高电压技术前言及第一章讲
长沙理工大学《高电压技术》讲稿
高电压技术讲稿长沙理工大学电气与信息工程学院教师：第一章 气体电介质的绝缘特性(4学时)1．1气体中带电粒子的产生和消失 1.1.1 气体电介质中带电粒子的产生气体中的原子通常处于正常状态，原子在外界因素（强电场，高温等）的作用下，吸收外界能量使其内部能量增加，其电子可由低能级跃迁到能级较高的轨道运行，这个过程称为原子激励。
此时原子的状态称为激发态。
此时的电子还未摆脱原子核的束缚。
激励过程所需能量称为激励能。
气体原子的电离可由下列因素引起：①电子或正离子与气体分子的碰撞；②各种光辐射；③高温下气体中的热能。
强电场根据不同的电离因素，电离有以下几种形式： 碰撞电离当具有足够能量的带电粒子与中性气体分子碰撞时，就可能使气体分子产生电离。
这种由碰撞而引起的电离称为碰撞电离。
电子从电场中获得的能量为：λEq mv W ==221 （1－1） 式中：m ——电子的质量；v ——电子的速度； E ——电场强度； q ——电子的电量；λ——电子的平均自由行程。
当电子的动能大于或等于气体分子的电离能时，就有可能因碰撞引起电离，因此产生电离的条件为：i W Eq ≥λ （1－2）式中： W i ——气体分子的电离能。
（1） 光电离由光辐射引起的气体原子的电离称为光电离。
光辐射的能量与波长有关，波长越短能量越大。
光辐射的能量为：νh W = （1－3）式中：h ――普朗克常数，h ＝6.62³10-27尔格²秒。
ν――光子频率。
当气体分子受到光辐射作用时，如果光的能量大于气体原子的电离能，就有可能引起光电离。
因此产生光电离的条件为：i W hv ≥ （1－4）由光电离产生的自由电子称为光电子。
光电离在气体中起着很重要的作用。
对所有气体，在可见光作用下，一般不能直接发生光电离。
（2） 热电离因气体热状态引起的电离过程，称为热电离。
在常温下，气体质点的热运动所具有的平均动能远低于气体的电离能，因此不产生热电离。
高电压技术第一章-PPT课件
第一章 电介质的极化、电导和损耗
夹层式极化:使夹层电介质分界面上出现电 荷积聚的过程。由于夹层极化中有吸收电 荷，故夹层极化相当于增大了整个电介质 的等值电容。 夹层式极化的特点：极化过程缓慢;是非弹 性的;只有在直流电压下或低频电压作用下 ，极化才能呈现出来，有能量损耗。
第一章 电介质的极化、电导和损耗
第一章 电介质的极化、电导和损耗
第一章 电介质的 极化、 电导和损耗
• 要求
熟悉电介质在电场作用下的极化、电 导和损耗等物理现象，以及它们在工程上 的合理应用。
第一章 电介质的极化、电导和损耗
知识点 ● 电介质的极化、电导和损耗的概念 ● 各类电介质的极化、电导和损耗的特 点 ● 相对介电常数εr ● 电介质的等值电路 ● 介质损失角正切tanδ ● 电介质极化、电导和损耗在工程上的 意义
定义：无外电场时对外不显电性。外电场 作用下由于电子发生相对位移而发生极 化。 特点：极化过程时间极短，约10-14～10-15 s ；极化是弹性的，无能量损耗；与电源 频率、温度无关。
第一章 电介质的极化、电导和损耗
图1－2 离子式极化示意图
定义：发生于离子结构的电介质中。正常 对外不呈现极性，在外电场作用下正、 负离子偏移其平衡位置，使介质内正、 负离子的作用中心分离，介质对外呈现 极性。 特点：时间极短，约10-12～10-13s；极化是 弹性的，无能量损耗；极化程度与电源 频率无关，随温度升高而略有增加。
第一章 电介质的极化、电导和损耗
相对介电常数εr
它是表征电介质在电场作用下极化程度 的物理量
