高电压工程基础概念总结2014.10.28

第1章气体放电的基本理论1、气体中带电质点产生的形式：碰撞电离（游离），光电离（游离），热电离（游离），表面电离（游离）。注：电离==游离。2、气体中带电质点消失的基本形式：(1)带电粒子向电极定向运动并进入电极形成回路电流，从而减少了气体中的带电离子。(2)带电粒子的扩散。(3)带电粒子的复合。(4)吸附效应。将吸附效应也看做是一种去电离的因素是因为：吸附效应能有效地减少气体中的自由电子数目，从而对碰撞电离中最活跃的电子起到强烈的束缚作用，大大抑制了电离因素的发展。游离过程吸收能量产生电子等带电质点，不利于绝缘；复合过程放出能量，使带电质点减少消失，有利于绝缘。两种过程在气体中同时存在，条件不同，强弱程度不同。游离主要发生在强电场区、高能量区；复合发生在低电场、低能量区。3、汤逊放电实验的过程：(1)线性段OA;(2)饱和段AB;(3)电离段BC;(4)自持放电段C点以后。4、电子崩：指电子在电场作用下从阴极奔向阳极的过程中与中性分子碰撞发生电离，电离的结果产生出新的电子，新生电子又与初始电子一起继续参加碰撞电离，从而使气体中的电子数目由1变2，又由2变4急剧增加，这种迅猛的发展的碰撞电离过程犹如高山上发生的雪崩，因此被形象的称之为电子崩。5、自持放电条件：γ（-1）≥1；巴申定律：Ub=f(pd)，假设d或者p任意一个不变，改变另外一个因素p或者d，都会导致气隙的击穿电压Ub增大。6、流注理论与汤逊理论的不同：流注理论认为电子的碰撞电离和空间光电离是形成自持放电的主要因素，并特别强调空间电荷对电场的畸变作用；而汤逊理论则没有考虑放电本身所引发的空间光电离对放电过程的重要作用。汤逊理论：汤逊理论认为电子碰撞电离是气体放电的主要原因。二次电子主要来源于正离子碰撞阴极，而阴极逸出电子。二次电子的出现是气体自持放电的必要条件。二次电子能否接替起始电子的作用是气体放电的判据。汤逊理论主要用于解释短气隙、低气压的气体放电。流注理论：流注理论认为气体放电的必要条件是电子崩达到某一程度后，电子崩产生的空间电荷使原有电场发生畸变，大大加强崩头和崩尾处的电场。另一方面气隙间正负电荷密度大，复合作用频繁，复合后的光子在如此强的电场中很容易形成产生新的光电离的辐射源，二次电子主要来源于光电离。流注理论主要解释高气压、长气隙的气体放电现象7、形成流注放电的条件：初始电子崩头部的空间电荷数量必须达到某一临界值，才能使电场得到足够的畸变和加强，并造成足够的空间光电离，一般认为当ad≈20即可满足条件。8、极不均匀电场中气隙放电的重要特征：电场越不均匀，其电晕起始电压越低，击穿电压也越低。不均匀电场气隙的电晕起始电压低于其击穿电压。9、极不均匀电场中气隙的极性效应：(1)正极性棒（正棒负板）：电晕起始电压相对较高，击穿电压较低。(2)负极性棒（负棒正板）：电晕起始电压相对较低，击穿电压较高。第1章气体电介质的击穿特性1、常见的电压类型：工频交流电压、直流电压、雷电冲击电压、操作冲击电压。2、50%击穿电压：在气隙上加N次同一波形及峰值的冲击电压，可能只有几次发生击穿，这时的击穿概率P=n/N，如果增大或减小外施电压的峰值，则击穿电压也随之增加或减小，当击穿概率等于50%时电压即称为气隙的50%击穿电压。3、伏秒特性：工程上用气隙击穿期间出现的冲击电压的最大值和放电时间的关系来表征气隙在冲击电压下的击穿特性，称为伏秒特性。把这种表示击穿电压和放电时间关系的“电压-时间”曲线称为伏秒特性de曲线。伏秒特性在绝缘配合中有重要的实用意义，如用作过电压保护的设备(避雷器或间隙)，则要求其伏秒特性尽可能平坦，并位于被保护设备的伏秒特性之下，且二者永不相交，只有这样保护设备才能做到保护可靠，被保护设备才能免遭冲击过电压的侵害。4、操作冲击电压下气隙击穿的特点：(1)操作冲击电压波形对气隙击穿电压的影响。(2)气隙操作冲击电压有可能低于工频击穿电压。(3)长间隙操作冲击击穿特性的饱和效应。