《高电压技术》1-4章知识点总结ltt

第一章 电介质的极化电导及损耗

1．电介质四种极化的基本含义及比较？

答：①电子式极化：在外电场的作用下，介质原子中的电子运动轨道将相对于原子核发生弹性位移。

②离子位移极化：离子式结构化合物，出现外电场后，正负离子将发生方向相反的偏移，使平均偶极距不再为零。

③偶极子极化：极性化合物的每个极性分子都是一个偶极子，在电场作用下，原先排列杂乱的偶极子将沿电场方向转动。

④空间电荷极化：在电场作用下，带电质点在电介质中移动时，可能被晶格缺陷捕获或在两层介质的界面上堆积，造成电荷在介质空间中新的分布，从而产生电矩。

2．电介质电导与金属电导有什么本质区别？

答：金属导电的原因是自由电子移动；电介质通常不导电，是在特定情况下电离、化学分解或热离解出来的带电质点移动导致。

3．.电介质中的能量损耗的基本概念，等效电路，向量图

答：①电介质中在交变电场作用下，电能转变为其它形式的能，如热能、光能等，统称为介质损耗。它是导致电介质发生热击穿的根源。电介质在单位时间内消耗的能量称为电介质损耗功率，简称电介质损耗。 ②等效电路：

lk

R 为泄漏电阻；lk I 为泄漏电流；

g C 为介质真空和无损极化所形成的电容；g

I 为流

过

g

C 的电流；

p

C 为无损极化所引起的电容；

p

R 为无损极化所形成的等效电阻；

p

I 为流

过

p

p C R －支路的电流，可以分为有功分量

pr

I 和无功分量pc

I 。

③向量图：

g

J

。

为真空和无损极化所引起的电流密度，为纯

容性的；lk

。J

为漏导引起的电流密度，为纯阻性

的；p 。

J 为有损极化所引起的电流密度，它由无

功部分

pc

。

J

和有功部分

pr

。

J

组成。容性电流c 。

J 与

总电容电流密度向量。

J 之间的夹角为δ，称为介质损耗角。介质损耗角简称介损角δ，为电介质电流的相角领先电压相角的余角，功率因素角?的余角，其正切δtg 称为介质损耗因素，常用％表示，为总的有功电流密度与总无功电流密度之比。

第二章 气体放电的物理过程

1. 汤森德理论与流注理论认的比较

1） 汤森德理论：认为电子崩向阳极不断发展，崩中的正离子撞击阴极也产生自由电子。

自由电子的撞击电离和正离子撞击阴极表面的电离的放电产生和发展的原因。 2） 流注理论：认为电子崩发展使崩头和崩尾场强增加而崩内场强减少，有利于崩内发

生复合产生大量的光子，而光子又产生光电离，光子产生的电子也产生二次电子崩迅速汇入到主崩，以等离子体的形式向阴极发展就形成了流注。 3） 相同点：两者产生和发展都需要碰撞电离和电子崩。

4） 相异点：汤逊理论主要考虑了电子的碰撞电离和正离子撞击阴极表面的电离；流柱

理论主要考虑了电子的碰撞电离、空间电荷对电场畸变的影响和空间光电离。

5） 应用条件：汤逊理论适合低气压、小距离的情况，cm 26.0

适用；流注理论是高气压、远距离的情况，cm 26.0>s δ或不均匀的电场适用。

2. 巴申曲线 1）物理意义：在均匀的电场中，击穿电压

b

U

是气体的相对密度δ、极间距

离S 乘积的函数，只要S ?δ的乘积不变，

b

U

也就不变。

2）原因：假设S 保持不变，当气体密度δ增大时，电子的平均自由行程缩短了，相邻两次碰撞之间，电子积聚到足够动能的几率减小了，故

b

U

必然增大。反之当δ减小时，电子在碰撞前积聚到足够动能

的几率虽然增大了，但气体很稀薄，电子在走完全程中与气体分子相撞的总次数却减到很小，欲使击穿

b

U

也须增大。故在这两者之间，总有一个δ值对造成撞击游离最有利，此时

b

U

最

小。同样，可假设δ保持不变，S 值增大时，欲得一定的场强，电压必须增大。当S 值减到过小时，场强虽大增，但电于在走完全程中所遇到的撞击次数己减到很小，故要求外加电压增大，才能击穿。这两者之间，也总有一个S 的值对造成撞击游离最有利，此时

