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高电压技术总结专题一：高电压下气体、液体、固体放电原理1、绝缘的概念：将不同电位的导体分开，使之在电气上不相连接。

具有绝缘作用的材料称为电介质或绝缘材料。

2、电介质的分类：按状态分为气体、液体和固体三类。

3、极化的概念：在外电场作用下，电介质的表面出现束缚电荷的现象叫做电介质极化。

4、极化的形式：电子式极化、离子式极化、偶极子式极化；夹层式极化。

(前三种极化均是在单一电介质中发生的。

但在高压设备中，常应用多种介质绝缘，如电缆、变压器、电机等)5、电子式极化：由于电子发生相对位移而发生的极化。

特点：时间短，弹性极化，无能量损耗。

[注]：存在于一切材料中。

6、离子式极化：离子式极化发生于离子结构的电介质中。

固体无机化合物(如云母、陶瓷、玻璃等)多属于离子结构。

特点：时间短，弹性极化，无能量损耗。

[注]：存在于离子结构物质中。

7、偶极子极化：有些电介质具有固有的电矩，这种分子称为极性分子，这种电介质称为极性电介质(如胶木、橡胶、纤维素、蓖麻油、氯化联苯等)。

特点：时间较长，非弹性极化，有能量损耗。

[注]：存在于极性材料中。

8、夹层式极化特点：时间很长，非弹性极化，有能量损耗。

[注]：存在于多种材料的交界面；当绝缘受潮时，由于电导增大，极化完成时间将大大下降；对使用过的大电容设备，应将两电极短接并彻底放电，以免有吸收电荷释放出来危及人身安全。

9、为便于比较，将上述各种极化列为下表：10、介电常数：[注]：用作电容器的绝缘介质时，希望大些好。

用作其它设备的绝缘介质时，希望小些好。

11、电介质电导：电介质内部带点质点在电场作用下形成电流。

金属导体：温度升高，电阻增大，电导减小。

绝缘介质：温度升高，电阻减小，电导增大。

12、绝缘电阻：在直流电压作用下，经过一定时间，当极化过程结束后，流过介质的电流为稳定电流称为泄漏电流，与其对应的电阻称为绝缘电阻。

(1)介质绝缘电阻的大小决定了介质中泄漏电流的大小。

(2)泄漏电流大，将引起介质发热，加快介质的老化。

13、固体介质绝缘电阻包括体积绝缘电阻和表面绝缘电阻，是它们两者并联的总阻值，即(R1：体积绝缘电阻；R2表面绝缘电阻)14、气体电介质电导主要是电子电导。

15、液体电介质电导：一是构成离子电导；二是形成电泳电导。

液体电介质电导大小除与电介质本身性质有关以外，还与杂质含量有关(电气设备在运行中一定要注意防潮，可以采用过滤、吸附、干燥等措施除去液体电介质中的水分和杂质。

)16、固体电介质电导：固体介质中存在离子电导。

固体介质除体积电导以外，还存在表面电导。

固体电介质的表面电导主要是由附着于介质表面的水分和其他污物引起的。

固体电介质的电导与电介质本身性质、杂质含量和介质表面状态都有关。

清水性电介质：水分在其表面形成连续水膜，如玻璃、陶瓷等。

憎水性电介质：水分只能在其表面形成不连续的水珠，不能形成水膜，如石蜡、硅有机物等。

17、作为绝缘介质，希望其电导越小越好。

18、电介质在电压作用下有能量损耗：(1)电导引起的损耗；(2)有损极化引起的损耗。

19、直流电压下：电导损耗(可用绝缘电阻表示)。

交流电压下：电导损耗+有损极化损耗(用介质损失角正切表示)20、气体电介质相对介点常数接近1，气体电介质损耗(电导损耗)是极小的，常用气体介质的电容器作为标准电容器。

