绝缘知识小结1.doc

小结1
1、气体不是理想的绝缘体
正常情况下，气体是绝缘体，但其中仍有少量的带电质点，这是在空中高能射线（如紫外线、宇宙射线及地球内部辐射）作用下产生的。
在电场作用下，这些带电质点作定向运动而形成电导电流。因为，气体不是理想的绝缘体，不过，当电场较弱时，带电质点数极少，电流极小，气体仍是良好的绝缘体。
2、什么是击穿
当气体中的电场强度达到一定数值后，气体中电流剧增，在气体间隙中形成一条导电性能高的通道，气体失去绝缘能力，气体这种由绝缘状态突变为良导电状态的过程，称为击穿。
3、什么是气体放电
气体中流过电流的各种形式，统称为气体放电。
气体放电的形式：
u 在气压低、电源功率较小时，为充满间隙的辉光放电；
u 在大气压下，表现为火花放电或电弧放电；
u 在极不均匀电场中，会在局部电场最强处产生电晕放电。
4、气体中带电质点的产生
ü 气体本身发生游离
ü 气体中的金属电极发生表面游离
5、激励、能级
任何电介质都是由原子组成的，原子则由一带正电的原子核和围绕着原子核旋转的外层电子组成。由于原子所带正、负电荷相等，故正常情况呈中性。电子的能量不同，其所处的轨道也不同。通常电子能量越小，其轨道半径越小，离原子核越近。稳定的原子的外层电子都在各自的能级轨道上运转，此时原子的位能最小。当外界给予原子一定的能量使内层电子获得能量不能脱离原子核的束缚，只能跃迁到标志着能量更高的、离原子核较远的轨道上去时，该原子就处于激励状态，原子的位能也增加，这一过程叫激励。
根据原子中电子的能量状态，原子有一系列可取的确定的能量状态，称为能级。
6、激励能、反激励
原子激励所需能量等于较远轨道与正常轨道的能级之差，称为激励能。
处于激励状态的原子的寿命极短，之后会自动地返回到原始状态，以光子的形式释放出所吸收的能量，这一过程称为反激励。
7、游离过程、游离能、分级游离
若原子吸收的外界能量足够大，使得原子中一个或几个电子脱离原子核的束缚而形成自由电子，中性原子失去电子成为正离子，该原子就被游离了。这一过程称为游离过程，所需能量称为游离能。
处于激励状态的原子，也可再获得能量发生游离，称为分级游离。这种分级游离所需能量小于原子直接游离所需的能量。
8,（1）气体中带电质点的产生
带电质点可由以下形式的游离形成：
1）碰撞游离2）光游离3）热游离4）表面游离
几点说明
① 不管是什么形式的游离方式，要在气体中产生自由电子，都应使气体外层电子或金属表面电子获得足够能量，以克服原子核的吸引力，且每次满足条件的碰撞不一定都能产生游离过程。
② 在气体质点相互碰撞中，还会产生带负电的负离子，这是由于自由电子和气体分子碰撞时，被气体分子吸附而形成负离子。负离子的形成虽然未减少带电质点的数目，但其游离能力比自由电子小得多因此，负离子的形成对气体放电的发展是不利的，有助于气体抗电强度的提高。
（2）气体中带电质点的消失
在气体中产生带电质点的同时，也存在着带电质点的消失过程。带电质点的消失主要有以下三种方式：
1）带电质点在电场作用下作定向运动，流入电极，中和电荷。
2）带电质点从高浓度区域向低浓度区域扩散。这是由于质点的热运动造成的，电子由于体积、质量远小于离子，因而电子扩散比离子扩散更快。
3）带电质点的复合。带正、负电荷的质点相遇，发生电荷的传递、中和而还原成中性质点的过程，称为复合。

总之,气体中存在游离过程，也就存在复合过程。在电场的作用下，气体间隙是发展成击穿还是保持其绝缘能力，取决于气体中带电质点的产生和消失：
l 如果带电质点的产生占主要地位，气体间隙中的带电质点数目就增加，放电就能发展下去成为击穿；
l 如果带电质点的消失占主要地位，气体间隙中带电质点数目就减少，放电就会逐渐停止，气隙尚能起绝缘作用。
