1、會計學1氣體介質的絕緣特性氣體介質的絕緣特性l 帶電粒子的運動當氣體中存在電場時，粒子同時進行熱運動和沿電場定向運動。游離（電離）：外界以某種方式給處于某一能級軌道上的電子施加一定的能量，該電子就可能擺脫原子核的束縛成為自由電子。 激發(fā)：電子向高一能級軌道的躍遷。 游離能 ：產生游離需要的能量。 自由行程：一個質點在每兩次碰撞間自由地通過的距離。平均自由行程：眾多質點自由行程的平均值。1、碰撞游離 電子或離子與氣體分子碰撞，將電場能傳遞給氣體分子引起游離的過程。碰撞游離條件：當電子從電場獲得的動能大于或等于氣體分子的游離能時，就可能使氣體分子分裂為電子或正離子? 碰撞游離主要由電子和氣體分子碰

2、撞所引起。氣體中，電子和離子的自由行程是它們和氣體分子發(fā)生碰撞的行程。由于電子尺寸和質量比分子小得多，不易發(fā)生碰撞，故電子的平均自由行程比離子的大得多，在電場作用下加速運動易積聚足夠的動能。ieeWVm221Wi為氣體分子的游離能2、光游離 由光輻射引起氣體分子游離的過程光游離產生的電子稱為光電子來源：x射線、射線、宇宙射線、紫外線等異號帶電質點復合成中性質點釋放出光子條件：iWhv 激勵態(tài)分子回復到正常態(tài)釋放出光子3、熱游離 本質：氣體分子熱狀態(tài)引起的碰撞游離和光游離的綜合。? 常溫下，氣體分子發(fā)生熱游離概率極小。當t10000K時，才需考慮熱游離； 當t20000K時，幾乎全部的分子都處于

3、熱游離狀態(tài)? 以上三種游離發(fā)生在氣體空間中，故也稱為空間游離4、氣體中金屬表面游離含義：形式：金屬陰極表面發(fā)射電子的過程。? 氣體中的主要游離形式為碰撞游離正離子碰撞陰極表面；短光波照射； 強場發(fā)射； 熱電子發(fā)射；二、帶電質點的消失作用：既促進又阻礙放電的進行 都以光子的形式放出多余的能量。一定條件下會導致其他氣體分子產生光游離，使氣體放電階躍式發(fā)展。電子復合和離子復合：作用：阻礙放電發(fā)生1、復合2、擴散正離子和負離子或電子相遇時，發(fā)生電荷的傳遞而相互中和還原為分子的過程。3、進入電極 作用：阻礙放電發(fā)展 帶電質點從濃度較大區(qū)域轉移到濃度較小區(qū)域的性質 在外電場作用下，氣隙中的正、負電荷分別向

4、兩電極定向移動的現象三、空氣間隙的擊穿過程由于受各種電離因素的影響，空氣間會產生少量帶電粒子。在電場的作用下，這些帶電質點沿電場方向運動。在一定條件下會形成電子崩和流注。1.碰撞游離空氣間隙中，處于電場中的帶電質點，在電場力的作用下，在電場中運動。與中性質點發(fā)生碰撞產生新的自由電子和正離子，這種現象稱為碰撞游離。碰撞游離是氣體放電過程中產生帶電質點的重要來源。在氣體放電過程中，碰撞電離主要是由自由電子與氣體分子（或原子）相碰撞而引起的。2.電子崩（湯遜理論） (a) 電子崩的形成 (b) 帶電離子在電子崩中的分布外界游離因子在陰極附近產生一個初始電子，如果空間電場強度足夠大，該電子在向陽極運動

5、時就會引起碰撞游離，產生一個新的電子，初始電子和新電子繼續(xù)向陽極運動，又會引起新的碰撞游離，產生更多電子。依此電子將按照幾何級數不斷增多，類似雪崩似地發(fā)展，這種急劇增大的空間電子流被稱為電子崩。3.非自持放電和自持放電電子崩發(fā)展到陽極，其崩頭的電子進入陽極中和，崩體內的正離子在電場作用下向陰極運動。若氣隙上的電壓較低，場強較小，則正離子撞擊陰極板時從陰極逸出的電子將全部和正離子復合，陰極表面游離不出自由電子。此時若取消外界游離因素，氣隙中將沒有產生新電子崩的電子，放電會停止。此即是非自持放電。若氣隙上的電壓達到其臨界擊穿電壓，則由于正離子的動能大，撞擊陰極表面時就能使其逸出自由電子，此時即使取

6、消外界游離因素，陰極表面游離出的電子可彌補原來發(fā)展電子崩的那個電子，產生新的電子崩，使放電繼續(xù)進行下去。此即是自持放電。自持放電條件： 物理意義： 一個從陰極出發(fā)的起始電子發(fā)展電子崩到陽極后，崩中的 個正離子向陰極碰撞時，只要至少能從陰極撞擊出一個自由電子來，放電就可轉入自持。)1(de1ln1) 1(ded如自持放電條件滿足時，會形成下圖的閉環(huán)部分：1. 將電子崩和陰極上的過程作為氣體自持放電的決定因素是湯遜理論的基礎。 2. 湯遜理論的實質是：電子碰撞游離是氣體放電的主要原因，二次電子來源于正離子撞擊陰極表面使陰極表面逸出電子，逸出電子是維持氣體放電的必要條件。 3. 陰極逸出電子能否接替

7、起始電子的作用是自持放電的判據?？偨Y：湯遜理論是在低氣壓d 較小條件下建立起來的，pd 過大，湯遜理論就不再適用； pd過大時（氣壓高、距離大）湯遜理論無法解釋： v放電時間：很短 v放電外形：具有分支的細通道 v擊穿電壓：與理論計算不一致 v陰極材料：無關 湯遜理論適用于dUb(+|-)2、分析：下面以電場極不均勻的“棒板”氣隙為例，從流注的概念出發(fā)，說明放電的發(fā)展過程和極性效應。(a) 正尖負板電子崩頭部的電子到達棒極后即將被中和，留在棒極附近的為正空間電荷。這些正離子向陰極移動速度很慢而暫留在棒極附近。它們削弱了棒極附近的電場，棒極附近難以形成流注，自持放電難以實現，故起暈電壓較高。而它