21、作为绝缘介质，希望其越小越好。

损耗发热使介质容易劣化，严重时还可能导致热击穿。

★22、介质的极化、电导和损耗小结：23、气体击穿：气体由绝缘状态突变为良导电状态的过程。

击穿电压：击穿时最低临界电压。

击穿场强：均匀电场中击穿电压与间隙距离之比，也称为气体的电气强度。

如：空气在标准状态下的电气强度为30kV/cm。

平均击穿场强：不均匀电场中击穿电压与间隙距离之比。

24、游离是带电粒子产生的过程。

气体带电质点产生的游离形式：(1)碰撞游离；(2)光游离；(3)热游离；(4)表面游离（正离子碰撞阴极、短波光照射、强场发射）25、气体发生放电时，除了不断形成带电质点的游离过程外，还存在相反的过程，即带电质点的消失，也称之为去游离。

26、气体带电质点消失形式：(1)带电质点受电场力的作用流入电极；(2)带电质点的扩散；( 3)带电质点的复合；(4)附着效应27、汤逊理论：(1)汤逊理论是在低气压、短间隙(pd<26.66kPa·cm)条件下建立起来的。

(2)均匀电场中，气体间隙的击穿主要由电子的碰撞游离和正离子撞击阴极表面造成的表面游离所引起的。

(3)电子碰撞游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表面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。

汤逊理论的适用于pd<26.6 6kPa·cm（即低气压、短间隙）28、均匀电场中气体伏安特性（注意什么时候非自持放电和自持放电）注：外施电压大于气隙击穿电压时，形成了电子崩。

29、巴申定律：在汤逊理论提出之前，巴申就从实验中总结了击穿电压Ub是气压p和间隙距离d乘积的函数：30、流注理论：认为电子的碰撞游离和空间光游离是形成自持放电的主要因素，空间电荷对电场的畸变作用是产生光游离的重要原因。

pd值较大时，放电也是从电子崩开始的，但当电子崩发展到一定阶段后，会产生电离特强、发展速度更快的空间的光电离，形成流注（等离子体）。

流注的发展速度比电子崩的快一个数量级，且出现曲折分支。

31、流注理论对放电现象的解释：放电时间：二次崩的起始电子是光子形成的，而光子以光速传播，所以流注发展非常快。

放电外形：二次崩的发展具有不同的方位，所以流注的推进不可能均匀，而且具有分支。

阴极材料：大气条件下的气体放电不依赖阴极表面电离，而是靠空间光游离产生电子维持，因此与阴极材料无关。

32、流注理论可以解释汤逊理论无法解释的pd值大时的放电现象。

两种理论各适用于一定条件的放电过程，不能用一种理论取代另一种理论。

两种理论的自持放电条件具有完全相同的形式，但两者维持放电的过程不同。

33、自持放电的条件：必须在气隙内初始电子崩消失之前产生新的电子（二次电子）来取代外电离因素产生的初始电子。

实验表明：二次电子的产生与气压气隙长度的乘积（pd）有关:Pd 较小，自持放电可由汤逊理论(和巴申定律) 解释；Pd较大，自持放电可由流注理论解释。

★34、气体带电质点产生与消失、均匀电场中气体的击穿过程小结：35、不均匀电场放电特点：(1)稍不均匀电场：与均匀电场中相似，在间隙击穿前没有放电迹象。

(2)极不均匀电场：间隙击穿前在高场强区会出现蓝紫色光晕，并发出“咝咝”的响声，称为电晕放电。

刚出现电晕时的电压称为电晕起始电压，而电极表面的电场强度称为电晕起始电场强度。

[注]：电晕放电是极不均匀电场所特有的一种自持放电形式。

36、限制电晕的方法：(1)改进电极形状，增大曲率半径；(2)对输电线路采用分裂导线。

我国设计要求：220kV及以下输电线路要求在恶劣天气下也无可见电晕；500kV输电线路要求在好天气下夜间无可见电晕。

37、对于电极形状不对称的极不均匀电场间隙，如棒-板间隙，棒的极性不同时，间隙的起晕电压和击穿电压各不相同，这种现象称为极性效应。

起晕电压：负棒-正板间隙<正棒-负板间隙(越小越容易产生电晕)；击穿电压：负棒-正板间隙>正棒-负板间隙(越小越容易被击穿)38、在极不均匀电场放电过程中，短间隙放电：电子崩→流注→主放电；长间隙放电：电子崩→流注→先导→主放电。