9、对于均匀电场气隙的击穿，可用汤逊理论或流注理论来描述。
汤逊理论基于低气压情况下通过实验总结出来的，流注理论则可以很好地解释大气压下的气隙击穿。

汤逊理论：该理论是在1903年由英国人汤逊根据试验事实，提出了比较系统的气体放电理论，阐述了气体放电过程，并确定出放电电流和击穿电压之间的函数关系。汤逊气体放电理论最早定量地解释了气体放电理论，内容为气体间隙中发生的碰撞电离以及阴极上发生的二次电子发射过程是气体间隙击穿的主要机制。
流注理论：解释气体击穿过程的基本理论之一，与汤逊理论相互补充，能较好地解释高气压长间隙以及不均匀电场中的气体放电现象。理论认为：在气体击穿的过程中，除了汤逊放电理论中所阐述的电离现象之外，空间电荷引起的电场畸变以及间隙中的光电离也是很重要的影响因素。
10、不均匀电场中的放电过程
电场的不均匀程度：
U——电极间电压
s——电极距离
气体放电、非自持放电、自持放电
通常情况下，气体是良好的绝缘体，并不导电。
然而，加热、照射（紫外线、放射性射线）等都能使气体电离，这些因素统称为电离剂。
因电离产生的全部离子都被驱赶到电极上，于是电流达到饱和，饱和电流的大小取决于电离剂的强度，一旦撤离电离剂，气体离子很快消失，电流中止。这种导电称为被激导电或非自持放电。
当电压增加到某一数值后，气体中电流急剧增加，即使撤去电离剂，导电仍能维持。这种情形称为气体自持导电或自激放电，气体由被激导电过渡到自持导电的过程，称为气体被击穿或点燃。相应的电压叫作击穿电压。
11,电晕放电
气体介质在不均匀电场中的局部自持放电。最常见的一种气体放电形式。在曲率半径很小的尖端电极附近，由于局部电场强度超过气体的电离强度，使气体发生电离和激励，因而出现电晕放电，发生电晕时在电极周围可以看到光亮，并伴有咝咝声。电晕放电可以是相对稳定的放电形式，也可以是不均匀电场间隙击穿过程早期发展阶段。
12、电晕放电在工程技术中的影响
电力系统中的高压及超高压输电线路导线上发生电晕，会引起电晕功率损失、无线电干扰、电视干扰以及噪声干扰，进行线路设计时，应选择足够的导线截面积，或采用分裂导线降低导线表面电场的方式，以避免发生电晕。对于高电压电气设备，发生电晕放电会渐渐破坏设备绝缘性能。
13、电场形式对放电电压的影响
（1）均匀电场中的击穿电压
不可能出现持续的局部放电，流注一旦形成，间隙就被击穿。
无极性效应。
（2）稍不均匀电场中的击穿电压
一旦出现局部放电，立即导致整个间隙的完全击穿；
电场不对称时，极性效应不很显著，其极性效应为大曲率半径的电极为负极性的击穿电压略低于为正极性时的数值。
击穿电压与电场均匀程度关系极大。电场越均匀，同样间隙距离下的击穿电压就越高，其极限就是均匀电场的击穿电压。
（3）极不均匀电场中的击穿电压
工程上常用的电场，绝大多数是极不均匀电场。
当所加电压小于间隙击穿电压时，可出现局部的持续的电晕放电。电晕放电的空间电荷使外电场强烈畸变，使得决定击穿电压的主要因素是间隙距离，电极形状对击穿电压的影响不大。
放电分散性较大，且极性效应显著，棒极为正极性时的击穿电压比棒极为负极性时的击穿电压低。

结论
l 间隙距离相同时，电场越均匀，气隙的击穿电压就越高。
l 一般情况下，极间距离越大，放电电压越高，但不是成正比地增加。
14、电压波形对击穿电压的影响
（1）直流电压下的击穿电压
对于电场极不均匀的棒－板间隙，其击穿电压存在着明显的极性效应，棒极为正时击穿电压比棒极为负时低得多。棒－棒电极间的击穿电压介于不同极性的棒－板电极之间。
（2）工频电压下的击穿电压