8、們同時加強了朝向極板的電場，促進放電向前發(fā)展，故放電電壓較低。(b) 負尖正板電子崩將由棒極表面出發(fā)向極板發(fā)展，崩頭的電子在離開強場（電暈）區(qū)后，不再引起碰撞游離，但仍繼續(xù)往板極運動，并大多形成負離子，負空間電荷濃度小，對電場影響不大。留在棒極附近是大批正離子，它們將加強棒極表面附近的電場，容易形成自持放電，所以其起暈電壓較低。間隙深處的電場被消弱，使流注不易向前發(fā)展，間隙的擊穿電壓要比正極性時高得多。 工程實際中，輸電線路外絕緣和高壓電器的外絕緣都屬于極不均勻電場分布，在交流電壓下的擊穿都發(fā)生在正半波； 因此考核絕緣沖擊特性時應施加正極性的沖擊電壓。三、極不均勻場放電特點 無論尖極極性如何，

9、放電總是從尖極開始 尖極附近總是留下空間電荷 存在極性效應：Ub-|+Ub+|- 2.1.5 雷電沖擊電壓下氣體的擊穿 一、沖擊波形及特點沖擊波：雷電沖擊 操作沖擊標準雷電波： IEC和國標規(guī)定：T1=1.2s30T2=50s20%一般寫為1.20/50 特點： 高幅值、高陡度、短時間 標準雷電沖擊電壓波T1視在波前時間T2視在半峰值時間二、沖擊放電特點足夠大的電場強度或足夠高的電壓。 在氣隙中存在能引起電子崩并導致流注和主放電的有效電子。 需要有一定的時間，讓放電得以逐步發(fā)展并完成擊穿。1、完成氣隙擊穿的三個必備條件：總放電時間 tb=t0tstf2、放電時間的組成：t1tstf 稱為放電時

10、延t0氣隙在持續(xù)電壓下的擊穿電壓為U0，為所加電壓從0上升到U0的時間；完成擊穿所需放電時間很短（微秒級）：直流電壓、工頻交流等持續(xù)作用的電壓，滿足上述三個條件不成問題； 當所加電壓為變化速度很快、作用時間很短的沖擊電壓時，因有效作用時間短，放電時間就變成一個重要因素。ts從電壓達到U0瞬時起到氣隙中出現第一個有效電子為止的時間稱為統計時延。tf出現有效電子后，引起碰撞游離，形成電子崩，發(fā)展到流注和主放電，最后完成氣隙擊穿需要的時間，稱為放電形成時延。短氣隙中（1cm以下），特別是電場均勻時，tfU0三、伏秒特性對雷電沖擊電壓來說，電壓變化速度極快，在電壓達到靜態(tài)擊穿電壓后的放電時延內，電壓變

11、化較大，擊穿電壓高于靜態(tài)擊穿電壓；且擊穿電壓隨時間而變。當擊穿過程中加在間隙上的電壓隨時間變化時，擊穿電壓指間隙上的最高電壓。對持續(xù)電壓來說，電壓變化比放電發(fā)展的速度慢得多，電壓達到靜態(tài)擊穿電壓后，可認為電壓基本不變，所以擊穿電壓就等于靜態(tài)擊穿電壓。沖擊擊穿特性最好用電壓和時間兩個參量來表示，這種在“電壓時間”坐標平面上形成的曲線，通常稱為伏秒特性曲線，它表示對某一沖擊電壓波形，該氣隙的沖擊擊穿電壓與擊穿時間的關系。1、伏秒特性及伏秒特性曲線它可全面反映間隙在沖擊電壓下的擊穿特性。2、伏秒特性曲線的測定 保持沖擊電壓波形不變，逐級升高電壓使氣隙發(fā)生擊穿，記錄擊穿電壓波形，讀取擊穿電壓值U與擊穿

12、時間t。 當電壓不很高時擊穿一般發(fā)生在波尾；當電壓較高時，擊穿百分比將達100，放電時延大大縮短，擊穿一般發(fā)生在波前。 當擊穿發(fā)生在波前時，U與t均取擊穿時的值；當擊穿發(fā)生在波尾時，U取波峰值，t取擊穿時間值。實際的伏秒特性曲線如下圖所示，是以上、下包絡線為界的帶狀區(qū)域。3、伏秒特性與電場的關系隨著時間的延伸，一切氣隙的伏秒特性都趨于平坦，但特性曲線變平的時間卻與氣隙的電場形式有較大關系： 極不均勻電場：平均擊穿場 強低，放電時延長，曲線上翹； 均勻、稍不均勻電場：無弱場強區(qū)，平均擊穿場強高，放電時延短， 曲線平坦。電場越均勻，“V-S”越平。4、伏秒特性的應用? 電氣設備的絕緣配合要求 曲線

13、盡量相似 力求平坦 因此在避雷器等保護裝置中，保護間隙采用均勻電場， 確保在各種電壓下保護裝置伏秒特性低于被保護設備。四、50沖擊擊穿電壓伏秒特性雖能全面反映間隙在沖擊電壓下的擊穿特性，但求取繁瑣。在工程實際中常采用50沖擊擊穿電壓（U50%）來表征氣隙的基本沖擊擊穿特性。定義：在多次施加某一波形和峰值一定的沖擊電壓時，間隙被擊穿概率為50時的擊穿電壓。實際中，施加10次電壓中有4-6次擊穿了，這一電壓即可認為是50沖擊擊穿電壓。特點：1(2)在極不均勻電場中，由于放電時延較長，其沖擊系數 (1)在均勻和稍不均勻場中，擊穿電壓分散 性小。沖擊系數，擊穿電壓分散性也較大。1050UU提高氣體擊穿

14、電壓的措施 1、改善氣隙中的電場分布，使其盡可能均勻 1）改進電極形狀；2）利用空間電荷畸變電場；2、設法削弱和抑制氣體介質中的游離過程 為縮小電力設施的尺寸，希望將氣隙長度或絕緣距離盡可能取小一些，為此就應采取措施提高氣體介質的電氣強度。從實用角度出發(fā)，要提高氣隙的Ub不外乎采用兩條途徑：幻燈片 22幻燈片 231）高氣壓的采用；2）高真空的采用；3）高電氣強度氣體（SF6）的采用幻燈片 24幻燈片 25幻燈片 26增大電極曲率半徑；消除電極表面毛刺 ；消除電極表面尖角電場分布越均勻，氣隙的平均擊穿場強也就越大。因此，可以通過改進電極形狀的方法來減小氣隙中的最大電場強度，以改善電場分布，提高

