高电压第2章 气体介质的电气强度
第二章习题和解答_高电压技术
第二章习题和解答_高电压技术第二章气体介质的电气强度一、选择题1)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2)冲击系数是______放电电压与静态放电电压之比。
A．25%B．50%C．75%D．100%3)在高气压下，气隙的击穿电压和电极表面______有很大关系A．粗糙度B．面积C．电场分布D．形状4)雷电流具有冲击波形的特点：______。
A．缓慢上升，平缓下降B．缓慢上升，快速下降C．迅速上升，平缓下降D．迅速上升，快速下降5)在极不均匀电场中，正极性击穿电压比负极性击穿电压______。
A.．小B．大C．相等D．不确定二、填空题6)我国国家标准规定的标准操作冲击波形成______s 。
7)极不均匀电场中，屏障的作用是由于其对______的阻挡作用，造成电场分布的改变。
8)下行的负极性雷通常可分为3个主要阶段：、、。
9)调整电场的方法：______电极曲率半径、改善电极边缘、使电极具有最佳外形三、计算问答题10)保护设备与被保护设备的伏秒特性应如何配合？为什么？11)某1000kV工频试验变压器，套管顶部为球形电极，球心距离四周墙壁均约5m，问球电极直径至少要多大才能保证在标准参考大气条件下，当变压器升压到1000kV额定电压时，球电极不发生电晕放电？12)一些卤族元素化合物（如SF6）具有高电气强度的原因是什么？第二章气体介质的电气强度一、选择题1、D2、B3、A4、C5、A二、填空题6、250/25007、空间电荷8、先导、主放电、余光9、增大三、计算问答题10、保护设备的伏秒特性应始终低于被保护设备的伏秒特性。
这样，当有一过电压作用于两设备时，总是保护设备先击穿，进而限制了过电压幅值，保护了被保护设备11、此球形电极与四周墙壁大致等距离，可按照上述的同心球电极结构来考虑。
变压器的球电极为同心球的内电极，四周墙壁为同心球的外电极。
高电压技术第02章 气体介质的电气强度
第二章气体介质的电气强度1气隙击穿特性的影响因素气体）气体种类：空气和高介电强度气体（SF6电压种类：持续作用电压（直流、交流）；冲击电压（雷电冲击、操作冲击）电场分布：电极形状、间隙距离、电压极性；当间隙距离相同时，电场越均匀击穿电压越高气体状态：一般要折算到标准大气状态第一节均匀和稍不均匀电场气隙的击穿特性3一、持续作用电压下气隙的击穿特性1、均匀电场中的击穿电压：a、分散性小直流、工频交流电压（也包括冲击电压）作用下击穿电压基本相同b、均匀电场中空气的电气强度大致为30kV(峰值)/cm经验公式为：d ：间隙距离；：空气相对密度；击穿电压峰值24.55()b U d d kV δδ=+δb U1、均匀电场气隙的击穿特性实验所得的均匀电场空气间隙的击穿电压特性2、稍不均匀电场中的击穿特性a、与均匀电场相似，分散性很小直流、工频交流（也包括冲击电压）作用下，击穿电压基本相同b、不同于极不均匀电场，一旦出现自持放电，立即导致气隙击穿，而不发生电晕现象c、稍不均匀电场不对称时，虽有极性效应，但不明显d、击穿电压和电场不均匀程度有极大关系，越均匀击穿电压越高稍不均匀电场中的击穿特性实例球间隙（高电压试验中用来测量高电压幅值的球隙测压器）和同轴圆筒（高压标准电容器和气体绝缘组合电器中的分相封闭母线筒等）由两个直径相同的球电极构成的气隙中，电场不均匀度随着球间距d与球极直径D之比的增大而增加a 