εr的值由电介质的材料 决定，并且与温度、频 率等因素有关。
第一章 电介质的极化、电导和损耗
第一章 电介质的极化、电导和损耗
(2021)高电压技术第一章概要正式版PPT资料
第一章 气体的放电基本物理过程和电气强度
主要内容：
第一节 汤逊理论和流注理论 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
第一节 汤逊理论和流注理论
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
dK
Ｋ＝10.5( SF 6 )—电子崩中电子的临界值取对数
第二节不均匀电场中的放电过程
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
Dd
稍均匀 (d<=2D时) 极不均匀 (d>4D时)
一. 稍不均匀电场
当d<=2D时，稍不均匀，电晕放电不稳定，一旦出现， 气隙立即被击穿。f<2
α系数—电子崩过程（α过程） β系数—离子崩过程（β过程） γ系数—离子崩达到阴极后引起阴极发射二次电子的过程
（γ过程）
二、汤逊理论
3.均匀场中电子崩的计算
dnndxdndx
n
n ed -α过程电子崩的电子 ed 1 -β过程中产生的离子崩中的正离子数
ed1 -γ过程又在阴极上释放出二次电子数
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时I很小，需外电离因素才能维持，称其为非自持放电阶段
一、非自持放电和自持放电
2、自持放电区 当U> U0 时,电流剧增,此时气隙中电流过程只靠外施电压
高电压技术第一章课件.ppt
电子崩的二次电子
崩不断汇入初崩通
道的过程称为流注。
流注条件
• 流注的特点是电离强度很大和传播速度很快， 出现流注后，放电便获得独立继续发展的能 力，而不再依赖外界电离因子的作用，可见 这时出现流注的条件也就是自持放电的条件。
• 流注时初崩头部的空间电荷必须达到某一个临界 值。对均匀电场来说，自持放电条件为：
n
n0
e
dx
0
n n0ed
• 途中新增加的电子数或正离子数应为：
n na n0 n0 (ed 1)
• 将等号两侧乘以电子的电荷qe ，即得 电流关系式：：
I I0ed I0 n0qe
一旦除去外界电离因子?
(三)自持放电与非自持放电
在I-U曲线的BC段 一旦去除外电离因素，
气隙中电流将消失。 外施电压小于U0时 的放电是 非自持放 电。
• 复合可能发生在电子和正离子之间，称 为电子复合，其结果是产生一个中性分 子；
• 复合也可能发生在正离子和负离子之间， 称为离子复合，其结果是产生两个中性 分子。
气体放电的基本理论
• 汤逊理论 • 流注理论 • 巴申定律
一 汤逊气体放电理论
1. 电子崩
• 电子崩的形成过程 • 碰撞电离和电子崩引起的电流 • 碰撞电离系数
一、带电粒子在气体中的运动
（一）自由行程长度
气体中存在电场时， 粒子进行 热运动和 沿电场定向运动
• 各种粒子在气体中运动时 不断地互相碰撞，任一粒 子在1cm的行程中所遭遇 的碰撞次数与气体分子的 半径和密度有关。
• 单位行程中的碰撞次数Z 的倒数λ
–即为该粒子的平均自由行 程长度。
二、带电粒子的产生
高电压技术——第一讲绪论
我国输电技术的发展
330
500
1974 1981
750 2005
1000 2008
电压等级 出现年份
220 1926
世界输电技术的发展
380
500
1952 1959
750 1965
1150 1985
装机容量 输电电压
