介质绝缘特性与电气强度
电介质的电气强度讲解
SVC的电抗可从电容性到电感性 按需要调节，从而使SVC安装点的电 压保持在一定的范围内。
我国电网分布
3. 高电压、高场强下的特殊问题 （ 1） （ 2） （ 3） （ 4） 绝缘问题 ：绝缘材料、绝缘结构、电压形式 高电压试验问题 过电压防护问题 电磁环境问题：电磁兼容、生态效应
4. 高电压下的特殊现象及其应用 （1） 静电技术及其应用 （2） 液电技术及其应用 （3） 线爆技术及其应用 （4） 脉冲功率技术及其应用
1000kV特高压输电示范工程
（3 ） 直流输电、紧凑型输电及灵活交流输电技术 从输电的角度说，直流输电几乎没有距离的限制，也可以用 直流电缆在水下、地下输电，因此在远距离输电上很有前景。 但也存在一些难题：换流站设备昂贵、直流断路器的性能不 满意、直流绝缘子耐污性能差等。 紧凑型输电线路的特点是取消常规线路杆塔的相间接 地构架而将三相线路置于同一塔窗中，使导线相间距离显 著减小。 因此，与常规线路相比，紧凑型输电线路的电感减小， 电容增大，即线路的波阻抗减小，从而增大了输电线路的 自然功率，也就是说可以有效地提高线路的输送能力。紧 凑型输电的另一个显著优点是线路走廊减小，因而占地减 少。
部分与电力有关的网站： 1.中国国家电力信息网 : 2.国际电工委员会(International Electrotechnical Commission ) :www.iec.ch 3.电气电子工程师协会: 4.电力论坛: 5.电力网: 6.美国电力公司: 8.ABB评论:/abbreview
▲研究意义：将电能大容量、远距离、低损耗地输送，
提高电力系统运行的经济效益，防止过电压，提高耐压水平， 保持电网运行的安全可靠性。
二. 研究内容
1. 提高绝缘能力 电介质理论研究—介质特性 放电过程研究—放电机理 高电压试验技术—高压产生、测量
气体的绝缘特性与介质的电气强度
影响介质电气强度的因素
介质本身的性质
不同介质的电气强度不同，这是 由于介质内部的分子结构、极性、
电子云分布等因素的影响。
电场的形式和分布
电场的形式和分布也会影响介质 的电气强度。例如，均匀电场中， 电场强度呈线性分布；而不均匀 电场中，电场强度可能存在局部
增强或减弱。
环境因素
温度、湿度、气压等环境因素也 会影响介质的电气强度。在高温、 高湿、低气压等条件下，介质的
气体的基本概念
气体是由大量分子组成的物质 形态，其分子之间的距离较大， 相互作用力相对较小。
气体在一定条件下可以转化为 液态或固态，其性质也会随之 发生变化。
气体的绝缘特性是指气体在电 场中保持绝缘的能力，与气体 的组成、压力、温度等因素有 关。
02
气体的绝缘特性
气体绝缘原理
气体分子自由移动
气体由大量自由移动的分子组成，这 些分子在空间中随机运动，形成一种 “混乱”的状态，阻碍电流通过。
气体绝缘输电线路的绝缘性能主要依赖于气 体的压力和电气强度。在高压下，气体的压 力越大，气体分子间的距离越小，相互作用 力越大，使得气体不易发生电离，从而提高 了电气强度。同时，气体的电气强度还受到 气体中的杂质离子和水分含量的影响，因此
需要采取措施控制气体的纯度和湿度。
气体绝缘变压器
气体绝缘变压器是一种利用气体作为绝缘介质的变压器，通常采用SF6气体作为绝缘介质。这种变压器具有体积小、重量轻、 散热性能好等优点，广泛应用于电力系统的高压变压器和互感器等场合。
电离与激发
在强电场的作用下，气体分子可能被 电离或激发，形成导电的离子或电子 ，但这个过程相对缓慢，因此气体具 有较好的绝缘性能。
气体绝缘介质
电介质的电气强度
(1-12)
式(1-12)中，I0 n0qe
高压 技术
式(1-12)I I0ed 表明：虽然电子崩电流按指 数规律随极间距离d而增大，但这时放电还不能自
持，因为一旦除去外界电离因子(令I0 0 )，即 I
变为零。
2、汤逊理论
高压 技术
前述已知，只有电子崩过程是不会发生自持放 电的。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。
d 越大，电离总数越多，空间电荷数越多，
