高电压技术

电介质(dielectric)：

----在电场中能产生极化的物质，指通常条件下导电性能极差、在电力系统用作绝缘的材料。

----极化是指物质中电荷分离形成偶极子的过程

第一章 电介质的极化、电导和损耗

1 极化：在外加电场的作用下，电介质中的正、负电荷沿电场方向作有限位移或转向，形成偶极矩子

2. 电介质的极化种类

Electronic polarization电子位移极化

特点：存在于一切电介质，极化所需时间短， 不随频率变化；极化具有弹性，不损耗能量。

Ionic polarization. 离子位移极化

特点：存在于离子结构电介质中，极化所需时间也很短；极化具有弹性，有极微量能量损耗；  随温度升高而增大。

Orientation polarization  转向极化（偶极子极化）

出现外电场后偶极子沿电场方向转动，作较有规则的排列， 因而显出极性，这种极化称为偶极子极化或转向极化。

特点：存在于极性电介质中，极化所需时间较长, 与电源频率有很大关系；极化消耗能量, 温度过高或过低, 都会减小.

空间电荷极化(夹层极化 Interface polarization)

特点：存在于复合介质、不均匀介质中；极化过程很缓慢 ，只在直流 和低频交流下表现出来；极化伴随着能量损耗

2.电介质电导与金属电导的区别

带电质点：电介质中为 ionic conduction（固有及杂质离子）；金属中为   electronic conduction

数量级：电介质的γ小，泄漏电流小；金属的电导电流很大 

电导电流影响因素：电介质中由离子数目决定，对所含杂质、温度很敏感；金属中主要由外加电压决定，杂质、温度不是主要因素

3电介质的电阻率具有负的温度系数；金属的电阻率具有正的温度系数。

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第二章 液体和固体电介质的绝缘特性

电子式极化:电介质中的带电质点在电场作用下沿电场方向作有限位移。

夹层式极化：由两层或多层不同材料组成的不均匀电介质，叫做夹层电介质。

电介质的电导:介质在电场作用下,使其内部联系较弱的带电粒子作有规律的运动形成电流，即泄漏电流.这种物理现象称为电导。

“吸收现象”:固体电介质在直流电压作用下，观察到电路中的电流从大到小随时间衰减,最终稳定于某一数值,称为“吸收现象”。

吸收电流:有损极化所对应的电流，即夹层极化和偶极子极化时的电流，它随时间而衰减。

泄漏电流:绝缘介质中少量离子定向移动所形成的电导电流,它不随时间而变化.

绝缘电阻:介质的电阻R=U/I是随时间而变化的。通常以到达稳定的泄漏电流的电阻作为介质的绝缘电阻。 介质损耗角正切tgδ? 衡量材料本身在电场损耗能量并转变为热能的一个宏观的物理参数称之为介质损耗角正切。

绝缘的老化：固体和液体介质在长期运行过程中会发生一些物理和化学变化，导致其机械和电气性能的劣化。

一、提高液体电介质击穿电压的措施

（1）过滤（2）防潮（3）脱气（4）覆盖层（5）绝缘层（6）屏障

二、2.固体电介质的击穿影响因素

(1).电压作用时间(2).电场均匀程度与介质厚度(3).电压种类(4).电压作用的累积效应(5).受潮

三、提高固体电介质击穿电压的措施

(1).改进制造工艺:尽可能清除介质中的杂质,可以通过精选材料、改善工艺、真空干燥、加强浸渍等方法。

(2).改进绝缘设计:尽可能使电场均匀

(3).改善运行条件:注意防潮、尘污，加强散热冷却

四、电介质绝缘老化的原因

(1)局部放电老化 (2)热老化 (3)机械力的作用 (4)环境的影响

五、为什么用介质损耗角的正切tgδ来表示介损

答：由于:

(1).P值与试验电压U的高低等因素有关;

