高電壓技術(shù)——(一).ppt

1、最初的介質(zhì)的電氣強度，介質(zhì)(dielectric )作為電氣設備的絕緣材料。 電強度表示電介質(zhì)的耐電壓作用的能力。 均勻電場中的破壞電壓Ub與間隙距離之比稱為破壞電場強度Eb。 均勻電場中氣隙的破壞電場強度Eb稱為氣體的電氣強度。 空氣在標準狀態(tài)下的電氣強度為30kV/cm，注意：不均勻場中的氣隙Ub和間隙距離之比不能稱為氣體的電氣強度，通常稱為平均破壞電場強度。 破壞電壓：絕緣破壞時的最低臨界電壓。 擊穿電場強度是表示氣隙絕緣性能的重要殘奧儀表。 1、電介質(zhì)的分類物質(zhì)形態(tài)：氣體電介質(zhì)液體電介質(zhì)固體電介質(zhì)中氣體最為常見。 氣體介質(zhì)與其他介質(zhì)相比，由于破壞后具有完全的絕緣自我恢復特性，因此被充分

2、廣泛使用。 電氣機器的不同位置：外絕緣：一般由氣體介質(zhì)(空氣)和固體介質(zhì)(絕緣體)聯(lián)合構(gòu)成。 內(nèi)部絕緣：一般由固體介質(zhì)和液體介質(zhì)的聯(lián)合構(gòu)成。 由于電場，在電介質(zhì)上出現(xiàn)的電現(xiàn)象：弱電場強度遠小于擊穿電場強度。 例如極化、導電、介質(zhì)損耗等。 強電場的電場強度為放電起始電場強度或破壞電場強度(例如放電、閃光、破壞等)以上。 強電場下的放電、閃絡、破壞等電氣現(xiàn)象是本研究的主要內(nèi)容。 3、一些基本概念，放電：特別是氣體絕緣的破壞過程。 破壞：電場作用下電介質(zhì)從絕緣狀態(tài)突變?yōu)榱紝щ姞顟B(tài)的過程。 閃絡：破壞氣體和液體、氣體和固體界面發(fā)生的放電現(xiàn)象。 在工程上，破壞和閃絡統(tǒng)稱為放電。 破壞、放電、閃電都是電介

3、質(zhì)的絕緣性能被一定的電壓破壞的過程。 4、本篇主要內(nèi)容第一章，氣體放電的基本物理過程第二章，氣體介質(zhì)的電氣強度第三章，液體和固體介質(zhì)的電氣特性，輸電線路以氣體為絕緣材料，介質(zhì)的分類圖1，變壓器相間絕緣以液體為絕緣材料，介質(zhì)的分類圖2電氣設備中常用的氣體介質(zhì)：空氣，壓縮的高強度是潔凈中性狀態(tài)的氣體不導電，氣體中出現(xiàn)帶電粒子(電子、正離子、負離子)后，可以導電，通過電場發(fā)展成各種形式的氣體放電現(xiàn)象。 第一章氣體放電的基本物理過程是輝光放電電壓低、電源功率小時，放電充滿整個間隙。 電弧放電大氣壓下電源功率大時，放電具有明亮持續(xù)的細通道。 火花放電(閃電)大氣壓下。 電源功率小時間隙被間歇性破壞，放電

4、通道細小明亮。 由于氣體壓力、電源功率、電極形狀等因素的影響，放電具有多種形式，冠狀病毒放電具有極不均勻的電場，在高電場強度電極附近出現(xiàn)發(fā)光薄層。 (2)本章的主要內(nèi)容為：1.1帶電粒子的產(chǎn)生和消失1.2均勻電場下的氣體破壞的發(fā)展過程1.3不均勻電場下的放電過程1.4浪涌電壓下的氣隙的破壞特性1.5沿面放電和污垢閃光事故1.1.1氣體中的帶電粒子的運動(1)自由行程長運動引起的碰撞(2) 帶電粒子的移動度向電場方向漂移的(3)擴散與粒子濃度有關(guān)，第1節(jié)帶電粒子的產(chǎn)生和消失，(1)自由行程長，1 )帶電粒子在電場中的運動模式第1節(jié)帶電粒子的產(chǎn)生和消失，2 )自由行程長和平均自由行程長粒子通過從這

5、次碰撞到下次碰撞之間的距離的自由行程長由于自由程長為隨機值且具有方差性，因此導入了平均值的概念。 平均自由行程長度：單位行程中的碰撞次數(shù)z的倒數(shù)為該粒子的平均自由行程長度。第一節(jié)帶電粒子的產(chǎn)生和消失、粒子的自由行程達到某一距離x以上的概率是：粒子的平均自由行程長度令x=，粒子的實際自由行程長度達到平均自由行程長度以上的概率是36.8%。 由氣體動力學可知，在電子的平均自由行程長度式中，r :氣體分子半徑n :氣體分子密度、第一節(jié)帶電粒子的產(chǎn)生和消失通過代入上式而得到：式中，p :氣壓t :氣溫k :玻爾茲曼常數(shù)大氣壓和常溫下的平均自由行程長度的級別為10-5cm 3 ) 定性分析結(jié)論：電子的平

