高电压技术第16章全部PPT绪绪 论论 各种高电压现象各种高电压现象 研究对象研究对象 中国电力系统电压等级划分中国电力系统电压等级划分 高电压技术在其它领域的应用高电压技术在其它领域的应用 课程相关信息课程相关信息雷电雷电极光极光电离圈电离圈绝缘子闪络绝缘子闪络 电晕电晕电弧电弧各种高电压现象各种高电压现象研究对象研究对象1.内容与范畴：内容与范畴：高电压技术高电压技术主要研究主要研究高电压（强电场）下的各种电气设备物高电压（强电场）下的各种电气设备物理问题它起源于理问题它起源于2020世纪初期，由于大世纪初期，由于大功率、远距离输电而发展形成的一门独功率、远距离输电而发展形成的一门独立学科，属于现代物理学中电学的一个立学科，属于现代物理学中电学的一个分支2.电气设备的绝缘电气设备的绝缘：绝缘介质（固、液、气体）在电场作用下绝缘介质（固、液、气体）在电场作用下的电气物理性能和击穿的理论、规律的电气物理性能和击穿的理论、规律高压试验高压试验判断、监视绝缘质量的主要判断、监视绝缘质量的主要试验方法与试验原理试验方法与试验原理3.电力系统的过电压：电力系统的过电压：过电压及其防护过电压及其防护过电压的成因与限制过电压的成因与限制措施措施。
中国电力系统电压等级划分中国电力系统电压等级划分 高压（高压（HV）：）：1kV220kV 10kV,20kV,35kV,110kV,220kV 超高压（超高压（EHV）：）：330kV,500kV,750kV 特高压（特高压（UHV）：）：1000kV及以上及以上交流系统交流系统直流系统直流系统 超高压（超高压（EHV）：）：500kV n 特高压（特高压（UHV）：）：800kV高电压技术在其它领域的应用高电压技术在其它领域的应用医学：利用高压脉冲体外碎石、治疗癌症；医学：利用高压脉冲体外碎石、治疗癌症；农业：高压静电喷药，高电场诱发变异育种；农业：高压静电喷药，高电场诱发变异育种；环保：高压脉冲放电处理污水，电除尘技术；环保：高压脉冲放电处理污水，电除尘技术；军事：大功率脉冲技术，电磁干扰、电子对抗；军事：大功率脉冲技术，电磁干扰、电子对抗；其它：静电喷涂，高压设备制造等其它：静电喷涂，高压设备制造等课程相关信息课程相关信息参考书：参考书：u高电压绝缘技术高电压绝缘技术，中国电力，严璋，朱德恒，中国电力，严璋，朱德恒u电网过电压教程电网过电压教程，中国电力，陈维贤，中国电力，陈维贤u高电压试验技术高电压试验技术，清华，张仁豫，清华，张仁豫u高电压技术高电压技术，中国电力，赵智大，中国电力，赵智大uHigh-Voltage Engineering，Pergamon Press,E.Kuffel(Canada),W.S.Zaengl,(Switzerland)学习方法：学习方法：理论联系实际理论联系实际考试：考试：20%（作业（作业+实验）实验）+80%（闭卷笔试）（闭卷笔试）答疑安排：答疑安排：u时间：周四下午时间：周四下午4:00-5:00u地点：教三楼一楼地点：教三楼一楼105室室第一篇第一篇 高电压绝缘及实验高电压绝缘及实验第一章第一章 电介质的极化、电导和损耗电介质的极化、电导和损耗第二章第二章 气体放电的物理过程气体放电的物理过程第三章第三章 气隙的电气强度气隙的电气强度第四章第四章 固体液体和组合绝缘的电气强度固体液体和组合绝缘的电气强度第五章第五章 电气设备绝缘试验（一）电气设备绝缘试验（一）第六章第六章 电气设备绝缘试验（二）电气设备绝缘试验（二）第一章第一章 电介质的极化、电导和损耗电介质的极化、电导和损耗 电介质有气体、固体、液体三种形态，电介电介质有气体、固体、液体三种形态，电介质在电气设备中是作为绝缘材料使用的。
