高电压技术教案课件

高电压技术前言1.为什么巨大的电能需要通过高电压输送2.高电压技术学习内容和要求高电压技术作为工程技术中的一门学科是因为大功率、远距离输电的发展而产生的20世纪电力发展特点:大机组大电网高电压

美国中国俄国单机(千瓦)120万90万90万电压(千伏)80050076521世纪电力发展特点:更加可靠更加开放更加有效更加灵活设备可靠性随电压升高而下降设备的体积随电压升高而增大电压设备可靠性体积燃料电池21世纪最有希望的能源60年代用于宇宙飞船,21世纪将用于商业.工业其特点:模块式结构无环境污染节省水电源可分散价格高1500美金/千瓦

液体和固体电介质的绝缘特性

第一章一.电介质的极化1.定义电介质中的带电质点在电场作用下沿电场方向作有限位移Qo=CoU2.相对介电系数εr表征电介质在电场作用下的极化程度3.极化的基本形式：电子式极化、离子式极化、偶极子极化、夹层式极化、（空间电荷极化）。(1)电子式极化其特点:a.极化所需时间极短b.极化时没有能量损耗c.温度对极化影响极小(2).离子式极化其特点:a.极化过程极短b.极化过程无能量损耗c.温度对极化有影响,极化随温度升高而增强(3).偶极子式极化其特点a.极化所需时间较长,因而与频率有关b.极化过程有能量损耗c.温度对极化影响很大,温度很高和很低时,极化均减弱(4).夹层式极化其特点在两层电介质的界面上发生电荷的移动和积累,极化过程缓慢,并有损耗二.电介质韵的电导1.定义介质在武电场作钩用下,使其内舟部联系惩较弱的带电扫粒子作呀有规律馆的运动无形成电奶流,即泄漏厅电流.这种物柴理现象吩称为电导.表征驶电导深过程台强弱硬程度慎的物烦理量估为电新导率γ，或它的袋倒数电恨阻率ρo2.介质炊中的格电流(1)衰.电容缸电流ic在加耻压初叙瞬间它介质肃中的座电子爷式极档化和离子闻式极赔化过效程所袜引起朴的电刘流,无损耗,存在时躁间极短(2璃)吸收电建流ia有损极吵化所对伶应的电挖流,即夹层朽极化和偶扶极子科极化刊时的会电流,它随时攀间而衰减.(3)泄漏电槽流绝缘煮介质企中少赴量离托子定蔽向移爸动所绪形成的辰电导拜电流,它不随鹅时间而蓄变化.流过烂介质搂的电纪流i由三个类分量组饼成：3.吸收现饼象固体荐电介距质在登直流棍电压断作用眠下,观察转到电削路中雾的电财流从明大到房诚小随时间教衰减,最终稳辛定于某财一数值,称为“冷吸收现闭象”介质驳干燥乔和嘲翅湿,吸收现第象不一咱样,据此葡可判垦断绝童缘性举能的辟好坏.三.电介财质的拴损耗1.损耗的速形式(1胁).电导叨损耗由泄漏石电流引述起的损未耗.交直流奔下都存在.(2)除.极化损盗耗由偶极乓子与夹锤层极化淘引起,交流电压障下极青明显(3弟).游离损盼耗指气体圾间隙的育电晕放随电以及毫液固体闯介质内部捎气泡巾中局遗部放肾电所鸟造成舰的损飘耗.2.用介质邮损耗角始的正切tg到δ来表京示介筒损的脱意义在交起流电振压作乓用下,由于洲存在渴三种贴形式架的损猪耗,需引识入一羞个新画的物伞理量仪来表孝征介嗽损的说特性.经推导,介质凶损耗P为经推导,介质县损耗P为由于:(1送).报P值与试炼验电压U的高低薯等因素湖有关;(2疏).阵tg贡δ是与电胳压、频列率、绝瓶缘尺寸卸无关的相量，而仅取辟决于电毕介质的较损耗特供性。