第一章-xueydPPT课件

-,1,高电压技术,康忠健薛永端中国石油大学信控学院,-,2,高电压技术导言,高电压技术的特点非线性实验科学本课程学习目的重点掌握电力系统产生过电压的机理和过电压保护的基本方法，培养分析和解决电力系统中绝缘与作用电压矛盾的能力。为今后从事有关高电压与绝缘方面的工作打下基础。,-,3,高电压技术导言,主要内容1、各类电解质在高电场下的特性气体的放电基本物理过程和电气强度液体、固体介质的电气特性2、电气设备绝缘试验技术电气设备绝缘预防性试验绝缘的高电压试验电气设备绝缘在线检测与诊断3.电力系统过电压与绝缘配合线路和绕组中的波过程雷电及防雷保护装置电力系统防雷保护电力系统内部过电压电力系统绝缘配合,-,4,高电压技术导言,预备知识、参考书1、预备知识：电路知识电力系统分析知识物理2、参考书电力系统过电压，解广润，水利电力出版社，1985；高电压技术，胡国根，重庆大学出版社，1996；高电压技术，中国电力出版社，2004年电力系统运行及过电压保护，河南省电力工业局，中国电力出版社，1995。,-,5,高电压技术导言,学习进度与建议学习本门课程应注意理论学习与实际分析相结合，理解绝缘机理与过电压的相互关系，注意培养自己的分析问题的能力。,-,6,主要内容：第一节汤逊理论和流注理论第二节不均匀电场中的放电过程第三节空气气隙在各种电压下的击穿特性第五节提高气体介质电气强度的方法第六节沿面放电及防污对策,第一章气体的放电基本物理过程和电气强度,-,7,主要内容：一、非自持放电和自持放电二、汤逊理论三、巴申定律四、流注理论五、强电负性气体自持放电的条件,第一节汤逊理论和流注理论,-,8,带电粒子的平均自由行程：两次碰撞之间的平均行程随即量，有很大的分散性电子体积小，自由行程长度远大于分子和带电粒子大气压、常温下，电子在空气中的平均自由行程为10-5cm数量级迁移率：粒子移动速度与电场之比电子迁移率高，为什么？电离：外因下，原子产生自由电子和带（正）电粒子光电离：可见光不能使气体直接电离，X射线、射线可以光源可以是外部的，也可以是内部自产生的金属表面电离更容易，了解：光电效应，光的波粒二象性，热电离：常温下，气体热电离的概率很小。空气1万度后可考虑碰撞电离：气体中主要碰撞电离均由电子产生，正离子很少，为什么？阴极表面，正离子撞击可产生电离附着：电子与气体与分子碰撞时，相结合而形成负离子。电负性气体：容易发生附着产生负离子的气体。,基础知识和基础概念,-,9,一、非自持放电和自持放电1、非自持放电,图1-1测定气体间隙的电压和电流,其过程如下：O点，不加电源：电离和复合平衡，存在一定带电质点，但无电流oa-阶段：电流随电压增加，电子移动速度加快，复合概率降低ab-阶段：电流不随电压变化，外界因素产生的电离固定，绝缘良好bc-阶段：电流随电压增加，（碰撞电离）带电离子cs-阶段：电流急剧增加，气体间隙击穿，伴随发生、发光，导电良好当UU0时,电流剧增,此时气隙中电流过程只靠外施电压已能维持;不需外电离因素维持，称其为自持放电区。U0为放电的起始电压,二、汤逊理论1.电子崩,将这一剧增的电子流称为电子崩,将这一剧增的离子流称为离子崩,-,11,为了定量分析气隙中气体放电过程，引入三个系数：,电子沿电场方向行径1cm平均发生的碰撞电离次数正离子沿电场方向行径1cm平均发生的碰撞电离次数折合到每个碰撞阴极表面的正离子，使阴极金属平均释放出的自由电子数系数电子崩过程（过程）系数离子崩过程（过程）系数离子崩达到阴极后引起阴极发射二次电子的过程（过程）,二、汤逊理论2.三个系数,-,12,二、汤逊理论3.均匀场中电子崩的计算,-过程电子崩的电子-过程中产生的离子崩中的正离子数-过程又在阴极上释放出二次电子数,如果则在阴极上重新发射一个新电子，这时不再需要外电离因素，就能使电离维持发展，即转入自持放电。