b

U

最小。

3.污闪：绝缘子上有污秽且在毛毛雨、雾、露、雪等不利天气下发生的闪络称为污闪。

现代电力系统防止污闪事故的对策：

1）调整爬距

爬电比距：外绝缘“相－地“之间的爬电距离（cm ）与系统最高工作（线）电压（kV ，有效值）之比。将爬距调大可以减少污闪事故的发生。可以通过增加绝缘子的片数和改变绝缘子的类型。

2）定期或不定期的清扫

3、涂料：涂憎水性涂料，如硅油或硅脂，近年来常采用室温化硅橡胶（RTV）涂料。

4）半导体釉绝缘子：表面有电导电流流过，产生热量使污层不易吸潮。

5）新型合成绝缘：重量轻、抗拉、抗弯、耐冲击负荷、电气绝缘性能好、耐电弧性能好，但也存在价格贵、老化等问题。

4、电晕

1）电晕产生的物理机理：电晕放电是极不均匀电场中的一种自持放电现象，在极不均匀电场中，在气体间隙还没有击穿之前，在电极曲率较大的附近的空间的局部的场强已经很大了，从而在这局部强场中产生强烈的电离，但离电极稍远处场强已大为减弱，故此电离区域不能扩展到很大，只能在电极的表面产生放电的现象。

2）电晕放电的危害主要表现在这几个方面：

a)伴随着游离、复合、激励、反激励等过程而有声、光、热等效应，发出“咝咝”

的声音，蓝色的晕光以及使周围气体温度升高等。

b)在尖端或电极的某些突出处，电子和离于在局部强场的驱动下高速运动，与气

体分子交换动量，形成“电风”。当电极固定得刚性不够时，气体对“电风”

的反作用力会使电晕极振动或转动。

c)电晕会产生高频脉冲电流，其中还包含着许多高次谐波，这会造成对无线电的

干扰。

d)电晕产生的化学反映产物具有强烈的氧化和腐蚀作用，所以，电晕是促使有机

绝缘老化的重要因素。

e)电晕还可能产生超过环保标准的噪声，对人们会造成生理、心理的影响。6）

电晕放电，会有能量损耗。

3）减少电晕放电的根本措施在于降低电极表面的场强，具体的措施有：改进电极形状、增大电极的曲率半径，采用分裂导线等。

5.极性效应：无论是长气隙还是短气隙，击穿的发展过程都随着电压极性的不同而有所不同，即存在极性效应。

1）当棒极为正时，电子崩从棒极开始发展（因为此处的电场强度较高），电子迅速进入阳极（棒极），离子运动速度慢，棒极前方的空间中留下了正离子，使电场发生了畸变，使接近棒极的电场减弱、前方电场增强，因此，正极性时放电产生困难但发展比较容易，击穿电压较低。

2）当棒极为负时，电子崩仍然从棒极（因为此处的电场强度较高），电子向阳极（板极扩散），离子相对运动速度较慢，畸变了电场，使接近棒极的电场增强，前方电场减弱，因此，负极性时放电产生容易但发展比较困难，击穿电压较高。

3）正极性时放电产生困难但发展比较容易，击穿电压较低。负极性时放电产生容易但发展比较困难，击穿电压较高。对于极不均匀电场在加交流电压在缓慢升高电压的情况下，击穿通常发生在间隙为正极性时。

