高电压技术复习要点

第1章电介质的电气强度1.1气体放电的基本物理过程1 .高压电气设备的绝缘介质有气体、液体、固体及其他复合介质。2 .气体放电是气体中流动的电流的各种形式的总称。3 .电离：电子脱离原子核束缚形成自由电子和正离子的过程。4 .带电质点的方式可分为热电分离、光电分离、碰撞电离、分级电离。5 .带电质点的能量源为正离子冲击阴极表面，分为光电子发射、强电场发射、热电子发射。6 .带电质点的消失是带电质点受到电场力的作用而流入电极，可以分为带电质点的扩散、带电质点的复合。7 .附着：电子碰撞气体分子，不仅可能引起碰撞电离产生正离子和新电子，还可能产生电子附着过程形成负离子。8 .复合：气体中具有异号电荷的粒子相遇时，有可能发生电荷的传递和中和，这种现象称为复合。(1)复合可发生在电子与正离子之间，称为电子复合，结果产生中性分子(2)复合称为离子复合，在正离子和负离子之间也有可能发生，结果产生了两个中性分子。9.1、放电的电子衰变阶段(1)非脱落防止机构放电和脱落防止机构放电特征宇宙射线和放射性物质的放射线使气体微弱地电离而产生少量的带电质点，另一方面负的带电质点不断复合，在气体空间中存在一定浓度的带电质点。 因此，在气隙的电极之间施加电压，可以检测微小的电流。从图1-3可以看出(1)I-u曲线的OA段：气隙电流随施加电压的上升而增大是因为带电质点向电极的移动速度加快，复合率减少。 电压接近时，电流有饱和的倾向，此时外部离子化因素引起的带电质点全部进入电极，因此电流值依赖于外部离子化因素的强弱而与电压无关。(2)在I-u曲线的b、c点当电压升高时，电流开始变大。 这是由于电子碰撞电离引起的，这时，电子蓄积了足以通过电场发生碰撞电离的动能。 电压持续上升，电流急剧上升，表明放电过程进入了新的阶段。 此时气隙处于良好的导电状态，即气体被破坏。(3)在I-u曲线的BC段中，电流急速增加，但电流值仍然较小，一般为微水平，此时气体中的电流仍由外离子化因素维持，除去离子化因素后，气隙电流消失。因此，施加电压小时的放电不是独立放电。 电压上升后，电流急剧增加，此时间隙中的电离过程只需施加电压即可维持，不需要外离子化因素。 达到施加电压后的放电称为带脱落防止机构的放电，称为放电的开始电压。10 .电子衰变：电子呈几何级数增长，如雪崩般发展，这种急剧增大的空间电子流称为电子衰变。电子衰变示意图：11 .电子碰撞电离系数表示1个电子向电场方向移动1cm的过程完成的碰撞电离次数的平均值。12 .图1-5是平板电极的气隙，板内电场均匀，将从阴极表面每秒放出外部电离因子的初始电子数设为n0撞击电离和电子衰变的结果，到达x时电子数增加到n，这n个电子在dx的距离上新产生dn个电子。到达阳极的电子数如下所示中途新增的电子数或正离子数式的等号两侧乘以电子电荷，得到电流关系式13 .汤姆森理论如上所述，我们知道，仅仅在电子衰变过程中不会发生带脱落防止机构的放电。 为了实现带脱落防止机构的放电条件，必须在气隙内的初始电子破坏之前产生新的电子(二次电子)，以取代外部电离因素引起的初始电子。实验现象表明，二次电子的产生机制与气压和气隙长度积()有关。 值小时，带脱落防止机构的放电条件用汤姆逊理论说明的值大时用流注理论说明。(1)过程和带脱落防止机构的放电条件由于阴极材料表面的功函数比气体分子的电离能力小得多，所以正离子与阴极碰撞后阴极容易发射电子。 另外，正负离子复合时或分子从激发状态转变为正常状态时，产生的光子到达阴极表面时发生阴极表面的电离，统称为工艺。 向导入系数。如果外界的光电分离元件在阴极表面产生自由电子，在该电子到达阳极表面的过程中，电子的总数增加了个数。 在系数的研究中，因为假定每次电离都会有正离子碰撞，所以在电极空间中有(-1 )个正离子。 系数的定义中，该(-1 )个正离子到达阴极表面时(-1 )个新的电子碰撞，这些电子在电极空间的碰撞电离也同样产生更多正离子，这样循环下去。带脱落防止机构放电条件:正离子撞击阴极表面时产生的二次电子数:电子碰撞电离系数:两极板距离(2)汤姆森放电理论的适用范围汤姆森理论是在低气压、小条件下基于放电实验建立的。