(2).tgδ是与电压、频率、绝缘尺寸无关的量，而仅取决于电介质的损耗特性。

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20##年河南理工高电压技术

名词解释：

电介质(dielectric)：----在电场中能产生极化的物质，指通常条件下导电性能极差、在电力系统用作绝缘的材料。----极化是指物质中电荷分离形成偶极子的过程

Electronic polarization电子位移极化当外加一电场，电场力将使荷正电的原子核像电场方向位移，荷负电的电子云中心向电场反方向位移，但原子核对电子云的引力达到平衡时，感应电距也达到稳定Ionic polarization.离子位移极化在有离子结合成的介质中，外电厂的作用除了促使各个离子内部产生电子位移极化外，还产生正负离子相对位移而形成的极化Orientation polarization  转向极化（偶极子极化）

Ionic conductance：电解式电导离子式电导：

Dielectric loss 电介质损耗：任何电介质在电场作用下都有能量损耗，包括由电导引起的损耗和由某些极化过程引起的损耗。电介质的能量损耗简称介质损耗。

Ionization by couision碰撞电离：气体介质中粒子相撞，撞击粒子传给被撞粒子能量，使其电离  photo-ionization：光电离在光照射下，将光子能量传给粒子，游离出自由电子 。由光电离而产生的自由电子称为光电子 必要条件：光子的能量大于气体粒子的电离能  thermal ionization热电离 。是热状态下碰撞电离和光电离的综合  cathode processes 电极表面电离：气体中的电子也可从金属电极表面游离出来。

电子崩electron avalanche：外界电离因子在阴极附近产生了一个初始电子，如果空间电场强度足够大，该电子在向阳极运动时就会引起碰撞电离，产生一个新的电子，初始电子和新电子继续向阳极运动，又会引起新的碰撞电离，产生更多电子。依此，电子将按照几何级数不断增多，类似雪崩似地发展，这种急剧增大的空间电子流被称为电子崩。Self-sustained discharge：自持放电：撤除外界电离因素后，能仅由电场的作用而维持的放电 非自持放电：必须依靠外界电离因素的作用提供自由电子作为电子崩的初始电子，一旦外界电离因素停止发生作用，则放电中止  极化效应Polarization Effect：将电介质放入电场，表面出现电荷。这种在外电场作用下电介质表面出现电荷的现象叫做电介质的极化

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高电压技术复习要点（2013-2014-1 0912121-2）

（王伟 屠幼萍编著 高电压技术）

第1章 气体放电的基本物理过程

1.何为原子的激励和电离。

2.气体电离的形式及基本概念。

3.气体碰撞电离与哪些因素有关。

4.气体产生放电的首要前提。

5.热电离与碰撞电离的异同。

6.影响逸出功的因素。

7.金属电极表面电离的四种形式。

8.负离子形成对气体放电的影响。

9.气体放电过程中存在哪三种带电质点。

10.带电粒子的自由行程及特性。

11.影响平均自由行程的因素。

12.带电粒子的迁移率。为何电子的迁移率和平均自由行程大于离子。

13.何为带电离子的扩散，何原因所致。

14.带电粒子消失的主要方式。

15为何电子与离子间的复合概率远小于正、负离子复合概率。

16.气体放电分为哪两类。

17.非自持放电 自持放电

18.绘制并说明“气体中电流与电压的关系曲线”及对应的放电过程。

19.阐述Townsend理论。

20.电子碰撞电离系数；正离子表面电离系数。

21.自持放电条件表达式。

22.影响电子碰撞电离系数的因素。

23.Paschen定律，击穿电压为何具有最小值。

24.当pd>200(cm.133Pa)后，击穿过程与Townsend理论的差异主要有哪些。

25. Townsend理论的适用范围。

26.流注理论的特点；流注

27.正流注、负流注以及二者形成的不同之处。

28根据放电特征，电场均匀程度如何划分。

29.电晕放电；防止和减轻电晕放电的根本途径。

30.极性效应

31.雷电放电的三个主要阶段。

32.沿面放电。

33.固体介质表面电场分布的三种典型情况。

34.极不均匀电场具有强垂直分量时沿面放电过程。

35.滑闪放电以什么为特征。沿面放电与什么有关。比电容。

第2章 气体介质的电气强度

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高电压技术复习材料  碰撞电离 处在电场中的带电粒子在电场力的作用下沿电场方向作加速运动并积累能量,当具有足够能量的带电粒子与气体分子碰撞产生的电离.

