高电压技术长春工程学院电气工程系刘 望 来选择了专业 就是选择了工作的方向为了能够工作好 要把专业课学好绪论一、电力系统的电压等级是如何划分的、依据是什么？
电晕电能污染资料
1kV
0.4kV
0.22kV
36V
高压低压普通高压 1~250kV
超高压 250~1000kV
特高压 1000kV及以上电压等级划分的级差为 2~3倍。
二、为什么采用高电压？
电力系统输送的电能 P正比于电压的平方（ U2 ），反比于系统阻抗 Z,而系统阻抗 Z正比于线路长度 L,所以 P
正比于 U2,反比于 L。
Z
UP 2?
所以采用高电压是大功率远距离输电的要求，要实现大功率远距离输电唯一可行的措施就是采用高电压。作为二次能源，输送电能要较输送一次能源经济、快捷、安全、方便、清洁。
三、要采用高电压首先要解决的技术问题是什么？
例,1,用青壳纸和电缆纸作绝缘的 10.5kV,10MW的发电机,改用粉云母纸作绝缘,其他条件不变时,发电机容量就提高到 12.5MW,可见绝缘限制了设备的容量 。
2,绝缘限制了设备的寿命；
3,绝缘限制了电力系统的投资 。
1、因为绝缘限制了设备的温升、限制了温升也就限制了设备的容量、体积和重量；
高电压下的绝缘问题 。 因为在电力系统三大技术材料
（ 导电材料,导磁材料和绝缘材料 ） 中绝缘的影响力最大：
四、如何解决绝缘问题？
寻找和研制新型的绝缘材料，限制作用在绝缘上的过电压。
例：由于瓷吹避雷器使作用在被保护设备上的残压降低，
使原设计额定电压为 400 kV的输变电系统生压为 500 kV
的系统。
五、高电压技术课程讲授的两个问题：
绝缘问题和限制作用在绝缘上的过电压是本课程的两大内容 。
六,学科特点：
1,历史短,研究不充分,理论很不完整,工程上高电压问题不能用理论来分析,所以只能从试验入手 。
2,研究起来很困难,其所研究的问题与其他学科完全不同 。
其他学科研究的是电的导通,而高压研究的是绝缘,它所研究的 是空间的问题,场的问题,所受的影响因素
（ 温度,湿度,气压,极距 ） 很多 。
3,研究手段难以具备,场地难以满足,问题的重复性小,
一次击穿后很难找到完全相同的对象,是暂态问题 。
4,思考问题的领域宽 。
第一章 气体的放电基本物理过程和电气强度一,补充的基本概念
1,放电：在电场的作用下由于游离使流过电介质电流增大的现象 。
2,击穿：电介质在电场作用下丧失其绝缘性能,形成沟通两极的放电 。
3,击穿电压：使电介质失去其绝缘性能所需要的最低,临界,
外加电压 。
4,击穿场强：使电介质失去其绝缘性能所需要的最低,临界,
外加电场强度 。
5,绝缘强度：在均匀电场中,使电介质不失去其绝缘性能所需要的最高,临界,外加电场强度 。
6、绝缘水平：电气设备出厂时保证承受的试验电压。
§ 1.1汤逊理论和流注理论一,气体间隙中带电粒子的产生 （ 补充 ）
中性质点中的电子摆脱原子核的束缚成为自由电子的过程就是游离。
要游离需要吸收能量，
吸收的能量称为游离能。
结论：气体间隙中带电粒子来源于气体分子本身的游离和金属表面游离 。
1、气体分子本身的游离
2、气体分子本身的游离方式按照电子获得能量的方式划分游离：
1） 碰撞游离：由于碰撞引起的游离 。
其条件是撞击质点的能量不小于被撞质点的游离能,并且有足够的作用能 。
碰撞游离是气体放电中主要的带电粒子来源，电子是碰撞游离的主导因素。
红球：气体分子小绿球：电子粉色球：正离子红球带绿球：负离子
2） 光游离：由于高能射线的作用产生的游离 。 其条件是光子的能量不小于游离能 。 光游离是起始带电粒子的主要来源 。
具有分级游离的特点 。
3）热游离：在高温（温度达 104 k0） 作用下发生的游离。热游离不是一种单独的游离形式，是碰撞游离和光游离的综合。
2、负离子的形成能够俘获电子与之结合成一个呈现负电性的分子称为具有电负性。例如：水分子、
SF6等。
具有电负性的分子俘获电子后，使碰撞游离的主导因素降低，所以对放电具有抑制作用。
为什么阴雨天容易触电呢？
3、金属表面游离：
金属中的电子摆脱金属表面的位能势垒的束缚成为自由电子的过程 。 其条件是电子的能量不小于金属的逸出功 。 金属的逸出功要比气体的游离能低,所以金属表面游离是气体放电起始电子的主要来源：包括光电子发射,热电子发射,强电场发射和二次发射 。
日光灯中起始带电粒子来源于热电子发射 。
二、带电粒子的消失
1,进入电极并中和电量,所有物质的电子都是相同的,但不同物质的正离子是不同的,所以,电子可以进入电极中和电量,而正离子是靠其能量打,拉出电子与之复合 。
2,复合：正负带电粒子碰到一起重新形成中性质点的过程 。
影响复合的主要因素是带电粒子之间的相对运动速度和浓度 。 带电粒子在固体表面相对运动速度较慢,容易复合,
灭弧栅也利用了这一点 。
3,扩散：带电粒子从浓度高的区域向浓度低的区域运动 。
磁吹避雷器,空气断路器等都利用了这一点 。
三、伏安特性曲线伏安特性曲线：电介质在电场作用下,
流过电介质的电流与外加电压的关系曲线 。 外界游离因素
1,0— a段,启始带电粒子定向运动,
随着外加电压的加大,带电粒子的运动速度越来越快,故电流在加大 。
2,a— b段,单位时间内产生的带电粒子全部投入运动,运动速度达到趋引速度,没有新的带电粒子来源 。
3,b— c段,产生碰撞游离,放电 。
4,c点以后，自持放电。
四、汤逊理论
20世纪初,汤逊从均 匀电场,低气压 （ 低于
26.66kpa?cm） 短间隙气隙的气体放电实验出发,总结出较系统的气体放电理论 。 汤逊理论的实质是电子崩理论 。
外界游离因素汤逊理论外界游离因素非自持放电：需要电压和外界游离因素两个条件来维持的放电 。
自持放电：只需要外加电压就能维持的放电。
汤逊理论自持放电条件
1,汤逊第一放电系数 α,一个电子沿电场方向行经 1cm长度,平均发生的碰撞游离次数 。
11 ）（ se
2,汤逊第三放电系数 γ,一个正离子撞击阴极板时,使阴极板平均释放出来的有效电子数 。
3、一个启始带电粒子从阴极到阳极的过程中由于碰撞游离产生的正离子撞击阴极板时如果能打拉出两个电子，一个与正离子复合掉了，另一个成为自由电子，它会产生新的电子崩，维持放电的发展，就发生了自持放电。
五、巴申特性曲线
A点左侧,（ 1） p一定,s减小,外加电压一定,p一定,自由行程一定,
s减小,电场强度加大,所以游离能加大,游离率提高； p一定,s减小,
碰撞次数减少,其幅度比游离率增大的幅度大,所以总游离数降低,击穿电压提高 。
（ 2） s一定,p减小，同上。A点右侧,（ 1） p一定,s增大,外加电压一定,p一定,自由行程一定,s加大,电场强度减小,所以游离能减小,
游离率降低； p一定,s增大,碰撞次数增多,其幅度没有游离率下降的幅度大,
所以总游离数降低,击穿电压提高 。
（ 2） s一定,p增大，同上。
六、汤逊理论的适用范围汤逊理论适用于低气压、短间隙、均匀电场。间隙的划分,2cm以下的为短间隙,2— 100cm为一般间隙、
100cm及以上的为长间隙。
汤逊理论解释不了一般间隙、标准大气压下气隙的放电：
1、按汤逊理论计算的击穿电压比实际值高；
2、按汤逊理论计算的击穿所需时间比实际值长；
3、一般间隙的击穿电压与阴极材料无关；
4、放电形状不同因为汤逊理论没有考虑空间电荷对电场的畸变和光游离对放电的影响，流注理论对标准大气压、一般间隙的气体放电现象进行了解释。
汤逊理论
一个由外界游离因素从阴极释放出来的初始电子,在奔向阳极运动的过程中,不断地产生碰撞游离而发展成电子崩,此电子崩称为初始电子崩 。 初始电子崩不断发展,由于电子的移动速度大,故电子总是位于朝向阳极方向的电子崩的头部 。
而正离子速度慢,可近似地看成停留在原来产生的位置上,较缓慢地向阴极运动,相对于电子来说,可认为正离子是静止的 。