电荷数按指数规律增加;因电离总数增加，电子 及正离子的浓度很大，所以必然伴随着强烈的激 发和复合过程 ，放出的光子数量急剧地增加
大量的空间电荷造成局部强场区。而电离 系数对电场很敏感，在强场区，由光子游离出 来的电子容易形成二次电子崩。
高压 技术
因此，通常认为，d ＞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。
高压 技术
实验现象表明，二次电子的产生机制与气压和 气隙长度的乘积（pd ）有关。pd 值较小时自持放电 的条件可用汤逊理论来说明；pd 值较大时则要用流 注理论来解释。
（2）汤逊放电理论的适用范围
高压 技术
汤逊理论是在低气压、d 较小的条件下在放电 实验的基础上建立的。d 过小或过大，放电机理将 出现变化，汤逊理论就不再适用了。
高压
技术
由图1-3可见，
（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 U A 时，电流 趋于饱和，因为此时由外电离
电介质的电气强度
阴极表面游离 ( 过程)
正离子
α
γ
——碰撞电离（游离）系数。
场强E越大，其值越大；气压（气密）很大或很小时，其值 比较小。 ——正离子表面电离（游离）系数。
与阴极材料、气体种类、阴极表面光洁度等有关。
二、低气压下均匀场自持放电的汤逊理论
（一）电子崩发展到阳极后的新游离
正离子撞击阴极板表面所产生的游离。 是维持自持放电的必要条件。
作用：既促进又阻碍放电的进行 电子复合和离子复合： 都以光子的形式放出多余的能量。 一定条件下会导致其他气体分子产生光游离，使气体放电 阶跃式发展。
2、扩散
带电质点从浓度较大区域转移到浓度较小 区域的现象。
作用：阻碍放电发生
3、进入电极
在外电场作用下，气隙中的正、负电荷 分别向两电极定向移动的现象。
若气隙上的电压达到其临界击穿电压，则由于正离子的动能大， 撞击阴极表面时就能使其逸出自由电子，此时即使取消外界游 离因素，仅靠外施电压就能维持阴极表面不断游离出新电子， 弥补初始电子崩的电子，产生新的电子崩，使放电继续进行下 去。这种放电称为自持放电，U0称为起始放电电压。
自持放电条件：
(e
d
汤逊理论适用于pd<26.66kPa· cm的情况。
三、高气压下均匀场自持放电的流注理论
以自然界的雷电为例，它发生在两块雷云之间或雷云与 大地之间，这时不存在金属阴极，因而与阴极上的γ过 程和二次电子发射根本无关。 气体放电流注理论以实验为基础，考虑了高气压、长气 隙情况下不容忽视的若干因素对气体放电的影响，主要 有以下方面： 空间电荷对原有电场的影响 空间光游离的作用
第一章 气体放电的基本物理过程
第一节 带电粒子的产生和消失
电介质的电气强度
电子数 目将按 2、4、 8…2n 的指数 规律增
长
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
为什么？
间电子流被称为电子崩。
(a) 电子崩的形成 (b) 带电粒子在电子崩中的分布
电子崩的发展过程也称为α过程
α ----电子碰撞电离系数： 一个电子沿着电场方向运动1cm的行程中所完成的碰 撞电离次数平均值。
• 附 着： 当电子与气体原子碰撞时，不但有可能引起碰撞电离而产 生出正离子和新电子，而且也可能会发生电子与中性原子 相结合形成负离子的情况。
• 负离子产生的作用 负离子的形成并未使气体中带电粒子的数目改变，但却能 使自由电子数减少，因而对气体放电的发展起抑制作用。 电负性气体
对电子具有很强的亲和力，电气强度远大于一般气体，因
设n0=1，放电由非自持转入自持的条件为：
(ed 1) 1 d ln 1
其物理意义：由外电离因素从阴极产生的一个电子消失在阳极
前，由α过程形成的正离子数为： ed 1
正离子消失在阴极时，由γ过程（表面电离）在阴极上释放出
二次电子数，即 (ed 1)
如
(ed 1) 1 表示由γ过程在阴极上重新产生一个(或更多)电
第一篇 电介质的电气强度
电介质（dielectric ）在电气设备中作为绝缘材料使用。
1、电介质的分类 按物质形态分：
