高電壓技術(shù)前言及第一章講

高電壓技術(shù)張一塵主編高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!前言1.為什么巨大的電能需要通過高電壓輸送2.高電壓技術(shù)學(xué)習(xí)內(nèi)容和要求高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!高電壓技術(shù)作為工程技術(shù)中的一門學(xué)科是因為大功率、遠(yuǎn)距離輸電的發(fā)展而產(chǎn)生的高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!20世紀(jì)電力發(fā)展特點:大機組大電網(wǎng)高電壓

美國中國俄國單機(千瓦)120萬90萬90萬電壓(千伏)800500765高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!設(shè)備可靠性隨電壓升高而下降設(shè)備的體積隨電壓升高而增大高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!燃料電池21世紀(jì)最有希望的能源60年代用于宇宙飛船,21世紀(jì)將用于商業(yè).工業(yè)其特點:模塊式結(jié)構(gòu)無環(huán)境污染節(jié)省水電源可分散價格高1500美金/千瓦高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!1.空氣在強電場下放電特性一.氣體電介質(zhì)的放電特性氣體在正常狀態(tài)下是良好的絕緣體,在一個立方厘米體積內(nèi)僅含幾千個帶電粒子,但在高電壓下,氣體從少量電符會突然產(chǎn)生大量的電符,從而失去絕緣能力而發(fā)生放電現(xiàn)象.一旦電壓解除后,氣體電介質(zhì)能自動恢復(fù)絕緣狀態(tài)高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!變壓器相間絕緣以氣體作為絕緣材料高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!碰撞游離

當(dāng)帶電質(zhì)點具有的動能積累到一定數(shù)值后，在與氣體原子（或分子）發(fā)生碰撞時，可以使后者產(chǎn)生游離，這種由碰撞而引起的游離稱為碰撞游離引起碰撞游離的條件：：氣體原子（或分子）的游離能高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!熱游離氣體在熱狀態(tài)下引起的游離過程稱為熱游離產(chǎn)生熱游離的條件：K:波茨曼常數(shù)T:絕對溫度高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!(4)去游離a.擴散帶電質(zhì)點從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域運動.b.復(fù)合正離子與負(fù)離子相遇而互相中和還原成中性原子c.附著效應(yīng)電子與原子碰撞時,電子附著原子形成負(fù)離子高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!均勻電場中氣體的伏安特性分析：oa段:隨著電壓升高，到達(dá)陽極的帶電質(zhì)點數(shù)量和速度也隨之增大ab段：電流不再隨電壓的增大而增大bc段：電流又再隨電壓的增大而增大c點:電流急劇突增高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!(4).自持放電條件a.電子的空間碰撞系數(shù)α一個電子在電場作用下在單位行程里所發(fā)生的碰撞游離數(shù)

b.正離子的表面游離系數(shù)γ一個正離子到達(dá)陰極,撞擊陰極表面產(chǎn)生游離的電子數(shù)高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!(5)巴申定律a.表達(dá)式:P:氣體壓力S:極間距離高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!2.流注理論(1).在ps乘積較大時,用湯遜理論無法解釋的幾種現(xiàn)象a.擊穿過程所需時間,實測值比理論值小10--100倍b.按湯遜理論,擊穿過程與陰極材料有關(guān),然而在大氣壓力下的空氣隙中擊穿電壓與陰極材料無關(guān).c.按湯遜理論,氣體放電應(yīng)在整個間隙中均勻連續(xù)地發(fā)展,但在大氣中擊穿會出現(xiàn)有分枝的明亮細(xì)通道高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!三.不均勻電場中氣隙的放電特性1.電暈放電一定電壓作用下,在曲率半徑小的電極附近發(fā)生局部游離,并發(fā)出大量光輻射,有些像日月的暈光,稱為電暈放電.電暈起始場強開始出現(xiàn)電暈時電極表面的場強電暈起始電壓開始出現(xiàn)電暈時的電壓電暈放電是極不均勻電場所特有的一種自持放電形式高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!分析：a.由于捧極附近積聚起正空間電荷，削弱了電離，使電暈放電難以形成，造成電暈起始電壓提高。b.由于捧極附近積聚起正空間電荷在間隙深處產(chǎn)生電場加強了朝向板極的電場，有利于流注發(fā)展，故降低了擊穿電壓。高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!分析：a.捧附近正空間電荷產(chǎn)生附加電場加強了朝向棒端的電場強度，容易形成自持放電，所以其電暈起始電壓較低。b.在間隙深處，正空間電荷產(chǎn)生的附加電場與原電場方向相反，使放電的發(fā)展比較困難，因而擊穿電壓較高。高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!四.雷電沖擊電壓下氣隙的擊穿特性1.標(biāo)準(zhǔn)波形高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!2.放電時延(1).間隙擊穿要滿足二個條件a.一定的電壓幅值b.一定的電壓作用時間高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!(2).統(tǒng)計時延ts通常把電壓達(dá)間隙的靜態(tài)擊穿電壓開始到間隙中出現(xiàn)個有效電子為止所需的時間(3).放電形成時延tf從個有效電子到間隙完成擊穿所需的時間(4).放電時延tLtL=ts+tf高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!3.50%沖擊放電電壓U50%放電概率為50%時的沖擊放電電壓50%沖擊放電電壓與靜態(tài)放電壓的比值稱為絕緣的沖擊系數(shù)βpu擊u50%50%高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!(2)曲線求取方法高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!為了使被保護(hù)設(shè)備得到可靠的保護(hù),被保護(hù)設(shè)備絕緣的伏秒特性曲線的下包線必須始終高于保護(hù)設(shè)備的伏秒特性曲線的上包線.高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!2.相對密度的影響相對密度

