气体的绝缘特性
SF6 气体作为绝缘与灭弧介质有哪些特点
SF6 是目前电器工业使用的最佳灭弧和绝缘介质。
它无色、无味、无毒、不会燃烧、化学性质极为稳定，在常温下不与其他材料产生化学反应，很类似于惰性气体。
SF6在断路器内，绝缘子表面凝聚使，实际上对绝缘强度不会产生影响，即使气体密度稍有下降，绝缘强度通常能满足使用要求，仅断路器的开断容量有少许的降低。
SF6不仅是非常好的绝缘气体，而且是一种性能极佳的灭弧介质。
大约在2000K的温度下，SF6有较高的比热（为空气的66%），相应地具有较高的热传导性能（为空气的3.5倍）。
它促使电弧的等离子气体正好在电流过零前进行冷却并有利于使电弧在电流过零时熄灭。
一般认为，SF6的灭弧能力大约是空气的100倍。
另外，SF6还具有负电性，即有捕获自由电子并形成负离子的特性。
这是其具有高的击穿强度的主要原因，因此也能够促使弧隙中绝缘强度在电弧熄灭后能快速恢复。
在常温下SF6是绝缘的介质，但它在高温下即很快游离，产生自由电子，而成为极好的导电体。
SF6的自分解温度在800K左右，到3000K时SF6已完全消失，分解出的成分主要是S和F。
到7500K 时形成自由电子、原子或离子状态的S和F组成导电良好的等离子气体。
在断路器开断过程中出现电弧时，SF6气体在电弧的高温作用下，发生分解并形成等离子气体，而在灭弧过程中，等离子气体冷却得非常快（热时间常数为微秒量级），而变化过程逆向进行，即自由电子被离子吸收，而形成为中性原子，硫原子和氟原子重新结合成SF6，即存在着SF6=S+ 6F的可逆过程。
编辑本段第一部分、化学品名称化学品中文名称：六氟化硫化学品英文名称：sulfur hexafluoride 分子结构：S原子以sp3d2杂化轨道成键，分子为正八面体形分子。
技术说明书编码：56 CAS No.：2551-62-4 分子式：SF6 分子量：146.05编辑本段第二部分、成分/组成信息有害物成分CAS No. 六氟化硫2551-62-4编辑本段第三部分、危险性概述危险性类别：侵入途径：健康危害：纯品基本无毒。
高压试验-第二章 电气绝缘基础知识
电弧放电
放电电流密度大，温度高，具有亮而细长放电 弧道，弧道电阻小，似短路 放电回路阻抗大，放电时断时续
500千伏线路进行短路试验
火花放电
20
外电路阻抗大，压降大，间隙多次被击穿
电气绝缘基础知识
第一节 气体介质的绝缘特性
八、气体放电的不同形式
极不均匀电场环境中
电晕放电
空气间隙电场极不均匀，在电极附近强电场处 出现的局部空气游离发光现象，电流小，整个 空气间隙并未击穿，仍能耐受电压作用 电晕放电后压力增大，产生刷状放电
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电气绝缘基础知识
第二节 液体介质的绝缘特性 电气设备对液体介质的要求 电气性能好：如绝缘强度高、电阻率 高、介质损耗及介电常数小（电容器则要 求介电常数高）； 散热及流动性能好：即粘度低、导热 好、物理及化学性质稳定、不易燃、无毒 等。
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电气绝缘基础知识
第二节 液体介质的绝缘特性
一、液体绝缘介质的种类
矿物油
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电气绝缘基础知识
第二节 液体介质的绝缘特性
一、液体绝缘介质的种类
有些纯净的植物油也具有良好的电气绝缘性能。 例如蓖麻油，由于其绝缘性能好，介电系数 ε 较 高，因此也可用作电力电容器的浸渍剂，此外， 如广泛使用的绝缘漆，也是由植物液体加工制成， 在变压器等电气设备中普遍使用。 由人工合成的液体绝缘材料。由于矿物绝缘油是 多种碳氢化合物的混合物，难以除净降低绝缘性 能的成分，且制取工艺复杂，易燃烧，耐热性低， 因而人们研究、开发了多种性能优良的合成油。 如有机硅油和十二烷基苯等。