15、氣隙的擊穿電壓。如：極不均勻電場中間隙被擊穿前先發(fā)生電暈現象，所以在一定條件下，可以利用放電產生的空間電荷來改善電場分布，提高擊穿電壓。 在極不均勻電場中，放入薄片固體絕緣材料，在一定條件 下可以顯著提高間隙的擊穿電壓。 屏障的作用取決于它所攔住的與電暈電極同號的空間電 荷，這樣就能使電暈電極與屏障之間的空間電場強度減小，從而使整個氣隙的電場分布均勻化。例：導線與平板間隙中，導線直徑很小時，導線周圍容易形成比較均勻的電暈層，由于電暈層比較均勻，電場分布改善，提高了擊穿電壓。例：正尖負板電場中設置屏障后，正離子將在屏障上集聚，由于同號排斥作用，正離子沿屏障表面均勻分布，從而在屏障前方形成較均勻的

16、電場，改善了電場分布，提高了擊穿電壓。屏障離棒極越近，比較均勻電場占整個間隙的比例越大，棒極與屏障間電場越小，擊穿電壓越高，當過分靠近棒極屏障上電荷分布很不均勻，屏障前方又將出現極不均勻電場，擊穿電壓又會降低。但當棒為負極性時，即使屏障放在最有利的位置，也只能略微提高氣隙的擊穿電壓(例如20)，而在大多數位置上，反而使擊穿電壓有不同程度的降低。采用高氣壓可以減少電子的平均自由行程，削弱游離過程，提高擊穿電壓。 均勻電場中，當氣體的壓力在1MP以下，擊穿電壓隨氣壓的增大線性增大，氣壓更高時，擊穿電壓增大速度變緩。 不均勻電場中增高氣壓也可以提高擊穿電壓，但效果不如均勻電場顯著。 高氣壓下應盡可能

17、改進電極形狀，改善電場分布，電極應仔細加工光潔，氣體要過濾（濾去塵埃和水份）處理。在高真空中，電子的平均自由行程遠大于極間距離，使碰撞游離幾乎不可能實現，從而顯著提高間隙擊穿電壓。 在電氣設備中氣、液、固等幾種絕緣材料往往并存，而固體、液體等絕緣材料在高真空下會逐漸釋放出氣體，因此電氣設備中實際使用高真空的還很少。 只有在真空斷路器等特殊場合下才采用高真空作為絕緣材料。高電氣強度（強電負性）氣體，其電子附著效應大大減弱碰撞游離過程； 分子量、直徑大，自由行程?。?碰撞引起分子極化反應，能量損失。 SF6具有較高的耐電強度和很強的滅弧性能（為空氣的100倍）而被廣泛應用于大容量高壓斷路器、高壓充

18、氣電纜、高壓電容器、高壓充氣套管、以及全封閉組合電器中。 SF6電氣設備尺寸大大縮小，且不受氣候影響，但造價高，而且它是對臭氧層有破壞作用的溫室氣體。2.8 沿面放電常發(fā)生在高壓外絕緣及高壓絕緣子表面定義：沿著固體介質表面所進行的氣體放電。放電發(fā)展到另外一極稱為閃絡。界面電場分布可分為3種典型情況一、均勻和稍不均勻電場中的沿面放電由于電場畸變使沿面閃絡電壓 比空氣間隙擊穿電壓低得多。 因此，均勻電場中閃絡電壓 與固體介質吸附水分的能力有關；與固體介質與電極結合的緊密程度有關；與固體介質表面電阻和表面光滑狀況有關；與氣體的狀態(tài)（壓力、干燥）有關；與電壓的種類有關；UsUb 原因在于： 介質與電極

19、間存在氣隙局放電荷畸變電場Us； 介質表面吸潮形成水膜畸變電場Us； 介質表面電阻以及粗糙電場分布不均勻Us。二、極不均勻場中具有強垂直分量時的沿面放電電場特點：電力線與固體介質表面幾乎垂直。 放電特點：出現滑閃放電 v 法蘭附近沿介質表面電流密度最大，電位梯度也最大，因此最先出現初始的沿面放電； v 在電場強垂直分量的作用下，帶電質點撞擊介質表面，引起局部溫升，導致熱游離，從而帶電質點劇增，電阻劇降，通道迅速增長； v 熱游離是滑閃放電的重要特征和條件。 滑閃放電的解釋放電過程（法蘭邊緣）電暈放電（放電伸展）刷狀放電（放電繼續(xù)發(fā)展）滑閃放電 滑閃放電是強垂直分量場特定的放電形式影響因素：表面

20、電容C0對Us的影響C0越大Us分布越不均勻Usr表越大Us分布越不均勻Us提高Us的措施：1、C0：增大絕緣厚度，采用小介電常數介質2、r表： 靠近法蘭處漆半導體釉 2、介質材料吸濕性 吸濕性大r表分布不均勻Us 大氣相對濕度70% 濕度Us電場垂直分量小沿面電容電流小無熱電離和滑閃沿面放電電壓降低不多 提高放電電壓的途徑主要是用均壓屏蔽環(huán)等改變電極形狀，緩和局部高強場，均勻電場分布三、極不均勻場中具有弱垂直分量時的沿面放電四、干閃、雨閃1、干閃定義2、濕閃定義絕緣子表面在干燥、潔凈狀態(tài)下的閃絡表面潔凈的絕緣子在淋雨時的閃絡3、濕閃過程（以垂直懸掛的盤形絕緣子為例）：表面淋雨，形成水膜鐵帽、