、当d <D /4时，电场相当均匀，其击穿特性与均匀电场相似，直流、工频交流（也包括冲击电压）作用下的击穿电压大致相同；b 、当d >D /4时，电场不均匀度增大，击穿电场的分散性增大直径为D 的球隙的击穿电压U d 与气隙距离d 的关系3、极不均匀电场的击穿电压按电极的对称程度，主要有两种典型的极不均匀电场气隙：a、“棒—棒”气隙（“尖—尖”气隙）b、“棒—板”气隙（“尖—板”气隙）不同电压波形作用下，差异明显，分散性大；在直流电压下，极性效应明显，而在工频交流电压下“饱和”现象明显。
高电压技术复习资料要点
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。
高电压复习提纲(赵智大版)1-3章
一.电介质的电气强度「一」气体放电的基本物理过程㈠带电粒子的产生和消失⑴表征运动的物理量①平均自由行程长度:单位行程中的碰撞次数Z的倒数(电子最大)②带电粒子的迁移率:k=v/E (电子大于离子)③扩散:电子大于离子⑵带电粒子的产生(电离)①光电离②热电离③碰撞电离(主要由电子完成)④表面电离(金属表面电离比空间电离更容易发生)◇阴级表面电离可在下列情况发生:⒈正离子碰撞阴级表面⒉光电子发射⒊热电子发射⒋强场发射⑶附着:电子与中性分子结合成负离子。
气体中带电粒子数不变。
使自由电子数减少⑷带电粒子消失:①带电粒子定向运动②扩散现象③复合㈡气体放电过程＊电子碰撞电离系数α:一个电子沿电场方向运动1cm的行程中所完成的碰撞电离次数平均值＊γ过程:正离子碰撞阴级表面时产生的二次自由电子数自持放电条件:⑴巴申曲线: T恒定:Ub=f(pd)T非恒定:Ub=F(δd)⑵汤逊理论:⑶流注理论:＊初始阶段，气体放电以碰撞电离和电子崩的形式＊均匀电场，自持放电条件αd≈20◆汤逊理论与流注理论比较⑷不均匀电场放电过程①划分:电场不均匀系数f=E/Eavf=1 均匀电场f＜2稍不均匀电场f＞4极不均匀②电晕放电:＊现象:淡紫色辉光，嘶嘶噪声，臭氧气味＊危害:电晕损耗，谐波电流，非正弦电压，无线电干扰，可闻噪声，空气的有机合成＊预防途径:设法限制和降低导线表面场强扩径导线或空心导线或分裂导线③极性效应起晕电压:U正棒-负板>U负棒-正板击穿电压:U正棒-负板＜U负棒-正板＊输电线常处于不均匀电场中，击穿发生在正极性半周，进行外绝缘冲击高压实验时，施加正极性冲击电压「二」气体介质的电气强度㈠不同电场下气隙击穿特性⑴均匀电场:①放电即击穿，无电晕，无极性，击穿时间短②击穿场强约为30kv/cm③直流，工频，冲击电压作用下击穿电压均相同，分散性小，β≈1⑵稍不均匀电场:①放电即击穿，无稳定电晕，极性效应不明显②直流，工频，冲击电压作用下击穿电压近似相同，分散性小，β≈1③实例:＊球间隙:d<D/4 电场均匀d>D/4电场不均匀一般在d≦D/2范围内工作＊同轴圆筒r/R<0.1 不均匀r/R>0.1 稍不均匀⑶极不均匀电场:①直流电压:棒板:击穿电压:正棒-负板＜棒-棒<负棒-正板棒棒:无明显极性效应②工频交流:＊击穿在正极性半周峰值附近＊击穿电压:棒-棒（更均匀）>棒-板＊增加气隙长度能提高"棒-板"气隙平均击穿场强，但存在饱和现象③雷电冲击电压＊冲击系数β>1，分散性大＊击穿通常在波尾＊击穿电压:正棒-负板＜棒-棒<负棒-正板④操作冲击电压1.放电时间tb＊上升时间t1:所加电压从0-Us（静态击穿电压）＊统计时延ts:从t1到气隙中出现第一个有效电子＊放电形成时延tf:出现有效电子到间隙击穿tb=t1+ts+tftlag=ts+tf(放电时延)2.