高電壓技術(shù)教案1

1、課 題 2014年 3 月 15日 第 1 節(jié)緒論 簡(jiǎn)介什么是高電壓技術(shù)第一章 氣體電解質(zhì)的電氣強(qiáng)度 1.1 氣體中帶點(diǎn)質(zhì)的產(chǎn)生與消失教學(xué)目的：1.讓學(xué)生知道開(kāi)設(shè)高電壓技術(shù)這門課程的目的，以及本門課程的主要內(nèi)容及學(xué)習(xí)方法；2.氣體中帶電粒子的產(chǎn)生及其遷移率和擴(kuò)散，正離子和負(fù)離子的產(chǎn)生和消失。重點(diǎn)及難點(diǎn)：重點(diǎn)：1.高電壓技術(shù)這門課程與實(shí)際生活的聯(lián)系；2.主要從哪幾個(gè)方面對(duì)本門課程進(jìn)行研究；3.電介質(zhì)概念的引入及其分類；4.氣體中帶點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生與消失。難點(diǎn)：氣體中帶點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生與消失的方式。教學(xué)內(nèi)容及步驟（時(shí)間分配）： 組織教學(xué)：師生問(wèn)候、填寫日志、點(diǎn)名。（5分鐘）緒 論一、導(dǎo)入新課：從生活實(shí)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(shuō)明高電壓輸電的優(yōu)勢(shì)，從而給出高壓電技術(shù)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(jìn)而引出高電壓輸電的優(yōu)勢(shì)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：功率損耗公式： 2.高電壓技術(shù)概念 高電壓技術(shù)主要研究高電壓、強(qiáng)電場(chǎng)下各種電氣物理問(wèn)題。研究高電壓技術(shù)，目的是為了解決電力系統(tǒng)中過(guò)電壓與絕緣這一對(duì)矛盾性的問(wèn)題。 3.高電壓技術(shù)等級(jí)的發(fā)展與提高l 美國(guó)最早于1882年珍珠街發(fā)電廠開(kāi)始發(fā)電，僅用于照明。l 從十九世紀(jì)末到二十世紀(jì)五十年代，電壓

3、直線上升。l 從二十世紀(jì)六十年代以后，電壓上升幅度加大。l 采用750KV電壓等級(jí)的有美、蘇、日、德、英、法、加、意、中等國(guó)家。l 二十世紀(jì)七十年代就有1500-2000KV線路和變電所的初步設(shè)計(jì)，APE（美國(guó)電力公司）和ASEA（瑞典通用電力公司）聯(lián)合對(duì)2000KV進(jìn)行了試驗(yàn)，技術(shù)上沒(méi)有問(wèn)題。電力系統(tǒng)的大容量和遠(yuǎn)距離傳輸、促使電壓等級(jí)不斷提高。100年來(lái)世界上的輸電電壓提高了100倍，在高電壓輸電行業(yè)中，習(xí)慣上稱：l 低壓：35KV以下l 高壓：35KV-100KVl 超高壓：100KV-1000KVl 特高壓：1000KV以上² 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

4、分的依據(jù)是電能污染。² 我國(guó)特高壓的發(fā)展：我國(guó)自主研發(fā)、設(shè)計(jì)和建設(shè)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的1000千伏交流輸變電工程山西晉東南河南南陽(yáng)湖北荊門特高壓交流試驗(yàn)示范工程，全長(zhǎng)640公里，縱跨晉豫鄂三省，其中還包含黃河和漢江兩個(gè)大跨越段。線路起自山西1000kV晉東南變電站，經(jīng)河南1000kV南陽(yáng)開(kāi)關(guān)站，止于湖北1000kV荊門變電站。2008年12月30日22時(shí)，該工程投入試運(yùn)行，2009年1月6日22時(shí)，順利通過(guò)168小時(shí)試運(yùn)行。 目前世界上其他國(guó)家沒(méi)有1000KV的輸電工程在運(yùn)行，我國(guó)的特高壓輸電是世界上電壓等級(jí)最高的、技術(shù)最先進(jìn)的。 4 高電壓技術(shù)的研究對(duì)象電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致

5、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(guò)電壓等。為了保護(hù)電力系統(tǒng)中的電力設(shè)備，必須研究：l 電介質(zhì)的電氣物理特性，特別是擊穿過(guò)程及其基本規(guī)律；l 過(guò)電壓產(chǎn)生的原因、種類及限制措施；l 絕緣測(cè)試技術(shù)及方法。5.高電壓技術(shù)課程的特點(diǎn)和要求 高電壓技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，有些內(nèi)容是用微觀的概念解釋宏觀現(xiàn)象，所以比較抽象。某些理論仍處于發(fā)展中，一些規(guī)律性的東西常需要用試驗(yàn)數(shù)據(jù)或經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)表示，學(xué)習(xí)中要注意這些特點(diǎn)。通過(guò)學(xué)習(xí)本課程，使學(xué)生獲得各種電介質(zhì)的絕緣特性和提高電強(qiáng)度方法的知識(shí)；了解高電壓實(shí)驗(yàn)設(shè)備原理，掌握電氣設(shè)備絕緣的測(cè)試原理和分析方法，并獲得初步的試驗(yàn)技

