高電壓技術(shù)第一章教案(1)

1、 課題2014年3月15日第1節(jié) 緒論簡介什么是高電壓技術(shù) 第一章氣體電解質(zhì)的電氣強(qiáng)度1.1氣體中帶點(diǎn)質(zhì)的產(chǎn)生與消失 教案目的： 1.讓學(xué)生知道開設(shè)高電壓技術(shù)這門課程的目的，以及本門課程的主要內(nèi)容及學(xué)習(xí)方 法； 2氣體中帶電粒子的產(chǎn)生及其遷移率和擴(kuò)散，正離子和負(fù)離子的產(chǎn)生和消失。 重點(diǎn)及難點(diǎn)： 重點(diǎn)：1高電壓技術(shù)這門課程與實(shí)際生活的聯(lián)系； 2主要從哪幾個(gè)方面對本門課程進(jìn)行研究； 3.電介質(zhì)概念的引入及其分類； 4氣體中帶點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生與消失。 難點(diǎn)：氣體中帶點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生與消失的方式。 教案內(nèi)容及步驟（時(shí)間分配）： 組織教案：師生問候、填寫日志、點(diǎn)名。（5分鐘） 緒論 一、導(dǎo)入新課：從生活實(shí)際入手，

2、以南方電網(wǎng)近幾年出現(xiàn)的事故為例，借助線 路輸送容量、電壓損耗和功率損耗公式說明高電壓輸電的優(yōu)勢，從而給出高壓 電技術(shù)的概念。（5） 二、講授新課（15） 1. 分析輸送容量、電壓損耗和功率損耗公式，進(jìn)而引出高電壓輸電的優(yōu)勢 輸送容量公式：，, Z線路波阻抗。 架空線路波阻抗：數(shù)百歐姆； 電纜線路波阻抗：幾十歐姆。 電壓損耗公式：j十八 功率損耗公式：乂牛嚴(yán)一牛嚴(yán) 2. 高電壓技術(shù)概念 高電壓技術(shù)主要研究高電壓、強(qiáng)電場下各種電氣物理問題。研究高電壓技 術(shù)，目的是為了解決電力系統(tǒng)中過電壓與絕緣這一對矛盾性的問題。 3. 高電壓技術(shù)等級的發(fā)展與提高 誼n ,- I icon kl *J蜃 |IU m

3、o rp * 1 * * it / 0 r 砂 盟J 5 4UU 9hi- 二. *9 - i 15_- 1 - * *. lltld twi1僭誰1恫1 m 美國最早于1882年珍珠街發(fā) 電廠開始發(fā)電，僅用于照明。 從十九世紀(jì)末到二十世紀(jì)五 十年代，電壓直線上升。 從二十世紀(jì)六十年代以后， 電壓上升幅度加大。 采用750KV電壓等級的有美、 蘇、日、德、英、法、加、意、 中等國家。 二十世紀(jì)七十年代就有 1500-2000KV 線路和變電所的初步設(shè)計(jì)，APE（美國電力公司）和 ASEA（瑞典通用電力公司）聯(lián)合 對2000KV進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，技術(shù)上沒有問題。 電力系統(tǒng)的大容量和遠(yuǎn)距離傳輸、促使電壓

4、等級不斷提高。100年來世界 上的輸電電壓提高了 100倍，在高電壓輸電行業(yè)中，習(xí)慣上稱： 低壓：35KV以下 高壓：35KV-100KV 超高壓：100KV-1000KV 特高壓：1000KV以上 普通高壓和超高壓劃分的依據(jù)是電暈，超高壓和特高壓劃分的依據(jù)是電能 污染。 我國特高壓的發(fā)展：我國自主研發(fā)、設(shè)計(jì)和建設(shè)的具有 自主知識產(chǎn)權(quán)的 1000千伏交流輸變電工程一一山西 晉東南一河南南陽一湖北荊門特高壓交 流實(shí)驗(yàn)示范工程，全長640公里，縱跨晉豫鄂三省，其中還包含 黃河和漢 江兩個(gè)大跨越段。線路起自 山西1000kV晉東南變電站，經(jīng) 河南1000kV南 陽開關(guān)站，止于 湖北1000kV荊門變