冲击电压波形标准化a标准雷电冲击电压全波:非周期性双指数衰减波(1.2/50μs)b标准雷电冲击电压截波:1.2/2~5μsc标准操作冲击电压波:非周期性双指数波(250/2500μs)3.50%冲击击穿电压＊均匀稍不均匀场:U50%≈Us β≈1＊极不均匀场β>14.伏秒特性＊电压不高，击穿在波尾，取峰值为冲击电压＊电压较高，击穿在波头，取瞬时值为冲击电压＊取50%伏秒特性曲线来表征气隙冲击击穿特性＊均匀电场伏秒特性平缓，不均匀电场伏秒特性陡峭5.击穿特性＊220kv的超高压输电系统，按操作过电压下电气特性进行绝缘设计＊各种类型电压中，以操作冲击电压下的电气强度为最小＊极不均匀电场长气隙的操作冲击击穿特性具有显著"饱和"特征(正棒负板最严重) ＊分散性远大于雷电冲击电压(伏秒特性带宽)㈡不同大气条件下击穿特性气压↑，空气密度↑，温度↓，湿度↑ Ub↑湿度越大，水电负性捕捉自由电子数越多，极不均匀场中影响明显㈢沿面放电与污闪事故⑴沿面放电:表面闪络电压要比固体介质本身击穿电压低。
高电压技术第二版习题答案(部分)说课材料
高电压技术第二版习题答案(部分)第一章气体放电的基本物理过程（1）在气体放电过程中，碰撞电离为什么主要是由电子产生的？答：气体中的带电粒子主要有电子和离子，它们在电场力的作用下向各自的极板运动，带正电荷的粒子向负极板运动，带负电荷的粒子向正极板运动。
电子与离子相比，它的质量更小，半径更小，自由行程更大，迁移率更大，因此在电场力的作用下，它更容易被加速，因此电子的运动速度远大于离子的运动速度。
更容易累积到足够多的动能，因此电子碰撞中性分子并使之电离的概率要比离子大得多。
所以，在气体放电过程中，碰撞电离主要是由电子产生的。
（2）带电粒子是由哪些物理过程产生的，为什么带电粒子产生需要能量？答：带电粒子主要是由电离产生的，根据电离发生的位置，分为空间电离和表面电离。
根据电离获得能量的形式不同，空间电离又分为光电离、热电离和碰撞电离，表面电离分为正离子碰撞阴极表面电离、光电子发射、热电子发射和强场发射。
原子或分子呈中性状态，要使原子核外的电子摆脱原子核的约束而成为自由电子，必须施加一定的外加能量，使基态的原子或分子中结合最松弛的那个电子电离出来所需的最小能量称为电离能。
（3）为什么SF6气体的电气强度高？答：主要因为SF6气体具有很强的电负性，容易俘获自由电子而形成负离子，气体中自由电子的数目变少了，而电子又是碰撞电离的主要因素，因此气体中碰撞电离的能力变得很弱，因而削弱了放电发展过程。
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：汤逊理论的基本观点：电子碰撞电离是气体电离的主要原因；正离子碰撞阴极表面使阴极表面逸出电子是维持气体放电的必要条件；阴极逸出电子能否接替起始电子的作用是自持放电的判据。
它只适用于低气压、短气隙的情况。
气体放电流注理论以实验为基础，它考虑了高气压、长气隙情况下空间电荷对原有电场的影响和空间光电离的作用。
在初始阶段，气体放电以碰撞电离和电子崩的形式出现，但当电子崩发展到一定程度之后，某一初始电子的头部集聚到足够数量的空间电荷，就会引起新的强烈电离和二次电子崩，这种强烈的电离和二次电子崩是由于空间电荷使局部电场大大增强以及发生空间光电离的结果，这时放电即转入新的流注阶段。
高电压技术-第二章.