初始电子崩在其发展过程中逐渐增大,电子崩中出现大量的空间电荷,这些电荷在空间的分布将使电极间的电场发生畸变如图 2所示 。 从图中可以看出,空间电荷的存在,大大加强了电子崩头部和尾部的电场,
而削弱了其正负极区域之间的电场 。
电子崩头部前后的强电场有利于发生游离和激励,它们从激励状态回复到正常状态时,将发射出光子 。 电子崩中部的弱电场区,则有助于发生复合过程,同样也发出光子 。
当初始电子崩发展到阳极时,电子迅速进入阳极并中和电量了 。 留下来的正离子作为正空间电荷,使后面的电场受到畸变和加强,同时向周围发射出大量的光子 。 这些光子射到附近的气体中,导致光游离,在空间产生光电子,它们在正空间电荷所畸变和加强的电场作用下,又形成新的电子崩,称为子崩 。 子崩中的带电粒子受主崩的吸引,将注入到主崩中,而形成带电粒子数更多的区域,称为流注 。
流注从阳极向阴极发展,由于它的导电性能良好,其边缘又有子崩留下的正电荷,因此大大加强了流注前方的电场,促使更多的新电子崩相继产生并与之汇合,从而使流注不断向阴极发展 。 当流注发展到阴极后,整个间隙就被导电良好的正负带电离子的混合通道所贯通,从而导致整个间隙的击穿 。
§ 1.2不均匀电场中气体的放电一,电晕：极不均匀电场中特有的气体放电现象 。 电晕是划分普通高压与超高压的依据,是划分均匀 （ 稍不均匀 ） 电场和极不均匀电场的依据 。
1,电晕具有的效应：
1） 声,光,热效应；
2） 消耗能量；
3） 对无线电产生干扰；
4） 产生化学反应；
5） 产生,电风,。
2、能够引起电晕的电压称为起晕电压，起晕电压与电极的曲率半径有关，而与间隙距离关系不大，半径越小、起晕电压越低。
二,极性效应
1,极性效应：不对称极不均匀电场中曲率半径小的电极所带电荷极性对击穿电压的影响。
引出：同一个针对板的不对称极不均匀电场，极间距离为 4cm,当针极为正时，击穿电压是 35kV； 当针极为负时，击穿电压是 80kV； 而针对针的对称极不均匀电场，极间距离是 4cm 时，击穿电压为 45 kV。
为什么会有这么大的区别？
2,分析：（针极为正、板极为负）针极附近产生的电晕，带电粒子定向运动，正离子向板极运动，
由于速度慢，就在针极附近形成电荷积累区，使未游离区的电场强度增大，而导致击穿电压降低。
试验数据
1、均匀电场的击穿场强为 30kV/cm,极不均匀电场的平均击穿场强为 5 kV/cm。 随着间隙距离的增大，击穿电压随着增大，但击穿场强是随着降低的，因为击穿电压的增加速度没有距离增加的速度快。
2、在极不均匀电场的情况下，不管棒 -板间隙或是不同直径的球 -板间隙，击穿电压和距离的关系曲线都比较接近。就是说，在极不均匀电场中，击穿电压主要决定于间隙距离，而与电极形状的关系不大。因此在工程实践中常用棒 -板或棒 -
棒这两种类型间隙的击穿特性曲线作为选择绝缘距离的参考。
3、在工频电压作用下，棒 -板间隙的击穿总是发生在棒的极性为正、电压达幅值时，并且其击穿电压（幅值）和直流电压下的正棒 -负板的击穿电压相近。棒 -棒间隙的平均击穿场强为
3.8kV（ 有效值） /cm或 5.36kV（ 幅值） /cm,棒 -板间隙梢低一些，约为 3.35kV（ 有效值） /cm或 4.8kV（ 幅值） /cm。
§ 1.3气隙在各种电压下的击穿特性一,标准波形为了检验绝缘耐受雷电冲击电压的能力,在实验室中可以利用冲击电压发生器产生冲击高压,以模拟雷电放电引起的过电压 。 为了使得到结果可以相互比较,需规定标准波形 。
我国国家标准规定的雷电冲击电压标准波形为
T1=1.2us± 30%,T2=
50± 20%us,通用符号为
1.2us/50us,直击雷的雷电波形为 10/350us,感应雷和传导雷的雷电波形为 8/20us。 。
二、放电时延一个气体间隙,在持续电压的作用下击穿所需的最低电压称为静态击穿电压 。 但在幅值大于静态击穿电压的冲击电压作用下,当电压值超过静态击穿电压时,气隙是不会击穿的,气隙的击穿总是发生在静态击穿电压之后的某一时刻,即气隙在冲击电压作用下击穿是需要时间的 。 所需的全部时间为,t
= t1 + ts + tf
t1为升压时间,ts为统计时延,tf
为放电形成时延三,50%冲击放电电压
在持续电压作用下,当气体状态不变时,一定距离的间隙,其击穿电压具有确定的数值,当间隙上所加的电压达到其击穿电压时间隙就击穿了 。
在冲击电压作用下,单独用一个电压来描述间隙的击穿就不合理了 。 U50%的含义是在该电压作用下,气隙击穿和不击穿的概率各为 50%。
四、伏秒特性在同一波形,不同幅值的冲击电压作用下,间隙上出现的电压最大值和放电时间的关系曲线称为间隙的伏秒特性曲线 。 工程上常用它来表征间隙在冲击电压下的击穿特性 。
1,曲线的作出2、伏秒特性曲线的配合：
保护设备要保护被保护设备，其伏秒特性曲线必须完全位于被保护设备伏秒特性曲线的下面四、伏秒特性间隙的伏秒特性形状与极间电场分布有关。对于均匀或梢不均匀电场，由于击穿时的平均场强较高，放电发展较快，放电时延短，所以间隙的伏秒特性曲线比较平坦，而且分散性也较小，仅在放电时间极短时，略显上翘。也就是说，在均匀电场中靠提高电压来缩短击穿所需时间是很难的。因为均匀电场的伏秒特性很平，其
50%冲击击穿电压和静态击穿电压是相一致，所以在实践中常常利用电场比较均匀的球间隙作为测量静态电压和冲击电压的通用仪表。
对于极不均匀电场中的间隙，其平均击穿场强较低，
放电形成时延 tf 受电压的影响大,较长且分散性也大，
其伏秒特性曲线在放电时间还相当大时，便随时间 t
之减小而明显上翘，曲线比较陡。即使在电压作用时间较长（击穿发生在波尾）时，冲击击穿电压也高于静态击穿电压。
具有较陡伏秒特性曲线的保护设备不容易与具有平伏秒特性的被保护设备配合所以不能用保护间隙、管型避雷器来保护变压器
§ 1.5大气条件对气隙击穿电压的影响标准大气条件：温度 t0=200C,大气压力 P0=101.3kPa,湿度 f0=11g/m3。
大气条件对气隙击穿电压的影响的分析方法是：从大气条件的自由行程和碰撞次数的影响,来分析总游离数的变化,从而得出对击穿电压的影响 。
1、温度的影响：温度升高，气体密度下降，自由行程加大，外加电场强度不变时，游离率加大；气体密度下降使气体分子数减少，但其减小幅度小于游离率增大的幅度，所以总游离数加大，使击穿电压降低。
2、湿度的影响：湿度加大，水分子含量加大，由于水具有电负性，能俘获电子形成负离子，对放电具有抑制作用，所以湿度加大，气体的击穿电压升高。
湿度对气隙击穿电压的影响与电场的形式有关，均匀电场和稍不均匀电场中湿度的影响比较小，极不均匀电场中湿度的影响比较大，其原因是均匀电场中击穿场强较高，电子运动速度较大，水分子不易吸附电子，所以湿度的影响较小；在极不均匀电场中，平均击穿场较低，放电形成时延较长，所以湿度的影响就比较明显。
3、海拔高度的影响：随着海拔高度的增加，空气逐渐稀薄，大气压力及空气相对密度下降，因此空气的击穿电压也随着降低。考虑到这一影响，我国有关国家标准规定，对于拟用于海拔高度高于 1000米，但不超过 4000米处的电气设备的外绝缘，其试验电压应按规定的标准大气条件下的试验电压乘以系数 Ka,其中
4101.1
1
Hk a
§ 1.6提高气隙击穿电压的方法提高气隙击穿电压的途径：
1、均匀电场的击穿场强比极不均匀电场的平均击穿场强高，所以考虑如何改进电极形状；
2、依据巴申特性曲线进行分析。
措施一、改进电极形状
1、改进电极形状，增大电极曲率半径。采用屏蔽罩以增大电极的曲率半径是一种常用的方法，一些高压设备的高压出现端都加装屏蔽罩以降低出线端附近空间的最大场强，
提高电晕起始电压。此外、在超高压线路绝缘子串上安装保护金具、超高压线路上采用扩径导线等都是根据屏蔽原理改善电场分布提高电晕起始电压的具体应用。
