高电压技术PPT

第1部分 高电压绝缘及其试验 第1章 电介质在强电场下的特性
• 1.1 概述 • 本章讨论电介质在强电场下的特性，其中 主要是气体电介质的放电特性。气体，特 别是空气，是电力系统中最常见的用作绝 缘的介质。架空输电线路以及电气设备的
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外部绝缘就是利用大气中的空气作为绝 缘的。 中性的气体分子是不导电的，因此各种气 体在正常情况下是良好的绝缘体。 上面所说的“破坏性放电”或“击穿”也 适用于液体或固体介质。 1.2 气体中带电粒子的产生和消失 电离有下列各种方式： 1)碰撞电离
绪 论
• 高电压技术作为电工技术中的一个独立学 科，是随着大功率远距离输电的发展而发 展的。 • 电气设备的绝缘在运行中可能受到下述各 类电压的作用： • a) 正常运行条件下的工频电压，这是设备 在运行中长期作用在其绝缘上的电压。
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b)暂时过电压 c)操作过电压 d)雷电过电压 高电压技术作为电工技术的一个分支，它 与电工及物理的基础理论，例如电介质理 论、电磁场理论、电路中的瞬变现象(过渡 过程)等等，有着密切的联系。
图1.16 棒-板空气间隙 的正极性操作冲击击穿 电压和波前时间的关系
击穿电压之间，一般可以引入某个操作冲 击系数把操作过电压折算成等效工频电压 来考虑。 • 为了模拟操作过电压需要规定一定的标准 波形。一种是和雷电冲击波类似的非周期 性指数衰减波，只是波前时间 T1和半峰值 时间T2长得多。
• 1.10 大 气 条 件 对 空 气 间 隙 击 穿 电 压 的 影响 • 空气间隙的击穿电压及绝缘子的闪络电压 和气压、温度、湿度等大气条件有关。在 不同大气条件下的击穿电压必须换算到一 定的参考大气条件下，才能进行比较。
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2)光电离 3)热电离 4)表面电离 5)带电粒子的扩散 6)带电粒子的复合 7)附着效应 1.3 气体中的放电现象和电子崩的形成 要了解气体中出现的放电现象，让我们先 介绍一个汤森 (Townsend) 的实验结果。图
1.1表示放置在空气中的平行板电极，极间 电场是均匀的。当在极间加上从零起逐渐 升高的直流电压时，得到电流和电压的关 系如图1.2所示。
图1.7 球-板空气间隙中击穿电压Ub(实线) 图1.8 直流电压下棒-板间隙 和电晕起始电压Uc(虚线)与间隙距离的关系 击穿电压与距离的关系 1—球直径D=25 cm； 2—D=50 cm； 3—棒-板间隙
• (2)间隙的电晕起始电压，主要取决于电极 的表面形状即其曲率半径，而与间隙距离 关系不大。球径越小，电晕起始电压就 越低。 • (3)随着间隙距离的增加，电场不均匀程度 逐步增大，间隙的平均击穿场强，也逐步 由均匀电场中的 30 kV( 峰值 )/cm 左右减小 到极不均匀电场中的5 kV(峰值)/cm以下。 • (4) 在极不均匀电场的情况下，不管是棒 板间隙或是不同直径的球-板间隙，击穿电
压和距离的关系曲线都比较接近。
图1.9 空间电荷对电场的畸变示意图 1—外加电场； 2—空间电荷畸变后的电场
图1.10 工频电压下空气间隙的击穿电压 1—棒-板； 2—棒-棒； 3—导线-杆塔； 4—导线-导线
• 1.8 雷电冲击电压下气隙的击穿特性 • 雷电冲击电压一般是指持续时间很短，约
图1.11 标准雷电冲击电压波形 T1—波前时间；T2—半峰值时间；Um—冲击电压峰值
图1.15 棒-棒及棒-板空气的雷电 冲击50%击穿电压和间隙距离的关系 1—棒-板，负极性； 2—棒-棒，负极性； 3—棒-棒，正极性； 4—棒-板，正极性
• 1.9 操作冲击电压下 长空气间隙的击穿 特性 • 在电力系统中的操作 过电压作用下空气间 隙的击穿特性，过去 曾认为与工频电压的 击穿特性差别不大， 其击穿电压介于雷电 冲击击穿电压和工频
图1.1 平行板电极实验装置
图1.2 空气中电流和电压的关系
图1.3 电子崩的电荷分布
• 1.4 汤森的自持放电条件 • 由1.3节可知，要在间隙中连续形成电子崩， 使极间电流维持下去，除了要求间隙中的 场强能保证出现有效的碰撞电离以外，还 要靠外界电离因素从阴极释放出自由电子 作为电子崩的初始电子。一旦外界电离因 素停止发生作用，例如把间隙加以屏蔽， 间隙中的放电就会中止。因此这种放电被 称为非自持放电。
• 1)对空气密度的校正 空气密度与气压和温 度有关。
• 2)对湿度的校正 实验表明，在均匀或稍不 均匀电场中空气间隙的击穿电压随空气中 湿度增大而略有增加，但程度极微，可以 忽略不计。
从几个微秒到几十微秒的非周期性变化的 电压。由雷电产生的过电压就属于这样的
图1.12 冲击电压作用下空气间隙的击穿
电压。由于电压作用时间短到可以和放电 需要的时间相比拟，空气间隙的击穿特性 也受到其影响。
图1.13 伏秒特性及其作法
图1.14 均匀电场 (1)及极不均匀电场 (2)间隙的伏秒特性
• 1.5 均匀电场中气隙的击穿电压 • 根据自持放电条件可以推得均匀电场中间 隙的自持放电起始电压或击穿电压与有关 影响因素的关系。
图1.4 均匀电场中空气间隙击穿电压U0与pd的关系
• 1.6 流注放电理论 • 汤森用电子的碰撞电离和正离子在阴极上 释放二次电子来说明自持放电形成的理论， 能够较好地解释低气压小间隙情况下的放 电现象。利用这个理论可以推导出有
关均匀电场中击穿电压5 流注的形成及发展
• 流注理论认为电子的碰撞电离和空间光电 离是形成自持放电的主要因素，并强调空 间电荷畸变电场的作用。
图1.6 沿放电通道的电压分布
• 1.7 不均匀电场中气隙的放电特性 • 在电力工程的大多数实际结构中，电场都 是不均匀的。与均匀电场相比较，不均匀 电场中气隙的放电具有一系列的特点。因 此研究不均匀电场中气体放电的规律很 重要。 • (1)当间隙距离增加到一定数值时，间隙中 将由稍不均匀电场转变为极不均匀电场。 这时将会在较低的电压下首先出现电晕， 当电压进一步升高时才发生击穿。