高電壓技術全套可編輯PPT課件

本課件是可編輯的正常PPT課件一、能源演變路徑緒論

低密度能源向高密度能源轉型高碳向低碳轉型新能源不斷大規(guī)模發(fā)展遠距離大容量高壓輸電特高壓電網(wǎng)可提升清潔電力供應能力，并有力推動清潔低碳轉型，實現(xiàn)能源電力可持續(xù)發(fā)展本課件是可編輯的正常PPT課件二、高壓輸電的發(fā)展過程緒論

全球特高壓輸電技術發(fā)展歷程本課件是可編輯的正常PPT課件二、高壓輸電的發(fā)展過程緒論

1875年,法國巴黎建成世界上第一座發(fā)電廠，標志著世界電力時代的到來1891年，在德國勞芬電廠安裝了世界第一臺三相交流發(fā)電機；它發(fā)出的三相交流電通過第一條13.8kV輸電線將電力輸送到遠方用電地區(qū)，從而開始了高壓輸電的時代1879年，中國上海公共租界點亮了第一盞電燈。1882年，第一家電業(yè)公司-上海電氣公司成立。100多年來，輸電電壓由最初的13.8kV逐步發(fā)展到20，35，66，110，220，330，500，750，1000kV本課件是可編輯的正常PPT課件二、高壓輸電的發(fā)展過程緒論

輸電電壓一般分高壓、超高壓和特高壓。高壓（HV）：35~220kV；超高壓（EHV）：330~750kV；特高壓（UHV）：1000kV及以上高壓直流（HVDC）：±600kV及以下特高壓直流（UHVDC）：±600kV以上，包括±750kV和±800kV1908年，美國建成了世界第一條110kV輸電線路；經(jīng)過15年，于1923年，第一條230kV線路投入運行；1954年建成第一條345kV線路。從230kV電壓等級到345kV電壓等級經(jīng)歷了31年。在345kV投運15年后，1969年建成了765kV線路本課件是可編輯的正常PPT課件二、高壓輸電的發(fā)展過程緒論

1952年，瑞典建成世界上第一條380kV超高壓線路

1965年，加拿大建成世界第一條735kV超高壓線路

1952年，前蘇聯(lián)建成第一條330kV線路；1956年建成400kV線路；1967年建成750kV線路。從330kV電壓等級發(fā)展到750kV電壓等級用了15年時間。歐洲和美國，在超高壓輸電方面，主要發(fā)展345kV、380kV和750kV電壓級，500kV線路發(fā)展比較慢。1964年，美國建成第一條500kV線路，從230kV到500kV輸電，時間間隔達36年。前蘇聯(lián)的500kV電壓等級是在400kV基礎上升級發(fā)展起來的，1964年，建成完善的500kV輸電系統(tǒng)本課件是可編輯的正常PPT課件二、高壓輸電的發(fā)展過程緒論

1985年，前蘇聯(lián)建成世界上第一條1150kV特高壓輸電線路。從500kV電壓等級到1150kV電壓等級用了20年時間中國，1949年前，電力工業(yè)發(fā)展緩慢，輸電電壓按具體工程決定，電壓等級繁多：1908年建成22kV石龍壩水電站至昆明線路1921年建成33kV石景山電廠至北京城的線路1933年建成撫順電廠的44kV出線1934年建成66kV延邊至老頭溝線路1935年建成撫順電廠至鞍山的154kV線路1943年建成110kV鏡泊湖水電廠至延邊線本課件是可編輯的正常PPT課件二、高壓輸電的發(fā)展過程緒論

中國，1949年新中國成立后，按電網(wǎng)發(fā)展統(tǒng)一電壓等級，逐漸形成經(jīng)濟合理的電壓等級系列：高壓電網(wǎng)向特高壓電網(wǎng)發(fā)展的歷程1952年，用自主技術建設了110kV輸電線路，逐漸形成京津唐110kV輸電網(wǎng)1954年，建成豐滿至李石寨220kV輸電線路，隨后繼續(xù)建設遼寧電廠至李石寨，阜新電廠至青堆子等220kV線路，迅速形成東北電網(wǎng)220kV骨干網(wǎng)架1972年建成330kV劉家峽—關中輸電線路，全長534km，隨后逐漸形成西北電網(wǎng)330kV骨干網(wǎng)架。1981年建成500kV姚孟—武昌輸電線路，全長595km。本課件是可編輯的正常PPT課件二、高壓輸電的發(fā)展過程緒論

通常按未來20~30年輸電網(wǎng)不同的平均輸送容量和不同的平均輸電距離的要求，以1～2個電壓等級進行輸電能力分析，作出不同方案的每KW電力的輸電成本曲線，以各成本曲線的經(jīng)濟平衡點或平衡區(qū)決定更高電壓的標稱值世界各國在選擇345kV和500kV以上的更高電壓等級時，分析比較，并進行了大量的計算得出結論：330kV（345kV）電網(wǎng)，選用750kV（765kV），平均輸電距離300km及以上；500kV電網(wǎng)，選用1000kV（1100kV），平均輸送距離500km及以上本課件是可編輯的正常PPT課件二、高壓輸電的發(fā)展過程緒論

中國特高壓輸電等級分布圖本課件是可編輯的正常PPT課件二、高壓輸電的發(fā)展過程緒論

中國特高壓“14交12直”線路圖本課件是可編輯的正常PPT課件二、高壓輸電的發(fā)展過程緒論

晉東南-南陽-荊門1000千伏特高壓交流輸電淮南-上海1000千伏特高壓交流輸電榆橫-濰坊1000千伏特高壓交流輸電錫盟-山東1000千伏特高壓交流輸電浙北-福州1000千伏特高壓交流輸電蒙西-天津南1000千伏特高壓交流輸電中國特高壓交流輸電工程本課件是可編輯的正常PPT課件二、高壓輸電的發(fā)展過程緒論

向家壩-上海±800千伏特高壓直流輸電錦屏-蘇南±800千伏特高壓直流輸電哈密南-鄭州±800千伏特高壓直流輸電溪洛渡左岸-浙江金華±800千伏特高壓直流輸電甘肅酒泉-湖南湘潭±800千伏特高壓直流輸電山西晉北-南京±800千伏特高壓直流輸電錫盟-江蘇泰州±800千伏特高壓直流輸電中國特高壓直流輸電工程本課件是可編輯的正常PPT課件二、高壓輸電的發(fā)展過程緒論

內蒙古上海廟-山東臨沂±800千伏特高壓直流輸電內蒙古扎魯特-山東青州±800千伏特高壓直流輸電新疆昌吉-安徽皖南±1100千伏特高壓直流輸電寧夏靈武-浙江紹興±800千伏特高壓直流輸電青海海南州-河南鄭州±800千伏特高壓直流輸電中國特高壓直流輸電工程本課件是可編輯的正常PPT課件二、高壓輸電的發(fā)展過程緒論

本課件是可編輯的正常PPT課件三、高電壓技術的應用緒論

國防軍事：脈沖功率技術航空航天：等離子推進器集成電路：微電子產(chǎn)業(yè)封裝技術以及芯片信息存儲技術工業(yè)生產(chǎn)：高電壓靜電除塵技術、液電效應技術以及線爆技術農(nóng)業(yè)生產(chǎn)：等離子體育種技術食品科學：高壓脈沖電場技術醫(yī)療衛(wèi)生：等離子體消殺技術、高壓納秒脈沖技術本課件是可編輯的正常PPT課件第一章

氣體放電的基本物理過程1.1帶電粒子的產(chǎn)生和消失1.2電子崩的形成和發(fā)展過程1.3流注的發(fā)展過程1.4不均勻電場中的放電過程1.5長氣隙擊穿過程1.6放電等離子體本課件是可編輯的正常PPT課件