2、去除电极表面及边缘的毛刺和棱角，消除电场局部增强的现象。
3、边缘效应
§ 1.6提高气隙击穿电压的方法措施二、利用空间电荷改善电场分布在极不均匀电场中，由于气隙击穿前先发生电晕放电，
因此在一定条件下，可以利用放电自身产生的空间电荷来改善电场分布。例如采用细线，如,线 -板,,,线 -
线,结构在一定的距离范围内有可能提高气隙的击穿电压。这是因为：当导线直径很小时，周围容易形成比较均匀的电晕层，电晕放电形成的空间电荷调整和改善了电场分布，从而提高了击穿电压。当气隙距离超过一定值，细线也将产生刷形放电，或导线直径较大因其表面不够光滑将产生局部电晕和刷形放电，破坏了比较均匀的电晕层，此后其击穿电压也将下降。
§ 1.6提高气隙击穿电压的方法措施三、极不均匀电场中采用屏障改善电场分布。
4、冲击电压作用下正极性棒对屏蔽的作用大约与持续电压作用下一样；
负极性棒时屏蔽基本上不起作用，这说明屏障对负极性傍时流注的分级发展过程影响不大。
1、在直流电压下，击穿电压随着屏障位置的不同有很大的变化。最有利的地方在
x/l=0.2处,针正板负间隙击穿电压可提高 2-3倍，但针负板正间隙击穿电压仅提高
0.2倍。
2、极间障能够提高气隙的击穿电压不是靠它自身分压，而是利用空间电荷对电场分布的改善实现的。
3、交流电压作用下，屏障作用同在直流电压下针正板负间隙
§ 1.6提高气隙击穿电压的方法措施四、削弱或抑制游离过程
1、采用高气压：空气在常压下的电气强度约为 30kV/cm,如果压缩空气，使气压大大超过
0.1MPa,它的电气强度就能显著提高。实用中许多场合应用高气压的气体作为高电气强度的介质（压缩空气断路器、标准电容器等设备的内绝缘）。 从图中可见,2.8MPa的空气具有极高的击穿电压，但此时对电气设备外壳的密封性能和机械强度要求很高，因此目前广泛应用 SF6,为得到同样的电气强度，
只需 0.7MPa的气压旧可,
§ 1.6提高气隙击穿电压的方法六氟化硫、氟里昂等一些喊有卤族元素气体属于强电负性气体，它们的电气强度比空气高得多，因此用于电气设备气压不必太高，这就可以使设备的制造和运行得以简化。
强电负性气体要在工程中获得实际应用，除电气强度要高以外，还必须具备液化温度不高、化学性能稳定、在该气体中发生放电时不宜分解、不燃烧、不产生有毒物质，并且生产不太困难、价格不能过高。
2、采用强电负性气体（高电气强度）
目前、得到工程应用的强电负性气体惟有六氟化硫及其混合气体。 SF6的电气强度约为空气的 2.5倍，其灭弧能力则为空气的 100倍以上。
SF6所以具有较高的电气强度是因为它具有电负性、游离能高、分子量大。
但应该注意到,SF6优异的绝缘性能只有在均匀电场中才能充分发挥，因此设计 SF6气体作为绝缘的各种电气设备时，
应尽量使气隙的电场均匀化。
3、高真空的采用。依据巴申特性曲线，采用高真空将会得出击穿电压极高甚至趋于无限大的结论。试验也表明极间距离较小时高真空的击穿电压很高，其值超过了压缩气体；但极间距离较大时击穿电压提高缓慢，明显低于压缩气体间隙的击穿电压。
间隙较短时应用真空击穿理论进行放电解释：此时高真空的击穿是与阴极表面的强场发射密切相关的。由于强场发射所引起的电流密度很大，导致电极局部过热使电极释放出金属气体，破坏高真空度从而引起击穿。
间隙较长时应用全电压效应解释：随着气隙距离的增大及击穿电压的提高，电子从阴极到阳极积聚了很大的动能，这些高能电子轰击阳极表面使之释放出正离子和光子，当它们到达阴极又加强了该极的表面游离，这样反复作用将产生越来越大的电子流，时电极局部气化，最终导致间隙击穿。
§ 1.7沿面放电一、问题提出电力系统中，电气设备的带电部分总要用固体绝缘材料来支撑或悬挂。绝大多数情况下，这些固体绝缘是处于空气中的。如输电线路的悬式绝缘子、隔离开关的支柱绝缘子等。当这些绝缘子的极间电压超过一定值时，常常在固体电介质和空气的交界面上出现放电现象，这种沿着固体电介质表面的气体发生的放电称为沿面放电。当沿面放电发展成贯通两极的放电时，称为闪络。研究表明：在相同的放电距离下，沿面闪络电压比纯气隙的击穿电压低得多，可见一个绝缘装置的实际耐压能力是取决于它的沿面闪络电压的。因此，在确定输电线路和变电所外绝缘的绝缘水平是，其沿面闪络电压起着决定性作用。应该注意的是，不仅要研究表面干燥、清洁时的沿面放电，而且要研究表面潮湿、污染时的沿面放电，因为它们的放电机理有很大的不同，
甚至可能在工作电压下发生闪络，对电力系统的安全运行构成威胁，
因而日益受到重视。由于污闪引起的事故每年都会有。
§ 1.7沿面放电二、均匀电场中的沿面放电在平行板的均匀电场中放一瓷柱，并使瓷柱的表面与电力线平行，瓷柱的存在并未影响极板间电场分布。但当两电极尖的电压逐渐增加时，
放电总是发生在沿瓷柱的表面，即在同样条件下沿瓷柱的闪络电压比纯气隙电压低得多。并且与电介质表面的材质有关。为什么？
二、均匀电场中的沿面放电
1、解释方法一：
虽然电瓷表面是光滑的，但毕竟不是理想的光滑，夸张地说是凸凹不平的，这样在电瓷表面就形成了固体与气体的串联。在交流或冲击电压的作用下，多层串联电介质中的电场分布与介质的介电常数成反比，空气的介电常数远小于固体介质的介电常数，所以气体分担的电压远比固体的要高，而气体的绝缘强度又比固体的低，所以很容易发生局部放电。
二、均匀电场中的沿面放电
2、解释方法二：
固体介质与电极表面没有完全密合接触而存在微小气隙，或介质表面有裂纹。由于空气的介电常数总比固体的低，这些微小气隙中的场强将比平均场强大得多，
从而引起局部放电。放电产生的带电质点从气隙中逸出，带电质点到达介质表面后，畸变原有的电场，从而降低了沿面闪络电压。
在实际绝缘结构中常将电极与介质接触面仔细研磨，
使两者紧密接触，以消除气隙，或在介质端面上喷涂金属，将气隙短路，使沿面闪络电压提高。
二、均匀电场中的沿面放电
3、解释方法三：
固体电介质表面吸收水分而形成水膜时，一方面水膜中的离子在电场作用下向两极移动，逐渐在两电极附近积聚电荷，并使电介质表面电场分布不均匀，电极附近电场场强增加，因而降低了闪落电压；另一方面水的电导比较大，水膜上分担的压降低，而与之串联的空气上分担的电压要高，也容易引起局部放电，而使闪络电压降低。介质表面的吸附水分的能力越大，闪络电压越低。
三、具有强垂直分量极不均匀电场中沿面放电
1、放电发展过程在电压比较低时，
在法兰附近首先产生了电晕，随着外加电压的提高，电晕转化成刷形放电；外加电压进一步提高，刷形放电转化成滑闪；当电压达到某临界值时，
滑闪沟通两极形成闪络。
三、具有强垂直分量极不均匀电场中沿面放电
2,极均匀电场中沿面放电的形成当套管上加上交流电压时,沿套管表面将有电流流过,由于 R,C的存在,沿套管表面的电流是不相等的,
越靠近法兰处电流越大,单位距离上的压降也越大,电场也越强 。 当外加电压不足以使整个间隙击穿时,
在法兰处产生了电晕,带电粒子被电力线的垂直分量压在电介质表面,
纵向分量推动带电粒子定向运动,
加大了带电粒子与电介质的摩擦而使温度升高,产生了热游离,使放电发展 。
三、具有强垂直分量极不均匀电场中沿面放电
3、特点：
1）固体介质的介电常数越大，固体介质的厚度越小，则电容越大，沿电介质表面的电压分布越不均匀，使沿面闪络电压越低；
2）固体介质的体积电阻越小，沿面闪络电压越低；
3）电压变化速度越快，频率高，分流作用也就越大，电压分布越不均匀，闪络电压越低；
4）表面电阻在一定范围内适当减小，可使沿面的最大电场强度降低，从而提高闪络电压。
四、如何提高沿面闪络电压
1、增大沿面距离电介质表面采用带有瓷裙的结构，瓷裙下面还带棱。在系统中为防止污闪，
对耐张绝缘子串来说，可通过增加串中片数达到目的；而对悬垂串来说，
