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1、 高电压技术教案 第 1 页，共 62页 教 案（2008/2009 学年第一学期）课课程名称程名称 高高 电电 压压 技技 术术 课课程程编编号号 课课程性程性质质 考考查查 教学教学时时数数 3 0 教学教学对对象象 05 电电力本力本 授授课课教教师师 谢谢 彦彦 斌斌 职职 称称 讲讲 师师 邵阳学院邵阳学院电电气工程系气工程系2008 年年 1010 月月高电压技术教案 第 2 页，共 62 页（一）课程教学目的和要求目的：高电压技术课程是电力专业的一门专业课，本课程主要内容由三部分组成：各类电介质在高电场下的电气绝缘特性，电气设备绝缘实验技术，电力系统过电压与绝缘配合。学习本课程的
2、目的是让同学们学会正确认识和处理电力系统中绝缘与作用电压这一对矛盾，掌握从事电力系统设计、建设和运行的必要的基础知识。要求：通过本课程的学习熟练掌握各类电介质在高电场下的电气绝缘特性，电气设备绝缘实验技术，电力系统过电压与绝缘配合。（二）课程教学重点和难点1、重点：气体的放电基本物理过程和电气强度：绝缘预防性试验和高电压试验：雷电及防雷保护装置、电力系统防雷保护：电力系统内部过电压：电力系统绝缘配合2、难点：气体的放电基本物理过程和电气强度：线路和绕组中的波过程：雷电及防雷保护装置、电力系统防雷保护：电力系统内部过电压：电力系统绝缘配合（三）教学方法：板书讲解。（四）课时安排总课时：30 课时
3、，其中：气体的放电基本物理过程和电气强度：5 课时液体、固体介质的电气特性：3 课时电气设备绝缘预防性试验：3 课时绝缘的高电压试验：3 课时电气设备绝缘在线监测与诊断 1 课时高电压技术教案 第 3 页，共 62 页线路和绕组中的波过程：4 课时雷电及防雷保护装置：2 课时电力系统防雷保护：3 课时电力系统内部过电压：4 课时电力系统绝缘配合：2 课时（五）考核方式开卷考试。平时成绩占 30%，考试成绩占 70%。 （六）参考教材：周泽存主编，高电压技术（第二版） ，中国电力出版社。第一章 气体的放电基本物理过程和电气强度教研室：电气教研室 教师姓名：谢彦斌 课程名称高电压技术授课专业及班次
4、05 级电力本科班授课内容1、汤逊理论和流注理论 2、不均匀电场中的放电过程 3、空气间隙在各种电压下 的击穿特性 4、大气条件对气隙击穿特 性的影响 5、提高气体介质电气强度 的方法 6、沿面放电及防污对策授课方式及学时板书，5 学时目的要求让学生掌握气体放电的基本理论及规律、击穿特性和影响因素、以及提高 气体介质电气强度的方法等。重点与难点重点： 1、汤逊理论和流注理论 2、不均匀电场中的放电过程 3、空气间隙在各种电压下的击穿特性 4、沿面放电及防污对策 难点： 1、汤逊理论和流注理论 2、不均匀电场中的放电过程讲授内容 及 时间分配1、汤逊理论和流注理论：1 节课 2、不均匀电场中的放
5、电过程：1 节课 3、空气间隙在各种电压下的击穿特性：1 节课 4、大气条件对气隙击穿特性的影响：0.5 节课 5、提高气体介质电气强度的方法：0.5 节课 6、沿面放电及防污对策：1 节课高电压技术教案 第 4 页，共 62 页教 具黑板、粉笔参考资料周泽存主编，高电压技术（第二版） ，中国电力出版社。第一节、汤逊理论和流注理论第一节、汤逊理论和流注理论 气体放电类型气体放电类型： 非自持放电：依靠外电离因素的作用才能维持的放电过程 自持放电：因电压足够大，气隙中电离过程仅靠外施电压就可维持的放电过程。 结合教材中图 1-1，1-2 讲解。 汤逊理论汤逊理论 20 世纪初，汤逊对电场均匀、气