➢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，故应用十分广泛。
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。
（完整版）高电压技术答案
（完整版）⾼电压技术答案1 ⽓体的绝缘特性与介质的电⽓强度1-1⽓体放电过程中产⽣带电质点最重要的⽅式是什么，为什么？1-2简要论述汤逊放电理论。
1-3为什么棒－板间隙中棒为正极性时电晕起始电压⽐负极性时略⾼？1-4雷电冲击电压的标准波形的波前和波长时间是如何确定的？1-5操作冲击放电电压的特点是什么？1-6影响套管沿⾯闪络电压的主要因素有哪些？1-7具有强垂直分量时的沿⾯放电和具有弱垂直分量时的沿⾯放电，哪个对于绝缘的危害⽐较⼤，为什么？1-8某距离4m的棒-极间隙。
在夏季某⽇⼲球温度=30℃，湿球温度=25℃，⽓压=99.8kPa的⼤⽓条件下，问其正极性50%操作冲击击穿电压为多少kV?（空⽓相对密度=0.95）1-9某母线⽀柱绝缘⼦拟⽤于海拔4500m的⾼原地区的35kV变电站，问平原地区的制造⼚在标准参考⼤⽓条件下进⾏1min ⼯频耐受电压试验时，其试验电压应为多少kV？1-1⽓体放电过程中产⽣带电质点最重要的⽅式是什么，为什么？答: 碰撞电离是⽓体放电过程中产⽣带电质点最重要的⽅式。
这是因为电⼦体积⼩，其⾃由⾏程(两次碰撞间质点经过的距离)⽐离⼦⼤得多，所以在电场中获得的动能⽐离⼦⼤得多。
其次．由于电⼦的质量远⼩于原⼦或分⼦，因此当电⼦的动能不⾜以使中性质点电离时，电⼦会遭到弹射⽽⼏乎不损失其动能；⽽离⼦因其质量与被碰撞的中性质点相近，每次碰撞都会使其速度减⼩，影响其动能的积累。
1-2简要论述汤逊放电理论。
答: 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过程，电⼦总数增⾄个。
假设每次电离撞出⼀个正离⼦，故电极空间共有（－1）个正离⼦。
这些正离⼦在电场作⽤下向阴极运动，并撞击阴极．按照系数的定义，此（－1）个正离⼦在到达阴极表⾯时可撞出（－1）个新电⼦，则( -1)个正离⼦撞击阴极表⾯时，⾄少能从阴极表⾯释放出⼀个有效电⼦，以弥补原来那个产⽣电⼦崩并进⼊阳极的电⼦，则放电达到⾃持放电。
交流电气强度与绝缘强度
交流电气强度与绝缘强度引言：交流电是现代生活中不可或缺的能源，而绝缘材料则起到了保护电路和人身安全的重要作用。
本文将深入探讨交流电的电气强度与绝缘强度之间的关系，并分析其在实际工程中的应用。
一、交流电的电气强度交流电的电气强度是指电流在电路中传输的能力，衡量了电流在电路中流动时所经历的电场强度。
通常以伏特/米（V/m）来表示。
1.1 电气强度的定义电气强度是指在给定的电场中，单位电荷受到的力的大小。
在交流电中，这个力可以通过电流和电场强度来表示。
1.2 电气强度的计算电气强度的计算涉及到电场强度和电流的关系。
根据安培定理和库仑定律，可以得到电气强度的计算公式：E = V/d，其中E表示电气强度，V表示电压，d表示电容器两极板之间的距离。
二、绝缘强度的概念与测量方法绝缘强度是指绝缘材料能承受的最大电场强度，衡量了绝缘材料阻止电流通过的能力。
通常以千伏/毫米（kV/mm）来表示。
2.1 绝缘强度的概念绝缘强度是绝缘材料抵抗电击的能力，也是判断绝缘材料品质的重要指标之一。
它取决于绝缘材料的结构和质量，并直接影响电器设备的安全可靠性。
2.2 绝缘强度的测量方法测量绝缘强度的方法主要有直流高电压法、交流高电压法和浸水法等。
其中，交流高电压法是最常用的方法，可通过设备将高压交流电施加到被测绝缘材料上，观察其耐受能力。
三、交流电气强度与绝缘强度的关系交流电气强度和绝缘强度之间存在一定的关系，下面将从两个方面进行分析：交流电场对绝缘材料的影响和绝缘材料对交流电流的耗损。
3.1 交流电场对绝缘材料的影响交流电场对绝缘材料的影响主要表现在两个方面：电介质极化和电介质击穿。
3.1.1 电介质极化交流电场中的高频电压会引起绝缘材料内部离子的定向运动，使其极化。
极化过程中，绝缘材料内部会产生极化电流，导致电能的损耗，增加了电流的阻抗。
