高电压技术(全套课件)PPT课件VIP

.1，高压技术，2，简介，I .类别高电压技术主要研究高压(强电场)下的各种电气物理问题。它是20世纪初期发展成高功率、远距离输电而形成的一门独立的学科，属于现代物理学的传记的一个分支。学习目的：正确处理电力系统过电压和绝缘问题。3，2。高压技术研究对象，1 .电气设备绝缘：电场下的绝缘测试(固体、液体、气体)的电气物理特性和破坏理论、规律。高压试验判断，绝缘质量监测的主要测试方法。2.电力系统过电压：过电压和保护过电压的原因和限制措施。4、3。中国电力系统电压等级分类和分类；交流系统；高压(HV): 1kv至220KV包括：10KV、35KV、110KV、220 kv EHV (EHV): 330KV至1000 kv，5，4。高压技术在其他领域的应用，1 .医疗：使用高压脉冲体外碎石术，治疗癌症；2.农业：应用于高压静电喷雾、高电场诱导变异的育种；环境保护：高压脉冲放电处理污水、电除尘技术；军事：高功率脉冲技术，电磁干扰，电子对策；其他行业：静电喷涂、高压设备制造等。6，5。课程相关信息，参考：高电压绝缘技术，中国电力，严章，朱德常数电网过电压教程，中国电力，陈伟贤高电压试验技术，清华大学，张仁宇高电压技术，中国电力，乔治大学考试：20%，7，第一高压绝缘和实验，第一章电介质的极化、电导和损耗第二章气体放电的物理过程第三章气隙的电强度第四章固体液体和耦合绝缘的电强度，8，第一章电介质的极化、电导和损耗，第一章电介质的极化第二电介质的介电常数第三电介质的电导率第四电介质中的能量损失，9，1。电介质的极化、电导和损耗，电介质有三种形式：气体、固体和液体，电介质在电气设备中用作绝缘材料。所有的电介质在电场的作用下产生极化、电导、损耗等电物理现象。电介质的电气特性分别用介电常数r、电导(或逆产电阻)、介电损耗切线tg、断裂场强e表示，分别反映极化、电导、损耗和电特性。10，绝缘的作用：绝缘的作用是分离电位不同的导体，使其没有电连接，保持不同的电位。气体绝缘材料：空气、SF6气体等固体绝缘材料：陶瓷、橡胶、玻璃、绝缘纸等液体绝缘材料：变压器油混合绝缘：电缆、变压器等设备，1.0电力系统中的绝缘材料，11，定义：电介质在电场作用下产生的束缚电荷的弹性位移和偶极的转向位移现象，称为电介质的极化。效果：消除外部电场，增加电介质的等效电容。物理量：介电常数类型：电子位移极化；离子位移极化；脱极化；空间电荷极化。1.1电介质的极化，12，1，电子位移极化，所有电子介质由分子组成，分子由原子组成，每个原子由带正电荷的原子核和围绕原子核的带负电荷的电子云组成。当外部电场不存在时，电子云的中心与原子核一致，此时，电动势为零。电场加起来，在电场的作用下发生电子位移极化。外部电场消失后，原子核对电子云的引力再次一致，感应电动势也消失。电场中的所有电介质都有电子位移极化。，图1-1电子位移极化，13，2，离子位移极化，在离子结合的介质内电场的作用，除了在每个离子内产生电子位移极化外，还产生正离子和负离子相对位移形成的极化，这称为离子位移极化。图l-2表示氯化钠晶体的离子位移极化。14，3，转向极化，极性介质内，即使不加电场，分子中两个方向或负电荷的作用中心也不一致。对于单个分子，已经存在偶极矩，这称为固有偶极矩。但是由于分子的不规则热运动，每个分子的偶极矩方向排列没有秩序，所以从宏观角度来看，合成弯矩是不对外显示的。有外部电场时，由于电场力的作用，每个分子固有的偶极矩有平行于外部电场改变方向的倾向，其排列表示一定的秩序。但是受分子热运动的干扰，这种转换只能以有序的排列在一定程度上完成，而不是完全的。对外显示宏观弯矩。图l-3偶极的转向极化，15，4，空间电荷极化，图1-4双层介质的极化模型，G1，G2，C1，C2，U，以上三个极化是由带电粒子的弹性位移或转向形成的，而空间电荷极化的机制是带电粒子(电子或正，负离子)最明显的空间电荷极化是三明治极化。实际电气设备(如电缆、电容器、旋转电动机、变压器、变压器、反应器等)由多层电气介质组成。