1.1帶電粒子的產(chǎn)生和消失1.1.1氣體放電的主要形式1.1.2

帶電粒子的產(chǎn)生1.1.3帶電粒子的消失本課件是可編輯的正常PPT課件輝光放電當氣體壓力不大，電源功率很小（放電回路中串入很大阻抗）時，外施電壓增到一定值后，回路中電流突增至明顯數(shù)值，管內陰極和陽極間整個空間忽然出現(xiàn)發(fā)光現(xiàn)象特點是放電電流密度較小，放電區(qū)域通常占據(jù)了整個電極間的空間。霓虹管中的放電就是輝光放電的例子，管中所充氣體不同，發(fā)光顏色也不內陰極和陽極間整個空間忽然出現(xiàn)發(fā)光現(xiàn)象氣體放電的主要形式本課件是可編輯的正常PPT課件氣體放電的主要形式根據(jù)氣體壓力、電源功率、電極形狀等因素的不同，擊穿后氣體放電可具有多種不同形式。利用放電管可以觀察放電現(xiàn)象的變化輝光放電電暈放電刷形放電火花放電電弧放電本課件是可編輯的正常PPT課件電暈放電電極曲率半徑很小或電極間距離很遠（電場極不均勻），當電壓升高到一定值后，首先在緊貼電極電場最強處出現(xiàn)發(fā)光層，回路中出現(xiàn)用一般儀表即可察覺的電流。隨著電壓升高，發(fā)光層擴大，放電電流也逐漸增大發(fā)生電暈放電時，氣體間隙的大部分尚未喪失絕緣性能，放電電流很小，間隙仍能耐受電壓的作用氣體放電的主要形式本課件是可編輯的正常PPT課件刷形放電電極間距較大、電場極不均勻情況下，如電壓繼續(xù)升高，從電暈電極伸展出許多較明亮的細線狀光束，稱為刷形放電電壓再升高，根據(jù)電源功率而轉入火花放電或電弧放電，最后整個間隙被擊穿氣體放電的主要形式本課件是可編輯的正常PPT課件火花放電在較高氣壓（例如大氣壓力）下，擊穿后總是形成收細的發(fā)光放電通道，而不再擴散于間隙中的整個空間。當外回路中阻抗很大，限制了放電電流時，電極間出現(xiàn)貫通兩極的斷續(xù)的明亮細火花火花放電的特征是具有收細的通道形式，并且放電過程不穩(wěn)定氣體放電的主要形式本課件是可編輯的正常PPT課件電弧放電減小外回路中的阻抗，則電流增大，電流增大到一定值后，放電通道收細，且越來越明亮，管端電壓則更加降低，說明通道的電導越來越大電弧通道和電極的溫度都很高，電流密度極大，電路具有短路的特征氣體放電的主要形式本課件是可編輯的正常PPT課件根據(jù)氣體壓力、電源功率、電極形狀等因素的不同，擊穿后氣體放電可具有多種不同形式。利用放電管可以觀察放電現(xiàn)象的變化碰撞電離光電離熱電離電極表面的電離帶電粒子的產(chǎn)生本課件是可編輯的正常PPT課件碰撞電離必要條件：撞擊質點所具有的總能量（包括動能和勢能）大于被撞擊質點在該種狀態(tài)下所需的電離能需要一定的相互作用的時間和條件考慮動能，在電場作用下，撞擊質點被加速而獲得動能。將可能引起碰撞電離的條件帶電粒子的產(chǎn)生

me：電子的質量ve：電子的速度Wi：氣體分子的電離能本課件是可編輯的正常PPT課件碰撞電離碰撞電離的形成與電場強度和平均自由行程的大小有關氣體放電中，碰撞電離主要是電子和氣體分子碰撞而引起的帶電粒子的產(chǎn)生本課件是可編輯的正常PPT課件光電離光輻射引起的氣體分子的電離過程稱為光電離自然界、人為照射、氣體放電過程光子能量滿足下面條件，將引起光電離，分解成電子（光電子）和正離光輻射能夠引起光電離的臨界波長（即最大波長）：帶電粒子的產(chǎn)生

本課件是可編輯的正常PPT課件光電離銫蒸汽的電離電位最小（3.88V），產(chǎn)生直接光電離的波長應小于318nm（紫外）對所有氣體來說，在可見光（400～750nm）的作用下，一般是不能發(fā)生直接光電離的分級電離

光電離在氣體放電中起重要作用

反激勵、復合釋放具有一定能量的光子(具有較大的初始速度)帶電粒子的產(chǎn)生本課件是可編輯的正常PPT課件熱電離因氣體熱狀態(tài)引起的電離過程稱為熱電離帶電粒子的產(chǎn)生K：波爾茨曼常數(shù)

K=1.38×10-23J/KT：絕對溫度，K分子的熱運動所固有的動能不足以產(chǎn)生碰撞電離，20℃時，氣體分子平均動能約0.038eV。熱電離起始溫度為103K在一定熱狀態(tài)下物質會發(fā)出輻射，熱輻射光子能

量大，會引起光電離

本課件是可編輯的正常PPT課件熱電離熱電離實質上是熱狀態(tài)下碰撞電離和光電離的綜合例如：發(fā)生電弧放電時，氣體溫度可達數(shù)千度，氣體分子動能就足以導致發(fā)生明顯的碰撞電離，高溫下高能熱輻射光子也能造成氣體的電離帶電粒子的產(chǎn)生本課件是可編輯的正常PPT課件電極表面的電離金屬陰極表面發(fā)射電子

逸出功：與金屬的微觀結構、表面狀態(tài)有關金屬的逸出功一般比氣體的電離能小得多，在氣體放電中起重要作用金屬表面電離所需能量獲得的方式正離子碰撞陰極（二次發(fā)射）帶電粒子的產(chǎn)生本課件是可編輯的正常PPT課件電極表面的電離正離子碰撞陰極時把能量（主要是勢能）傳遞給金屬中的電子，使其逸出金屬正離子必須碰撞出一個以上電子時才能產(chǎn)生自由電子正離子與電子復合時發(fā)出的勢能起作用逸出的電子有一個和正離子結合成為原子，其余的成為自由電子帶電粒子的產(chǎn)生本課件是可編輯的正常PPT課件正離子撞擊陰極表面正離子在電場中向陰極運動，當其與陰極發(fā)生碰撞時，可將其具有的能量傳遞給陰極中的電子光電子發(fā)射金屬表面受到短波光的照射。同樣的光輻射引起的電極表面電離要比引起空間光電離強烈得多帶電粒子的產(chǎn)生本課件是可編輯的正常PPT課件熱電子放射當陰極被加熱到很高溫度時，其中的電子獲得巨大動能，逸出金屬表面對于某些電弧放電的過程有重要的意義強場發(fā)射當陰極附近所加外電場足夠強時，可使陰極發(fā)射出電子。場強在106V/cm左右，一般氣體擊穿場強遠低于此值此情況會出現(xiàn)在高氣壓間隙和高真空間隙放電中帶電粒子的產(chǎn)生本課件是可編輯的正常PPT課件氣體中帶電粒子的消失可有下述幾種情況（一）電場力作用下帶電粒子流入電極（二）帶電粒子的擴散（三）帶電粒子的復合帶電粒子的消失放電后絕緣材料表面積累電荷的消散過程本課件是可編輯的正常PPT課件帶電質點產(chǎn)生以后，在外電場作用下將作定向運動，形成電流：帶電質點在一定的電場強度下運動達到某種穩(wěn)定狀態(tài)，保持平均速度，即上述的帶電質點的驅引速度電子遷移率比離子遷移率大兩個數(shù)量級帶電粒子的消失

vd：平均速度

b：遷移率電場力作用下帶電粒子流入電極本課件是可編輯的正常PPT課件帶電質點的擴散是由于熱運動造成，帶電質點的擴散規(guī)律和氣體的擴散規(guī)律相似氣體中帶電質點的擴散和氣體狀態(tài)有關，氣體壓力越高或者溫度越低，擴散過程也就越弱電子的質量遠小于離子，所以電子的熱運動速度很高，它在熱運動中受到的碰撞也較少，因此，電子的擴散過程比離子的要強得帶電粒子的消失帶電粒子的擴散本課件是可編輯的正常PPT課件正離子和負離子或電子相遇，發(fā)生電荷的傳遞而互相中和、還原為分子的過程在帶電質點的復合過程中會發(fā)生光輻射，這種光輻射在一定條件下又成為導致電離的因素參與復合的質點的相對速度愈大，復合概率愈小。通常放電過程中離子間的復合更為重要帶電質點濃度越大，復合速度越大，強烈的電離區(qū)也是強烈的復合區(qū)帶電粒子的消失帶電粒子的復合本課件是可編輯的正常PPT課件

1.2電子崩的形成和發(fā)展過程1.2.1非自持放電和自持放電1.2.2

電子崩的形成和發(fā)展1.2.3自持放電的條件1.2.3氣體擊穿和帕邢定律本課件是可編輯的正常PPT課件非自持放電和自持放電外電離因數(shù)：宇宙線、地面上的放射性輻射、太陽光中的紫外線等外施電壓小于U0時，間隙電流遠小于微安級，此階段氣體絕緣性能完好電流要依靠外電離因素來維持。如果取消外電離因素，那么電流也將消失U0以前的放電形式稱為非自持放電氣體放電的伏安特性曲線本課件是可編輯的正常PPT課件非自持放電和自持放電當電壓達到U0后，氣體中發(fā)生了強烈的電離，電產(chǎn)生電子崩，電流劇增氣體中電離過程只靠電場作用可自行維持，不再需要外電離因素了U0以后的放電形式稱為自持放電氣體放電的伏安特性曲線本課件是可編輯的正常PPT課件一個起始電子自電場獲得動能后，會碰撞電離出一個第二代電子這兩個電子作為新的第一代電子，又將電離出新的第二代電子，這時空間已存在四個自由電子這樣一代一代不斷增加的過程，會使電子數(shù)目迅速增加，如同冰山上發(fā)生雪崩一樣，形成了電子崩電子崩形成的示意圖電子崩的形成和發(fā)展本課件是可編輯的正常PPT課件α電離系數(shù)定義：一個電子沿著電場方向行經(jīng)1cm長度，與氣體分子發(fā)生碰撞所產(chǎn)生的自由電子數(shù)α即是一個電子在單位長度行程內新電離出的電子數(shù)或正離子數(shù)電子崩形成的示意圖電子崩的形成和發(fā)展本課件是可編輯的正常PPT課件設：在外電離因素光輻射的作用下，單位時間內陰極單位面積產(chǎn)生n0個電子距離陰極為x的橫截面上，單位時間內單位面積有n個電子飛過這n個電子行過dx之后，又會產(chǎn)生dn個新的電子計算氣隙中電子數(shù)增長的示意圖將此式積分，可得電子的增長規(guī)律為