3.1.2 电介质击穿当交流电场强度过大时，绝缘材料可能会发生击穿现象，导致电路短路。
这是因为电场强度超过了绝缘材料的绝缘强度极限，使绝缘材料失去了绝缘的作用。
绝缘材料的电气性能
绝缘材料的电气性能绝缘材料的电气性能主要表现在电场作用下材料的导电性能、介电性能及绝缘强度。
它们分别以绝缘电阻率ρ（或电导γ）、相对介电常数εr、介质损耗角tanδ及击穿强度EB四个参数来表示。
（1）绝缘电阻率和绝缘电阻任何电介质都不行能是肯定的绝缘体，总存在一些带电质点，主要为本征离子和杂质离子。
在电场的作用下，它们可作有方向的运动，形成漏导电流，通常又称为泄漏电流。
电阻支路的电流Ii即为漏导电流；流经电容和电阻串联支路的电流Ia称为汲取电流，是由缓慢极化和离子体积电荷形成的电流；电容支路的电流IC称为充电电流，是由几何电容等效应构成的电流。
①在正常工作时（稳态），漏导电流打算了绝缘材料的导电性，因此，漏导支路的电阻越大，说明材料的绝缘性能越好。
②温度、湿度、杂质含量、电磁场强度的增加都会降低电介质材料的电阻率。
（2）介电常数介电常数是表明电介质极化特征的性能参数。
介电常数愈大，电介质极化力量愈强，产生的束缚电荷就愈多。
束缚电荷也产生电场，且该电场总是减弱外电场的。
现用电容器来说明介电常数的物理意义。
设电容器极板间为真空时，其电容量为Co，而当极板间布满某种电介质时，其电容量变为C，则C与Co的比值即该电介质的相对介电常数，即：在填充电介质以后，由于电介质的极化，使靠近电介质表面处消失了束缚电荷，与其对应，在极板上的自由电荷也相应增加，即填充电介质之后，极板上容纳了更多的自由电荷，说明电容被增大。
因此，可以看出，相对介电常数总是大于1的。
绝缘材料的介电常数受电源频率、温度、湿度等因素而产生变化。
频率增加，介电常数减小。
温度增加，介电常数增大；但当温度超过某一限度后，由于热运动加剧，极化反而困难一些，介电常数减小。
湿度增加，电介质的介电常数明显增加，因此，通过测量介电常数，能够推断电介质受潮程度。
大气压力对气体材料的介电常数有明显影响，压力增大，密度就增大，相对介电增大。
（3）介质损耗在沟通电压作用下，电介质中的部分电能不行逆地转变成热能，这部分能量叫做介质损耗。
第一篇电介质的电气强度
固体介质的电导
1.温度 与液体介质相似
2.电场强度 与液体介质相似，可以近似地以下式表示
0 expbE E0
式中 0 ——电导率与电场强度尚无关范围内的电导率
E0 ——电导率与电场强度尚无关范围时的最大电场强度
b ——常数，由材料特性所决定
固体介质的电导
3.杂质
相当于固体介质中
表 面 电 导 ： 由 于 介 质 表 面 吸 附 一加些入水了强分极、性尘的埃杂 或 导电性的化学沉淀物而形成的，其中水质分起着特
b=v/E E——电场强度
气体介质的电导
• 电场强度很小时，b接近于 常数，即电流密度与电场 强度几乎成正比
• 电场强度增大，外界因素 造成的离子全部趋向于电 极时，电流密度饱和，但 其值仍很小
• 场强超过E2时，气体介质 中将发生撞击电离，从而 使电流密度迅速增大
液体介质的电导
中性液体介质的电导主要由离解性的杂质和悬 浮于液体介质中的荷电粒子所引起的
伴有能量损耗。
B
这种极化只有 在低频时才有
意义
空间电荷极化
+2 －2
+2 －2
+1 －1
+4 －4
C1 Uc1=2
C2 Uc2=1
C1 Uc1=1
C2 Uc2=2
U=3
U=3
（a）
图1-1-4 双层介质中电荷和电位分布 （a）初瞬时；（b）稳态时
（b）
注意1
当两层不同电介质串联构成的复合绝缘时，刚开始 加压时，各层介质的极化程度不一样，各层电介质中极 化产生的电荷量也不一样，于是分界面显示出电的极性 来，称为夹层极化。极化结束后，电荷要重新分配，就 在两层介质的交界面形成一定的吸收电流。这种过程非 常缓慢，那么在去掉电压后介质内部的吸收电荷要释放 出来也非常缓慢。因此对于使用过的大电容设备，应将 两极短接，彻底放电，以免过一定时间后吸收电荷陆续 释放出来危及人生安全。
高电压技术复习资料要点
