高电压技术——(一).ppt

1、最初的介质的电气强度，介质(dielectric )作为电气设备的绝缘材料。 电强度表示电介质的耐电压作用的能力。 均匀电场中的破坏电压Ub与间隙距离之比称为破坏电场强度Eb。 均匀电场中气隙的破坏电场强度Eb称为气体的电气强度。 空气在标准状态下的电气强度为30kV/cm，注意：不均匀场中的气隙Ub和间隙距离之比不能称为气体的电气强度，通常称为平均破坏电场强度。 破坏电压：绝缘破坏时的最低临界电压。 击穿电场强度是表示气隙绝缘性能的重要残奥仪表。 1、电介质的分类物质形态：气体电介质液体电介质固体电介质中气体最为常见。 气体介质与其他介质相比，由于破坏后具有完全的绝缘自我恢复特性，因此被充分

2、广泛使用。 电气机器的不同位置：外绝缘：一般由气体介质(空气)和固体介质(绝缘体)联合构成。 内部绝缘：一般由固体介质和液体介质的联合构成。 由于电场，在电介质上出现的电现象：弱电场强度远小于击穿电场强度。 例如极化、导电、介质损耗等。 强电场的电场强度为放电起始电场强度或破坏电场强度(例如放电、闪光、破坏等)以上。 强电场下的放电、闪络、破坏等电气现象是本研究的主要内容。 3、一些基本概念，放电：特别是气体绝缘的破坏过程。 破坏：电场作用下电介质从绝缘状态突变为良导电状态的过程。 闪络：破坏气体和液体、气体和固体界面发生的放电现象。 在工程上，破坏和闪络统称为放电。 破坏、放电、闪电都是电介

3、质的绝缘性能被一定的电压破坏的过程。 4、本篇主要内容第一章，气体放电的基本物理过程第二章，气体介质的电气强度第三章，液体和固体介质的电气特性，输电线路以气体为绝缘材料，介质的分类图1，变压器相间绝缘以液体为绝缘材料，介质的分类图2电气设备中常用的气体介质：空气，压缩的高强度是洁净中性状态的气体不导电，气体中出现带电粒子(电子、正离子、负离子)后，可以导电，通过电场发展成各种形式的气体放电现象。 第一章气体放电的基本物理过程是辉光放电电压低、电源功率小时，放电充满整个间隙。 电弧放电大气压下电源功率大时，放电具有明亮持续的细通道。 火花放电(闪电)大气压下。 电源功率小时间隙被间歇性破坏，放电

4、通道细小明亮。 由于气体压力、电源功率、电极形状等因素的影响，放电具有多种形式，冠状病毒放电具有极不均匀的电场，在高电场强度电极附近出现发光薄层。 (2)本章的主要内容为：1.1带电粒子的产生和消失1.2均匀电场下的气体破坏的发展过程1.3不均匀电场下的放电过程1.4浪涌电压下的气隙的破坏特性1.5沿面放电和污垢闪光事故1.1.1气体中的带电粒子的运动(1)自由行程长运动引起的碰撞(2) 带电粒子的移动度向电场方向漂移的(3)扩散与粒子浓度有关，第1节带电粒子的产生和消失，(1)自由行程长，1 )带电粒子在电场中的运动模式第1节带电粒子的产生和消失，2 )自由行程长和平均自由行程长粒子通过从这

5、次碰撞到下次碰撞之间的距离的自由行程长由于自由程长为随机值且具有方差性，因此导入了平均值的概念。 平均自由行程长度：单位行程中的碰撞次数z的倒数为该粒子的平均自由行程长度。第一节带电粒子的产生和消失、粒子的自由行程达到某一距离x以上的概率是：粒子的平均自由行程长度令x=，粒子的实际自由行程长度达到平均自由行程长度以上的概率是36.8%。 由气体动力学可知，在电子的平均自由行程长度式中，r :气体分子半径n :气体分子密度、第一节带电粒子的产生和消失通过代入上式而得到：式中，p :气压t :气温k :玻尔兹曼常数大气压和常温下的平均自由行程长度的级别为10-5cm 3 ) 定性分析结论：电子的平