在增加片数有困难时可换用每片爬距较大的耐污型绝缘子或改用 V形串固定导线，或推行用一种复合材料制成环状薄片，将其嵌入绝缘子铁帽下部的防污闪新技术，加装了薄片后既增大了泄漏距离，又改善了绝缘子表面电场分布，对于抑制帽沿根部电晕的产生、防务和提高闪络电压很有效。
四、如何提高沿面闪络电压
2、采用半导体釉和硅橡胶绝缘子防污闪半导体釉绝缘子表面一直有一个比普通绝缘子表面泄漏电流为大的表面电导电流流过，使绝缘子表面温度比环境温度略高，因而污层不易吸潮，积污也比较少。此外，釉层电导还能缓解干区电场集中现象，使干区不易出现局部电弧，沿整个绝缘子传的电压分布都比较均匀。但这种材料比较容易被腐蚀和老化，影响了其推广。
有机硅橡胶合成绝缘子的防污性能比普通绝缘子要好得多，它由承受外力负荷的芯棒和保护芯棒免受大气环境侵袭的裙套以及金属连接附件组成复合结构绝缘子，玻璃钢芯棒采用玻璃纤维束经树脂浸渍后通过引拔模加热固化而成，有极高的抗张强度。至目前为止，硅橡胶仍是最理想的伞套材料，它的电气强度、憎水性强、耐污性能好，在不同温度下性质稳定。
五、绝缘子串上的电位分布
1、不同电压等级使用绝缘子的片数一般 35kV线路用 3片，
110 kV线路用 7-9片，
220kV线路用 13-15片，
330 kV线路用 19-21片，
500kV线路用 25-28片。
以 330kV线路用 19片绝缘子为例：相电压为
209.5kV,如果每片绝缘子分担的电压相等,
则每片绝缘子分担的电压约为 11kV。 绝缘子的起晕电压为 20— 22kV,按理说 330kV
线路绝缘子上不应该发生电晕，但事实上，
330kV线路在正常设计和运行时就有电晕，
为什么？
五、绝缘子串上的电位分布其原因是绝缘子上的电位分布是不均匀的，第一片绝缘子上分担的电压为 11.5%相电压，即 24.1kV,已经超过起晕电压。为什么电压分布是不均匀的呢？
五、绝缘子串上的电位分布电容：任意两点之间有电位差、
又存在中间介质的话就可以等效出电容。
由于每片绝缘子的铁脚与铁塔之间存在着电位差、又有空气中间介质存在，所以绝缘子与铁塔之间存在杂散电容，通常绝缘子的等效电容为 50— 70pF,绝缘子与铁塔之间的等效电容为 4-5pF,虽然比较小，但由于它的存在，要流走一部分电流，使电位分布不均匀。
第一片上分担的电压最高，越远离导线分担的电压越低。
五、绝缘子串上的电位分布由于导线与绝缘子铁脚之间也存在电位差，同样存在着杂散电容，此电容一般为 0.5-1 pF.由于它的存在,导线中会有杂散电流通过它流入绝缘子。由于此电流比绝缘子对铁塔之间流走的电流小，所以影响力也小。
但随着它的积累，使得靠近铁塔的几片绝缘子上分担的电压有所上升。
五、绝缘子串上的电位分布
如何改善绝缘子串上的电压分布安装均压环。 330kV及以上的线路绝缘子串上要安装均压环，其原理是利用增大导线对绝缘子的电容，提高其回路流过的电流，
来补偿绝缘子对地杂散电容中流走的电流。
小 结
外界游离因素提供的空间电荷形成了气体间隙的电导。在较低外加电场的作用下，电子的碰撞游离，使气体间隙出现非自持放电。在足够外加电场的作用下，电子崩中的正离子运动到阴极，使阴极发出的有效电子能够取代外界游离因素使阴极发出起始电子时，则放电转为自持放电。
汤逊理论只计入了电子在空间的碰撞游离及正离子使阴极放出电子的 γ过程，故汤逊理论只能解释低气压短间隙中的气体放电。
在汤逊理论的基础上，又考虑了空间电荷对电场的畸变和光游离的影响提出的流注理论，解释了大气压下一般间隙的气体放电。
项目 汤逊理论 流注理论放电开始条件 外界游离因素作用，使阴极表面释放出起始电子同左间隙中导电质点的增长按指数规律增长，形成电子崩经过三次增长阶段：
电子崩、流注、主放电自持放电条件 电子崩中的正离子运动到阴极，使阴极发出有效电子数与外界游离因素作用使阴极表面放出的起始电子数相等主电子崩甭头发射出足够的光子，出现光游离，形成电子崩，
子崩注入主崩形成流注放电通道外形 面状，圆面直径随放电电流值的增长而增大带分枝的曲折细线形通道颜色 一般呈淡红色、光亮较弱 紫白色（电流很小时呈橘红色）光亮较强放电所需时间 较长 较短与阴极材料 有关 无关汤逊理论与流注理论的异同在 1米以上的长间隙中，流注放电的间歇式发展，要用热游离提供的更多带电粒子形成等离子区的先导放电去解释。
短、一般、长间隙中的 气体放电的过程：
短间隙：电子崩一般间隙：电子崩 —— 流注 —— 主放电长间隙：电子崩 —— 流注 —— 先导 —— 主放电气体间隙的放电，取决于碰撞游离数的多少，碰撞游离数等于碰撞次数与游离率的乘积。碰撞次数取决于电子自由行程的大小，因气压和温度即气体的密度和气体分子直径与碰撞次数有关，
故其影响气体的放电电压。在不均匀电场中放电是逐段向前发展的，空气湿度加大，水分子易俘获电子，减少了碰撞游离因子，
故其放电电压提高。
分子的分子结构不同，其游离能大小不同；分子的直径加大，
使电子的自由行程减小，其碰撞次数虽增加但累积的动能减小，
使碰撞游离概率减小得更多，故其放电电压提高。
均匀电场中，各点的电场强度相等，电场强度低于气体的绝缘强度时不存在电晕放电，能充分发挥间隙中全部气体的绝缘性能，故其放电电压最高。
不均匀电场，以其不对称、极不均匀电场的棒板电场和对称的极不均匀电场的棒棒电极电场为例。棒端电场强度最高，间隙中大部分的电场强度虽低于气体的绝缘强度，但最高电场强度若超过了气体的绝缘强度，
则发生电晕放电。棒极带正电荷时，空间正电荷会增加未游离区的场强，使游离易于发展，故其击穿电压最低。而棒带负电荷时，空间正电荷使未游离区的场强降低，阻碍游离发展，其击穿电压就高得多。故不对称电场具有极性效应。
由于点火电子的出现和碰撞游离的发展都需要时间，故电压作用时间是气体放电的三要素之一。放电时间是统计时延及放电形成时延之和。统计时延的长短与外界游离因素的作用等相关，具有统计性，故放电时间不是固定的，可以提前或滞后。放电时间一般是很短的，是微秒级，工频电压的幅值作用时间远大于间隙放电时间，
故工频放电取决于电压幅值。但冲击电压作用时间也是微秒级，特别是波头仅一个多微秒，电压变化很快，放电时间的长短就使放电电压值不同，故冲击电压作用时，
间隙有伏秒特性。均匀电场比不均匀电场放电所需要时间短，间隙的伏秒特性曲线较平，操作冲击电压作用时，
气体间隙的伏秒特性呈,U”型曲线，在临界波头时其放电电压最低。
周围接地体使间隙的电容增大，最大电场强度值增高，
故使间隙的击穿电压降低，即邻近效应。
提高气体间隙的主要措施是改进电极形状，使电场分布均匀。棒板电场中加极间屏障，利用屏障阻挡离子，当屏障在靠近棒极为整个间隙的 15~20%位置，屏上的离子分布较均匀，与板极形成较均匀电场，可使击穿电压提高 3 ~4倍。
间隙在密闭容器中，加大气压或抽真空，减少其碰撞游离概率或减少碰撞次数，而使间隙击穿电压提高。
利用高绝缘强度的气体可使间隙的击穿电压提高。
固体介质表面凸凹不平形成气体与固体介质的串联支路，工频电压按介电常数反比例分布，和固体表面附着水分、灰尘等使固体介质表面电场畸变。由于表面电容的影响使靠近短电极的固体介质表面电场强度增高，故使沿面放电（闪络）电压降低。
将固体介质表面作得光滑、干净、（浸涂绝缘漆、瓷釉）使沿面电场分布改善；加棱、裙等延长沿面放电路径，降低沿面场强；加内屏蔽减小表面电容的影响等均可使沿面放电电压提高。
由于绝缘子串对地电容的影响使其电压分布不均匀，靠导线绝缘子分担电压最高。利用均压环增大导线对绝缘子的电容，补偿对地电容的影响，使其电压分布改善。
电晕电能污染资料
1kV
0.4kV
0.22kV
36V
高压低压普通高压 1~250kV
超高压 250~1000kV
特高压 1000kV及以上电压等级划分的级差为 2~3倍。
二、为什么采用高电压？
电力系统输送的电能 P正比于电压的平方（ U2 ），反比于系统阻抗 Z,而系统阻抗 Z正比于线路长度 L,所以 P
正比于 U2,反比于 L。
Z
UP 2?