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。
电介质的电气强度
06 电介质的电气强度研究展 望
提高电介质的电气强度的方法研究
1
深入研究电介质微观结构和介电性能的关系，探 索提高电介质电气强度的物理机制。
2
开发新型的电介质材料和制备技术，以实现电介 质电气强度的提升。
3
结合现代计算模拟方法，对电介质材料进行优化 设计，提高其电气强度。
新材料的探索与应用
01
实验设备
高压电源
用于提供实验所需的直 流或交流高电压。
电介质样品
不同类型和规格的电介 质材料。
绝缘支架
用于支撑电介质样品， 确保实验安全。
测量仪器
用于测量电介质在高压 下的电气性能参数，如 电流、电压、电容等。
实验步骤
1. 准备电介质样品，确 保样品清洁干燥，无杂
质和气泡。
01
3. 将高压电源连接到电 介质样品上，并逐渐增 加电压，观察电介质的
使得电介质中的带电粒子更容易发生碰撞和迁移。
在实际应用中，需要特别注意高温环境下的电气强度，以避免
03
因温度过高而导致的击穿或短路。
频率对电气强度的影响
随着频率的增加，电介质的电气强度会逐渐降 低。
在实际应用中，需要根据工作频率选择合适的电介质 材料。
频率对电气强度的影响主要体现在高频电场下 。
这是因为高频电场下，电介质中的带电粒子更容 易发生极化响应和迁移，从而降低了电气强度。
和转换。
传感器
利用电介质的电性能变化，制 造各种传感器，用于监测压力
、温度、湿度等物理量。
新能源领域
在太阳能电池、燃料电池等新 能源领域中，电介质起到关键
作用，如隔膜、电极等。
02 电介质的电气强度概述
电气强度的定义
绝缘材料的电气强度
绝缘材料的电气强度绝缘材料的电气强度是指材料在电场作用下能够承受的电压强度，也即是材料的绝缘性能。
电气强度是评价绝缘材料质量的重要指标之一，它直接影响着绝缘材料在电力系统中的安全可靠运行。
本文将从绝缘材料的定义、常见绝缘材料的电气强度以及影响电气强度的因素三个方面进行阐述。
绝缘材料是指不导电或电阻很大的材料，主要用于电力设备和电力系统中的绝缘保护。
绝缘材料的电气强度是指在特定条件下，材料能够承受的最大电场强度。
电场强度是指单位正电荷所受到的力的大小，通常以V/m（伏/米）为单位。
电气强度是指在规定的条件下，绝缘材料能够承受的最大电场强度，通常以kV/mm（千伏/毫米）为单位。
常见的绝缘材料包括橡胶、塑料、纸、玻璃等。
不同的绝缘材料具有不同的电气强度。
以橡胶为例，橡胶是一种有机高分子化合物，具有良好的弹性和绝缘性能。
橡胶的电气强度通常在10~20 kV/mm之间。
而塑料是一种常见的绝缘材料，例如聚乙烯、聚氯乙烯等，其电气强度一般在15~30 kV/mm之间。
纸作为一种绝缘材料，在电气强度方面相对较低，一般在5~10 kV/mm之间。
玻璃作为一种无机非金属材料，具有优异的绝缘性能，其电气强度可达到20~40 kV/mm以上。
绝缘材料的电气强度受到多种因素的影响。
首先是材料的性质。
绝缘材料的性质包括电性能、热性能、机械性能等。
材料的电性能主要包括介电常数和介质损耗因子。
介电常数越大，材料的电气强度越低；介质损耗因子越小，材料的电气强度越高。
其次是材料的厚度。
通常情况下，绝缘材料的电气强度随着厚度的增加而增加。
但当厚度超过一定范围时，电气强度可能会下降，这是因为材料内部可能存在疏松、气泡等缺陷，导致电场集中，从而使电气强度降低。
此外，温度也是影响绝缘材料电气强度的重要因素。
温度升高会导致绝缘材料的电气强度下降，这是因为温度升高会加速材料内部分子的热运动，增加绝缘材料的导电性。
最后，外界环境因素也会对绝缘材料的电气强度产生影响，例如湿度、污秽程度等。
高压设备绝缘综述—介质绝缘特性
绝缘漆
绝缘漆（绝缘涂料 ）： 是一种具有优良电绝缘性的涂料。它有良好的电化性能、 热性能、机械性能和化学性能, 多为清漆, 也有色漆。绝 缘漆是漆类中的一种特种漆。 绝缘漆是以高分子聚合物 为基础，能在一定的条件下固化成绝缘膜或绝缘整体的 重要绝缘材料。 浸渍漆 漆包线漆按照使用范围绝缘漆可以分为 覆盖漆 硅钢片漆 防电晕漆
