第1章-气体的绝缘强度PPT课件

0.22kV
36V
资料
二、为什么采用高电压？
PU2 Z
电力系统输送的电能P正比于电压的平方（U2 ），反比 于系统阻抗Z，而系统阻抗Z正比于线路长度L ，所以P 正比于U2，反比于L。
所以采用高电压是大功率远距离输电的要求，要实现大功 率远距离输电唯一可行的措施就是采用高电压。作为二次 能源，输送电能要较输送一次能源经济、快捷、安全、方 便、清洁。
三、要采用高电压首先要解决的技术问题是什么？
高电压下的绝缘问题。因为在电力系统三大技 术材料（导电材料、导磁材料和绝缘材料）中 绝缘的影响力最大：
1、因为绝缘限制了设备的温升、限制了温升也就限制了 设备的容量、体积和重量；
例：用青壳纸和电缆纸作绝缘的10.5kV、10MW的发电机， 改用粉云母纸作绝缘，其他条件不变时，发电机容量就提高 到12.5MW，可见绝缘限制了设备的容量。 2、绝缘限制了设备的寿命；
3、研究手段难以具备，场地难以满足，问题的重 复性小，一次击穿后很难找到完全相同的对象， 是暂态问题。
4、思考问题的领域宽。
第一章 气体的绝缘强度
在电气设备中作为绝缘材料使用的物质称电介质， 按其物质形态，可分为：气体介质、液体介质 、 固体介质。
•在电气设备中: 外绝缘:一般由气体介质(空气)和固体介质(绝缘 子)联合构成； 内绝缘:一般由固体介质和液体介质联合构成。
二、带电粒子的消失
1、进入电极并中和电量：所有物质的电子都是相同的，但不 同物质的正离子是不同的，所以，电子可以进入电极中和 电量，而正离子是靠其能量打、拉出电子与之复合。
2、复合：正负带电粒子碰到一起重新形成中性质点的过程。 影响复合的主要因素是带电粒子之间的相对运动速度和浓 度。带电粒子在固体表面相对运动速度较慢，容易复合， 灭弧栅也利用了这一点。
气体或金属蒸 汽
H2 N2 O2 CO2 H2O 钠蒸汽（Na）
水银蒸汽 （Hg）
单位：V
激励电位
游离电位
11.2
15.4
6.1
15.6
7.9
12.5
10.0
13.7
7.6
12.7
2.09
5.12
4.89
10.39
2、气体分子本身的游离方式
按照电子获得能量的方式划分游离： 1）碰撞游离：由于碰撞引起的游离。
为什么阴雨天容易触电呢？
4、金属表面游离：
金属中的电子摆脱金属表面的位能势垒的束缚 成为自由电子的过程。其条件是电子的能量不小 于金属的逸出功。金属的逸出功要比气体的游离 能低，所以金属表面游离是气体放电起始电子的 主要来源：包括光电子发射、热电子发射、强电 场发射和二次发射。
日光灯中起始带电粒子来源于热电子发射。
3、扩散：带电粒子从浓度高的区域向浓度低的区域运动。 磁吹避雷器、空气断路器等都利用了这一点。
一、补充的基本概念 1、放电：在电场的作用下由于游离使流过电介质电流增大
的现象。
2、击穿：电介质在电场作用下丧失其绝缘性能，形 成沟通两极的放电。
3、击穿电压：使电介质失去其绝缘性能所需要的最 低、临界、外加电压。
§1.1 气体放电的基本物理过程
一、气体间隙中带电粒子的产生
结论：气体间隙中带电粒子来源于气体分子本身的游离和 金属表面游离。
1、气体分子本身游离的定义
中性质点中的电子摆 脱原子核的束缚成为 自由电子的过程就是 游离。
要游离需要吸收能量， 吸收的能量称为游离 能。
常见气体及金属蒸汽的激励电位和游离电位
内容。
六、学科特点：
1、历史短，研究不充分，理论很不完整，工程上 高电压问题不能用理论来分析，所以只能从试验 入手。
2、研究起来很困难，其所研究的问题与其他学科 完全不同。其他学科研究的是电的导通，而高压 研究的是绝缘，它所研究的是空间的问题，场的 问题，所受的影响因素（温度、湿度、气压、极 距）很多。
3、绝缘限制了电力系统的投资。
四、如何解决绝缘问题？
1、寻找和研制新型的绝缘材料； 例：由于瓷吹避雷器使作用在被保护设备上的残压降 低，使原设计额定电压为400 kV的输变电系统升压为 500 kV的系统。
2、限制作用在绝缘上的过电压。
而绝缘被破坏的最主要原因就是电力系统过电压。
五、高电压技术课程讲授的两个问题： 绝缘问题和过电压问题是本课程的两大
3）热游离：在高温（温度达104 k0）作用下发生的 游离。热游离不是一种单独的游离形式，是碰撞游 离和光游离的综合。
3、负离子的形成
能够俘获电子与之结合成一个呈现负电 性的分子称为具有电负性。例如：水分子、 SF6等。
具有电负性的分子俘获电子后，使碰撞游离的主 导因素降低，所以对放电具有抑制作用。
红球：气体分子 小绿球：电子 粉色球：正离子 红球带绿球：负离子
其条件是撞击质点的能量不小于被撞质点的游离能、并且 有足够的作用时间。
碰撞游离是气体放电中主要的带电粒子来源，电子是碰撞游 离的主导因素。
2）光游离：由于高能射线的作用产生的游离。其条 件是光子的能量不小于游离能。光游离是起始带电粒 子的主要来源。 具有分级游离的特点。
绪论
高电压技术是电工学科的一个重要分支，它主 要研究高电压、强电场下各种电气物理问题。
一、电力系统的电压等级是如何划分的、依 据是什么？
低压
高 特高压1000kV及以上(UHV) 压
超高压250~1000kV(EHV)
1kV 普通高压1~250kV（HV）
电能污染 电晕
0.4kV
电压等级划分的级差为2~3倍。
输电电压等级与输送自然功率 以220kV 输送自然功率132MW为基准
输送电压(kV) 220 330 500 765 1100 1500 输送能力比较值 1 2.23 6.55 16.74 39.24 75.30
6倍多
6倍
根据电力发展规划，在水电方面，继三峡水电站之 后，西南水电基地即将开发，金沙江上、中、下游 13个梯级电站共装机67.38GW，澜沧江中下游14个 梯级共装机28.9GW，雅砻江11个梯级共装机 24.30GW，大渡河17个梯级共装机17.72GW，将大 容量外送60GW。在火电方面，我国煤炭资源主要 分布在华北、西北地区，约占全国煤炭资源的76%。 由于采用运煤发电方式存在许多弊端，因此，需建 设坑口电厂，以远距离、大容量方式，将火电基地 的能源输送到负荷中心。