高电压技术重点复习大纲

《高电压技术重点复习大纲》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高电压技术重点复习大纲（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、汤逊理论三个过程:过程:起始电子形成电子崩的过程。过程：造成离子崩的过程。过程：离子崩到达阴极后，引起阴极发射二次电子的过程。自持放电条件：总结：1. 将电子崩和阴极上的过程作为气体自持放电的决定因素是汤逊理论的基础。2. 汤逊理论的实质是电子碰撞电离是气体放电的主要原因，二次电子来源于正离子撞击阴极表面使阴极表面逸出电子，逸出电子是维持气体放电的必要条件。3. 阴极逸出电子能否接替起始电子的作用是自持放电的判据。汤逊理论的适用范围 汤逊理论是在低气压pd较小条件下建立起来的， pd过大，汤逊理论就不再适用。 pd过大时（气压高、距离大）汤逊理论无法解释：v 放电时间：很短；v 放电外形：具有

2、分支的细通道；v 击穿电压：与理论计算不一致；v 阴极材料：无关； 汤逊理论适用于pd26.66kPa cm。巴申定律： 当气体成份和电极材料一定时，气体间隙击穿电压(ub)是气压(p)和极间距离(d)乘积的函数。气体放电流注理论：它考虑了高气压、长气隙情况下不容忽视的若干因素对气体放电的影响，主要有以下两方面 空间电荷对原有电场的影响； 空间光电离的作用。四个过程：a) 起始电子发生碰撞电离形成初始电子崩；初崩发展到阳极，正离子作为空间电荷畸变原电场，加强正离子与阴极间电场，放射出大量光子；b) 光电离产生二次电子，在加强的局部电场下形成二次崩；c) 二次崩电子与正空间电荷汇合成流注通道，其

3、端部有二次崩留下的正电荷，加强局部电场产生新电子崩使其发展； 流注头部电离迅速发展，放射出大量光子，引起空间光电离，流注前方出现新的二次崩，延长流注通道；d)流注通道贯通，气隙击穿。注：流注速度为108109cm/s，而电子崩速度为107cm/s。流注条件：必要条件是电子崩发展到足够的程度，电子崩中的空间电荷足以使原电场明显畸变，加强电子崩崩头和崩尾处的电场；另一方面电子崩中电荷密度很大，所以复合频繁，放射出的光子在这部分很强，电场区很容易成为引发新的空间光电离的辐射源，二次电子主要来源于空间光电离；气隙中一旦形成流注，放电就可由空间光电离自行维持。流注自持放电条件：初崩头部电子数要达到10的

4、8次方时，放电才能转为自持，出现流注。小 结1.汤逊理论只适用于pd值较小的范围，流注理论只适用于pd值较大的范围，二者过渡值为pd=26.66kPacm；(1)汤逊理论的基本观点：电子碰撞电离是气体放电时电流倍增的主要过程，而阴极表面的电子发射是维持放电的必要条件。(2)流注理论的基本观点： 以汤逊理论的碰撞电离为基础，强调空间电荷对电场的畸变作用，着重于用气体空间光电离来解释气体放电通道的发展过程； 放电从起始到击穿并非碰撞电离连续量变的过程，当初始电子崩中离子数达10的8次方以上时，引起空间光电离质变，电子崩汇合成流注； 流注一旦形成，放电转入自持。2. 引起气体放电的外部原因有两个，其

5、一是电场作用，其二是外电离因素。把去掉外界因素作用后，放电立即停止的放电形式称为非自持放电；把由电场作用就能维持的放电称为自持放电。3. 汤逊理论和流注理论自持放电条件的比较(1)汤逊理论：自持放电由阴极过程来维持； 流注理论：依赖于空间光电离。(2) 系数的物理意义不同。电场不均匀程度的划分 电场越不均匀，击穿电压和电晕起始电压之间的差别越大； 从放电观点看：电场的不均匀程度可以根据是否存在稳定的电晕放电来区分； 从电场均匀程度看：可用电场的不均匀系数划分；f4时为极不均匀电场。 稍不均匀电场中的放电过程与均匀电场相似，属于流注击穿，击穿条件就是自持放电条件，无电晕产生。 但稍不均匀电场中场