三峡水电站 18.2 GW 500kV；±500kV
巴西伊泰普水电站 12.6 GW
课程性质和要求：
高电压技术是电气工程专业的一门主要专业课，
也是一门理论性很强的专业课程，也是从事电力相
关领域的基础学科。
本课程主要目的和任务是培养学生掌握学习相
关知识的方法、了解并掌握高电压技术的基础知识，
为以后从事电力专业及相关强电领域的工作打好基
础。
第一章 绪论
1.1高压输电的必要性 1.2我国电力工业的发展 1.3电力工业对高电压技术发展的促进作用 1.4新材料和新技术在高电压技术中的应用
当输电距离超过 等价距离时直流 输电更经济
直流输电系统中 的绝缘技术和过电压防 护技术不同于交流输电 系统，所以高压直流输 电的发展对高电压技术 的进步是有促进作用的。
1.4 新材料和新技术在高电压技术中的应用
新材料的应用
阀式避雷器（碳化硅） → 金属氧化物避雷器（氧化锌） 粘性浸渍的油纸电缆、充油电缆→交联聚乙烯电缆
装机容量 ：电力系统的总装机容量是指该系统 实际安装的发电机组额定有功功率的总和。
是1949年的238 倍，位居世界第 二位。
我国是世界人 口第一大国，尽管我 国电力工业发展如此 迅速，但人均装机容 量仅为0.34 kW，只有 美国人均装机容量的 1/10左右。
高电压技术 第一章讲义
绪论高电压技术的产生和发展：•有关高电压的几个著名试验•1752年6月：富兰克林&风筝•1895年11月：伦琴&X射线•1919年：E.卢瑟福&元素的人工转变（a射线轰击氮原子）1945年威克斯勒尔和麦克米伦，电子回旋加速器等•1931年：范德格拉夫起电机（1000万伏）直到20世纪初高电压技术才逐渐成为一个独立的科学分支。
当时的高电压技术，主要是为了解决高压输电中的绝缘问题。
因此，可以这样说高电压与绝缘技术是随着高电压远距离输电和高电压设备的需要而发展起来的一门电力科学技术。
高电压技术：电力系统中涉及过电压、耐压、绝缘等问题的技术。
如：▲雷击变电所、发电厂的过电压及防护措施▲绝缘材料的研制▲合闸分闸空载运行以及短路引起的过电压▲电气设备的耐压试验一、研究意义研究意义：如何将电能大容量、远距离、低损耗地输送，提高电力系统运行的经济效益，防止过电压，提高耐压水平，保持电网运行的安全可靠性。
二．研究内容：1. 提高绝缘能力电压等级提高，需要相应的高压电气设备，要对各类绝缘电介质的特性及其放电机理进行研究，其中气体放电机理是基础。
电介质理论研究——介质特性放电过程研究——放电机理高电压试验技术——高压产生、测量、检验，分预防性和破坏性2. 降低过电压雷击或操作→暂态过程→产生高电压→绝缘破坏→故障→防止破坏→恢复研究过电压的形成及防止措施高电压种类：大气过电压内部过电压——操作过电压，暂时过电压3. 绝缘配合使作用电压的数值、保护电器的特性和绝缘的电气特性之间相互协调以保证电气装置的可靠运行与高度经济性。
三．学习要求与电工及物理的基础理论，如电介质理论、电磁场理论、电路中的瞬变理论相关。
内容涉及面广，经验公式多，文字叙述多，试验数据、图表多，实践性强第一章电介质的极化、电导和损耗§ 1 — 1 电介质的极化一、电介质简介定义：电介质是指．通常条件下导电性能极差的物质，云母、变压器油等都是介质. 电介质中正负电荷束缚得很紧，内部可自由移动的电荷极少，因此导电性能差。
高电压技术第一章 教案(1)
课题2014年 3 月 15日第 1 节绪论简介什么是高电压技术第一章气体电解质的电气强度1.1 气体中带点质的产生与消失教案目的：1.让学生知道开设高电压技术这门课程的目的，以及本门课程的主要内容及学习方法；2.气体中带电粒子的产生及其迁移率和扩散，正离子和负离子的产生和消失。