電子崩的形成和發(fā)展本課件是可編輯的正常PPT課件電子崩的形成和發(fā)展設對于均勻電場，α不隨空間位置而變相應的電子電流增長規(guī)律為令x=S，得進入陽極的電子電流，即外回路中的電流

本課件是可編輯的正常PPT課件自持放電條件正離子在間隙中造成的空間電離過程不可能具有顯著作用，一般不考慮β過程正離子向陰極移動，依靠它所具有的動能及位能，在撞擊陰極時能引起表面電離，使陰極釋放出自由電子γ電離系數(shù)定義一個正離子碰撞到陰極表面時使陰極金屬表面平均釋放出的自由電子本課件是可編輯的正常PPT課件設從陰極飛出n0個電子，到達陽極后電子數(shù)將增加為正離子數(shù)為正離子到達陰極，從陰極電離出的電子數(shù)為

自持放電條件本課件是可編輯的正常PPT課件當n0=1時正離放電有非自持轉入自持的條件為在均勻電場中，這也就是間隙擊穿的條件，上式具有清楚的物理意義

自持放電條件

本課件是可編輯的正常PPT課件自持放電條件低氣壓、短氣隙情況下氣體的放電過程當自持放電條件得到滿足時，就會形成圖解中閉環(huán)比分所示的循環(huán)不息的狀態(tài)，放電就能自己維持下去本課件是可編輯的正常PPT課件氣體擊穿和帕邢定律擊穿電壓：根據(jù)自持放電條件推導擊穿電壓設電子在均勻電場中行經(jīng)距離x而未發(fā)生碰撞，電子從電場獲得的能量為eEx，電子如要能夠引起碰撞電離，必須滿足條件只有那些自由行程超過xi＝Ui／E的電子，才能與分子發(fā)生碰撞電離。若電子的平均自由行程為λe，自由行程大于xi的概率為本課件是可編輯的正常PPT課件氣體擊穿和帕邢定律利用湯森放電理論的自持放電條件

以及電子碰撞電離系數(shù)α與氣壓p、電場強度E的關系是，并考慮均勻電場中自持放電起始場強(式中U0為起始電壓)，即可得到下面的關系式本課件是可編輯的正常PPT課件氣體擊穿和帕邢定律當溫度不變時，均勻電場中氣體的擊穿電壓U0是氣體壓力和電極間距離的乘積pd的函數(shù)

本課件是可編輯的正常PPT課件氣體擊穿和帕邢定律擊穿電壓與δ?S的規(guī)律在湯遜碰撞電離學說提出之前，帕邢已從實驗中總結出來了，湯遜理論從理論上解釋了試驗結果帕邢定律空氣和SF6氣體的擊穿電壓U與pd值關系的實驗曲線本課件是可編輯的正常PPT課件氣體擊穿和帕邢定律從試驗曲線上可以看出，存在一個最小值

氣壓很小時，氣體稀薄，雖然電子自由程大，可以得到足夠的動能，但碰撞總數(shù)小，所以擊穿電壓升高氣體增大時，電子自由程變小，得到的動能減小，所以擊穿電壓升高。總有一個氣壓對碰撞電離最有利，此時擊穿電壓最小帕邢定律本課件是可編輯的正常PPT課件

1.3流注的發(fā)展過程1.3.1空間電荷對原有電場的影響1.3.2

流注的形成1.3.3電負性氣體的情況本課件是可編輯的正常PPT課件空間電荷對原有電場的影響電子崩外形好似球頭的錐體，空間電荷分布極不均勻，電子崩中的電子數(shù)：n＝eαx例如，正常大氣條件下，若E＝30kV／cm，則α≈11cm-1，計算隨著電子崩向陽極推進，崩頭中的電子數(shù)本課件是可編輯的正常PPT課件空間電荷對原有電場的影響空間電荷畸變了外電場大加強了崩頭及崩尾的電場，削弱了崩頭內正、負電荷區(qū)域之間的電場電子崩頭部電場明顯增強，電離過程強烈，有利于發(fā)生分子和離子的激勵現(xiàn)象，當它們回復到正常狀態(tài)時，發(fā)射出光子崩頭內部正負電荷區(qū)域電場大大削弱，有助于發(fā)生復合過程，發(fā)射出光子本課件是可編輯的正常PPT課件流注的形成光電離、二次崩電子崩走完整個間隙后，大密度的頭部正離子空間電荷大大加強了后部的電場，并向周圍放射出大量光子光子引起空間光電離，其中電子被主電子崩頭部的正空間電荷所吸引，在受到畸變而加強了的電場中，造成了新的電子崩，稱為二次電子崩流注階段1：主電子崩2：二次電子崩3：流注本課件是可編輯的正常PPT課件流注的形成正流注的形成二次電子崩中的電子進入主電子崩頭部的正空間電荷區(qū)（電場強度較小），大多形成負離子。大量的正、負帶電質點構成了等離子體，這就是正流注流注通道導電性良好，其頭部又是二次電子崩形成的正電荷，因此流注頭部前方出現(xiàn)了很強的電場1：主電子崩2：二次電子崩3：流注本課件是可編輯的正常PPT課件流注的形成正流注向陰極推進流注頭部的電離放射出大量光子，繼續(xù)引起空間光電離。流注前方出現(xiàn)新的二次電子崩，它們被吸引向流注頭部，延長了流注通道流注不斷向陰極挺進，且隨著流注接近陰極，其頭部電場越來越強，因而其發(fā)展也越來越快流注發(fā)展到陰極，間隙被導電良好的等離子通道所貫通，間隙的擊穿完成，這個電壓就是擊穿電1：主電子崩2：二次電子崩3：流注本課件是可編輯的正常PPT課件流注的形成負流注的形成電壓較低時，電子崩需經(jīng)過整個間隙才形成流注，電壓較高時，電子崩不需經(jīng)過整個間隙，其頭部電離程度已足以形成流注主電子崩頭部的電離很強烈，光子射到主崩前方，在前方產(chǎn)生新的電子崩，主崩頭部的電子和二次崩尾的正離子形成混合通道，形成向陽極推進的流注，稱為負流注間隙中的正、負流注可以同時向兩極發(fā)展1：主電子崩2：二次電子崩3：流注本課件是可編輯的正常PPT課件流注的形成流注自持放電條件一旦形成流注，放電就進入了新的階段，放電可以由本身產(chǎn)生的空間光電離而自行維持，即轉入自持放電了如果電場均勻，間隙就將被擊穿。所以流注形成的條件就是自持放電條件，在均勻電場中也就是導致?lián)舸┑臈l件放電外形：δd較大時，放電具有通道形式流注中電荷密度很大，電導很大，其中電場強度很小。因此流注出現(xiàn)后，對周圍空間內的電場有屏蔽作用，并且隨著其向前發(fā)展而更為增強當某個流注由于偶然原因發(fā)展更快時，將抑制其它流注的形成和發(fā)展，并且隨著流注向前推進而越來越強烈本課件是可編輯的正常PPT課件

1.4不均勻電場中的放電過程1.4.1稍不均勻電場和極不均勻電場的放電特性1.4.2

極不均勻電場中的電暈放電1.4.3電暈放電的起始場強1.4.3極不均勻電場中的極性效應本課件是可編輯的正常PPT課件稍不均勻電場和極不均勻電場的放電特性

稍不均勻電場中放電的特點與均勻電場中的相似，在間隙擊穿前看不到放電的跡象。極不均勻電場中的放電則不同，這時由于電場強度沿氣隙的分布極不均勻，因而當外施電壓達到某一臨界值時，曲率半徑較小的電極附近空間的電場強度首先達到了起始場強值E0，因而在這個局部區(qū)域先出現(xiàn)碰撞電離和電子崩，甚至出現(xiàn)流注。1—擊穿電壓；2—電暈起始電壓；3—放電的不穩(wěn)定區(qū)半徑為r的球間隙的放電特性與極間距離的關系本課件是可編輯的正常PPT課件稍不均勻電場和極不均勻電場的放電特性引入電場不均勻系數(shù)

f表示各種結構的電場的均勻程度f<2，稍不均勻電場f>4，極不均勻電場本課件是可編輯的正常PPT課件電場比較均勻的情況放電達到自持時，α在整個間隙中部巳達到相當數(shù)值。這時和均勻電場中情況類似電場不均勻程度增加但仍比較均勻的情況大曲率電極附近α達到足夠數(shù)值，間隙中很大一部分區(qū)域α