p=0.289----

T當(dāng)在0.95到1.05之間時,空氣間隙的擊穿電壓U與成正比U=U0高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!4.高度的影響隨著高度增加,空氣逐漸稀薄,大氣壓力及空氣相對密度下降,間隙的擊穿電壓也隨之下降.U=ka

U0

高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!1.改善電場分布的措施(1).改變電極形狀高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!當(dāng)屏障與棒極之間的距離約等于間隙的距離的15%-----20%時，間隙的擊穿電壓提高得最多，可達(dá)到無屏障時的2---3倍高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!10kv高壓標(biāo)準(zhǔn)介損器高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!真空電容器真空斷路器高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!七.氣體中的沿面放電1.什么叫沿面放電沿著固體介質(zhì)表面的氣體發(fā)生的放電沿面放電電壓通常比純空氣間隙的擊穿電壓要低高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!(2).固體介質(zhì)處于極不均勻電場中,且電力線垂直于界面的分量比平行于界面的分量大得多;類似套管高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!變壓器用電容套管高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!復(fù)合支持絕緣子高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!3.均勻電場中的沿面放電其放電特點:(1).放電發(fā)生在沿著固體介質(zhì)表面,且放電電壓比純空氣間隙的放電電壓要低.其原因a.固體介質(zhì)與電極表面沒有完全密合而存在微小氣隙,或者介面有裂紋.b.介質(zhì)表面不可能絕對光滑,使表面電場不均勻.高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁!4.極不均勻電場具有強法線分量時的沿面放電(套管型)(1)放電發(fā)展特點:a.電暈放電高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁!c.滑閃放電d.閃絡(luò)放電高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁!a.固體介質(zhì)厚度越小，則體積電容越大，沿介質(zhì)表面電壓分布越不均勻，其沿面閃絡(luò)電壓越低；b.同理，固體介質(zhì)的體積電阻越小，沿面閃絡(luò)電壓越低c.固體介質(zhì)表面電阻減少，可降低沿面的最大電場強度，從而提高沿面閃絡(luò)電壓高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁!5.極不均勻電場具有強切線分量時的沿面放電(支柱絕緣子型)由于電極本身的形狀和布置己使電場很不均勻，故介質(zhì)表面積聚電荷使電壓重新分布不會顯著降低沿面閃絡(luò)電壓，為了提高沿面閃絡(luò)電壓，一般從改進(jìn)電極形狀，如采用屏蔽罩和均壓環(huán)。高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁!高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第41頁!高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第42頁!7.絕緣子表面污穢時的沿面放電

戶外絕緣子，會受到工業(yè)污穢或自然界鹽堿、飛塵等污染，在干燥時，由于污穢塵埃電阻很大，絕緣子表面泄漏電流很小，對絕緣子安全運行無危險；但下雨時，絕緣子表面容易沖掉，而大氣濕度較高，或在毛毛雨、霧等氣候下，污穢塵埃被潤濕，表面電導(dǎo)劇增，使絕緣子的泄漏電流劇增，降低閃絡(luò)電壓。高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第43頁!對瓷柱進(jìn)行清洗高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第44頁!21世紀(jì)電力發(fā)展特點:更加可靠更加開放更加有效更加靈活高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第45頁!電壓設(shè)備可靠性體積高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第46頁!氣體的絕緣特性章高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第47頁!輸電線路以氣體作為絕緣材料高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第48頁!2.帶電質(zhì)點的產(chǎn)生與消失(1)激發(fā)原子在外界因素作用下,其電子躍遷到能量較高的狀態(tài)(2)游離原子在外界因素作用下,使其一個或幾個電子脫離原子核的束博而形成自由電子和正離子(3)游離的方式a.碰撞游離b.光游離c.熱游離d.金屬表面游離高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第49頁!光游離