重点及难点：重点：1.高电压技术这门课程与实际生活的联系；2.主要从哪几个方面对本门课程进行研究；3.电介质概念的引入及其分类；4.气体中带点质点的产生与消失。
难点：气体中带点质点产生与消失的方式。
教案内容及步骤（时间分配）：组织教案：师生问候、填写日志、点名。
（5分钟）绪论一、导入新课：从生活实际入手，以南方电网近几年出现的事故为例，借助线路输送容量、电压损耗和功率损耗公式说明高电压输电的优势，从而给出高压电技术的概念。
(5)二、讲授新课（15）1.分析输送容量、电压损耗和功率损耗公式，进而引出高电压输电的优势输送容量公式：，Z—线路波阻抗。
架空线路波阻抗：数百欧姆；电缆线路波阻抗：几十欧姆。
电压损耗公式：功率损耗公式：2.高电压技术概念高电压技术主要研究高电压、强电场下各种电气物理问题。
研究高电压技术，目的是为了解决电力系统中过电压与绝缘这一对矛盾性的问题。
3.高电压技术等级的发展与提高●美国最早于1882年珍珠街发电厂开始发电，仅用于照明。
●从十九世纪末到二十世纪五十年代，电压直线上升。
●从二十世纪六十年代以后，电压上升幅度加大。
●采用750KV电压等级的有美、苏、日、德、英、法、加、意、中等国家。
●二十世纪七十年代就有1500-2000KV线路和变电所的初步设计，APE（美国电力公司）和ASEA（瑞典通用电力公司）联合对2000KV进行了实验，技术上没有问题。
电力系统的大容量和远距离传输、促使电压等级不断提高。
100年来世界上的输电电压提高了100倍，在高电压输电行业中，习惯上称：●低压：35KV以下●高压：35KV-100KV●超高压：100KV-1000KV●特高压：1000KV以上✧普通高压和超高压划分的依据是电晕，超高压和特高压划分的依据是电能4．高电压技术的研究对象电力系统运行过程中经常会导致比工作电压高得多的电压产生，如：自然界的雷击、电力系统本身操作所产生的操作过电压等。
《高电第1章》课件
间接测量法
通过测量与高电压相关的其他 物理量，如电流、电容、电感 等，再换算出电压值。
分压器法
使用电阻分压器将高电压降低 到可测量的范围，再通过测量 电阻上的电压来推算出高电压 。
光学测量法
利用光学原理，如光电效应、 光纤传输等，实现高电压的非
接触测量。
高电压的试验设备与技术
高电压发生器
用于产生高电压的设备，根据不同需求选择 合适的类型和规格。
高电压传输的安全措施
为了确保高电压传输的安全，需要采取一系列安全措施，如保持安全距离、加强绝缘、安 装避雷设施等。这些措施可以有效降低高电压对周围环境和人员的影响。
高电压的绝缘材料与绝缘技术
高电压的绝缘材料
高电压的绝缘材料需要具备较高的电气强度和耐老化性能等特点。常用的绝缘材 料包括陶瓷、橡胶、塑料等。这些材料在高电压环境下能够保持较好的绝缘性能 ，是高电压设备中必不可少的组成部分。
04
高电压技术涉及高电压的产生 、传输、控制和应用，具有高 能、高压、强电场等特点。
高电压的应用领域
应用领域 高电压技术在电力、能源、交通、国 防等领域有广泛应用，如高压输电、
雷电防护、脉冲功率等。
应用实例
1. 高压输电：通过高压输电线路将电 能从发电厂传输到负荷中心，减少能 量损失。
2. 雷电防护：利用高电压技术产生雷 电模拟信号，对电子设备进行测试和 保护。
指通过改变电场中的电荷分布来产生高电压，而电磁感应则是通过改变
磁场中的电流分布来产生高电压。
02
高电压产生装置
高电压产生装置通常包括静电发生器和变压器等设备。静电发生器通过
电荷分离原理产生高电压，而变压器则通过改变磁场中的电流分布来产
