1-现代高电压技术概论-现状与展望
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现代高电压技术
现状与展望
1 高电压技术发展现状
当前国内外高电压和绝缘技术基础 研究的现状和发展趋势以及主要的 研究课题
1.1 前言
高电压是个相对的概念,是针对某种极端条件
下的电磁现象而言,并不意味着在电压数值上 具有某一确定的划分界限。它的存在完全依 赖于电介质及其系统,因此高电压和绝缘是一 个不可分割的整体。高电压和绝缘技术的基 本任务是研究高电压的获得和高电压(电场) 下电介质及其系统的行为和应用。
高电压和绝缘技术的基础和应用 基础性研究内容
(l)气体放电(含雷电)基本理论;
(2)电晕(含局部)放电, (3)电弧(含真空)放电;
(4)界面放电;
(5)固体介质击穿理论;
(6)冲击波的传播过程。
Baidu Nhomakorabea
1.2 国内外现状和发展趋势
高压实验室
气体介质： 固体介质：高分子聚合物
1.3 主要研究领域-气体放电(含雷电)基本理论
气体放电(含雷电)基本理论
在上世纪初诞生Townsend气体放电理论之前就已经建立了 帕刑定律(1889年),为Townsend理沦准备了实验依据。 Townsend 理论仍具有明显的不足。 时隔30年,在总结了Townsend理论的不足并经过大量的实验 和雷电观测的基础上由H.Raether等人于40年代初首先提出 一种近似理论—streamer理论。 两种理论描述的是同一物理现象,但是有不同的表达形式和适 用范围,这说明或许能建立一种更完善的气体放电理论,它在 某种特定条件下,可简化为Townsend理论,而在另一种条件下 ,则可表现为Streamer理论。长期以来,对这一放电理论的研 究虽然已积累了大量的数据,但在理论上进展甚微。今后仍为 这一领域的前沿性课题。
(2)理论性强。由于放电和击穿是发生在非限定空间
的一种导电现象,其内在规律无法从“路”的观点来 描述,只能从易受多种因素制约的“场”的理论出发 ,由于过程复杂,致使表征其内在规律的理论基础至 今尚不成熟,而且带电粒子的行为与物质性质和状态 关系密切,这就更增加了理论探讨的难度。所以,长 期以来理论研究一直沿着从宏观—半微观—微观的 方向逐步深化。因此,不可避免地和电磁场理论、气 体动力学、基础热力学、电介质物理、等离子体物 理、电磁流体力学、统计物理等具有十分密切的联 系。
高电压技术的发展走过了从现象观测—实验研究—理 论探讨的漫长道路,概括起来具有以下几个主要特点:
(1)实验性强。实验和分析表明,影响电介质在
高电压下行为的因素甚多。因此,根据特定条 件所得出的理论,通常具有较大的局限性。为 了获得具有普遍意义的结果,需要从大量的实 验结果中抽取出反映本质的因素。缺少这个 由浅入深,由表及里的研究过程,基础理论的水 平难以提高。从这个意义上说,实验的重要性 在本学科的发展中是至关重要的。
高电压技术的理论基础
气体放电的形式和特性除介质本身性质外,还与外加
电压的种类(交流、直流、冲击)和参数以及非限定 空间的状态(包括电极状况)和环境条件(压力、温度 、湿度、杂质)等有着十分密切的依赖关系。经过世 人长期的探索,在阐明气体放电宏观特性和微观机理 的关系方面主要提出了Townsend和Streamer两种 近似理论。上世纪中叶以来,在推进和发展这两种放 电理论的研究中遇到了较大的困难,至今进展甚微, 仍然是今后高电压技术领域十分重要的前沿性基础 课题。
高电压技术的研究范围
(2)如何得知由于随机干扰因素(电磁能量转换,雷击等)引起的
非正常过电压的特性和变化规律以便采取对策。通常,该值比 正常值高几倍甚至更高,对运行中的电力设备构成致命的威胁 ,严重时可一导致放电或击穿,造成停电和设备损坏。 从电力建设上看,提高输电电压,输变电设备绝缘部分占总造 价的比重也相应提高,为了降低造价,需要将可能出现的过电 压峰值,所采取的过电压限制措施的能力和绝缘所能承受的能 力三者恰当地配合,为此必须依赖高电压和绝缘技术的基础知 识。由此可见,高电压与绝缘技术在电力工业和新兴科学技术 中占有十分重要的地位。
