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1、高压综合实验技术论文西安交通大学高压教研室高压综合实验技术论文稍不均匀场空气击穿场强稍不均匀场空气击穿场强 的计算和测量、电弧放电的计算和测量、电弧放电 特性研究特性研究姓名：廖文龙 学号：08041240组别：第一大组指导教师：姜惟 刘宣东2012/2/24高电压技术综合实验论文摘 要电力系统和电气设备中常用气体作为绝缘介质。但是，当电场强度达到一定书之 后，气体就会失去绝缘能力，从而造成事故。气体绝缘要解决的问题主要是如何选择 合适的绝缘距离以及如何提高气体间隙的击穿电压。但由于气体放电理论至今很不完 善，实际上无法对击穿电压进行准确计算。工程上的设计问题常借助于实验规律来 分析解决或者直
2、接由试验决定，因此，在经典理论的基础上，继续探索空气放电的 机理和电极击穿强度的计算，具有重要的理论价值和工程应用价值。本文介绍了 气体的介电特性和放电理论，并基于经典放电理论提出的空气击穿过程，提出了三种 方法，基于经典理论、经验公式、仿真软件对稍不均匀场的击穿强度进行理论计算， 并与实测值进行对比评估计算方法的实用价值。最后对稍不均匀场击穿后的电弧放电 过程进行了研究，考察了放电瞬间的电压特征和放电稳定后的电流特征，作出了相当 有意义的发现。关键词关键词：稍不均匀场；气体击穿强度；电弧放电高电压技术综合实验论文目 录1 绪论.11.1 空气放电机理.11.1.1 空气的介电特性.11.1.
3、2 空气放电的基本物理过程.21.1.2.1 汤森理论.21.1.2.2 流注理论.31.1.3 气体间隙的击穿电压和击穿强度.41.2 电弧放电机理.51.3 空气击穿强度的计算方法.62 稍不均匀场空气击穿强度测量以及电弧放电伏安特性研究实验装置.62.1 稍不均匀电场击穿特性.62.2 常压下空气中电弧放电特性.82.3 实验装置.83 稍不均匀场击穿强度测量以及电弧放电伏安特性研究的实验结果及分析.93.1 实验结果 .93.1.1 近似均匀场击穿强度的实验结果.93.1.2 稍不均匀场击穿强度的实验结果.103.1.3 电弧放电伏安特性研究的实验结果.113.2 结果分析 .183.
4、2.1 稍不均匀场击穿强度实验结果分析.203.2.2 电弧放电伏安特性实验结果分析.214 结论与展望.224.1 结论.224.2 展望.23致 谢.23参考文献.23附 录 数据处理程序.24高电压技术综合实验论文11 绪 论气体是一种优良的绝缘介质，在某些方面有着其他绝缘介质无法比拟的特性。例 如气体不会老化，使用寿命方面几乎没有限制、自高电压输变电技术问世，空气便是 高压线路及其他电气设备的外绝缘介质。气体绝缘变电站(GIS)又称为组合电器，因 其具有敞开式变电站无法比拟的优点，如占地面积小、检修周期长、绝缘不受大气环 境 影响等，已被广泛地用于城市供电、发电厂、大型工矿企业等高压输
5、变电系统中【1- 3】。气体绝缘管道电缆(GiC)，又称为气体绝缘管道输电线的应用发展也很快，世界上第一条GIC工业线路的投运是在1971年，到1982年全球GIC线路总长超过13 km，至 20世纪9o年代日本已有两回长达3.3 km的275 kV GIC线路，可传输2.85GW的电力【4】。 气体绝缘开关设备由于具有体积小、重量轻、安全性好、可靠性高、能适应恶劣环境 条件下使用等优点，也得到了迅速地推广与应用【5】。然而在气体绝缘器件的制造、 加工、运输、现场装配等过程中，不可避免地存在绝缘缺陷，从而会影响其长期的可 靠性。这类缺陷主要包括电极表面突出物、自由导电微粒、绝缘子表面微粒及固体
6、绝 缘内部缺陷(如气泡)等，它们在运行电压的作用下会产生局部放电乃至整个绝缘击穿， 其危害是严重的。因此，研究气体放电机理，掌握不同条件和不同电极结构下的气体 放电规律，深入研究各种因素对气体放电过程的影响，对防止事故，改进电力设备的 绝缘结构配置，探索绝缘新技术具有实际意义。1.1 空气放电机理1.1 空气的介电特性 我们居住的地球所被包裹的空气是一种电介质。空气中氮气、氧气及其它气体的 体积分数分别为78，21，1，各种气体都以其单质或化合特性是无色无味的不 带电的中性质点。海平面附近洁净空气的电介质强度约为3 MVm。若空气中的中性 质点不电离，空气就能呈现出较好的绝缘性能，暴露在空气中
7、的电气设备，就是靠空 气的这个特性来保证其不同电位间的绝缘的。空气中的中性质点在电场的作用下，或 者在具有一定动能的运动中粒子的碰撞下都可以发生游离或电离，使中性质点分离出 一个电子和一个正离子。由于离子的质量数千倍于电子质量，电子极容易在电场力的 作用下获得极大的加速度逃离出来，它或去撞击其它的中性质点使其分离，或是附着 在中性质点上使其变为负离子。因此，随着中性质点发生游离处正离子浓度的不断增 加，其处的空气电介质强度就不断减小，当气体的电介质强度小于其所在处的邻近电 场强度时就会发生气体放电，放电气隙中聚集着大量的正离子，而与原正离子分离出 来远离放电气体的电子在失去电场力后，将附着在中
8、性质点上使其成为负离子。所以， 在放电气体附近空气中的负离子浓度增加就是基于这个道理，负离子发生器也基于此 原理制造。正离子可以和电子或负离子复合再次成为中性质点，随着离子或电子的动 能减小或外部电场的减弱，正离子与电子或负离子复合的过程加快，复合的速度大于 分离的速度，放电气隙中的离子浓度减少，气体电介质强度恢复。当气体电介质强度 大于高电压技术综合实验论文2其所在处的邻近电场强度时，气体放电现象停止，空气电介质强度随之恢复。由 此可见，作为绝缘的气体，可以在一定的条件下绝缘被破坏成为导电物质，也可以在 条件消失后恢复成为电介质，气体绝缘的破坏是可以恢复的！1.2 气体放电的基本物理过程 处于正常状态并隔绝各种外电力因素作用的气体
