高电压技术教案

高电压技术教案课题：第一章高电压绝缘教学目的：使学生对气体放电有一个基本的认识、培养专业兴趣。

重点：介质的绝缘性能。

难点：对介质绝缘性能的理解。

组织课题：第一章高电压绝缘教学目的：使学生对气体放电有一个基本的认识、培养专业兴趣。

重点：介质的绝缘性能。

难点：对介质绝缘性能的理解。

组织教学：点名。

复习旧课：引入新课：基本概念§1—1 概述一、电介质的极化极化的基本形式有：电子式极化、离子式极化、偶极子极化1、电子式极化：可以存在于液体、固体、气体中。

E=0时（对称的）对外不显电性，E不等于0时（对称的）对外显电性。

特点：（1）极化过程快，10-15s且介电系数与电源无关。

（2）极化过程属于弹性，无损耗。

（3）其介电系数有负的温度系数。

2、离子式极化（1）极化过程快，10 -13s，且介电系数与频率无关。

（2）极化过程属于弹性，无损耗。

（3）其介电系数有正的温度系数。

3、偶极子极化极性电介质━由偶极子分子构成特点：（1）极化过程长，10-10～10-2s ，且介电系数与频率有关。

（2）极化过程属于非弹性，有损耗。

（3）其介电系数有关。

综述：1）、气体的介电系数很小通常实践中介电系数约等于1，2）、液体 ：a 、极性（3~6)，如：蓖麻油b 、非极性（1.8~2.5)，如变压器油c 、强极性（>10) ，如水、酒精4、夹层式极化组成：设备的绝缘由几种不同的材料组成特点：1、进行过程特别长，2、有明显的损耗。

等效图如右所示，过程分析： 在合闸瞬间：12210C C U U t =→ 到达稳态时：1221g g U U t =∞→ 若介质是均匀的，则C1/C2=g1/g2,可得∞→→=t t U U U U 21210，即合闸后两层电荷不会发生重新分配。

若介质不均匀，则合闸后C1、C2上的电荷要重新分配。

设C1>C2,g1<g2则t=0时，U2>U1，t=∞时，U1>U2，电荷要重新分配，称为吸收电荷，相当于电容增大称为夹层电介质极化。

电介质极化的意义：１、对于电容器而言希望εr 大，这样单位容量的体积和重量可减小。

但其它绝缘希望εr 小，可减小充电电流。

2、高压设备在使用时应注意各材料εr 的配合，介电系数小的材料承受较大的电场强度；介电系数大的材料承受较小的电场强度。

3、夹层介质极化现象在绝缘试验中，可用于判断绝缘受潮的情况。

4、材料的介质损耗与极化形式有关。

二、 电介质的电导1、绝缘电阻IU R =∞ I ──泄漏电流，也即电导电流 绝缘电阻对固体介质来说包括：绝缘电阻的体积绝缘和表面绝缘电阻。

介质的绝缘电阻决定着介质中的泄漏电流，它将引起介质发热，加速绝缘老化。

2、电介质电导与电金属电导的区别 电介质电导──离子，电导小，电阻大，电导与温度成正比；金属电导──自由电子， 电导很大，电阻很小，电导与温度成反比3、直流电压下介质电流的变化（1）i1 电容电流（2）i2吸收电流，夹层式极化引起，过程长，衰减慢。

（3） I 泄漏电流，电介质电导引起。

介质电流 i ＝i1+i2+I4、气体介质电导。

在oa 段可视为常数，通常气体绝缘工作在ab 段，只要工作在场强低于其击穿值时，可不必考虑。

5、液体介质电导构成液体介质电导的因素主要有两种：一是由液体本身的分子和杂质的分子离解为离子；另一种是液体中的胶体质点，吸附电荷后变成带电质点。

影响液体介质电导的因素主要是杂质和温度。

6、固体介质的电导。

分体积电导和表面电导。

体积电导由本身离子和杂质离子构成。

与受潮及温度有关。

三、电介质的损耗四、讨论绝缘电阻的作用1、在预防性试验中的应用，以绝缘电阻值判断绝缘的优劣或是否受潮。

2、介质中的电压分布与电导成反比，设计时应合理使用绝缘材料3、绝缘的使用环境，特是对湿度的要求。

4、并非所有场合需R很大。

如半导体高压套管上的法兰附近的半导体釉，是为了改善电压分布，使电场更均匀。

小结新课：电介质的极化；电介质的电导；电介质的损耗布置作业P24页练习题1-11-2板书设计：课题：第一章高电压绝缘教学目的：使学生对气体放电有一个基本的认识、培养专业兴趣。