人类对高电压现象的关注已有悠久的历史,但作为一
门独立的科学分支是本世纪初逐渐形成的。40年代 以后,由于电力系统输送容量的扩大,电压水平的增 高以及原子物理、技术物理等学科的进步,高电压和 绝缘技术加快了发展速度。60年代以来,受特高压、 超高压输电和新兴科学技术发展的推动,进展更加迅 速。到近代,已冲出了原有的传统范围,丰富了研究 内容,生长出许多新的分支,扩大了应用领域,现已成 为电工学科的一个重要组成部分。尽管如此,由于高 电压现象物理本质的复杂性,至今许多理论尚不成熟 。因此,在理论探讨方面,仍然是世人瞩目的课题。
高电压技术的理论基础
电介质的放电和击穿理论及其相关理论。电介质按其状态分
为气、固、液三种。前两种在高电压绝缘技术中占绝大部分 。 不同状态的介质在高电压(电场)作用下具有不同的行为和表 现。对于气态介质,由于气体放电通常是在非限定空间进行, 强电场解除后,放电通道随即消失,基本不留痕迹,介电性质可 迅速恢复;固体介质的击穿路径是随机的,事先无法预计,击穿 后介质上留下永久性痕迹,介电性质不再恢复;液体介质的特 性介于气体和固体之间,击穿之后通道路径是非永久性的,在 一定限度内介电性质可以恢复但速度较气体介质为慢。
(3)交叉性强。在吸收其他新兴学科的最新成
就促进自身不断发展的同时,高电压技术也在 不断地向其他学科渗透并成为开拓新兴科学 技术不可缺少的理论和技术基础,高功率脉冲 技术的出现就是个突出的实例。
高电压技术的研究范围
(1)根据需要如何人为地获得预期的高电压。
在电力系统中,几十万伏以上的高电压是电能 大容量、远距离经济输送不可缺少的技术条 件,而绝缘和按一定要求组成的绝缘系统(通常 称为绝缘结构)是支撑高电压的基础,其可靠性 在很大程度上决定了整个电力系统的经济性 。在新兴科学技术中,对高电压的具体要求更 加苛刻。因此,它是高电压技术中的核心研究 内容。
现状与展望
1 高电压技术发展现状
当前国内外高电压和绝缘技术基础 研究的现状和发展趋势以及主要的 研究课题
1.1 前言
高电压是个相对的概念,是针对某种极端条件
下的电磁现象而言,并不意味着在电压数值上 具有某一确定的划分界限。它的存在完全依 赖于电介质及其系统,因此高电压和绝缘是一 个不可分割的整体。高电压和绝缘技术的基 本任务是研究高电压的获得和高电压(电场) 下电介质及其系统的行为和应用。
高电压和绝缘技术的基础和应用 基础性研究内容
(l)气体放电(含雷电)基本理论;
(2)电晕(含局部)放电, (3)电弧(含真空)放电;
(4)界面放电;
(5)固体介质击穿理论;
(6)冲击波的传播过程。
Baidu Nhomakorabea
1.2 国内外现状和发展趋势
高压实验室
气体介质： 固体介质：高分子聚合物
1.3 主要研究领域-气体放电(含雷电)基本理论
气体放电(含雷电)基本理论
在上世纪初诞生Townsend气体放电理论之前就已经建立了 帕刑定律(1889年),为Townsend理沦准备了实验依据。 Townsend 理论仍具有明显的不足。 时隔30年,在总结了Townsend理论的不足并经过大量的实验 和雷电观测的基础上由H.Raether等人于40年代初首先提出 一种近似理论—streamer理论。 两种理论描述的是同一物理现象,但是有不同的表达形式和适 用范围,这说明或许能建立一种更完善的气体放电理论,它在 某种特定条件下,可简化为Townsend理论,而在另一种条件下 ,则可表现为Streamer理论。长期以来,对这一放电理论的研 究虽然已积累了大量的数据,但在理论上进展甚微。今后仍为 这一领域的前沿性课题。
(2)理论性强。由于放电和击穿是发生在非限定空间