21、鐵腳間表面電阻下降，泄漏電流增大，電流大處發(fā)熱多、干燥快形成高阻烘干帶分擔電壓高，產生火花放電，電流都經過放電通道流過一方面導致通道前方濕表面處電流增大，促使烘干帶擴大，另一方面使通道兩側烘干帶流過的泄漏電流降低，烘干作用減弱，表面重新形成水膜電導增大反過來對放電通道產生分流，可能使放電熄滅再次循環(huán)此過程。 在絕緣子兩側達到臨界閃絡電壓時，局部電弧通道將不斷向前發(fā)展，最后貫穿兩極，形成沿面閃絡。 絕緣子在淋雨下的閃絡與表面形成的導電水膜及表面局部烘干的現象有關。表面泄漏電流大小對閃絡電壓有直接的影響，故雨的特性、絕緣子的形狀都是影響濕閃電壓的重要因素。 雷電沖擊電壓下，電壓作用時間短，烘干過程

22、來不及進行，故雷電沖擊電壓作用下，濕閃電壓比干閃電壓降低相對較小。五、污閃1、定義：重污染地區(qū)：化工廠、水泥廠、冶煉廠等高鹽密區(qū) 惡劣大氣條件：霧、露、雷、毛毛雨 表面臟污的絕緣子在受潮情況下的閃絡2、污閃過程：絕緣子在污穢受潮時，閃絡過程與淋雨時類似。不同的是污穢受潮表面烘干部分重新濕潤的速度較慢，放電兩次時間間隔長，而淋雨時重燃的時間間隔很短，甚至是連續(xù)的。4、影響因素： 表面泄漏電流的大?。ㄖ鲗б蛩兀?、污閃條件：（1）產生局部電弧 （2）污閃電流能維持局部電弧燃燒 （1）污穢電導：與污穢物種類及程度有關，化工、水泥污穢含有大量可溶性鹽類和酸堿類物質，可溶于水，電導增大，閃絡電壓降低。污

23、穢電導一般隨污穢程度增大而增大，故閃絡電壓也如此。（2）大氣濕度：水分對污穢的溶解能力，干燥污穢即使含有大量電解質，污穢層電導很小，閃絡電壓不會降低，故濕度較小時，濕度對閃絡電壓影響小。濕度超過50%70%時，閃絡電壓才隨濕度增加而迅速降低。在毛毛雨時電解質可以充分溶解，但大雨時污穢可能被水沖掉。故大雨時閃絡電壓相對較高。（3）絕緣子形狀：絕緣子兩極最短距離即爬電距離也是影響閃絡電壓的重要因素。爬電距離增大時，局部電弧必須發(fā)展得更長，要求有較高的電壓。（4）絕緣子直徑：在同樣受潮、污染和爬電距離下，直徑大的表面電阻小，因而污閃電壓低。六、提高沿面閃絡電壓的措施兩個方面： 一是改善絕緣表面電位分

24、布； 二是改進絕緣子的形狀、材料，減小表面泄漏距離。 干閃和濕閃通常在過電壓情況下發(fā)生，而污閃在工作電壓下就有可能發(fā)生，所以近年來由于污閃引起的事故較多。合理確定絕緣子的爬距，并采取一定的措施如定期清掃、采用合成絕緣子或耐污絕緣子等，可以防止污閃事故發(fā)生。具體措施： 1、屏障的應用： 2、屏蔽的應用： 改善電極形狀，使固體介質表面電位分布均勻化 固介表面設置突出傘裙，可使絕緣子在雨天時保持一部分干燥表面，并可增大兩極間沿固體表面的泄漏距離。絕緣子串電壓分布電容大小和絕緣子數目有關。 絕緣子本身電容越大，其他電容影響小，分布越均勻； 絕緣子片數越多，絕緣子串的電壓分布也就越不均勻。在導線側加裝屏

25、蔽環(huán)，相當于增大了CL。補償CE分流作用，通常CE分流作用強，才造成導線附件絕緣子承擔電壓高，如果CL增大，則補償作用增強，使電壓不均勻程度降低。在導線側加屏蔽環(huán)更主要的目的是消除電暈。3、強制固定絕緣表面電位；絕緣筒上圍以若干環(huán)形電極，分別接在分壓器上或電源的某些抽頭，強制均勻電位。4、應用半導體涂料； 在類似套管的絕緣結構中，靠近法蘭介質表面電位梯度大，容易產生電暈并發(fā)展成沿面放電。若涂半導體漆可以降低該處表面壓降，改善沿面電壓分布。5、應用合成絕緣子； 硅橡膠特點： 憎水性強，表面電流泄漏小，濕閃、干閃電壓高； 耐氣候變化、耐臭氧、紫外線、電弧； 重量輕、機械強度高、不破碎、安裝方便；

26、價貴，壽命短，5-15年壽命。6、加強絕緣。增加絕緣子片數和傘數。 2.9大氣條件對Ub的影響 由于大氣的壓力、溫度、濕度等條件都會影響空氣的密度、電子自由行程長度、碰撞游離及附著過程，所以也必然會影響氣隙的擊穿電壓。 海拔高度的影響亦與此類似，因為隨著海拔高度的增加，空氣的壓力和密度均下降。不同大氣條件下測得的擊穿電壓須換算到統一參考條件下才能進行比較；我國規(guī)定的標準大氣條件為：實際試驗條件下的擊穿電壓和標準大氣條件下的擊穿電壓可通過相應的校正系數換算： K1：空氣密度校正系數 K2：濕度校正系數 對空氣密度的校正U=KtU0K1K2U0 mK1相對密度的確定ttPP27327300m的確定

27、：m與g有關KLUgB500 對濕度的校正 對海拔高度的校正4101 . 11HKa)40001000(mHmwKK2w的確定：w與g有關KLUgB500對于海拔在10004000m的外絕緣，在海拔高度在1000m以下地區(qū)試驗時，試驗電壓應按規(guī)定的標準大氣條件下的試驗電壓乘以海拔校正系數。3.2 液體介質的擊穿一、液體介質的擊穿機理主要包括天然礦物油和人工合成油及蓖麻油等植物油。工程中使用的油含有水分、氣體、固體微粒和纖維等雜質，它們對液體介質的擊穿有很大的影響。1、礦物絕緣油（1）礦物油的煉制。礦物油是由石油煉制而成。煉制時，先將原油經過預處理，進行脫水、脫鹽。然后通過常壓分餾、減壓分餾，按

