Transcript 固体介质的绝缘特性四、组合绝缘的耐电特性

一、气体介质的绝缘特性
二、液体介质的绝缘特性
三、固体介质的绝缘特性
四、组合绝缘的耐电特性
第
二
章
电
气
绝
缘
基
础
知
识
一、空气间隙的击穿机理
1、电离
电离形式： a.碰撞电离b.光电离c.热电离
d.表面电离
2、空气间隙的击穿过程
少量带电粒子的碰撞游离—＞电子崩—＞流
注—＞流注接通两极形成击穿
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。
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。
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
能
不
能
稍不均匀电场举例：
球
隙
测
量
器
3、极不均匀电场气隙在稳态电压下的击穿特性
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.
间隙击穿电压远高于电晕起始电压
4、均匀电场和不均匀电场工频击穿电压的比较
均匀电场：30kv/cm
稍不均匀电场：S一定D越小,UF 越低
极不均匀电场： UF(棒—板) 低于UF（棒—棒
四、气体间隙的直流击穿电压和极性效应
极性效应：当棒为正极时，间隙的直流击穿电
压要远低于棒为负极时的直流击穿电压。
UF（负棒—正板）＞ UF（棒—棒） ＞ UF（正棒—负板）
五、冲击电压作用下空气间隙的击穿电压
1、雷电冲击电压和操作冲击电压
（1） 雷电冲击电压：几微秒到几十微秒
持续时间 操作冲击电压：几百微秒或几千微秒
2、冲击电压的标准波形
冲击波波形可由波头长度T1及波长T2加以确定，
现用的雷电冲击电压的波形参数为±1.2/50μS，
操作冲击电压的波形参数为± 250/2500μS。
3、冲击电压作用下空气间隙的击穿电压
雷电冲击击穿电压与极间距离近似正比关系，操
作冲击击穿电压随波前时间T1的变化成U型曲线
4、50%冲击击穿电压
概念：是指在该冲击电压作用下，放电的概率为
50%。
工程上采用该值作为间隙的冲击电压击穿值用符号
U50%表示。
六、影响气体击穿电压的各种因素
1、气体状态：
气体密度（气压、温度）、湿度
★ 湿度增大，气体的间隙击穿电压增高。
原因：空气中的水分子捕获自由电子形成负
离子，负离子不易电离，导致气体UF增高。
2、电压作用时间（电压波形）对击穿电压的影响
均匀电场中，击穿电压与电压波形、电压作用时间无关 。
极不均匀电场中，雷电冲击电压远高于工频击穿电压。
操作过电压可能低于工频击穿电压幅值。
3、电压的极性对击穿电压的影响
对于极不均匀电场中的棒—板间隙，空气间隙的直流或冲击
击穿电压与棒极的极性有关，一般是负极性放电电压高。
4、电场的均匀程度对击穿电压的影响
电场越均匀，击穿电压越高
5、电极材料和光洁度对击穿电压的影响
例：铝极表面易发射电子，UF低；不锈钢电极的UF略高。
讨论：
断路器新电极为什么要进行老炼处理？
答：新电极表面会存在小毛刺，因此常需进行老炼处理。通
过对电极加压进行老炼处理，除去电极表面的小毛刺后，不
仅提高间隙的击穿电压，而且击穿电压的分散性减小。
6、不同气体种类对击穿电压的影响
含卤族元素的气体，例如六氟化硫、二氯二氟二碳
和四氯化碳等，在一切条件都相同的情况下，其击
穿电压比空气高几倍，称为高强度气体。
此类气体具有高电气强度原因：
（1）分子尺寸大；（2）具有很强的负电性
尺寸大运动中易碰撞，自由行程短，运动电子无足够动能进行碰撞游离，不易击穿放电。
具有很强的负电性，中性分子易吸附电子成为负离子，使电子减少以提高击穿电压。
七、SF6气体绝缘特性
1、 SF6气体的电气绝缘强度与气体压力和棒极极性的关系
SF6气体在普通状态下是不燃、无嗅、无毒、无色的惰性气
体。正常情况下相对密度是空气的5倍。在均匀电场中，同
一个大气压力时，电气绝缘强度约为空气的2.3—3倍。
注：
（1）只有在均匀电场中提高气压才能提高气隙的击穿电压
（2）Sf6的极性效应与空气间隙不同，击穿电压负极低于
正极，其绝缘水平由负极性电压决定。
2、 Sf6气体的液化特性
压力越高，液化温度越高。
电气设备使用SF6要注意防止出现液化，根据当地气象条
件可能出现的最低温度选择合适的充气压力。
3、 Sf6气体的灭弧性能
该气体具有良好的灭弧性能，故适用于高压断路器中。
4、 Sf6气体分解物的毒性