绝缘漆要求：1.绝缘性能优良 2.附着力好，机械强度高 3.收缩应力小 4.耐热性应满足变压器的不同要求 5.对户外或特殊环境应满足其特殊要求,如防辐射,防腐蚀,防紫外线等 6.工艺性良好，如操作性好，无毒或低毒，干燥时间短等。
优点：1、合成油的黏度指数更高，所以黏温特性更好，高温时润滑更充足，低温下流动 性好（室温条件下外观感觉比同级别矿物油稀） 2、用合成油调配的机油抗氧化性更强，大大地延长了换油周期，虽然在机油上增 加了投入，但减少了更换机油和滤清器的次数。 3、合成油因其蒸发损失小，所以机油消耗低，减少了添加机油的繁琐，并且能更 好地保护三元催化器等昂贵的废气控制系统部件。 4、合成油适应更高负荷的发动机，还拥有更强的抗高温抗剪切能力，在发动机高 速运转下，机油也不会损失黏度，对发动机的保护更全面。
图2 瓷绝缘子
图3 瓷绝缘子
图4 玻璃绝缘子
图5 玻璃绝缘子
图6 复合绝缘子
防止绝缘子污闪的措施
1、在表面刷硅油由于硅油有一定的绝缘度和憎水性，因此它能起到一定的防污闪作用，但因为硅油的有效期短，只有半年左右，且其为非固化状态，容易粘附灰尘，进而在雨雾天气形成污闪，甚至更为严重。2、合理调爬调爬是指增加电气设备外绝缘的爬电距离，提高绝缘水平。如增加污秽地区的绝缘子片数3、防污闪增爬辅助伞裙防污闪增爬辅助伞裙一般选用材料为合成硅橡胶，它是在原有瓷瓶、瓷绝缘子上再粘接安装增爬辅助伞裙，由于增加了曲线、增加了闪络的距离，也就提高了闪络电压。4、使用合成绝缘子。5、使用防污绝缘子6、定期清扫绝缘子
第2章 液体的绝缘
(2ห้องสมุดไป่ตู้4)
式(2-4)称为克劳休斯—莫索缔（Clausius— Mosotti）方程，简称克—莫方程。
2. 极性液体电介质
极性液体介质包括中极性和强极性液体介质这 类介质在电场作用下，除了电子位移极化外，还有 偶极子极化，对于强极性液体介质，偶极子的转向 极化往往起主要作用，介电常数远大于折射率平方 n2，即 r >> 。
u0 kT
q E 2 kT
(2-14)
以 E E2时的电流密度代入上式，则有 式中
j j0e
C ( E E2 )
(2-15)
j0 n0qBeCE2
式(2-15)与实验结果相似，但如以 E2 2kT / q
估算，E2≈5×108V/m，与实验结果约高一个数量级。
离子离解度和离子浓度在强电场下亦会增加，则
2.1.1 液体电介质的介电常数
2.1.2 液体电介质的损耗
2.1.1 液体电介质的介电常数
要由电介质的微观参数（N、）求得介电常 数 ，必须先求得电介质的有效电场Ei 。一般液体电 介质的有效电场强度和宏观平均电场强度是不相等 的。 电介质中某一点的宏观电场强度，是指极板上 的自由电荷以及电介质中所有极化分子形成的偶极 矩，共同在该点产生的场强。
图2-8 净化环已烷的电流与电场强度关系（不同电极距离）
表2-1 f=50Hz时对应于不同组分松香-矿物油复合剂的tanδ 最大值的温度 复合剂的组分 对应于f=50Hz时tanδ 序号 1 松香（%） 100 矿物油（%） 0 50
max的温度t(℃)
2
3 4
95
90 85
5
10 15
40
高电压课后习题答案
第1章 气体得绝缘特性与介质得电气强度1-1气体放电过程中产生带电质点最重要得方式就是什么，为什么？答: 碰撞电离就是气体放电过程中产生带电质点最重要得方式。
这就是因为电子体积小，其自由行程(两次碰撞间质点经过得距离)比离子大得多，所以在电场中获得得动能比离子大得多。
其次．由于电子得质量远小于原子或分子，因此当电子得动能不足以使中性质点电离时，电子会遭到弹射而几乎不损失其动能；而离子因其质量与被碰撞得中性质点相近，每次碰撞都会使其速度减小，影响其动能得积累。
1-2简要论述汤逊放电理论。
答: 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d eα个。
假设每次电离撞出一个正离子，故电极空间共有（d eα－1）个正离子。