由光輻射引起氣體原子（或分子）的游離稱為光游離產(chǎn)生光游離的條件：h:普朗克常數(shù)ν:光的頻率高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第50頁!金屬表面游離電子從金屬電極表面逸出來的過程稱為表面游離高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第51頁!二.氣體放電的兩個理論1.湯遜放電理論.適用條件:均勻電場,低氣壓,短間隙實驗裝置高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第52頁!(1).電子崩在電場作用下電子從陰極向陽極推進(jìn)而形成的一群電子(2).非自持放電去掉外界游離因素的作用后,放電隨即停止(3).自持放電不需要外界游離因素存在,放電也能維持下去高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第53頁!自持放電條件可表達(dá)為:高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第54頁!b.均勻電場中幾種氣體的擊穿電壓與ps的關(guān)系高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第55頁!(2).理論要點:認(rèn)為電子碰撞游離及空間光游離是維持自持放電的主要因素,流注形成便達(dá)到了自持放電條件,它強調(diào)了空間電符畸變電場的作用和熱游離的作用.(3)放電簡單流程圖:有效電子(經(jīng)碰撞游離)-----電子崩(畸變電場)-----發(fā)射光子(在強電場作用下)-----產(chǎn)生新的電子崩(二次崩)-----形成混質(zhì)通道(流注)-----由陽極向陰極(陽極流注)或由陰極向陽極(陰極流注)擊穿.高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第56頁!2.極性效應(yīng)(1).正棒---負(fù)板高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第57頁!(2).負(fù)棒---正板高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第58頁!結(jié)論：在相同間隙下正捧-----負(fù)板負(fù)捧-----正板電暈起始電壓間隙擊穿電壓高低低高高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第59頁!幾個參數(shù)波頭時間T1：T1=(1.230%)μs波長時間T2:T2=(5020%)μs標(biāo)準(zhǔn)波形通常用符號表示高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第60頁!高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第61頁!氣體間隙在沖擊電壓作用下?lián)舸┧枞繒r間：t=t1+ts+tf其中：ts+tf就是放電時延tL高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第62頁!4.伏秒特性(1)定義同一波形、不同幅值的沖擊電壓下，間隙上出現(xiàn)的電壓最大值和放電時間的關(guān)系曲線高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第63頁!(3)電場均勻程度對曲線的影響不均勻電場由于平均擊穿電場強度較低,而且流注總是從強場區(qū)向弱場區(qū)發(fā)展,放電速度受到電場分布的影響,所以放電時延長,分散性大,其伏秒特性曲線在放電時間還相當(dāng)大時,便隨時間之減小而明顯地上翹,曲線比較陡.均勻或稍不均勻電場則相反,由于擊穿時平均場強較高,流注發(fā)展較快,放電時延較短,其伏秒特性曲線較平坦.高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第64頁!(4)實際意義S1被保護(hù)設(shè)備的伏秒特性曲線，S2保護(hù)設(shè)備的伏秒特性曲線高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第65頁!五.大氣條件對氣體間隙擊穿電壓的影響1.標(biāo)準(zhǔn)大氣條件大氣壓力P0=101.3kpa溫度濕度f0=11g/m3高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第66頁!3.濕度的影響(1).均勻或稍不均勻電場濕度的增加而略有增加,但程度極微,可以不校正(2).極不均勻電場由于平均場強較低,濕度增加后,水分子易吸附電子而形成質(zhì)量較大的負(fù)離子,運動速度,減慢游離能力大大降低,使擊穿電壓增大.因此需要校正.高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第67頁!六.提高氣體間隙絕緣強度的方法有兩個途徑:一個是改善電場分布,使之盡量均勻;另一個是削弱氣體間隙中的游離因素.高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第68頁!(2).利用空間電荷對電場的畸變作用(3).極不均勻電場中采用屏障高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第69頁!2.削弱游離因素的措施(1).采用高氣壓

氣體壓力提高后，氣體的密度加大，減少了電子的平均自由行程，從而削弱了碰撞游離的過程。如高壓空氣斷路器和高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器等高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第70頁!(2).采用高真空

氣體間隙中壓力很低時，電子的平均自由行程已增大到極間空間很難產(chǎn)生碰撞游離的程度。如真空電容器、真空斷路器等高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第71頁!(3).采用高強度氣體SF6氣體屬強電負(fù)性氣體,容易吸附電子成為負(fù)離子,從而削弱了游離過程.提高壓力后可相當(dāng)于一般液體或固體絕緣的絕緣強度.它是一種無色、無味、無臭、無毒、不燃的不活潑氣體，化學(xué)性能非常穩(wěn)定，無腐蝕作用。它具有優(yōu)良的滅弧性能，其滅弧能力是空氣的100倍，故極適用于高壓斷路器中。高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第72頁!2.界面電場分布的三種典型情況氣體介質(zhì)與固體介質(zhì)的交界稱為界面(1).固體介質(zhì)處于均勻電場中,且界面與電力線平行;高電壓技術(shù)前言及章講共85頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第73頁!瓷套管高電壓技術(shù)