所以采用高电压是大功率远距离输电的要求，要实现大功率远距离输电唯一可行的措施就是采用高电压。作为二次能源，输送电能要较输送一次能源经济、快捷、安全、方便、清洁。
三、要采用高电压首先要解决的技术问题是什么？
例,1,用青壳纸和电缆纸作绝缘的 10.5kV,10MW的发电机,改用粉云母纸作绝缘,其他条件不变时,发电机容量就提高到 12.5MW,可见绝缘限制了设备的容量 。
2,绝缘限制了设备的寿命；
3,绝缘限制了电力系统的投资 。
1、因为绝缘限制了设备的温升、限制了温升也就限制了设备的容量、体积和重量；
高电压下的绝缘问题 。 因为在电力系统三大技术材料
（ 导电材料,导磁材料和绝缘材料 ） 中绝缘的影响力最大：
四、如何解决绝缘问题？
寻找和研制新型的绝缘材料，限制作用在绝缘上的过电压。
例：由于瓷吹避雷器使作用在被保护设备上的残压降低，
使原设计额定电压为 400 kV的输变电系统生压为 500 kV
的系统。
五、高电压技术课程讲授的两个问题：
绝缘问题和限制作用在绝缘上的过电压是本课程的两大内容 。
六,学科特点：
1,历史短,研究不充分,理论很不完整,工程上高电压问题不能用理论来分析,所以只能从试验入手 。
2,研究起来很困难,其所研究的问题与其他学科完全不同 。
其他学科研究的是电的导通,而高压研究的是绝缘,它所研究的 是空间的问题,场的问题,所受的影响因素
（ 温度,湿度,气压,极距 ） 很多 。
3,研究手段难以具备,场地难以满足,问题的重复性小,
一次击穿后很难找到完全相同的对象,是暂态问题 。
4,思考问题的领域宽 。
第一章 气体的放电基本物理过程和电气强度一,补充的基本概念
1,放电：在电场的作用下由于游离使流过电介质电流增大的现象 。
2,击穿：电介质在电场作用下丧失其绝缘性能,形成沟通两极的放电 。
3,击穿电压：使电介质失去其绝缘性能所需要的最低,临界,
外加电压 。
4,击穿场强：使电介质失去其绝缘性能所需要的最低,临界,
外加电场强度 。
5,绝缘强度：在均匀电场中,使电介质不失去其绝缘性能所需要的最高,临界,外加电场强度 。
6、绝缘水平：电气设备出厂时保证承受的试验电压。
§ 1.1汤逊理论和流注理论一,气体间隙中带电粒子的产生 （ 补充 ）
中性质点中的电子摆脱原子核的束缚成为自由电子的过程就是游离。
要游离需要吸收能量，
吸收的能量称为游离能。
结论：气体间隙中带电粒子来源于气体分子本身的游离和金属表面游离 。
1、气体分子本身的游离
2、气体分子本身的游离方式按照电子获得能量的方式划分游离：
1） 碰撞游离：由于碰撞引起的游离 。
其条件是撞击质点的能量不小于被撞质点的游离能,并且有足够的作用能 。
碰撞游离是气体放电中主要的带电粒子来源，电子是碰撞游离的主导因素。
红球：气体分子小绿球：电子粉色球：正离子红球带绿球：负离子
2） 光游离：由于高能射线的作用产生的游离 。 其条件是光子的能量不小于游离能 。 光游离是起始带电粒子的主要来源 。
具有分级游离的特点 。
3）热游离：在高温（温度达 104 k0） 作用下发生的游离。热游离不是一种单独的游离形式，是碰撞游离和光游离的综合。
2、负离子的形成能够俘获电子与之结合成一个呈现负电性的分子称为具有电负性。例如：水分子、
SF6等。
具有电负性的分子俘获电子后，使碰撞游离的主导因素降低，所以对放电具有抑制作用。
为什么阴雨天容易触电呢？
3、金属表面游离：
金属中的电子摆脱金属表面的位能势垒的束缚成为自由电子的过程 。 其条件是电子的能量不小于金属的逸出功 。 金属的逸出功要比气体的游离能低,所以金属表面游离是气体放电起始电子的主要来源：包括光电子发射,热电子发射,强电场发射和二次发射 。
日光灯中起始带电粒子来源于热电子发射 。
二、带电粒子的消失
1,进入电极并中和电量,所有物质的电子都是相同的,但不同物质的正离子是不同的,所以,电子可以进入电极中和电量,而正离子是靠其能量打,拉出电子与之复合 。
2,复合：正负带电粒子碰到一起重新形成中性质点的过程 。
影响复合的主要因素是带电粒子之间的相对运动速度和浓度 。 带电粒子在固体表面相对运动速度较慢,容易复合,
灭弧栅也利用了这一点 。
3,扩散：带电粒子从浓度高的区域向浓度低的区域运动 。
磁吹避雷器,空气断路器等都利用了这一点 。
三、伏安特性曲线伏安特性曲线：电介质在电场作用下,
流过电介质的电流与外加电压的关系曲线 。 外界游离因素
1,0— a段,启始带电粒子定向运动,
随着外加电压的加大,带电粒子的运动速度越来越快,故电流在加大 。
2,a— b段,单位时间内产生的带电粒子全部投入运动,运动速度达到趋引速度,没有新的带电粒子来源 。
3,b— c段,产生碰撞游离,放电 。
4,c点以后，自持放电。
四、汤逊理论
20世纪初,汤逊从均 匀电场,低气压 （ 低于
26.66kpa?cm） 短间隙气隙的气体放电实验出发,总结出较系统的气体放电理论 。 汤逊理论的实质是电子崩理论 。
外界游离因素汤逊理论外界游离因素非自持放电：需要电压和外界游离因素两个条件来维持的放电 。
自持放电：只需要外加电压就能维持的放电。
汤逊理论自持放电条件
1,汤逊第一放电系数 α,一个电子沿电场方向行经 1cm长度,平均发生的碰撞游离次数 。
11 ）（ se
2,汤逊第三放电系数 γ,一个正离子撞击阴极板时,使阴极板平均释放出来的有效电子数 。
3、一个启始带电粒子从阴极到阳极的过程中由于碰撞游离产生的正离子撞击阴极板时如果能打拉出两个电子，一个与正离子复合掉了，另一个成为自由电子，它会产生新的电子崩，维持放电的发展，就发生了自持放电。
五、巴申特性曲线
A点左侧,（ 1） p一定,s减小,外加电压一定,p一定,自由行程一定,
s减小,电场强度加大,所以游离能加大,游离率提高； p一定,s减小,
碰撞次数减少,其幅度比游离率增大的幅度大,所以总游离数降低,击穿电压提高 。
（ 2） s一定,p减小，同上。A点右侧,（ 1） p一定,s增大,外加电压一定,p一定,自由行程一定,s加大,电场强度减小,所以游离能减小,
游离率降低； p一定,s增大,碰撞次数增多,其幅度没有游离率下降的幅度大,
所以总游离数降低,击穿电压提高 。
（ 2） s一定,p增大，同上。
六、汤逊理论的适用范围汤逊理论适用于低气压、短间隙、均匀电场。间隙的划分,2cm以下的为短间隙,2— 100cm为一般间隙、
100cm及以上的为长间隙。
汤逊理论解释不了一般间隙、标准大气压下气隙的放电：
1、按汤逊理论计算的击穿电压比实际值高；
2、按汤逊理论计算的击穿所需时间比实际值长；
3、一般间隙的击穿电压与阴极材料无关；
4、放电形状不同因为汤逊理论没有考虑空间电荷对电场的畸变和光游离对放电的影响，流注理论对标准大气压、一般间隙的气体放电现象进行了解释。
汤逊理论
一个由外界游离因素从阴极释放出来的初始电子,在奔向阳极运动的过程中,不断地产生碰撞游离而发展成电子崩,此电子崩称为初始电子崩 。 初始电子崩不断发展,由于电子的移动速度大,故电子总是位于朝向阳极方向的电子崩的头部 。
而正离子速度慢,可近似地看成停留在原来产生的位置上,较缓慢地向阴极运动,相对于电子来说,可认为正离子是静止的 。
初始电子崩在其发展过程中逐渐增大,电子崩中出现大量的空间电荷,这些电荷在空间的分布将使电极间的电场发生畸变如图 2所示 。 从图中可以看出,空间电荷的存在,大大加强了电子崩头部和尾部的电场,
而削弱了其正负极区域之间的电场 。
电子崩头部前后的强电场有利于发生游离和激励,它们从激励状态回复到正常状态时,将发射出光子 。 电子崩中部的弱电场区,则有助于发生复合过程,同样也发出光子 。