28、不同的沸點范圍截取不同餾分。再經過精制，除去其中的有害成分，例如樹脂、瀝青、氮化物和硫化物。通過精制后，不僅提高油品的純度，而且提高了油品的氧化安定性和電氣性能。最后，為了制成適用于電氣設備的絕緣油，還必須將精制所得各種品牌的基礎油按不同比例進行調合，并根據要求加入抗氧化劑等添加劑，經充分混合，檢驗合格后可以得到變壓器油、電容器油、電纜油等不同用途的絕緣油。（2）變壓器油的牌號。根據變壓器油低溫凝固點的不同，分為10、25和45三個牌號。分別適用于我國不同的氣候地帶。DB-10號變壓器油的凝點不高于-10，閃點不低于140，適用于氣溫不低于-10的地區(qū)作為變壓器用油，或者氣溫不低于-5的地區(qū)作

29、為戶外斷路器、油浸電容式套管和互感器用油。DB-25號變壓器油的凝點不高于-25，閃點不低于140，適用于氣溫低于-10的地區(qū)作為變壓器用油，或者氣溫不低于-20的地區(qū)作為戶外斷路器、油浸電容式套管和互感器用油。DB-45號變壓器油的凝點不高于-45，閃點不低于135，適用于氣溫低于-10的地區(qū)作為變壓器用油，或者氣溫低于-20的地區(qū)作為戶外斷路器、油浸電容式套管和互感器用油。閃點：將試油在規(guī)定的條件下加熱，直到蒸汽與空氣的混合氣體接觸火焰發(fā)生閃火時的最低溫度，即為該油的閃點。變壓器油的閃點是采用閉口杯法測定的。測定變壓器油的閃點是有實際意義的，對于新充入設備及檢修處理后的油，測定閃點可以防止

30、或發(fā)現是否混入輕質油品。閃點對油運行監(jiān)督也是不可缺少的項目， 閃點低表示油中的揮發(fā)性可燃物產生，這些低分子碳氫化合物往往是由于電器設備局部故障造成過熱，使絕緣油高溫分解產生的。因此，可通過測定閃點及時發(fā)現電器設備嚴重過熱故障，防止由于油品閃點降低，導致設備發(fā)生火災或爆炸事故。 近年來由于對運行設備中的油定期進行氣相色譜分析，因此，可不再做閃點測定。但對新油、沒有氣相色譜分析資料的設備或不了解底細的油罐運輸的油，還必需進行油的閃點測定。 （2）植物油 有些純凈的植物油具有良好的電氣絕緣性能。例如蓖麻油由于其絕緣性能好，介電常數較高，因此也可以用作電力電容器的浸漬劑，此外，如廣泛使用的絕緣漆，也是

31、由植物液體加工而成，在變壓器等電氣設備中普遍使用。（3）人工合成絕緣油人工合成絕緣油多用于高壓電容器作為浸漬劑，例如芐基甲苯、二芳基乙烷、十二烷基苯、異丙基聯苯和本甲基硅油等，種類很多，過去還曾打量使用過一種稱為三氯化聯苯的電容器油，后來發(fā)現有嚴重致命毒性，因此早就禁止生產使用。1、純凈液體介質的擊穿理論（1）電子碰撞游離理論（電擊穿理論）在外電場足夠強時，電子在碰撞液體分子時可引起游離，使電子數倍增，形成。同時正離子在陰極附近形成空間電荷層增強了陰極附近的電場，使陰極發(fā)射的電子數增多，導致液體介質擊穿。（2）氣泡擊穿理論（小橋理論）液體中出現氣泡，在交流電壓下，串聯介質中場強分布與介質 成反

32、比。氣泡的 小，其電氣強度又比液體介質低很多，所以氣泡必先發(fā)生游離。氣泡游離后溫度上升、體積膨脹、密度減小，促使游離進一步發(fā)展。游離產生的帶電粒子撞擊油分子，使它分解出氣體，導致氣體通道擴大。許多游離的氣泡在電場中排列成氣體小橋，擊穿就可能在此通道中發(fā)生。2、工程用變壓器油的擊穿過程及其特點可用氣泡擊穿理論解釋其過程，依賴于氣泡的、發(fā)熱、氣泡并形成小橋，有熱過程，屬于范疇。由于水和纖維的r很大，易沿電場方向極化定向，并排列成雜質小橋。 (1)如果雜質小橋接通電極，因小橋的電導大而導致泄漏電流增大，發(fā)熱會促使汽化，氣泡擴大，發(fā)展下去會出現氣體小橋，使油隙發(fā)生擊穿。(2) 雜質小橋尚未接通電極時，

33、則纖維等雜質與油串聯，由于纖維的r大以及含水分纖維的電導大，使其端部油中電場強度顯著增高并引起游離，于是油分解出氣體，氣泡擴大，游離增強，這樣下去必然會出現由氣體小橋引起的擊穿。 有兩種情況：油中受潮水分(r=81) 紙布脫落纖維(r=6-7)沿電場極化定向排列雜質 小橋 二、影響液體介質擊穿電壓因素1、 水分和其他雜質（1）水分以三種狀態(tài)存在于油中： 溶解態(tài)和沉渣態(tài)的水對工頻擊穿電壓無影響； 懸浮態(tài)的水易在電場下形成“小橋”，對擊穿電壓影響很大； 2、油溫 0-60度： 溫度水珠溶解度Ub 80度以上： 溫度汽化Ub -5度-0度：冰水、全部懸浮，Ub最低 -5度以下：粘度小橋不易形成Ub

34、（2）纖維越多，雜質小橋越易形成，擊穿電壓越低（3）氣體含量超過油中溶解度時，將以自由態(tài)出現Ub迅速 3、電場均勻度 電場較均勻時，電場越均勻雜質小橋越易形成，油的品質對工頻Ub影響越大；電場極不均勻時，電極附件電場很強，造成強烈電離，電場力對帶電質點的強烈作用使該處的油劇烈擾動，雜質和水分很難形成“小橋”。4、電壓作用時間 對工程油，其擊穿電壓會隨電壓作用時間的增加而下降，因雜質聚集、排列需一定的時間；加電壓時間還會影響油的擊穿性質。5、油壓 不論電場均勻度如何，工業(yè)純變壓器油的工頻擊穿電壓總是隨油壓的增加而增加，這是因為油中氣泡的游離電壓增高和氣體在油中的溶解度增大的緣故。油中含氣體時：壓

