河南理工大学高电压技术复习总结样本

高电压技术

电介质(dielectric):

----在电场中能产生极化的物质, 指一般条件下导电性能极差、在电力系统用作绝缘的材料。

----极化是指物质中电荷分离形成偶极子的过程

电介质的极化、电导和损耗

1 极化: 在外加电场的作用下, 电介质中的正、负电荷沿电场方向作有限位移或转向, 形成偶极矩子

2. 电介质的极化种类

Electronic polarization电子位移极化

特点: 存在于一切电介质, 极化所需时间短, 不随频率变化; 极化具有弹性, 不损耗能量。

Ionic polarization. 离子位移极化

特点: 存在于离子结构电介质中, 极化所需时间也很短; 极化具有弹性, 有极微量能量损耗; 随温度升高而增大。

Orientation polarization 转向极化( 偶极子极化)

出现外电场后偶极子沿电场方向转动, 作较有规则的排列, 因而显出极性, 这种极化称为偶极子极化或转向极化。

特点: 存在于极性电介质中, 极化所需时间较长, 与电源频率有很大关系; 极化消耗能量, 温度过高或过低, 都会减小.

空间电荷极化(夹层极化 Interface polarization)

特点: 存在于复合介质、不均匀介质中; 极化过程很缓慢 , 只在直流和低频交流下表现出来; 极化伴随着能量损耗

2.电介质电导与金属电导的区别

带电质点: 电介质中为 ionic conduction( 固有及杂质离子) ; 金属中为electronic conduction

数量级: 电介质的γ小, 泄漏电流小; 金属的电导电流很大

电导电流影响因素: 电介质中由离子数目决定, 对所含杂质、温度很敏感; 金属中主要由外加电压决定, 杂质、温度不是主要因素

3电介质的电阻率具有负的温度系数; 金属的电阻率具有正的温度系数。

4电介质的损耗(dielectric loss):任何电介质在电场作用下都有能量损耗, 包括由电导引起的损耗和由某些极化过程引起的损耗。电介质的能量损耗简称介质损耗。

5介质损耗角δ 为功率因数角φ 的余角, 其正切tgδ 又可称为介质损耗因数, 常见百分数( %) 来表示。

tgδ的增大, 意味着介质绝缘性能变差, 实践中常经过测量tgδ来判断设备绝缘的好坏。

▲一切电介质的电气强度都是有限的, 超过某种限度, 电介质就会丧失其原有的绝缘性能, 甚至演变成导体。

6在电场的作用下, 电介质中出现的电气现象: 1在弱电场下, 主要有极化、电导、介质损耗等2. 在强电场下, 主要有放电、闪络、击穿等

气体放电的物理过程

1.电离—原子在外界因素作用下, 使其一个或几个电子脱离原子核的束缚而形成自由电子和正离子的过程

2电离能—电离过程所需要的能量称为电离能 , 也可用电离电位反映。

3气体中带电粒子的产生与消失

带电粒子的产生(电离过程)

1.碰撞电离: 气体介质中粒子相撞, 撞击粒子传给被撞粒子能量, 使其电离

条件: ⑴撞击粒子的总能量＞被撞粒子的电离能

⑵一定的相互作用的时间和条件, 经过复杂的电磁力的相互作用达到两粒子间能量转换

2.光电离: 在光照射下, 将光子能量传给粒子, 游离出自由电子。由光电离而产生的自由电子称为光电子必要条件: 光子的能量大于气体粒子的电离能。

3.热电离是热状态下碰撞电离和光电离的综合

Ｔ↑→分子动能↑→碰撞电离

Ｔ↑→热辐射光子的能量、数量↑→光电离

温度超过10000K时( 如电弧放电) 热电离较强,

在温度达到 0K左右, 几乎全部空气分子都已经处于热电离状态。

4.电极表面电离:

气体中的电子也可从金属电极表面游离出来。

游离需要能量, 称金属的逸出功, 小于气体分子的电离能

表明金属表面电离比气体空间电离更易发生

随着外加能量形式的不同, 阴极的表面电离可在下列情况下发生:

⑴正离子撞击阴极表面

⑵光电子发射: 高能辐射线照射电极表面

⑶热电子发射: 金属电极加热

⑷强场发射: 电极表面附近存在强电场

5.负离子的形成: 中性分子或原子与电子相结合, 形成负离子( 附着)

附着过程中放出能量( 亲合能Ｅ) －电负性气体Ｅ大,易形成负离子－强电负性气体, 如SF6

负离子的形成使自由电子数减少, 对气体放电的发展起抑制作用

带电粒子的消失( 去电离、消电离)

1中和在电场作用下作定向运动, 消失于电极而形成外电路中的电流 (迁移率)

2. 扩散－因扩散而逸出气体放电空间( 热运动)

3. 复合－带有异号电荷的粒子相遇, 发生电荷的传递、中和而还原为中性粒子的过程

( 多为负离子与正离子复合, 而碰撞电离多为电子碰撞粒子产生)

2.2 气体放电过程及电子崩的形成

1电子崩的形成: 外界电离因子在阴极附近产生了一个初始电子, 如果空间电

场强度足够大, 该电子在向阳极运动时就会引起碰撞电离, 产生一个新的电子, 初始电子和新电子继续向阳极运动, 又会引起新的碰撞电离, 产生更多电子。依此, 电子将按照几何级数不断增多, 类似雪崩似地发展, 这种急剧增大的空间

电子流被称为电子崩。

结论: 由于碰撞电离引起电子崩过程, 导致气隙中电子数迅速增加。

2 非自持放电: 必须依靠外界电离因素的作用提供自由电子作为电子崩的初始电子, 一旦外界电离因素停止发生作用, 则放电中止

3 自持放电: 撤除外界电离因素后, 能仅由电场的作用而维持的放电

4均匀电场自持放电条件为:

5气体放电的流注理论

Pd>>26.66kPa·cm( 200mmHg·cm) 时, 一些无法用汤逊理论解释的现象:

(1).放电外形: 在大气压下放电不再是辉光放电, 而是火花通道

(2). 放电时间: 放电时间短于正离子在通道中到达阴极的行程时间

(3). 阴极材料的影响: 阴极材料对放电电压影响不大

●流注的特点—电离强度很大传播速度很快导电性能良好

形成流注后, 放电就能够由本身产生的空间光电离自行维持, 即转为自持放电, 形成流注的条件( 即自持放电条件)

流注理论和汤逊理论比较:

1. 汤逊理论适用于低气压、短气隙的情况( pd<26.66kPa·cm)

2. 流注理论适用于高气压、长气隙的情况( pd>>26.66kPa·cm)