当初始电子崩发展到阳极时,电子迅速进入阳极并中和电量了 。 留下来的正离子作为正空间电荷,使后面的电场受到畸变和加强,同时向周围发射出大量的光子 。 这些光子射到附近的气体中,导致光游离,在空间产生光电子,它们在正空间电荷所畸变和加强的电场作用下,又形成新的电子崩,称为子崩 。 子崩中的带电粒子受主崩的吸引,将注入到主崩中,而形成带电粒子数更多的区域,称为流注 。
流注从阳极向阴极发展,由于它的导电性能良好,其边缘又有子崩留下的正电荷,因此大大加强了流注前方的电场,促使更多的新电子崩相继产生并与之汇合,从而使流注不断向阴极发展 。 当流注发展到阴极后,整个间隙就被导电良好的正负带电离子的混合通道所贯通,从而导致整个间隙的击穿 。
§ 1.2不均匀电场中气体的放电一,电晕：极不均匀电场中特有的气体放电现象 。 电晕是划分普通高压与超高压的依据,是划分均匀 （ 稍不均匀 ） 电场和极不均匀电场的依据 。
1,电晕具有的效应：
1） 声,光,热效应；
2） 消耗能量；
3） 对无线电产生干扰；
4） 产生化学反应；
5） 产生,电风,。
2、能够引起电晕的电压称为起晕电压，起晕电压与电极的曲率半径有关，而与间隙距离关系不大，半径越小、起晕电压越低。
二,极性效应
1,极性效应：不对称极不均匀电场中曲率半径小的电极所带电荷极性对击穿电压的影响。
引出：同一个针对板的不对称极不均匀电场，极间距离为 4cm,当针极为正时，击穿电压是 35kV； 当针极为负时，击穿电压是 80kV； 而针对针的对称极不均匀电场，极间距离是 4cm 时，击穿电压为 45 kV。
为什么会有这么大的区别？
2,分析：（针极为正、板极为负）针极附近产生的电晕，带电粒子定向运动，正离子向板极运动，
由于速度慢，就在针极附近形成电荷积累区，使未游离区的电场强度增大，而导致击穿电压降低。
试验数据
1、均匀电场的击穿场强为 30kV/cm,极不均匀电场的平均击穿场强为 5 kV/cm。 随着间隙距离的增大，击穿电压随着增大，但击穿场强是随着降低的，因为击穿电压的增加速度没有距离增加的速度快。
2、在极不均匀电场的情况下，不管棒 -板间隙或是不同直径的球 -板间隙，击穿电压和距离的关系曲线都比较接近。就是说，在极不均匀电场中，击穿电压主要决定于间隙距离，而与电极形状的关系不大。因此在工程实践中常用棒 -板或棒 -
棒这两种类型间隙的击穿特性曲线作为选择绝缘距离的参考。
3、在工频电压作用下，棒 -板间隙的击穿总是发生在棒的极性为正、电压达幅值时，并且其击穿电压（幅值）和直流电压下的正棒 -负板的击穿电压相近。棒 -棒间隙的平均击穿场强为
3.8kV（ 有效值） /cm或 5.36kV（ 幅值） /cm,棒 -板间隙梢低一些，约为 3.35kV（ 有效值） /cm或 4.8kV（ 幅值） /cm。
§ 1.3气隙在各种电压下的击穿特性一,标准波形为了检验绝缘耐受雷电冲击电压的能力,在实验室中可以利用冲击电压发生器产生冲击高压,以模拟雷电放电引起的过电压 。 为了使得到结果可以相互比较,需规定标准波形 。
我国国家标准规定的雷电冲击电压标准波形为
T1=1.2us± 30%,T2=
50± 20%us,通用符号为
1.2us/50us,直击雷的雷电波形为 10/350us,感应雷和传导雷的雷电波形为 8/20us。 。
二、放电时延一个气体间隙,在持续电压的作用下击穿所需的最低电压称为静态击穿电压 。 但在幅值大于静态击穿电压的冲击电压作用下,当电压值超过静态击穿电压时,气隙是不会击穿的,气隙的击穿总是发生在静态击穿电压之后的某一时刻,即气隙在冲击电压作用下击穿是需要时间的 。 所需的全部时间为,t
= t1 + ts + tf
t1为升压时间,ts为统计时延,tf
为放电形成时延三,50%冲击放电电压
在持续电压作用下,当气体状态不变时,一定距离的间隙,其击穿电压具有确定的数值,当间隙上所加的电压达到其击穿电压时间隙就击穿了 。
在冲击电压作用下,单独用一个电压来描述间隙的击穿就不合理了 。 U50%的含义是在该电压作用下,气隙击穿和不击穿的概率各为 50%。
四、伏秒特性在同一波形,不同幅值的冲击电压作用下,间隙上出现的电压最大值和放电时间的关系曲线称为间隙的伏秒特性曲线 。 工程上常用它来表征间隙在冲击电压下的击穿特性 。
1,曲线的作出2、伏秒特性曲线的配合：
保护设备要保护被保护设备，其伏秒特性曲线必须完全位于被保护设备伏秒特性曲线的下面四、伏秒特性间隙的伏秒特性形状与极间电场分布有关。对于均匀或梢不均匀电场，由于击穿时的平均场强较高，放电发展较快，放电时延短，所以间隙的伏秒特性曲线比较平坦，而且分散性也较小，仅在放电时间极短时，略显上翘。也就是说，在均匀电场中靠提高电压来缩短击穿所需时间是很难的。因为均匀电场的伏秒特性很平，其
50%冲击击穿电压和静态击穿电压是相一致，所以在实践中常常利用电场比较均匀的球间隙作为测量静态电压和冲击电压的通用仪表。
对于极不均匀电场中的间隙，其平均击穿场强较低，
放电形成时延 tf 受电压的影响大,较长且分散性也大，
其伏秒特性曲线在放电时间还相当大时，便随时间 t
之减小而明显上翘，曲线比较陡。即使在电压作用时间较长（击穿发生在波尾）时，冲击击穿电压也高于静态击穿电压。
具有较陡伏秒特性曲线的保护设备不容易与具有平伏秒特性的被保护设备配合所以不能用保护间隙、管型避雷器来保护变压器
§ 1.5大气条件对气隙击穿电压的影响标准大气条件：温度 t0=200C,大气压力 P0=101.3kPa,湿度 f0=11g/m3。
大气条件对气隙击穿电压的影响的分析方法是：从大气条件的自由行程和碰撞次数的影响,来分析总游离数的变化,从而得出对击穿电压的影响 。
1、温度的影响：温度升高，气体密度下降，自由行程加大，外加电场强度不变时，游离率加大；气体密度下降使气体分子数减少，但其减小幅度小于游离率增大的幅度，所以总游离数加大，使击穿电压降低。
2、湿度的影响：湿度加大，水分子含量加大，由于水具有电负性，能俘获电子形成负离子，对放电具有抑制作用，所以湿度加大，气体的击穿电压升高。
湿度对气隙击穿电压的影响与电场的形式有关，均匀电场和稍不均匀电场中湿度的影响比较小，极不均匀电场中湿度的影响比较大，其原因是均匀电场中击穿场强较高，电子运动速度较大，水分子不易吸附电子，所以湿度的影响较小；在极不均匀电场中，平均击穿场较低，放电形成时延较长，所以湿度的影响就比较明显。
3、海拔高度的影响：随着海拔高度的增加，空气逐渐稀薄，大气压力及空气相对密度下降，因此空气的击穿电压也随着降低。考虑到这一影响，我国有关国家标准规定，对于拟用于海拔高度高于 1000米，但不超过 4000米处的电气设备的外绝缘，其试验电压应按规定的标准大气条件下的试验电压乘以系数 Ka,其中
4101.1
1
Hk a
§ 1.6提高气隙击穿电压的方法提高气隙击穿电压的途径：
1、均匀电场的击穿场强比极不均匀电场的平均击穿场强高，所以考虑如何改进电极形状；
2、依据巴申特性曲线进行分析。
措施一、改进电极形状
1、改进电极形状，增大电极曲率半径。采用屏蔽罩以增大电极的曲率半径是一种常用的方法，一些高压设备的高压出现端都加装屏蔽罩以降低出线端附近空间的最大场强，
提高电晕起始电压。此外、在超高压线路绝缘子串上安装保护金具、超高压线路上采用扩径导线等都是根据屏蔽原理改善电场分布提高电晕起始电压的具体应用。
2、去除电极表面及边缘的毛刺和棱角，消除电场局部增强的现象。
3、边缘效应