35、力 Ub油(氣體在油中溶解量) 油經脫氣處理：壓力對Ub油影響較小三、提高液體擊穿電壓的措施電壓作用時間為數十到數百微秒時，雜質的影響還不能顯示出來，仍為電擊穿，擊穿電壓很高。這時影響油隙擊穿電壓的主要因素是電場的均勻程度； 電壓作用時間更長時，雜質開始聚集，油隙的擊穿開始出現熱過程，于是擊穿電壓再度下降，為熱擊穿。當覆蓋的厚度增大到能分擔一定的電壓，即成為絕緣層，一般為數毫米到數十毫米，它能降低最大電場強度，提高油隙的和。（2）絕緣層2、采用固體介質降低雜質的影響機理：阻止雜質小橋的形成和發(fā)展（1）覆蓋緊緊包在小曲率半徑電極上的薄固體絕緣層。能顯著提高油隙的工頻擊穿電壓，并減小其分散性，其厚

36、度一般只有零點幾毫米。1、減少液體中的雜質過濾、祛氣、防潮放置層壓紙板或壓布板做屏障。在極不均勻電場中采用屏障可使油隙的工頻擊穿電壓提高到無屏障時的2倍或更高（3）屏障 3.3 固體介質的擊穿在電氣設備中常常用到固體絕緣材料，如電瓷、環(huán)氧樹脂、橡膠、塑料、云母等。固體電介質的擊穿電壓比氣體、液體電介質高。固體電介質的擊穿有電擊穿、熱擊穿、電化學擊穿等形式。固體電介質一旦擊穿，構成永久性破壞，絕緣性能不可能恢復。 固體電介質的種類固體電介質可以分為天然材料和人造材料、有機物和無機物等。根據固體電介質的物質結構，按其在電場作用下的極化形式又可分為非極性或弱極性介質、極性介質和離子性介質。 木材、云

37、母、石棉和橡膠等屬于天然材料。電瓷、玻璃、電木、各類塑料等屬于人造材料。其中木材，橡膠等屬于有機物；電瓷、玻璃等屬于無機物一、電介質的極性及分類二、電介質極化的概念和種類（二）極化種類：（1）電子式極化 （2）離子式極化 （3）偶極子極化 （4）空間電荷極化（一）極化定義：電介質在電場作用下，其束縛電荷相應于電場方向產生彈性位移現象和偶極子的取向現象。特點：（1）極化過程時間很短，約10-1010-2s甚至更長，故極化程度與外加電壓的頻率有關。頻率很高時，由于偶極子的轉向跟不上電場方向的變化，極化減弱。（2）極化過程有能量損耗。因偶極子轉向時要克服分子間的吸引力而消耗能量，消耗掉的能量在偶極子

38、復原時不可收回。（3）溫度對極化過程影響很大。溫度升高時，一方面電介質分子間的結合力減弱，使極化程度增大；另一方面分子熱運動加劇，妨礙偶極子沿電場方向轉向，使極化程度減小。總體極化程度取決于這兩個方面相對強弱。12210CCUUt1221GGUUt一般介質不均勻，于是要有一電壓重新分配過程，亦即C1、C2上電荷重新分配，在此過程中，分界面上將集聚起多余的電荷，從而顯出極性來。：等值電容增大；夾層界面堆積電荷產生極性極化特點： 與分子結構無關；極化時間長（R很大）；有能耗。三、電介質的相對介電常數表示極化強弱的一個物理量。以真空平板電容器為例分析：極化前： dAUQC000極化后： dAUQQU

39、QC000000/dAdAQQQCCr 是反映電介質極化特性的一個物理量。 r氣體 接近于1，因密度小、極化率低；液體和固體多在26之間。 用于電容器的絕緣材料，希望選用 大的介質，可使單位電容的體積和重量減小。 其他電氣設備中總是選 較小的介質，因介質損耗較小。 采用 較小絕緣材料可減小電纜的充電電流、提高套管的沿面放電電壓等。采用組合絕緣時應注意各種材料 值之間的配合，在交流電壓下，串聯多層介質的場強分布與介質的 成反比。rrrrrr四、電介質極化在工程上的意義1、組合絕緣要注意各種材料 值的配合。在交流及沖擊電壓下，各層電壓分布與其 成反比，選擇 使各層介質電場分布較均勻。 2、選擇設備

40、絕緣材料時，要根據不同目的選擇不同的 。3、在絕緣預防性試驗中，夾層極化現象可用來判斷絕緣受潮的情況。rr電介質的相對介電常數氣體：一切氣體的都接近1； 液體：非極性和弱極性電介質 1.82.8 強極性電介質 36 固體：非極性和弱極性電介質 22.7 強極性電介質 36 離子性電介質 58rrr電介質電導分為離子電導、電子電導，主要表現為前者。2、離子電導：一、電導的基本概念和分類1、電子電導：一般很微弱，因為介質中自由電子數極少；如果電子電流較大，則介質已被擊穿。本征離子電導：極性電介質本身離解呈現的電導；雜質離子電導：在中性和弱極性電介質中，主要是雜質離解呈現的電導。電泳電導：載流子為帶

41、電的分子團，通常是乳化態(tài)的膠體粒子（如絕緣油中懸浮膠?；蚣毿∷椋┪诫姾勺兂闪藥щ娏Ｗ印ｋ娊橘|的電導3、表面電導：對固體介質，由于表面吸附水分和污穢存在表面電導，受外界因素的影響很大。所以，在測量體積電阻率時，應盡量排除表面電導的影響，清除表面污穢、烘干水分、在測量電極上采取一定的措施。電導率表征電介質導電性能的主要物理量，其倒數為電阻率。二、氣體電介質的電導無電壓作用下，由于外界因素（宇宙射線、紫外線等）使氣隙中含有大約500-1000對/cm3離子，電壓從零增大，帶電質點運動速度加快，電流增大。電壓增大到UA后，單位時間內產生的帶電質點已全部落入電極，所以電壓升高，電流基本不變。電壓超過