高电压技术复习资料讲解
1 工频高电压试验
工频高电压的产生 通常采用高压试验变压器或其串级装置来产生。
对电缆、电容器等电容量较大的被试品，可采用
串联谐振回路来获得试验用的工频高电压。
工频高压装置是高压试验室中最基本的设备，也
是产生其他类型高电压的设备基础部件。
高压试验变压器的特点 试验变压器本身应有很好的绝缘，但绝缘裕度 小，试验过程中要严格限制过电压。 试验变压器容量一般不大 外观上的特点：油箱本体不大而其高压套管又 长又大。 试验变压器与连续运行时间不长，发热较轻， 因而不需要复杂的冷却系统。 漏抗大，短路电流较小，可降低机械强度方面 的要求,节省制造费用。
静电电压表
静电电压表测交流时为其电压有效值,测带脉动的直 流时近似为其平均值。 静电电压表不能用于测量冲击电压。 静电电压表的内阻很高，在测量时几乎不会改变被测 试样上的电压 大气中工作的高压静电电压表量程上限在50250kV;SF6气体中可达500-600kV。更高的电压需配合分 压器使用
在直流高压下，局部放电较弱，不会加快有采 购绝缘材料的分解或老化变质，一定程度具有非 破坏性试验的性质。 直流电压下，绝缘内的电压分布由电导决定， 因而与交流运行电压下的电压分布不同，所以交 流电气设备的绝缘考验不如交流耐压试验那样接 近实际。
3 冲击高电压试验
研究电气设备在运行中遭受雷电过电压和操作过电 压的作用时的绝缘性能。
基本原理:并联充电，串联放电
内绝缘冲击耐压试验
电气设备内绝缘的雷电冲击耐压试验采用三次 冲击法，即对被试品施加三次正极性和三次负极 性雷电冲击试验电压。（1.2/50us全波）。 对变压器和电抗器类设备的内绝缘，还要进行 雷电冲击截波（1.2/2～/2-5us)耐压试验,其对绕 组绝缘(特别是纵绝缘)的考验往往更加严格。
高电压技术讲义
高电压技术发展趋势
智能化 智能电网和数字化转型
数据分析 大数据应用和分析
可再生能源 与可再生能源的集成
环保节能 环保与节能技术创新
高电压技术未来展望
随着电力系统的不断发展和社会需求的增加，高电压技术将继续担当重要 角色。未来的高压电网将更加智能化和可靠，支持更多可再生能源的接入， 同时也会注重环保和节能。
THANKS
感谢观看
高电压技术的重要性
能源传输和转换 发挥重要作用
推动科技进步 重要推动作用
提高电力系统效率 关键意义
提高系统稳定性 不可或缺
高电压技术的应用领域
电力输配电系统
01 主要应用领域
电力电子设备
02 广泛应用范围
高压设备
03 技术要求高
高电压技术的基本原理
电场概念
电场强度 电势差 电场线
配电系统结构
开关设备 变压器 电容器
定期维护和保养措施
定期巡检线路 清理杆塔及绝缘子
高电压输电线路技术的未来趋势
智能电网中的应用前景
01 高压输电线路智能化发展方向
城市化发展中的挑战与机遇
02 如何在城市中布设高压输电线路
可再生能源接入的创新方向
03 高压输电线路在可再生能源传输中的角色
总结
高电压输电线路技术的发展不仅涉及传统设备的优化，还需要结合新技术 的应用，以适应未来能源发展的需求。监测与维护工作的重要性不容忽视， 只有及时发现并处理问题，才能保障高压输电线路的稳定运行。
新能源领域应用前景
01 太阳能、风能、核能
智能电网发展机遇
02 智能化、信息化、互联互通
电气设备创新方向
03 节能环保、智能化设计、高效耐用
1.高电压技术前言及第一章讲稿
六. 提高气体间隙绝缘强度的方法
有两个途径: 一个是改善电场分布,使之尽量均匀; 另一个是削弱气体间隙中的游离因素.
1.
改善电场分布的措施 改变电极形状
(1).