也都已達相當數(shù)值，流注一經(jīng)產(chǎn)生，隨即發(fā)展至貫通整個間隙，導致間隙完全擊穿極不均勻電場電暈放電本課件是可編輯的正常PPT課件電場極不均勻的情況大曲率電極附近很小范圍內α已達相當數(shù)值時，間隙中大部分區(qū)域值α都仍然很小，放電達到自持放電后，間隙沒有擊穿電場越不均勻，擊穿電壓和電暈起始電壓間的差別也越大1、發(fā)生電暈放電現(xiàn)象的條件局部強場區(qū)的放電過程造成------自持放電極不均勻電場電暈放電本課件是可編輯的正常PPT課件極不均勻電場中的極性效應正極性在棒極附近，積聚起正空間電荷，減少了緊貼棒極附近的電場，而略微加強了外部空間的電場，棒極附近難以造成流注，使得自持放電、即電暈放電難以形成E0-原電場；Eq-空間電荷附加電場；Ecom-合成電場本課件是可編輯的正常PPT課件極不均勻電場中的極性效應負極性電子崩中電子離開強電場區(qū)后，不再引起電離，正離子逐漸向棒極運動，在棒極附近出現(xiàn)了比較集中的正空間電荷，使電場畸變棒極附近的電場得到增強，因而自待放電條件就易于得到滿足、易于轉入流注而形成電暈放電E0-原電場；Eq-空間電荷附加電場；Ecom-合成電場本課件是可編輯的正常PPT課件

1.5長氣隙擊穿過程1.5.1放電時間1.5.2

沖擊電壓波形的標準化1.5.3沖擊電壓下的氣隙擊穿特性本課件是可編輯的正常PPT課件放電時間最低靜態(tài)擊穿電壓U0

擊穿時間tb

t0、ts、tf、tl

（放電時延）ts（平均值）的影響因數(shù)電極材料、外加電壓、短波光照射、電場情況tf

的影響因數(shù)間隙長度、電場均勻度、外加電壓短間隙且電場比較均勻：tf<<ts

tl=ts+tftb=t0+ts+tf本課件是可編輯的正常PPT課件沖擊電壓波形的標準化作用時間短暫的電壓稱為沖擊電壓，在沖擊電壓作用下空氣間隙的擊穿具有新的特性。雷電在電力系統(tǒng)中造成的過電壓是一種沖擊電壓，這是電力系統(tǒng)發(fā)生事故的重要因素。為了模擬雷電壓，各國規(guī)定了試驗用雷電沖擊電壓的標準波形，分為全波和截波兩種雷電全波雷電截波T1—視在波前時間；T2—視在半峰值時間；Um—沖擊電壓峰值T1—波前時間；Tc—截斷時間本課件是可編輯的正常PPT課件沖擊電壓波形的標準化操作過電壓波形是隨著電壓等級、系統(tǒng)參數(shù)、設備性能、操作性質、操作時機等因素而有很大變化的，用來等效模擬電力系統(tǒng)中的操作過電壓波，一般也采用非周期性雙指數(shù)波，但它的波前時間和半峰值時間都要比雷電沖擊電壓波長得多Tcr—波前時間；T2—半峰值時間；Um—沖擊電壓峰值(a)非周期性雙指數(shù)沖擊波(b)衰減震蕩波本課件是可編輯的正常PPT課件沖擊電壓下的氣隙擊穿特性氣隙擊穿電壓的概率分布無論何種作用電壓，氣隙的擊穿電壓都有分散性，但分散程度不同接近正態(tài)分布：用50%擊穿電壓U50%和相對標準偏差σ來表示耐受電壓：工程中將對應于（99%以上）的電壓最為耐受電壓U50%(1-3σ)——擊穿幾率99.86%50%沖擊擊穿電壓（U50%）本課件是可編輯的正常PPT課件沖擊電壓下的氣隙擊穿特性在沖擊電壓作用下，間隙的擊穿電壓比靜態(tài)擊穿電壓(直流或工頻交流持續(xù)作用下的擊穿電壓)高。這是因為整個間隙擊穿放電的發(fā)展過程不僅需要足夠高的作用電壓，還需要一定作用時間的緣故。同一個氣隙，在峰值較低但延續(xù)時間較長的沖擊電壓作用下可能擊穿，而在峰值較高但延續(xù)時間較短的沖擊電壓作用下可能不擊穿伏秒特性曲線伏秒特性本課件是可編輯的正常PPT課件沖擊電壓下的氣隙擊穿特性對非持續(xù)作用的電壓來說，一個氣隙的耐電壓性能就不能單一地用“擊穿電壓”值來表達了，而必須用電壓峰值和擊穿時間這兩者來共同表達才行，這就是該氣隙在該電壓波形下的伏秒特性伏秒特性伏秒特性曲線本課件是可編輯的正常PPT課件沖擊電壓下的氣隙擊穿特性伏秒特性伏秒特性帶與50%伏秒特性1—上包線；2—50%伏秒特性；3—下包線1—均勻電場；2—不均勻電場均勻電場和不均勻電場間隙的伏秒特性比較本課件是可編輯的正常PPT課件

1.6放電等離子體1.6.1等離子體基本參數(shù)1.6.2

等離子體鞘層1.6.3等離子體的應用本課件是可編輯的正常PPT課件等離子體的基本參數(shù)

根據(jù)電子溫度可以將等離子體分為高溫等離子體與低溫等離子體。一般將溫度高于10000K（1eV）的等離子體稱為高溫等離子體，將溫度低于10000K（1eV）的等離子體稱為低溫等離子體。低溫等離子體則又可以分為熱等離子體與冷等離子體。電子和正離子的移動，將會在局部形成一個電場。在等離子體中，這個由電荷所產(chǎn)生電場的最大作用距離稱為德拜半徑本課件是可編輯的正常PPT課件等離子體鞘層等離子體鞘層

等離子體鞘層如圖所示，在主等離子體與鞘層之間存在一個名為預鞘層的過渡區(qū)域。在預鞘層內，電子與正離子的密度一致，離子在預鞘層內被加速。假定在鞘層和預鞘層中無碰撞發(fā)生，且電子能量服從玻爾茲曼分布，可以得到空間電子密度分布。本課件是可編輯的正常PPT課件等離子體的應用農(nóng)業(yè)：針板放電產(chǎn)生非平衡等離子體技術環(huán)保：高壓電離氣體除塵技術工業(yè)：噴漆及敷粉技術醫(yī)療衛(wèi)生：臭氧消菌殺毒技術本課件是可編輯的正常PPT課件第二章

氣體間隙的擊穿特性2.1均勻和稍不均勻電場氣隙的擊穿特性2.2極不均勻電場氣隙的擊穿特性2.3大氣條件對氣隙擊穿特性的影響及其校正2.4提高氣體介質電氣強度的方法2.5絕緣氣體和氣體絕緣電氣設備本課件是可編輯的正常PPT課件

2.1均勻和稍不均勻電場氣隙的擊穿特性

大氣條件對氣隙擊穿電壓的影響

氣隙的擊穿沿絕緣外表的閃絡本課件是可編輯的正常PPT課件均勻和稍不均勻電場氣隙的擊穿特性均勻電場中的擊穿電壓擊穿電壓與電壓極性無關直流、工頻擊穿電壓（峰值）以及50％沖擊擊穿電壓都相同，分散性很小

本課件是可編輯的正常PPT課件均勻電場中的擊穿電壓當d不過于小時（d>1cm），均勻電場中空氣的電氣強度（峰值）大致等于30kV/c均勻和稍不均勻電場氣隙的擊穿特性均勻電場中空氣間隙的擊穿電壓特性本課件是可編輯的正常PPT課件稍不均勻電場中的擊穿電壓球—球間隙球—板間隙圓柱—板同軸圓柱間隙均勻和稍不均勻電場氣隙的擊穿特性不能形成穩(wěn)定的電暈放電電場不對稱時，有極性效應，不很明顯直流、工頻下的擊穿電壓(幅值)以及50％沖擊擊穿電壓相同，分散性不大擊穿電壓和電場均勻程度關系極大，電場越均勻，同樣間隙距離下的擊穿電壓就越高直接測量高電壓峰值的最簡單又有一定準確度的手段本課件是可編輯的正常PPT課件稍不均勻電場中的擊穿電壓均勻和稍不均勻電場氣隙的擊穿特性臨近效應：對電場的畸變作用使間隙電場分布不對稱極性效應：電場最強的電極為負極性時的擊穿電壓略低于正極性時的數(shù)值電場均勻程度影響：同一間隙距離下，球電極直徑越大，擊穿電壓也越高照射效應：增大氣隙中出現(xiàn)有效電子的概率，減小擊穿電壓的分散性越高不同直徑D的球間隙擊穿電壓峰值Ub與極間距離d的關系本課件是可編輯的正常PPT課件稍不均勻電場中的擊穿電壓均勻和稍不均勻電場氣隙的擊穿特性根據(jù)起始場強經(jīng)驗公式估算擊穿電壓f：不均勻系數(shù)，決定于電極布置，可根據(jù)靜電場計算或電解槽等實驗方法求得當Emax達到臨界值（30kV/cm幅值），間隙擊穿Ｅ0實際上和電極布置有關本課件是可編輯的正常PPT課件