42、UB后，產生了新的游離過程，產生更多帶電質點，因而氣體就變成了良導體。三、液體電介質的電導與氣體類似，該關系曲線也可分為a、b、c三個區(qū)域。其中，a、b為低電場區(qū)、c為高電場區(qū)。區(qū)域a中，符合歐姆定律，區(qū)域b，電流的飽和趨勢不太明顯，因為液體密度大，正、負離子相遇的機會多，復合概率大，不可能所有的離子都運動到電極，而電壓增高時復合的概率減少，電流有所增大。區(qū)域c中，液體分子發(fā)生游離，電導迅速增大。 中性液體介質本身的離解是極微弱的，其電導主要是由離解性的雜質和懸浮于液體介質中的荷電粒子引起的。所以其電導對雜質非常敏感。 極性液體介質的介電常數愈大，其電導也愈大。強極性液體介質（水、酒精等），即

43、使高度凈化，電導率還很大，以至于不能看成電介質，故不能作為電氣設備的絕緣材料。影響液體電介質電導的因素 除電場強度外，影響液體電介質電導的因素還有溫度和雜質。1.溫度的影響：（1）溫度升高時液體介質本身的分子和所含的雜質的分子的離解度增大，從而使液體中自由離子的數量增加；（2）溫度升高時，液體的粘度（分子間的結合力）減小，離子在電場作用下移動的阻力減小，從而使離子運動的速度加快。2.雜質的影響：雜質是液體電介質中帶電質點的重要來源，液體中雜質含量增大時，使液體電介質的電導明顯增大。四、固體電介質的電導固體電介質的電導分為體積電導和表面電導。分別表示電介質內部和表面在電場中傳導電流的能力。中性或

44、弱極性固體介質的體積電導主要由雜質離解引起；其本身分子不容易發(fā)生離解。極性固體介質除雜質離解外本身分子離解為自由離子也是形成體積電導的主要因素。 影響因素：電場強度、溫度、雜質。 電場強度影響與液體介質類似。電場強度影響中，沒有飽和區(qū)，因為固體發(fā)生碰撞游離的場強高，發(fā)生游離前陰極就能發(fā)射電子，形成電子電導。溫度和雜質的影響與液體也相似。 表面電導主要是附著于介質表面的水分和其他污物引起的。表面形成水膜能造成明顯的電導。除水分外如還有塵埃等污穢，則污穢中所含的鹽類電解質溶于水后形成大量自由離子，使電導顯著增大。 親水性物質：能在表面形成水膜，如玻璃、陶瓷等 憎水性物質：不易吸收水分，只能在其表面

45、形成不連續(xù)的水珠。如石蠟、硅等。顯然憎水性物質表面電導相對要小。五、電介質的泄漏電流和絕緣電阻i=i1+i2+igi1充電電流：無損極化對應的純電容電流，又稱快極化電流；ig：介質中少量離子或電子移動形成的電流，即電導電流。i2：為有損極化對應的電流(主要為夾層極化)，又稱慢極化電流；六、絕緣電阻的特點(1) 測量介質或設備的 時應加壓1或10分鐘；R(2) 具有，而； R(4)對于固體電介質，還必須注意區(qū)分體積電阻RV和表面電阻RS，由于受外界影響(如受潮、脹污等)很大，不能用RS來說明絕緣內部問題。(3) 由于 與外加電壓有關，在臨近擊穿時有顯著的迅速增加自由電子的導電現象， 造成 劇烈下

46、降；RR七、電介質電導的工程意義1、電導是絕緣預防性試驗的依據； 2、直流電壓作用下分層絕緣時，各層電壓分布與電阻成正比，選擇合適的電阻率可實現各層間合理分壓； 3、注意環(huán)境、濕度對固體介質表面電阻的影響； 4、工程上有時要設法減小絕緣電阻以改善電壓分布。1.3 電介質的損耗一、基本概念在電場作用下電介質中總有一定的能量損耗，包括由電導損耗和有損極化（偶極子、夾層極化）損耗，總稱介質損耗。 直流下：電介質中沒有周期性的極化過程，只要外加電壓還沒有達到引起局部放電的數值，介質中的損耗將僅由電導組成，所以可用體積電導率和表面電導率說明問題，不必再引入介質損耗這個概念。交變電場：電介質能量損耗包括電

47、導損耗（通過電介質的貫穿性泄漏電流所引起）和極化損耗（交流電壓下由周期性極化所引起）。二、介質損耗分析CRIII交流時流過電介質的電流：tantancos2CUUIUIUIPCR由上式可見，介質功率損耗P與試驗電壓、被試品尺寸等因素有關，不同試品間難以互相比較；而對于結構一定的被試品，在外施電壓一定時，介質損耗只取決于tan 。 tan 被稱為介質損耗角正切，它只與介質本身特性有關，與材料尺寸無關，因而不同試品的tan 可相互比較。 對同類試品絕緣的優(yōu)劣可用tan 來代替P對絕緣進行判斷。實際上，電導損耗和極化損耗都同時存在。介質等值電路可用三個并聯支路表示： C0：反映電子式和離子式極化；C

48、a、ra：反映吸收電流，表示有損極化；Rg：反映電導損耗，該支路流過的電流為泄漏電流。有損介質的等值電路分析可用并聯等效電路或串聯等效電路RCCURUIItgppcrp1/tgCURUPpp22rCCIIUUtgssrcrs/2221tgtgCUrIPss21tgCCPPspsp：表征單位體積均勻介質內能量損失的大小 三、影響介質損耗的因素1、氣體的介質損耗 UU0時僅有很小的電導損耗，且與U無關；UU0，有游離、局放、電暈損耗等，U tan 2、液體的介質損耗 與的關系： UU0時，僅有很小的電導損耗；U U0后，液體分子發(fā)生游離，電導迅速增大；（1） 中性或弱極性液體介質與的關系：隨溫度上

49、升按指數規(guī)律增大。損耗主要由電導引起（2） 極性液體介質電導和極化損耗隨變化的關系與中性或弱極性相同;與的關系：TCT1C：電導和極化損耗較小，TC電導損耗& 粘度下降極化極化損耗 tan T1C TCT2C： 分子熱運動加快妨礙偶極子轉向極化損耗&電導損耗 tan TCT2C：電導損耗& 極化損耗 tan 與的關系：較低f：f極化tan 較高f：f偶極子轉向困難tan3、固體的介質損耗 (1) 無機絕緣材料：云母、陶瓷、玻璃 由電導引起損耗，介質損耗小，耐高溫性能好，是理想的電機絕緣材料，但機械性能差； 既有電導損耗，又有極化損耗；20C和50Hz時25； 電導損耗極化損耗，損耗與玻璃成分有