(3)净tgδ可以命用高马压电热桥等酷仪器茫直接备测量.所以表袄征介损勉用介质终损失角罩的正切tg叹δ来表示,而不强是用明有功轻损耗P来表陪示.3.影响tgδ的因亡素（1）温艇度的惨影响（2）频率伴的影响（3）电交压的朝影响在电场修强度拘不很价高时果，tgδ不变斥；在电场么强度较嫂高时，tgδ随电场彻强度升带高而迅忍速增大气体的绝英缘特鞭性第二节1.空气奏在强星电场同下放君电特杀性一.气体电姿介质的黄放电特激性气体葵在正饮常状典态下垦是良钞好的军绝缘广体,在一个踩立方厘举米体积沸内仅含袜几千个说带电粒专子,但在高泽电压下,气体从夏少量电趣荷会突葱然产生顷大量的百电荷,从而失膝去绝缘配能力而愈发生放电现象.一旦市电压堡解除吹后,气体电叫介质能自动恢档复绝缘状态输电禁线路涨以气熟体作扣为绝矛缘材腿料变压器昌相间绝题缘以气处体作为昆绝缘材遇料2.带电质克点的产洲生与消躁失(1)激发原子页在外左界因娇素作兔用下,其电子堆跃迁到命能量较肠高的状尿态(2贸)游离原子步在外刻界因蜻素作野用下,使其一道个或几胁个电子贱脱离原微子核的斤束博而拦形成自招由电子贪和正离思子(3脚)游离的隆方式a.碰撞津游离b.光游误离c.热游例离d.金属表猾面游离碰撞钢游离当带源电质件点具靠有的良动能抓积累尝到一饶定数房诚值后束，在嚼与气兔体原耕子（奔或分雾子）武发生屡碰撞惨时，盛可以短使后弟者产薪生游踢离，拾这种尾由碰屯撞而罚引起架的游舰离称垄为碰硬撞游筛离引起碰周撞游离株的条件削：：气体原名子（或闪分子）肢的游离承能光游离由光辐丛射引起咐气体原特子（或港分子）慌的游离称为光初游离产生光润游离的版条件：h:普朗克淡常数ν:光的鼓频率热游离气体溉在热屡状态董下引棕起的谣游离吴过程碰称为伴热游疼离产生虎热游豆离的拘条件川：K:波茨存曼常苏数T:绝对温粗度金属表摩面游离电子帆从金增属电够极表嘉面逸字出来谜的过师程称永为表堤面游谜离(4块)去游离a.扩散带电质尾点从高宋浓度区盐域向低晨浓度区比域运动.b.复合正离子特与负离绑子相遇筋而互相胀中和还煌原成中缩慧性原子c.附着卡效应传电厕子与讲原子套碰撞更时,电子降附着肢原子航形成办负离电子二.气体动放电打的两亮个理坝论1.汤逊放肚电理论.适用条推件:均匀君电场,低气压,短间逼隙实验画装置均匀成电场留中气篇体的返伏安穗特性分析：oa段:随着交电压先升高仓，到译达阳颈极的字带电帮质点无数量愿和速汁度也贪随之旋增大ab段：电流不涝再随电痰压的增岗大而增闷大bc段：电流坝又再串随电秤压的埋增大堂而增陪大c点:电流停急剧京突增(1)奏.电子欲崩在电场捆作用下仆电子从欢阴极向坏阳极推蒸进而形据成的一盯群电子(2弄).非自持烦放电去掉侮外界研游离际因素谈的作秃用后,放电随犹即停止(3)节.自持守放电不需要犯外界游勿离因素柄存在,放电也袍能维持衡下去(4趣).自持放叠电条件a.电子眼的空勺间碰反撞系流数α一个电兵子在电则场作用展下在单育位行程霜里所发桃生的碰袭撞游离香数b.正离应子的秆表面暑游离洲系数γ一个正叹离子到掩达阴极,撞击宝阴极报表面陕产生医游离魄的电午子数自持放边电条件刮可表达蛙为:综上所硬述，将搂电子磞录和阴极顾上的r过程作名为气体惠自持放锄电的决脉定因素兽是汤逊沸理论的艳基础。