（1） 过程与自持放电条件
由于阴极材料的表面逸出功比气体分子的电离能 小很多，因而正离子碰撞阴极较易使阴极释放出电 子。此外正负离子复合时，以及分子由激励态跃迁 回正常态时，所产生的光子到达阴极表面都将引起
阴极表面电离，统称为 过程。 为此引入系数。
设外界光电离因素在阴极表面产生了一个自由电
但气体放电都有从电子碰撞电离开始发展到 电子崩的阶段。
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。
自持放电条件为 γ (eαd −1) =1
(1-21)
γ ：一个正离子撞击到阴极表面时产生出来的 二次电子数
α ：电子碰撞电离系数 d ：两极板距离
此条件物理概念十分清楚，即一个电子在自己进
入阳极后可以由α及γ过程在阴极上又产生一个新的替
身，从而无需外电离因素放电即可继续进行下去。
（2）汤逊放电理论的适用范围
为了分析碰撞电离和电子崩引起的电流，引入： 电子碰撞电离系数 α 。
α: 表示一个电子沿电场方向运动1cm的行程所完
成的碰撞电离次数平均值。
如图1-5为平板电极气 隙，板内电场均匀，设外 界电离因子每秒钟使阴极 表面发射出来的初始电子 数为n0。
由于碰撞电离和电子
崩的结果，在它们到达x处 时，电子数已增加为n，这 n个电子在dx的距离中又会 图1－5 计算间隙中电子数增长的示意图 产生dn个新电子。
1.1.1 带电质点的产生
气体放电是对气体中流通电流的各种形式统称。
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。
高电压技术习题与答案
第一章 气体放电的基本物理过程一、选择题1) 流注理论未考虑 B 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 C 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 。
A ．自持放电B ．非自持放电C ．电弧放电D ．均匀场中放电4) 气体内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 C 。
A.碰撞游离B.光游离C.热游离D.外表游离5) ___ B ___型绝缘子具有损坏后“自爆”的特性。
A.电工陶瓷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？DA.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 C 2/cm mg 。
A .≤ 8) 以下哪种材料具有憎水性？AA . 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：辉光放电、 电晕放电、 刷状放电、 火花放电、 电弧放电 。
10)根据巴申定律，在某一PS 值下，击穿电压存在 极小〔最低〕 值。
11)在极不均匀电场中，空气湿度增加，空气间隙击穿电压 提高 。
12)流注理论认为，碰撞游离和 光电离 是形成自持放电的主要因素。
13)工程实际中，常用棒－板或 棒－棒 电极结构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 扩散 、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 改善(电极附近)电场分布 。
16)沿面放电就是沿着 固体介质 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__低____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____NaCl ______含量的一种方法20)常规的防污闪措施有： 增加 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。
2-气体介质电气强度
1、对空气密度的校正 空气密度与压力和温度有关。空气的相对密度：
p δ = 2.9 T
式中： p ：气压,kPa
T ：温度,K.
在大气条件下，气隙的击穿电压随 δ
的增大而提高 。
实验表明，当 δ 处于0.95～ 1.05的范围内时，气 隙的击穿电压几乎与 δ 成正比，即此时的空气密 度校正因数 K d ≈ δ ，因而：
二、极不均匀电场气隙的击穿特性
按电极的对称程度，主要有两种典型的极不均 匀电场气隙： a、“棒 — 棒”气隙（“尖 — 尖”气隙） b、“棒 — 板”气隙（“尖 — 板”气隙） 不同电压波形作用下，差异明显，分散性大； 在直流电压下，极性效应明显，而在工频交流电 压下“饱和”现象明显。
1、直流电压下的击穿电压
2、稍不均匀电场气隙的击穿特性