(2).利用空间电荷对电场的畸变作用
(3).极不均匀电场中采用屏障
当屏障与棒极之间的距离约等于间隙的距离的
15%-----20%时，间隙的击穿电压提高得最多， 可达到无屏障时的2---3倍
(4).自持放电条件
a.电子的空间碰撞系数α 一个电子在电场作用下在单位行程里所发生的碰 撞游离数
b.正离子的表面游离系数γ
一个正离子到达阴极,撞击阴极表面产生游离的电 子数
自持放电条件可表达为:
(e 1) 1
综上所述，将电子磞和阴 极上的r过程作为气体自 持放电的决定因素是汤逊 理论的基础。
b.在间隙深处，正空间电荷产生的附加电场与原电 场方向相反，使放电的发展比较困难，因而击穿电 压较高。
结论： 在相同间隙下
正捧-----负板
电晕起始电压 间隙击穿电压 高
负捧-----正板
低
低
高
第四节 液体的绝缘性能
四.液体电介质的击穿特性
1.“小桥”理论(即 :“气泡”击穿理论) 变压器油的击穿主要原因,在于杂质的影响, 而杂质是水分、受潮的纤维和被游离了的 气泡等构成，它们在电场的作用下，在电 极间逐渐排列成为小桥，从而导致击穿。
真空断路器
真空电容器
(3).采用高强度气体 SF6气体属强电负性气体,容易吸附电子成为 负离子,从而削弱了游离过程.提高压力后可 相当于一般液体或固体绝缘的绝缘强度. 它是一种无色、无味、无臭、无毒、不燃的 不活泼气体，化学性能非常稳定，无腐蚀作 用。它具有优良的灭弧性能，其灭弧能力是 空气的100倍，故极适用于高压断路器中。
高电压技术讲义(超全讲解)
高电压技术总目录第1讲绪论第2讲气体放电理论(一)第3讲气体放电理论(二)第4讲气隙的击穿特性第5讲电介质电气性能(一)第6讲电介质电气性能(二)第7讲固体电介质的击穿特性第8讲液体电介质的击穿特性第9讲绝缘诊断与绝缘试验第10讲高电压试验设备第11讲波沿线路传导第12讲输电线路防雷技术第13讲防雷装置第14讲输电线路防雷技术第15讲内部过电压概论一、世界电压等级的发展与提高高压电网向特高压电网发展的历程z1875年，法国巴黎建成世界上第一座发电厂，标志着世界电力时代的到来z1891年，在德国劳芬电厂安装了世界第一台三相交流发电机：它发出的三相交流电通过第一条13.8kV输电线将电力输送到远方用电地区，使电力既用于照明，又用于动力，从而开始了高压输电的时代z1879年，中国上海公共租界点亮了第一盏电灯。
1882年，第一家电业公司—上海电气公司成立。
100多年来，输电电压由最初的13.8kV逐步发展到20，35，66，110，134，220，330，345，400，500，735，750，765，1000kV高压电网向特高压电网发展的历程z输电电压一般分高压、超高压和特高压。
高压（HV）：35~220kV；超高压（EHV）：330 ~750kV；特高压（UHV）：1000kV及以上高压直流（HVDC）：±600kV及以下特高压直流（UHVDC）：±600kV以上，包括±750kV和±800kVz1908年，美国建成了世界第一条110kV输电线路；经过15年，于1923年，第一条230kV线路投入运行；1954年建成第一条345kV线路。
从230kV电压等级到345kV电压等级经历了31年。
在345kV投运15年后，1969年建成了765kV线路高压电网向特高压电网发展的历程z1952年，瑞典建成世界上第一条380kV超高压线路z1965年，加拿大建成世界第一条735kV超高压线路z1952年，前苏联建成第一条330kV线路；1956年建成400kV 线路；1967年建成750kV线路。
高电压技术讲稿课件
PART 02
高电压产生与传输
高电压产生原理
高电压产生
高电压产生通常依赖静电感应原 理，通过电场中积累大量电荷， 产生较高电位差，从而形成高电
压。
高电压产生设备