§ 1.6提高气隙击穿电压的方法措施二、利用空间电荷改善电场分布在极不均匀电场中，由于气隙击穿前先发生电晕放电，
因此在一定条件下，可以利用放电自身产生的空间电荷来改善电场分布。例如采用细线，如,线 -板,,,线 -
线,结构在一定的距离范围内有可能提高气隙的击穿电压。这是因为：当导线直径很小时，周围容易形成比较均匀的电晕层，电晕放电形成的空间电荷调整和改善了电场分布，从而提高了击穿电压。当气隙距离超过一定值，细线也将产生刷形放电，或导线直径较大因其表面不够光滑将产生局部电晕和刷形放电，破坏了比较均匀的电晕层，此后其击穿电压也将下降。
§ 1.6提高气隙击穿电压的方法措施三、极不均匀电场中采用屏障改善电场分布。
4、冲击电压作用下正极性棒对屏蔽的作用大约与持续电压作用下一样；
负极性棒时屏蔽基本上不起作用，这说明屏障对负极性傍时流注的分级发展过程影响不大。
1、在直流电压下，击穿电压随着屏障位置的不同有很大的变化。最有利的地方在
x/l=0.2处,针正板负间隙击穿电压可提高 2-3倍，但针负板正间隙击穿电压仅提高
0.2倍。
2、极间障能够提高气隙的击穿电压不是靠它自身分压，而是利用空间电荷对电场分布的改善实现的。
3、交流电压作用下，屏障作用同在直流电压下针正板负间隙
§ 1.6提高气隙击穿电压的方法措施四、削弱或抑制游离过程
1、采用高气压：空气在常压下的电气强度约为 30kV/cm,如果压缩空气，使气压大大超过
0.1MPa,它的电气强度就能显著提高。实用中许多场合应用高气压的气体作为高电气强度的介质（压缩空气断路器、标准电容器等设备的内绝缘）。 从图中可见,2.8MPa的空气具有极高的击穿电压，但此时对电气设备外壳的密封性能和机械强度要求很高，因此目前广泛应用 SF6,为得到同样的电气强度，
只需 0.7MPa的气压旧可,
§ 1.6提高气隙击穿电压的方法六氟化硫、氟里昂等一些喊有卤族元素气体属于强电负性气体，它们的电气强度比空气高得多，因此用于电气设备气压不必太高，这就可以使设备的制造和运行得以简化。
强电负性气体要在工程中获得实际应用，除电气强度要高以外，还必须具备液化温度不高、化学性能稳定、在该气体中发生放电时不宜分解、不燃烧、不产生有毒物质，并且生产不太困难、价格不能过高。
2、采用强电负性气体（高电气强度）
目前、得到工程应用的强电负性气体惟有六氟化硫及其混合气体。 SF6的电气强度约为空气的 2.5倍，其灭弧能力则为空气的 100倍以上。
SF6所以具有较高的电气强度是因为它具有电负性、游离能高、分子量大。
但应该注意到,SF6优异的绝缘性能只有在均匀电场中才能充分发挥，因此设计 SF6气体作为绝缘的各种电气设备时，
应尽量使气隙的电场均匀化。
3、高真空的采用。依据巴申特性曲线，采用高真空将会得出击穿电压极高甚至趋于无限大的结论。试验也表明极间距离较小时高真空的击穿电压很高，其值超过了压缩气体；但极间距离较大时击穿电压提高缓慢，明显低于压缩气体间隙的击穿电压。
间隙较短时应用真空击穿理论进行放电解释：此时高真空的击穿是与阴极表面的强场发射密切相关的。由于强场发射所引起的电流密度很大，导致电极局部过热使电极释放出金属气体，破坏高真空度从而引起击穿。
间隙较长时应用全电压效应解释：随着气隙距离的增大及击穿电压的提高，电子从阴极到阳极积聚了很大的动能，这些高能电子轰击阳极表面使之释放出正离子和光子，当它们到达阴极又加强了该极的表面游离，这样反复作用将产生越来越大的电子流，时电极局部气化，最终导致间隙击穿。
§ 1.7沿面放电一、问题提出电力系统中，电气设备的带电部分总要用固体绝缘材料来支撑或悬挂。绝大多数情况下，这些固体绝缘是处于空气中的。如输电线路的悬式绝缘子、隔离开关的支柱绝缘子等。当这些绝缘子的极间电压超过一定值时，常常在固体电介质和空气的交界面上出现放电现象，这种沿着固体电介质表面的气体发生的放电称为沿面放电。当沿面放电发展成贯通两极的放电时，称为闪络。研究表明：在相同的放电距离下，沿面闪络电压比纯气隙的击穿电压低得多，可见一个绝缘装置的实际耐压能力是取决于它的沿面闪络电压的。因此，在确定输电线路和变电所外绝缘的绝缘水平是，其沿面闪络电压起着决定性作用。应该注意的是，不仅要研究表面干燥、清洁时的沿面放电，而且要研究表面潮湿、污染时的沿面放电，因为它们的放电机理有很大的不同，
甚至可能在工作电压下发生闪络，对电力系统的安全运行构成威胁，
因而日益受到重视。由于污闪引起的事故每年都会有。
§ 1.7沿面放电二、均匀电场中的沿面放电在平行板的均匀电场中放一瓷柱，并使瓷柱的表面与电力线平行，瓷柱的存在并未影响极板间电场分布。但当两电极尖的电压逐渐增加时，
放电总是发生在沿瓷柱的表面，即在同样条件下沿瓷柱的闪络电压比纯气隙电压低得多。并且与电介质表面的材质有关。为什么？
二、均匀电场中的沿面放电
1、解释方法一：
虽然电瓷表面是光滑的，但毕竟不是理想的光滑，夸张地说是凸凹不平的，这样在电瓷表面就形成了固体与气体的串联。在交流或冲击电压的作用下，多层串联电介质中的电场分布与介质的介电常数成反比，空气的介电常数远小于固体介质的介电常数，所以气体分担的电压远比固体的要高，而气体的绝缘强度又比固体的低，所以很容易发生局部放电。
二、均匀电场中的沿面放电
2、解释方法二：
固体介质与电极表面没有完全密合接触而存在微小气隙，或介质表面有裂纹。由于空气的介电常数总比固体的低，这些微小气隙中的场强将比平均场强大得多，
从而引起局部放电。放电产生的带电质点从气隙中逸出，带电质点到达介质表面后，畸变原有的电场，从而降低了沿面闪络电压。
在实际绝缘结构中常将电极与介质接触面仔细研磨，
使两者紧密接触，以消除气隙，或在介质端面上喷涂金属，将气隙短路，使沿面闪络电压提高。
二、均匀电场中的沿面放电
3、解释方法三：
固体电介质表面吸收水分而形成水膜时，一方面水膜中的离子在电场作用下向两极移动，逐渐在两电极附近积聚电荷，并使电介质表面电场分布不均匀，电极附近电场场强增加，因而降低了闪落电压；另一方面水的电导比较大，水膜上分担的压降低，而与之串联的空气上分担的电压要高，也容易引起局部放电，而使闪络电压降低。介质表面的吸附水分的能力越大，闪络电压越低。
三、具有强垂直分量极不均匀电场中沿面放电
1、放电发展过程在电压比较低时，
在法兰附近首先产生了电晕，随着外加电压的提高，电晕转化成刷形放电；外加电压进一步提高，刷形放电转化成滑闪；当电压达到某临界值时，
滑闪沟通两极形成闪络。
三、具有强垂直分量极不均匀电场中沿面放电
2,极均匀电场中沿面放电的形成当套管上加上交流电压时,沿套管表面将有电流流过,由于 R,C的存在,沿套管表面的电流是不相等的,
越靠近法兰处电流越大,单位距离上的压降也越大,电场也越强 。 当外加电压不足以使整个间隙击穿时,
在法兰处产生了电晕,带电粒子被电力线的垂直分量压在电介质表面,
纵向分量推动带电粒子定向运动,
加大了带电粒子与电介质的摩擦而使温度升高,产生了热游离,使放电发展 。
三、具有强垂直分量极不均匀电场中沿面放电
3、特点：
1）固体介质的介电常数越大，固体介质的厚度越小，则电容越大，沿电介质表面的电压分布越不均匀，使沿面闪络电压越低；
2）固体介质的体积电阻越小，沿面闪络电压越低；
3）电压变化速度越快，频率高，分流作用也就越大，电压分布越不均匀，闪络电压越低；
4）表面电阻在一定范围内适当减小，可使沿面的最大电场强度降低，从而提高闪络电压。
四、如何提高沿面闪络电压
1、增大沿面距离电介质表面采用带有瓷裙的结构，瓷裙下面还带棱。在系统中为防止污闪，
对耐张绝缘子串来说，可通过增加串中片数达到目的；而对悬垂串来说，
