高电压技术第一章模板课件

1、高电压技术第一章模板课件高电压技术第一章模板课件高电压技术导言一、本课程学习目的 通过本课程学习应使学生重点掌握电力系统产生过电压的机理和过电压保护的基本方法，培养学生分析和解决电力系统中绝缘与作用电压矛盾的能力。通过本课程学习，为今后从事有关高电压与绝缘方面的工作打下基础。 二、主要内容1、各类电解质在高电场下的特性 2、电气设备绝缘试验技术气体的放电基本物理过程和电气强度液体、固体介质的电气特性电气设备绝缘预防性试验 绝缘的高电压试验电气设备绝缘在线检测与诊断高电压技术导言一、本课程学习目的气体的放电基本物理过程和高电压技术导言3、电力系统过电压与绝缘配合线路和绕组中的波过程雷电及防雷保护

2、装置 电力系统防雷保护电力系统内部过电压电力系统绝缘配合高电压技术导言3、电力系统过电压与绝缘配合线路和绕组中的高电压技术导言三、预备知识、参考书1、预备知识： 电路知识 电力系统分析知识2、参考书 电力系统过电压，解广润，水利电力出版社，1985； 高电压技术，胡国根，重庆大学出版社，1996； 电力系统运行及过电压保护，河南省电力工业局，中国电力出版社，1995。 高电压技术导言三、预备知识、参考书高电压技术导言四、学习进度与建议 学习本门课程应注意理论学习与实际分析相结合，理解绝缘机理与过电压的相互关系，注意培养自己的分析问题的能力。 高电压技术导言四、学习进度与建议主要内容：第一节 汤

3、逊理论和流注理论 第二节 不均匀电场中的放电过程 第三节 空气气隙在各种电压下的击穿特性 第五节 提高气体介质电气强度的方法第六节 沿面放电及防污对策 第一章 气体的放电基本物理过程和电气强度主要内容：第一章 气体的放电基本物理过程和电气强度主要内容：一、非自持放电和自持放电 二、汤逊理论 三、巴申定律 四、流注理论 五、强电负性气体自持放电的条件第一节 汤逊理论和流注理论主要内容：第一节 汤逊理论和流注理论一、非自持放电和自持放电1、非自持放电图1-1测定气体间隙的电压和电流其过程如下：oa-初始阶段ab-（良好 性能）bc-（碰撞电离）带电离子 cs-气体间隙击穿，电流急剧增加当U U0

4、时,电流剧增,此时气隙中电流过程只靠外施电压已能维持; 不需外电离因素维持，称其为自持放电区。二、汤逊理论1.电子崩将这一剧增的电子流称为电子崩将这一剧增的离子流称为离子崩一、非自持放电和自持放电二、汤逊理论将这一剧增的电子流称为电为了定量分析气隙中气体放电过程，引入三个系数：电子沿电场方向行径1cm平均发生的碰撞电离次数正离子沿电场方向行径1cm平均发生的碰撞电离次数折合到每个碰撞阴极表面的正离子，使阴极金属平均释放出的自由电子数系数电子崩过程（过程）系数离子崩过程（过程）系数离子崩达到阴极后引起阴极发射二次电子的过程 （过程）二、汤逊理论2.三个系数为了定量分析气隙中气体放电过程，引入三个

5、系数：电子沿电场二、汤逊理论3.均匀场中电子崩的计算-过程电子崩的电子-过程中产生的离子崩中的正离子数 -过程又在阴极上释放出二次电子数如果 则 在阴极上重新发射一个新电子，这时不再需要外电离因素，就能使电离维持发展，即转入自持放电。自持放电的条件：二、汤逊理论-过程电子崩的电子如果 电子碰撞电离是气体放电的主要原因。二次电子来源于正离子撞击阴极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。二、汤逊理论4.汤逊理论（解释低气压短气隙中的放电现象） 电子碰撞电离是气体放电的主要原因。三、巴申定律气体击穿电压的表达式：=Ap Ap d= (1+ ) -自持放电的起始电压，等于气隙的击穿电压

