高電壓技術第一章教案(1)

1、 課題2014年3月15日第1節(jié) 緒論簡介什么是高電壓技術 第一章氣體電解質的電氣強度1.1氣體中帶點質的產(chǎn)生與消失 教案目的： 1.讓學生知道開設高電壓技術這門課程的目的，以及本門課程的主要內容及學習方 法； 2氣體中帶電粒子的產(chǎn)生及其遷移率和擴散，正離子和負離子的產(chǎn)生和消失。 重點及難點： 重點：1高電壓技術這門課程與實際生活的聯(lián)系； 2主要從哪幾個方面對本門課程進行研究； 3.電介質概念的引入及其分類； 4氣體中帶點質點的產(chǎn)生與消失。 難點：氣體中帶點質點產(chǎn)生與消失的方式。 教案內容及步驟（時間分配）： 組織教案：師生問候、填寫日志、點名。（5分鐘） 緒論 一、導入新課：從生活實際入手，

2、以南方電網(wǎng)近幾年出現(xiàn)的事故為例，借助線 路輸送容量、電壓損耗和功率損耗公式說明高電壓輸電的優(yōu)勢，從而給出高壓 電技術的概念。（5） 二、講授新課（15） 1. 分析輸送容量、電壓損耗和功率損耗公式，進而引出高電壓輸電的優(yōu)勢 輸送容量公式：，, Z線路波阻抗。 架空線路波阻抗：數(shù)百歐姆； 電纜線路波阻抗：幾十歐姆。 電壓損耗公式：j十八 功率損耗公式：乂牛嚴一牛嚴 2. 高電壓技術概念 高電壓技術主要研究高電壓、強電場下各種電氣物理問題。研究高電壓技 術，目的是為了解決電力系統(tǒng)中過電壓與絕緣這一對矛盾性的問題。 3. 高電壓技術等級的發(fā)展與提高 誼n ,- I icon kl *J蜃 |IU m

3、o rp * 1 * * it / 0 r 砂 盟J 5 4UU 9hi- 二. *9 - i 15_- 1 - * *. lltld twi1僭誰1恫1 m 美國最早于1882年珍珠街發(fā) 電廠開始發(fā)電，僅用于照明。 從十九世紀末到二十世紀五 十年代，電壓直線上升。 從二十世紀六十年代以后， 電壓上升幅度加大。 采用750KV電壓等級的有美、 蘇、日、德、英、法、加、意、 中等國家。 二十世紀七十年代就有 1500-2000KV 線路和變電所的初步設計，APE（美國電力公司）和 ASEA（瑞典通用電力公司）聯(lián)合 對2000KV進行了實驗，技術上沒有問題。 電力系統(tǒng)的大容量和遠距離傳輸、促使電壓

4、等級不斷提高。100年來世界 上的輸電電壓提高了 100倍，在高電壓輸電行業(yè)中，習慣上稱： 低壓：35KV以下 高壓：35KV-100KV 超高壓：100KV-1000KV 特高壓：1000KV以上 普通高壓和超高壓劃分的依據(jù)是電暈，超高壓和特高壓劃分的依據(jù)是電能 污染。 我國特高壓的發(fā)展：我國自主研發(fā)、設計和建設的具有 自主知識產(chǎn)權的 1000千伏交流輸變電工程一一山西 晉東南一河南南陽一湖北荊門特高壓交 流實驗示范工程，全長640公里，縱跨晉豫鄂三省，其中還包含 黃河和漢 江兩個大跨越段。線路起自 山西1000kV晉東南變電站，經(jīng) 河南1000kV南 陽開關站，止于 湖北1000kV荊門變

5、電站。2008年12月30日22時，該工 程投入試運行，2009年1月6日22時，順利通過168小時試運行。 目前世界上其他國家沒有1000K V的輸電工程在運行，我國的特高壓輸電是 4. 高電壓技術的研究對象 電力系統(tǒng)運行過程中經(jīng)常會導致比工作電壓高得多的電壓產(chǎn)生，如：自然界 的雷擊、電力系統(tǒng)本身操作所產(chǎn)生的操作過電壓等。為了保護電力系統(tǒng)中的 電力設備，必須研究： 電介質的電氣物理特性，特別是擊穿過程及其基本規(guī)律； 過電壓產(chǎn)生的原因、種類及限制措施； 絕緣測試技術及方法。 5. 高電壓技術課程的特點和要求 高電壓技術是一門實踐性很強的學科，有些內容是用微觀的概念解釋宏觀現(xiàn) 象，所以比較抽象。

6、某些理論仍處于發(fā)展中，一些規(guī)律性的東西常需要用實驗 數(shù)據(jù)或經(jīng)驗公式來表示，學習中要注意這些特點。 通過學習本課程，使學生獲得各種電介質的絕緣特性和提高電強度方法的 知識；了解高電壓實驗設備原理，掌握電氣設備絕緣的測試原理和分析方法， 并獲得初步的實驗技能；掌握電力系統(tǒng)過電壓的產(chǎn)生機理、發(fā)展過程以及對過 電壓的防護措施；理解電力系統(tǒng)中絕緣配合的原則。 6. 教材及參考資料 本課程使用教材： 趙玉林主編 . 高電壓技術 . 中國電力出版社 參考教材： 常美美主編 .高電壓技術 . 中國電力出版社 趙智大主編 .高電壓技術 . 中國電力出版社 周澤存等編 . 高電壓技術 . 中國電力出版社 丘毓昌等

