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时间：2026-02-12 14:37:04
是高电压中内容最多的一个章节。本篇笔记只会讲到具体的知识点，一些重难点为什么是这样我会在后续的笔记中整理。可以说，这一章节是高电压中最难啃的一个章节。我很乐意和各位知友分享我的经验，只希望本篇笔记能够被更多考国网的同学看到吧！
(1) 空气电介质的两大优点：不存在绝缘老化的问题、击穿后具有完全的绝缘自恢复特性。
气体放电：在电场的作用下由于游离使流过电介质电流增大的现象，即气体中由少量带电质点变为大量带电质点的过程；
(辉光放电多发生于均匀电场(日光灯)，且气压较低，其余的多发生在高气压下（一个大气压下），火花发电和电弧放电时的电场极不均匀，光辉放电和电弧放电都贯穿了两级，电晕和刷状都属于局部放电)。
。(如试电笔、霓虹灯、日光灯)在正常辉光放电时，两极间的电压不随电流变化，即具有稳压的特性(导通电流太小，还是认为其为绝缘状态)；
(如设备短路电弧、电焊、闪电)(弧光发电是在火花发电后场强仍然上升所引起的，是发电现象中最严重的)；
热游离是沿面滑闪放电的重要特征和条件(以热游离为特征和条件的放电现象有：滑闪发电、污闪发电、先导发电)。
质点碰撞引起的电离过程，主要是电子和气体分子碰撞而引起的。电场作用下，电子被加速而获得动能，当电子的动能大于其电离能时将引起碰撞电离。
、碰撞电离的形成与电场强度和平均自由行程的大小有关、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、
光电离：光辐射引起的气体原子或分子的电离过程，需满足光子的能量大于其电离能；
包括：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(只要有热过程，就是热电离)。
阳极自由电子不会向气体中释放。逸出功与金属的微观结构和表面状态有关，与金属温度无关。金属表面逸出功比气体电离能小很多
，通常正离子动能不大，可忽略，只有在它的动能等于或大于阴极材料逸出功两倍时，才能引起阴极表面电离；
，高能辐射先照射阴极时，会引起光电子发射，其件是光子的能量应大于金属的逸出功；
，金属中的电子在高温下也能获得足够的动能而从属表面逸出，称为热电子发射；
，当阴极表面附近空间存在很强的电场时(106V/cm数量级)，也能使阴极发射电子。
(1) 带电质点中和能量：带电粒子在电场的驱动下作定向运动，(带电质点中和电量)在到达电极时，消失于电极上而形成外电路中的电流；
(2) 带电质点的扩散：带电粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小的区域电子的质量远小于离子，电子的扩散过程比离子的要强，电子扩散比离子扩散高3个数量级；
(3) 带电质点的复合：气体中带异号电荷的粒子相遇时，可能发生电荷的传递与中和，这种现象称为复合。正、负离子间的复合概率(间接复合)比离子和电子间的复合(直接复合)概率大得多。游离主要发生在强电场、高能量区，复合发生在低电场。低能量区复合过程要阻碍放电的发展，但在一定条件下又可因复合时的光辐射加剧放电的发展；
自持放电的条件：必须在气隙内初始电子崩消失之前产生新的电子(二次电子)来取代外电离因素产生的初始电子。
光电离→初始电子→电子个数2、4、8、、、2n→电子崩→产生的正离子撞击阴极发生表面电离一新的电子(如果去掉外电离因素)→仍有后继电子→放电形成自持；
汤逊理论的实质是：电子碰撞电离是气体放电的主要原因，次电子来源于正离子撞击阴极表面使阴极表面逸出电子，逸出电子是维持气体放电的必要条件，逸出电子能否接替起始电子的作用是自持放电的判据；汤逊理论适用于低气压、短间隙、均匀电场；汤逊理论解释不了一般间隙、标准大气压下气隙的放电；汤逊理论认为气体放电与阴极材料有关。巴申定律：
降低气压到真空都能提高气隙的击穿电压。工程上已得到广泛应用(如：压缩空气开关、真空开关等)。气体放电的
当电子崩走完整个间隙后，光子的能量才足以引发二次电子崩，流注的发展由正极到负极
(起始电子与阴极板有关，一旦开始形成流注，则与阴极板无关。外形像柱子，从正极板向负极板推进的流注叫正流注，
)：电压较高时，主电子崩头部的电离很强烈，光子射到主崩前方，在前方产生新的电子崩，主崩头部的电子和二次崩尾的正离子形成混合通道，
