电气绝缘基础知识电气绝缘基础知识电工进网作业电工进网作业特种类培训特种类培训电气绝缘基础知识电气绝缘基础知识第二章 电气绝缘基础知识第二章 电气绝缘基础知识第一节：气体介质的绝缘特性第一节：气体介质的绝缘特性第二节：液体介质的绝缘特性第二节：液体介质的绝缘特性第三节：固体介质的绝缘特性第三节：固体介质的绝缘特性第四节：组合绝缘的耐电特性第四节：组合绝缘的耐电特性电气绝缘基础知识电气绝缘基础知识气体绝缘的优点：气体绝缘的优点：第一节 气体介质的绝缘特性第一节 气体介质的绝缘特性?正常状态：优良的绝缘体。?在一个立方厘米体积内仅含几千个带电粒子,但 这些带电粒子并不影响气体的绝缘。?空气的利用：架空输电线路个相导线之间、导 线与地线之间、导线与杆塔之间的绝缘；变压器 相间的绝缘等。输电线路以气体作为绝缘材料变压器相间绝缘以气体作为绝缘材料不存在老化问题理论体系较完善完全的绝缘自恢复特性不存在老化问题理论体系较完善完全的绝缘自恢复特性电气绝缘基础知识电气绝缘基础知识?在电气设备中:在电气设备中: 外绝缘:外绝缘: 一般由一般由气体介质(空气)气体介质(空气)和和固体介质(绝缘子)固体介质(绝缘子) 联合构成联合构成 内绝缘:内绝缘: 一般由一般由固体介质固体介质和和液体介质液体介质联合构成联合构成电气绝缘基础知识电气绝缘基础知识 第一节 气体介质的绝缘特性第一节 气体介质的绝缘特性1、电离（游离）：气体原子形成电子和 正离子。1、电离（游离）：气体原子形成电子和 正离子。电离电离1）碰撞电离）碰撞电离2）光电离）光电离3）热电离）热电离4）表面电离）表面电离1）强电场）强电场2）正离子撞击阴 极表面）正离子撞击阴 极表面3）光照）光照条件条件2、电离的形式2、电离的形式?随着温度升高气体分子动能 增加引起的碰撞电离?高温下高能热辐射光子引起 的光电离光的来源光的来源：自然界、人为照射、气 体放电过程：自然界、人为照射、气 体放电过程 可见光不能使气体直接发生光电离 ！可见光不能使气体直接发生光电离 ！x,射线才能使其发生光电离。射线才能使其发生光电离。4、气体放电规律：由非自持放电发展为自持放电。、气体放电规律：由非自持放电发展为自持放电。1）非自持放电：依靠外界电离维 持的放电。）非自持放电：依靠外界电离维 持的放电。2）自持放电：依靠电场本身的作 用维持的放电）自持放电：依靠电场本身的作 用维持的放电第一节 气体介质的绝缘特性第一节 气体介质的绝缘特性3、气体间 隙放电分为、气体间 隙放电分为5、流注理论流注理论：电子的碰撞及空间的光游离是气体 放电的主要因素，同时强调了空间电荷对电场的畸 变作用。电子的碰撞及空间的光游离是气体 放电的主要因素，同时强调了空间电荷对电场的畸 变作用。 流注理论适用条件：流注理论适用条件：大气压下均匀电场大气压下均匀电场第一节 气体介质的绝缘特性第一节 气体介质的绝缘特性需要注意的两点需要注意的两点!1) 碰撞电离是气体放电过程中产生带电质点的最重要的方式。碰撞电离是气体放电过程中产生带电质点的最重要的方式。2) 碰撞电离主要是由电子引起的，离子引起的碰撞电离概率 要比电子引起的小得多。碰撞电离主要是由电子引起的，离子引起的碰撞电离概率 要比电子引起的小得多。1）电子自由行程大，在电场中获得的能量大。）电子自由行程大，在电场中获得的能量大。2）电子质量比离子小的多，易产生弹性碰撞）电子质量比离子小的多，易产生弹性碰撞,发生非电离碰撞 后几乎不损失能量，更容易积累能量。发生非电离碰撞 后几乎不损失能量，更容易积累能量。