流注理论：
前部电场加强Leabharlann 碰撞游离 反击发 复合电子崩
中部电场减弱 尾部电场加强
两侧
崩尾 产生光子
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
华立学院高电压技术考试课件1
②按汤逊放电理论：阴极材料在击穿过程所起的 重… ③按汤逊放电理论：气体放电在整个间隙中均匀 连… 三.均匀电场中气隙的击穿电压： 1.在均匀电场中电极… 2.在均匀电场间隙中各处… 3.高压静电电压表的电极布臵…
P9在均匀间隙中只有间隙长度不长时的击穿数据如图1-7
P7 图1－5均匀电场中UF与PS的关系
P8 二.流注理论.在实验中证实PS≰200〓[(101.3)/760]KPA.cm
1.汤逊气体放电理论说明： … 2.汤逊理论所推导出相关均匀电场中a … b…
汤逊理论认为：流注理论描述在均匀电场中气隙的 放电过程如图1-6所示
P8 汤逊理论解释其放电现象，发现几点不符合实际：
P14 2.我国与国际IEC标准规定…
即 T1=(1.2 〒30%)uS
T2=(50 〒 20%)uS 雷电冲击电压标准波形用符号表示为〒1.2/50 uS 二.放电延时 1.图1-15所示的冲击电压作用下… ①直流或工频击穿电压(幅值)Uo… ②统计时延用ts表示… ③放电形成时延用tf表示… 2.间隙击穿所需时间 气体间隙在冲击电压作用下…
。
P30 对运行中的输电线路.为防止绝缘子的污闪放 电.导致事故和损失.必须采取措施加以防范.保证 系统的安全可靠发供电。防范措施如下：
①对污秽的绝缘子定期或不定期进行清扫，
或带电水冲洗 ②在绝缘子表面涂上一层憎水性的防尘材料. 如：有机硅油、有机硅脂、地蜡等等。防止形成 水膜增加表面电阻减少泄漏电流 ③加强绝缘性能和采用防污绝缘子或增加绝缘子串 中的片数.加大爬电距离减少污秽闪烙放电… ④采用半导体釉绝缘子.增加绝缘子表面电阻(约为 106～108Ω)，泄漏电流加热干燥，表面电压分布均匀 保持较高的闪烙电压。
第4讲 气体电介质的绝缘特性(三)
1.7 大气条件对气隙击穿特性的影响
标准大气条件： 气压P0=101.3kPa，温度t0=20℃——空气密度 绝对湿度f0=11g/m3。
一、空气相对密度的影响
二、湿度的影响
湿度增加，电离能力下降
对放电过程起到抑制作用——湿度越大，间隙的击穿电压也 会越高。
三、对海拔高度的校正
随着海拔增高，空气密度减小，自由程λ增大 ，电离能力增大，间隙的击穿电压降低。
伏秒特性的分散性
放电时间具有分散性，每级电压下测得不同的放电时间---伏秒特性是以上、下包络线为界的一个带状区域 通常用平均伏秒特性或50%伏秒特性表征间隙的击穿特性
伏秒特性的用途
Ｓ２对Ｓ1 起保护作用
在高幅值冲击电压作用下， Ｓ２起不到保护作用
伏秒特性的配合：左图被保护设备绝缘的伏秒特性S1与保护间 隙的伏秒特性S2，两间隙并联可达到完全保护。【绝缘配合】 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
气体击穿电压的影响因素
1、气体种类（强介电强度气体） 4、气体状态（温度、气压、湿度等） 3、电场形式 按电场均匀程度分：均匀场/稍不均匀场/极不均匀场 2、电压种类（直流、交流、雷电冲击、操作冲击等）
• •
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。
足够幅值的电压 击穿条件 一定时间的作用
高电压技术
1.3.4 极不均匀场中的极性效应
正棒－负板
电子运动速度快，迅速进入棒极； 棒极附近积聚起正空间电荷，削弱了棒极附近的电场强度而 加强了正离子群外部空间的电场 结果：（1）使电晕起始电压提高。（2）外部空间电场加强 ，有利于流注的发展，因此 击穿电压较低。
SF6气体性质--物理性质和化学性质.