测量球隙：球间距离d，球的直径D d<D/4时：直流、工频交流、冲 击电压下的击穿电压大致相同。 d>D/4时：大地的畸变作用增强， 平均击穿场强下降，出现极性效 应。 测量球隙工作范围在d≤D/2； 超出此范围分散性大。
加拿大魁北克省水电局 研究所高电压试验室 尺寸 82×67×51.2 m3
b、消除电极表面的毛刺、尖角 许多高压电气装置的高压出线端 ( 例如电力设备 高压套管导杆上端 ) 具有尖锐的形状，往往需要加装 屏蔽罩来降低出线端附近空间的最大场强，提高电晕 起始电压。屏蔽罩的形状和尺寸应选得使其电晕起始 电压 U c大于装置的最大对地工作电压 U g .max ，即：
U c > U g . max
极不均匀电场的工频击穿电压和间隙距离的关系
“棒-棒”气 隙的工频击 穿电压要比 “棒-板”气 隙高一些， 因为“棒-棒” 气隙的电场 要比“棒-板” 稍微均匀一 些 d<1m时，棒棒和棒板几乎一样，但d增大后， 差别变 大；显著特征：“饱和”特性
高电压技术考试复习题与答案
第一章 气体放电的基本物理过程一、选择题1)A ．碰撞游离 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 ．表面游离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) 气体内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.表面游离 5) ______型绝缘子具有损坏后“自爆”的特性。
A.电工陶瓷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.>0.10~0.25 8) 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) 、 电晕放电、刷状放电 、火花放电 、 电弧放电10) 根据巴申定律，在某一PS 值下，击穿电压存在 极小 值。
11) 在极不均匀电场中，空气湿度增加，空气间隙击穿电压 提高 。
12)13) 击穿特性。
14) 气体中带电质子的消失有 扩散 、复合、附着效应等几种形式15)16) 17) 标准参考大气条件为：温度C t 200=，压力=0b 101.3 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_低_____ 19)等值盐密法是把绝缘子表面的污秽密度按照其导电性转化为单位面积上___Nacl_______20) 料三、计算问答题21)简要论述汤逊放电理论。
22) 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？ 23)影响套管沿面闪络电压的主要因素有哪些？ 24) 某距离4m 的棒-极间隙。
第二章 气体介质的电气强度
气隙的极性效应则不明显， “棒—棒” 气隙的极性效应则不明显，可忽略不 棒 计。
击穿特性介于上述“ 击穿特性介于上述“棒—板” 气隙在两种极性下的击穿 板 特性之间。 特性之间。
《高电压技术》第二讲 11
第二章
气体介质的电气强度
第三节 极不均匀电场气隙的击穿特性
2、直流电压 、
《高电压技术》第二讲 12
《高电压技术》第二讲 6
第二章
气体介质的电气强度
第二节 稍不均匀电场气隙的击穿特性
2、击穿电压 、
通常对一些典型的电极结构做出一批实验数据， 通常对一些典型的电极结构做出一批实验数据， 对一些典型的电极结构做出一批实验数据 实际的电极结构只能从典型电极中选取类似结构 进行估算。 进行估算。 电场越均匀，同样间隙距离下的击穿电压越高， 电场越均匀，同样间隙距离下的击穿电压越高， 极限就是均匀电场中的击穿电压。 极限就是均匀电场中的击穿电压。
伏秒特性很快就变平，冲击系数 伏秒特性很快就变平，冲击系数β=1强度
第一节 均匀电场中气体击穿的发展过程
3、击穿电压的经验公式 、
击穿电压： 击穿电压：
U b = 24 .55δd + 6.66 δd ( kV )
平均击穿场强
Ub Eb = = 24 .55δ + 6.66 δ / d ( kV / cm ) d
《高电压技术》第二讲 13
第二章
气体介质的电气强度
第三节 极不均匀电场气隙的击穿特性
3、工频交流电压 、
在空气间隙更长时， 在空气间隙更长时，“棒—板”气隙的平均击穿场 板 强明显降低，即存在“饱和”现象。 强明显降低，即存在“饱和”现象。 各种气隙的工频击穿电压的分散性一般不大， 各种气隙的工频击穿电压的分散性一般不大，其标 准偏差σ值一般不会超过2% 3%。 2%～ 准偏差σ值一般不会超过2%～3%。
高电压技术第二版知识题目解析(部分)
第一章气体放电的基本物理过程（1）在气体放电过程中，碰撞电离为什么主要是由电子产生的？答：气体中的带电粒子主要有电子和离子，它们在电场力的作用下向各自的极板运动，带正电荷的粒子向负极板运动，带负电荷的粒子向正极板运动。