(4)操作冲击击穿电压的分散性大。5、均匀电场气隙在稳态电压下的击穿特性：直流、工频交流和冲击电压作用下的击穿电压相同，放电分散性也很小，击穿电压与电压作用时间基本无关。6、在大气条件下，气隙的击穿电压随δ的增大而升高，U=δUo（适用条件：间隙d≤1m的电场均适用）。温度升高，海拔高度升高，均会导致气隙击穿电压升高。7、提高气隙击穿电压的方法：(1)改善电场分布(2)采用绝缘屏障(3)采用高气压(4)采用高抗电强度气体(5)采用高真空。or提高气体介质电气强度的方法有哪些措施？其原理是什么？（一）改善均匀电场1)改进电机形状以改善均匀电场2)利用空间电荷以改善均匀电场3)极不均匀电场用屏蔽改善均匀电场原理：均匀电场的平均击穿电压较不均匀场的平均击穿电压高（二）削弱或抑制电离过程1）高电压2）采用强电负性气体3）高真空原理：1）高气压时电子的自由平均行程短，从而削弱或抑制电离过程2）采用强电负性气体，利用电子的强附着效应抑制电离过程3）高真空可以使电子的自由平均行程远大于极间距离，使电离过程几乎成为不可能8、SF6优异的绝缘性能只有在比较均匀的电场中才能得到充分的发挥，因此，在进行充SF6气体的绝缘结构设计时应尽可能设法避免极不均匀电场情况。SF6气体绝缘结构的绝缘水平是由负极性电压决定的。9、电晕放电：若构成气体间隙的电极曲率半径很小，或电极间距离很大，当电压升到一定数值时，将在电场非常集中的尖端电极处发生局部的类似月亮晕光的光层，这时用仪表可观测到放电电流。随着电压的增高，晕光层逐渐扩大，放电电流也增大，这种放电形式称为电晕放电。电晕放电是极不均匀电场中特有的一种气体自持放电形式，当高幅值的冲击电压波作用于导线时，使得导线周围的电场强度超过空气的击穿场强时导线周围空气会发生局部击穿的现象。电晕放电取决于电极外气体空间的电导，即外加电压、电极形状、极间距离、气体的性质和密度等。电晕放电的作用：增大了导线间的耦合系数，削弱了来波的幅值和陡度。10、电晕放电的效应：(1)具有声、光、热等效应。(2)在尖端或电极的某些凸起处，电子和离子在局部强电场的驱动下高速运动并与气体分子交换动量，形成所谓的电风，引起电极或导线的振动。(3)电晕产生的高频脉冲电流会造成对无线电的干扰。(4)在空气中产生臭氧及NO等，在其他气体中也会产生许多化学反应。所以电晕是促使有机绝缘老化的重要因素之一。(5)上述电晕的某些效应也有可利用的一面。11、降低导线表面场强的方法：(1)增大线间距离D(2)增大导线半径r，通用办法是采用分裂导线。12、现代紧凑型输电线路的基本原理：采用分裂导线在保持同样截面条件下，导线表面积比单导线时增大，但导线的电容和电荷都增加的很少，这就使导线表面场强得以降低；同时通过对分裂导线的合理布置，还可以有效改善线路参数，增大线路电容，减小线路电感，视线阻抗匹配，达到提高线路输送功率的目的。13、气体放电现象包括击穿和闪络。气体击穿：气体由绝缘状态变为导电状态的现象称为击穿。沿面闪络：若气体间隙存在固体或液体电介质，由于固体和液体的交界面处是绝缘薄弱环节，击穿常常发生在固体和液体的交界面上，这种现象称为沿面闪络。14、污秽闪络：当大气湿度较高时，绝缘子表面污秽尘埃被湿润，表面电导剧增，使绝缘子在工频和操作冲击电压下的闪络电压大大降低，甚至可以在其工作电压下发生的闪络。15、防止绝缘子污秽闪络的措施：(1)采用适当的爬电比距。(2)选用新型的合成绝缘子。(3)定期对绝缘子进行清扫，或采取带电水清洗的方法。(4)在绝缘子表面涂憎水性的防污涂料，使绝缘子表面不易形成连续的水膜。(5)采用半导体釉绝缘子。(6)加强绝缘或使用大爬电距离的所谓的防污绝缘子。第2章固体电介质和液体电介质的击穿特性1、固体电介质的击穿方式：电击穿、热击穿、电化学击穿。（1）、电击穿固体介质中的电子在外电场作用下，发生碰撞电离，使传导电子增多，最后导致击穿。