这些正离子在电场作用下向阴极运动，并撞击阴极．按照系数γ得定义，此（d e α－1）个正离子在到达阴极表面时可撞出γ（d e α－1）个新电子，则(d e α-1)个正离子撞击阴极表面时，至少能从阴极表面释放出一个有效电子，以弥补原来那个产生电子崩并进入阳极得电子，则放电达到自持放电。
即汤逊理论得自持放电条件可表达为r(d e α-1)=1或γd e α＝1。
1-3为什么棒－板间隙中棒为正极性时电晕起始电压比负极性时略高？答:（1）当棒具有正极性时，间隙中出现得电子向棒运动，进入强电场区，开始引起电离现象而形成电子崩。
随着电压得逐渐上升，到放电达到自持、爆发电晕之前，在间隙中形成相当多得电子崩。
当电子崩达到棒极后，其中得电子就进入棒极，而正离子仍留在空间，相对来说缓慢地向板极移动。
于就是在棒极附近，积聚起正空间电荷，从而减少了紧贴棒极附近得电场，而略为加强了外部空间得电场。
这样，棒极附近得电场被削弱，难以造成流柱，这就使得自持放电也即电晕放电难以形成。
（2）当棒具有负极性时，阴极表面形成得电子立即进入强电场区，造成电子崩。
当电子崩中得电子离开强电场区后，电子就不再能引起电离，而以越来越慢得速度向阳极运动。
电气间隙的影响因素
电气间隙的影响因素
电气间隙是指两个导体或电路之间的距离，在电气工程中具有重要的影响。
以下是一些影响电气间隙的因素：
1. 电压等级：电压等级越高，对电气间隙的要求也越高。
高电压下，电气间隙需要足够大以避免放电和击穿。
2. 介质特性：介质的绝缘性能对电气间隙有直接影响。
不同的介质有不同的介电强度和击穿强度，会影响电气间隙的设计。
3. 温度：温度对电气间隙的绝缘性能有影响。
高温环境下，介质的绝缘性能可能下降，需要更大的电气间隙来保持安全。
4. 湿度：湿度对电气间隙的绝缘性能同样有影响。
高湿度环境下，电气间隙可能容易出现漏电或击穿。
5. 材料选择：导体和绝缘材料的选择也会影响电气间隙。
不同的材料具有不同的导电性和绝缘性能，需要根据具体要求选择合适的材料。
6. 环境条件：电气间隙的设计还需要考虑环境条件，如气体、污染物、振动等因素。
这些条件可能会影响电气间隙的稳定性和可靠性。
以上是一些常见的影响电气间隙的因素，具体的设计需要根据实际情况和应用要求进行考虑。
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。
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➢ f<2 ，稍不均匀电场 ➢ f>4 ，极不均匀电场 ➢ f=1 ，均匀电场
极不均匀电场下的极性效应
（1）尖一板电极： 尖为正极性时击穿电压低 尖为负极性时击穿电压高。
（2）尖-尖电极：没有极性效 应，击穿电压介乎极性不同的尖 一板电极之间。
已发现的负离子有：
✓ 负离子的形成起着阻碍放电的作用
带电质点的消失
三种方式： 1、带电质点在电场作用下作定向运动，从而消失于电 极（形成电流）； 2、带电质点的扩散 带电质点从浓度高的地方向浓度低的地方移动，趋向 是使带电质点的浓度变得均匀。 3、带电质点的复合 正离子和负离子或电子相遇，发生电荷的传递而互相 中和，并还原为原子或分子的过程称为复合。
辉光放电的特点：电流密度较小，放电区域通常占 据整个空间；管端电压较高，不具有短路的特性。
2、电弧放电
外回路阻抗小，电源功率大，放电通道细、且明亮， 管端电压接近于零，这时的放电形式称为电弧放电。
电弧放电的特点：电流密度很大，管端电压很低， 具有短路的特性。
3、火花放电
电弧放电与火花放电的关系：
（1）当外回路中阻抗很大，电源功率不足：火花放电 （2）当外回路阻抗很小、电源功率足够大：强的外电场使阴极放射出电子，称
为场致发射或冷发射。 由于场致发射所需外电场极强，在107 V/cm数量级，
所以在一般气体间隙的击穿过程中不会发生场致发射。 （四）热电子放射
阴极达到很高温度时，电子可获得巨大动能而逸出金 属表面，称为热电子放射。
负离子的形成
✓ 负离子的形成：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于分子，形成了负离子。 ✓ 能够在电子碰撞过程中形成负离子气体，称为电负性 气体。