电子与离子相比，它的质量更小，半径更小，自由行程更大，迁移率更大，因此在电场力的作用下，它更容易被加速，因此电子的运动速度远大于离子的运动速度。
更容易累积到足够多的动能，因此电子碰撞中性分子并使之电离的概率要比离子大得多。
所以，在气体放电过程中，碰撞电离主要是由电子产生的。
（2）带电粒子是由哪些物理过程产生的，为什么带电粒子产生需要能量？答：带电粒子主要是由电离产生的，根据电离发生的位置，分为空间电离和表面电离。
根据电离获得能量的形式不同，空间电离又分为光电离、热电离和碰撞电离，表面电离分为正离子碰撞阴极表面电离、光电子发射、热电子发射和强场发射。
原子或分子呈中性状态，要使原子核外的电子摆脱原子核的约束而成为自由电子，必须施加一定的外加能量，使基态的原子或分子中结合最松弛的那个电子电离出来所需的最小能量称为电离能。
（3）为什么SF6气体的电气强度高？答：主要因为SF6气体具有很强的电负性，容易俘获自由电子而形成负离子，气体中自由电子的数目变少了，而电子又是碰撞电离的主要因素，因此气体中碰撞电离的能力变得很弱，因而削弱了放电发展过程。
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：汤逊理论的基本观点：电子碰撞电离是气体电离的主要原因；正离子碰撞阴极表面使阴极表面逸出电子是维持气体放电的必要条件；阴极逸出电子能否接替起始电子的作用是自持放电的判据。
它只适用于低气压、短气隙的情况。
气体放电流注理论以实验为基础，它考虑了高气压、长气隙情况下空间电荷对原有电场的影响和空间光电离的作用。
在初始阶段，气体放电以碰撞电离和电子崩的形式出现，但当电子崩发展到一定程度之后，某一初始电子的头部集聚到足够数量的空间电荷，就会引起新的强烈电离和二次电子崩，这种强烈的电离和二次电子崩是由于空间电荷使局部电场大大增强以及发生空间光电离的结果，这时放电即转入新的流注阶段。
(完整)高电压重点知识复习
第一章 电介质的电气强度第一节平均自由行程长度：单位行程中的碰撞次数Z 的倒数λ。
影响因素：气体分子的半径、温度、气压。
迁移率：E vk =，表示带电粒子在单位场强（m /1V ）下沿电场方向的漂移速度。
电离：产生带电粒子的物理过程，气体放电的首要前提。
使基态原子或分子中结合最松弛的那个电子电离出来所需的最小能量称为电离能，外界能量必须大于电离能才能使电离发生。
四种电离方式：光电离、热电离、碰撞电离、电极表面的电离其中引起碰撞电离的条件为i e W Ex q ≥。
电极表面的电离的四种方式：正离子撞击阴极表面、光电子发射、热电子发射、强场发射。
负离子的形成：当电子与气体分子碰撞时，有可能引起碰撞电离而产生出正离子和新电子，也可能会发生电子和中性分子结合形成负离子（称为附着）。
对放电的形成起什么作用及其原因：负离子的形成并没有使气体中的带电粒子数改变，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。
带电粒子的消失三种形式：1.在电场驱动下作定向运动，到达电极时消失于电极上而形成外电路中的电流2.因扩散现象而逸出气体放电空间3.带电粒子的复合第二节发生电子崩后抵达阳极的电子数：d a e n n α0= 电子碰撞电离系数E BPApe -=α，表明该系数与场强和气压有关。
场强很大时，α急剧增大，气压过大或过小时α都较小。
（电子碰撞电离系数越大击穿电压越低）第三节汤逊放电的γ过程及汤逊放电全过程：（1）正离子撞击到阴极表面发生表面电离，使阴极释放出二次自由电子的过程称为γ过程（2）在电极的气隙中，因外界电离因子产生出自由电子，这些自由电子在电极两端电压的作用下向阳极移动，当空间的电场强度足够大，这些电子将引起碰撞电离，产生出新的电子，新的电子又将引发碰撞电离，如此持续就会产生电子崩。
在碰撞电离过程中产生的正离子在电场的作用下撞击阴极，当场强足够大时，初始电子崩的正离子能在阴极上产生的新电子数大于或等于由外界电离因子产生的电子，那么即使除去外界电离因子的作用，放电也能够自持。
高电压技术第二版习题答案(部分)
第一章 气体放电的基本物理过程（1）在气体放电过程中，碰撞电离为什么主要是由电子产生的？答：气体中的带电粒子主要有电子和离子，它们在电场力的作用下向各自的极板运动，带正电荷的粒子向负极板运动，带负电荷的粒子向正极板运动。
电子与离子相比，它的质量更小，半径更小，自由行程更大，迁移率更大，因此在电场力的作用下，它更容易被加速，因此电子的运动速度远大于离子的运动速度。
更容易累积到足够多的动能，因此电子碰撞中性分子并使之电离的概率要比离子大得多。
所以，在气体放电过程中，碰撞电离主要是由电子产生的。
（2）带电粒子是由哪些物理过程产生的，为什么带电粒子产生需要能量 ？答：带电粒子主要是由电离产生的，根据电离发生的位置，分为空间电离和表面电离。