50、關。 (2) 有機絕緣材料：分為和非極性有機電介質：只有電子式極化，損耗取決于電導； 極性有機電介質：極化損耗使總損耗較大。 固體介質的物理化學性能各種固體絕緣材料的性能差別很大，絕緣強度、體積電導率、相對介電常數、介質損失等都不同。除了這些電氣性能外，其他物理和化學性能也很重要。例如電纜絕緣用得較多的普通聚氯乙烯（PVC）其允許最高工作溫度為70.考慮到電纜芯線處導體的溫度比電纜外皮的溫度高出1015 。電纜外皮的溫度必須限制到不超過60。為了適應高溫環(huán)境，就不能使用普通聚氯乙烯絕緣電力電纜，而應選用耐熱聚氯乙烯絕緣（最高工作溫度90）或交聯聚乙烯（簡稱XLPE）絕緣（最高工作溫度90105

51、）電力電纜，或者選用乙丙橡膠（EPR）絕緣（最高工作溫度90）電力電纜。 普通聚氯乙烯的耐寒性較差，在低溫-20以下就不宜使用。另外，普通聚氯乙烯在火災事故時會逸出大量氯化氫等有毒煙氣，妨礙消防工作、加劇火勢蔓延，而且煙氣的沉淀物有導電和腐蝕性，對電氣裝置還產生“二次危害”。因此而應選用交聯聚乙烯、聚乙烯或乙丙橡膠等絕緣不含鹵元素的電纜。二、固體介質的擊穿機理固體介質的特點：非自恢復絕緣體在電場作用下，固體介質可能因以下過程而被擊穿： 電過程（電擊穿） 熱過程（熱擊穿） 電化學過程（電化學擊穿） 1、電擊穿理論強電場作用下的碰撞游離導致的擊穿。在介質電導很小、散熱良好以及介質內部不存在局放情況

52、下，固介的擊穿通常為電擊穿，擊穿場強可達105-106kV /m 與周圍環(huán)境溫度有關； 介質發(fā)熱不顯著； 除時間很短的情況，與電壓作用時間關系不大； 電場均勻程度對擊穿有顯著影響。電擊穿的主要特點：2、熱擊穿理論由于電導存在損耗發(fā)熱TRI損耗發(fā)熱(Q發(fā)Q散)T介質分解、劣化擊穿熱擊穿的主要特點：擊穿與環(huán)境、電壓作用時間、電源頻率及介質本身有關。3、電化學擊穿固體介質在電、熱、化學和機械力長期作用下，會逐漸發(fā)生某些物理化學過程，使其絕緣性能逐漸劣化，這種現象稱為絕緣的老化。由于絕緣的老化而最終導致的擊穿稱為電化學擊穿。 最終可能是電擊穿也可能是熱擊穿。 電化學擊穿特點：長時間；擊穿電壓低（工作電

53、壓下即可能發(fā)生）二、影響固體介質擊穿的因素電壓作用時間、 E均勻程度、溫度、受潮、累積效應等 不過二者有時很難分清，例如工頻1min耐壓試驗中試品被擊穿，常常是電和熱雙重作用的結果。2、電場均勻程度 處于均勻電場中的固體介質，其擊穿電壓往往較高，且隨介質厚度的增加近似地成線性增大； 在不均勻電場中，介質厚度增加使電場更不均勻，擊穿電壓不再隨厚度的增加而線性上升。當厚度增加使散熱困難到可能引起熱擊穿時，增加厚度的意義就更小了。如果電壓作用時間很短(例如0.1s以下)，固體介質的擊穿往往是電擊穿，擊穿電壓當然較高。 隨著電壓作用時間的增長，擊穿電壓將下降，如果加壓數分鐘到數小時才引起擊穿，則熱擊穿

54、往往起主要作用。電壓作用時間長達數十小時甚至幾年才發(fā)生擊穿時，大多屬于電化學擊穿的范疇。3、溫度 固體介質在低于某個溫度下其擊穿性質屬于電擊穿，這時的擊穿場強很高，且與溫度幾乎無關。 超過這個溫度后將發(fā)生熱擊穿，溫度越高熱擊穿電壓越低；如果其周圍媒質的溫度也高，且散熱條件又差，熱擊穿電壓更低。 4、受潮受潮對固體介質Ub的影響與材料的性質有關。常用的固體介質一般都含有雜質和氣隙，這時即使處于均勻電場中，介質內部的電場分布也是不均勻的，最大電場強度集中在氣隙處，使擊穿電壓下降。不同的固體介質其耐熱性能和耐熱等級是不同的，因此由電擊穿轉為熱擊穿的臨界溫度t0一般也不同。所以高壓絕緣結構在制造時要注

55、意除去水分，在運行中要注意防潮，并定期檢查受潮情況。5、累積效應固體介質在不均勻電場中以及在幅值不很高的過電壓、特別是雷電沖擊電壓下，介質內部可能出現局部損傷，并留下局部碳化、燒焦或裂縫等痕跡。多次加電壓時，局部損傷會逐步發(fā)展，稱為累積效應。 對聚乙烯、聚四氟乙烯等不易吸潮的中性介質，受潮后擊穿電壓僅下降一半左右； 容易吸潮的極性介質如棉紗、紙等纖維材料，吸潮后的擊穿電壓僅為干燥時的百分之幾或更低，因為電導率和介質損耗大大增加的緣故。顯然，它會導致固體介質擊穿電壓下降。3.4 組合絕緣的擊穿特性 對固體介質絕緣材料的電氣設備進行耐壓試驗時應注意：加電壓的次數和試驗電壓值應考慮這種累積效應。一、介質的組合原則在電氣設備的絕緣結構中，為了獲得所需要的絕緣性能，一般不大可能只使用一種絕緣材料，而是由兩種或兩種以上的絕緣介質組合在一起，