在增加片数有困难时可换用每片爬距较大的耐污型绝缘子或改用 V形串固定导线，或推行用一种复合材料制成环状薄片，将其嵌入绝缘子铁帽下部的防污闪新技术，加装了薄片后既增大了泄漏距离，又改善了绝缘子表面电场分布，对于抑制帽沿根部电晕的产生、防务和提高闪络电压很有效。
四、如何提高沿面闪络电压
2、采用半导体釉和硅橡胶绝缘子防污闪半导体釉绝缘子表面一直有一个比普通绝缘子表面泄漏电流为大的表面电导电流流过，使绝缘子表面温度比环境温度略高，因而污层不易吸潮，积污也比较少。此外，釉层电导还能缓解干区电场集中现象，使干区不易出现局部电弧，沿整个绝缘子传的电压分布都比较均匀。但这种材料比较容易被腐蚀和老化，影响了其推广。
有机硅橡胶合成绝缘子的防污性能比普通绝缘子要好得多，它由承受外力负荷的芯棒和保护芯棒免受大气环境侵袭的裙套以及金属连接附件组成复合结构绝缘子，玻璃钢芯棒采用玻璃纤维束经树脂浸渍后通过引拔模加热固化而成，有极高的抗张强度。至目前为止，硅橡胶仍是最理想的伞套材料，它的电气强度、憎水性强、耐污性能好，在不同温度下性质稳定。
五、绝缘子串上的电位分布
1、不同电压等级使用绝缘子的片数一般 35kV线路用 3片，
110 kV线路用 7-9片，
220kV线路用 13-15片，
330 kV线路用 19-21片，
500kV线路用 25-28片。
以 330kV线路用 19片绝缘子为例：相电压为
209.5kV,如果每片绝缘子分担的电压相等,
则每片绝缘子分担的电压约为 11kV。 绝缘子的起晕电压为 20— 22kV,按理说 330kV
线路绝缘子上不应该发生电晕，但事实上，
330kV线路在正常设计和运行时就有电晕，
为什么？
五、绝缘子串上的电位分布其原因是绝缘子上的电位分布是不均匀的，第一片绝缘子上分担的电压为 11.5%相电压，即 24.1kV,已经超过起晕电压。为什么电压分布是不均匀的呢？
五、绝缘子串上的电位分布电容：任意两点之间有电位差、
又存在中间介质的话就可以等效出电容。
由于每片绝缘子的铁脚与铁塔之间存在着电位差、又有空气中间介质存在，所以绝缘子与铁塔之间存在杂散电容，通常绝缘子的等效电容为 50— 70pF,绝缘子与铁塔之间的等效电容为 4-5pF,虽然比较小，但由于它的存在，要流走一部分电流，使电位分布不均匀。
第一片上分担的电压最高，越远离导线分担的电压越低。
五、绝缘子串上的电位分布由于导线与绝缘子铁脚之间也存在电位差，同样存在着杂散电容，此电容一般为 0.5-1 pF.由于它的存在,导线中会有杂散电流通过它流入绝缘子。由于此电流比绝缘子对铁塔之间流走的电流小，所以影响力也小。
但随着它的积累，使得靠近铁塔的几片绝缘子上分担的电压有所上升。
五、绝缘子串上的电位分布
如何改善绝缘子串上的电压分布安装均压环。 330kV及以上的线路绝缘子串上要安装均压环，其原理是利用增大导线对绝缘子的电容，提高其回路流过的电流，
来补偿绝缘子对地杂散电容中流走的电流。
小 结
外界游离因素提供的空间电荷形成了气体间隙的电导。在较低外加电场的作用下，电子的碰撞游离，使气体间隙出现非自持放电。在足够外加电场的作用下，电子崩中的正离子运动到阴极，使阴极发出的有效电子能够取代外界游离因素使阴极发出起始电子时，则放电转为自持放电。
汤逊理论只计入了电子在空间的碰撞游离及正离子使阴极放出电子的 γ过程，故汤逊理论只能解释低气压短间隙中的气体放电。
在汤逊理论的基础上，又考虑了空间电荷对电场的畸变和光游离的影响提出的流注理论，解释了大气压下一般间隙的气体放电。
项目 汤逊理论 流注理论放电开始条件 外界游离因素作用，使阴极表面释放出起始电子同左间隙中导电质点的增长按指数规律增长，形成电子崩经过三次增长阶段：
电子崩、流注、主放电自持放电条件 电子崩中的正离子运动到阴极，使阴极发出有效电子数与外界游离因素作用使阴极表面放出的起始电子数相等主电子崩甭头发射出足够的光子，出现光游离，形成电子崩，
子崩注入主崩形成流注放电通道外形 面状，圆面直径随放电电流值的增长而增大带分枝的曲折细线形通道颜色 一般呈淡红色、光亮较弱 紫白色（电流很小时呈橘红色）光亮较强放电所需时间 较长 较短与阴极材料 有关 无关汤逊理论与流注理论的异同在 1米以上的长间隙中，流注放电的间歇式发展，要用热游离提供的更多带电粒子形成等离子区的先导放电去解释。
短、一般、长间隙中的 气体放电的过程：
短间隙：电子崩一般间隙：电子崩 —— 流注 —— 主放电长间隙：电子崩 —— 流注 —— 先导 —— 主放电气体间隙的放电，取决于碰撞游离数的多少，碰撞游离数等于碰撞次数与游离率的乘积。碰撞次数取决于电子自由行程的大小，因气压和温度即气体的密度和气体分子直径与碰撞次数有关，
故其影响气体的放电电压。在不均匀电场中放电是逐段向前发展的，空气湿度加大，水分子易俘获电子，减少了碰撞游离因子，
故其放电电压提高。
分子的分子结构不同，其游离能大小不同；分子的直径加大，
使电子的自由行程减小，其碰撞次数虽增加但累积的动能减小，
使碰撞游离概率减小得更多，故其放电电压提高。
均匀电场中，各点的电场强度相等，电场强度低于气体的绝缘强度时不存在电晕放电，能充分发挥间隙中全部气体的绝缘性能，故其放电电压最高。
不均匀电场，以其不对称、极不均匀电场的棒板电场和对称的极不均匀电场的棒棒电极电场为例。棒端电场强度最高，间隙中大部分的电场强度虽低于气体的绝缘强度，但最高电场强度若超过了气体的绝缘强度，
则发生电晕放电。棒极带正电荷时，空间正电荷会增加未游离区的场强，使游离易于发展，故其击穿电压最低。而棒带负电荷时，空间正电荷使未游离区的场强降低，阻碍游离发展，其击穿电压就高得多。故不对称电场具有极性效应。
由于点火电子的出现和碰撞游离的发展都需要时间，故电压作用时间是气体放电的三要素之一。放电时间是统计时延及放电形成时延之和。统计时延的长短与外界游离因素的作用等相关，具有统计性，故放电时间不是固定的，可以提前或滞后。放电时间一般是很短的，是微秒级，工频电压的幅值作用时间远大于间隙放电时间，
故工频放电取决于电压幅值。但冲击电压作用时间也是微秒级，特别是波头仅一个多微秒，电压变化很快，放电时间的长短就使放电电压值不同，故冲击电压作用时，
间隙有伏秒特性。均匀电场比不均匀电场放电所需要时间短，间隙的伏秒特性曲线较平，操作冲击电压作用时，
气体间隙的伏秒特性呈,U”型曲线，在临界波头时其放电电压最低。
周围接地体使间隙的电容增大，最大电场强度值增高，
故使间隙的击穿电压降低，即邻近效应。
提高气体间隙的主要措施是改进电极形状，使电场分布均匀。棒板电场中加极间屏障，利用屏障阻挡离子，当屏障在靠近棒极为整个间隙的 15~20%位置，屏上的离子分布较均匀，与板极形成较均匀电场，可使击穿电压提高 3 ~4倍。
间隙在密闭容器中，加大气压或抽真空，减少其碰撞游离概率或减少碰撞次数，而使间隙击穿电压提高。
利用高绝缘强度的气体可使间隙的击穿电压提高。
固体介质表面凸凹不平形成气体与固体介质的串联支路，工频电压按介电常数反比例分布，和固体表面附着水分、灰尘等使固体介质表面电场畸变。由于表面电容的影响使靠近短电极的固体介质表面电场强度增高，故使沿面放电（闪络）电压降低。
将固体介质表面作得光滑、干净、（浸涂绝缘漆、瓷釉）使沿面电场分布改善；加棱、裙等延长沿面放电路径，降低沿面场强；加内屏蔽减小表面电容的影响等均可使沿面放电电压提高。
由于绝缘子串对地电容的影响使其电压分布不均匀，靠导线绝缘子分担电压最高。利用均压环增大导线对绝缘子的电容，补偿对地电容的影响，使其电压分布改善。