6、强并非处处相等.电晕放电 定义：由于电场强度沿气隙的分布极不均匀，因而当所加电压达到某一临界值时，曲率半径较小的电极附近空间的电场强度首先达到了起始场强E0，因而在这个局部区域出现碰撞电离和电子崩，甚至出现流注，这种仅仅发生在强场区（小曲率半径电极附近空间）的局部放电称为电晕放电 ，开始出现电晕放电的电压成为电晕起始电压。 特点：电晕放电是极不均匀电场特有的自持放电形式，电晕起始电压低于击穿电压，电场越不均匀其差值越大。极性效应极不均匀电场中的放电存在着明显的极性效应。极性决定于表面电场较强的电极所具有的电位符号：v 在两个电极几何形状不同时，极性取决于曲率半径较小的那个电极的电位符号，如“棒

7、-板”气隙。v 在两个电极几何形状相同时，极性取决于不接地的那个电极上的电位，如“棒-棒”气隙。正极性（1）自持放电前阶段 正空间电荷削弱棒极附近场强而加强外部电场，阻止棒极附近流注形成使电晕起始电压提高；（2）自持放电阶段 空间电荷加强放电区外部空间的电场，因此当电压进一步提高时，强场区将逐渐向极板推进至击穿。负极性（1）自持放电前阶段：正空间电荷加强棒极附近场强而削弱外部电场，促进棒极附近流注形成使电晕起始电压降低。（2）自持放电阶段：空间电荷削弱放电区外部空间的电场，因此当电压进一步提高时，电晕区不易向外扩展，气隙击穿将不顺利，因此负极性击穿电压比正极性高很多，完成击穿所需时间也长得多。

8、因此：冲击电压：冲击电压就是作用时间极为短暂的电压，一般之雷电冲击电压和操作冲击电压冲击放电时延 实验表明：对气隙施加冲击电压使其击穿不仅需要足够幅值的电压，有引起电子崩并导致流注和主放电的有效电子，而且需要一定的电压作用时间。冲击放电的总时间为： 短气隙中（1cm以下），特别是电场均匀时，tfts，放电时延主要取决于ts。为减小ts：v 可提高外施电场使气隙中出现有效电子的概率增加v 可采用人工光源照射，使阴极释放出更多的电子 较长气隙时，放电时延主要决定于形成延时tf，且电场越不均匀， tf越大雷电冲击50击穿电压定义：在多次施加同一电压时，其中半数导致气隙击穿，以此反映气隙的耐受冲击电压

9、的能力。特点：(1)在均匀和稍不均匀场中，击穿电压分散性小冲击系数(2)在极不均匀电场中，由于放电时延较长，其冲击系数 击穿电压分散性也较大。伏秒特性绘制伏秒特性的方法 保持冲击电压波形不变，逐级升高电压使气隙发生击穿，记录击穿电压波形，读取击穿电压值U与击穿时间t。 当电压不很高时击穿一般在波长发生；当电压很高时，击穿百分比将达100，放电时延大大缩短，击穿可能发生在波前发生 当击穿发生在波前时，U与t均取击穿时的值；当击穿发生在波长时， U取波峰值，t取击穿值 50伏秒特性的绘制 极不均匀：平均击穿场强低，放电时延长，曲线上翘； 稍不均匀：平均击穿场强高，放电时延短，曲线平坦。 因此在避雷

10、器等保护装置中，保护间隙采用均匀电场，确保在各种电压下保护装置伏秒特性低于被保护设备。提高气体介质电气强度的方法一、 改善电场分布1. 改善电极形状一改善电场分布。电场分布越均匀，平均击穿场强越高，如不可避免出现极不均匀电场，则尽可能采用对称电场2. 利用空间电荷改善电场分布。极不均匀电场中间隙被击穿前先发生电晕现象，所以在一定条件下，可以利用放电产生的空间电荷来改善电场分布，提高击穿电压。3. 极不均匀电场采用屏障改善电场分布。在极不均匀电场中，放入薄片固体绝缘材料，在一定条件下可以显著提高间隙的击穿电压二、 削弱或抑制电离过程1. 高气压的采用。2. 高真空的采用。a) 在各种设备的绝缘结

