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。

为了保护电力系统中的电力设备，必须研究：
●电介质的电气物理特性，特别是击穿过程及其基本规律；
●过电压产生的原因、种类及限制措施；
●绝缘测试技术及方法。

5.高电压技术课程的特点和要求
高电压技术是一门实践性很强的学科，有些内容是用微观的概念解释宏观现象，所以比较抽象。

某些理论仍处于发展中，一些规律性的东西常需要用实验数据或经验公式来表示，学习中要注意这些特点。

通过学习本课程，使学生获得各种电介质的绝缘特性和提高电强度方法的知识；了解高电压实验设备原理，掌握电气设备绝缘的测试原理和分析方法，并获得初步的实验技能；掌握电力系统过电压的产生机理、发展过程以及对过电压的防护措施；理解电力系统中绝缘配合的原则。

6. 教材及参考资料
本课程使用教材：
赵玉林主编.高电压技术.中国电力出版社
参考教材：
常美美主编.高电压技术.中国电力出版社
赵智大主编.高电压技术.中国电力出版社
周泽存等编. 高电压技术.中国电力出版社
丘毓昌等编。

高电压工程.西安交通大学出版社
梁曦东等编.高电压技术.清华大学出版社
第一章气体电解质的电气强度（20分钟）
一、电介质在电气设备中作为绝缘材料使用，按其物质形态可分为三类：
固体介质、液体介质、气体介质
二、电气设备中的内、外绝缘
1.外绝缘：一般由气体介质（空气）和固体介质（绝缘子）联合构成。

2.内绝缘：一般由固体介质和液体介质联合构成。

三、研究气体放电的目的
1.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。

2.掌握气体介质的电气强度及其提高方法。

四、电气设备中常用的气体介质
空气、压缩的高电气强度气体（SF6）
五、基本概念
1.气体击穿：空气在正常情况下电导率很小，为良绝缘体。

但是气体间隙上的电压过高时，气体会由绝缘状态转变为良导体，这种现象称为气体击穿。

2.击穿电压：气体间隙击穿时的最低临界电压。

3.击穿场强：使电介质失去其绝缘性能所需要的最低、临界、外加电场强度。

均匀电场中击穿电压与间隙距离之比。

4.平均击穿场强：不均匀电场中击穿电压与间隙距离之比。

击穿场强是表征气体间隙绝缘性能的重要参数。

5.绝缘强度：在均匀电场中，使电介质不失去其绝缘性能所需要的最高、临界、外加电场强度。

6.绝缘水平：电气设备出厂时保证承受的实验电压。

第一节气体中带电质点的产生和消失
原子：
气体导电的条件：气体中出现带电质点（电子、负离子或正离子）以后才可能导电，这些质点在电场力作用下可以发展成各种形式的放电现象。

一、带点质点的产生
1.气体质点本身发生游离；
2.位于气体中的金属发生表面游离。

游离：在电场的作用下中性质点中电子摆脱原子核的束缚成为自由电子的过程。

金属表面游离：金属中的电子摆脱金属表面的位势能垒的束缚称为自由电子的过程。

其条件是电子的能量不小于金属的逸出功。

（一）碰撞游离：
1.定义：一个质点（可以是带电质点，也可以是中性质点）撞击另一个中性质点且使其分解为两个带点质点的现象称为碰撞游离。

2.条件：撞击质点的总能量一定要大于被撞质点在正常状态下的游离能。

3.撞击质点的能量种类：
（1）动能
（2）位能
（二）光游离
1.定义：短波射线的光子具有很大的能量，它以光速运动，当它照射到中性原子（或分子）上时所产生的游离称为光游离。

2.条件：光子的能量不小于游离能。

3.光子能量公式：W=hv
h—普朗克常量，等于
v—光的频率，Hz。

（三）热游离
1.定义：高温时，高速运动的气体分子相互碰撞而产生的游离。

2.条件：5000—10000K的高温下。

3.热游离的三种形式：
（1）高温时，高速运动的气体分子相互碰撞而产生的游离。

（2）气体分子与容器壁相碰撞失去动能而放出光子，温度升高，光子的频率及能量增加，因而在高温时，光子与气体分子相遇时可能产生游离。

（3）上诉两种游离产生的电子与中性质点碰撞而产生的游离。

（四）表面游离
1.定义：金属表面的电子接受外界能量后，逸出表面成为自由电子的现象成为表面游离。

2.表面游离的四种形式：
（1）热电子发射。

将金属表面加热，电子热运动速度增加，其能量超过逸出功，电子逸出金属表面。

（2）二次发射。

具有足够能量的质点（例如正离子）撞击阴极表面，使其释放出电子。

（3）光电子发射。

用短波光照射金属表面，当光子能量大于逸出功时，金属表面释放出电子。

（4）强电场发射。

当电极附近的电场特别强时，金属表面的电子被强行拉出。

二、带电质点的消失
负电性气体：某些气体、如氧、氟、氯、六氟化硫等，他们的游离能特别大。

当电子与之相撞时，通常不能产生碰撞游离，反而撞击电子被吸附而形成负离子。

这样的气体通常称为负电性气体。

附：当电子与气体分子碰撞时。

可能引起碰撞电离而产生出正离子和新电子，也可能会发生电子与中性分子相结合形成负离子的情况。

负离子的形成并未使气体中带电粒子的数目改变，但却能使自由电子数减少，因而对气体放电的发展起抑制作用，使气体迅速恢复中性的绝缘状态。

带电粒子的消失可能有以下几种情况：
与两电极的电量中和带电质点受电场力的作用定向运动，在到达电极时，消失于电极上而形成外电路中的电流；
1.扩散
因热运动，带点质点从高浓度区向低浓度区移动，使空间各处的浓度趋于一致的现象。

带电粒子因扩散而逸出气体放电空间。

2.复合
异号电荷相遇，发生电荷的传递而还原为中性质点的过程。

四、小结
1.击穿电压
2.击穿场强
3.激发
4.游离
5.带电粒子产生和消失的物理过程。