6、。巴申定律：当气体成分和电极材料一定时，气隙间隙击穿电压（ ）是气压（）和极间距离（）乘积的函数。 为了考虑温度影响用气体密度（）代替压力。 -气压 -温度三、巴申定律 -气压 -温度四、流注理论（非电负性气体）1.注流 高气体、长气隙(pd26.66kPa.cm)的放电过程不同，需用流注理论解释。 电子崩发展到足够的程度后，电子崩中的空间电荷足以使原电场明显畸变，大大加强电子崩崩头和崩尾处的电场。同时放射出大量光子成为引发新的空间光电离的辐射源。 （二次电子的主要来源是空间的光电离）汤逊理论：二次电子来源于正离子撞击阴极使其逸出电子。2.注流形成条件 一般认为当 或 时，流注得以形成（流注

7、理论只适用于非电负性气体）四、流注理论（非电负性气体）2.注流形成条件五、强电负性气体自持放电的条件 1、附着效应系数电子附着效应过程，表示一个电子沿电场方向行径1cm时平均发生的电子附着次数。 2、流注自持放电条件（强电负性气体的工程应用属于流注放电范畴）。 10.5( )电子崩中电子的临界值取对数五、强电负性气体自持放电的条件主要内容：一、稍不均匀电场的放电特点 二、极不均匀电场中的电晕放电现象 三、极不均匀电场中的放电过程第二节不均匀电场中的放电过程稍均匀 (d4D时)Dd主要内容：第二节不均匀电场中的放电过程稍均匀 (d一. 稍不均匀电场 当d=2D时，稍不均匀，电晕放电不稳定，一旦出

8、现，气隙立即被击穿。f=4D时，极不均匀，存在稳定的电晕放电。f4 稍不均匀场气隙击穿电压D最小较小较大最大尖-板即D越大击穿电压越低（同气隙距离情况下）电晕放电的应用：静电除尘器、臭氧发生器、静电喷涂等。电晕放电的害处：引起功率损耗，产生放电脉冲，导致电磁干扰、噪声。防止电晕方法：采用分裂导线的方法击穿电压排序（由高到低）：电晕放电的害处：引起功率损耗，产生三.极不均匀电场中的放电过程 棒-板电极，电离总是从“棒”开始的。 不均匀电场的放电有明显的极性效应，极性取决于曲率半径较小（最尖）的棒极的电位符号。 在“棒-棒”气隙中，极性取决于不接地的棒极的电位。1.自持放电前的阶段： 正极性棒-电

9、晕起始电压增加(原因:崩头电子被棒吸收) 负极性棒-电晕起始电压1m）的放电过程 电晕放电-光导放电-主放电 (第7章详细讲解)四.长气隙（1m）的放电过程主要内容：一、作用电压类型 二、空气间隙在稳态电压下的击穿 三、空气间隙在冲击电压下的击穿第三节 空气间隙在各种电压下的击穿特性 主要内容：第三节 空气间隙在各种电压下的击穿特性 一、作用电压类型 稳态电压 直流电压 工频交流电压 冲击电压 雷电冲击电压 操作冲击电压二、空气间隙在稳态电压下的击穿（与电场均匀程度有很大关系） 1.均匀电场气隙击穿 直流、工频电压下击穿电压相同图1-11均匀电场空气间隙二、空气间隙在稳态电压下的击穿（与电场均

10、匀程度有很大关系）图二、空气间隙在稳态电压下的击穿2.稍不均匀电场气隙的击穿（f2,f不均匀系数） 包括球隙与同轴圆柱 球隙： 当dD/4时， （平均） （均），击穿电压分散性增大同轴圆柱：（外径R，内径r）当r/R当r/R0.1时，是稍不均匀电场， (解释原因是什么?)在r/R0.33时出现 ，同轴圆筒绝缘设计时通常取r/R=0.25-0.43.极不均匀电场中的击穿“导线导线”可用“棒棒”气隙击穿特性估算“导线大地”可用“棒板”气隙击穿特性估算二、空气间隙在稳态电压下的击穿同轴圆柱：（外径R，内径r）二.空气间隙在冲击电压下的击穿 作用时间极为短暂的电压，一般指雷电冲击电压和操作冲击电压。1

11、.在雷电冲击电压下的击穿（1）雷电波冲击电压标准波形T1视在波前时间； T2视在半峰值时间； Um冲击电压峰值U/Um二.空气间隙在冲击电压下的击穿T1视在波前时间； T2视（2）冲击放电的时延 实验时施加冲击电压，需对冲击放电时间延长，使放电得以发展以至击穿。（3）雷电50%击穿电压（ ） 由于准确到刚好引发一次击穿的最低电压值很难，因此工程上采用50%冲击电压（ ）来描述气隙的冲击击穿电压。 均匀和稍不均匀电场： (静态击穿电压) 极不均匀场： 工频击穿电压的峰值 （4）伏秒特性 由于气隙的击穿存在时延现象，故将击穿电压值与放电时延联系起来确定气隙击穿特性 即伏秒特性 用于绝缘配合（2）冲