11、构中大都还要采用固体或者液体介质，他们在真空中都会逐渐释放出气体，是高真空无法长期保持。所以实际中采用高真空作为绝缘介质的情况很少。3. 采用强电负性气体。a) 高电气强度气体（SF6）的采用 其电子附着效应大大减弱碰撞电离过程； 分子量、直径大，自由行程小； 碰撞引起分子极化反应，能量损失。 SF6电气设备尺寸大大缩小，且不受气候影响，但造价高而且它是对臭氧层有破坏作用的温室气体。b) 高电气强度气体（SF6）的理化特性 液化问题一般不存在。 纯净的SF6无毒，但它的分解物有毒，对材料有腐蚀作用。 关于含水量：水分是最有害的物质。在设备安装、运行时要检测和控制含水量是否符合国家标准。 用SF

12、6-N2混合气体代替SF6气体。可取得很大经济效益。沿面放电及防污措施沿面放电是指沿气体介质与固体介质的界面上发展的放电现象，它是一种特殊的气体放电。沿面放电的三种现象：1. 均匀和稍不均匀电场中的沿面放电。2. 极不均匀电场具有弱垂直分量时的沿面放电、3. 极不均匀电场具有强垂直分量时的沿面放电。液体、固体介质的电气特性电介质:在电场中能产生极化的物质，指通常条件下导电性能极差、在电力系统用作绝缘的材料。极化：在外加电场的作用下，电介质中的正、负电荷沿电场方向作有限位移或转向，形成电矩（偶极矩）极化种类产生场合所需时间能量损耗产生原因电子式极化任何电介质10-15 s无束缚电子运行轨道偏移离

13、子式极化离子式结构电介质10-13 s几乎没有离子的相对偏移偶极子极化极性电介质10-1010-2 s有偶极子的定向排列夹层极化多层介质的交界面10-1 s数小时有自由电荷的移动电介质的电导定义：在电场的作用下，由带电质点沿电场方向移动而形成电导电流;它可以分为离子电导和电子电导。要点： 带电质点主要是离子，也称离子式电导 指标：用电导率(s/)表示 电介质的损耗介质损耗的含义：任何电介质在电场作用下都有能量损耗，包括由电导引起的损耗和由某些极化过程引起的损耗。电介质的能量损耗简称介质损耗。用tg作为综合反映介质损耗特性优劣的指标 理由：介质损耗P值和试验电压U、试品等值电容量、电源频率等许多

14、因素有关，而tg 是一个仅取决于材料本身的损耗特征而与上述种种因素无关的物理量。tg 的增大，意味着介质绝缘性能变差，实践中常通过测量tg来判断设备绝缘的好坏。在电场的作用下，电介质中出现的电气现象：1.在弱电场下，主要有极化、电导、介质损耗等2.在强电场下，主要有放电、闪络、击穿等液体电介质的击穿理论1.电击穿：认为在电场作用下，阴极上由于强场发射或热发射出来的电子产生碰撞电离形成电子崩，最后导致液体击穿2.气泡击穿：认为液体分子由电子碰撞而产生气泡，或在电场作用下因其它原因产生气泡，由气泡内的气体放 电，产生电和热而引起液体击穿。3.纤维桥接击穿：（小桥理论）工程用变压器油中含有水分和纤维等杂质，由于它们的 ER很大，容易沿电场方向极化定向，排列成杂质小桥。工程判断变压器油质量方法：判断油的质量，依靠测量其电气强度、tg和含水量等。其中最重要的试验项目是用标准油杯测量油的工频击穿电压。我国采用的标准油杯极间距离为2.5mm，电极是直径等于25mm的圆盘型铜电极，电极的边缘加工成半径为2.5mm的半圆以减弱边缘效应。影响液体介质击穿电压的因素1.电压形式和电极形状的影响击穿电压跟电压的作用时间和电压上升率有关，电压作用时间越长，b越小；电压上升越快b越大2. 含水量、含气量含水量越