自持放电的条件：,-,13,汤逊理论的基础：将电子崩和阴极上的过程作为气体放电自持的决定性因素。问题：为什么没有过程？汤逊理论的实质：气体放电的主要原因：存在电子碰撞电离。维持气体放电的必要条件：二次电子来源于正离子撞击阴极使阴极表面逸出电子。判据：阴极逸出电子可以替代起始点的作用汤逊理论的适用范围：解释低气压短气隙中的放电现象pd26.66kPa.cm)的放电过程不同，需用流注理论解释。电子崩发展到足够的程度后，电子崩中的空间电荷足以使原电场明显畸变，大大加强电子崩崩头和崩尾处的电场。同时放射出大量光子成为引发新的空间光电离的辐射源。（二次电子的主要来源是空间的光电离）汤逊理论：二次电子来源于正离子撞击阴极使其逸出电子。,-,16,2.注流形成条件一般认为当或时，流注得以形成（流注理论只适用于非电负性气体）,-,17,五、强电负性气体自持放电的条件1、附着效应系数电子附着效应过程，表示一个电子沿电场方向行径1cm时平均发生的电子附着次数。2、流注自持放电条件（强电负性气体的工程应用属于流注放电范畴）。10.5()电子崩中电子的临界值取对数,-,18,主要内容：一、稍不均匀电场的放电特点二、极不均匀电场中的电晕放电现象三、极不均匀电场中的放电过程,第二节不均匀电场中的放电过程,稍不均匀(d4D时),-,19,一.稍不均匀电场当d=4D时，极不均匀，存在稳定的电晕放电。f4稍不均匀场气隙击穿电压D最小较小较大最大尖-板即D越大击穿电压越低（同气隙距离情况下）电晕放电的应用：静电除尘器、臭氧发生器、静电喷涂等。,电晕放电的害处：引起功率损耗，产生放电脉冲，导致电磁干扰、噪声。防止电晕方法：采用分裂导线的方法,-,21,三.极不均匀电场中的放电过程棒-板电极，电离总是从“棒”开始的。不均匀电场的放电有明显的极性效应，极性取决于曲率半径较小（最尖）的棒极的电位符号。在“棒-棒”气隙中，极性取决于不接地的棒极的电位。1.自持放电前的阶段：正极性棒-电晕起始电压增加(原因:崩头电子被棒吸收)负极性棒-电晕起始电压1m）的放电过程电晕放电-光导放电-主放电(第7章详细讲解),-,24,主要内容：一、作用电压类型二、空气间隙在稳态电压下的击穿三、空气间隙在冲击电压下的击穿,第三节空气间隙在各种电压下的击穿特性,-,25,一、作用电压类型稳态电压直流电压工频交流电压冲击电压雷电冲击电压操作冲击电压,二、空气间隙在稳态电压下的击穿（与电场均匀程度有很大关系）1.均匀电场气隙击穿直流、工频电压下击穿电压相同,图1-11均匀电场空气间隙,-,26,二、空气间隙在稳态电压下的击穿2.稍不均匀电场气隙的击穿（fD/4时，（平均）当r/R0.1时，是稍不均匀电场，(解释原因是什么?)在r/R0.33时出现，同轴圆筒绝缘设计时通常取r/R=0.25-0.43.极不均匀电场中的击穿“导线导线”可用“棒棒”气隙击穿特性估算“导线大地”可用“棒板”气隙击穿特性估算,-,27,二.空气间隙在冲击电压下的击穿作用时间极为短暂的电压，一般指雷电冲击电压和操作冲击电压。1.在雷电冲击电压下的击穿（1）雷电波冲击电压标准波形,T1视在波前时间；,T2视在半峰值时间；,Um冲击电压峰值,U/Um,-,28,（2）冲击放电的时延实验时施加冲击电压，需对冲击放电时间延长，使放电得以发展以至击穿。,td击穿时间td=t0+ts+tft0升压时间（电压从0升到静态击穿电压U0的时间）ts统计时延(从电压达到U0时间起到间隙出现有效电子能引起初崩到导致击穿的电子的时间）tf放电发展时延(从第一个有效电子出现时间到间隙完全击穿为止的时间)ts+tf=tl称为放电时延,-,29,（3）雷电50%击穿电压（）由于准确到刚好引发一次击穿的最低电压值很难，因此工程上采用50%冲击电压（）来描述气隙的冲击击穿电压。