因此，0.26 cm(pd200 cm mmHg )时破坏过程发生变化，汤姆逊理论计算结果不再适用，但碰撞电离的基本原理仍然普遍有效。1.2气体介质的电强度1 .气隙放电电压主要受电场状况、电压形式及大气条件的影响。2 .场电压破坏物体：均匀的电场破坏，略微不均匀的电场破坏，极其不均匀的电场破坏。3 .均匀电场击穿特性：电极配置对称，无击穿极性效应的间隙中各处电场强度相等，击穿所需时间极短，直流击穿电压、商用频率击穿电压峰值及50%冲击击穿电压相同，击穿电压分散性小。4 .稍不均匀的电场击穿特点：击穿前无电晕无明显极性效应直流击穿电压、商用频率击穿电压峰值及50%冲击击穿电压基本一致。5 .极不均匀场合的破坏特性：电场不均匀度对破坏电压的影响变弱，极间距离对破坏电压的影响变大的直流电压中，直流破坏电压的极性效应非常显着的商用频率的电压中，破坏都发生在正的半周期的峰值附近。6 .负极性雷电三个阶段：引线过程、主放电过程、馀光放电过程。7 .雷过电压：持续时间极短的脉冲电压，这种电压绝缘的破坏与稳态电压的破坏具有不同的特点。8 .雷电危害地面设备主要是云彩闪烁。9 .根据雷电的发展方向，下行雷电可分为雷云中发生、向大地发展上行雷电由接地物体顶部激发，向雷云方向发展10 .下行负极性雷通常分为引线过程三个主要阶段：主放电过程馀光放电过程。11 .气隙破坏的三个特点：最低静态破坏电压气隙引起电子崩溃，逐渐发展存在引起流动注入和主放电的有效电子的放电，完成破坏需要一定的时间。12 .操作过电压：电力系统操作或发生事故时，状态突然变化，电感和电容器电路的振动产生过电压称为操作过电压。13 .操作冲击电压破坏特点： u形曲线、极性效应、饱和现象、色散性大、接近效应。14 .提高气体击穿电压的措施：改善电极形状(使空间电场强度分布均匀，提高气体破坏电压。 目的：改善电场分布，提高间隙击穿电压。 ； 空间电荷对原电场的变形作用极其不均匀的情况下的阻挡采用提高气体压力的作用采用高真空和高电压强度气体SF6。1.3固体绝缘表面气体沿面放电1 .闪络：沿固体绝缘表面整体产生的放电称为闪络。 放电距离相同，沿面闪络电压低于纯气隙击穿电压。2 .高压绝缘子分类：1)绝缘子、套管、套管按结构划分。 2 )将电陶瓷、强化玻璃、硅橡胶、乙丙橡胶等有机材料按材料分开。3 .界面：气体介质和固体介质的界面称为界面。4 .沿面闪络电压的影响因素：(1)固体绝缘材料特性(2)介质表面粗糙度(3)固体介质和电极之间气隙的大小图1-22均匀电场下不同介质的沿面闪烁电压(商用频率峰值)的比较1-气隙破坏2-石蜡3-瓷器4-不与电板接触的瓷器5 .滑动闪光放电是具有强垂直成分的绝缘结构特有的放电形式。6 .滑移放电的条件：电场必须具有足够的垂直分量的电场需要足够的水平分量的电压必须交变。7 .滑移放电现象可以用图中所示的等效电路来说明图为套管绝缘子的等效电路C-表面电容器R-体积电阻r-表面电阻A-导轨B-法兰8 .脏层受潮后变成绝缘子表面复盖的导电层，最终诱发局部电弧发展成沿面闪络的是脏闪。9 .脏闪电的次数在一些外部绝缘闪电中并不多，但它所带来的损失最大。10 .污闪的发展过程：污层的形成、污层的湿气、干燥带的形成和局部电弧的产生、局部电弧的闪络发展。11 .污染等级的划分和污染度评价的方法：现在世界上应用最广泛的方法是等值盐密法。12 .提高沿面放电电压的措施：提高屏障、屏蔽、表面疏水性，消除绝缘体与电极接触面的间隙，改变绝缘体表面的电阻率，强制固体介质表面的电位分布，提高闪电电压。第二章液体的绝缘特性和介质的电气强度1 .液体介质又称绝缘油，常温下为液态，在电气设备中起绝缘、传热、浸渗和充填的作用，主要用于变压器、断油器、电容器和电缆等电气设备。 断路器和电容器中的绝缘油分别具有消弧和贮藏作用。2 .液体介质有矿物绝缘油、合成绝缘油和植物油三种。2.1液体介质的极化和损耗1 .对非极性液体和弱极性液体的电介质极化起主要作用的是电子位移极化，其极化率为e。2 .极性液体介质中，中极性和强极性液体介质等介质由于电场的作用，除了电子位移极化以外，还有偶极极化，偶极的偏转极化对强极性液体介质多发挥主要作用。 