2.2極不均勻電場氣隙的擊穿特性2.2.1直流電壓2.2.2工頻交流電壓2.2.3雷電沖擊電壓2.1.3操作沖擊電壓本課件是可編輯的正常PPT課件特點極不均勻電場氣隙的擊穿特性影響擊穿電壓的主要因素是間隙距離選擇電場極不均勻的極端情況作為典型電極研究

棒(尖)—板：電場分布不對稱

棒(尖)—棒(尖)：電場分布對稱這兩種氣隙擊穿電壓是不均勻氣隙擊穿電壓曲線的上下包線，根據(jù)典型電極的擊穿電壓數(shù)據(jù)來估計絕緣距離直流、工頻及沖擊擊穿電壓間的差別比較明顯，分散性較大本課件是可編輯的正常PPT課件直流電壓極不均勻電場氣隙的擊穿特性極性效應：棒—棒電極間的擊穿電壓介于極性不同的棒—板電極之間擊穿電壓與間隙距離接近正比，平均擊穿場強：正棒—負板：4.5kV/cm負棒—正板：l0kV/cm棒—棒：4.8~5.0kV/cm“棒—板”和“棒—棒”氣隙在板間距離還不大時的直流擊穿電壓特性曲線本課件是可編輯的正常PPT課件工頻交流電壓極不均勻電場氣隙的擊穿特性擊穿在棒的極性為正、電壓達到幅值時發(fā)生間隙距離小于2.5cm，擊穿電壓和距離近似直線關系平均擊穿場強(幅值)：棒—棒間隙為5.36kV/cm，棒—板間隙為4.8kV/cm“飽和現(xiàn)象”：距離加大，平均擊穿場強明顯降低，棒—板間隙尤為嚴重本課件是可編輯的正常PPT課件雷電沖擊電壓極不均勻電場氣隙的擊穿特性在多次施加電壓（波形1.2/50μs）中，其中半數(shù)導致?lián)舸┑碾妷海こ躺弦源藖矸从抽g隙的耐受沖擊電壓的特性在極不均勻電場，由于放電時延較長，雷電沖擊50％擊穿電壓比工頻擊穿電壓高，即雷電沖擊系數(shù)大于l，擊穿電壓的分散性也大一些，其標準偏差可取為3%本課件是可編輯的正常PPT課件極不均勻電場氣隙的擊穿特性在圖所示范圍內擊穿電壓和間隙距離呈直線關系棒—板間隙有明顯的極性效應，棒—棒間隙也有不大的極性效應1—“棒—板”，正極性；2—“棒—棒”，正極性；3—“棒—棒”，負極性；4—“棒—板”，負極性本課件是可編輯的正常PPT課件操作沖擊電壓極不均勻電場氣隙的擊穿特性極不均勻電場中的操作沖擊50％擊穿有許多特點1—（-）棒—板；2—（-）棒—棒；3—（+）棒—棒；4—（+）棒-板本課件是可編輯的正常PPT課件操作沖擊電壓極不均勻電場氣隙的擊穿特性極性效應正極性下50％擊穿電壓比負極性下低，所以也更危險電場分布的影響“鄰近效應”：接地物體靠近放電間隙會顯著降低其正極性擊穿電壓，但能多少提高一些負極性擊穿電壓“飽和”現(xiàn)象：和工頻電壓下類似，棒—板間隙更嚴重分散性大：波前時間在數(shù)十到數(shù)百微秒之間，U50的標準偏差約為5％；波前時間超過1000μs以后，可達8%本課件是可編輯的正常PPT課件操作沖擊電壓極不均勻電場氣隙的擊穿特性波的影響

波前時間在一定的范圍內，U50具有最小值，即臨界擊穿電壓（對應臨界波前時間）。呈現(xiàn)出“U形曲線”放電時延和空間電荷這兩個因素的影響所造成的對應極小值的波前時間隨間隙距離的加大而增加，對7m以下的間隙，在50~200μs之間工頻擊穿電壓比臨界波前操作沖擊擊穿電壓（操作沖擊系數(shù)小于1）“棒—板”氣隙正極性50%操作沖擊擊穿電壓與波前時間的關系本課件是可編輯的正常PPT課件操作沖擊電壓極不均勻電場氣隙的擊穿特性50％擊穿電壓極小值的經(jīng)驗公式對于1～20m的長間隙計算結果和試驗結果很好地符合

(kV)本課件是可編輯的正常PPT課件

2.3大氣條件對氣隙擊穿特性的影響及其校正2.3.1對空氣密度的校正2.3.2對濕度的校正2.3.3對海拔高度的校正本課件是可編輯的正常PPT課件大氣條件對氣隙擊穿特性的影響及其校正

大氣條件主要是指氣壓、溫度、濕度等條件，這些條件會影響間隙的擊穿電壓，海拔高度也有類似的影響。由于大氣的壓力、溫度、濕度等條件都會影響空氣的密度、電子自由行程長度、碰撞電離及附著過程，所以也必然會影響氣隙的擊穿電壓。海拔高度的影響亦與此類似，因為隨著海拔高度的增加，空氣的壓力和密度均下降。因此，對氣隙擊穿特性的校正包含以下幾個條件：空氣密度濕度海拔高度本課件是可編輯的正常PPT課件