6、能；掌握電力系統(tǒng)過(guò)電壓的產(chǎn)生機(jī)理、發(fā)展過(guò)程以及對(duì)過(guò)電壓的防護(hù)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(shù).中國(guó)電力出版社參考教材：常美美主編.高電壓技術(shù).中國(guó)電力出版社趙智大主編.高電壓技術(shù).中國(guó)電力出版社周澤存等編. 高電壓技術(shù).中國(guó)電力出版社丘毓昌等編。高電壓工程.西安交通大學(xué)出版社梁曦東等編.高電壓技術(shù).清華大學(xué)出版社第一章 氣體電解質(zhì)的電氣強(qiáng)度（20分鐘）一、電介質(zhì)在電氣設(shè)備中作為絕緣材料使用，按其物質(zhì)形態(tài)可分為三類：固體介質(zhì)、液體介質(zhì)、氣體介質(zhì)二、電氣設(shè)備中的內(nèi)、外絕緣1.外絕緣：一般由氣體介質(zhì)（空氣）和固體介質(zhì)（絕緣子）聯(lián)合構(gòu)成。

7、2.內(nèi)絕緣：一般由固體介質(zhì)和液體介質(zhì)聯(lián)合構(gòu)成。三、研究氣體放電的目的1.了解氣體在高電壓（強(qiáng)電場(chǎng)）作用下逐步由電介質(zhì)演變成導(dǎo)體的物理過(guò)程。2.掌握氣體介質(zhì)的電氣強(qiáng)度及其提高方法。四、電氣設(shè)備中常用的氣體介質(zhì)空氣、壓縮的高電氣強(qiáng)度氣體（SF6）五、基本概念1.氣體擊穿：空氣在正常情況下電導(dǎo)率很小，為良絕緣體。但是氣體間隙上的電壓過(guò)高時(shí)，氣體會(huì)由絕緣狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱紝?dǎo)體，這種現(xiàn)象稱為氣體擊穿。2.擊穿電壓：氣體間隙擊穿時(shí)的最低臨界電壓。3.擊穿場(chǎng)強(qiáng)：使電介質(zhì)失去其絕緣性能所需要的最低、臨界、外加電場(chǎng)強(qiáng)度。均勻電場(chǎng)中擊穿電壓與間隙距離之比。4.平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)：不均勻電場(chǎng)中擊穿電壓與間隙距離之比。擊穿場(chǎng)強(qiáng)是

8、表征氣體間隙絕緣性能的重要參數(shù)。5.絕緣強(qiáng)度：在均勻電場(chǎng)中，使電介質(zhì)不失去其絕緣性能所需要的最高、臨界、外加電場(chǎng)強(qiáng)度。6.絕緣水平：電氣設(shè)備出廠時(shí)保證承受的試驗(yàn)電壓。 第一節(jié) 氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生和消失原子： 氣體導(dǎo)電的條件：氣體中出現(xiàn)帶電質(zhì)點(diǎn)（電子、負(fù)離子或正離子）以后才可能導(dǎo)電，這些質(zhì)點(diǎn)在電場(chǎng)力作用下可以發(fā)展成各種形式的放電現(xiàn)象。一、帶點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生1.氣體質(zhì)點(diǎn)本身發(fā)生游離；2.位于氣體中的金屬發(fā)生表面游離。Ø 游離：在電場(chǎng)的作用下中性質(zhì)點(diǎn)中電子擺脫原子核的束縛成為自由電子的過(guò)程。Ø 金屬表面游離：金屬中的電子擺脫金屬表面的位勢(shì)能壘的束縛稱為自由電子的過(guò)程。其條件是電子的

9、能量不小于金屬的逸出功。（一）碰撞游離： 1.定義：一個(gè)質(zhì)點(diǎn)（可以是帶電質(zhì)點(diǎn)，也可以是中性質(zhì)點(diǎn)）撞擊另一個(gè)中性質(zhì)點(diǎn)且使其分解為兩個(gè)帶點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)的現(xiàn)象稱為碰撞游離。2.條件：撞擊質(zhì)點(diǎn)的總能量一定要大于被撞質(zhì)點(diǎn)在正常狀態(tài)下的游離能。 3.撞擊質(zhì)點(diǎn)的能量種類：（1）動(dòng)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(yùn)動(dòng)，當(dāng)它照射到中性原子（或分子）上時(shí)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(shí)，高速運(yùn)動(dòng)的氣體分子相互碰撞而產(chǎn)生的游離。2.條件：500010000K的高溫下

10、。3.熱游離的三種形式：（1）高溫時(shí)，高速運(yùn)動(dòng)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(dòng)能而放出光子，溫度升高，光子的頻率及能量增加，因而在高溫時(shí)，光子與氣體分子相遇時(shí)可能產(chǎn)生游離。（3）上訴兩種游離產(chǎn)生的電子與中性質(zhì)點(diǎn)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(yùn)動(dòng)速度增加，其能量超過(guò)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(zhì)點(diǎn)（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(dāng)光子能量大

11、于逸出功時(shí)，金屬表面釋放出電子。（4）強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)射。當(dāng)電極附近的電場(chǎng)特別強(qiáng)時(shí)，金屬表面的電子被強(qiáng)行拉出。二、帶電質(zhì)點(diǎn)的消失Ø 負(fù)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(dāng)電子與之相撞時(shí)，通常不能產(chǎn)生碰撞游離，反而撞擊電子被吸附而形成負(fù)離子。這樣的氣體通常稱為負(fù)電性氣體。附：當(dāng)電子與氣體分子碰撞時(shí)?？赡芤鹋鲎搽婋x而產(chǎn)生出正離子和新電子，也可能會(huì)發(fā)生電子與中性分子相結(jié)合形成負(fù)離子的情況。負(fù)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(duì)氣體放電的發(fā)展起抑制作用，使氣體迅速恢復(fù)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