SF6气体性质--物理性质和化学性质SF6气体化学性质SF6气体不溶于水和变压器油，在炽热的温度下，它与氧气、氩气、铝及其他许多物质不发生作用。
但在电弧和电晕的作用下，SF6气体会分解，产生低氟化合物，这些化合物会引起绝缘材料的损坏，且这些低氟化合物是剧毒气体。
SF6的分解反应与水分有很大关系，因此要有去潮措施。
在电弧高温作用下，很少量的SF6会分解为有毒的SOF2、SO2F2、SF4和SOF4等，但在电弧过零值后，很快又再结合成SF6。
因此，长期密封使用的SF6，虽经多次灭弧作用，也不会减少或变质。
电弧分解物的多少与SF6中所含水份有关，因此，把水份控制在规定值下是十分重要的。
常用活性氧化铝或活性炭、合成沸石等吸附剂，清除水分和电弧分解产物。
SF6气体混入空气时，会使绝缘强度下降，因此断路器及其贮气设备应保持密封。
SF6容易液化，液化温度与压力有关，压力升高时液化温度也增高，所以SF6气体都不采用过高的压力，以使其保持气态。
双压式断路器，高压侧压力为1.5MPa左右；单压式断路器，压力为0.3—0.5Mpa。
SF6气体性质--绝缘和灭弧特性SF6的绝缘特性SF6具有优良的绝缘性能，这是它最早被用于电力设备的原因。
例如，0.3MPa压力的SF6气体的绝缘强度就可能达到变压器油的水平，而压缩空气同样的绝缘强度要0.6—0.7MPa。
因此，早在四十年代SF6就开始用于电缆、高压静电发生器中，后来才用到开关中，现在又在变压器和高压互感器中应用。
SF6用在全封闭的组合电器中，取代敞开式分立电器的空气绝缘，使传统的变电站设备构造发生了革命性的变化，这就是SF6绝缘性能所显示出的优越性。
SF6气体的高绝缘强度是由卤族化合物的负电性，即对电子的吸附能力造成的。
卤族元素中又以F元素的负电性最强，它的化合物SF6仍有强负电性。
在温度不太高的情况下（108K以下），产生SF6+e→SF6—的反应，生成负离子；使空间的自由电子减少，而负离子的活泼性差，抑制了空间游离过程的发展，击穿不易形成，因此绝缘强度大大提高SF6气体的绝缘强度在不均匀的电场中要降低，这一点在设计与使用中应该引起注意。
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。
SF6气体的绝缘和灭弧性能
SF6气体的绝缘和灭弧性能一、绝缘性能 (2)1 SF6气体的物理化学性能 (2)1.1 SF6气体的密度 (2)1.2 SF6气体具有“负电性” (2)1.3 SF6气体的电弧温度 (2)1.4 SF6气体能增加地球的温室效应 (2)1.5 SF6气体的临界温度 (2)1.6 SF6气体在电弧作用下分解 (2)2 SF6气体的绝缘性能 (3)2.1均匀电场、极不均匀电场和稍不均匀电场的说明 (3)2.2 SF6气体间隙的绝缘特性 (3)2.3 SF6气体中绝缘件的沿面放电特性 (5)二、灭弧性能 (6)一、绝缘性能1 SF6气体的物理化学性能1.1 SF6气体的密度是6.07kg/m3(200C，0.1Mpa时)，空气是1.19。
SF6比空气重得多，因此户内GIS站内漏泄出来的SF6气体会沉积在室内的低处，排风机应设臵在地面上方1m处为宜。
1.2 SF6气体具有“负电性”，即具有很强的电子吸附能力，它比空气的负电性高几十倍，因此SF6气体具有很优良的绝缘性能。
1.3 SF6气体的电弧温度达到2000-3000K时就急剧分解成F和S的单原子，在分解时要从电弧吸取大量的热能，即具有“高导热性”，因此SF6气体具有很优良的灭弧性能。
1.4 SF6气体能增加地球的温室效应，是一种不环保的气体。
在中压开关领域，采用N2气体作为绝缘介质，用真空灭弧室开断电弧，称之为绿色环保产品。
在高压开关领域，还没有找到一种能替代SF6的绝缘和灭弧介质,但可以使用SF6/ N2混合气体，以减少SF6的使用量。
1.5 SF6气体的临界温度是45.6C,临界压力是3.77Mpa，因此在常温下压缩SF6气体就可以将SF6从气态转化成液态（回收装臵的原理）。
1.6 SF6气体在电弧作用下分解成S和F的单原子，正负离子和电子，其大部分很快（10-5S之内）复合再生成SF6，只有少数与金属蒸汽、喷嘴材料的蒸汽和可能被电弧灼伤的灭弧室绝缘件的蒸汽发生化学反应，危险最大的是与水分子的化学反应，产生氢氟酸（HF），它对绝缘材料和金属材料都能产生腐蚀作用，尤其是能严重腐蚀含硅（Si）绝缘件。
高电压技术——六氟化硫气体
2）SF6分解产物的危害 TEXT TEXT TEXT TEXT A）气体分解产物。 SO2、HF 和 SOF2 等腐蚀金属及设备的 有关部件，加速绝缘材料老化，降低SF6的电气性能，特 别容易污染固体绝缘材料，使其延面闪络电压大为降低， 导致其局部放电。 B）固体分解产物。 WO3、CUF2 等固体产物，若沉淀在环 氧树脂等固体绝缘材料表面，在SF6中微水作用下，可降 低其沿面闪络电压。由此，长期的运行过程中，设备内 部有一处相对微小局部放电可能会产生足够数量的腐蚀 性物质，引起设备缺陷。
