高电压复习资料.docx

高电压在其他领域中的应用：脉冲功率技术: 研究高电压、强电流、大功率脉冲的产生、传输和应用的技术 电磁兼容:静电技术:静电除尘、静电喷涂、静电植绒等都是静电应用的例子 气体放电应用:污水处理和烟气的脱硫脱硝臭氧产生灭菌液电效应用于油井解堵及岩石粉碎 脉冲电场的应用: 用于牛奶和饮料的灭菌第二章：气体放电基本物理过程 （一）气体分子的电离可由下列因素引起：（1） 高温下气体中的热能（热电离）因气体热状态引起的电离过程称为热电离（2） 各种光辐射（光电离）光辐射引起的气体分子的电离过程称为光电离只有波长更短的X射线、Y射线才能使气体发生光电离（3） 电子或正离子与气体分子的碰撞电离气体放电中，碰撞电离主要是电子和气体分子碰撞而弓丨起的、碰撞电离主要以电子为主（4） 分级电离原子或分子在激励态再获得能量而发生电离称为分级电离，此时所需能量为Wi-We 通常分级电离的概率很小，因为激励态是不稳定 只有亚稳激励态才会引起分级电离（二） 金属（阴极）的表面电离（1）正离子碰撞阴极正离子碰撞阴极时使电子逸出金属（传递的能量要大于逸出功）只有当正离子的位能不小于金 属逸出功的两倍时，逸出的电子有一个和正离子结合成为原子，其余的成为自由电子。

因此正离子 必须碰撞出两个及以上电子时才能出现自由电子（2） 光电子发射金属表面受到光的照射，当光子的能量大于逸出功时，金属表面放射出电子（紫外光照射电极）（3） 强场发射（冷发射）阴极附近所加外电场足够强时，使阴极发射出电子（＞106V/cm ）（4） 热电子发射寸当阴极被加热到很高温度时，其中的电子获得巨大动能，逸出金属（三） 负离子的形成 有时电子和气体分子碰撞非但没有电离出新电子，反而是碰撞电子附着分子，形成了负离子 有些气体形成负离子时可释放出能量这类气体容易形成负离子，称为电负性气体（如氧、氟、 SF6 等）负离子的形成并未使气体中带电粒子的数目改变，但却能使自由电子数减少，因而对气体放电的发 展起抑制作用电负性气体具有很高的电气强度在曲线的OA段，I随U的提高而增大，这是由于电极空间的带 电粒子向电极运动加速而导致复合数的减少所致当电压接近 UA 时，电流趋向于饱和值 ，因为这时外界电离因 子所产生的带电粒子几乎能全部抵达电极，所以电流值仅取决于 电离因子的强弱而与所加电压无关当电压提高到 UB 时，电流又开始随电压的升高而增大，这是由 于气隙中出现碰撞电离和电子崩电压继续升高至U0时，电流急剧上升，说明放电过程又进入了一 个新的阶段。

此时气隙转入良好的导电状态，即气体发生击穿了 由非持放电转入自持放电的电压称为起始电压 U0如电场比较均匀，则间隙将被击穿，此后根据气压、外回路阻抗等条件形成辉光放电、火花放电 或电弧放电，而起始电压U0也就是间隙的击穿电压Ub- 1 -如电场极不均匀，则当放电由非自持转入自持时，在大曲率电极表面电场集中的区域发生电晕放 电，这时起始电压是间隙的电晕起始电压，而击穿电压可能比起始电压高很多电子崩过程：外界电离因子在阴极附近产生了一个初始电子，如果空间电场强度足够大，该电子在向阳极运动时 就会引起碰撞电离，产生一个新的电子，初始电子和新电子继续向阳极运动，又会引起新的碰撞电 离，产生更多电子依此，电子将按照几何级数不断增多，类似雪崩似地发展，这种急剧增大的空间电子流被称为电子L-L4崩在高气压和高真空下，气隙不易发生放电现象，具有较高的电气强度 自持放电的条件：要达到自持放电的条件，必须在气隙内初始电子崩消失前产生新的电子（二次电子）来取代外电离 因素产生的初始电子pd 较小时，汤逊放电自持的条件为pd 较大时，电子碰撞电离及空间光电离是维持自持放电的主要因素 流注形成的条件：电子崩发展到足够的程度后，电子崩中的空间的电荷足以使原电场明显畸变 对均匀电场来说，自持放电条件为ead=常数或ad=常数ad=20初崩头部的电子数要达到108时,二次电子崩的主要来源是空间光电离放电才能转为自持,出现流注由于崩头和崩尾的电场明显增强,因次在崩头和崩尾产生二次电子崩的可能性更大 电晕放电的危害 :电晕放电引起的光、声、热等效应使空气发生化学反应,都会消耗一定的能量,电晕损耗电晕放电还会产生可闻噪声,并有可能超出环境保护所容许的标准。