重点：介质的绝缘性能难点：对介质绝缘性能的理解组织教学：点名复习旧课：绝缘材料在电场的作用下会产生许多物理现象，如极化、电导电离、损耗和击穿放电等现象，本次课将介绍电介质的极化；电介质的电导；电介质的损耗等内容引入新课：§1—2 气体的绝缘性能一、气体原子的激发与游离激发：当原子由外界获得能量时，其电子可跃至能级较高的轨道。

游离：由外部获得的能量足够大，以致使原子的一个或几个电子脱离原子核束缚而成为自由电子与正离子1、带电质点的产生（1）碰撞游离（2）光游离（3）热游离（4）负离子的形成2、气体品带电质点的消失（1）扩散（2）复合（3）定向运动3、自持放电与非自持放电（1）非自持放电需要外界游离因素的作用。

（2）自持放电无需外界游离因素的作用，放电仅靠电场作用得以连续下去。

起始放电电压：由非自持放电转入自持放电的电压U＝U＝UB (击穿电压）（均匀电场，击穿场强约为30kV/cm）U ＝U （极不均匀电场中）＜＜U二、汤逊放电理论1、条件：低气压、小间隙。

2、理论实质：非自持的三个阶段：o—a、a—b、b—c。

c 以后－－自持阴极表面产生游离（聚积）。

3、非自持→自持放电条件。

4、巴申定律：U＝f(pd)压力增大，气体密度δ随之增大，电子在运动过程易与气体分子相碰撞，平均自由行程缩短，每次碰撞，由电子积聚的能量不足以引起气体分子的游离，因而击穿电压升高，反之，压力减小，δ减小，电子在运动过程中不易与气体分子碰撞。

5、汤逊理论的适用范围：低气压小间隙的放电现象。

6、汤逊放电理论解释大气压下放电的不符之处。

〈1〉放电时间：以汤逊理论计算出的击穿时间与实际的击穿时间有很大不同，〈2〉阴极材料的作用。

以汤逊理论，阴极性质在击穿过程中起重要作用，然而在大气压力下的空气中，间隙击穿电压与阴极性质无多大关系。

〈3〉放电形式。

以汤逊理论放电沿整个间隙是均匀放连续发展的，但在大气中气体击穿时，会出现有分枝的明亮细通道。

三、流注理论以电子崩为基础发展的结果为基础1、空间电荷对电场畸变作用。

2、光游离的作用。

3、正流注的形成。

4、负流注的形成。

5、用流注理论解释，大气中的放电。

（1）放电时间短。

（2）与阴极材料无关。

（3）放电形成。

四、极不均匀电场的放电过程。

（一）电晕放电1、性质：极不均匀电场中所特有的自持放电现象。

2、定义：在曲率半径小的电极附近，电场强度将先达到引起游离过程的数值，间隙在这一局域形成的自持放电。

开始发生电晕时的电压称为电晕起始电压，电极表面的电场强度称为电晕起始电场强度。

3、现象：光、咝咝的放电声4、危害：能量损耗，产生臭氧及氧化氮，引起电磁干扰a、电能损耗b、腐蚀电器材料c、对通信线路产生干拢(二）极性效应1、棒为负－－板为正：易形成电晕放电，自持放电易电形成，间隙击穿难形成（放电难形成）UB电晕－低、放电电压UB－高。