6、均自由程长远大于离子，电子的质量远小于离子：电子更容易加速，电子迁移率远大于离子。 第一节带电粒子的产生和消失；(3)扩散1 )扩散的定义：热运动中粒子从浓度大的区域向浓度小的区域移动，使分布均匀化的过程称为扩散。 2 )定性分析：气压越低，温度越高，扩散越快。 结论：由于电子热运动速度大、自由程长大，其扩散速度比离子快得多。 第1节带电粒子的产生和消失、1.1.2带电粒子的产生(1)原子的电离和激发(2)电离这4种形式根据引起电离的外部能量形式而不同，分为：1)光电分离2 )热电分离3 )碰撞电离4 )电极表面电离、第1节(1)原子的电离和激发原子的激发原子为外部能量激发能(We，电子伏特e

7、V )原子的电离原子由于外在因素，使其中一个或几个电子脱离原子核的束缚，与自由电子形成正离子的过程称为电离。 电离能(Wi，电子伏特eV )是第一节带电粒子的产生和消失，电子脱离原子核的束缚成为自由电子，必须提供其能量。 带电粒子的产生方式因能量源而异。 因此，根据电子得到能量的方式，产生带电粒子的方式可以分为以下几类。 第一节带电粒子的产生和消失，(2)电离四种形式，(1)光电分离定义：光照射气体分子电离的过程称为光电分离。 条件：光子源：外部高能放射线气体放电自身的紫外线、宇宙射线、x射线等； 异号带电粒子变成复合中性粒子放出光子的激发状态分子恢复正常状态放出光子，第一节带电粒子的发生和消

8、失；2 )热电分离定义：气体分子的高烧状态引起的碰撞引起电离过程，称为热电分离。 条件：常温下，气体分子发生热电分离的概率极小。 气体中电离的分子数与总分子数之比m称为该气体的电离度。 下图为空气的电离度m与温度t的关系：由图所示： T 104K的情况下，需要考虑热电分离T 2*104K的情况下，大部分分子处于热电分离状态，第一节带电粒子的产生和消失，3 )碰撞电离定义：电子和离子与气体分子碰撞，将电场能量传递到气体分子这是使气体中产生带电粒子最重要的方式，主要由电子完成。 条件：电子加速与气体分子碰撞时，将动能传递给后者，如果动能大于气体分子的电离能Wi，则该电子具有足够的能量来完成碰撞电离

9、。 碰撞电离时，Xi表示电子为了碰撞电离而必须飞行的最小距离。 其大小依赖于电场强度e，当气体中的电场强度增大时，Xi值减小。 可以看出，如果提高施加电压，碰撞电离的概率和强度就会增大。第一节带电粒子的产生和消失，要素：外电场的强弱能的积蓄(移动距离的大小)。 4 )电极表面的电离定义：金属阴极表面发射电子的过程。 逸出工作：从金属电极表面逸出电子所需的能量。 由于从工作中释放电离能，阴极表面电离可以发生在以下情况：正离子撞击阴极表面的光电子发射热电子发射强场发射、光电分离、热电分离和撞击电离都是空间电离，电极表面电离是表面电离，这些有利于电离过程。 第一节带电粒子的产生和消失，不仅附着有电子

10、与气体分子碰撞，引起碰撞电离产生正离子和新电子的可能性，而且电子和中性分子结合形成负离子的可能性。 产生负离子的作用负离子的形成虽然不改变气体中带电粒子的数量，但由于可以减少自由电子数，因此具有抑制气体放电发展的作用。 关于电负性气体氧/氟/氯等SF6、1.1.4负离子的产生、第1节带电粒子的产生和消失、1.1.4带电粒子的消失、带电粒子的消失，带电粒子在电场的驱动下进行取向运动，若到达电极，则有时在电极上消失而形成的带电粒子通过扩散逃逸到气体放电空间复合：当气体中具有异号电荷的粒子相遇时，可能会发生电荷传递和中和现象。 电离的反过程复合过程必须阻碍放电的发展，但在某些条件下复合时的光辐射会使放电的发展恶化。 放电中的复合大部分是正、负离子之间的复合，参加复合的电子大部分先形成负离子再与正离子复合。第一节带电粒子的产生和消失、本节内容的总结第一节带电粒子的产生和消失、气体间隙中带电粒子的产生和消失是气体放电的一对基本矛盾，气体放电的发展和结束取决于这两个过程中的哪一个占主导地位。 气体中带电粒子的发生形态可以分为空间电离和表面电离。 它们都与外部供给的能量有关，能量的形式主要是电场能、光辐射和热能，而能量的传递是电子、光子或气体分子的热运动，其传递过程主要是碰撞，是引起气体分子电离的有效过程。 第二节均匀电场中的气体破坏的发展过程、1、非自保持放电和自保持