间隙击穿总是在棒极为正，电压达到幅值时发生，且其击穿电压（峰值）和直流电压下的正棒－负板的击穿电压相近。除了起始部分外，击穿电压与距离近似成正比：棒－板间隙的平均击穿场强（峰值）比棒－棒稍低一些。但当间隙距离超过2m后，击穿电压与间隙距离的关系出现明显的饱和趋向，平均击穿场强明显降低，棒－板间隙尤其严重。这就使得棒－板间隙与棒－棒间隙击穿电压的差距拉大。因此，在电气设备中希望尽量采用“棒－棒”类型的电极结构而避免“棒－板”类型。
（3）冲击电压下的击穿电压
冲击电压作用下，气体的击穿电压要比持续电压作用下的击穿电压高，它们的比值称为冲击系数，一般大于1。
棒－板间隙有明显的极性效应，棒－棒间隙也有较小的极性效应。击穿电压与距离成正比，没有显著的饱和趋势。
15、气体的性质和状态对放电电压的影响
（1）气体状态对放电电压的影响
提高气体压力时，可以提高气隙的击穿电压。工程上为提高气隙的击穿电压，在电气设备上采用了压缩空气。
当间隙距离不变时击穿电压随压力提高而很快增加，但当压力增加到一定值后，击穿电压增加的速度逐渐减小，说明再继续升高气压的效果不大。
在高气压下，击穿电压与电极的表面状态及材料有很大关系。电极表面不光洁，击穿电压下降，分散性也大。
材料不同，击穿电压不同。如不锈钢电极的击穿电压比铝制电极的击穿电压要高。
在高气压下，电场均匀程度对击穿电压的影响比在标准大气压下要显著得多，击穿电压将随电场均匀程度下降而剧烈降低。
在高气压下，湿度增加，击穿电压明显下降，电场不均匀，下降更显著。
随着海拔高度的增大，空气变得逐渐稀薄，大气压力和相对密度减小了，因而空气的电气强度也将降低。
（2）气体性质对放电电压的影响
不同气体，具有不同的耐电强度。在间隙中采用高电强度气体，可以大大提高气隙的击穿电压或大大减少工作压力（气压太高，使制造工艺复杂，设备造价高，运行麻烦）。
高电强度气体——其电气强度比空气高得多。
16、沿面放电
电气设备中用来固定支撑带电部分的固体介质，多数是在空气中。如输电线路的针式或悬式绝缘子、隔离开关的支柱绝缘子、变压器套管等，当导线电位超过一定限制时，常在固体介质和空气的分界面上出现沿固体介质表面的气体放电现象，称为沿面放电（或称沿面闪络）。
沿面放电是一种气体放电现象，沿面闪络电压比气体或固体单独作绝缘介质时的击穿电压都低，受表面状态、空气污秽程度、气候条件等因素影响很大
17、影响沿面放电电压的因素
（1）电场分布情况和电压波形的影响
在均匀电场中或具有弱垂直分量的不均匀电场中，沿面闪络电压与闪络距离近似成线性关系。
在具有强垂直分量的不均匀电场中，直流电压下，沿面闪络电压与闪络距离仍是线性关系。
作用电压是工频、高频或冲击电压时，则随着沿面闪络距离的增长，沿面闪络电压的提高呈显著饱和趋势。
（2）介质材料的影响
介质材料的影响主要表现在介质表面的吸潮方面。吸潮性大的介质如玻璃、陶瓷比吸潮性小的介质如石蜡的沿面闪络电压低很多，但将玻璃、陶瓷烘干，则其沿面闪络电压可增高。
（3）气体状态的影响
u 增加气体压力也能提高沿面闪络电压。此时气体必须干燥。
u 湿度对沿面闪络电压也有显著影响。在空气相对湿度低于50%-60%时，沿面闪络电压受湿度影响较小，但当湿度大于50%-65%时，表面吸附水分能力大的介质，闪络电压随湿度增加而显著下降。表面吸附水分能力大的介质（如陶瓷、玻璃），受湿度的影响显著；而表面吸附水分能力小的介质（如石蜡），情况则相反。
u 温度影响同纯空气隙，但不如纯空气隙显著。
（4）电介质表面情况的影响
1）表面被雨淋湿的沿面放电
当固体绝缘表面被雨淋湿时，在其表面会形成一层导电性水膜，放电电压迅速下降。
为了防止这种状况，实际工程中的户外绝缘子总是具有较大的裙边。下雨时仍淋湿裙边的上表面，上表面形成一层较厚的水膜，电导较大，裙边的下表面和金具表面不直接被雨淋湿，只是由落在下面一个绝缘子上的雨滴所溅湿，受湿程度较小，水膜不能贯通绝缘子的上下两级。这样绝缘子总是存在一部分较干燥的表面，沿面闪络电压得以提高。