SF6气体绝缘特性还受杂质和电极表面状况影响很大。 充入电气设备的气体如混杂了金属细屑，绝缘击穿电压将 显著下降。这种影响在工作气压越高时越显著，金属细屑 的尺寸越大绝缘强度降低越多。 电极表面如粗糙不平，局部电场增强，对绝缘强度下 降影响也很大，加工光洁度高的表面要比粗糙表面的绝缘 强度高。由于表面缺陷，凸起的出现呈随机性质，这种局 部电场增强效应也具随机性，对于面积越大的电极，局部 放电的几率也越大。这就表现为绝缘强度随电极表面积增 大而下降，并渐趋于一个稳定值。
四、SF6的绝缘特性
SF6具有优良的绝缘性能，这是它最早被用于电力设备 的原因。例如，0.3MPa压力的SF6气体的绝缘强度就可能达 到变压器油的水平，而压缩空气同样的绝缘强度要 0.6— 0.7MPa。因此，早在四十年代SF6就开始用于电缆、高压静 电发生器中，后来才用到开关中，现在又在变压器和高压 互感器中应用。SF6用在全封闭的组合电器中，取代敞开式 分立电器的空气绝缘，使传统的变电站设备构造发生了革 命性的变化，这就是SF6绝缘性能所显示出的优越性。
七、SF6气体的毒性来源
（1）SF6产品不纯，出厂时含高毒性的低氟化硫、氟化氢等 有毒气体。另外，在气体的充装过程中还可能混入少量的空 气、水分、和矿物油等杂质，这些杂质均带有或会产生一定 的毒性物质。 （2）电器设备内的SF6气体在高温电弧发生作用时而产生的 某些有毒产物。 （3）电器设备内的SF6气体分解物与其内的水分发生化学反 应而生成某些有毒产物。 （4）电器设备内的SF6气体及分解物与电极（Cu－W合金）及 金属材料（AL、Cu）反应而生成某些有毒产物。 （5）电器设备内的SF6气体及分解物与绝缘材料反应而生成 某些有毒产物。
电气绝缘基础知识
输电线路以气体作为绝缘材料
变压器相间绝缘以气体作 为绝缘材料
3、非自持放电和自持放电 （1）依靠外界电离因素维持的是非自持放电 （2）仅靠电场本身作用的是自持放电 4、空气间隙在电场作用下出现自持放电是否 一定会发生击穿？ 答：在均匀电场中，气体间隙一旦出现自持 放电，同时即被击穿。在极不均匀电场中， 气体局部达到自持放电时，会出现电晕放 电，间隙并不击穿。 5、流注：空气间隙中往两极发展的充满正负 带点质点的混合等离子通道。
UF=f(PS)
三、电场是否均匀对空气间隙击穿电压影响 在标准大气压下，温度为20℃时，均匀电场中空气间隙的 击穿场强大约是30kv/cm。 极不均匀电场间隙大于50cm时，负极性的直流击穿电压 平均击穿场强约为10kv/cm，而正极性的直流击穿场强约 为4.5kv/cm，与均匀电场的击穿场强相比下降很多。 1、均匀电场气隙在稳态电压下的击穿特性 均匀电场中一旦出现自持放电，间隙即被击穿，形成电弧放 电或火花放电，无电晕放电。 2、稍不均匀电场气隙在稳态电压下的击穿特性 不均匀电场分类依据：能否维持稳定的电晕放电 极不均匀电场 稍不均匀电场
3、电场的均匀程度： 改善电场均匀度可提高击穿电压。 4、电压作用时间的影响： 短时间内随加压时间的延长击穿电压下降，达到一 定时间不再明显下降。工频耐压时间为1min. 5、冲击电压作用下变压器油间隙的击穿场强 6、油间隙宽度对击穿场强的影响
一、固体电介质的种类及其特性
1、固体电介质的种类 2、电介质的极化和相对介电常数 电介质的极化： 在外加电场的作用下，电介质中的正负电荷沿电场 的方向作有限的位移或转向，形成偶极矩。 3、固体电介质的物理化学性能
流注分类 （1）阳极（正）流注：从阳极向阴极发展 （2）阴极（负）流注：从阴极向阳极发展 二、均匀电场中气体间隙击穿电压与气体密度的关系 1、除去气体过于稀薄外，气体密度越大，击穿电压 越高。 2、巴申定律： 当气体种类和电极材料一定时，均匀电场中气隙的 放电电压UF是气体压力P和间隙极间距离S乘积的 函数。
高电压技术试题 按章排序
第一章气体的绝缘特性一、选择题：1.流注理论未考虑( )的现象。
A.碰撞游离B.表面游离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.表现游离C.热游离D.光游离3.SF6气体具有较高绝缘强度的主要原因之一是( )A.无色无味性B.不燃性C.无腐蚀性D.电负性4.由于光辐射而产生游离的形式称为( )。
A.碰撞游离B.光游离C.热游离D.表面游离5.解释电压较高、距离较长的间隙中的气体放电过程可用( )。
