高电压技术——(一)

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1、第一篇电介质的电气强度电介质（dielectric）在电气设备中作为绝缘材料使用。电气强度表征电介质耐受电压作用的能力。均匀电场中击穿电压Ub与间隙距离之比称为击穿场强Eb。我们把均匀电场中气隙的击穿场强Eb称为气体的电气强度。空气在标准状态下的电气强度为30kV/cm;注意：不能把不均匀场中气隙Ub与间隙距离之比称为气体的电气强度，通常称之为平均击穿场强。击穿电压：电介质击穿时的最低临界电压。击穿场强是表征气体间隙绝缘性能的重要参数。1、电介质的分类按物质形态分：气体电介质液体电介质固体电介质其中气体最常见。气体介质同其它介质相比，具有在击穿后完全的绝缘自恢复特

2、性，故应用十分广泛。按在电气设备中所处位置分：外绝缘：一般由气体介质（空气）和固体介质（绝缘子）联合构成。内绝缘：一般由固体介质和液体介质联合构成。2、在电场的作用下，电介质中出现的电气现象：弱电场——电场强度比击穿场强小得多如：极化、电导、介质损耗等。强电场——电场强度等于或大于放电起始场强或击穿场强：如：放电、闪络、击穿等。强电场下的放电、闪络、击穿等电气现象是我们本篇所要研究的主要内容。3、几个基本概念放电：特指气体绝缘的击穿过程。击穿：在电场的作用下，电介质由绝缘状态突变为良导电状态的过程。闪络：击穿发生在气体与液体、气体与固体交界面上的放电现象。工程上将

3、击穿和闪络统称为放电。击穿、放电、闪络都是在一定的电压作用下电介质的绝缘性能被破坏的过程。4、本篇的主要内容第一章、气体放电的基本物理过程第二章、气体介质的电气强度第三章、液体和固体介质的电气特性输电线路以气体作为绝缘材料电介质的分类——例图1变压器相间绝缘以液体作为绝缘材料电介质的分类——例图2电气设备中常用的气体介质：空气、压缩的高电气强度气体（如SF6）纯净的、中性状态的气体是不导电的，只有气体中出现了带电粒子（电子、正离子、负离子）后，才可能导电，并在电场作用下发展成各种形式的气体放电现象。第一章气体放电的基本物理过程辉光放电气压较低，电源功率很小时，放电

4、充满整个间隙。电弧放电大气压力下，电源功率较大时，放电具有明亮、持续的细致通道。火花放电（雷闪）大气压力下。电源功率较小时，间隙间歇性击穿，放电通道细而明亮。因气体压力、电源功率、电极形状等因素的影响，放电具有多种形式电晕放电极不均匀电场，高电场强度电极附近出现发光薄层。（2）本章主要内容1.1带电粒子的产生和消失1.2均匀电场中气体击穿的发展过程1.3不均匀电场中的放电过程1.4冲击电压下气隙的击穿特性1.5沿面放电和污闪事故1.1.1带电粒子在气体中的运动(1)自由行程长度——运动引起的碰撞(2)带电粒子的迁移率——沿电场方向漂移(3)扩散——与粒子浓度有关第

5、一节带电粒子的产生和消失(1)自由行程长度1）带电粒子在电场中的运动形式：当气体中存在电场时，带电粒子进行热运动和沿电场定向运动（如图1-1所示）第一节带电粒子的产生和消失2）自由行程长度和平均自由行程长度粒子从这次碰撞到下次碰撞之间所走过的距离称为自由行程长度。自由行程长度是随机值，具有分散性，所以我们引入平均值的概念。平均自由行程长度：单位行程中的碰撞次数Z的倒数λ即为该粒子的平均自由行程长度。第一节带电粒子的产生和消失粒子的自由行程等于或大于某一距离x的概率为：λ：粒子平均自由行程长度令x=λ，可见粒子实际自由行程长度大于或等于平均自由行程长度的概率是36.

6、8%。由气体动力学可知，电子平均自由行程长度式中：r：气体分子半径N：气体分子密度第一节带电粒子的产生和消失由于代入上式得到：式中：P：气压T：气温k：波尔兹曼常数大气压和常温下平均自由行程长度数量级为10-5cm3）定性分析：第一节带电粒子的产生和消失(2)带电粒子的迁移率1）迁移率的定义迁移率表示单位场强下（1V/m)带电粒子沿电场方向的漂移速度。2）定性分析：电子的平均自由行程长度比离子大得多而电子的质量比离子小得多结论：电子更易加速，电子的迁移率远大于离子。第一节带电粒子的产生和消失(3)扩散1）扩散的定义：热运动中，粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小的区

7、域，从而使分布均匀化，这种过程称为扩散。2）定性分析：气压越低，温度越高，扩散越快。结论：电子的热运动速度大、自由行程长度大，所以其扩散速度比离子快得多。第一节带电粒子的产生和消失1.1.2带电粒子的产生(1)原子的电离和激励(2)电离的四种形式——按引起电离的外部能量形式不同，分为：1）光电离2）热电离3）碰撞电离4）电极表面电离第一节带电粒子的产生和消失(1)原子的电离和激励第一节带电粒子的产生和消失(1)原子的电离和激励原子的激励当原子获得外部能量（电场、高温等），一个或若干个电子有可能转移到离核较远的轨道上去，该现象称为激励。激励能（We，电子伏eV）原子

8、的电离原子