《高电压工程》学习包

《高电压工程》学习包1气体放电的基本物理过程一、物质的结构二、原子的激励（激发）和电离：1、原子的激励原子由外界获得能量，电子从低能级跃至高能级轨道的过程。2、原子的电离（游离）：当原子由外界获得能量足够大时，被束的电子变为自由电子（带电质点），即产生带电质点。3、碰撞游离：在电场作用下，电子得到加速与空气的分子碰撞，又产生新的带电质点，碰撞游离不断进行，产生大量的电子，形成电子崩，最后气体间隙击穿（放电）。所以，气体放电就是气体分子电离产生带电质点，在电场作用下定向运动的结果。三、汤逊放电理论由天然辐射作用产生电离生成正离子和电子，在高电场作用下，电子加速碰撞气体分子，产生新的电子和离子。电离过程象雪崩一样发展，称为电子崩。正离子撞击阴极又会产生新的电子崩。即使外界不传给起始电子，放电过程能持续下去，这种放电现象称为自持放电。四、巴森定律1、气体绝缘击穿电压与气压P和电极间隙d的乘积的函数关系：U=f(p*d)2、图1—3，曲线有一极小值点，其击穿电压最低，（1）当p*d由大变小时，击穿电压变低，（2）当p*d太小时，击穿电压高，五、流注理论1、当p*d大于一定值时，汤逊理论不能说明在大气压下，间隙的放电现象。可用流注理论解释。2、流注的形成（流注是一种现象）正离子的运动速度太小，正离子在阳极的运动速度很大，p*d越大，浓度越大，使二次电子崩与初始电子崩回合，电子和正离子混合，形成等离子通道，生成流注。六、局部放电（电晕放电）1、在极不均匀电场中电极曲率半径小的附近空间的局部场强很大，造成局部放电。2、电晕放电的现象七、气体放电的几种形式：1、辉光放电（低气压，小功率）2、火花或电弧放电（高气压）3、电晕放电（极不均匀电场中的局部放电）4、沿面放电：沿固体介质表面的气体放电。八、影响气体间隙击穿的主要因素1、电极的几何形状（均匀、极不均匀电场）2、电压的类型（直流、工频交流、冲击电压）3、极间距离4、持续时间第1章习题及答案一、选择题1)流注理论未考虑的现象。A．碰撞游离B．表面游离C．光游离D．电荷畸变电场2)先导通道的形成是以的出现为特征。A．碰撞游离B．表面游离C．热游离D．光游离3)电晕放电是一种。A．自持放电B．非自持放电C．电弧放电D．均匀场中放电4)气体内的各种粒子因高温而动能增加，发生相互碰撞而产生游离的形式称为。A.碰撞游离B.光游离C.热游离D.表面游离5)______型绝缘子具有损坏后“自爆”的特性。A.电工陶瓷B.钢化玻璃C.硅橡胶D.乙丙橡胶6)以下哪个不是发生污闪最危险的气象条件？A.大雾B.毛毛雨C.凝露D.大雨7)污秽等级II的污湿特征：大气中等污染地区，轻盐碱和炉烟污秽地区，离海岸盐场3km~10km地区，在污闪季节中潮湿多雾但雨量较少，其线路盐密为2/cmmg。A.≤0.03B.0.03~0.06C.0.06~0.10D.0.10~0.258)以下哪种材料具有憎水性？A.硅橡胶B.电瓷C.玻璃D金属二、填空题9)气体放电的主要形式：、、、、10)根据巴申定律，在某一PS值下，击穿电压存在值。11)在极不均匀电场中，空气湿度增加，空气间隙击穿电压。12)流注理论认为，碰撞游离和是形成自持放电的主要因素。13)工程实际中，常用棒－板或电极结构研究极不均匀电场下的击穿特性。14)气体中带电质子的消失有、复合、附着效应等几种形式15)对支持绝缘子，加均压环能提高闪络电压的原因是。16)沿面放电就是沿着表面气体中发生的放电。17)标准参考大气条件为：温度Ct200，压力0bkPa，绝对湿度30/11mgh18)越易吸湿的固体，沿面闪络电压就越______19)等值盐密法是把绝缘子表面的污秽密度按照其导电性转化为单位面积上__________含量的一种方法20)常规的防污闪措施有：爬距，加强清扫，采用硅油、地蜡等涂料三、计算问答题21)简要论述汤逊放电理论。22)为什么棒－板间隙中棒为正极性时电晕起始电压比负极性时略高？