2.4提高氣體介質電氣強度的方法2.4.1改進電極形狀以改善電場分布2.4.2利用空間電荷改善電場分布2.4.3采用屏障2.4.4采用高氣壓2.4.5采用高電氣強度氣體2.4.6采用高真空本課件是可編輯的正常PPT課件改進電極形狀以改善電場分布增大電極曲率半徑減小表面場強。如變壓器套管端部加球形屏蔽罩；采用擴徑導線等改善電極邊緣電極邊緣做成弧形；盡量使其與某等位面相近使電圾具有最佳外形如穿墻高壓引線上加金屬扁球；墑洞邊緣做成近似垂接線旋轉體500kV、四分裂導線雙串懸垂鏈端的附加金具本課件是可編輯的正常PPT課件利用空間電荷改善電場分布極不均勻電場中擊穿前發(fā)生電暈放電，利用放電產(chǎn)生的空間電荷改善電場分布，提高擊穿電壓直徑D＝20、16mm時，擊穿電壓曲線的直線部分和尖一板間隙相近導線直徑減為3mm以至0.5mm時，擊穿電壓曲線的直線部分陡度大為增加，曲線逐漸與均勻電場中的相近——“細線效應”本課件是可編輯的正常PPT課件采用屏障在電場極不均勻的氣隙中，放入薄片固體絕緣材料（例如紙或紙板），在一定條件下，可以顯著提高氣隙的擊穿電壓原理是屏障積聚空間電荷，改善電場分布隨著屏障位置不同，擊穿電壓發(fā)生很大的變化，尖電極的極性不同，屏障的影響也有別在“正棒—負棒”氣隙中設置屏障前后的電場分布本課件是可編輯的正常PPT課件采用屏障尖電極為正極性屏障離尖電極過近，屏障效應將減弱尖電極為負極性屏障離尖電極過近，仍有相當?shù)钠两敌琳想x開尖電極一定距離，設置屏障反而降低間隙的擊穿電壓屏障的安裝位置對“棒—板”氣隙直流擊穿電壓的影響本課件是可編輯的正常PPT課件采用屏障工頻電壓下屏障的作用設置屏障可以顯著提高間隙的擊穿電壓。雷電沖擊電壓下屏障的作用尖電極具有正極性時，設置屏障可顯著提高間隙的擊穿電壓負極性時設置屏障后，間隙的擊穿電壓和沒有屏障時相差不多本課件是可編輯的正常PPT課件采用高氣壓減小電子的平均自由行程，削弱電離過程例：大氣壓力下空氣的電氣強度僅約為變壓器油的1/5～1/8，提高壓力至1～1.5MPa，空氣的電氣強度和一般的液、固態(tài)絕緣材料如變壓器油、電瓷、云母等的電氣強度相接近壓縮空氣絕緣及其它壓縮氣體絕緣在一些電氣設備中已得到采用高壓空氣斷路器、高壓標準電容器等某些電介質在均勻電場中的擊穿電壓與極間距離的關系Tcr—波前時間；T2—半峰值時間；Um—沖擊電壓峰值本課件是可編輯的正常PPT課件采用高氣壓在小于1MPa的壓力范圍內，擊穿場強的提高遵循巴申定律，并且擊穿場強和氣壓成正比。從1MPa開始，實驗結果和巴申定律的分歧就逐漸明顯了。增加呈飽和趨勢電極表面狀態(tài)對擊穿電壓的影響比常壓下顯著在均勻電場中不同極間距離下空氣間隙的擊穿電壓和pd的關系強場發(fā)射：106kV/cm本課件是可編輯的正常PPT課件采用高氣壓電極面積的影響隨氣壓的增高越顯著面積效應：在不影響電場分布的情況下，電極面積愈大，氣隙的擊穿電壓愈低，面積增大到很大時，擊穿電壓趨于穩(wěn)定值在設計電極面積較大、工作在高氣壓下的設備，不能將小面積時的測試結果簡單推廣到大面積的工程應用在均勻電場中不同極間距離下空氣間隙的擊穿電壓和pd的關系本課件是可編輯的正常PPT課件采用高氣壓提高氣壓后，間隙的擊穿電壓將高于大氣壓力下的數(shù)值，但其提高程度不如均勻電場電場均勻程度對擊穿電壓的影響比在常壓下要顯著得多，電場均勻程度下降，擊穿電壓將劇烈降低設計充有高氣壓氣體的電氣設備，應盡量提高其電場的均勻度本課件是可編輯的正常PPT課件采用高電氣強度氣體含鹵族元素的氣體化合物，如六氟化硫（SF6）、氟利昂（CCl2F2）等，其電氣強度比空氣的要高很多。稱為高電氣強度氣體含有鹵族元素，氣體具有很強的電負性，氣體分子容易和電子結合成為負離子，削弱電子的碰撞電離能力，同時又加強復合過程氣體的分子量比較大，分子直徑較大，電子在其中的自由行程縮短，不易積聚能量，從而減少其碰撞電離能力電子和這些氣體的分子相遇時，還易于引起分子發(fā)生極化等過程，增加能量損失，從而減弱其碰撞電離能本課件是可編輯的正常PPT課件采用高電氣強度氣體對高強度氣體的要求液化溫度要低采用高電氣強度氣體時，常常同時提高壓力，以便更大程度的提高間隙的擊穿電壓，縮小設備的體積和重量。所以這些氣體的液化溫度要低，以便在較低的運行溫度下，還能施加相當?shù)膲毫哂辛己玫幕瘜W穩(wěn)定性，不易腐蝕設備中的其它材料，無毒，不會爆炸，不易燃燒，即使在放電過程中也不易分解等經(jīng)濟上應當合理，價格便宜，能大量供應本課件是可編輯的正常PPT課件采用高真空采用高度真空可以提高氣隙的擊穿電壓，變化規(guī)律如圖原因：削弱間隙中的碰撞電離過程，從而顯著增高間隙的擊穿電壓本課件是可編輯的正常PPT課件采用高真空高真空中擊穿機理發(fā)生了改變距離較小時，陰極強場放射密切有關距離較大時，擊穿是由“全電壓效應”引起的分散性很大：電極材料、電極表面的光潔度及清潔度

僅某些特殊領域，如真空斷路器中用作滅弧和絕緣，普遍應用本課件是可編輯的正常PPT課件

2.5絕緣氣體和氣體絕緣電氣設備2.5.1SF6氣體的絕緣性能2.5.2SF6氣體理化特性方面的若干問題2.5.3SF6混合氣體2.5.4氣體絕緣電氣設備本課件是可編輯的正常PPT課件SF6氣體的絕緣性能工程上已得到采用的是六氟化硫（SF6）。SF6除了其電氣強度很高以外，還具有優(yōu)良的滅弧性能，很適合用于高壓斷路器中SF6已不僅用來制作單臺電氣設備（如SF6斷路器、避雷器、電容器等），而且發(fā)展成了各種組合設備，即將整套送變電設備組成一體，密封后充以SF6氣體，如全封閉組合電器、氣體絕緣變電所、充氣輸電管道等。這些SF6組合設備具有很多優(yōu)點，如可大大節(jié)省占地面積、簡化運行維護等等本課件是可編輯的正常PPT課件SF6氣體的絕緣性能電場特性適用于均勻電場和稍不均勻電場極性效應，SF6氣體絕緣結構的絕緣水平由負極性電壓決定時間特性，統(tǒng)計時延及其分散性增大，氣隙總的擊穿時間及其分散性增大壓力特性，較為適宜的范圍：0.1MPa<p20<0.4MPa本課件是可編輯的正常PPT課件SF6氣體理化特性方面的若干問題液化問題高寒地區(qū)需要對斷路器采取加熱措施，或采用SF6-N2混合氣體來降低液化溫度毒性分解物使SF6氣體分解的原因有三，即電子碰撞、熱和光輻射。

SF6氣體的分解物有毒對材料有腐蝕作用，因此通常采用吸附劑來消除。含水量水分會影響SF6的分解物，且會與HF形成氫氟酸，引起材料的腐蝕和導致機械故障，因此需控制氣體含水量本課件是可編輯的正常PPT課件SF6混合氣體與純SF6氣相比混合氣SF6-N2的絕緣能力對電場不均勻性的敏感度較小，無論是電極表面的粗糙度還是自由導電微粒的存在，使混合氣體系統(tǒng)絕緣強度的損失，均比純SF6氣系統(tǒng)的損失少，因而使用SF6-N2混合氣體，不僅可降低成本，還可相對提高絕緣的可靠性。1—純N2；2—SF6含量為10%；3—SF6含量為25%；4—SF6含量為50%；5—純SF6本課件是可編輯的正常PPT課件氣體絕緣電氣設備封閉式氣體絕緣組合電器大大節(jié)省占地面積和空間體積；運行安全可靠；有利于環(huán)境保護，使運行人員不受電場和磁場的影響；安裝工作量小、檢修周期長氣體絕緣管道輸電線電容量小；損耗小；傳輸容量大；能用于大落差場合氣體絕緣變壓器GIT是防火防爆型變壓器，特別適合城市高層建筑的供電和地下礦井；氣體傳遞振動的能力比液體小，噪聲小；氣體介質不會老化，簡化了維護工作本課件是可編輯的正常PPT課件第三章

液體電介質的電氣性能3.1液體電介質的極化和損耗3.2液體電介質的電導3.3液體電介質的擊穿3.4變壓器油及其特性本課件是可編輯的正常PPT課件

3.1液體電介質的極化和損耗3.1.1液體電介質的介電常數(shù)3.1.2液體電介質的損耗本課件是可編輯的正常PPT課件液體電介質的極化和損耗電介質中某一點的宏觀電場強度E，是指極板上的自由電荷以及電介質中所有極化形成的偶極矩共同在該點產(chǎn)生的場強。對于充以電介質的平板電容器，如果介質是連續(xù)均勻線性的，則可運用電場疊加原理。

液體電介質的介電常數(shù)該點場強的大小與液體電介質中的極化強度密切相關，直接決定了材料的相對介電常數(shù)。本課件是可編輯的正常PPT課件液體電介質的極化和損耗非極性液體電介質：石油、苯、四氯化碳、硅油等均為中性或弱極性液體介質。其介電常數(shù)不大，其值在1.8—2.8范圍內。極性液體介質：這類介質通常介電常數(shù)都較大。但這類介質的缺點是在交變電場中的介質損較大，在高壓絕緣中很少應用。影響極性液體介質介電常數(shù)的主要因素：a.介電常數(shù)與溫度的關系；b.介電常數(shù)與電場頻率f的關系。

液體電介質的介電常數(shù)本課件是可編輯的正常PPT課件液體電介質的極化和損耗介質損耗：在電場作用下電介質中總有一定的能量損耗，包括由電導引起的損耗和某些有損極化（例如偶極子、夾層極化）引起的損耗，總稱介質損耗。直流下：電介質中沒有周期性的極化過程，只要外加電壓還沒有達到引起局部放電的數(shù)值，介質中的損耗將僅由電導組成，所以可用體積電導率和表面電導率說明問題，不必再引入介質損耗這個概念了。

液體電介質的損耗本課件是可編輯的正常PPT課件液體電介質的極化和損耗交變電場，電介質能量損耗包括：電導損耗

通過電介質的貫穿性泄漏電流所引起的能量損耗。極化損耗

在交流電壓下，由周期性極化所引起的能量損耗。

液體電介質的損耗因此，電介質在交流電壓作用下，產(chǎn)生的有功功率損耗，稱為介質損耗，它包括電導損耗、極化損耗。本課件是可編輯的正常PPT課件液體電介質的極化和損耗非極性和弱極性液體電介質的極化主要是電子位移極化，而偶極子極化對極化的貢獻甚微。在工頻等較低頻率下兩種極化均能及時建立，相對介電常數(shù)與頻率無關（εr=εs）由于電子位移極化為無損極化，介質損耗主要來源于電導損耗，所以介質損耗角正切為