 介质损耗 电介质的功率损耗简称介质损耗,一种是由电导引起的损耗,另一种是由某些极化引起的损耗.

 波阻抗 电压波与电流波的比值称为波阻抗.

 绕击 雷电绕过避雷线的保护范围而击于导线.  雷击跳闸率指折算到40个雷电日和100km的线路长度下因雷击引起的线路跳闸次数. 耐雷水平 雷击线路但尚不致引起绝缘闪络的最大雷击电流峰值.

 汤森理论和流注理论的基本观点适用范围 汤森理论的基本观点：  电子的碰撞电离是气体放电时电流倍增的主要原因,而阴极表面的电子发射是自持放电的重要条件.缺陷：有局限性,特别对δd较大时气隙放电的许多特点无法解释.

流注理论的基本观点:  (1)以汤森理论的碰撞电离为基础,强调空间电荷对电场的畸变作用,着重于用气体空间的光电离来解释气体放电通道的发展过程.(2)放电从起始到击穿并非碰撞电力连续量变的过程,当初始电子崩中离子数达到108以上时,要引起空间光电离这样一个质的变化,此时由光子造成的二次崩向主崩汇合而成流注.(3)流注一旦形成,放电就转入自持.

汤森理论只适用于pd值较小的范围,流注理论只适用于pd值较大的范围,两者的过度值为pd=26.66kpacm. 附:巴申定律:据自持放电条件可以退得均匀电场中间隙的自持放电起始电压或击穿电压与有关影响因素的关系:V0=f(Pd) P:气压d:极间电压  

 液体电介质的击穿特性:  两种击穿形式:电击穿(在电场作用下,阴极上由于强电场发射或热发射出来的电子产生碰撞电离形成电子崩,最后导致击穿)和由气泡或其他悬浮杂质导致的热击穿(气泡击穿理论:1)用”小桥”理论论述.工程用液体电解质中含有杂质,水分和气体,实质是液体中的气体被击穿2)静态电压作用下杂质”小桥”的形成,泄露电流增大,局部放电等产生气体和发热使水分汽化形成气泡3)气泡“小桥”形成,气体的耐压强度比液体的低得多,击穿就容易发生在气泡小桥中)  影响因素:  电场的均匀程度,电场越不均匀,击穿场强越低.击穿过程受水分等杂质影响大.  措施：提高油间隙击穿强度,在实际绝缘结构中采用油与固体介质组合绝缘.

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1、极化类型;电子位移极化，离子位移极化，转向极化，空间电荷极化

2、导体电导与电介质电导的区别

导体属于电子性电导。具有负温度系数。电介质属于离子性电导（正离子、负离子、自由电子）。具有正温度系数。

3、雷电放电过程先导放电，主放电，余光放电

4、沿着气体与固体（液体）介质分界面上发展的气体放电现象称为气隙的沿面放电。沿面放电发展到贯穿两极，使整个气隙沿面击穿，称为闪络。气隙的击穿总是沿着固体介质表面闪络形式完成的，沿面闪络电压低于纯气隙的击穿电压。

5、电晕放电（电子崩性质）--刷行放电（流注性质）--滑闪放电

6、完成气隙击穿的三个必备条件：1、足够大的电场强度或足够高的电压；2、在气隙中存在能引起电子崩并导致注和主放电的有效电子；3、需要有一定的时间，让放电得以逐步发展并完成击穿。