5、電站。2008年12月30日22時(shí)，該工 程投入試運(yùn)行，2009年1月6日22時(shí)，順利通過168小時(shí)試運(yùn)行。 目前世界上其他國家沒有1000K V的輸電工程在運(yùn)行，我國的特高壓輸電是 4. 高電壓技術(shù)的研究對象 電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中經(jīng)常會導(dǎo)致比工作電壓高得多的電壓產(chǎn)生，如：自然界 的雷擊、電力系統(tǒng)本身操作所產(chǎn)生的操作過電壓等。為了保護(hù)電力系統(tǒng)中的 電力設(shè)備，必須研究： 電介質(zhì)的電氣物理特性，特別是擊穿過程及其基本規(guī)律； 過電壓產(chǎn)生的原因、種類及限制措施； 絕緣測試技術(shù)及方法。 5. 高電壓技術(shù)課程的特點(diǎn)和要求 高電壓技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，有些內(nèi)容是用微觀的概念解釋宏觀現(xiàn) 象，所以比較抽象。

6、某些理論仍處于發(fā)展中，一些規(guī)律性的東西常需要用實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)或經(jīng)驗(yàn)公式來表示，學(xué)習(xí)中要注意這些特點(diǎn)。 通過學(xué)習(xí)本課程，使學(xué)生獲得各種電介質(zhì)的絕緣特性和提高電強(qiáng)度方法的 知識；了解高電壓實(shí)驗(yàn)設(shè)備原理，掌握電氣設(shè)備絕緣的測試原理和分析方法， 并獲得初步的實(shí)驗(yàn)技能；掌握電力系統(tǒng)過電壓的產(chǎn)生機(jī)理、發(fā)展過程以及對過 電壓的防護(hù)措施；理解電力系統(tǒng)中絕緣配合的原則。 6. 教材及參考資料 本課程使用教材： 趙玉林主編 . 高電壓技術(shù) . 中國電力出版社 參考教材： 常美美主編 .高電壓技術(shù) . 中國電力出版社 趙智大主編 .高電壓技術(shù) . 中國電力出版社 周澤存等編 . 高電壓技術(shù) . 中國電力出版社 丘毓昌等

7、編。高電壓工程 . 西安交通大學(xué)出版社 梁曦東等編 .高電壓技術(shù) . 清華大學(xué)出版社 第一章 氣體電解質(zhì)的電氣強(qiáng)度（ 20 分鐘） 一、電介質(zhì)在電氣設(shè)備中作為絕緣材料使用，按其物質(zhì)形態(tài)可分為三類： 固體介質(zhì)、液體介質(zhì)、氣體介質(zhì) 二、電氣設(shè)備中的內(nèi)、外絕緣 1. 外絕緣：一般由氣體介質(zhì)（空氣）和固體介質(zhì)（絕緣子）聯(lián)合構(gòu)成。 2. 內(nèi)絕緣：一般由固體介質(zhì)和液體介質(zhì)聯(lián)合構(gòu)成。 三、研究氣體放電的目的 1. 了解氣體在高電壓（強(qiáng)電場）作用下逐步由電介質(zhì)演變成導(dǎo)體的物理過 程。 2. 掌握氣體介質(zhì)的電氣強(qiáng)度及其提高方法。 四、電氣設(shè)備中常用的氣體介質(zhì) 空氣、壓縮的高電氣強(qiáng)度氣體 （SF6） 五、基本概念

8、 1. 氣體擊穿：空氣在正常情況下電導(dǎo)率很小，為良絕緣體。但是氣體間隙上的 電壓過高時(shí)，氣體會由絕緣狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱紝?dǎo)體，這種現(xiàn)象稱為氣體擊穿。 2. 擊穿電壓：氣體間隙擊穿時(shí)的最低臨界電壓。 3. 擊穿場強(qiáng)：使電介質(zhì)失去其絕緣性能所需要的最低、臨界、外加電場強(qiáng)度。 均勻電場中擊穿電壓與間隙距離之比。 4. 平均擊穿場強(qiáng)：不均勻電場中擊穿電壓與間隙距離之比。 擊穿場強(qiáng)是表征氣體間隙絕緣性能的重要參數(shù)。 5. 絕緣強(qiáng)度：在均勻電場中，使電介質(zhì)不失去其絕緣性能所需要的最高、臨 界、外加電場強(qiáng)度。 6. 絕緣水平：電氣設(shè)備出廠時(shí)保證承受的實(shí)驗(yàn)電壓。 第一節(jié) 氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生和消失 原子： 氣體導(dǎo)電的