39、稍不均匀电场中的击穿电压：典型电极结构：球-球间隙。

重要结论：电场越均匀，同样间隙距离下的击穿电压就越高。

其极限就是均匀电场中的击穿电压(30kV/cm)。

40、极不均匀电场中的击穿电压：典型电极结构：棒-板间隙、棒-棒间隙。

★41、不均匀电场中气体击穿过程小结42、标准冲击电压波形(由波前时间T1及半峰值时间T2来确定)雷电冲击电压标准波形:T1=(1.2±30％)μs，T2=(50±20％)μs操作冲击电压波形:波前时间 T1=(250±20％)μs半峰值时间T2=(2500±60％)μs43、放电时延(理解)：要使气体间隙击穿，除了足够场强、引起电子崩并导致流注的有效电子外，气隙击穿还需要一定的时间，让放电得以逐步发展并完成击穿。

44、50%冲击击穿电压：冲击电压作用下间隙击穿条件：若放电时延t1>T时，间隙不击穿；若放电时延t1<T时，间隙击穿。

(T：电压超过U0所持续的时间，U0：静态击穿电压)45、由于放电时延t1具有分散性，在间隙上多次施加同一电压，有时击穿，有时不击穿。

冲击电压幅值越大，T 越大，击穿概率越大。

工程上采用了击穿概率为50%的冲击电压来表示绝缘耐受冲击电压的大小。

用U50%表示。

实际中只要保持波形不变，调整冲击电压峰值至10次电压中有4～6次发生击穿，此电压峰值就可作为50%冲击击穿电压。

46、两个U50%不同的间隙并联，是否在任意波形的雷电冲击电压作用下，U50%小的间隙总是先击穿？答：不是。

由于U50%是一个与击穿概率有关的电压，它并不能保证间隙每次都100 %被击穿。

47、工程上用气隙上出现的电压最大值与放电时间的关系来表征气隙在冲击电压下的击穿特性——气隙的伏秒特性实际上伏秒特性是以上、下包络线为界的一个带状区域。

极不均匀：平均击穿场强低，放电时延长，曲线上翘；稍不均匀：平均击穿场强高，放电时延短，曲线平坦。

48、伏秒特性曲线应用——用在过电压保护配合方面☆要求避雷器的伏秒特性平、低、分散性小，其放电间隙接近均匀电场，以确保保护设备的伏秒特性全面低于被保护设备的伏秒特性。

49、气体放电：气体中流通电流的各种形式。

工程上将击穿和闪络统称为放电。

50、沿面放电：当带电体点位超过一定值时，常常在固体介质和空气的交界面上出现的放电现象。

闪络：当沿面放电发展为贯穿性空气击穿时，称为沿面闪络。

沿面闪络时的临界电压称闪络电压。

51、均匀电场中的沿面放电，闪络电压比纯空气间隙击穿电压低得多。

原因：(1)表面吸潮；(2)表面污秽，表面有毛刺、裂纹，表面电阻不均匀；(3)电极和固体介质接触不良有气隙，形成分层介质。

52、越易吸湿的固体，沿面闪络电压越低。

如玻璃、陶瓷。

由于表面水分中离子沿电场移动需要时间，因此工频和直流电压下的沿面闪络电压比冲击电压低。

53、工程中绝大多数是极不均匀电场的沿面放电。

54、极不均匀电场中的沿面放电：㈠套管的沿面放电(电场具有强垂直分量)。

(1)放电发展过程三个阶段：电晕放电→细线状辉光放电→滑闪放电。

(2)提高套管沿面闪络电压的方法：①减小表面电容系数(C值)：如加大法兰处套管外径，或采用瓷-油组合绝缘结构。

②减小绝缘(法兰附近瓷)表面的电阻率：在此处涂半导体漆或上半导体釉，以改善电位分布。