A.流注理论B.汤逊理论C.巴申定律D.小桥理论6.SF6气体具有非常优良的电气性能，但( )A.对绝缘材料有腐蚀作用B.不能在寒冷地区使用C.灭弧能力不如空气D.在电弧作用下会分解出有毒气体7.极不均匀电场中的极性效应表明( )A.负极性的击穿电压和起晕电压都高B.正极性的击穿电压和起晕电压都高C.负极性的击穿电压低和起晕电压高D.正极性的击穿电压低和起晕电压高8.在大气条件下，流注理论认为放电发展的维持是靠( )A.碰撞游离的电子B.光游离的光子C.热游离的离子D.表面游离的电子9.气隙下操作冲击击穿电压最小值( )A.比雷电冲击击穿电压高B.比工频交流击穿电压高C.的临界波前时间随间距增大而增大D.的临界波前时间随间距增大而减小10.导线上出现冲击电晕后，使( )A.导线的波阻抗增大B.导线的波速增大C.行波的幅值增大D.导线的耦合系数增大11.电晕放电是一种( )A.自持放电B.非自持放电C.沿面放电D.滑闪放电12.以下四种气体间隙的距离均为10cm，在直流电压作用下，击穿电压最低的是( )A.棒—板间隙，棒为正极B.棒—板间隙，棒为负极C.针—针间隙D.球—球间隙(球径50cm)13.与标准大气条件相比，当实际温度下降气压升高时，均匀电场气隙的击穿电压( )A.不变B.降低C.升高D.取决于湿度的变化14.我国规定的标准大气条件是( )A.101.3kPa，20℃，11g／m3B.101.3kPa，20℃，10g／m3C.50.1kPa，25℃，10g／m3D.50.1kPa，25℃，11g／m32.能有效提高支持绝缘子沿面闪络电压的措施是( )A.减小介质介电常数B.改进电极形状C.增加瓷套管表面电阻D.加大瓷套管半径15.标准雷电冲击电压波的波形是( )A.1/10sμB.1.2/50sμC.100/1000sμD.250/2500sμ16.线路冲击电晕的特点是( )A.正极性冲击电晕对波的衰减和变形比较小B.负极性冲击电晕对波的衰减和变形比较大C.过电压计算中应以正冲击电晕的作用为依据D.过电压计算中应以负冲击电晕的作用为依据17.棒—板间隙在工频电压作用下( )A.击穿电压远大于直流电压下正棒—负棒的击穿电压B.击穿电压远大于直流电压下正板—负棒的击穿电压C.击穿时刻是极性为正，电压达幅值时D.击穿时刻是极性为负，电压达幅值时18.沿面放电电压与同样距离下的纯空气间隙的放电电压相比总是( )A.高B.低C.相等D.不确定19.伏秒特性曲线实际上是一条带状区域，因为在冲击电压作用下，间隙放电时间具有( )A.时延性B.准确性C.统计性D.50%概率20.采用真空提高绝缘强度的理论依据是( )。
SF6气体
三、化学性质
（二）在电弧高温作用下，很少量的SF6会分解为 有毒的SOF2、SO2F2、SF4和SOF4等，但在电弧 过零值后，很快又再结合成SF6。因此，长期密封 使用的SF6，虽经多次灭弧作用，也不会减少或变 质。电弧分解物的多少与SF6中所含水份有关，因 此，把水份控制在规定值下是十分重要的。常用活 性氧化铝或活性炭、合成沸石等吸附剂，清除水分 和电弧分解产物。
四、绝缘特性
（一）绝缘特性：SF6气体的高绝缘强度是由卤族 化合物的负电性，即对电子的吸附能力造成的。卤 族元素中又以F元素的负电性最强，它的化合物SF6 仍有强负电性。在温度不太高的情况下（108K以 下），产生SF6+e→SF6— 的反应，生成负离子； 使空间的自由电子减少，而负离子的活泼性差，抑 制了空间游离过程的发展，击穿不易形成，因此绝 缘强度大大提高 。
九、毒性来源
（5）电器设备内的SF6气体及分解物与绝缘 材料反应而生成某些有毒产物。如与含有硅 成分的环氧酚醛玻璃丝布板（棒、管）等绝 缘件；或以石英砂、玻璃作填料的环氧树脂 浇注件、模压件以及瓷瓶、硅橡胶、硅脂等 起化学作用，生成SiF4、Si（CH3）2F2等产 物。
二、物理性质
SF6气体是无色、无臭、不燃、无毒的惰性 气体，具有优良的绝缘性能，且不会老化变 质。它的比重约为空气的5倍。在标准大气压 下，－62度时液化。绝缘强度受电极影响大， 在均匀电场中为空气的2到3倍，在3个大气压 下绝缘强度与变压器油相当。在12个大气压 下，0度时液化。
三、化学性质
（一）SF6气体不溶于水和变压器油，在炽 热的温度下，它与氧气、氩气、铝及其他许 多物质不发生作用。但在电弧和电晕的作用 下，SF6气体会分解，产生低氟化合物，这 些化合物会引起绝缘材料的损坏，且这些低 氟化合物是剧毒气体。SF6的分解反应与水 分有很大关系，因此要有去潮措施。
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。
SF6气体特性及其处理方法
SF6气体特性及其处理方法摘要：SF6是一种绝缘性能和灭弧性能良好的气体，也是一种具有累积效应的温室气体。
