lk 的值）较高，而且要经过校长的时间才能达到此稳定值（因中间串联支路的时间常数较大)。
如绝缘受潮，或存在穿透性的导电通道，则不仅最后稳定的绝缘电阻值R lk 很低，而且还会很快达到稳定值。
因此，用绝缘电阻随时间变化的关系来反映绝缘的状况。
高电压技术第3章习题答案
第三章固体的绝缘特性与介质的电气强度3-1什么叫电介质的极化？极化强度是怎么定义的？3-2固体无机电介质中，无机晶体、无机玻璃和陶瓷介质的损耗主要由那些损耗组成？3-3固体介质的表面电导率除了介质的性质之外，还与那些因素有关？它们各有什么影响？3-4固体介质的击穿主要有那几种形式？它们各有什么特征？3-5局部放电引起电介质劣化、损伤的主要原因有那些？3-6聚合物电介质的树枝化形式主要有那几种？它们各是什么原因形成的？3-7均匀固体介质的热击穿电压是如何确定的？3-8试比较气体、液体和固体介质击穿过程的异同。
3-1什么叫电介质的极化？极化强度是怎么定义的？答：电介质的极化是电介质在电场作用下，其束缚电荷相应于电场方向产生弹性位移现象和偶极子的取向现象。
电介质的极化强度可用介电常数的大小来表示，它与该介质分子的极性强弱有关，还受到温度、外加电场频率等因素的影响。
3-2固体无机电介质中，无机晶体、无机玻璃和陶瓷介质的损耗主要由哪些损耗组成？ 答：（１）无机晶体介质只有位移极化，其介质损耗主要来源于电导；（２）无机玻璃的介质损耗可以认为主要由三部分组成：电导损耗、松弛损耗和结构损耗；（３）陶瓷介质可分为含有玻璃相和几乎不含玻璃相两类，第一类陶瓷是含有大量玻璃相和少量微晶的结构，其介质损耗主要由三部分组成：玻璃相中离子电导损耗、结构较松的多晶点阵结构引起的松弛损耗以及气隙中含水引起的界面附加损耗，tan δ相当大。
第二类是由大量的微晶晶粒所组成，仅含有极少量或不含玻璃相，通常结晶相结构紧密，tan δ比第一类陶瓷小得多。
3-3固体介质的表面电导率除了介质的性质之外，还与哪些因素有关？它们各有什么影响？答：介质的表面电导率s γ不仅与介质的性质有关，而且强烈地受到周围环境的湿度、温度、表面的结构和形状以及表面粘污情况的影响。
（１）电介质表面吸附的水膜对表面电导率的影响由于湿空气中的水分子被吸附于介质的表面，形成一层很薄的水膜。
高压教材第三篇课件
Z Z
nZ
n 1
U bb
I
Z n 1
2U 0 n
U bb
2U 0
IZ
2U 0 n
由此可知：变电所母线上接的线路数越多，则母线上的过电 压越低，在变电所的过电压防护中对此应有所考虑。当n=2时， Ubb=U0，相当于Z2 =Z1的情况，没有折、反射现象。
彼德逊法则的适用范围：
➢入射波必须是沿一条分布参数线路传输过来
第四节 波在多导线系统中的传播
实际的输电线路都是多导线系统。这时每根导线都处于沿 某根或若干根导线传播的行波所建立起来的电磁场中，因而都 会感应出一定的电位。这种现象在过电压计算中具有重要的实 际意义，因为作用在任意两根导线之间绝缘上的电压就等于这 两根导线之间的电位差，所以求出每根导线的对地电压是必要 的前提。
f2 ( x vt )]
i' i"
u f1(x vt)是一个任意形状并以速度v朝着x的正方
向运动的电压波──电压前行波；
u f2 (x vt)是一个以速度v朝着x的负方向运动的电
压波──电压反行波。
i
1 Z
[
f1(x
vt)]
i
1 Z
[
f2
(
x
v
t)]
是电流前行波； 是电流反行波。
电压波的符号只取决于它的极性,而与电荷的运动 方向无关；电流波的符号不但与相应的电荷符号有 关，而且也与电荷的运动方向有关。
为了说明这种“同一系统中存在两种不同速度”的现象， 不妨用下面的“准备行进的一支长队列”作一比喻。
◆ 两种不同的速度： 如图6-3所示，当队列整备完毕、发令者发出“起步走！”
的口令时，这一口令将以声速（在通常条件下为340m/s左右） 从队首向队尾传播，先听到口令的队首成员将先向前迈步，暂 时还没有听到口令的队尾成员稍后亦将起步。但队列成员行进 的速度显然会远远小于口令的传播速度，它们是两种性质完全 不同的速度。与此相似，上述行波的传播速度v和自由电子在导 线中形成电流的移动速度也是完全不同的两种速度，不可混淆。 上例中人的行进速度对应于电子的移动速度，而口令的传播速 度才相当于波速 。
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另一个是削弱气体间隙中的游离因素.