极性液体分子具有固有的偶极矩。3 .非极性和弱极性液体介质的极化主要是电子位移极化。 介电损耗主要来源于电导率。4 .极性液体介质的介质损耗与粘度有关。 极性分子在粘性介质中进行热运动，在交变电场的作用下，电场矩使极性分子向外场方向旋转，在取向旋转过程中产生摩擦发热(偶极子在旋转过程中摩擦发热引起的能量损失)。2.2液体介质的电导率1 .根据液体介质中的离子源，离子电导率可分为本征离子电导率和杂质离子电导率两种。2 .华尔兹村定律：与温度无关。2.3液体介质的破坏1 .液体介质击穿条件：碰撞电离和电子衰变发展到一定程度。2 .气泡破坏理论现象：气泡在两极间形成连续的气桥。过程：气泡电离，产生高能电子，与液体分子碰撞，电离产生更多气泡。原因：气泡为什么是电离的？ 1 )气体破坏电场强度小于液体介质的破坏电场强度。 2 )气泡的电场强度大于液体介质。结论气桥的产生形成了导电通道，破坏了液体介质。3 .水桥破坏理论现象：椭圆水球形成电极间连续的水桥。原因：水分子的介电常数大，呈椭圆体状极化，在电场的作用下取向。结论水桥已形成，故在较低电压下遭到破坏。4 .小桥破坏理论现象：杂质粒子聚集在电极电场集中部。原因：杂质颗粒在液体杂质中处于悬浮状态，杂质颗粒的介电常数大于液体介质，在电场作用下产生定向排列。结论：存在杂质颗粒，液介质击穿电压降低。第三章固体的绝缘特性和介质的电强度1 .介质的电气特性主要由电场作用下的电气性能、介电性能和电气强度来表现，分别由四个主要参数来表现：电导率(或绝缘电阻率)、介电常数、介电损耗角正切和破坏电场强度(简称破坏电场强度)。2 .所有介质在电场作用下均出现极化、电导和损耗等电物理现象。3.1固体电解质的极化和损耗1 .电介质的介电常数也称为介电常数，是记述电介质极化的宏观参数。 介电极化的强弱可以用介电常数的大小来表示，与其介电分子的极性强弱有关，受温度和施加电场频率等的影响。2 .电介质的相对介电常数在式中，d、E分别是电介质的电流通量密度、宏观电场强度。3 .介电损耗：电场作用下没有能量损耗的理想介质是不存在的。 实际电介质总是有一定的能量损耗。 介电损耗，包括导电损耗和某些损耗极化损耗。4 .绝缘材料的介电损耗角正切为损耗角的正切值，可以直接用tan表示。 绝缘材料的损耗角是施加电压与由此产生的电流之间的相位差的馀角。这起因于介质电导和介质极化的滞后效应。 如图所示：5 .固体无机电介质的介电损耗： (1)无机晶体：介电损耗主要来源于电导。 (2)无机玻璃：玻璃介电损耗主要由导电损耗、松弛损耗和结构损耗三部分组成。 (3)陶瓷可以分为含玻璃相和几乎不含玻璃相两种，第一类陶瓷是含玻璃相和微晶的结构，其介电损耗主要由玻璃相的离子传导损耗、结构松弛的多晶格结构引起的缓和损耗、气隙中含水引起的界面附加损耗6 .固体有机介质介质损耗： (1)非极性有机介质：介质损耗主要由杂质电导引起广泛用作商用频率和高频绝缘材料。 (2)极性有机介质：由于主要依赖于极性基团的松弛损失，在高频下的损失也很大，不能作为高频介质应用。7 .非极性固体电介质只产生电子位移极化，但极性固体电介质不仅产生电子位移极化，还产生极性分子的偏转极化。8 .无机晶体介质的损耗主要来源于电导，无机玻璃具有热离子极化和弛豫效应，陶瓷介质的tan差异较大9 .非极性有机介质的损耗起因于杂质电导，极性有机介质在不同状态下发生较大变化。10 .固态介质的电导根据传导载流子的类型分为离子电导和电子电导，前者使用离子作为载流子，后者使用自由电子作为载流子。 在弱电场中，主要是离子电导率。11 .结晶介质的离子源有本征离子传导性和弱束缚离子传导性两种。12 .电介质中导电电子的来源包括电极和电介质的热电子发射、场致冷发射和碰撞电离，其导电机理有自由电子气模型、带模型和电子跃迁模型等。13 .隧道效应：对于具有能量u 1、u 0的微粒子，粒子从区域I通过势垒II到达区域III，粒子通过势垒后，能量不减少，保留在区域I的能量的现象，通常在形象上被称为隧道效应。现象：电子穿过屏障，电子从I区到区。条件：强电场，势垒高度不高，厚度薄。原因：强电场作用下势垒减小，