,均匀和稍不均匀电场：(静态击穿电压)极不均匀场：工频击穿电压的峰值,-,30,（4）伏秒特性由于气隙的击穿存在时延现象，故将击穿电压值与放电时延联系起来确定气隙击穿特性即伏秒特性用于绝缘配合,-,31,（4）伏秒特性伏秒特性在绝缘配合中具有重要作用,-,32,二.空气间隙在冲击电压下的击穿2.操作冲击电压下的击穿,图1-17操作冲击试验电压波形,（a）非周期性双指数冲击波；（b）衰减振荡波,在均匀、稍不均匀电场中：(工频)且击穿几乎发生在峰值在极不均匀电场中：“U”形曲线注意：操雷，有时操工频操具有饱和特性，随d的增大，饱和特性更明显不利于发展特高压输电技术,-,33,主要内容：一、空气密度校正二、对湿度的校正三、对海拔高度的校正,第四节大气条件对气隙击穿特性的影响,-空气密度校正系数，-湿度校正系数-标准大气压下击穿电压,-,34,当=0.951.05时适用于（极间距离不大于1m，电场较均匀，雷电冲击电压）。其它情况：,一.空气密度校正-空气相对密度,U,二.对湿度的校正(水分子俘获电子抑制放电过程，主要针对极不均匀电场)k与绝对湿度和电压种类有关；w取决于电极形状、极间距、电压种类及其极性。三.对海拔高度的校正,U-高海拔地区试验电压Up-平原地区绝缘试验电压Ka-海拔校正系数H-为海拔高度适用范围：1000m4000m,-,35,主要内容：一、改善电场分布二、削弱或抑制电离过程,第五节提高气体介质电气强度的方法,-,36,一.改善电场分布1.改进电极形状：增大电极曲率半径，如采用屏蔽罩。改善电极绝缘形状，消除边缘效应。消除电极表面毛刺和尖角。其它：保护金具（绝缘子串上的保护金具）等。,-,37,瑞典380kV变压器出线套管上的笼型屏蔽,前苏联750kV隔离开关上的笼型屏蔽,-,38,1200kV直流高压发生器上的环型屏蔽,1000kV标准电容器高压端双环型屏蔽电极系统,-,39,一.改善电场分布2.利用空间电荷改善电场分布（细线周围形成均匀电晕层可提高击穿电压）3.极不均匀电场中采用屏障改善电场分布插入薄片固体绝缘材料（纸或纸板）作为屏障。最佳位置在x/d0.2处(棒-棒需要设立两层屏蔽,为什么?)（只能提高气隙的稳态击穿电压，对暂态电压的作用较小，为什么）,-,40,二.削弱或抑制电离过程1.采用高电压：2.8Mpa空气相当于0.7MPa气体目的减小电子的自由行程，从而减小碰撞机会2.强电负性气体：，氟里昂（）的电气强度2.5倍空气，灭弧能力为100倍空气。的绝缘性能因为是强电负性气体俘获自由电子负离子电子碰撞电离能力放电（其绝缘性能在均匀场中最好）3.采用高真空（自行分析原因？）,-,41,主要内容：一、沿面放电二、固体介质表面有水膜时的沿面放电三、绝缘子污染状态下的沿面放电,第六节沿面放电及防污对策,-,42,一.沿面放电1.概念：沿气体介质与固体介质的交界面上发展的放电现象。包括沿面滑闪（尚未发生击穿的放电形式）和沿面闪络（沿面击穿放电现象）。2.特点：沿面放电击穿电压湿污层电阻整个绝缘子上的电压集中在干区干区电场强度很大如足够大铁脚和铁帽周围开始电晕放电或辉光放电。由于此时泄漏电流较大转变为电弧（存在于绝缘子局部局部电弧）电弧附近烘干干区扩大，电弧伸长如电压不足以维持电弧燃烧，电弧即灭。交流过零“熄灭燃烧”或“延伸收缩”如电压局部电弧长度（爬电）到一定程度时，不需更高电压就能自动延伸完成沿面闪络污闪电压污闪事故是在大面积范围内发生的，经济损失在各类事故中居首位。,-,47,三.绝缘子污染状态下的沿面放电2.污秽等级的划分污秽度：每平方厘米表面上沉积的等效氯化钠毫克数。从0级，污秽程度