6、均自由程長遠大于離子，電子的質(zhì)量遠小于離子：電子更容易加速，電子遷移率遠大于離子。 第一節(jié)帶電粒子的產(chǎn)生和消失；(3)擴散1 )擴散的定義：熱運動中粒子從濃度大的區(qū)域向濃度小的區(qū)域移動，使分布均勻化的過程稱為擴散。 2 )定性分析：氣壓越低，溫度越高，擴散越快。 結(jié)論：由于電子熱運動速度大、自由程長大，其擴散速度比離子快得多。 第1節(jié)帶電粒子的產(chǎn)生和消失、1.1.2帶電粒子的產(chǎn)生(1)原子的電離和激發(fā)(2)電離這4種形式根據(jù)引起電離的外部能量形式而不同，分為：1)光電分離2 )熱電分離3 )碰撞電離4 )電極表面電離、第1節(jié)(1)原子的電離和激發(fā)原子的激發(fā)原子為外部能量激發(fā)能(We，電子伏特e

7、V )原子的電離原子由于外在因素，使其中一個或幾個電子脫離原子核的束縛，與自由電子形成正離子的過程稱為電離。 電離能(Wi，電子伏特eV )是第一節(jié)帶電粒子的產(chǎn)生和消失，電子脫離原子核的束縛成為自由電子，必須提供其能量。 帶電粒子的產(chǎn)生方式因能量源而異。 因此，根據(jù)電子得到能量的方式，產(chǎn)生帶電粒子的方式可以分為以下幾類。 第一節(jié)帶電粒子的產(chǎn)生和消失，(2)電離四種形式，(1)光電分離定義：光照射氣體分子電離的過程稱為光電分離。 條件：光子源：外部高能放射線氣體放電自身的紫外線、宇宙射線、x射線等； 異號帶電粒子變成復合中性粒子放出光子的激發(fā)狀態(tài)分子恢復正常狀態(tài)放出光子，第一節(jié)帶電粒子的發(fā)生和消

8、失；2 )熱電分離定義：氣體分子的高燒狀態(tài)引起的碰撞引起電離過程，稱為熱電分離。 條件：常溫下，氣體分子發(fā)生熱電分離的概率極小。 氣體中電離的分子數(shù)與總分子數(shù)之比m稱為該氣體的電離度。 下圖為空氣的電離度m與溫度t的關(guān)系：由圖所示： T 104K的情況下，需要考慮熱電分離T 2*104K的情況下，大部分分子處于熱電分離狀態(tài)，第一節(jié)帶電粒子的產(chǎn)生和消失，3 )碰撞電離定義：電子和離子與氣體分子碰撞，將電場能量傳遞到氣體分子這是使氣體中產(chǎn)生帶電粒子最重要的方式，主要由電子完成。 條件：電子加速與氣體分子碰撞時，將動能傳遞給后者，如果動能大于氣體分子的電離能Wi，則該電子具有足夠的能量來完成碰撞電離

9、。 碰撞電離時，Xi表示電子為了碰撞電離而必須飛行的最小距離。 其大小依賴于電場強度e，當氣體中的電場強度增大時，Xi值減小。 可以看出，如果提高施加電壓，碰撞電離的概率和強度就會增大。第一節(jié)帶電粒子的產(chǎn)生和消失，要素：外電場的強弱能的積蓄(移動距離的大小)。 4 )電極表面的電離定義：金屬陰極表面發(fā)射電子的過程。 逸出工作：從金屬電極表面逸出電子所需的能量。 由于從工作中釋放電離能，陰極表面電離可以發(fā)生在以下情況：正離子撞擊陰極表面的光電子發(fā)射熱電子發(fā)射強場發(fā)射、光電分離、熱電分離和撞擊電離都是空間電離，電極表面電離是表面電離，這些有利于電離過程。 第一節(jié)帶電粒子的產(chǎn)生和消失，不僅附著有電子

10、與氣體分子碰撞，引起碰撞電離產(chǎn)生正離子和新電子的可能性，而且電子和中性分子結(jié)合形成負離子的可能性。 產(chǎn)生負離子的作用負離子的形成雖然不改變氣體中帶電粒子的數(shù)量，但由于可以減少自由電子數(shù)，因此具有抑制氣體放電發(fā)展的作用。 關(guān)于電負性氣體氧/氟/氯等SF6、1.1.4負離子的產(chǎn)生、第1節(jié)帶電粒子的產(chǎn)生和消失、1.1.4帶電粒子的消失、帶電粒子的消失，帶電粒子在電場的驅(qū)動下進行取向運動，若到達電極，則有時在電極上消失而形成的帶電粒子通過擴散逃逸到氣體放電空間復合：當氣體中具有異號電荷的粒子相遇時，可能會發(fā)生電荷傳遞和中和現(xiàn)象。 電離的反過程復合過程必須阻礙放電的發(fā)展，但在某些條件下復合時的光輻射會使放電的發(fā)展惡化。 放電中的復合大部分是正、負離子之間的復合，參加復合的電子大部分先形成負離子再與正離子復合。第一節(jié)帶電粒子的產(chǎn)生和消失、本節(jié)內(nèi)容的總結(jié)第一節(jié)帶電粒子的產(chǎn)生和消失、氣體間隙中帶電粒子的產(chǎn)生和消失是氣體放電的一對基本矛盾，氣體放電的發(fā)展和結(jié)束取決于這兩個過程中的哪一個占主導地位。 氣體中帶電粒子的發(fā)生形態(tài)可以分為空間電離和表面電離。 它們都與外部供給的能量有關(guān)，能量的形式主要是電場能、光輻射和熱能，而能量的傳遞是電子、光子或氣體分子的熱運動，其傳遞過程主要是碰撞，是引起氣體分子電離的有效過程。 第二節(jié)均勻電場中的氣體破壞的發(fā)展過程、1、非自保持放電和自保持