电压很高电压很高碰撞游离碰撞游离电子崩电子崩前部电场加强中部电场减弱尾部电场加强前部电场加强中部电场减弱尾部电场加强反击发复合反击发复合产生光子产生光子两侧前部后部两侧前部后部形成分支流注形成负流注新崩流注形成分支流注形成负流注新崩流注流注理论流注理论：第一节 气体介质的绝缘特性第一节 气体介质的绝缘特性崩头崩尾一、空气间隙的击穿过程一、空气间隙的击穿过程碰撞电离碰撞电离电子崩电子崩流注流注击穿击穿带电质点在电场下，加速 运动，将其它中性分子或 原子撞成电子和正离子；带电质点在电场下，加速 运动，将其它中性分子或 原子撞成电子和正离子；电子和正离子再碰撞电 离，使间隙中带电质子 象“雪崩”一样增加；电子和正离子再碰撞电 离，使间隙中带电质子 象“雪崩”一样增加；正负电荷复合产生光子，产生光电离，产 生二次电子，形成二次电子崩，许多二次 崩与一次崩合在一起，形成流注；正负电荷复合产生光子，产生光电离，产 生二次电子，形成二次电子崩，许多二次 崩与一次崩合在一起，形成流注；流注向一方发展时，会抑制其它方面 的流注形成，故放电通道一般狭窄， 很细很亮；流注向一方发展时，会抑制其它方面 的流注形成，故放电通道一般狭窄， 很细很亮；第一节 气体介质的绝缘特性第一节 气体介质的绝缘特性10电气绝缘基础知识电气绝缘基础知识1、在温度不变的条件下：、在温度不变的条件下：压力越大，密度越大，电子的自由行程短，间隙不容易被 击穿，击穿电压升高；反之，击穿电压减小。但，气体过于稀薄，碰撞次数太小，导致击穿电压升高。压力越大，密度越大，电子的自由行程短，间隙不容易被 击穿，击穿电压升高；反之，击穿电压减小。但，气体过于稀薄，碰撞次数太小，导致击穿电压升高。二、均匀电场中气体间隙击穿与气体密度的关系二、均匀电场中气体间隙击穿与气体密度的关系2、巴申定律、巴申定律当气体种类和电极材料一定时，均匀电场中气隙的放电 电压当气体种类和电极材料一定时，均匀电场中气隙的放电 电压UF是气体压力是气体压力p和间隙极间距离和间隙极间距离s乘积的函数。乘积的函数。 )(pSfUF=第一节 气体介质的绝缘特性第一节 气体介质的绝缘特性11电气绝缘基础知识电气绝缘基础知识电场均匀 程度工频击穿场 强（ KV/cm)直流击穿场强电场均匀 程度工频击穿场 强（ KV/cm)直流击穿场强正尖负 板负尖正 板尖尖正尖负 板负尖正 板尖尖均匀均匀3030无极性效应接近工频无极性效应接近工频稍不均匀稍不均匀S0.5D 低于均匀S0.5D 低于均匀 极不均匀极不均匀 S50cmS50cm4.5KV/cmKV/cm10KV/cmKV/cm比正棒 负板略 高比正棒 负板略 高三、电场是否均匀对空气间隙击穿电压的影响三、电场是否均匀对空气间隙击穿电压的影响第一节 气体介质的绝缘特性第一节 气体介质的绝缘特性12电气绝缘基础知识电气绝缘基础知识从放电的观点如何区分电场的均匀程度：从放电的观点如何区分电场的均匀程度：?均匀电场：均匀电场：不存在电晕放电，击穿电压等于自持放 电电压，与作用时间无关；不存在电晕放电，击穿电压等于自持放 电电压，与作用时间无关；?稍不均匀电场：稍不均匀电场：不能维持稳定的电晕放电，击穿电 压等于自持放电电压；不能维持稳定的电晕放电，击穿电 压等于自持放电电压；?极不均匀电场：极不均匀电场：能维持稳定的电晕放电，击穿电压 远大于自持放电电压；能维持稳定的电晕放电，击穿电压 远大于自持放电电压；第一节 气体介质的绝缘特性第一节 气体介质的绝缘特性13电气绝缘基础知识电气绝缘基础知识?雷电和操作冲击电压，持续时间很短（us或ms），属于瞬态 作用电压，但其幅值很大，对电气设备的绝缘危害大。雷电和操作冲击电压，持续时间很短（us或ms），属于瞬态 作用电压，但其幅值很大，对电气设备的绝缘危害大。?（1）雷电冲击电压：1.2/50 us（1）雷电冲击电压：1.2/50 us（波前时间/半峰时间）（波前时间/半峰时间）?（容许偏差容许偏差30%20%30%20%）?（2）操作冲击电压：250/2500 us （2）操作冲击电压：250/2500 us ?