如图l-4所示，每层介质都有C1和C2的电容。每个层的电导率分别为G1和G2。直流电源电压为u。为了说明的简单性，所有参数仅显示数值，省略单位。设定C1=1、c2=2、G1=2、G2=1和u=3。16，u作用于AB的两端板时，如图1-5(a)所示，瞬时电容的电荷和电位分布是整个介质的等效电容。达到正常状态时，电容的电荷和电位分布如图l-5(b)所示。整个介质的等效电容为。界面上累积的电荷为4-1=3。，图1-5双层介质的电荷和电位分布(a)瞬态分布(b)稳态分布，17，特性，中间层的存在导致中间层界面上电荷的积累和等效电容的增加。这就是中间层的极化效应。夹层界面上的电荷积累由介质电导G1进行。高压绝缘介质的电导通常很小，因此这种极化过程会很慢。其形成时间从几十分之一秒到几分钟，甚至几小时。因此，此特性的两极分化只能在直流和低频交流电压下出现。两极化伴随着能量损失。大型电容器装置在高压实验后对设备绝缘需要长时间放电。18，介电极化类型和比较，19，1.2介电体的介电常量，I .介电常量的物理意义，1 .真空中关系表达式的E场强矢量；D电通量密度向量，d和e，比例常数为真空的介电常数，20，在介质中，d和e等于e，介质的相对遗传常数，是没有度量单位或单位的纯数字。介质的介电常数通常等于，的尺寸和单位等于。第二，气体介质的相对介电常数所有气体的相对介电常数接近1。任何气体的相对介电常数随着温度的升高而减少，压力越大，增加，但影响很小。21，3，液体介质的相对介电常数1。中性液体介质：石油、苯、四氯化碳、硅油等是中性或弱极性液体介质。介电常数不大，值为1.8-2.8范围。极性液体介质：(1)这些介质的介电常数一般较大。但是这种介质的缺点是在交变电场中介质损失很大，在高压绝缘中很少应用。(2)影响极性液体介质介电常数的主要因素：a .介电常数与温度的关系(图1-2-1)；b .介电常数与电场频率f的关系(图1-2-2)。，22，4，固体基因组的遗传常数1。中性或弱极性固体介质：只有电子极化和离子极化，介电常数较小。介电常数和温度的关系也很接近介质密度和温度的关系。2.极性固体介质：介电常数大，一般大于3-6。这些基因组的介电常数和温度之间的关系，与极性液体提出的定律相似(图1-2-3)。23，1.3介质的电导，电介质的电导本质上不同于金属的电导。I .物理量电导率(or:电阻率)，24，2，影响介质电导率的因素(1)温度类型a，B常数；T绝对温度；电导率。温度升高会降低液体介质的粘度，离子在电场的力作用下移动时受到的阻力减少，离子的迁移率增加，电导增加。相反，随着温度的升高，液体介质分子的热哈里也会增加，电导也会增加。测量电介质的电导或绝缘电阻时要注意记录温度。(2)场强e，25，(3)杂质： (考虑到对固体介质的影响)固体介质除体积电导率外还有表面电导。表面电导是通过将湿气尤其重要的水分、灰尘或导电的化学沉淀物吸附到介质表面而形成的。通常中性介质的表面电导最小，极性介质其次是离子介质最大。介质表面经过清洗、抛光、干燥或涂上石蜡、绝缘漆、硅等，可以减少介质表面电导。26，1.4电介质的能量损失，I .电介质损失的基本概念是在电场的作用下，电介质的电导造成的损失和损失极化(例如偶极极化、中间层极化等)造成的损失总是电介质的损失。等效电路(1)细化等效电路(从物理概念开始)泄漏电阻，以指示电导损失。由介质的真空和无损极化形成的电容表示介质的无损极化。损失极化形成的等效电阻。表示各种损耗极化形成的等效电容。损失极化、27，(2)计算为等效电路(或简化等效电路) (来自工程实际测量)，28，(3)相量图，介质损耗角度功率因数角度，介质损耗角度是功率因数的余角，相切tg也称为介质损耗系数，通常以百分比(%)表示。=90，(4)损耗功率的表达式，29，2。添加吸收电流和吸收曲线、等效电路的直流电压时，电气介质通过电容电流i1、吸收电流I2和传导电流i3。这三者根据时间变化，如上图所示。这三个电流分量相加，得出总电流右侧图中的总电流I，表示在直流电压作用下绝缘的总电流随时间变化的曲线，称为吸收曲线。