36
3.6.
1.
提高气体间隙绝缘强度的方法
改善电场分布的措施
(1).改变电极形状
37
3.6.
1.
提高气体间隙绝缘强度的方法
改善电场分布的措施
(2).利用空间电荷对电场的畸变作用 在极不均匀电场中，在远低于间隙的击穿电 压时就已经发生电晕放电。在一定的条件下，可
利用电晕电极所产生的空间来改善极不均匀电场
(四) 操作冲击50%击穿电压
U50% ( MV )
2.6 2.4
1.击穿通常发生在波头部分。 2.击穿电压与波头时间呈现出U形曲线。 （放电时延和空间电荷共同作用的结果） 3.“饱和”效应。 （形成先导后,放电易于发展） 4.“邻近效应” （电场分布情况对操作冲击50%击穿电压影响很大 。当接地物体靠近放电间隙时，会显著减低正极 性击穿电压，稍微提高负极性击穿电压。）
1
b.一定的电压作用时间
ts U0 tl t0
tf
0
t1
t
冲击电压作用下空气间隙的击穿
(2).统计时延ts 通常把电压达间隙的静态击穿电压Uo开始到间隙 中出现第一个有效电子为止所需的时间。 不均匀电场内， ts小
(3).放电形成时延tf 从第一个有效电子到间隙完成击穿所需的时间,包 括电子崩、流注到主放电的发展所需的时间。均匀 电场内， tf小。
11
(2) 曲线求取方法
12
(3) 电场均匀程度对曲线的影响
不均匀电场由于平均击穿电场强度较低,而且流注 总是从强场区向弱场区发展,放电速度受到电场分布 的影响,所以放电时延长,分散性大,其伏秒特性曲线 在放电时间还相当大时,便随时间之减小而明显地上 翘,曲线比较陡. 均匀或稍不均匀电场则相反,由于击穿时平均场强 较高,流注发展较快,放电时延较短,其伏秒特性曲线 较平坦.
100
900
U b / kV
750 600 450 300 150
80 60 40 20 0 2 4 6
8
10
0 50 100 150 200 250 300
d / cm
d / cm
“棒－棒”和“棒－板 ”空气气隙的直流击穿 特性
“棒－棒”和“棒－板 ”长间隙的直流击穿 特性
与工频电压的击穿特性差别不大，其击穿电压介 于雷电冲击击穿电压和工频击穿电压之间，一般可以 2 过去的误解： 引入某个操作冲击系数把操作过电压折算成等效工频 过电压来考虑。 3 近来研究表明： 波形对击穿电压有很大影响；
在一定的波形下操作冲击50％击穿电压比工 频击穿电压还低（长间隙）。 T1=250微秒+/ -20% 4 操作冲击电压的的推荐波形为 8 T2=2500 微秒+/-60%
湿度的增加而略有增加,但程度极微,可以不校正
(2). 极不均匀电场 由于平均场强较低,湿度增加后,水分子易吸附 电子而形成质量较大的负离子,运动速度减慢,游离 能力大大降低,使击穿电压增大.因此需要校正.
19
3.3. 大气条件对气体间隙击穿电压的影响
4. 高度的影响
随着高度增加,空气逐渐稀薄,大气压力及空 气相对密度下降,间隙的击穿电压也随之下降. U=ka U0
极性效应
对于电极形状不对称的棒一板间隙，击穿电压与棒的极性有 很大的关系，这就是所谓的极性效应。极性效应是不对称的不均 匀电场中的一个明显的特性。 a 正极性棒
+
--+ + + --+ + + --+ + +
-
棒电极附近已有发展得相当充分的 电子崩。 棒电极为正极性，电子崩中电子迅 速进入棒电极，正离子因其向板电 极的运动速度很慢而暂留在棒电极 附近。 正电荷削弱了棒电极附近的场强， 加强了电荷的外部空间的电场。
2800 2400 2000 1600 1200 800 400
棒－棒
棒－板
在d<1m内，“棒 －棒”和“棒－ 板”气隙的工频 击穿电压几乎相 等，
“棒－棒”和“棒－板”长气隙的工频击穿特性
当d>2m，击穿电 压与气隙距离的 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 关系出现“饱和 ”趋势 d / cm
2.削弱游离因素的措施
(1). 采用高气压
基本原理：气压提高减小动能减小U提高 气体压力提高后，气体的密度加大，减少了电子的 平均自由行程，从而削弱了撞击电离的过程。 如高压空气断路器和高压标准电容器等。
41
3.6.