纯净的SF6气体是无毒的，但在水分和电弧的作用下，会
产生水解，形成有毒或有腐蚀性的物质。
八、气体放电的不同形式
1、辉光放电
特点：放电电流密度小，放电区域通常占据放电管电极整个空
间。
2、电弧放电
特点：电流密度极大，温度极高，具有耀眼而细长的放电弧道，
弧道电阻很小，具有短路的性质。
3、火花放电
特点：放电回路的阻抗很大，限制放电电流，电极间空气间隙
的放电时断时续，出现断续的明亮火花。
4、电晕放电
特点：空气间隙电场极不均匀，在电极附近强电场处出现局部
空气游离发光现象，电流很小，整个空气间隙并未击穿，仍
能耐受住电压作用。
5、刷状放电（电压升高到一定程度电晕放电发展而成）
九、气体中固体介质的沿面放电
沿固体介质表面发生的气体放电现象称为沿面放电。
沿面放电发展成贯穿性短路时称为沿面闪络。
沿面放电电压通常比纯空气间隙的击穿电压要低。
1、影响空气中固体介质沿面放电电压的各种因素
（1）固体绝缘表面光洁度的影响。
（2）大气湿度和固体绝缘表面吸潮的影响。
（3）导体与固体绝缘结合状况的影响。
（4）电场分布的影响。
固体介质与气体介质交界面的电场分布一般有三
种情况：
(1). 固体介质处于均
匀电场中,且界面与电
力线平行;
(2). 固体介质处于极不均匀电场 (3). 固体介质处于极不均匀电
中,且电力线垂直于界面的分量比 场中,且电力线平行于界面的
平行于界面的分量大得多;
分量以垂直于界面的分量大得
多.
类似套管
类似支持绝缘子
举例：高压套管强垂直分量不均匀电场引起的沿面
放电。
a. 电晕放电
(1) 放电发展特点:
b. 线状火花放电
（刷状放电）
c. 滑闪放电
2、提高空气中固体绝缘沿面放电电压的措施
（1）户外安装的电气设备绝缘子设置裙边。
（2）在容易出现潮湿污秽的地区绝缘子表面涂憎水性涂料。
（3）配电装置各导电部位应力求做到电场均匀，以增强其耐
电强度。
一、液体绝缘介质的种类
矿物油
1、按其来源分
植物油
人工合成油
2、变压器油的牌号
10、25和45
DB—10号变压器油适用于气温不低于—10℃的地区作为变
压器用油，或气温不低于—5℃的地区作为户外断路器、油
浸电容式套管和互感器用油。
DB—25号变压器油适用于气温低于—10℃的地区作为电力
变压器用油，或者气温不低于—20℃的地区作为户外断路器、
油浸电容式套管和互感器用油。
DB—45号油适用于气温低于—10℃的地区作为电力变压器
用油，或者气温低于—20℃的地区作为户外断路器、油浸电
容式套管和互感器用油。
二、变压器油的击穿过程
1、由油中气泡、水滴或纤维引起油间隙击穿过程
“小桥”理论(即 :“气泡”击穿理论)
气体的耐电强度远比油低，因此气泡先游离
变压器油的击穿主要原因,在于杂质的影响,而杂质是水分、潮湿的纤维
和被游离了的气泡等构成，它们在电场的作用下，在电极间逐渐排列成
为小桥，从而导致击穿。
三、影响变压器油击穿电压的各种因素
注：只要油中含水，就会使耐压值显著下降
1、压力的影响：压力上升，工频击穿电压提高
2、温度的影响
受潮的变压器油其击穿电压随温度的升高而上升，原因：
油中水分溶解
温度升到80℃击穿电压下降，原因：水蒸发在油中产生大量
气泡
在零下几十度到零度范围内击穿电压较高，原因：水结冰
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
普通聚氯乙烯在火灾事故时会逸出大量氯化氢等有毒烟气，
妨碍消防工作、加剧火势蔓延，而且烟气的沉淀物有导电和
腐蚀性，对电气装置产生“二次危害”。
二、固体绝缘击穿的三种形式
（1）电击穿（2）热击穿（3）电化学击穿
三、影响固体介质击穿电压的因素
（1）温度
（2）电压作用时间
（3）电场的均匀程度
（4）潮湿
（5）电压种类
（6）机械负荷
（7） 固体介质的局部放电和累积效应
多次受高压作用，内部损伤越来越严重，亦会产生
累积效应，从而降低击穿电压。
一、油纸绝缘的耐电性能
1、特点：耐热性能低，易吸收空气中水分受潮；
纸在油中起屏蔽作用，油填充了纸的空隙，耐电
强度极高。
2、影响击穿电压因素
（1）电压作用时间
（2）局部放电
（3）温度
（4）介质厚度和介电系数
二、油纸绝缘在交直流电压作用下的不同特点
1、交流电压作用下，电压分布近似与电容量成反比
2、直流作用下，电压与电阻成正比
3、吸收现象：
经过一层介质的电阻向另一层介质的电容充电。两
层介质间积累的过剩的自由电荷称为吸收电荷。
该过程可逆且伴有能量损失。
在均匀介质中不存在该现象。