特点：击穿过程所需时间极短，击穿电压高，介质温度不高；击穿电压与周围环境温度无关；击穿电压和电场分布形式有关，电场均匀程度对击穿电压影响很大。（2）、热击穿介质长时间受电压的作用，由于泄漏电流的存在，产生损耗，引起介质发热，温度升高，绝缘劣化，最后造成击穿。特点：击穿时间长，具有负的温度依存性，击穿电压随环境温度的升高呈指数规律下降；击穿电压直接与介质的散热条件和环境温度相关，散热条件越差，绝缘热击穿电压则越低；击穿过程与电压作用的时间有关，加压时间短，热击穿电压降升高；与电源的频率以及介质本身情况有关。（3）、电化学击穿运行中的绝缘长期受到电、热、化学、机械力等的作用，使其绝缘性能逐渐劣化，导致绝缘性能变坏，引起击穿。绝缘劣化的主要原因：绝缘内部的局部放电。2、影响固体电介质击穿电压因素：电压作用时间、电场均匀程度、温度、受潮程度、累积效应。3、固体电介质的老化：(1)电老化。分电离性老化、电导性老化、电解性老化。(2)热老化。4、固体电介质电导包括体积电导和表面电导5、变压器油的作用包括绝缘和冷却6、影响液体电介质击穿电压因素：水分及其它杂质、电压作用时间、电压均匀程度、温度的影响、压力的影响、绝缘油的老化。7、延缓绝缘油老化的方法：(1)装设扩张器。(2)在油呼吸器通道中装设吸收氧气和水分的过滤器。(3)用氮气来排挤出油内吸收的空气。(4)掺入抗氧化剂，以提高油的稳定性。(5)将已老化的变压器油进行再生处理。8、提高变压器油击穿电压的措施：设法减少油中杂质、提高油的品质是首要措施。通常方法有(1)通过过滤提高油的品质。(2)在绝缘结构设计中采用对金属电极覆盖一层很薄的固体绝缘层。(3)包绝缘层。(4)采用绝缘屏障。9、采用组合绝缘的组合原则：(1)由多种介质构成的层叠绝缘，应尽可能使组合绝缘中各层介质所分配到的电场强度与其抗电强度成正比。(2)要注意温度差异对各层介质的电气特性和电压分布的影响，温度升高，介质电导增大。(3)应尽可能使他们各自的优缺点进行互补，从而使总体的电气强度得到加强。(4)采用合理工艺，处理好每层介质的接缝及介质与电极界面的过渡处理。10、小桥理论：在电场力的作用下，液体油中的杂质很容易沿着电场方向极化定向，并排列成杂质小桥，如果杂质小桥贯穿于两电极之间，由于组成小桥的纤维及水分的电导较大，发热增加，促使水分汽化，形成气泡小桥连通两极，导致油的击穿。11、在直流电压下，各层介质承受的电压与其电导成反比；在交流和冲击电压下，各层介质所分到的电压则与其介电常数成反比。第2章电介质的基本电气特性1、绝缘材料：即在高电压工程中所用的各种电介质，又称绝缘介质。绝缘的作用：是将不同电位的导体以及导体与地之间分隔开来，从而保持各自的电位。2、电介质的基本电气特性：极化特性，电导特性，损耗特性，击穿特性。它们的基本参数分别是相对介电常数ε，电导率γ，介质损耗因数tgδ，击穿电场强度Eb。3、电介质的极化：在外电场的作用下，电介质中的正、负电荷将沿着电场方向作有限的位移或者转向，从而形成电矩的现象。4、极化的基本形式：电子式极化，离子式极化，偶极子式极化，空间电荷极化，夹层极化。电介质的极化形式有几种？各种极化形式发生场合和特点是什么？类型发生场合特点电子式任何电介质不耗能离子式离子式结构电介质不耗能偶极子式极性电介质耗能夹层介质界面多层介质的交界面耗能空间电荷电极附近5、吸收现象：直流电压U加在固体电介质时，通过电介质中的电流将随着时间而衰减，最终达到某一稳定值的现象。6、电介质的电导是离子式电导，其电导随着温度的上升而上升；金属的电导是电子式电导，其电导随着温度的上升而下降。7、电介质的电导在工程实际中的意义：(1)在绝缘预防性试验中，通过测量绝缘电阻和泄露电流来反映绝缘的电导特性，以判断绝缘是否受潮或存在其他劣化现象。(2)对于串联的多层电介质的绝缘结构，在直流电压下的稳态电压分布与各层介质的电导成反比。(3)表面电阻对绝缘电阻的影响使人们注意到如何合理地利用表面电阻。8、电介质的损耗：分电导损耗和极化损耗。极性液体介质tgδ随温度和频率