提高气体间隙绝缘强度的方法
2.削弱游离因素的措施
10kV高压标准介损器
42
27
2.极性效应
b 负极性棒
+ +-++ +-+ + +--
棒电极附近已有发展得相当充分的电 子崩。 扩散并向板电极运动，在间隙中浓度 很小，而正离子缓慢向棒电极移动， 因而在棒电极附近的空间正电荷的浓 度很大。
-
+ 棒电极为负极性，电子崩中电子迅速
-
+ ++ +++ + ++
-----
+
气隙距离 15.2m 2.2 2.0 8. 35m 1.8 7.0m 1.6 1.4 3. 95m 1.2 1.0 2. 98m 0.8 0.2 0 200 400 600 800 1000
临界波头
1200
T ( s) cr
3.6.
提高气体间隙绝缘强度的方法
有两个方法（途径）: 一个是改善电场分布,使之尽量均匀;
2.削弱游离因素的措施 (3).采用高耐电强度气体
SF6气体属强电负性气体,容易吸附电子成为负离 子,从而削弱了游离过程，提高压力后可相当于一 般液体或固体绝缘的绝缘强度。 SF6是一种无色、无味、无臭、无毒、不燃的不 活泼气体，化学性能非常稳定，无腐蚀作用。它具 有优良的灭弧性能，其灭弧能力是空气的100倍， 故极适用于高压断路器中。
中的电场分布，从而提高间隙的击穿电压。
38
3.6.
1.
提高气体间隙绝缘强度的方法
改善电场分布的措施 (3)极不均匀电场中采用屏障
39
3.6.
提高气体间隙绝缘强度的方法
当屏障与棒极之间的距离约等于间隙的距离的
15%-20%时，间隙的击穿电压提高得最多，可达到
无屏障时的2-3倍。
40
3.6.
提高气体间隙绝缘强度的方法
2——棒－板
1——棒－棒
(三) 雷电冲击50%击穿电压
1.高于稳态击穿电压（直流击穿电压或工频击穿 电压幅值）。
雷电冲击50%击穿电压值 冲击系数＝ 持续电压下的击穿电压 值
2.分散性较大。其标准偏差可取3%。 3.击穿通常发生在波尾。 4.和间隙距离大致呈线性关系，即无饱和趋势。 （因为作用时间短，间隙距离加大后，需要 提高先导发展速度才能完成放电，因此击 穿电压提高）
波头时间T1：T1=(1.2 30%)μs 是经过0.3Um和0.9Um两点的直 线构成的视在斜角波前。
6
几个参数
波长时间:T2=(50 是经过0.3Um 和波头后0.5Um两
20%)μs
点构成的时间。
标准波形通常用符号 1.2 / 50s 表示.
7
（4）操作冲击电压下间隙的击穿特性
1 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而产生的过 电压。
大气压力 P0=101.3kpa 温度 湿度
200 C
f0=11g/m3
17
3.3 大气条件对气体间隙击穿电压的影响
2. 相对密度的影响 相对密度
=0.289— T
当在0.95到1.05之间时,空气间隙的击穿电压U与 成正比
p
U= U0
18
3.3. 大气条件对气体间隙击穿电压的影响
3. 湿度的影响 (1). 均匀或稍不均匀电场
（临界波前时间）
t
棒-板空气间隙的正极性操作冲 击U50%和波前时间的关系
9
2. 伏秒特性
(1) 定义 同一波形、不同幅值的冲击电压下，间隙上 出现的电压最大值和放电时间的关系曲线
10
50%冲击放电电压U50%
放电概率为50%时的冲击放电电压 p
50% u击
u50%
U 50% U0
50%冲击放电电压与静态放电压的比值称为绝 缘的冲击系数β
(4).放电时延tL tL=ts+tf
2
（5）气体间隙在冲击电压作用下击穿所需全部 时间： t=t0+ts+tf
其中：ts+tf 就是放电时延tL
3
3.2气隙的伏秒特性和击穿电压的概率分布
1.电压波形 （1）直流电压 （2）工频交流电压 （3）雷电冲击电压 （4）操作冲击电压
4
雷电标准波形
5
几个参数
13
均匀和不均匀电场的伏秒特性曲线
14
(4)
实际意义
15 S1被保护设备的伏秒特性曲线，S2保护设备的伏秒特性曲线
(4)
实际意义
为了使被保护设备得到可靠的保护,被保
护设备绝缘的伏秒特性曲线的下包线必须始
终高于保护设备的伏秒特性曲线的上包线。
16
3.3 大气条件对气体间隙击穿电压的影响
1. 标准大气条件
k
1 H 1.1 1000
20
3.4 均匀电场和稍不均匀
分散性小 直流击穿电压＝工频击穿电压＝50%冲 击击穿电压 均匀电场中空气的击穿电压经验公式