高電壓技術(shù)——(一).ppt

1、最初的介質(zhì)的電氣強(qiáng)度，介質(zhì)(dielectric )作為電氣設(shè)備的絕緣材料。 電強(qiáng)度表示電介質(zhì)的耐電壓作用的能力。 均勻電場(chǎng)中的破壞電壓Ub與間隙距離之比稱為破壞電場(chǎng)強(qiáng)度Eb。 均勻電場(chǎng)中氣隙的破壞電場(chǎng)強(qiáng)度Eb稱為氣體的電氣強(qiáng)度。 空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的電氣強(qiáng)度為30kV/cm，注意：不均勻場(chǎng)中的氣隙Ub和間隙距離之比不能稱為氣體的電氣強(qiáng)度，通常稱為平均破壞電場(chǎng)強(qiáng)度。 破壞電壓：絕緣破壞時(shí)的最低臨界電壓。 擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度是表示氣隙絕緣性能的重要?dú)垔W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(fù)特性，因此被充分

2、廣泛使用。 電氣機(jī)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(chǎng)，在電介質(zhì)上出現(xiàn)的電現(xiàn)象：弱電場(chǎng)強(qiáng)度遠(yuǎn)小于擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度。 例如極化、導(dǎo)電、介質(zhì)損耗等。 強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度為放電起始電場(chǎng)強(qiáng)度或破壞電場(chǎng)強(qiáng)度(例如放電、閃光、破壞等)以上。 強(qiáng)電場(chǎng)下的放電、閃絡(luò)、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(chǎng)作用下電介質(zhì)從絕緣狀態(tài)突變?yōu)榱紝?dǎo)電狀態(tài)的過程。 閃絡(luò)：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(luò)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(qiáng)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(shè)備中常用的氣體介質(zhì)：空氣，壓縮的高強(qiáng)度是潔凈中性狀態(tài)的氣體不導(dǎo)電，氣體中出現(xiàn)帶電粒子(電子、正離子、負(fù)離子)后，可以導(dǎo)電，通過電場(chǎng)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(shí)，放電充滿整個(gè)間隙。 電弧放電大氣壓下電源功率大時(shí)，放電具有明亮持續(xù)的細(xì)通道。 火花放電(閃電)大氣壓下。 電源功率小時(shí)間隙被間歇性破壞，放電

4、通道細(xì)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(chǎng)，在高電場(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)下的氣體破壞的發(fā)展過程1.3不均勻電場(chǎng)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(yùn)動(dòng)(1)自由行程長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)引起的碰撞(2) 帶電粒子的移動(dòng)度向電場(chǎng)方向漂移的(3)擴(kuò)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(zhǎng)，1 )帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)模式第1節(jié)帶電粒子的產(chǎn)生和消失，2 )自由行程長(zhǎng)和平均自由行程長(zhǎng)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(zhǎng)由于自由程長(zhǎng)為隨機(jī)值且具有方差性，因此導(dǎo)入了平均值的概念。 平均自由行程長(zhǎng)度：?jiǎn)挝恍谐讨械呐鲎泊螖?shù)z的倒數(shù)為該粒子的平均自由行程長(zhǎng)度。第一節(jié)帶電粒子的產(chǎn)生和消失、粒子的自由行程達(dá)到某一距離x以上的概率是：粒子的平均自由行程長(zhǎng)度令x=，粒子的實(shí)際自由行程長(zhǎng)度達(dá)到平均自由行程長(zhǎng)度以上的概率是36.8%。 由氣體動(dòng)力學(xué)可知，在電子的平均自由行程長(zhǎng)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(zhǎng)度的級(jí)別為10-5cm 3 ) 定性分析結(jié)論：電子的平

6、均自由程長(zhǎng)遠(yuǎn)大于離子，電子的質(zhì)量遠(yuǎn)小于離子：電子更容易加速，電子遷移率遠(yuǎn)大于離子。 第一節(jié)帶電粒子的產(chǎn)生和消失；(3)擴(kuò)散1 )擴(kuò)散的定義：熱運(yùn)動(dòng)中粒子從濃度大的區(qū)域向濃度小的區(qū)域移動(dòng)，使分布均勻化的過程稱為擴(kuò)散。 2 )定性分析：氣壓越低，溫度越高，擴(kuò)散越快。 結(jié)論：由于電子熱運(yùn)動(dòng)速度大、自由程長(zhǎng)大，其擴(kuò)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(gè)或幾個(gè)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(hào)帶電粒子變成復(fù)合中性粒子放出光子的激發(fā)狀態(tài)分子恢復(fù)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(chǎng)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(shí)，將動(dòng)能傳遞給后者，如果動(dòng)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(shí)，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(chǎng)強(qiáng)度e，當(dāng)氣體中的電場(chǎng)強(qiáng)度增大時(shí)，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(qiáng)度就會(huì)增大。第一節(jié)帶電粒子的產(chǎn)生和消失，要素：外電場(chǎng)的強(qiáng)弱能的積蓄(移動(dòng)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(qiáng)場(chǎng)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(fù)離子的可能性。 產(chǎn)生負(fù)離子的作用負(fù)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(fù)性氣體氧/氟/氯等SF6、1.1.4負(fù)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(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行取向運(yùn)動(dòng)，若到達(dá)電極，則有時(shí)在電極上消失而形成的帶電粒子通過擴(kuò)散逃逸到氣體放電空間復(fù)合：當(dāng)氣體中具有異號(hào)電荷的粒子相遇時(shí)，可能會(huì)發(fā)生電荷傳遞和中和現(xiàn)象。 電離的反過程復(fù)合過程必須阻礙放電的發(fā)展，但在某些條件下復(fù)合時(shí)的光輻射會(huì)使放電的發(fā)展惡化。 放電中的復(fù)合大部分是正、負(fù)離子之間的復(fù)合，參加復(fù)合的電子大部分先形成負(fù)離子再與正離子復(fù)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(duì)基本矛盾，氣體放電的發(fā)展和結(jié)束取決于這兩個(gè)過程中的哪一個(gè)占主導(dǎo)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(chǎng)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(yùn)動(dòng)，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(chǎng)中的氣體破壞的發(fā)展過程、1、非自保持放電和自保持