高电压技术(赵智大)1-2章总结.(DOC)

绪论

高电压技术是一门重要的专业技术基础课；

随着电力行业的发展，高压输电问题越来越得到人们的重视；

高电压、高场强下存在着一些特殊的物理现象；

高电压试验在高电压工程中起着重要的作用。

气体的绝缘特性与介质的电气强度

研究气体放电的目的：

了解气体在高电压（强电场）作用下逐步由电介质演变成导体的物理过程

掌握气体介质的电气强度及其提高方法

高压电气设备中的绝缘介质有气体、液体、固体以及其它复合介质。

气体放电是对气体中流通电流的各种形式统称。

由于空气中存在来自空间的辐射，气体会发生微弱的电离而产生少量的带电质点。正常状态下气体的电导很小，空气还是性能优良的绝缘体；

在出现大量带电质点的情况下，气体才会丧失绝缘性能。

自由行程长度

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。

()λ-

=x

e

x

P令x=λ，可见粒子实际自由行程长度大于或等于平均自由行程长度的概率是36.8%。带电粒子的迁移率

k=v/E

它表示该带电粒子单位场强（1V/m）下沿电场方向的漂移速度。

电子的质量比离子小得多，电子的平均自由行程长度比离子大得多

热运动中，粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小的区域，从而使分布均匀化，这种过程称为扩散。

电子的热运动速度大、自由行程长度大，所以其扩散速度比离子快得多。

产生带电粒子的物理过程称为电离，是气体放电的首要前提。

光电离i W h ≥νc λν=

气体中发生电离的分子数与总分子数的比值m 称为该气体的电离度。

碰撞电离

附着：当电子与气体分子碰撞时，不但有可能引起碰撞电离而产生出正离子和新电子，而且也可能会发生电子与中性分子相结合形成负离子的情况。 电子亲合能：使基态的气体原子获得一个电子形成负离子时所放出的能量，其值越大则越易形成负离子。

电负性：一个无量纲的数，其值越大表明原子在分子中吸引电子的能力越大

带电粒子的消失1到达电极时，消失于电极上而形成外电路中的电流2带电粒子因扩散而逸出气体放电空间3带电粒子的复合

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。

气体放电现象与规律因气体的种类、气压和间隙中电场的均匀度而异。

电子碰撞电离系数 α 表示一个电子沿电场方向运动1cm 的行程 所完成的碰撞电离次数平均值。 阳极的电子数应为：d a e n n α0=(1-7) 途中新增加的电子数或正离子数应为：)

1(00-=-=∆d a e n n n n α(1-8) d e I I α0=(1-10)E U e x e e i

e i e e λλλλα--==11

当气温不变时，式(1-14)即可改写为：

E Bp Ape -=α

电场强度E 增大时， α急剧增大;

P 很大或很小时， α都比较小。 在高气压和高真空下，气隙不易发生放电现象，具有较高的电气强度。

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

自持放电的条件(1-8) 1)1(=-d e αγ

自持放电是由初始电子崩中的正离子撞击阴极表面产生多余电子形成的

巴申曲线/八申定理：同温时均匀电场下气体起始放电电压是pd 乘积的函数；

提高气压或降低气压到高度真定，都能提高气隙的击穿电压。

流注理论考虑了以下因素

空间电荷对原有电场的影响

空间光电离的作用

流注理论适用于高气压、长气隙下的放电

v

E E f αmax =f<2时为稍不均匀电场, f>4属不均匀电场。 这种仅仅发生在强场区（小曲率半径电极附近空间）的局部放电称为电晕放电 电晕放电的危害 1电晕损耗2产生高频电磁波，从而对无线电和电视广播产生干扰3电晕放电还会产生可闻噪声 降低电晕的方法：从根本上设法限制和降低导线的表面电场强度

在选择导线的结构和尺寸时，应使好天气时电晕损耗接近于零，对无线电和电视的干扰应限制到容许水平以下。

对于超高压和特高压线路的分裂线来说，找到最佳的分裂距，使导线表面最大电场强度值最小。 极性效应

在极不均匀电场中，放电一定从曲率半径较小的那个电极表面开始，与该电极极性无关。但后来的发展过程、气隙的电气强度、击穿电压等都与该电极的极性有密切的关系。极不均匀电场中的放电存在着明显的极性效应。

输电线路和电气设备外绝缘的空气间隙大都属于极不均匀电场的情况，所以在工频高电压的作用下，击穿发生在外加电压为正极性的那半周内。

在进行外绝缘的冲击电压实验时，也往往施加正极性冲击电压，因为此时电气强度较低。 电场极不均匀的“棒-板”气隙，负极性击穿电压高于正极性击穿电压。

气隙击穿的三个必备条件：

足够大的电场强度或足够高的电压；在气隙中存在能引起电子崩并导致流注和主放电的有效电子；需要有一定的时间，让放电得以逐步发展并完成击穿

完成击穿所需放电时间是很短的（微秒级）

冲击电压下气隙的击穿特性

采用击穿百分比为50％时的电压来表征气隙的冲击击穿特性；

伏秒特性表征气隙的冲击击穿电压与放电时间的关系。

沿面放电：沿着固体介质表面发展的气体放电现象。

污闪：沿着污染表面发展的闪络。

减少绝缘子污闪的对策

1调整爬距（增大泄漏电流）

爬电比距指外绝缘的爬电距离与系统最高工作电压之比。

2定期或不定期的清扫 3涂料 4半导体釉绝缘子5新型合成绝缘子

均匀电场

1消除电极边缘效应的平板电极 2板间距离d一般不大 3击穿特性符合巴申定律

稍不均匀电场：冲击系数接近1，冲击击穿电压与工频击穿电压及直流击穿电压相等

均匀电场只有一种，那就是消除了电极边缘效应的平板电极之间的电场。

球间隙（一般取d D/2范围内工作）

若球间距离d，球极直径为D

dD/4时，不均匀度增大，大地影响加大

同轴圆筒细线效应

“棒－棒”气隙：完全对称性“棒－板”气隙：最大不对称性

直流电压下“棒－板”负极性击穿电压大大高于正极性击穿电压

工频交流电压下“棒-棒”气隙的击穿电压要比“棒-板”气隙高一些

雷电冲击电压下“棒－板”电极，棒极为正极性的击穿电压比负极性时数值低得多