2）污秽的影响
电力系统中电气设备的外绝缘在运行中会受到工业污秽（化工、冶金、水泥、化肥等）或自然界盐、碱、飞尘等污秽的污染。
干燥情况下，这些污秽物对对绝缘子的沿面闪络电压没有多大的影响，但在毛毛雨、雾、露、雪等恶劣气候条件下，会造成绝缘子沿面闪络电压下降，甚至可能在运行电压下绝缘子就发生闪络，引起线路跳闸，危及电力系统的安全运行。
这种污闪事故一般为永久性的故障，不能用自动重合闸消除，往往会引起大面积停电，检修恢复时间长，影响严重。
运行中的绝缘子，在毛毛雨、雾、露等的作用下，其表面污秽层受潮湿润，在绝缘子表面形成导电水膜，表面电导大大增加，污层电导与污秽中所含导电物质多少，污层吸潮性能的强弱、水分的导电性能等有关。
表面电导增加，流过绝缘子表面泄漏电流急剧增大。由于绝缘子结构形状、污秽分布和受潮情况的不均匀等原因，表面各处电流密度不均匀。
电流密度大的地方，局部污层表面发热增大而被烘干，出现干燥区，干燥区的电阻大，因此电压降集中在此，易产生辉光放电。随着表面电阻增大，电压分布变化，最后形成局部电弧。局部电弧可能发展成整个绝缘子的闪络，也可能自行熄灭，取决于外加电压的高低和电弧中流过的电流。
当局部小弧产生时，局部电弧又迅速烘干邻近的湿润表面，并很快向前发展，此时，整个绝缘子表面可视为局部电弧燃烧与剩余湿润部分相串联，表面泄漏电流取决于电弧通道中的电导和剩余湿润层电导。
n 污秽较轻或绝缘子的泄漏距离较长或功率不足时
剩余湿润污层电阻较大，则干燥带上的电弧中电流较小，放电呈蓝紫色的细线状。
当放电电弧长度延伸到一定程度时，如外施电压和电流不足以维持电弧燃烧，在交流电流过零时电弧熄灭。此时干燥带已扩展到较大范围，使表面总的电阻增大，表面泄漏电流以减小，烘干作用大为减弱。
经过一些时间，干燥带又重新湿润，泄漏电流增大，重复上述过程，整个过程就成为烘干与湿润、燃弧与熄弧间隙性交替的过程，表面泄漏电流具有跳变的特点。
这样的过程可以持续几个小时而不发生整个绝缘子的全面闪络。
n 污秽严重或绝缘子泄漏距离较短时
剩余湿润部分的电阻小，流过干燥区的局部电弧的电流较大，放电呈黄红色编织状，通道温度也增加到热游离程度，成为具有下降伏安特性的电弧放电。此时，外施电压足以维持很长电弧燃烧而不熄灭。在合适条件下，电弧接通两极，形成表面闪络。

沿脏污表面闪络的必要条件：
局部电弧的产生
沿脏污表面闪络的充分条件是：
流过污秽表面的泄漏电流足以维持一定程度的热游离。

绝缘子污闪是绝缘子表面污层电导能力和电流流过污层引起的发热过程的联合作用。可见
n 增大绝缘子表面泄漏距离，实际上是增加了与局部电弧串联的湿润表面的电阻值，可以限制局部电弧中的电流，使电弧最终自动熄灭。
n 污层电导越大（电阻越小），越危险，故化工污秽和盐污是最严重的。
n 在其他条件相同时，直径小的绝缘子，其表面电阻大，污闪电压高。
n 污闪是热过程发展起来的。由局部电弧发展到全面闪络需较长时间，所以污闪通常发生在正常运行电压下。因此，污秽地区电网绝缘水平应根据工作电压下按污秽闪络条件来选择。
影响绝缘子污闪的因素很多，污闪过程很复杂，且许多影响因素都是随机的，要确定各种影响因素，须要进行大量现场和实验室研究，归纳起来，有三个主要因素：
1）作用电压 2）湿润程度 3）污秽程度
18、污闪危害：
污闪事故后果大于雷击事故后果；
Ø 因为雷击仅发生在一点，可实现自动重合闸，停电短，影响小。
Ø 污闪一般为一片地区，难实现自动重合闸，停电长，影响大。
19、我国按三方面划分污区等级：
1、污染；2、气象条件；3、等值盐密。
20、提高沿面放电电压的措施：
a.屏障 b.屏蔽 c.表面处理 d.应用半导体材料 e.阻抗调节