23)影响套管沿面闪络电压的主要因素有哪些？24)某距离4m的棒-极间隙。在夏季某日干球温度Ct03干，湿球温度Ct25湿，气压kPa8.99b的大气条件下，问其正极性50%操作冲击击穿电压夏50U为多少kV?（空气相对密度95.0）25)某母线支柱绝缘子拟用于海拔4500m的高原地区的35kV变电站，问平原地区的制造厂在标准参考大气条件下进行1min工频耐受电压试验时，其试验电压应为多少kV？一、选择题1、B2、C3、A4、C5、B6、D7、C8、A二、填空题9、答案：辉光放电、电晕放电、刷状放电、火花放电、电弧放电10、极小（最低）11、提高12、光电离13、棒－棒14、扩散15、改善(电极附近)电场分布16、固体介质17、101.318、低19、NaCl20、增加三、计算问答题21、当外施电压足够高时，一个电子从阴极出发向阳极运动，由于碰撞游离形成电子崩，则到达阳极并进入阳极的电子数为eas个(α为一个电子在电场作用下移动单位行程所发生的碰撞游离数；s为间隙距离)。因碰撞游离而产生的新的电子数或正离子数为(eas-1)个。这些正离子在电场作用下向阴极运动，并撞击阴极．若1个正离子撞击阴极能从阴极表面释放r个(r为正离子的表面游离系数)有效电子，则(eas-1)个正离子撞击阴极表面时，至少能从阴极表面释放出一个有效电子，以弥补原来那个产生电子崩并进入阳极的电子，则放电达到自持放电。即汤逊理论的自持放电条件可表达为r(eas-1)=1。22、（1）当棒具有正极性时，间隙中出现的电子向棒运动，进入强电场区，开始引起电离现象而形成电子崩。随着电压的逐渐上升，到放电达到自持、爆发电晕之前，在间隙中形成相当多的电子崩。当电子崩达到棒极后，其中的电子就进入棒极，而正离子仍留在空间，相对来说缓慢地向板极移动。于是在棒极附近，积聚起正空间电荷，从而减少了紧贴棒极附近的电场，而略为加强了外部空间的电场。这样，棒极附近的电场被削弱，难以造成流柱，这就使得自持放电也即电晕放电难以形成。（2）当棒具有负极性时，阴极表面形成的电子立即进入强电场区，造成电子崩。当电子崩中的电子离开强电场区后，电子就不再能引起电离，而以越来越慢的速度向阳极运动。一部份电子直接消失于阳极，其余的可为氧原子所吸附形成负离子。电子崩中的正离子逐渐向棒极运动而消失于棒极，但由于其运动速度较慢，所以在棒极附近总是存在着正空间电荷。结果在棒极附近出现了比较集中的正空间电荷，而在其后则是非常分散的负空间电荷。负空间电荷由于浓度小，对外电场的影响不大，而正空间电荷将使电场畸变。棒极附近的电场得到增强，因而自持放电条件易于得到满足、易于转入流柱而形成电晕放电。23、（1）电场分布情况和作用电压波形的影响（2）电介质材料的影响（3）气体条件的影响（4）雨水的影响24、查《高电压工程》52页图2-24曲线4可知，距离为4m的棒-极间隙，其标准参考大气条件下的正极性50%操作冲击击穿电压标准50U=1300kV查《高电压工程》65页图3-2可得空气绝对湿度3/20mgh。从而,21/h再由图3-1求得参数1.1K。求得参数KLUgb1500=1300/（500×4×0.95×1.1）=0.62，于是由图3-3得指数34.0Wm。空气密度校正因数9827.095.034.01mK湿度校正因数033.11.134.02WKK所以在这种大气条件下，距离为4m的棒-极间隙的正极性50%操作冲击击穿电压为kVKKU1320033.19827.01300U215050标准夏25、查《高电压工程》附录A中的表A-2，亦即GB311.1-1997的规定可知，35kV母线支柱绝缘子的1min干工频耐受电压应为100kV，则可算出制造厂在平原地区进行出厂1min干工频耐受电压试验时，其耐受电压U应为kVHUUKUa1541045001.1100101.144002气体间隙的击穿强度一.