二次崩的发展具有不同的方位，所以流注的推进不可能均匀，而且具有分支；电离强度很大：传播速度很快(超过初崩发展速度10倍以上)；阴极材料：大气条件下的气体放电不依赖阴极表面电离，而是靠空间光电离产生电子维持，因此与阴极材料无关。畸变电场具有改善空间电压分布的能力。汤逊理论与流注理论的比较：
电子碰撞电离是气体放电时电流倍增的主要过程，而阴极表面的电子发射是维持放电的必要条件；
以汤逊理论的碰撞电离为基础，强调空间电荷对电场的畸变作用，重于用气体空间光电离来解释气体放电通道的发展过程、放电从起始到击穿并非碰撞电离连续量变的过程，当初始电子崩中离子数达108以上时，引起空间光电离质变，电子崩汇合成流注、流注一旦形成，放电转入自持；
(高场强电极)附近会有薄薄的蓝紫色发光层称为电晕，外加电压增大，电晕区也随之扩大，放电电流也增大(由微安级到毫安级)，但
电晕放电的电流强度并不取决于电源电路中的阻抗，而取决于外施电压的大小、电极形状、极间距离，气体的性质和密度等。
在尖端或电极的某些突出处形成“电风”，会使电晕极振动或转口动(导线持续的大幅度低频舞动)；
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；
使等值曲率增大、改进电极的形状，增大电极的曲率半径(载流量不大的场合可采用空心的、薄壳的)，使表面光滑。
电场不均匀系数：定义为最大电场强度与平均电场强度的比值：等于1为均匀电场
注意：稍不均匀电场只需要掌握两种，即同轴圆筒间隙(GIS属于此类电场)和球间隙。
在两个电极几何形状不同的场合，极性取决于曲率半径较小的那个电极的电位符号，几何形状相同则取决于不接地的那个电极上的电位符号。
(2) 极性效应的应用：在进行外绝缘的冲击高压试验时往往加正极性冲击电压、输电线路和电气设备外绝缘的空气间隙大都属于极不均匀电场的情况，故在工频高电压的作用下，击穿发生在外加电压为正极性的那半周内。
(3) 持续电压作用下的气隙击穿电压：“棒-板”气隙的击穿总是发生在棒极为正极性的那半周的峰值附近。“棒-棒”气隙的工频击穿电压要比“棒-板”气隙高一些。在气隙长度不超过1m时，“棒-棒”与“棒-板”气隙的工频击穿电压几乎一样，但气隙长度进一步增大后，二者的差别就变得越来越大了。在空气间隙更长时，“棒-板”气隙的平均击穿场强明显降低，即存在“饱和”现象。
极不均匀电场气隙击穿电压与外施电压种类有关；同一气体间隙，在不同性质的电压作用下，击穿电压值不同，分散性较大；电极的尽寸对放电影响小；极性效应是不对称的极不均匀电场所具有的特性之一；极不均匀电场气隙的击穿具有“饱和”特性。
弱垂直分量沿面放电(击穿电压的比较：均匀电场弱垂直分量沿面放电强垂直分量沿面放电)。极不均匀电场中弱垂直分量沿面放电（绝缘子类）：
增大极间距离，增加绝缘子片数、增加伞棱没面的长度等、装设均压环/改进电极形状，补偿部分对地电容电流，改善电压分布；
当气隙距离不很大(S0.5m)时沿面闪络电压大体上与沿面闪络距离成正比，固体介质厚度对闪络电压实际上没有影响。
(1) 强垂直分量时干闪闪络的放电过程：垂直分量En，比平行于表面的切线分量Et大得多，此种放电
热电离作为特征的(电晕→刷状→滑闪→闪络)。(3) 滑闪放电的条件：电场必须具有足够的垂直分量、电场为极不均匀、电压必须是交变的，直流电压下套管没有明显的滑闪放电现象，闪络电压比交流高很多(防直流下套管闪络放电：增加沿面距离(唯一))。
加兰处套管的外径和壁厚，也可采用介电常数较小的介质如用瓷和油组合绝缘代替纯瓷介质等办法；减小绝缘表面电阻，如在套管靠近法兰处涂半导体釉或半导体漆，使此处压降逐渐减小，防止滑闪电压过早出现，从而提高沿面闪络电压。固体表面有水膜时的沿面放电：
在工作电压下发生污闪，污闪造成的后果很严重，由于一个区域内绝缘子积污受潮情况差不多，所以容易发生大面积污闪事故。就经济损失而言，
(约为雷害的10倍，在工作电压下存在，自动重合闸失效，且会大大增加停电面积，就经济损失而言，
(过程中可以有发展没有出现，但是不能没有发展只有出现，越干越爬，越爬越干，爬电速度比滑闪慢)；
当气体的相对湿度大于80%时，影响显著。污闪电压将随表面电导率的增大而减小
。大雨时，绝缘子表面积聚的污秽，特别是水容性导电物质，很容易被水冲掉，因此不容易发生污闪；
(mg/cm2)(此外，还可以采用污层表面电导、泄露电流脉冲表征污秽程度)；
、机械性能、绝缘性能、耐电弧性能都好(新型合成绝缘子没有抗老化性能，老化的主要因素是表面放电)。