30、第二章气体放电的物理过程，第一节气体中带电粒子的产生和熄灭第二节气体放电机制第三节节能晕放电第四节非均匀电场气隙的破坏第五节闪电放电第六节间隙表面放电。在31，2.1气体中带电粒子的产生和消亡，1 .带电粒子在气体中的移动，1 .自由行程长度当气体有电场时，带电荷的粒子与中性气体粒子(原子或分子)一样，具有复杂的运动轨迹，一方面沿着电场定向。各种粒子在空气中移动时持续碰撞。32，单位笔划中碰撞次数z的倒数是相应粒子的平均自由笔划长度。实际自由笔划长度是随机的，非常分散。粒子的平均自由成型长度大于或等于特定距离x的概率为：因此电子的平均自由行程长度为：式的r气体分子的半径；N气体分子密度；自下而上：33，2。由于带电粒子的移动速率，带电离子必然与气体分子不断碰撞，但在电场力的驱动下仍然沿着电场方向移动，其速度u和场强E的比例系数k=u/E称为移动速率，表示在带电粒子单位的场强(1V/m)下沿着电场方向的漂移速度。因为电子的平均自由移动长度比离子大得多，电子的质量比离子小得多。更容易加速，所以电子的迁移率比离子大得多。34，3。扩散，带电粒子和中性粒子的运动也与粒子的浓度有关。在热运动过程中，粒子从浓度大的区域移动到浓度小的区域，使每个粒子的浓度分布均匀，这种物理过程称为扩散。气压低或温度越高，扩散速度越快。电子的热运动速度大，自由行程长度长，扩散速度也比离子快得多。35，2。带电粒子的产生给气体充电的粒子的来源为2。第一，气体分子本身的电离(包括冲击电离、光电分离、热电分离等多种形式)；另一种是气体的固体或液体金属发生表面电离。1 .电离产生气体放电的第一个前提电离带电离子的物理过程称为电离。激励在正常情况下，电子受外部因素的影响，从低能支付轨道转移到高能级轨道的现象称为激励。产生激励所需的能量(这里的能量)等于其轨道和正常轨道的能量水平差异。36，2。电离的几种形式(1)光电子电离频率为的光子能量，W=h式的h pulangke常数=空间光电子分离发生的条件或公式的3354光的波长，m；C光通量Wi气体的电离能量，eV。37，(2)冲击电离，主要是电子碰撞电离。原因：1 .电子小，自由时间长，可以大速度加速。电子的质量很小，可以大大加快。生成条件：因此，提高场强会加剧碰撞电离。(3)热电离常温，气体分子发生热电离的概率极小。热状态下气体的光电离及冲击电离的合成。38，(4)表面电离电子从金属表面逸出需要一定的能量，称为逸出操作。主要发生在阴极上，原因是阳极自由电子不会释放为气体。主要有四种形式。1.热电释放：金属的电子在高温下也能获得足够的动能，从金属表面逸出，这称为热电释放。很多电子设备经常使用加热阴极进行电子发射。2.强场发射(冷发射):阴极表面附近的空间有强电场时(106V/cm的正级)，阴极也发射电子。在正常状态下，气隙破坏完全不受影响。在高气压，压缩的高强度气体的破坏过程中起一定的作用。在真空中起着更决定性的作用。3.正离子撞击阴极表面：通常正离子的动能不大，可以忽略，这只有在它的势能超过阴极物质逸出工作的两倍时，才能引起阴极表面电离，这个条件可以满足。4.光电子发射：高能辐射先照射阴极，就会产生光电子发射，其条件是光子的能量必须大于金属的逸出作用。39，电子与气体分子碰撞时，电子与中性分子结合形成负离子的情况称为附着过程。容易产生负离子的气体，电负性也称为气体。这个过程有时需要释放能量，有时需要吸收能量。负离子的形成不会改变带电粒子的数量，但会减少自由电子的数量，起到抑制气体放电发展的作用。(或有助于提高气体的电气强度)。SF6气体对电子有很强的亲和力，所以电强度很高。(5)负离子形成，40，3，带电粒子消失，气体中带电粒子消失的情况很多。(1)带电粒子在电场的作用下作为定向运动，到达电极时消失为电极，形成外部电路的电流。(2)带电粒子因扩散现象而逸出气体放电空间。(3)带电粒子的复合体。在气体中带异种电荷的粒子相遇时，电荷的传递和中和可能发生，这种现象称为复合性，是与