高电压产生设备通常包括静电发生 器、高压电源等，些设备能够产生 高达数万伏甚至更高电压。
高电压产生方式
高电压产生方式多种，如电容器放 电、感应起电、摩擦起电等，同产 生方式适同应场景。
研究雷电形成机制、雷电防护技术、接技 术等，保障电力系统安全运行。
高电压技术未发展趋势
更高电压等级
随着电力需求增长，未高电 压技术将向更高电压等级发 展，如1000kV级交流 ±800kV级直流输电等。
智能化与自动化
高电压技术未将更加注重智 能化自动化应如智能传感器 、智能监测与诊断、自动化 控制等技术。
2023-2026
ONE
KEEP VIEW
高电压技术讲稿课件
REPORTING
CATALOGUE
目 录
• 高电压技术概述 • 高电压产生与传输 • 高电压设备与系统 • 高电压技术工程应 • 高电压技术挑战与解决方案 • 高电压技术前沿研究与展望
PART 01
高电压技术概述
高电压技术定与特点
总结词
PART 05
高电压技术挑战与解决方 案
高电压设备安全性挑战与解决方案
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
安全性挑战
高电压设备可能引发电击、火 灾等安全事故，员设备造成威
胁。
安全防护措施
设置安全防护装置，如防护罩 、隔离栏等，防止员接近高电 压设备。
绝缘设计
采高质量绝缘材料先进绝缘结 构设计，提高设备安全性能。
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分析：
a.由于捧极附近积聚起正空间电荷，削弱了电离， 使电晕放电难以形成，造成电晕起始电压提高。
b.由于捧极附近积聚起正空间电荷在间隙深处产生 电场加强了朝向板极的电场，有利于流注发展，故 降低了击穿电压。
(2).负棒---正板
分析：
a.捧附近正空间电荷产生附加电场加强了朝向棒端 的电场强度，容易形成自持放电，所以其电晕起 始电压较低。
tL=ts+tf
气体间隙在冲击电压作用下击穿所需全部时间：
t=t1+ts+tf 其中：ts+tf 就是放电时延tL
3. 50%冲击放电电压U50%
放电概率为50%时的冲击放电电压 p
50%
u击
u50%
50%冲击放电电压与静态放电压的比值称为绝缘的
冲击系数β
U50%
U0
4. 伏秒特性
(1) 定义
(eS 1) 1
(5)巴申定律 a.表达式:
UF f (PS )
P:气体压力 S:极间距离
b.均匀电场中几种气体的击穿电压与ps的关系
2.流注理论 (1).在ps乘积较大时,用汤逊理论无法解释的几种现象 a.击穿过程所需时间,实测值比理论值小10--100倍
b.按汤逊理论,击穿过程与阴极材料有关,然而在大气 压力下的空气隙中击穿电压与阴极材料无关.
同一波形、不同幅值的冲击电压下，间隙上出现 的电压最大值和放电时间的关系曲线
b.在间隙深处，正空间电荷产生的附加电场与原电 场方向相反，使放电的发展比较困难，因而击穿电 压较高。
结论： 在相同间隙下
电晕起始电压
正捧-----负板 高
负捧-----正板 低
间隙击穿电压
低
高
四.雷电冲击电压下气隙的击穿特性
1.标准波形
几个参数
波头时间T1：T1=(1.2 30%)μs 波长时间T2: T2=(50 20%) μs
产生热游离的条件：
K:波茨曼常数 T:绝对温度
3 2
KT
Wi
金属表面游离
电子从金属电极表面逸出来的过程 称为表面游离
(4)去游离 a.扩散 带电质点从高浓度区域向低浓度区域运动. b.复合 正离子与负离子相遇而互相中和还原成中性原子 c.附着效应 电子与原子碰撞时,电子附着原子形成负离子
二.气体放电的两个理论
三.不均匀电场中气隙的放电特性
1.电晕放电
一定电压作用下,在曲率半径小的电极附近发生局部 游离,并发出大量光辐射,有些像日月的晕光,称为电晕 放电.