（容许偏差容许偏差20%60%20%60%）四、冲击电压下空气间隙的击穿电压四、冲击电压下空气间隙的击穿电压第一节 气体介质的绝缘特性第一节 气体介质的绝缘特性14电气绝缘基础知识电气绝缘基础知识四、冲击电压下空气间隙的击穿电压四、冲击电压下空气间隙的击穿电压第一节 气体介质的绝缘特性第一节 气体介质的绝缘特性击穿或闪络，避雷器放电击穿或闪络，避雷器放电15电气绝缘基础知识电气绝缘基础知识?操作冲击击穿电压操作冲击击穿电压 与间隙距离、电极形状、电极极性、波前时间都 有关，波前时间与间隙距离、电极形状、电极极性、波前时间都 有关，波前时间T1越短，击穿电压越高；反之，波前时间越短，击穿电压越高；反之，波前时间T1越长，击穿电压也越高；一定有一个时间，击穿电压最小。这个时间就称 之为临界波前时间越长，击穿电压也越高；一定有一个时间，击穿电压最小。这个时间就称 之为临界波前时间T0。工程上常以击穿概率为。工程上常以击穿概率为50%的冲击电压作为该间 隙的冲击电压击穿值，用符号的冲击电压作为该间 隙的冲击电压击穿值，用符号U50%表示。表示。四、冲击电压下空气间隙的击穿电压四、冲击电压下空气间隙的击穿电压第一节 气体介质的绝缘特性第一节 气体介质的绝缘特性16电气绝缘基础知识电气绝缘基础知识五、影响气体间隙击穿电压的各种因素五、影响气体间隙击穿电压的各种因素第一节 气体介质的绝缘特性第一节 气体介质的绝缘特性气体状态气体状态密度大，击穿电压会升高；密度小，击穿电压会降低；密度太小， 击穿电压会升高；气压与温度通过对密度的影响，影响击穿电压；湿度增大，击穿电压增大；密度大，击穿电压会升高；密度小，击穿电压会降低；密度太小， 击穿电压会升高；气压与温度通过对密度的影响，影响击穿电压；湿度增大，击穿电压增大；电压作用时间电压作用时间均匀电场，击穿电压与电压波形、电压作用时间无关；极不均匀电场， 雷电冲击击穿电压比工频冲击电压高得多；极不均匀电场，操作冲击电压，如果波前时间均匀电场，击穿电压与电压波形、电压作用时间无关；极不均匀电场， 雷电冲击击穿电压比工频冲击电压高得多；极不均匀电场，操作冲击电压，如果波前时间T1与间隙与间隙S比，处于 临界波前时间比，处于 临界波前时间T0附近，则可能低于工频冲击击穿电压；附近，则可能低于工频冲击击穿电压；电压的极性电压的极性均匀电场，击穿电压与电压极性无关；极不均匀电场， 当棒为正极时，直流击穿电压与工频冲击电压接 近相等；极不均匀电场，当棒为负极时，直流击穿电压远高于工频冲击电压；均匀电场，击穿电压与电压极性无关；极不均匀电场， 当棒为正极时，直流击穿电压与工频冲击电压接 近相等；极不均匀电场，当棒为负极时，直流击穿电压远高于工频冲击电压；17电气绝缘基础知识电气绝缘基础知识电场均匀程度电场均匀程度电场越均匀，击穿电压高；电场越均匀，击穿电压高；电极材料与光洁电极材料与光洁表面不易发射电子，击穿电压高；表面光洁，击穿电压高；表面不易发射电子，击穿电压高；表面光洁，击穿电压高；不同气体类型不同气体类型卤族元素气体，击穿电压比空气高几倍；卤族元素气体，击穿电压比空气高几倍；六、影响气体间隙击穿电压的各种因素六、影响气体间隙击穿电压的各种因素第一节 气体介质的绝缘特性第一节 气体介质的绝缘特性18电气绝缘基础知识电气绝缘基础知识SF6在普通状态下，无色、无嗅、无毒、不燃的惰性气体， 相对密度是空气的在普通状态下，无色、无嗅、无毒、不燃的惰性气体， 相对密度是空气的5倍，电气绝缘强度是空气的倍，电气绝缘强度是空气的2.3-3倍， 灭弧性能是空气的倍， 灭弧性能是空气的100倍。倍。七、七、SF6气体的绝缘特性气体的绝缘特性第一节 气体介质的绝缘特性第一节 气体介质的绝缘特性在高温时分解出的硫、氟原子和正负离子，与其他灭弧介质相比， 在分解时吸收的能量多，对弧柱的冷却作用强，弧柱温度较低。因 此，SF6气体中电弧电压较低，燃弧时的电弧能量小，对灭弧有利。 气体分子的负电性强。所谓负电性所谓负电性，是指SF6 6气体吸附自由电子形 成负离子的特性。SF6 6气体负电性强，加强了去游离，降低导电率。 在