一切电质在电气设备中是作为绝缘材料使用的一切电介质在电场的作用下都会出现极化、电导和损耗介质在电场的作用下都会出现极化、电导和损耗等电气物理现象电介质的电气特性分别用以下等电气物理现象电介质的电气特性分别用以下几个参数来表示：即介电常数几个参数来表示：即介电常数r，电导率，电导率(或其或其倒数倒数电阻率电阻率)，介质损耗角正切，介质损耗角正切tg,击穿场击穿场强强E，它们分别反映了电介质的极化、电导、损，它们分别反映了电介质的极化、电导、损耗、抗电性能耗、抗电性能绝缘的作用：绝缘的作用：绝缘的作用是将电位不等的导体分隔开，使其没有电绝缘的作用是将电位不等的导体分隔开，使其没有电气的联系能保持不同的电位气的联系能保持不同的电位,又称为电介质又称为电介质.分类：分类：气体绝缘材料：空气，气体绝缘材料：空气，SF6气体等气体等固体绝缘材料：陶瓷，橡胶，玻璃，绝缘纸等固体绝缘材料：陶瓷，橡胶，玻璃，绝缘纸等液体绝缘材料：变压器油液体绝缘材料：变压器油混合绝缘：电缆，变压器等设备混合绝缘：电缆，变压器等设备1.0 1.0 电力系统的绝缘材料电力系统的绝缘材料1.1 1.1 电介质的极化电介质的极化 定义：定义：电介质在电场作用下产生的束缚电荷的弹电介质在电场作用下产生的束缚电荷的弹 性位移和偶极子的转向位移现象，称为性位移和偶极子的转向位移现象，称为电电 介质的极化。
介质的极化效果：效果：消弱外电场，使电介质的等值电容增大消弱外电场，使电介质的等值电容增大物理量：物理量：介电常数介电常数 类型：类型：电子位移极化；离子位移极化；电子位移极化；离子位移极化；转向极化；空间电荷极化转向极化；空间电荷极化电子位移极化电子位移极化 一切电介质都是由分子组成，一切电介质都是由分子组成，分子又是由原子组成，每个原子都分子又是由原子组成，每个原子都是由带正电荷的原子核和围绕核带是由带正电荷的原子核和围绕核带负电荷的电子云构成负电荷的电子云构成当不存在外电场时，电子云的当不存在外电场时，电子云的中心与原子核重合，此时电矩为零中心与原子核重合，此时电矩为零当外加一电场，在电场力的作用当外加一电场，在电场力的作用下发生电子位移极化当外电场消下发生电子位移极化当外电场消失时，原于核对电子云的引力又使失时，原于核对电子云的引力又使二者重合，感应电矩也随之消失二者重合，感应电矩也随之消失电场中的所有电介质内都存在电场中的所有电介质内都存在电子位移极化电子位移极化qRRi-qOOE图图1-1 1-1 电子位移极化电子位移极化电子位移极化电子位移极化极化机理：极化机理：电子偏离轨道电子偏离轨道介质类型：介质类型：所有介质所有介质建立极化时间：建立极化时间：极短，极短，10-14 10-15s极化程度影响因素：极化程度影响因素：电场强度（有关）电场强度（有关）电源频率（无关）电源频率（无关）温度（无关）温度（无关）极化弹性：极化弹性：弹性弹性消耗能量：消耗能量：无无 离子位移极化离子位移极化 在由离子结合成的电介质内，外电场的作用除促使各个离子内部在由离子结合成的电介质内，外电场的作用除促使各个离子内部产生电子位移极化外还产生正、负离子相对位移而形成的极化，称为产生电子位移极化外还产生正、负离子相对位移而形成的极化，称为离子位移极化。
图离子位移极化图l-2表示氯化钠晶体的离子位移极化表示氯化钠晶体的离子位移极化图图l-2 氯化钠晶体的离子位移极化氯化钠晶体的离子位移极化 离子位移极化离子位移极化极化机理：极化机理：正负离子位移正负离子位移介质类型：介质类型：离子性介质离子性介质建立极化时间：建立极化时间：极短，极短，10-1210-13 s极化程度影响因素：极化程度影响因素：电场强度（有关）电场强度（有关）电源频率（无关）电源频率（无关）温度（随温度升高而略有增加）温度（随温度升高而略有增加）极化弹性：极化弹性：弹性弹性消耗能量：消耗能量：极微小极微小 转向极化转向极化 在极性电介质中，即使没有外加电场，由于分子中正、负电荷的作用中在极性电介质中，即使没有外加电场，由于分子中正、负电荷的作用中心不重合就单个分子而言，就已具有偶极矩，称为心不重合就单个分子而言，就已具有偶极矩，称为固有偶极矩固有偶极矩但由于分但由于分子不规则的热运动，使各分子偶极矩方向的排列没有秩序，因此，从宏观而子不规则的热运动，使各分子偶极矩方向的排列没有秩序，因此，从宏观而言，对外并不呈现电矩言，对外并不呈现电矩当有外电场时，由于电场力的作用，每个分子的固有偶极矩就有转向与当有外电场时，由于电场力的作用，每个分子的固有偶极矩就有转向与外电场平行的趋势，其排列呈现行一定的秩序。