电晕起始场强 电晕起始电压
开始出现电晕时电极表面的场强 开始出现电晕时的电压
电晕放电是极不均匀电场所特有的一种自持放电形式
2.极性效应 (1).正棒---负板
(2).非自持放电 去掉外界游离因素的作用后,放电随即停止
(3).自持放电 不需要外界游离因素存在,放电也能维持下去
(4).自持放电条件 a.电子的空间碰撞系数α
一个电子在电场作用下在单位行程里所发生的碰撞 游离数
b.正离子的表面游离系数γ
一个正离子到达阴极,撞击阴极表面产生游离的电子 数
自持放电条件可表达为:
第一章
气体的绝缘特性
一.气体电介质的放电特性
1.空气在强电场下放电特性
气体在正常状态下是良好的绝缘体,在一个立方厘米 体积内仅含几千个带电粒子,但在高电压下,气体从少量电 符会突然产生大量的电符,从而失去绝缘能力而发生放电 现象.
一旦电压解除后,气体电介质能自动恢复绝缘状态
输电线路以气体 作为绝缘材料
标准波形通常用符号 1.2 / 50s 表示
2.放电时延 (1).间隙击穿要满足二个条件
a.一定的电压幅值 b.一定的电压作用时间
(2).统计时延t s
通常把电压达间隙的静态击穿电压开始到间隙中出 现第一个有效电子为止所需的时间
Hale Waihona Puke (3).放电形成时延tf从第一个有效电子到间隙完成击穿所需的时间
(4).放电时延tL
21世纪电力发展特点:
更加可靠 更加开放 更加有效 更加灵活
设备可靠性随电压升高而下降 设备的体积随电压升高而增大
设备 可靠性
体积
电压
燃料电池 21世纪最有希望的能源
60年代用于宇宙飞船,21世纪将用于商业.工业
其特点: 模块式结构 无环境污染 节省水 电源可分散 价格高 1500美金/千瓦
变压器相间绝 缘以气体作为绝 缘材料
2.带电质点的产生与消失
(1) 激发 原子在外界因素作用下,其电子跃迁到能量较高的状态
(2)游离 原子在外界因素作用下,使其一个或几个电子脱离原
子核的束博而形成自由电子和正离子
(3)游离的方式 a.碰撞游离 b.光游离 c.热游离 d.金属表面游离
碰撞游离
当带电质点具有的动能积累到一定数值后，
1.汤逊放电理论. 适用条件:均匀电场,低气压,短间隙 实验装置
分析： oa段:
随着电压升高，到达 阳极的带电质点数量 和速度也随之增大
ab段：
电流不再随电压的 增大而增大 bc段：
均匀电场中气体的 伏安特性
电流又再随电压 的增大而增大
c点:电流急剧突增
(1).电子崩 在电场作用下电子从阴极向阳极推进而形成的一群电子
在与气体原子（或分子）发生碰撞时，可以使 后者产生游离，这种由碰撞而引起的游离称为 碰撞游离
引起碰撞游离的条件：
1 2
m 2
Wi
Wi ：气体原子（或分子）的游离能
光游离
由光辐射引起气体原子（或分子）的游离 称为光游离
h W 产生光游离的条件：
i
h:普朗克常数 ν:光的频率
热游离 气体在热状态下引起的游离过程称为热游离
高电压技术
张一尘主编
前言
1.为什么巨大的电能需要通过高电压输送 2.高电压技术学习内容和要求
高电压技术作为工程技术中的一门学科是因为
大功率、远距离输电
的发展而产生的
20世纪电力发展特点: 大机组 大电网 高电压
美国 单机(千瓦) 120万 电压(千伏) 800
中国 90万 500
俄国 90万 765
c.按汤逊理论,气体放电应在整个间隙中均匀连续地 发展,但在大气中击穿会出现有分枝的明亮细通道
(2).理论要点:
认为电子碰撞游离及空间光游离是维持自持放电的 主要因素,流注形成便达到了自持放电条件,它强调了 空间电符畸变电场的作用和热游离的作用.
(3)放电简单流程图:
有效电子(经碰撞游离)-----电子崩(畸变电场)----发射光子(在强电场作用下)-----产生新的电子崩 (二次崩)-----形成混质通道(流注)-----由阳极向阴 极(阳极流注)或由阴极向阳极(阴极流注)击穿.