7、編。高電壓工程 . 西安交通大學出版社 梁曦東等編 .高電壓技術 . 清華大學出版社 第一章 氣體電解質的電氣強度（ 20 分鐘） 一、電介質在電氣設備中作為絕緣材料使用，按其物質形態(tài)可分為三類： 固體介質、液體介質、氣體介質 二、電氣設備中的內、外絕緣 1. 外絕緣：一般由氣體介質（空氣）和固體介質（絕緣子）聯(lián)合構成。 2. 內絕緣：一般由固體介質和液體介質聯(lián)合構成。 三、研究氣體放電的目的 1. 了解氣體在高電壓（強電場）作用下逐步由電介質演變成導體的物理過 程。 2. 掌握氣體介質的電氣強度及其提高方法。 四、電氣設備中常用的氣體介質 空氣、壓縮的高電氣強度氣體 （SF6） 五、基本概念

8、 1. 氣體擊穿：空氣在正常情況下電導率很小，為良絕緣體。但是氣體間隙上的 電壓過高時，氣體會由絕緣狀態(tài)轉變?yōu)榱紝w，這種現(xiàn)象稱為氣體擊穿。 2. 擊穿電壓：氣體間隙擊穿時的最低臨界電壓。 3. 擊穿場強：使電介質失去其絕緣性能所需要的最低、臨界、外加電場強度。 均勻電場中擊穿電壓與間隙距離之比。 4. 平均擊穿場強：不均勻電場中擊穿電壓與間隙距離之比。 擊穿場強是表征氣體間隙絕緣性能的重要參數(shù)。 5. 絕緣強度：在均勻電場中，使電介質不失去其絕緣性能所需要的最高、臨 界、外加電場強度。 6. 絕緣水平：電氣設備出廠時保證承受的實驗電壓。 第一節(jié) 氣體中帶電質點的產(chǎn)生和消失 原子： 氣體導電的

9、條件： 氣體中出現(xiàn)帶電質點（電子、負離子或正離子）以后才可能 導電，這些質點在電場力作用下可以發(fā)展成各種形式的放電現(xiàn)象。 一、帶點質點的產(chǎn)生 1. 氣體質點本身發(fā)生游離； 2. 位于氣體中的金屬發(fā)生表面游離。 游離：在電場的作用下中性質點中電子擺脫原子核的束縛成為自由電子的 過程。 金屬表面游離：金屬中的電子擺脫金屬表面的位勢能壘的束縛稱為自由電 子的過程。其條件是電子的能量不小于金屬的逸出功。 （一）碰撞游離： 1. 定義：一個質點（可以是帶電質點，也可以是中性質點）撞擊另一個中性質 點且使其分解為兩個帶點質點的現(xiàn)象稱為碰撞游離。 2. 條件：撞擊質點的總能量一定要大于被撞質點在正常狀態(tài)下的

10、游離能。 3. 撞擊質點的能量種類： （1）動能 （2）位能 （二）光游離 1. 定義：短波射線的光子具有很大的能量，它以光速運動，當它照射到中性原 子（或分子）上時所產(chǎn)生的游離稱為光游離。 2. 條件：光子的能量不小于游離能。 3. 光子能量公式： W=hv h 普朗克常量，等于 v 光的頻率， Hz。 （三）熱游離 1. 定義：高溫時，高速運動的氣體分子相互碰撞而產(chǎn)生的游離。 2. 條件：5000- 10000K的高溫下。 3. 熱游離的三種形式： （1）高溫時，高速運動的氣體分子相互碰撞而產(chǎn)生的游離。 （2）氣體分子與容器壁相碰撞失去動能而放出光子，溫度升高，光子的頻率及 能量增加，因而

11、在高溫時，光子與氣體分子相遇時可能產(chǎn)生游離。 （3）上訴兩種游離產(chǎn)生的電子與中性質點碰撞而產(chǎn)生的游離。 （四）表面游離 1. 定義：金屬表面的電子接受外界能量后，逸出表面成為自由電子的現(xiàn)象成為 表面游離。 2. 表面游離的四種形式： （ 1 ）熱電子發(fā)射。將金屬表面加熱，電子熱運動速度增加，其能量超過逸出 功，電子逸出金屬表面。 （2）二次發(fā)射。具有足夠能量的質點（例如正離子）撞擊陰極表面，使其釋放 出電子。 （ 3）光電子發(fā)射。用短波光照射金屬表面，當光子能量大于逸出功時，金屬表 面釋放出電子。 （4）強電場發(fā)射。當電極附近的電場特別強時，金屬表面的電子被強行拉出。 二、帶電質點的消失 負電性氣體 ：某些氣體、如氧、氟、氯、六氟化硫等，他們的游離能特別 大。當電子與之相撞時，通常不能產(chǎn)生碰撞游離，反而撞擊電子被吸附而 形成負離子。這樣的氣體通常稱為負電性氣體。 附： 當電子與氣體分子碰撞時。可能引起碰撞電離而產(chǎn)生出正離子和新電子， 也可能會發(fā)生電子與中性分子相結合形成負離子的情況。 負離子的形成并未使氣體中帶電粒子的數(shù)目改變，但卻能使自由電子數(shù)減 少，因而對氣體放電的發(fā)展起抑制作用，使氣體迅速恢復中性的絕緣狀態(tài)。 帶電粒子的消失可能有以下幾種情況： 與兩電極的電量中和帶電