液體電介質的損耗極性液體電介質的介質損耗與黏度有關。如果黏度相當大，那么分子極化跟不上電場的變化；如果黏度很小，那么分子定向轉動時無摩擦。對這兩種情況，偶極子轉向極化引起的損耗都很小。本課件是可編輯的正常PPT課件

3.2液體電介質的電導3.2.1液體電介質的離子電導3.2.2液體電介質的電泳電導與華爾頓定律3.2.3液體電介質在強電場下的電導本課件是可編輯的正常PPT課件液體電介質的電導

液體電介質中的離子電導電導率表征電介質導電性能的主要物理量，其倒數(shù)為電阻率。任何電介質都有電導按載流子的不同，電介質電導分為離子電導、電子電導、電泳電導本征離子電導：極性電介質有較大的本征離子電導，電阻率1010～1014Ωcm。

雜質離子電導：在中性和弱極性電介質中，主要是雜質離子電導，電阻率1017～1019Ωcm。本課件是可編輯的正常PPT課件液體電介質的電導

液體電介質中的電泳電導電泳電導：載流子為帶電的分子團，通常是乳化狀態(tài)的膠體粒子（例如絕緣油中的懸浮膠粒）或細小水珠，他們吸附電荷后變成了帶電粒子。本課件是可編輯的正常PPT課件

3.3液體電介質的擊穿3.3.1高度純凈去氣液體電介質的電擊穿理論3.3.2含氣純凈液體電介質的氣泡擊穿理論3.3.3工程用液體電介質的雜質擊穿3.3.4減小雜質影響的措施本課件是可編輯的正常PPT課件液體電介質的擊穿一旦作用于固體和液體介質的電場強度增大到一定程度時，在介質中出現(xiàn)的電氣現(xiàn)象就不再限于前面介紹的極化、電導和介質損耗了。與氣體介質相似，液體和固體介質在強電場(高電壓)的作用下，也會出現(xiàn)由介質轉變?yōu)閷w的擊穿過程。

從擊穿機理的角度，可將液體電介質分為兩類：純凈液體電介質非純凈液體電介質(工程用)本課件是可編輯的正常PPT課件液體電介質的擊穿純凈液體電介質的擊穿理論電擊穿理論（電子碰撞電離理論）：在外電場足夠強時，液體中因強場發(fā)射等原因產(chǎn)生的電子，電子在碰撞液體分子可引起電離，使電子數(shù)倍增，形成電子崩。導致液體介質擊穿。擊穿特點：和長空氣間隙的放電過程很相似本課件是可編輯的正常PPT課件液體電介質的擊穿氣泡擊穿理論（小橋理論）

純凈的液體介質由于某種原因出現(xiàn)了氣泡，在交流電壓下，串聯(lián)介質中電場強度的分布與介質的εr

成反比。由于氣泡的εr

最小，其擊穿強度又比液體介質低很多，所以氣泡必先發(fā)生電離。

氣泡電離后溫度上升、體積膨脹、密度減小，這促使電離進一步發(fā)展。電離產(chǎn)生的帶電粒子撞擊油分子，使它又分解出氣體，導致氣體通道擴大。許多電離的氣泡在電場中排列成氣體小橋，擊穿就可能在此通道中發(fā)生。

本課件是可編輯的正常PPT課件液體電介質的擊穿純凈油的電氣強度：相當高，可達800～1000kV/cm，但提取工藝相當復雜。電氣設備在制造過程中難免混入雜質，運行中也會老化而分解出氣體和聚合物（蠟狀物）。因此，工程上用的絕緣油總是含有一些氣體和雜質。非純凈液體電介質（工程用液體電介質）本課件是可編輯的正常PPT課件液體電介質的擊穿工程用液體電介質的雜質擊穿油中的雜質：水分、固體絕緣材料（如紙、布）脫落纖維、液體本身老化分解。“雜質小橋”的形成：由于水和纖維的介電常數(shù)分別為81和6～7，比油的介電常數(shù)1.8～2.8大得多，從而這些雜質容易極化并在電場方向定向排列成小橋--雜質的“小橋”。本課件是可編輯的正常PPT課件液體電介質的擊穿工程用液體電介質的雜質擊穿水在變壓器油中有兩種狀態(tài)：溶解狀態(tài)：高度分散、且分布非常均勻；懸浮狀態(tài)：呈水珠狀一滴一滴懸浮在油中。水分和其他雜質本課件是可編輯的正常PPT課件液體電介質的擊穿工程用液體電介質的雜質擊穿若氣體和水分溶于液體介質則對Ub影響不大；若呈懸浮狀態(tài)則將形成小橋使Ub明顯下降。含水繼續(xù)增多僅增加幾條擊穿并聯(lián)通道，

Ub不再下降當有纖維存在時，水分影響特別明顯本課件是可編輯的正常PPT課件液體電介質的擊穿干燥的油潮濕的油在0～60℃時，t↑→Ub↑↑(油中懸浮水分溶解)溫度更高>80℃，

t↑→Ub↓(油中水分汽化增多)油溫度的影響本課件是可編輯的正常PPT課件液體電介質的擊穿油體積的影響油的擊穿強度隨間隙中油體積的增加而明顯下降，這是間隙中雜質出現(xiàn)的概率隨著油體積的增大而增大的緣故。變壓器油中對于極不均勻電場的體積效應弱于稍不均勻電場。電場越均勻，雜質對擊穿電壓的影響越大，擊穿電壓的分散性也越大；而在不均勻電場中，雜質對擊穿電壓的影響較小。變壓器油中水分含量為31×10-6

時的Ub與d的關系本課件是可編輯的正常PPT課件液體電介質的擊穿電壓形式的影響油隙的擊穿電壓會隨電壓作用時間的增加而下降，加電壓時間還會影響油的擊穿性質。電壓作用時間為數(shù)十到數(shù)百微秒時，雜質的影響還不能顯示出來，仍為電擊穿，擊穿電壓很高。這時影響油隙擊穿電壓的主要因素是電場的均勻程度電壓作用時間更長時，雜質開始聚集，油隙的擊穿開始出現(xiàn)熱過程，于是擊穿電壓再度下降，為熱擊穿。稍不均勻電場中變壓器油的擊穿電壓與極間距離的關系本課件是可編輯的正常PPT課件液體電介質的擊穿減小雜質影響的措施過濾。使油以一定的壓力從濾油機內的濾紙上流過，從而把纖維、炭粒及其他固態(tài)雜質去除，同時油中的絕大部分水分及有機酸等被吸附到濾紙上。防潮。絕緣件必須干燥后才能浸油，有條件的可采用真空干燥法除去水分。祛氣。對油進行加熱、噴為霧狀、抽真空可脫除油品中的水分、氣體。固體絕緣介質阻擋。通常采取的措施有覆蓋層、絕緣層、屏障等。覆蓋層多用于均勻或者稍不均勻電場的電極上，材質可為電纜紙、黃蠟布或者漆膜等。本課件是可編輯的正常PPT課件

3.4變壓器油及其特性3.4.1變壓器油的主要作用3.4.2變壓器油的特性要求3.4.3礦物油和植物油的對比本課件是可編輯的正常PPT課件變壓器油及其特性變壓器油的主要作用絕緣作用。變壓器油具有比空氣高得多的絕緣強度。散熱作用。變壓器在工作時，會產(chǎn)生“銅耗”和“鐵耗”，這些損耗均轉化為熱的形式，因此變壓器會產(chǎn)生大量熱量。消弧作用。油斷路器及變壓器有載調壓開關上的觸頭切換時可能會產(chǎn)生電弧。信息載體。變壓器的內部故障難以通過直接的監(jiān)測設備得到，然而變壓器中的大多數(shù)故障都伴隨著變壓器油的過熱分解，區(qū)別在于不同的故障類型所產(chǎn)生的分解產(chǎn)物有所不同，因此可以通過監(jiān)測變壓器油的相關性能指標的變化，對設備的運行狀態(tài)做出判斷。本課件是可編輯的正常PPT課件變壓器油及其特性變壓器油的性能要求良好的絕緣性能。變壓器油的絕緣性能一般用擊穿電壓（或介電強度）、介質損耗因數(shù)等來評定。適中的黏度。黏度直接影響變壓器油的流動性，流動性會影響變壓器的散熱。凝固點應盡量低。凝固點主要影響變壓器油的許用溫度，凝固點越低，變壓器工作溫度的下限越低，可以在寒冷地區(qū)使用。酸、堿、硫、灰分等雜質含量越低越好。安定度不應太低。安定度一般以酸價實驗中的沉淀物來表示，它代表油脂抗老化性能。本課件是可編輯的正常PPT課件變壓器油及其特性礦物油和植物油的對比礦物油和植物油的主要差異：電氣性能抗燃性能降解性能原料來源本課件是可編輯的正常PPT課件第四章