回收含SF6分解气体的SF6气体，既有经济效益，又有环境效益。
介绍SF6分解气体的种类、性质及湿式、干式两种回收处理方法。
关键词：SF6气体湿式处理法干式处理法1 引言SF6气体具有卓越的绝缘性能和灭弧性能，被广泛应用于断路器、气体绝缘组合电器、气体绝缘变压器、气体绝缘互感器、气体绝缘电缆等各种输变电设备中。
纯净的SF6 气体在常温常压下无色、无味、无毒，不可燃，理化性质稳定，但若设备内部存在局部放电、重燃和严重过热性故障时，SF6气体将发生分解，产生SO2、H2S、CO 等有害化合物，不仅会使SF6 电气设备绝缘性能下降，而且会严重威胁人身安全。
2 SF6气体分解过程及分解气体性质SF6气体化学性质极其稳定，其自身分解温度在500℃以上，在正常运行情况下分解物极少，但在电弧、火花和电晕放电的作用下，气体会发生分解，产生一些低氟化合物，这些化合物又会与电极材料、绝缘材料、水分和氧气等进一步发生反应生成十分复杂的化合物。
SF6气体在电弧中的分解和与氧、水的反应：SF6+O2 → 2SOF2（氟化亚硫酰）+8F2SF6+ O2→ 2SOF4（四氟化硫酰）+4FSOF2+H2O →SO2+2HF（氢氟酸）SOF4+H2O → SO2F2（氟化硫酰）+2HF3.1 SF6气体对环境的危害SF6电气设备中的SF6气体达到规定使用年限后，应更换原来充装的SF6气体，含有SF6分解气的SF6气体可予以回收。
如果不经处理直接放空，不但造成资源浪费，而且污染环境。
应当指出的是，SF6是一种温室气体。
有资料统计，1961～1999年全世界共消费13.6万吨SF6气体，其中电力工业消费4.2万吨，这部分SF6气体产生的温室效应相当于10亿吨CO2气体产生的温室效应[1]。
就等量的SF6与CO2而言，SF6的温室效应相当于CO2的23900倍[2]。
第一章 气体电介质的绝缘特性
第一节 气体中带电质点的产生与消失
一、气体电介质中带电粒子的产生 气体中的原子通常处于正常状态，原子在外界因素（强电场，高温等）的作用下，吸 收外界能量使其内部能量增加，其电子可由低能级跃迁到能级较高的轨道运行，这个过程 称为原子激励。此时原子的状态称为激发态。此时的电子还未摆脱原子核的束缚。激励过 程所需能量称为激励能。 如果中性原子在外界因素作用下，获得足够大的能量，可使原子中的一个或几个电子 完全摆脱原子核的束缚，形成自由电子和正离子，这个过程称为原子的电离。电离是激发 的极限状态，电离后形成的正离子就是原子失去一个或几个电子后形成的带正电的质点。 电离过程所需要的能量称为电离能Wi，一般为10~15eV。显然，发生电离的条件就是原子 从外界获取的能量大于原子的电离能。 气体原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；②各种光辐 射；③高温下气体中的热能。强电场根据不同的电离因素，电离有碰撞电离，光电离，热 电离，表面电离几种形式：
性气体具有较高的绝缘强度。
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第二节 汤逊理论和流柱理论
一、汤逊理论 20世纪初，英国物理学家汤逊（Townsend）在均匀电场、低气压、短间隙的条件下
进行了放电实验，提出了比较系统的理论和计算公式，解释了整个间隙的放电过程和击穿
条件。虽然汤逊理论有很多不足，其适用范围也有很大的局限，但它描述的放电过程是很 基本的，具有普遍意义。 1．非自持放电和自持放电
下关系：
W
式中：K――波尔茨曼常数，K＝1.38×9-23J/K； T――绝对温度，K。 随着温度升高，气体分子动能增加，当气体分子的动能大于气体分子电离能时，就可 能引起热电离。因此产生热电离的条件为：
3 KT Wi 2
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(2). 利用空间电荷对电场的畸变作用
(3). 极不均匀电场中采用屏障
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
2. 削弱游离因素的措施
(1). 采用高气 压 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，从而削弱了碰撞游离的过程 。
f0=11g/m3
2. 相对密度的影响
相对密度
p
=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 U= U0
3. 湿度的影响
(1). 均匀或稍不均匀电场
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.