第三章 气隙的电气强度

1.气隙的击穿时间：f s b t t t t ++=0

1） 升压时间0t :电压从0升到击穿电压u0

所需的时间

2） 统计电压s t ：电压达到u0瞬间起到气

隙形成第一个有效电子为止的时间 3） 放电发展时间f t ：从形成第一个有效电

子到气隙完全被击穿的时间 4） 放电时延f s l t t t +=

2.基本电压波形：

1） 持续作用电压：直流工作电压与工频交流电压。用击穿电压或击穿场强来表示气隙

的尼斯湖汇特性

2） 非持续作用电压：雷电冲击过电压和操作冲击过电压。用气隙的伏秒特性来表示气

隙的击穿特性

3.的伏秒特性

1）定义：在同一波形，不同幅值的冲击电压作用下，气隙上出现的电压最大值和放电时间的关系，称为该气隙的伏秒特性，表示该气隙伏秒特性的曲线，称为伏秒特性曲线。

2）绘制方法：保持一定的波形，逐渐升高电压，从波形图中求取（如右图所示）

3）特性曲线在工程上有很重要的应用，是防雷设计中实现保护设备和被保护设备的绝缘配合的依据。例如：在下图中需要用保护间隙来保护变压器免于遭受雷击，设保护间隙和变压器的伏秒特性曲线分别为S2和S1，则需要S2的伏秒特性曲线一直在S1的下方，如下图所示，这样不管在什么样的雷电波的侵袭下，保护间隙总先于变压器放电，从而保护了变压器。

V

保护

间隙

变压器

入侵雷电波

4.例提高气隙（气体间隙）击穿电压的各种方法。

解答：提高气体间隙的击穿电压的常用的措施如下：

1）改善电场分布

一般说来，电场分布越均匀，气隙的击穿电压就越高。故如能适当地改进电极形状、增大电极的曲率半径，改善电场分布，就能提高气隙的击穿电压；利用电晕提高击穿电压；利用屏障提高击穿电压。

2）采用高度真空

从气体撞击游离的理论可知，将气隙抽成高度的真空能抑制撞击游离的发展，提高气隙的击穿电压。

3）增高气压

增高气体的压力可以减小电子的平均自由行程，阻碍撞击游离的发展，从而提高气隙的击穿电压。

4）采用高耐电强度气体

卤族元素的气体：六氟化硫（SF6）、氟里昂（CCl2F2）等

耐电强度比气体高的多，采用该气体或在其他气体中混入一定比例的这类气体，可以大大提高击穿电压。

第四章固体液体和组合绝缘的电气强度

1.固体电介质击穿的机理：

1）电击穿：由于电场的作用，使介质中的某些带电质点积聚的数量和运动的速度达到一定程度，使介质失去了绝缘性能，形成导电通道

2）热击穿：在电场的作用下，介质内的损耗发出的热量多于散逸的热量，使介质温度不断上升，最终造成介质本身的破坏，形成导电通道

2.提高固体电介质击穿电压的方法：

1）改进绝缘质量：采用合理的绝缘设计，使各部分绝缘的耐电强度与其所承担的场强有适当的配合；对多层绝缘结够，可充分利用中间多层电容屏的均压作用；改善电极形状及表面光洁度，尽可能使电场分布均匀，把边缘效应降低到最小；改善电极与绝缘体的接触条件，消除接触气隙；改进密封结构，确保可靠密封等。

2）改进制造工艺：尽可能地清除固体介质中残留的杂质，气泡，水分等，使固体介质尽可能均匀密致。

3）改善运行条件：注意防潮，防止污尘和各种有害气体的侵蚀，加强散热冷却。

3．液体的热击穿的发生过程：工程用油存在着杂质（如水、纤维素等），由于它们的介电常数很大，很容易沿电场方向极化定向，并排列成杂质小桥。如果未接通两极则小桥附近电场强度大、油中分解产生气泡、电离增强，气泡增加，这样下去必然会出现由气体小桥引起的击穿。如果接通两极，因小桥的电导大而导致发热促使水汽化、气泡扩大，发展下去也会形成小桥，使油隙发生击穿。也就是小桥理论。

4.简述提高液体绝缘击穿电压的方法：

1）提高并保持油的品质

2）覆盖

3）绝缘层

4）极间障