7、气隙击穿时间由升压时间 统计时延 放电发展时间组成

8、统计时延t s 电极材料 外施电压 短波光照射 电场情况

9、伏秒特性定义对非持续作用的电压来说，气隙的击穿电压就不能简单地用单一的击穿电压值来表示了，对于某一定的电压波形，必须用电压峰值和延续时间两者来共同表示，这就是该气隙在该电压波形下的伏秒特性

10、标准大气条件：气压：p0—101.3kPa；温度：θ0—20℃ ；绝对湿度：h0—llg／m3。

11、提高气体间隙绝缘强度的方法 1.改善电场分布2.采用高度真空3.增高气压4..采用高耐电强度气体

12、怎么防止污闪：调整爬距增大泄漏距离，定期或不定期的清扫，喷涂涂料，采用半导体釉绝缘子

13、绝缘子的污闪机理：污秽绝缘子受潮后，含在污秽层中的可溶性物质便逐渐溶于水中成为电解质，在绝缘子表面形成一层薄薄的导电薄膜。污层的表面电导比干燥时可能增大几个数量级，绝缘子的泄漏电流相应剧增。在铁脚附近，因直径很小，故电流密度很大，发热最甚。先是在靠近铁脚的某处形成局部烘干区，由于被烘干，该区域表面电阻率大增，迫使原来流经该区的电流转移到该区两侧的湿模上去，使流经该区电流密度增大，加快了湿模的烘干过程，这样发展下去，在铁脚的四周很快形成一个环形烘干带。具有很大的电阻，使其分担的电压激增。当加在烘干带上某处的场强超过临界值时，该处就发生局部沿面放电，于是大部分泄露电流经闪烁放电的通道流过，在闪烁放电的外端附近润湿表面处的电流密度比别处大，促使烘干区径向扩展。

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第 1 章 气体放点的物理过程

1.电离是指电子脱离原子的束缚而形成自由电子、正离子的过程．电离是需要能量的，所需 能量称为电离能 Wi(用电子伏 eV 表示，也可用电离电位 Ui=Wi/e 表示)

2.根据外界给予原子或分子的能量形式的不同，电离方式可分为热电离、光电离、碰撞电离 （最重要）和分级电离。

3.阴极表面的电子溢出：

（1）正离子撞击阴极：正离子位能大于 2 倍金属表面逸出功。

（2）光电子发射：用能量大于金属逸出功的光照射阴极板。光子的能量大于金属逸出功。

（3）强场发射：阴极表面场强达到 106V/cm（高真空中决定性）

（4）热电子发射：阴极高温

4.气体中负离子的形成：

电子与气体分子或原子碰撞时，也有可能发生电子附着过程而形成负离子，并释放出能量（电 子亲合能）。电子亲合能的大小可用来衡量原子捕获一个电子的难易，越大则越易形成负离 子。

负离子的形成使自由电子数减少，因而对放电发展起抑制作用。SF6气体含 F，其分子俘获 电子的能力很强，属强电负性气体，因而具有很高的电气强度。

5.带点质点的消失：

（1）带电质点的扩散：带电质点从浓度较大的区域向浓度较小的区域的移动，使带电质点 浓度变得均匀。电子的热运动速度高、自由行程大，所以其扩散比离子的扩散快得多。

（2）带电质点的复合：带异号电荷的质点相遇，发生电荷的传递和中和而还原为中性质点 的过程，称为复合。带电质点复合时会以光辐射的形式将电离时获得的能量释放出来，这种 光辐射在一定条件下能导致间隙中其他中性原子或分子的电离。

6.气体间隙中电流与外施电压的关系：

第一阶段：电流随外施电压的提高而增大，因为带

电质点向电极运动的速度加快复合率减小

第二阶段：电流饱和，带电质点全部进入电极，电

流仅取决于外电离因素的强弱（良好的绝缘状态）

第三阶段：电流开始增大，由于电子碰撞电离引起

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