《高电压技术一》PPT课件

2、在电场的作用下，电介质中出现的电气现象： 弱电场——电场强度比击穿场强小得多 如：极化、电导、介质损耗等。 强电场——电场强度等于或大于放电起始场 强或击穿场强： 如：放电、闪络、击穿等。
强电场下的放电、闪络、击穿等电气现象是 我们本篇所要研究的主要内容。
3、几个基本概念
击穿：在电场的作用下，电介质由绝缘状态突变为 良导电状态的过程。 放电：特指气体绝缘的击穿过程。
电气设备中常用的气体介质 ： 空气、压缩的高电气强度气体（如SF6） 纯净的、中性状态的气体是不导电的，只有气体中出现
了带电粒子（电子、正离子、负离子）后，才可能导电， 并在电场作用下发展成各种形式的气体放电现象。
辉光放 火花放电（雷闪）
电
大气压力下。
气压较低， 电源功率较小时， 电源功率很小时， 间隙间歇性击穿， 放电充满整个间隙。 放电通道细而明亮。
称为气体的电气强度，通常称之为平均击穿场强。
击穿场强是表征气体间隙绝缘性能的重要参数。
1、电介质的分类
按物质形态分：
➢气体电介质 ➢液体电介质 ➢固体电介质 其中气体最常见。气体介质同其它介质相比，具有在 击穿后完全的绝缘自恢复特性，故应用十分广泛。
按在电气设备中所处位置分：
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。
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第一节 带电粒子的产生和消失
(2)电离的四种形式
• 电子要脱离原子核的束缚成为自由电子,则必须给予其能量。能量来源的不同 带电粒子产生的方式就不同。
• 因此，根据电子获得能量方式的不同，带电粒子产生的方式可分为以下几种 。
第一节 带电粒子的产生和消失
1）光电离 定义：由光辐射引起气体分子电离的过程，称为光电离。
条件：当满足以下条件时，产生光电离：
h
Wi或
hc Wi
h 普朗克常数(6.631034 J s)
频率
波长, m
c 光速(3108 m / s)
光子来源：外界高能辐射线；气体放电本身
第一篇 电介质的电气强度
电介质（dielectric ）在电气设备中作为绝缘材料使 用。
电气强度表征电介质耐受电压作用的能力。
击穿电压：电介质击穿时的最低临界电压。
均匀电场中击穿电压Ub与间隙距离之比称为击穿 场强Eb。我们把均匀电场中气隙的击穿场强Eb称为气体的电
气强度。
空注气意在：标不准能状把态不下均的匀电场气中强气度隙为U3b0与kV间/c隙m;距离之比
k
r
T 2P
T：气温
k：波尔兹曼常数
大气压和常温下平均自由行程长度数量级为10-5cm
3）定性分析：
T
P T 温度
P 气压
第一节 带电粒子的产生和消失
(2)带电粒子的迁移率 1）迁移率的定义
迁移率表示单位场强下（1V/m)带电粒子沿电场方 向的漂移速度。
k v 2）定性分析： E
➢ 电子的平均自由行程长度比离子大得多 ➢ 而电子的质量比离子小得多
结论：电子更易加速，电子的迁移率远大于离 子。
第一节 带电粒子的产生和消失
(3) 扩散 1）扩散的定义： 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。
2）定性分析： 气压越低， 温度越高，扩散越快。 结论：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。
第一节 带电粒子的产生和消失
1.1.2 带电粒子的产生
(1)原子的电离和激励
(2) 电离的四种形式
——按引起电离的外部能量形式不同，分为： 1）光电离 2）热电离 3）碰撞电离 4）电极表面电离
第一节 带电粒子的产生和消失
(1) 原子的电离和激励
施加能量 W > Wi 自由电子
施加能量 施加能量
自由电子
激发 分级游离
施加能量 激发
光子
第一节 带电粒子的产生和消失
(1)原子的电离和激励
➢ 原子的激励 当原子获得外部能量（电场、高温等） ，一个或若
干个电子有可能转移到离核较远的轨道上去，该现象 称为激励。 激励能（We，电子伏eV） ➢ 原子的电离 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称为 电离。 电离能（Wi，电子伏eV ）
第一节 带电粒子的产生和消失
1.1.1 带电粒子在气体中的运动
(1) 自由行程长度——运动引起的碰撞 (2) 带电粒子的迁移率——沿电场方向漂移 (3) 扩散——与粒子浓度有关
第一节 带电粒子的产生和消失
(1)自由行程长度
1）带电粒子在电场中的运 动形式：
当气体中存在电场时，带电粒 子进行热运动和沿电场定向运动 （如图1-1所示）
第一节 带电粒子的产生和消失
2）自由行程长度和平均自由行程长度
粒子从这次碰撞到下次碰撞之间所走过的 距离称为自由行程长度。
自由行程长度是随机值，具有分散性，所以我 们引入平均值的概念。
平均自由行程长度： 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。
第一节 带电粒子的产生和消失
粒子的自由行程等于或大于某一距离x的概率为
闪络：击穿发生在气体与液体、气体与固体交界面上 的放电现象。
工程上将击穿和闪络统称为放电。
击穿、放电、闪络都是在一定的电压作用下电 介质的绝缘性能被破坏的过程。
4、本篇的主要内容
第一章、气体放电的基本物理过程 第二章、气体介质的电气强度 第三章、液体和固体介质的电气特性
第一章 气体放电的基本物理过程
：
x
P(x) e
λ：粒子平均自由行程长度 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%。 由气体动力学可知，电子平均自由行程长度
式中： r：e气体分r12子N半径
N：气体分子密度
第一节 带电粒子的产生和消失
由于 N P 代入上式得到：
kT
式中：
e P：气压
因气体压力、电源功率、电 极形状等因素的影响，放电具有多种形
电弧放电
大气压力 下，电源功率较 大时，放电具有 明亮、持续的细 致通道。
电晕放电
极不均匀 电场，高电场强 度电极附近出现 发光薄层。
（2）本章主要内容
1.1 带电粒子的产生和消失 1.2 均匀电场中气体击穿的发展过程 1.3 不均匀电场中的放电过程 1.4 冲击电压下气隙的击穿特性 1.5 沿面放电和污闪事故