1高电压技术_第一章气体的绝缘特性.ppt

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1、本书内容分成两篇第一篇高电压绝缘及试验第二篇电力系统过电压及其防护第一章气体的绝缘特性主要内容气体放电的主要形式气体中带电质点的产生和消失汤逊理论和流注理论不均匀电场中的放电过程冲击电压下气隙的击穿特性影响气体放电电压的因素提高气体介质电气强度的方法沿面放电1气体放电的主要形式1气体放电的主要形式气体放电气体击穿沿面闪络1.1.1气体放电1.1.2气体的绝缘特性1.1.3气体的电气强度辉光放电电晕放电火花放电电弧放电1.1气体放电的基本概念1.2气体放电的主要形式气体放电主要形式1气体放电的主要形式1.1气

2、体放电的基本概念1.2气体放电的主要形式1.1气体放电的基本概念1.1.1气体放电1.1.2气体的绝缘特性1.1.3气体的电气强度1.1.1气体放电气体放电：气体中流通电流的各种形式；气体击穿：气体电绝缘状态突变为良导电状态的过程；沿面闪络：击穿发生在气体与液体、气体与固体交界面上的放电现象；工程上将击穿和闪络统称为放电。1.1.2气体的绝缘特性气体指高压电气设备中常用的空气、SF6、以及高强度混合气体等气态绝缘介质。空气：架空线路、电气设备外绝缘；SF6：SF6断路器和全封闭组合电器外绝缘；空气是最廉价、应用

3、最广、自动恢复绝缘的气体，因此我们主要研究空气的放电。气体具有绝缘自恢复特性1.1.3气体的电气强度气体的电气强度表征气体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。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。1.2气体放电的主要形式注意：电晕放电时气隙未击穿，而辉光放电、火花放电、电弧放电均指击穿后的放电现象，且随条件不同，这些放电现象可相互转

4、换。常见放电形式辉光放电电晕放电火花放电电弧放电2气体中带电质点的产生和消失2.1气体中带电质点的产生2.2气体中带电质点的消失2.1气体中带电质点的产生气体原子的激发和游离（玻尔理论）2.1气体中带电质点的产生气体原子的激发和游离激励：原子外层电子跃迁到较远的轨道上去的现象。激励能：产生激励需要的能量。电离：使原来的一个中性原子变成一个自由电子和一个带正电荷的离子的现象。电离能：电离所需的最小能量（Wi）。分级电离：先经过激励再产生电离的过程。2.1气体中带电质点的产生带电粒子的运动在存在电场的气体中，粒子进

5、行热运动和沿电场定向运动。自由行程：一个质点在每两次碰撞间自由地通过的距离。平均自由行程：众多质点自由行程的平均值。p：气压k：波尔兹曼常数T：气温r：气体分子半径常温常压下空气中电子平均自由行程在10-5cm数量级。2.1气体中带电质点的产生（一）碰撞电离电子或离子与气体分子碰撞，将电场能传递给气体分子引起电离的过程。因素：①外电场强弱；②能量的积累（移动距离的大小）。电子在场强为E的电场中移过x距离时获得的动能为:m:电子的质量V:电子运动速度E:外电场强度x:电子移动距离2.1气体中带电质点的产生即使满足

6、上述条件，不是每次碰撞都能引起电离碰撞概率与质点速度的关系（一）碰撞电离Wi为气体分子的电离能碰撞电离条件当电子从电场获得的动能大于或等于气体分子的电离能时，就可能使气体分子分裂为电子或正离子，即2.1气体中带电质点的产生（续1）（一）碰撞电离在电场中，电子的平均自由行程大，且与气体分子发生弹性碰撞（未发生电离），几乎不损失能量。因此电离的主要因素是电子引起的电离。离子碰撞电离系数：β一个正离子沿电场方向行经单位距离（1cm）时平均发生的碰撞电离次数，汤逊第二电离系数。电子碰撞电离系数：α一个电子在电场力作用下

7、，沿电场方向行经单位距离（1cm）平均发生碰撞电离的次数，汤逊第一电离系数。在电场中，造成碰撞电离的主要因素是电子。2.1气体中带电质点的产生（续2）含义：由光辐射引起气体分子电离的过程；光电离产生的电子称为光电子；来源：紫外线、宇宙射线、x射线等；异号带电质点复合成中性质点释放出光子；激励态分子回复到正常态释放出光子；条件：（二）光电离h：普朗克常数；C：光速υ：光频率；λ：光波长；或2.1气体中带电质点的产生（续2）（三）热电离本质：气体分子热状态引起电离，是碰撞电离（热运动）和光电离（热辐射）的综合。电离

8、度：气体中发生电离的分子数与总分子数比值。常温下，气体分子发生热电离概率极小。当t>10000K时才需考虑热电离；当t>20000K时，几乎全部的分子都处于热电离状态。空气电离度m和温度T的关系热电离条件：气体分子平均动能：2.1气体中带电质点的产生（续3）（四）表面电离含义：金属阴极表面发射电子的过程。逸出功：使阴极释放出电子需要的能量。（通常比气体电离能小）形式：正离子碰撞阴极表面