电晕放电中,由于电子崩和流注不断消失和重新出现所造成的放电脉冲会产生高频电磁波,从而对 无线电和电视广播产生干扰降低电晕的方法： 在选择导线的结构和尺寸时,应使好天气时电晕损耗接近于零,对无线电和电视的干扰应限制到容 许水平以下对于超高压和特高压线路的分裂线来说,找到最佳的分裂距,使导线表面最大电场强度值最小对330kV及以上的线路应采用分裂导线，例如对330, 500和750kV的线路可分别采用二分裂、四 分裂和六分裂导线降低电晕的利用： 在输电线上传播的雷电电压波因电晕放电而衰减其幅值和降低其波前陡度操作过电压的幅值也会受到电晕的抑制 电晕放电还在除尘器、静电喷涂装置、臭氧发生器等工业设施中得到广泛应用 极性效应： 在不均匀电场中，放电总是从曲率半径较小的电极表面，即间隙中场强最大的地方开始 当棒具有正极性时1. 因棒电极为正极性，所以电子崩中电子迅速进入棒电极2. 在棒极附近，积聚起正空间电荷，减少了紧贴棒极附近的电场，而略微加强了外部空间的电场 棒极附近难以造成流注，使得自持放电、即电晕放电难以形成 当棒具有负极性时1. 电子崩中的电子迅速扩散并向板电极运动，因而在间隙中浓度很小，而正离子则缓慢地向棒电极移动，在棒电极附近的空间正电荷的浓度很大。

2. 正空间电荷加强了棒电极附近的场强而削弱了空间电荷的外部空间的电场因此这种情况下空 间电荷使棒极附近容易形成流注，也就是使自持放电的条件易于满足.自持放电阶段：当棒具有正极性时1. 随着放电区的扩大，强电场区将逐渐向板电极方向推进这说明一旦满足自持放电条件后，随 着外施电压的增大，电晕层很容易扩展而导致间隙的最终击穿当棒具有负极性时1. 空间电荷使放电区的外部空间的电场削弱，这样电晕层不容易扩展而导致整个间隙的击穿U+ （击穿）＜ U-（击穿）；U+ （电晕）＞ U-（电晕） 在进行外绝缘的冲击电压实验时，也往往施加正极性冲击电压，因为此时电气强度较低 输电线路和电气设备外绝缘的空气间隙大都属于极不均匀电场的情况，所以在工频高电压的作用 下，击穿发生在外加电压为正极性的那半周内极性效应是由电场不均匀度引起的，与气体的性质无关 第三章：气体间隙的击穿强度气体电气强度取决于：1、 所加电压的类型：操作过电压 雷电过电压 工频交流电压 直流电压2、 电场形式：均匀或稍不均匀电场中，气体击穿场强为 30kV/cm 极不均匀电场，先出现电晕 50%放电电压，即多次施加电压时有半数会导致击穿的电压值Ub50 Ubo=Ub50-3Z 操作过电压：电力系统在操作或发生事故时，因状态发生突然变化引起电感和电容回路的振荡产生 过电压，称为操作过电压 操作过电压下的击穿只对长间隙才有意义。