的一种导电现象,其内在规律无法从“路”的观点来 描述,只能从易受多种因素制约的“场”的理论出发 ,由于过程复杂,致使表征其内在规律的理论基础至 今尚不成熟,而且带电粒子的行为与物质性质和状态 关系密切,这就更增加了理论探讨的难度。所以,长 期以来理论研究一直沿着从宏观—半微观—微观的 方向逐步深化。因此,不可避免地和电磁场理论、气 体动力学、基础热力学、电介质物理、等离子体物 理、电磁流体力学、统计物理等具有十分密切的联 系。
高电压技术的发展走过了从现象观测—实验研究—理 论探讨的漫长道路,概括起来具有以下几个主要特点:
(1)实验性强。实验和分析表明,影响电介质在
高电压下行为的因素甚多。因此,根据特定条 件所得出的理论,通常具有较大的局限性。为 了获得具有普遍意义的结果,需要从大量的实 验结果中抽取出反映本质的因素。缺少这个 由浅入深,由表及里的研究过程,基础理论的水 平难以提高。从这个意义上说,实验的重要性 在本学科的发展中是至关重要的。
高电压技术的理论基础
气体放电的形式和特性除介质本身性质外,还与外加
电压的种类(交流、直流、冲击)和参数以及非限定 空间的状态(包括电极状况)和环境条件(压力、温度 、湿度、杂质)等有着十分密切的依赖关系。经过世 人长期的探索,在阐明气体放电宏观特性和微观机理 的关系方面主要提出了Townsend和Streamer两种 近似理论。上世纪中叶以来,在推进和发展这两种放 电理论的研究中遇到了较大的困难,至今进展甚微, 仍然是今后高电压技术领域十分重要的前沿性基础 课题。
高电压技术的研究范围
(2)如何得知由于随机干扰因素(电磁能量转换,雷击等)引起的
非正常过电压的特性和变化规律以便采取对策。通常,该值比 正常值高几倍甚至更高,对运行中的电力设备构成致命的威胁 ,严重时可一导致放电或击穿,造成停电和设备损坏。 从电力建设上看,提高输电电压,输变电设备绝缘部分占总造 价的比重也相应提高,为了降低造价,需要将可能出现的过电 压峰值,所采取的过电压限制措施的能力和绝缘所能承受的能 力三者恰当地配合,为此必须依赖高电压和绝缘技术的基础知 识。由此可见,高电压与绝缘技术在电力工业和新兴科学技术 中占有十分重要的地位。
人类对高电压现象的关注已有悠久的历史,但作为一
门独立的科学分支是本世纪初逐渐形成的。40年代 以后,由于电力系统输送容量的扩大,电压水平的增 高以及原子物理、技术物理等学科的进步,高电压和 绝缘技术加快了发展速度。60年代以来,受特高压、 超高压输电和新兴科学技术发展的推动,进展更加迅 速。到近代,已冲出了原有的传统范围,丰富了研究 内容,生长出许多新的分支,扩大了应用领域,现已成 为电工学科的一个重要组成部分。尽管如此,由于高 电压现象物理本质的复杂性,至今许多理论尚不成熟 。因此,在理论探讨方面,仍然是世人瞩目的课题。
高电压技术的理论基础
电介质的放电和击穿理论及其相关理论。电介质按其状态分
为气、固、液三种。前两种在高电压绝缘技术中占绝大部分 。 不同状态的介质在高电压(电场)作用下具有不同的行为和表 现。对于气态介质,由于气体放电通常是在非限定空间进行, 强电场解除后,放电通道随即消失,基本不留痕迹,介电性质可 迅速恢复;固体介质的击穿路径是随机的,事先无法预计,击穿 后介质上留下永久性痕迹,介电性质不再恢复;液体介质的特 性介于气体和固体之间,击穿之后通道路径是非永久性的,在 一定限度内介电性质可以恢复但速度较气体介质为慢。
(3)交叉性强。在吸收其他新兴学科的最新成
就促进自身不断发展的同时,高电压技术也在 不断地向其他学科渗透并成为开拓新兴科学 技术不可缺少的理论和技术基础,高功率脉冲 技术的出现就是个突出的实例。
高电压技术的研究范围
(1)根据需要如何人为地获得预期的高电压。
在电力系统中,几十万伏以上的高电压是电能 大容量、远距离经济输送不可缺少的技术条 件,而绝缘和按一定要求组成的绝缘系统(通常 称为绝缘结构)是支撑高电压的基础,其可靠性 在很大程度上决定了整个电力系统的经济性 。在新兴科学技术中,对高电压的具体要求更 加苛刻。因此,它是高电压技术中的核心研究 内容。