9、條件： 氣體中出現(xiàn)帶電質(zhì)點(diǎn)（電子、負(fù)離子或正離子）以后才可能 導(dǎo)電，這些質(zhì)點(diǎn)在電場力作用下可以發(fā)展成各種形式的放電現(xiàn)象。 一、帶點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生 1. 氣體質(zhì)點(diǎn)本身發(fā)生游離； 2. 位于氣體中的金屬發(fā)生表面游離。 游離：在電場的作用下中性質(zhì)點(diǎn)中電子擺脫原子核的束縛成為自由電子的 過程。 金屬表面游離：金屬中的電子擺脫金屬表面的位勢能壘的束縛稱為自由電 子的過程。其條件是電子的能量不小于金屬的逸出功。 （一）碰撞游離： 1. 定義：一個(gè)質(zhì)點(diǎn)（可以是帶電質(zhì)點(diǎn)，也可以是中性質(zhì)點(diǎn)）撞擊另一個(gè)中性質(zhì) 點(diǎn)且使其分解為兩個(gè)帶點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)的現(xiàn)象稱為碰撞游離。 2. 條件：撞擊質(zhì)點(diǎn)的總能量一定要大于被撞質(zhì)點(diǎn)在正常狀態(tài)下的

10、游離能。 3. 撞擊質(zhì)點(diǎn)的能量種類： （1）動能 （2）位能 （二）光游離 1. 定義：短波射線的光子具有很大的能量，它以光速運(yùn)動，當(dāng)它照射到中性原 子（或分子）上時(shí)所產(chǎn)生的游離稱為光游離。 2. 條件：光子的能量不小于游離能。 3. 光子能量公式： W=hv h 普朗克常量，等于 v 光的頻率， Hz。 （三）熱游離 1. 定義：高溫時(shí)，高速運(yùn)動的氣體分子相互碰撞而產(chǎn)生的游離。 2. 條件：5000- 10000K的高溫下。 3. 熱游離的三種形式： （1）高溫時(shí)，高速運(yùn)動的氣體分子相互碰撞而產(chǎn)生的游離。 （2）氣體分子與容器壁相碰撞失去動能而放出光子，溫度升高，光子的頻率及 能量增加，因而

11、在高溫時(shí)，光子與氣體分子相遇時(shí)可能產(chǎn)生游離。 （3）上訴兩種游離產(chǎn)生的電子與中性質(zhì)點(diǎn)碰撞而產(chǎn)生的游離。 （四）表面游離 1. 定義：金屬表面的電子接受外界能量后，逸出表面成為自由電子的現(xiàn)象成為 表面游離。 2. 表面游離的四種形式： （ 1 ）熱電子發(fā)射。將金屬表面加熱，電子熱運(yùn)動速度增加，其能量超過逸出 功，電子逸出金屬表面。 （2）二次發(fā)射。具有足夠能量的質(zhì)點(diǎn)（例如正離子）撞擊陰極表面，使其釋放 出電子。 （ 3）光電子發(fā)射。用短波光照射金屬表面，當(dāng)光子能量大于逸出功時(shí)，金屬表 面釋放出電子。 （4）強(qiáng)電場發(fā)射。當(dāng)電極附近的電場特別強(qiáng)時(shí)，金屬表面的電子被強(qiáng)行拉出。 二、帶電質(zhì)點(diǎn)的消失 負(fù)電性氣體 ：某些氣體、如氧、氟、氯、六氟化硫等，他們的游離能特別 大。當(dāng)電子與之相撞時(shí)，通常不能產(chǎn)生碰撞游離，反而撞擊電子被吸附而 形成負(fù)離子。這樣的氣體通常稱為負(fù)電性氣體。 附： 當(dāng)電子與氣體分子碰撞時(shí)?？赡芤鹋鲎搽婋x而產(chǎn)生出正離子和新電子， 也可能會發(fā)生電子與中性分子相結(jié)合形成負(fù)離子的情況。 負(fù)離子的形成并未使氣體中帶電粒子的數(shù)目改變，但卻能使自由電子數(shù)減 少，因而對氣體放電的發(fā)展起抑制作用，使氣體迅速恢復(fù)中性的絕緣狀態(tài)。 帶電粒子的消失可能有以下幾種情況： 與兩電極的電量中和帶電