汤逊理回论的实略质：电子碰嫌撞电离序是气体比放电的及主要原巨因，二染次电子稻来源于柄正离子馆撞击阴缺极表面恩逸出电尾子，逸限出电子专是维持畏气体放稿电的必嫁要条件诞。所逸经出的电命子能否床接替起涌始电子跑的作用细是自持弟放电的辞判据。(5稻)巴申仪定律a.表达耗式:P:气体槽压力S:极间距肾离b.均匀虑电场潮中几思种气号体的进击穿经电压租与ps的关系2.流注序理论(1梢).在ps乘积猎较大帆时,用汤逊似理论无匠法解释凭的几种冤现象a.击穿捞过程肌所需坝时间,实测讨值比鞭理论声值小10揉--霸10绍0倍b.按汤矿逊理疲论,击穿过乒程与阴艳极材料炭有关,然而在冲大气压件力下的固空气隙聪中击穿馆电压与失阴极材零料无关.c.按汤逊庆理论,气体放兆电应在满整个间拦隙中均巧匀连续城地发展,但在大统气中击填穿会出眯现有分爹枝的明斗亮细通巾道(2百).理论败要点:认为电知子碰撞晚游离及碎空间光吊游离是其维持自狭持放电垫的主要因常素,流注形旧成便达雷到了自色持放电圣条件,它强啊调了空间电怖符畸变迟电场的怀作用和截热游离只的作用.(3)放电简戚单流程稍图:有效嗓电子(经碰撞置游离)--赤---电子庭崩(畸变寄电场)-双--姿--发射光标子(在强槽电场继作用伟下)-寨--控--产生饲新的宾电子淘崩(二次摧崩)-圣--鄙--形成逢混质脱通道(流注)-丢--黄--由阳撤极向氏阴极(阳极乏流注)或由阴信极向阳秆极(阴极流迅注)击穿.三.不均武匀电糕场中暗气隙已的放吩电特进性1.电晕蚊放电一定电勉压作用睬下,在曲率所半径小案的电极嗽附近发土生局部游离,并发出焦大量光姿辐射,有些慌像日捏月的揭晕光,称为电晕放电.电晕宰起始穴场强版开始变出现端电晕抢时电扬极表育面的象场强电晕起霞始电压咸开始拆出现电奋晕时的均电压电晕放宿电是极慰不均匀叔电场所闷特有的螺一种自嗽持放电雁形式2.极性效堆应(1录).正棒--得-负板分析：a.由于捧套极附近酿积聚起原正空间扎电荷，渔削弱了航电离，项使电晕数放电难犹以形成粱，造成地电晕起彼始电压浇提高。b.由于捧沾极附近架积聚起疮正空间音电荷在往间隙深贪处产生宪电场加升强了朝椅向板极招的电场桥，有利客于流注写发展，罩故降低黄了击穿朵电压。(2).负棒---正板分析邻：a.捧附近吵正空间柔电荷产计生附加秧电场加遭强了朝绍向棒端管的电场司强度，贷容易形巾成自持登放电，疤所以其归电晕起污始电压区较低。b.在间狠隙深榨处，季正空芽间电筐荷产其生的型附加赖电场茅与原教电场独方向稳相反辉，使溜放电论的发储展比货较困轮难，宫因而疲击穿撑电压巾较高疤。结论须：在相同弱间隙下正捧---猴--负板负捧---违--正板电晕真起始国电压间隙击驼穿电压高担低低仆高第四狸节雪液体息的绝泽缘性蹲能四.液体电安介质的行击穿特已性1.贿“小桥”麦理论(即:“气泡延”击黑穿理安论)变压麦器油总的击壤穿主惜要原享因,在于胸杂质尤的影读响,而杂竹质是存水分仔、受个潮的妄纤维豆和被帜游离命了的气泡池等构屯成，缎它们传在电勺场的俩作用婶下，迷在电极间超逐渐立排列维成为条小桥悔，从创而导严致击赢穿。2.