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
k
1 H 1.1 1000
六. 提高气体间隙绝缘强度的方法
有两个途径: 一个是改善电场分布,使之尽量均匀; 另一个是削弱气体间隙中的游离因素.
1. 改善电场分布的措施
(1). 改变电极形状
如高压空气断路器和高压标准电容器等
10kv高压标准介损器
(2). 采用高真空
气体间隙中压力很低时，电子的平均自由 行程已增大到极间空间很难产生碰撞游离的程 度。 如真空电容器、真空断路器等
真空断路器
真空电容器
(3). 采用高强度气体 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. 它是一种无色、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。
t =ts+tf
L
气体间隙在冲击电压作用下击穿所需全部时间：
t=t1+ts+tf
其中：ts+tf 就是放电时延tL
3. 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. 伏秒特性 (1) 定义
b. 线状火花放电
c. 滑闪放电
d. 闪络放电
(2) 影响沿面放电因素分析
等值电路图
a.固体介质厚度越小，则体积电容越大，沿介质 表面电压分布越不均匀，其沿面闪络电压越低；
b.同理，固体介质的体积电阻越小，沿面闪络电压 越低
c.固体介质表面电阻减少，可降低沿面的最大 电场强度，从而提高沿面闪络电压
b.正离子的表面游离系数γ
一个正离子到达阴极,撞击阴极表面产生游离的电 子数
自持放电条件可表达为:
(e 1) 1
S
(5)巴申定律
a.表达式:
U F f (PS)
S:极间距离
P:气体压力
b.均匀电场中几种气体的击穿电压与ps的关系
2.流注理论
(1).在ps乘积较大时,用汤逊理论无法解释的几种现象
三.不均匀电场中气隙的放电特性
1.电晕放电
一定电压作用下,在曲率半径小的电极附近发生局部 游离,并发出大量光辐射,有些像日月的晕光,称为电晕 放电. 电晕起始场强 电晕起始电压 开始出现电晕时电极表面的场强 开始出现电晕时的电压
电晕放电是极不均匀电场所特有的一种自持放电形式
2.极性效应
(1).正棒---负板
均匀电场中气体的 伏安特性
(1).电子崩 在电场).非自持放电 去掉外界游离因素的作用后,放电随即停止 (3).自持放电 不需要外界游离因素存在,放电也能维持下去
(4).自持放电条件
a.电子的空间碰撞系数α 一个电子在电场作用下在单位行程里所发生的碰撞 游离数
6. 绝缘子串的电压分布
分析结果：
a.绝缘子片数越多，电压分布越不均匀 b.靠近导线端第一个绝缘子电压降最高，易 产生电晕放电。在工作电压下不允许产生电 晕，故对330kv及以上电压等级考虑使用均 压环
7. 绝缘子表面污秽时的沿面放电
户外绝缘子，会受到工业污秽或自然界盐碱、飞尘 等污染，在干燥时，由于污秽尘埃电阻很大，绝缘子 表面泄漏电流很小，对绝缘子安全运行无危险；但下 雨时，绝缘子表面容易冲掉，而大气湿度较高，或在 毛毛雨、雾等气候下，污秽尘埃被润湿，表面电导剧 增，使绝缘子的泄漏电流剧增，降低闪络电压。
类似套管
瓷套管
变压器用电容套管
(3). 固体介质处于极不均匀电场中,且电力线平行于 界面的分量以垂直于界面的分量大得多.
类似支持绝缘子
复合支持绝缘子
户外高压支持绝缘子
3. 均匀电场中的沿面放电 其放电特点: (1).放电发生在沿着固体介质表面,且放电电压比 纯空气间隙的放电电压要低.