提高闪络电压的方法：屏障、屏蔽、强制电位、半导体涂料、复合绝缘子(复合绝缘子损坏的原因不包括受潮)、加强绝缘等。
在气隙中存在能引起电子崩并导致流柱和主放电的有效电子、需要有一定的时间，让放电得以逐步发展并完成击穿。(3) 击穿时间：
t0-升压时间，电压从0升到静态击穿电压U0所需时间、ts-统计时延，指从t0到气隙中出现第一个有效电子、tf-放电形成时延，从出现有效电子到最终击穿；
短气隙(2cm以下)tfts，放电时延主要取决于统计时延ts；
减小统计时延ts的措施：可提高外施电场使气隙中出现有效电子的概率增加、可采用人工光源照射，使阴极释放出更多的电子；
影响放电形成时延tf的因素：间隙长度间隙愈长，tf愈大、电场均度，电场愈均匀，tf愈小、外施电压，外施电压愈大，tf愈小。
(2) 50%冲击击穿电压：指某气隙被击穿的概率系数为50%的冲击电压峰值
50%的概率能使间隙击穿的电压值作为该间隔隙的冲击电压击穿值。(3) 冲击系数β：50%冲击击穿电压与静态击穿电压U0之比称为冲击系数β。均匀和稍不均匀电场下冲击击穿电压的分散性很小，冲击系数β约等于1、极不均匀电场中收于放电时延较长，冲击系数β均大于1。
“棒-板”气隙的冲击击穿电压具有明显的极性效应，棒为正极性时的击穿电压要比棒为负极性时的数值低得多。
(1) 均匀场和稍不均匀场中操作冲击放电电压的特点：操作冲击电压的作用时间介于工频电压与雷电冲击电压之间；操作冲击50%冲击放电电压U50%；直流放电电压、工频放电电压等峰值几乎相同，
(2) 极不均匀场中“棒-板”气正极性50%操作冲击击穿电压与波前时间的关系：当气隙距离为某一定值时，50%操作冲击击穿电压具有极小值
(4) 极不均匀场中操作冲击放电电压的特点：各种不同的电场结构中，正极性操作冲击50%击穿电压比负极性低，一般均讨论正极性的情况；操作冲击击穿电压不仅远低于雷电冲击击穿电压，在某些波前时间内，甚至比工频击穿电压还低；
；在同极性的需电冲击标准波作用下，棒-板间隙的击穿电压比棒-棒间隙低，而在操作过电压下，前者比后者低得多，
极性效应比雷电冲击显著；极不均匀电场长气隙的操作冲击击穿电压具有显著的“饱和”特征，平均击穿场强随气隙长度加大而降低；分散性大，操作冲击电压下的气隙击穿电压和放电时间的分散性都要比雷电冲击电压下大得多，提高气隙击穿电压的办法
改善电极形状：增大电极的曲率半径、消除电极表面的毛刺、尖角等，利用屏蔽来增大电极的曲率半径是一种常用的方法；
采用超真空：真空间隙的击穿电压与阴极材料、表面光洁度等多种因素有关，因而分散性很大；
采用高气压：提高气压会大大减小电子的自由行程长度，削弱和抑制了电离过程，使气体的电气强度得到提高；
SF6的基本特性：SF6具有优异的绝缘性能以及良好的比学稳定、绝缘强度高，SF6的电气强度在均匀电场中约为空气的2.5倍；强电负性，灭弧能力高于空气100倍以上；电场的不均匀程度对SF6电气强度的影响远比对空气的大，
决定、在超高压和特高压范畴内，它已完全取代绝缘油和压缩空气成为唯一的断路器灭弧介质了；在封闭式气体绝缘组合电器(GIS)、变压器、互感器、避雷器和充气管道输电线也被广泛的采用。
液化问题：SF6相同条件下，密度是空气的5倍，属于重气体、SF6气体的液化温度较低，基本可以满足工程应用条件，但压力越高，液化温度越高；
毒性分解物：SF6常态下，纯净的为无色、无味、无毒、不燃烧、不助燃且不与水、酸、碱、卤素及绝缘材料作用的人造惰性气体，SF6的分解物有毒；
，与H2O反应形成氢氟酸，引起材料的腐蚀导致机械故障，应严格控制SF6的含水量(150ppm)。
，在GIS设备中，采用SF6混合体代替纯SF6气体，可在兼顾气体绝缘性能和灭弧能力的同时降低气体液化的风险。
我国的国家标准所规定的标准大气条件为：压力P=101.3kpa (760mmHG)、温度t=20C或T=293K、绝对湿度h0=11g/m3；
对空气密度的校验：空气的密度与压力和温度有关。空气的密度校正因数：Kd=δm，式中指数m与电极形状、气隙长度、电压类型及极性有关。国家标准规定，
大气的湿度越大，气隙的击穿电压也会增高(水蒸气呈电负性，易捕获自由电子形成负离子，进而减少气隙中自由电子的数量)；在均匀和稍不均匀电场中，湿度影响不太明显，在极不均匀电场中，湿度影响明显；
海拔高度每升高1000m，空气绝缘约下10%、对于海拔高于1000m，海拔每升高100m绝缘强度大约降低1%。