影响液席体电介彻质击穿缸电压的撇因素（1）自身蜡品质因搜素：杂违质的多策少（含劈燕水量、匹纤维量假、气量忠）通过标评准油杯闹中变压凝器油的亲工频击狂穿电压豆来衡量缝油的品球质（2）温度（3）电眉压作候用时孤间加压后快短至几浊个微秒暮时，表五现为电漫击穿，抖击穿电乐压很高当电压狮作用乓时间皂大于愧毫秒触级时酸，表叹现为炎热击集穿，钞击穿甲电压朗随作柄用时枣间增靠加而守降低（4）电乱场均支匀程述度电场兼愈均预匀，捏杂质酒对击房诚穿电增压的哨影响糟愈大分散性稻也愈大哥，击穿荷电压也党愈高5.提高液撑体电介口质击穿胞电压的任措施（1）过滤（2）防柿潮（3）脱气（4）覆盖论层（5）绝桥缘层（6）屏铸障第四节退固棒体的绝钳缘性能1.击穿苦形式(1理).电击穿(2检).热击唇穿(3)跃.电化学翠击穿2.影响峡因素(1累).电压陪作用怖时间(2增).电场均很匀程度海与介质鸦厚度(3)辫.电压劝种类(4鸭).电压投作用答的累久积效竞应(5)散.受潮3.提高击揉穿电压窗的措施(1企).改进制充造工艺:尽可前能清争除介土质中诞的杂顾质,可以骨通过迟精选大材料鞠、改毯善工犬艺、尽真空青干燥享、加强地浸渍父等方魔法。(2考).改进晌绝缘矿设计:尽可府能使砍电场帆均匀(3)划.改善盛运行密条件:注意防添潮、尘黄污，加泛强散热冷却变压器顶排风散框热六.电介都质的辛老化老化刮的主颤要形姥式：仙电老帜化和璃热老箩化绝缘材锯料的耐口热等级七.描写电裁介质电请性能的央四个物公理量俘与对萍应的四亚个物理艰现象1.电介质堂的极化乎相对介篮电系数2.电介红质的剪电导刘电凯导率γ3.电介宁质的调损耗肃介质夫损失走角正巴切tgδ4.电介质兔的击穿另电场用强度E第五席节词复合续绝缘刃体的请特性有机复明合绝缘丙跌落式配熔断器一.大气条户件对气勾体间隙享击穿电亚压的影轮响1.标准强大气鞭条件大气克压力P0=1啄01呜.3井kp亿a温度湿度f0=11吗g/m32.相对役密度蛋的影智响相对鄙密度p=0谣.28围9--罗--T当在0.9华5到1.沙05之间临时,空气间讯隙的击真穿电压U与成正凳比U=U03.湿度民的影旬响(1寄).均匀或阀稍不均挖匀电场湿度汪的增甚加而醒略有恰增加,但程闯度极狮微,可以僻不校捉正(2)器.极不均互匀电场由于忙平均栋场强想较低,湿度增捐加后,水分子佳易吸附旬电子而形熄成质量绒较大的具负离子,运动财速度,减慢徒游离能力叮大大就降低,使击穿把电压增眨大.因此俯需要耳校正.4.高度敞的影路响随着品高度药增加,空气逐豪渐稀薄,大气棍压力华及空没气相对密殊度下降,间隙的加击穿电出压也随残之下降.U=kaU0六.提高脚气体证间隙起绝缘塌强度芹的方煎法有两哭个途虚径:一个旺是改烦善电钻场分皆布,使之昆尽量食均匀;另一放个是达削弱汪气体非间隙嘱中的茎游离正因素.1.改善倒电场厦分布繁的措努施(1泼).改变错电极宜形状(2)槐.利用空怒间电荷勉对电场吹的畸变民作用(3).极不熔均匀喂电场纵中采翅用屏葱障当屏障剧与棒侨极之参间的羊距离窄约等副于间备隙的匠距离荒的15棚%-眠--盖--另20促%时，间犹隙的击心穿电压思提高得酸最多，可达到轰无屏障拼时的2-女--栽3倍2.削弱游漠离因素切的措施(1)涨.采用高隶气压气体压雾力提高殖后，气屿体的密虽度加大喉，减少检了电子佣的平均界自由行壳程，从巷而削弱夫了碰撞伏游离的愤过程。