6、压低、气隙短的气体放电实验进行总结，得到较系统 的气体放电理论即所谓的汤逊理论。 简介如下： 光源电子（光电离）电子向阳极方向运动（电场的作用）碰撞电离产生新的 电子产生剧增的电子崩/雪崩电子崩中的正离子向阴极方向运动加强阴极场强且 撞击阴极表面阴极表面发生电离新的电子发射新的循环过程。 为了定量分析气隙中气体放电过程，引入 3 三个参数： ：1 个电子沿电场方向行经 1CM 平均发生的撞击电离次数。 ：1 个正离子沿电场方向行经 1CM 平均发生的撞击电离次数。 ：每个碰撞阴极表面的正离子使阴极金属释放出的平均自由电子数。 结合教材中图 1-4 可得：均匀电场中自持放电的条件为：（ed-1）
7、1 (教材中为=号) 汤逊理论汤逊理论的实质： 1、电子碰撞电离是气体放电的主要原因 2、二次电子来源主要是正离子撞击阴极表面是阴极表面逸出的电子 3、逸出电子是维持气体放电的必要条件。 流注理论流注理论 汤逊理论汤逊理论可以较好的解决电场均匀、气压低、气隙短（pd26.66kPa.cm)的气体放电 现象，但用来解释现实中发生的气压高、气隙长的气体放电现象（如雷电）时却出现 了矛盾。主要表现在： 1、实测大气击穿时间远低于按汤逊理论汤逊理论推测的时间 2、在大气压力下的气体放电几乎与阴极材料无关 3、大气中发生气体击穿时会出现带有分支的明亮细长通道（均场中是均匀连续发展的）此时只能用流注理论来
8、解释如下： 外电离因素阴极附近产生起始电子电子向阳极方向运动（电场的作用）碰撞电 离初始电子崩（正离子与电子迁移速度不同，形状见图 1-6）空间电场产生畸变， 即电子崩外围电场加强而崩内电场减弱空间电场畸变程度加强（随着电子崩迁移过 程的推进）外施电压较低时电子崩到达阳极后就消失，外施电压达到气隙的最低击 穿电压时撞击电离程度较强电子崩外围带电粒子较多+空间电场畸变程度较大产 生强烈的激励和反激励产生大量光子空间光电离产生许多衍生/二次电子崩衍 生电子崩的头部即电子受崩内正离子吸引汇合到场强较弱的崩内正空间电荷区形成导 电性能良好的混合通道，即所谓的流注即所谓的流注衍生崩残留的正离子则可以加强
9、原电子崩的高电压技术教案 第 5 页，共 62 页外围电场产生新的衍生电子崩流注继续往崩内正离子迁移方向即阴极方向发展 流注到达阴极时即整个间隙击穿。 流注理论流注理论的实质： 1、形成流注的必要条件是电子崩发展到足够程度，使原电场发生明显畸变，即崩外围 电场得到显著加强，进而引发空间光电离。 2、二次电子的主要来源是空间的光电离。 3、形成流注的条件及自持放电的条件 流注理论流注理论对气压高、气隙长的气体放电现象的解释： 1、光子的速度远大于电子，因而流注发展速度远大于汤逊理论的推算。 2、二次崩的发展具有随机性，所以流注的推进不可能均匀，甚至具有分支。 3、大气条件下气体放电的发展是依靠光电离，故阴极材料对气体击穿电压的影响不大。4、在 pd 值较小的情况下难以完成足够的碰撞电离，因而不可能出现流注。 补充说明补充说明：强电负性气体（SF6）的击穿场强（89kV/cm）远大于非电负性气体（空气） 的击穿场强(30kV/cm)。第二节、不均匀电场中的放电过程第二节、不均匀电场中的放电过程 一、稍不均匀电场和极不均匀电场的放电特点一、稍不均匀电场和极不均匀电场的放电特点（结合图 1-7） 稍不均匀电场稍不均匀电场： ：4Dd2D ：随电压升高会出现电晕，但不稳定，马上转化为火花放电：f(=Emax/Eav)2 极不均匀电场极不均匀电场：