处于正常状态的气体是一种绝缘介质，但是气 体通常并不是理想的绝缘介质，因为气体中总是 存在少量带电质点。
带电质点的产生
在电场作用下气体间隙中能发生放电现象，说 明其中存在大量带电质点。
带电质点产生的两种形式： ➢ 气体分子的电离 ➢ 金属的表面电离
气体分子的电离：碰撞电离；光电离；热电离
✓ 碰撞电离：在电场作用下，电子被加速而获得动能 ，当电子从电场获得的动能等于或大于气体分子的电 离能时，就有可能因碰撞而使气体分子发生电离，分 裂为电子和正离子。 ✓ 光电离：光辐射引起的气体分子的电离过程称为光 电离。 ✓ 热电离：由分子热运动引起的气体分子的电离。
极不均匀电场中击穿前先发生电晕放电，所以在一 定条件下，可以利用放电自身产生的空间电荷来改善电场 分布，提高击穿电压。
金属表面电离：电子从金属表面逸出称为表面电离。
金属表面电离的主要形式：正离子碰撞阴极；光电效 应；场致发射 ；热电子放射
（一）正离子碰撞阴极 正离子在电场中加速碰撞阴极表面，阴极释放出2个
以上电子，一个和正离子结合成为原子，其余的成为自由 电子。 （二）光电效应
光电效应：金属表面受到光的照射放射出电子，这种 现象称为光电效应。
➢ 沿面闪络：当击穿过程发生在气体与液体或 气体与固体的交界面上时，称为沿面闪络
➢ 击穿电压：引起气体间隙击穿的电压称为击 穿电压。
➢ 临界击穿场强：引起气体发生击穿的电场强 度称为临界击穿场强。
气体放电的4种基本形式
1、辉光放电 2、电弧放电 3、火花放电 4、电晕放电
1、辉光放电
低气压、电源功率小，管内阴极和阳极间整个空间 出现发光现象，这种放电形式称为辉光放电。
1、介质的绝缘特性与电气强度
（1）气体放电的基本物理过程 （2）气体介质的电气强度 （3）静电感应现象 （4）等效电容的应用 （5）固体介质的电导与击穿 （6）液体介质的电导与击穿 （7）关于绝缘材料的电容电流
（8）绝缘介质的介电损耗 （9）电力系统过电压
（1）气体放电的基本物理过程
气体介质是电力系统和电气设备中常用的绝缘 介质。如：空气、SF6气体等。当电场强度达到一 定数值后，气体会失去绝缘能力，从而造成事故。
工频电压下的击穿电压
（1）棒-板电极：击穿总是在 棒的极性为正、电压达到峰值 时发生。
（2）棒-棒电极：没有极性 效应。
（3）棒-棒电极结构击穿电 压略高于棒-板电极。
尖端效应或边缘效应
电极表面的电场强度与其表面电荷密度成正比。在电 极尖端或边缘的曲率半径小，表面电荷密度大，电力线密 集，电场强度高，容易发生局部放电。这种现象称为尖端 效应或边缘效应。
尖端效应或边缘效应是极不均匀电场的重要标志。工 程上常需改善电极形状，避免电极表面曲率过大或出现尖 锐边缘。
提高气体间隙击穿电压的措施
一、改进电极形状以改善电场分布
（1）增大电极曲率半径； （2）改善电极边缘（毛刺、棱角）； （3）使电极具有最佳外形（对称电场 棒-棒类型）。
二、利用空间电荷畸变电场的作用
气体放电试验电路
气体放电过发展过程
电压小于U0：电流数值很小，通常远小于微安级，气 体绝缘性能未被破坏，间隙未被击穿。
电压大于U0：电流数值很大（放电形式与外界条件相 关），U0称为放电起始电压。
巴申定律（巴申曲线）
（2）气体介质的电气强度
气体击穿的极性效应
根据不同的电极结构，电场性质可以分为：均匀电场、 稍不均匀电场、极不均匀电场
气体放电基本概念
➢ 气体放电：气体中存在电流的各种形式统称 为气体放电
处于正常状态的气体是一种绝缘介质，但是气体通常并不是 理想的绝缘介质，因为气体中总是存在少量带电质点。由于气 体中带电质点极少，所以气体仍为优良的绝缘体
➢ 气体击穿：当气体间隙上外施电压达一定数 值，电流突然剧增，气体失去绝缘性能。气体 由绝缘状态突变为导电状态的过程称为击穿。
4、电晕放电
在电极附近电场最强处出现发光层，随着电压升高发 光层逐渐扩大，放电电流也逐渐增大。这种放电称为电晕 放电。
发生电晕放电时，气体间隙的大部分尚未丧失绝缘性 能，放电电流很小，间隙仍能耐受电压的作用。
随着电压升高，最终间隙将被击穿。随后的发展，根 据电源功率的大小而转为电弧放电或火花放电。
气体放电的基本物理过程