如高啄压空献气断点路器兄和高农压标份准电屈容器湖等10疯kv高压标象准介损衣器(2)聪.采用高叶真空气体间贫隙中压昏力很低咬时，电窜子的平拘均自由朗行程已牵增大到劈燕极间空悼间很难扎产生碰执撞游离旋的程度虚。如真渐空电类容器捡、真招空断卧路器秘等真空誓电容佳器真空渴断路抄器(3)师.采用床高强尊度气伟体SF6气体奸属强胁电负拔性气立体,容易安吸附惭电子征成为负离子,从而萄削弱区了游窄离过减程.提高压街力后可相当垒于一艇般液升体或巡寿固体剪绝缘盼的绝史缘强桃度.它是办一种呈无色删、无介味、坐无臭播、无显毒、副不燃佛的不活吸泼气阳体，誉化学学性能忙非常四稳定荣，无丈腐蚀水作用。它殿具有优忌良的灭已弧性能经，其灭辨弧能力论是空气的10亿0倍，和故极祝适用雀于高乡丰压断碎路器断中。七.气体中指的沿面弟放电1.什么叫返沿面放箱电沿着固凉体介质书表面的迁气体发优生的放啄电沿面绘放电亩电压反通常骆比纯且空气变间隙素的击判穿电灾压要灿低2.界面电遵场分布井的三种虑典型情俘况气体介雨质与固言体介质艺的交界洲称为界违面(1)探.固体筋介质委处于骗均匀锯电场趟中,且界傍面与竟电力抹线平仙行;(2芝).固体界介质剥处于图极不王均匀干电场击中,且电踢力线看垂直阁于界面修的分冬量比访平行扇于界问面的幼分量笛大得魄多;类似套伴管瓷套骄管变压桃器用品电容士套管(3虚).固体显介质规处于导极不径均匀凝电场投中,且电肉力线凡平行做于界面的青分量以健垂直于粥界面的酒分量大禁得多.类似支啄持绝缘彩子复合利支持范绝缘情子户外高秧压支持音绝缘子3.均匀止电场击中的敞沿面畜放电其放电桨特点:(1酷).放电发恨生在沿库着固体涨介质表决面,且放电惭电压比纯空劣气间报隙的皱放电逮电压党要低.其原因a.固体介效质与电饺极表面喂没有完谊全密合息而存在微小学气隙,或者介疫面有裂召纹.b.介质与表面伞不可单能绝惯对光钳滑,使表归面电朴场不侧均匀.c.介质表帜面电阻跳不均匀量使电场庄分布不悠均匀d.介质表闷面易吸要收水分,形成筑一层肠很薄日的膜,水膜触中的伸离子蓬在电院场作菜用下峰向两志极移辩动,易在电怒极附泻近积骂聚电统荷,使电场巾不均匀4.极不均甘匀电场围具有强廊法线分辞量时的浑沿面放商电(套管掀型)(1坑)放电发收展特点:a.电晕放析电b.线状首火花骆放电c.滑闪放蒙电d.闪络落放电等值电圈路图(2生)影响沿园面放电耕因素分衫析等值醉电路域图a.固体贯介质冬厚度刮越小翁，则烘体积驾电容参越大旷，沿狡介质驼表面滑电压睁分布露越不局均匀榜，其客沿面领闪络兼电压逆越低毕；b.同理，识固体介喝质的体索积电阻勿越小，吉沿面闪界络电压贺越低c.固体替介质旦表面狠电阻升减少素，可起降低葛沿面替的最甚大电芒场强弄度，贺从而狸提高验沿面记闪络邀电压(3毅).提高沿墓面闪络膜电压措足施a.减少逐套管北的体断积电谈容。苹如增对大固焦体介参质厚段度，括加大润法兰股处套漠管的绿外经b.减少枣绝缘鞋的表万面电麦阻。巴如在辽套管缴近法辟兰处谱涂半绢导体叙漆或冒半导虏体釉(电瓷表载面施半便导体釉率后可使删表面电圈阻率降字低，一话般在10进6～10幅8Ω春·c混m，可以眉改善电研压分布盼和增加织表面泄杯漏电流密的发