常采用与雷电冲击波相似的非周期性指数衰减波来模拟频率为数千M赫兹的操作过电压 长空气间隙的操作冲击击穿通常发生在波前部分，因而其击穿电压与波前时间有关，而与波尾时间 无关操作冲击电压的推荐波形：工程实践中常采用振荡操作波代替非周期性的指数衰减的标准波形 大气密度和湿度对击穿的影响：气隙的击穿电压随大气密度或湿度的增加而升高1、 大气密度升高而击穿电压升高：随着空气密度的增大，气体中自由电子的平均自由程缩短了， 不易造成撞击电离2、 湿度的增加而击穿电压升高：水蒸汽是电负性气体，易俘获自由电子形成负离子，使自由电子 的数量减少，阻碍了电离的发展极不均匀电场）均匀电场或稍不均匀电场可忽略湿度影响 实验条件下的气隙击穿电压与标准大气条件下的击穿电压之间关系：U=K U =K KUt 0 1 2 0式中指数 m 与电极形状、气隙长度、K =5 m'P 1f273 +t I(5 =01:p丿0♦ 273 + t j电压类型及其极性有关K = kw2K取决于试验电压的类型并为绝对湿度h与相对空气密度的比率h5的函数海拔的影响：随着海拔高度的增大，空气变得逐渐稀薄，大气压力和相对密度减小，使空气密度减 小，因而空气的电气强度也将降低。

U=K U =1/（1.1-H*10-4）UA S SSF6：SF6的电气强度约为空气的2.5倍，灭弧能力更高达空气的100倍以上SF6 气体绝缘与变压器油相比则有防火、防爆的优点SF6 具有较高的电气强度，主要是因为其具有很强的电负性，容易俘获自由电子而形成负离子（电子 附着过程），电子变成负离子后,其引起碰撞电离的能力就变得很弱，因而削弱了放电发展过程 3 -SF6在极不均匀电场中击穿电压下降的程度比空气要大得多SF6优异的绝缘性能只有在电场比较 均匀的场合才能得到充分的发挥提高气体介质电气强度（气隙击穿电压）的方法： 一是：改善电场分布使之尽量均匀A 改善电极形状 增大电极曲率半径 改善电极边缘，使电极具有最佳外形B利用空间电荷畸变电场的作用 利用电晕放电产生的空间电荷来改善极不均匀场间隙中的电场分布 此种方法只在持续电压作用下有效，在雷电冲击电压下并不适用C 极不均匀电场中屏蔽的采用 在电场极不均匀的空气间隙中，放入薄片固体绝缘材料 屏蔽靠近尖电极或板电极时，屏蔽效应消失二是：设法削弱电离过程提高气压 可以减小电子的平均自由行程，从而消弱气体的电离过程 强电负性气体应用 电子附着过程也会大大削弱碰撞的电离过程 采用高真空 使电子的平均自由行程远大于间隙长度，从而使极间碰撞电离几乎不可能发生。

第四章：气体沿固体绝缘表面的放电闪络：沿着固体绝缘表面发生放电时称为闪络 影响沿面闪络电压的因素是否紧密接触: 固体介质与电极表面接触不良，存在小气隙小气隙中的电场强度很大，首先发生 放电，所产生的带电粒子沿固体介质表面移动，畸变了原有电场大气的湿度影响: 大气中的潮气吸附在固体介质表面形成水膜，其中的离子受电场的驱动而沿着介 质表面移动，降低了闪落电压与固体介质吸附水分的性能也有关极不均匀电场中的沿面放电 具有强垂直分量时的沿面放电 电晕放电 辉光放电 滑闪放电 闪络 滑闪放电通道中的电流密度比较大，压降较小，其伏安特性具有下降特性，因此可以认为滑闪放电 是以介质表面放电通道中发生了热电离为特征的要提高套管的电晕起始电压和滑闪电压可以采取：1、 减小比电容 C02、 减小绝缘表面电阻 即减小介质表面电阻率例如在套管靠近接地法兰处涂半导体 ，在电机绝 缘出口槽部分涂半导体漆等滑闪放电现象只出现在工频交流电压和冲击电压下，直流电压下没有明显的滑闪放电现象，而且直 流电压下介质厚度对闪络电压的影响也很小具有弱垂直分量时的沿面放电 电极形状和布置已使电场很不均匀，因而介质表面积聚电荷使电压重新分布所造成的电场畸变，不 会显著降低沿面放电电压 另一方面，由于界面上电场垂直分量很弱，沿表面也没有较大的电容电流流过, 因此不会出现热电 离和滑闪放电, 因而垂直于放电发展方向的介质厚度对放电电压实际上没有影响 因此这种情况下，为提高沿面放电电压，主要从改进电极形状以改善电极附近的电场着手 例如采用内屏蔽电极或外部屏蔽电极如屏蔽罩或均压环等均压环：采用均压环不但减弱了电极边缘的场强，而且还由于流经均压环与介质表面间的分布电容电流，部 分地补偿了介质的对地电容电流，改善了电压。