根据电离获得能量的形式不同，空间电离又分为光电离、热电离和碰撞电离，表面电离分为正离子碰撞阴极表面电离、光电子发射、热电子发射和强场发射。
原子或分子呈中性状态，要使原子核外的电子摆脱原子核的约束而成为自由电子，必须施加一定的外加能量，使基态的原子或分子中结合最松弛的那个电子电离出来所需的最小能量称为电离能。
（3）为什么SF6气体的电气强度高？答：主要因为SF6气体具有很强的电负性，容易俘获自由电子而形成负离子，气体中自由电子的数目变少了，而电子又是碰撞电离的主要因素，因此气体中碰撞电离的能力变得很弱，因而削弱了放电发展过程。
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：汤逊理论的基本观点：电子碰撞电离是气体电离的主要原因；正离子碰撞阴极表面使阴极表面逸出电子是维持气体放电的必要条件；阴极逸出电子能否接替起始电子的作用是自持放电的判据。
它只适用于低气压、短气隙的情况。
气体放电流注理论以实验为基础，它考虑了高气压、长气隙情况下空间电荷对原有电场的影响和空间光电离的作用。
在初始阶段，气体放电以碰撞电离和电子崩的形式出现，但当电子崩发展到一定程度之后，某一初始电子的头部集聚到足够数量的空间电荷，就会引起新的强烈电离和二次电子崩，这种强烈的电离和二次电子崩是由于空间电荷使局部电场大大增强以及发生空间光电离的结果，这时放电即转入新的流注阶段。
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50%伏 秒特性
击穿发生在波 尾，取峰值
100%伏 秒特性
50%冲击 击穿电压
0%伏秒 特性
2020/10/17
➢冲击放电伏秒特性的应用
S1：被保护设备 S2：保护设备
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。
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（2）均匀场间隙中各处电场强 度相等，击穿所需时间极短， 其直流击穿电压、工频击穿电 压峰值、50%冲击击穿电压相同；
（3）击穿电压的分散性很小。
高电压技术
➢ 稍不均匀电场中的击穿
（1）球间隙 （eg：高压实验室中的测量球隙）
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a. d<D/4时，电场均 匀，直流、交流 和冲击电压击穿 电压相同；
①电极材料；②外施电压；③短波光照射；④电场情况。
在较长气隙中，放电时延决定于放电发展时间。 影响放电发展时间的因素为：
①间隙长度； ②电场均匀度；③外施电压
气隙击穿时间：
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tb t0 ts tf
2.1.2 气隙的伏秒特性
➢ 冲击电压的标准波形
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波前时间
半峰值时间
标准雷电波的波形： T1=1.2μs±30％， T2=50μs±20％ 对于不同极性：+1.2/50μs或-1.2/50μs 作冲击波的波形： T1=250μs±20％， T2=2500μs±60％ 对于不同极性：+250/2500μs或-250/2500μs
U b＝Em
d f
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2.2.2 不均匀电场中的气隙击穿电压
➢ 直流电压作用下、工频电压作用下的冲击电压
约10kV/cm
约5.4kV/cm 约4.5kV/cm
约3.8kV/cm
尖－板和尖－尖空气间隙的直流击穿电压
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棒－棒和棒－板空气间隙的工频 击穿电压（有效值）
（2）r/R >0.1时，稍不均匀电场， 击穿前不出现电晕，且由图可见， 当r/R ≈0.33时击穿电压出现极大 值（上述电气设备在绝缘设计时 尽量将r/R选取0.25~0.4的范围 内）。
GIS
（3）其他形状的电极布置
高电压技术
球状电极的电场不均匀系数 大于相同半径的圆柱电极； 间隙距离增大时，电场不均 匀系数也增大。
压达Uo时起，到出现 一个能引起击穿的初
临界 击穿电压
始电子崩所需的第一 个有效电自由电 子时起，到放电过程 完成所需时间，即电 子崩的形成和发展到 流注等所需的时间
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高电压技术
放电时延： t1 ts tf
在短气隙中，全部放电时延实际上就是统计时延。 统计时延具有概率性质，取其平均值，称为平均统 计时延。其影响因素为：
