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 适用范围 放电维持 空间电荷畸变电场 电离 阴极材料 放电形式 放电时间 ⑷不均匀电场放电过程 ①划分:电场不均匀系数f=E/Eav
汤逊理论 均匀场，低气压，短气隙 正离子碰撞阴极表面 未考虑 碰撞电离 影响 放电即击穿，充满整个空间 流注理论 不均匀场，高电压，长气隙 光电离 考虑 碰撞电离+光电离 无影响 放电在一个通道上 远小于正离子穿越极间气隙所用时间 f=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/cm
③直流，工频，冲击电压作用下击穿电压均相同，分散性小，β≈1 ⑵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≈1 ③实例:
＊ 球间隙:d
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+tf
tlag=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:1.2/2~5μs
c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>1 4.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。一个绝缘装置实际耐压能力取决于沿面闪络电压，在决定输电线路和变电所外绝缘的绝缘水平时起决定性作用
①干闪＞湿闪＞污闪 ②类型:
⒈均匀和稍不均匀:沿面闪络电压低于纯空气间隙的原因 ＊固体介质与电极表面接触不良
＊大气中的潮气吸附到固体介质的表面而形成薄水膜 ＊表面电阻不均匀和表面粗糙不平 ⒉极不均匀强垂直分量(套管) ＊滑闪
⒊极不均匀弱垂直分量(支柱绝缘子)
＊本身不被击穿，不会出现热电离和滑闪放电 ＊干闪电压基本随极间距离增大而提高
③提高滑闪电压方法:减小电容，措施是加大法兰处瓷套的外直径和壁厚 法兰处电场较强的瓷套外表面涂半导体漆或半导体釉 大于35kv 能调节径向和轴向电场分布的电容式套管和绝缘性能更好的充油式套管。
⑵污闪:
①过程:积污(根本原因）—受潮—干区形成—局部电弧 ②措施:＊调整爬距
＊定期或不定期清扫 ＊ 涂料
＊半导体釉绝缘子 ＊新型合成绝缘子 ㈣提高气体介质电气强度的方法
⑴改进电极形状以改善电场分布:增大曲率半径，消除电极表面毛刺，尖角。利用屏蔽增大电极的曲率半径。超高压线路绝缘子串上安装保护金具(均压环)，扩径导线。
⑵利用空间电荷改善电场分布:利用电晕放电产生的空间电荷来改善电场分布。 细线效应:导线直径减小到一定程度，气隙击穿电压反而提高。
⑶利用屏障:冲击电压下，屏障作用小一些，均匀与稍不均匀场合难发挥作用 ⑷采用高气压:
⑸采用高电气强度气体 ⑹采用高真空 ㈤六氟化硫与GIS
⑴六氟化硫的性能
①电气强度为空气的2.5倍，灭弧能力为100倍以上 ②适用于电场较均匀场合 ③极不均匀电场中存在\驼峰\
④电极表面积越大，六氟化硫击穿电压越低\面积效应\ ⑤分解物有毒 ⑥与水形成HF ⑵GIS的优点:
①大大节省占地面积和空间体积，额定电压约高，节省越多 ②运行安全可靠
③有利于环境保护，使运行人员不受电场和磁场影响 ④安装工作量小，检修周期长 「三」液体和固体介质电气特性 ㈠电介质的极化，电导，损耗
⑴电介质的极化
＊空气εr≈1，液体和固体2~6
＊电容选εr大的，其他电气设备选小的(通常εr大，电导率大，介质损耗大，减小的εr可以减小电缆的充电电流，提高套管的沿面放电电压)
＊串联多层电介质中电场强度分布与各层电介质的εr成反比。 ⑵电介质的电导