不均匀电场中气隙的放电特性1.电晕放电一定电压作用下,在曲率半径小的电极附近发生局部游离,并发出大量光辐射,有些像日月的晕光,称为电晕放电.2.极性效应(1).正棒---负板分析：a.由于捧极附近积聚起正空间电荷，削弱了电离，使电晕放电难以形成，造成电晕起始电压提高。b.由于捧极附近积聚起正空间电荷在间隙深处产生电场加强了朝向板极的电场，有利于流注发展，故降低了击穿电压(2).负棒---正板分析：a.捧附近正空间电荷产生附加电场加强了朝向棒端的电场强度，容易形成自持放电，所以其电晕起始电压较低。b.在间隙深处，正空间电荷产生的附加电场与原电场方向相反，使放电的发展比较困难，因而击穿电压较高。结论：在相同间隙下正捧-----负板负捧-----正板电晕起始高低间隙击穿压低高二.雷电冲击电压下气隙的击穿特性1.标准波形几个参数波头时间T1：T1=(1.230%)μs波长时间T2:T2=(5020%)μs标准波形符表示2.放电时延(1).间隙击穿要满足二个条件a.一定的电压幅值b.一定的电压作用时间s50/2.1(2).统计时延ts通常把电压达间隙的静态击穿电压开始到间隙中出现第一个有效电子为止所需的时间(3).放电形成时延tf从第一个有效电子到间隙完成击穿所需的时间(4).放电时延tLtL=ts+tf气体间隙在冲击电压作用下击穿所需全部时间：t=t1+ts+tf其中：ts+tf就是放电时延tL3.50%冲击放电电压U50%放电概率为50%时的冲击放电电压50%冲击放电电压与静态放电压的比值称为绝缘的冲击系数β4.伏秒特性(1)定义同一波形、不同幅值的冲击电压下，间隙上出现的电压最大值和放电时间的关系曲线(2)曲线求取方法(3)电场均匀程度对曲线的影响不均匀电场由于平均击穿电场强度较低,而且流注总是从强场区向弱场区发展,放电速度受到电场分布的影响,所以放电时延长,分散性大,其伏秒特性曲线在放电时间还相当大时,便随时间之减小而明显地上翘,曲线比较陡.均匀或稍不均匀电场则相反,由于击穿时平均场强较高,流注发展较快,放电时延较短,其伏秒特性曲线较平坦.三.大气条件对气体间隙击穿电压的影响大气条件大气压力P0=101.3kpa温度湿度f0=11g/m32.相对密度的影响相对密度0%50UUC020=0.289----当在0.95到1.05之间时,空气间隙的击穿电压U与成正比U=U03.湿度的影响(1).均匀或稍不均匀电场湿度的增加而略有增加,但程度极微,可以不校正(2).极不均匀电场由于平均场强较低,湿度增加后,水分子易吸附电子而形成质量较大的负离子,运动速度,减慢游离能力大大降低,使击穿电压增大.因此需要校正.4.高度的影响随着高度增加,空气逐渐稀薄,大气压力及空气相对密度下降,间隙的击穿电压也随之下降.U=kaU0四.提高气体间隙绝缘强度的方法五.提高气体间隙绝缘强度的方法有两个途径:一个是改善电场分布,使之尽量均匀;另一个是削弱气体间隙中的游离因素1.改善电场分布的措施(1).改变电极形状(2).利用空间电荷对电场的畸变作用(3).极不均匀电场中采用屏障当屏障与棒极之间的距离约等于间隙的距离的15%-----20%时，间隙的击穿电压提高得最多，可达到无屏障时的2---3倍2.削弱游离因素的措施(1).采用高气压气体压力提高后，气体的密度加大，减少了电子的平均自由行程，从而削弱了碰撞游离的过程。如高压空气断路器和高压标准电容器等10001.11Hk(2).采用高真空气体间隙中压力很低时，电子的平均自由行程已增大到极间空间很难产生碰撞游离的程度。如真空电容器、真空断路器等。(3).采用高强度气体SF6气体属强电负性气体,容易吸附电子成为负离子,从而削弱了游离过程.提高压力后可相当于一般液体或固体绝缘的绝缘强度.它是一种无色、无味、无臭、无毒、不燃的不活泼气体，化学性能非常稳定，无腐蚀作用。它具有优良的灭弧性能，其灭弧能力是空气的100倍，故极适用于高压断路器中。六.气体