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冲击电压发生器
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➢ 伏秒特性
伏秒特性：在同一冲击电压波形下，击穿电压值与放电时 延（或电压作用时间）有关的特性。
用实验确定间隙伏－秒特性的方法：保持冲击电压的波形
不变，逐渐升高电压使间隙发生击穿，并根据示波图记录
击穿电压U与击穿时间t。
击穿发生在波前或 峰值，取此刻值
绝缘的 伏－秒特性
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避雷器的 伏－秒特性
电气设备绝缘的伏－秒特性和避雷器的伏－秒特性
（a）正确配合
（b）不正确配合
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➢ 50％击穿电压及冲击系数
1. 50％击穿电压 多次施加电压时,有半数会 导致击穿的电压值Ub50 。
2. 冲击系数 同一间隙的50％冲击击穿 电压与稳态击穿电压U0之比 。
高电压工程基础
第2章 气体介质的电气强度
2.1 气隙的击穿时间和伏秒特性 2.2均匀和稍不均匀电场气隙的击穿特性 2.3大气条件对击穿的影响 2.4 提高气体间隙击穿电压的措施 2.5 沿面放电
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2.1气隙的击穿时间和伏秒特性
2.1.2 气隙的击穿时间
统计时延：从外施电
b. d>D/4时，电场不 均匀程度增大， 击穿场强下降， 出现极性效应；
c. 球隙测压器的工 作范围d≤D/2；否 则因放电分散性 增大，不能保证 测量的精度。
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（2）同轴圆柱电极 （eg：高压标准电容器、单芯电缆、GIS分相母线）
U b＝Em
d f
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（1）r/R<0.1时，极不均匀电场， 击穿前先出现电晕，且Ub的值很 低，因此上述电气设备均不设计 在这一r/R范围内。
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➢ 操作冲击电压下击穿的U形曲线
超高压输电系统，电力设备的绝缘设计应采用操作
过电压标准设计。
波前时间上升很快 时，放电时延减小， 要求更高的击穿电 压。
棒－棒
导线－板
工频击穿 场强
波前时间上升很慢 时，极不均匀电场 中长气隙中的冲击 电晕和空间电荷层 都有足够时间形成 和发展，使棒极附 近的电场变得较小， 改善了间隙中电场 分布，击穿电压提 高。
➢ 长空气间隙在操作冲击电压下的击穿强度
雷电冲击 操作冲击
特点：
（1）长间隙的雷电冲击击穿电压远比操 作冲击击穿电压要高；
（2）间隙长度超过5m时呈现饱和趋势。
最小击穿 电压
（3）间隙距离越大，“2”与“3”的击穿 电压的差别越大。
棒板间隙距离1～20m：U
＝
min
3.4 103 1＋ 8
d
(kV)
Ub0 Ub50 3
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2.2 较均匀电场气隙的击穿电压 2.2.1 较均匀电场气隙的击穿电压
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➢ 均匀电场中的击穿
400 100
Ub/kV
10
10.01 0.1
1
10 d/cm
Ub＝24.4 d＋6.53 d (kV )
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特点：
（1）均匀电场中电极布置对称， 击穿无极性效应；
（1）长空气间隙的操作冲击击穿通常发生在波前部分，因而其 击穿电压仅与波前时间有关。
（2）当波前时间tf为100～300μs时，击穿场强出现极小值。出 现极小值的波前时间随间隙距离的增加而增大。
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➢ 操作冲击电压的推荐波形
a. T1/T2=250(±20％) / 2500(±60％) μs b.振荡操作波
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2.3 大气密度和湿度对击穿的影响
➢ 大气校正因数
根据国家标准，利用校正因数可将测得的放电电压值换 算到标准大气条件（t0＝20℃，p0＝101.3kPa，h0＝11g/m3） 的电压值，或将标准参考大气条件下规定的试验电压值换算 为试验条件下的电压值。