12、击放电的时延二.空气间隙在冲击电压下的击穿2.操作冲击电压下的击穿图1-17 操作冲击试验电压波形（a）非周期性双指数冲击波；（b）衰减振荡波在均匀、稍不均匀电场中： (工频) 且击穿几乎发生在峰值在极不均匀电场中：“U”形曲线注意： 操 雷，有时 操 工频 操具有饱和特性，随d的增大， 饱和特性更明显 不利于发展特高压输电技术二.空气间隙在冲击电压下的击穿图1-17 操作冲击试验电压主要内容：一、空气密度校正 二、对湿度的校正 三、对海拔高度的校正第四节 大气条件对气隙击穿特性的影响-空气密度校正系数， -湿度校正系数-标准大气压下击穿电压主要内容：第四节 大气条件对气隙击穿特性的影响-空气

13、当=0.951.05时适用于（极间距离不大于1m，电场较均匀，雷电冲击电压）。其它情况：一.空气密度校正 -空气相对密度U二.对湿度的校正 (水分子俘获电子抑制放电过程)k与绝对湿度和电压种类有关；w取决于电极形状、极间距、电压种类及其极性。三.对海拔高度的校正 -平原地区绝缘电压 -海拔校正系数H -为海拔高度当=0.951.05时一.空气密度校正U二.对湿度的校主要内容：一、改善电场分布 二、削弱或抑制电离过程 第五节 提高气体介质电气强度的方法 主要内容：第五节 提高气体介质电气强度的方法 一.改善电场分布1.改进电极形状：增大电极屏蔽罩、保护金具（绝缘子串上的保护金具）的曲率半径，改善

14、电极绝缘形状。2.利用空间电荷改善电场分布（细线周围形成均匀电晕层可提高击穿电压）3.极不均匀电场中采用屏障改善电场分布 插入薄片固体绝缘材料（纸或纸板）作为屏障。(棒-棒需要设立两层屏蔽,为什么?) 最佳位置在x/d0.2处（只能提高气隙的稳态击穿电压，对暂态电压的作用较小）一.改善电场分布二.削弱或抑制电离过程1.采用高电压：2.8Mpa空气相当于0.7MPa 气体 目的减小电子的自由行程，从而减小碰撞机会 2.强电负性气体： ，氟里昂（ ） 的电气强度2.5倍空气，灭弧能力为100倍空气。 的绝缘性能 因为 是强电负性气体俘获自由电子负离子电子碰撞电离能力放电（其绝缘性能在均匀场中最好）

15、 3.采用高真空（自行分析原因？）二.削弱或抑制电离过程主要内容：一、沿面放电 二、固体介质表面有水膜时的沿面放电 三、绝缘子污染状态下的沿面放电第六节 沿面放电及防污对策 主要内容：第六节 沿面放电及防污对策 一.沿面放电1.概念：沿气体介质与固体介质的交界面上发展的放电现象。 包括沿面滑闪（尚未发生击穿的放电形式）和沿面闪络（沿面击穿放电现象）。 2.特点：沿面放电击穿电压湿污层电阻整个绝缘子上的电压集中在干区干区电场强度很大如足够大铁脚和铁帽周围开始电晕放电或辉光放电。 由于此时泄漏电流较大转变为电弧（存在于绝缘子局部局部电弧）电弧附近烘干干区扩大，电弧伸长 如电压不足以维持电弧燃烧，电弧即灭。交流过零 “熄灭燃烧”或“延伸收缩” 如电压局部电弧长度（爬电）到一定程度时，不需更高电压就能自动延伸完成沿面闪络污闪电压 污闪事故是在大面积范围内发生的，经济损失在各类事故中居首位。三.绝缘子污染状态下的沿面放电三.绝缘子污染状态下的沿面放电2.污秽等级的划分污秽度：每平方厘米表面上沉积的等效氯化钠毫克数。从0级，污秽程度增加。3.防止污闪的措施 (1)增大爬电比距（泄漏比距）=爬电距离