其原因
分析：
a.由于带正电的捧极附近积聚起正空间电荷，削弱 了电离，使电晕放电难以形成，造成电晕起始电压 提高。
b.由于捧极附近积聚起正空间电荷在间隙深处产生 电场加强了朝向板极的电场，有利于流注发展，故 降低了击穿电压。
(2).负棒---正板
分析：
a.棒附近正空间电荷产生附加电场加强了朝向棒端 的电场强度，容易形成自持放电，所以其电晕起 始电压较低。
a. 固体介质与电极表面没有完全密合而存在 微小气隙,或者介面有裂纹. b.介质表面不可能绝对光滑,使表面电场不均 匀.
c.介质表面电阻不均匀使电场分布不均匀
d.介质表面易吸收水分,形成一层很薄的膜, 水膜中的离子在电场作用下向两极移动,易 在电极附近积聚电荷,使电场不均匀
4. 极不均匀电场具有强法线分量时的沿面放电 (套管型) (1) 放电发展特点: a. 电晕放电
8.防止绝缘子的污闪，应采取措施 (1).对污秽绝缘子定期或不定期进行清洗
(2). 绝缘子表面涂一层憎水性防尘材料 (3).加强绝缘和采用防污绝缘子
(4).采用半导体釉绝缘子
对 瓷 柱 进 行 清 洗
c.附着效应
电子与原子碰撞时,电子附着原子形成负离子
二.气体放电的两个理论
1.汤逊放电理论. 适用条件:均匀电场,低气压,短间隙 实验装置
分析： oa段: 随着电压升高，到达 阳极的带电质点数量 和速度也随之增大 ab段：
电流不再随电压的 增大而增大
bc段： 电流又再随电压 的增大而增大 c点:电流急剧突增
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 引起碰撞游离的条件：
1 2 m Wi 2
Wi
：气体原子（或分子）的游离能
光游离
由光辐射引起气体原子（或分子）的游离 称为光游离
产生光游离的条件：
h Wi
(3).提高沿面闪络电压措施
a.减少套管的体积电容。如增大固体介质厚 度，加大法兰处套管的外经
b.减少绝缘的表面电阻。如在套管近法兰处 涂半导体漆或半导体釉
5. 极不均匀电场具有强切线分量时的沿面放电
(支柱绝缘子型)
由于电极本身的形状和布置己使电场很不均 匀，故介质表面积聚电荷使电压重新分布不会 显著降低沿面闪络电压，为了提高沿面闪络电 压，一般从改进电极形状，如采用屏蔽罩和均 压环。
(4) 实际意义
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
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.
五. 大气条件对气体间隙击穿电压的影响
1. 标准大气条件
大气压力 P0=101.3kpa
温度
湿度
200 C
h:普朗克常数
ν:光的频率
热游离 气体在热状态下引起的游离过程称为热游离
产生热游离的条件：
3 KT Wi 2
K:波茨曼常数 T:绝对温度
金属表面游离
电子从金属电极表面逸出来的过程 称为表面游离
(4)去游离 a.扩散 b.复合 子 带电质点从高浓度区域向低浓度区域运动. 正离子与负离子相遇而互相中和还原成中性原
变压器相间绝 缘以气体作为绝 缘材料
2.带电质点的产生与消失 (1) 激发 原子在外界因素作用下,其电子跃迁到能量较高的状态 (2)游离 原子在外界因素作用下,使其一个或几个电子脱离原 子核的束博而形成自由电子和正离子 (3)游离的方式 a.碰撞游离 b.光游离 c.热游离 d.金属表面游离
碰撞游离
b.在间隙深处，正空间电荷产生的附加电场与原电 场方向相反，使放电的发展比较困难，因而击穿电 压较高。
结论：
在相同间隙下
正捧-----负板
电晕起始电压 间隙击穿电压 高
负捧-----正板
低
低
高
四.雷电冲击电压下气隙的击穿特性
1.标准波形
几个参数 波头时间T1：T1=(1.2 30%)μs 波长时间T2: T2=(50 20%) μs
a.击穿过程所需时间,实测值比理论值小10--100倍 b.按汤逊理论,击穿过程与阴极材料有关,然而在大气 压力下的空气隙中击穿电压与阴极材料无关.
c.按汤逊理论,气体放电应在整个间隙中均匀连续地 发展,但在大气中击穿会出现有分枝的明亮细通道
(2).理论要点: 认为电子碰撞游离及空间光游离是维持自持放电的 主要因素,流注形成便达到了自持放电条件,它强调了 空间电符畸变电场的作用和热游离的作用. (3)放电简单流程图: 有效电子(经碰撞游离)-----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.