2、棒为正－－板为负：电晕放电难实现，不易形成自持放电，易形成放电。

UB电晕－高放电压UB－低。

棒极为正极性放电电压较棒为负极性时的放电电压为低。

3、棒－棒：UB棒－棒＜UB棒－－板＋（三）工频电压下的击穿UB＝UB棒＋（直流）：击穿总是在棒为极性为正、电压达到幅值时发生。

棒――棒间隙的平均击穿场强约为 3.8Kv/cm（有效值）或5.36kVcm棒――板间隙的平均击穿场强约为3.35Kv/cm（有效值）或4.8kVcm五、冲击电压作用下的空气击穿1、冲击电压的定义作用时间短暂的电压2、冲击电压的标准波形冲击波波形可由波头长度τ1及波长τ2加以确定，现用的波形参数为1.2/50μS3、雷电冲击电压下50％击穿电压由于完成击穿过程需要一定时间，所以间隙的冲击击穿特性和外施电压波形有关。

在实际工程中用50％冲击击穿电压，即在多次施加电压时，其中半数导致击穿的电压，以反映间隙的耐受冲击电压特性。

4、伏秒特性用间隙上出现的电压最大值和放电时间的关系来表征间隙在冲击电压下的击穿特性，称为伏秒特性。

伏秒特性曲线和间隙电场的均匀程度有关。

对于不均匀电场，平均击穿场强低，放电时延长，分散性亦大；对于均匀电场，平均击穿场强较高，流注发展较快，放电时延较短，其伏秒特性平坦。

伏秒特性对比较不同绝缘设备的冲击击穿特性有重要意义。

单是50％冲击击穿电压不能充分说明间隙的冲击击穿特性，在考虑不同间隙绝缘配合时，为更全面反映间隙的冲击特性，就必须采用间隙的伏秒特性进行配合。

小结新课：气体非自持放电和自持放电；气体放电的汤逊理论、流注理论。

布置作业：P24页练习题1-3板书设计：课题：第一章高电压绝缘教学目的：使学生对气体放电有一个基本的认识、培养专业兴趣。

重点：介质的绝缘性能。

难点：对介质绝缘性能的理解。

组织教学：点名。

复习旧课：气体非自持放电和自持放电；气体放电的汤逊理论、流注理论；熟练掌握汤逊理论、流注理论的适用条件，流注理论和汤逊理论在解释大气压下气体放电现象的区别。

引入新课：§1—3 液体的绝缘性能一、讨论液体介质的击穿过程1、对纯净油┈┈碰撞游离理论油中少量杂质在电场的作用下碰撞原子、导致液体介质的击穿。

很高击穿过程UB2、含杂质（水份）油——“小桥”理论由于水分或杂质的介电系数大，在电场作用下易沿电场方向排列，形成杂质小桥，当杂质小桥接通后电极后，将使泄漏电流增大，发热增多，因而又使水分汽化，气泡扩大，游离加强，最后可能在气体通道中形成击穿。

二、影响液体介质击穿因素1、水份含量、温度等。

2、压力↑水份变为溶解状，击穿电压升高3、纤维和其他杂质4、电场均匀程度a、纯净油改善电场均匀程度，击穿电压变化明显。

b、含杂质的油：时间↓，击穿电压提高，受电场影响小。

5、电压作用时间油间隙的击穿电压随电压的作用时间的增大而减小。

油的耐压实验加压1分钟，杂质的聚集，介质的发热所需时间。

油的净度及温度提高，电压作用时间对油的击穿电压影响减小。

三、提高液体介质击穿电压的措施。

1、过滤与干燥白土、硅胶处理或压滤机过滤2、祛气将油中气体赶出来，密封性好3、油和固体绝缘组合，防止小桥的形成，还可以改善电场分布a、覆盖层b、绝缘层，有耐电强度，阴止小桥形成更好的作用。

c、屏障：改善电场均匀程度，阻止小桥形成，也能提高油的Ub。

d、设多重屏障，长油道（长间隙）→短油道（短间隙）。

击穿电压Ub↑小桥不易形成，缩小变压器的体积、造价。

小结新课：电介质的击穿的过程、影响因素。

布置作业：板书设计：课题：第一章高电压绝缘教学目的：使学生对气体放电有一个基本的认识、培养专业兴趣。

通过学习应了解双层介质的电场分布；局部放电；应掌握沿面放电的有关内容。