但是受分子热运动的干扰，外电场平行的趋势，其排列呈现行一定的秩序但是受分子热运动的干扰，这种转向有秩序的排列这种转向有秩序的排列UU电极电介质E图图l-3 偶极子的转向极化偶极子的转向极化 极化机理：极化机理：极性分子转向极性分子转向介质类型：介质类型：偶极性介质偶极性介质建立极化时间：建立极化时间：需时较长，需时较长，10-6 10-2 s极化程度影响因素：极化程度影响因素：电场强度（有关）电场强度（有关）电源频率（有关）电源频率（有关）温度（有关）温度（有关）极化弹性：极化弹性：非弹性非弹性消耗能量：消耗能量：有有转向极化转向极化极化机理：极化机理：正负离子移动介质类型：介质类型：含离子和杂质离子的介质建立极化时间：建立极化时间：很长极化程度影响因素：极化程度影响因素：电场强度（有关）电源频率（低频下存在）温度（有关）极化弹性：极化弹性：非弹性消耗能量：消耗能量：有 空间电荷极化空间电荷极化最明显的空间电荷极化是最明显的空间电荷极化是夹层极化夹层极化在实际的电气设备中，有不少在实际的电气设备中，有不少多层电介质的例子，如电缆、电容器、旋转电机、变压器、互感器、多层电介质的例子，如电缆、电容器、旋转电机、变压器、互感器、电抗器的绕组绝缘等，都是由多层电介质组成的。
电抗器的绕组绝缘等，都是由多层电介质组成的以最简单的平行板电极间的双层电介质为例，对夹层极化作以说明：以最简单的平行板电极间的双层电介质为例，对夹层极化作以说明：其电路图如下图所示，其电路图如下图所示，(a)(a)示意图示意图 (b)(b)等值电路等值电路 、G1、C1、U1第一层介质的参数和电压；第一层介质的参数和电压；、G2、C2、U2第二层介质的参数和电压第二层介质的参数和电压1 1）在）在 t=0 t=0 瞬间突然合闸，瞬间突然合闸，（2 2）时（到达稳态），电容相当于开路（时（到达稳态），电容相当于开路（“隔直隔直”）通常：通常：电荷重新分配，在两层介质的交界面处有积累电荷，称为夹层极化夹层极化空间电荷极化空间电荷极化 图图1-4 双层电介质的夹层极化双层电介质的夹层极化 G1G2 C1C2U 如图如图l-4l-4所示，各层介质的电容分所示，各层介质的电容分别为别为C1C1和和C2C2；各层介质的电导分别为；各层介质的电导分别为G1G1和和G2G2；直流电源电压为；直流电源电压为U U为了说明的简便，全部参数均只为了说明的简便，全部参数均只标数值，略去单位标数值，略去单位设设C1=1C1=1，C2C22 2，G1=2G1=2，G2=1G2=1，U U3 3。
t=0时合闸，时合闸，U作用在作用在AB两端极扳上，瞬时电容上的电荷和电位分布如两端极扳上，瞬时电容上的电荷和电位分布如图图1-5(a)所示整个介质的等值电容为所示整个介质的等值电容为 到达稳态时，电容上的电荷和电位分布如图到达稳态时，电容上的电荷和电位分布如图1-5(b)所示整个介质的等所示整个介质的等值电容为值电容为 分界面上堆积的电荷量为分界面上堆积的电荷量为+4-1+3图图1-5 双层电介质的电荷与电位分布双层电介质的电荷与电位分布（a）暂态分布）暂态分布（b）稳态分布）稳态分布 空间电荷极化（续）空间电荷极化（续）空间电荷极化的特点空间电荷极化的特点夹层的存在将会造成电荷在夹层界面上的堆积和等值电夹层的存在将会造成电荷在夹层界面上的堆积和等值电容的增大这就是夹层极化效应容的增大这就是夹层极化效应。