固體電介質的電氣性能4.1固體電介質的極化和損耗4.2固體電介質的電導4.3固體電介質的擊穿4.4固體電介質的老化4.5常見固體電介質本課件是可編輯的正常PPT課件固體電介質的極化和損耗概述氣、固、液三種電介質中，固體密度最大，耐電強度最高空氣的耐電強度一般在3~4kV/mm左右液體的耐電強度在10~20kV/mm固體的耐電強度在十幾至幾百kV/mm固體電介質的擊穿過程最復雜，且擊穿后是唯一不可恢復的絕緣普遍規(guī)律：介質的擊穿總是從電氣性能最薄弱的缺陷處發(fā)展起來的，這里的缺陷可指電場的集中，也可指介質的不均勻性本課件是可編輯的正常PPT課件

4.1固體電介質的極化和損耗4.1.1固體電介質的介電常數(shù)4.1.2固體電介質的損耗本課件是可編輯的正常PPT課件固體電介質的極化和損耗固體電介質的介電常數(shù)

電介質的介電常數(shù)也稱為電容率，是描述電介質極化的宏觀參數(shù)。電介質極化的強弱可用介電常數(shù)的大小來表示，它與該介質分子的極性強弱有關，還受到溫度、外加電場頻率等因素的影響。電介質的相對介電常數(shù)為本課件是可編輯的正常PPT課件固體電介質的極化和損耗固體電介質的損耗在電場作用下沒有能量損耗的理想介質是不存在的，實際電介質中總有一定的能量損耗，包括由電導引起的損耗和某些有損極化引起的損耗，總稱為介質損耗。絕緣材料的介質損耗角正切就是損耗角δ的正切值，可直接用tanδ表示。固體無機電介質：無機晶體、無機玻璃、電工陶瓷固體有機電介質：聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、天然石蠟本課件是可編輯的正常PPT課件

4.2固體電介質的電導4.2.1固體電介質的離子電導4.2.2固體電介質的電子電導4.2.3固體電介質的表面電導本課件是可編輯的正常PPT課件固體電介質的電導固體電介質的離子電導離子電導類型晶體無機電介質：本征離子電導、弱束縛離子電導非晶體無機電介質：無機玻璃有機電介質本課件是可編輯的正常PPT課件固體電介質的電導固體電介質的電子電導在強電場作用下，固體電介質的電導模式以電子電導為主，這在禁帶寬度較窄的介質及薄層介質上表現(xiàn)得較為明顯。電介質的導電電子主要來源于電極與介質體內部的熱電子發(fā)射、場致冷發(fā)射及碰撞電離過程，導電模型主要是自由電子氣模型、能帶模型及電子跳躍模型。本課件是可編輯的正常PPT課件固體電介質的電導固體電介質的表面電導電導率的影響因素電介質表面吸附水膜電介質分子結構：親水電介質、疏水電介質電介質表面清潔度本課件是可編輯的正常PPT課件

4.3固體電介質的擊穿4.3.1電擊穿的基本理論4.3.2熱擊穿的基本理論4.3.3電化學擊穿的基本理論本課件是可編輯的正常PPT課件固體電介質的擊穿在電場作用下，固體介質可能因以下過程而被擊穿：

電過程（電擊穿）

t<0.2s

熱過程（熱擊穿）

t>0.2s

電化學過程（電化學擊穿）

數(shù)十小時本課件是可編輯的正常PPT課件固體電介質的擊穿電擊穿固體電介質中發(fā)生碰撞電離-----固體電介質中存在少量傳導電子，在電場加速下與晶格結點上的原子碰撞電擊穿理論本身又分為兩種解釋碰撞電離的理論

本征電擊穿理論雪崩擊穿理論本課件是可編輯的正常PPT課件固體電介質的擊穿電擊穿本征電擊穿理論：在某一場強值內，上述關系式成立，獲得和失去的能量平衡，超過則不成立，引起破壞，稱之為固有擊穿理論雪崩擊穿理論：當上述平衡破壞后，電子整體上得到加速，與晶格產(chǎn)生碰撞電離，反復碰撞形成電子崩，電場作用下給電子注入能量激增，導致介質結構破壞，稱之為雪崩擊穿理論本課件是可編輯的正常PPT課件固體電介質的擊穿電擊穿的特點作用時間：電壓作用時間短，擊穿電壓高介質特性：介質內含氣孔或其它缺陷，對電場造成畸變，導致介質擊穿電壓降低電場均勻：電場的均勻程度影響極大累積效應：在極不均勻電場中、沖擊電壓作用下，介質有明顯的不完全擊穿現(xiàn)象，導致絕緣性能逐漸下降，稱為累積效應。介質擊穿電壓會隨沖擊電壓施加次數(shù)的增多而下降無關因素：擊穿電壓和介質溫度、散熱條件、介質厚度、頻率等因素都無關本課件是可編輯的正常PPT課件固體電介質的擊穿熱擊穿介質不斷發(fā)熱升溫過程：介質損耗-----介質逐漸發(fā)熱升溫-----介質電阻的下降，使電流進一步增大-----損耗發(fā)熱也隨之增大電介質向外不斷散熱的過程：通過電極及其它介質向外散熱同一時間內發(fā)熱超過散熱，則介質溫度會不斷上升，以致引起電介質分解炭化，最終擊穿，這一過程稱電介質的熱擊穿過程本課件是可編輯的正常PPT課件固體電介質的擊穿熱擊穿曲線1,2,3：電介質發(fā)出熱量Q與介質中最高溫度tm的關系直線4：介質中最高溫度大于周圍環(huán)境溫度t0時，散出的熱量Q與介質中最高溫度tm的關系電壓：U1＞U2＞U3熱擊穿過程中的發(fā)熱量曲線和散熱量曲線本課件是可編輯的正常PPT課件固體電介質的擊穿熱擊穿曲線1：發(fā)熱永遠大于散熱，介質溫度將不斷升高，在電壓U1下最終必定發(fā)生熱擊曲線2：與直線4相切U2

為臨界熱擊穿電壓；tk為臨界熱擊穿溫度熱擊穿過程中的發(fā)熱量曲線和散熱量曲線本課件是可編輯的正常PPT課件固體電介質的擊穿熱擊穿曲線3：兩個熱平衡t>tb時：情況類似曲線1，最終發(fā)生熱擊穿t=tb時：發(fā)熱等于散熱，但因擾動使t大于tb，則介質溫度上升，回不到tb，直至熱擊穿。稱tb為不穩(wěn)定熱平衡點t0≤t<tb時：通過周圍介質的散熱調節(jié)，介質溫度將逐漸穩(wěn)定在ta，稱ta為穩(wěn)定熱平衡點本課件是可編輯的正常PPT課件固體電介質的擊穿電化學擊穿概念：在電場的長時間作用下逐漸使介質的物理、化學性能發(fā)生不可逆的劣化，最終導致?lián)舸@過程稱電老化電老化的類型：電離性老化、電導性老化和電解性老化。前兩種主要在交流電壓下產(chǎn)生，后一種主要在直流電壓下產(chǎn)生本課件是可編輯的正常PPT課件固體電介質的擊穿電化學擊穿樹老化類型電樹老化和水樹老化樹老化的原因電離性老化：介質夾層或介質內部存在氣隙或氣泡，發(fā)生電離，造成鄰近絕緣物的分解、破壞，表現(xiàn)為變酥、炭化等形式，并沿電場方向逐漸向絕緣層深處發(fā)展，在有機絕緣材料中會呈樹枝狀發(fā)展，稱作“電樹枝”導性老化：介質中存在液態(tài)導電物質（例如水），當該處場強超過某定值時，該液體會沿電場方向逐漸深入到絕緣層中，形成近似樹枝狀的痕跡，稱作“水樹枝”本課件是可編輯的正常PPT課件固體電介質的擊穿電化學擊穿電極尖端有、無氣隙時的電樹枝35kV聚乙烯電纜中的雜質電樹枝狀態(tài)本課件是可編輯的正常PPT課件

4.4固體電介質的老化4.4.1固體電介質的環(huán)境老化4.4.2固體電介質的電老化4.4.3固體電介質的熱老化本課件是可編輯的正常PPT課件固體電介質的老化固體電介質的環(huán)境老化

電氣設備在長期運行中，其介質不可避免的要承受熱的、電的、化學的和機械力的作用。在這些因素的作用下，介質的物理性能逐漸劣化，如變酥、變脆、起層等，電氣性能逐漸降低，如電導變大、損耗增加和絕緣強度下降。這種現(xiàn)象稱為電介質的老化。老化形式：電老化（局