高電壓技術第一章ppt課件(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 NOLOGY 當棒具有 負極性 時，陰極表面形成的電子立即進入強電場區，造成電子崩，如圖 19（ a）所示。當電子崩中的電子離開強電場區后，電子就不再能引起電離，面以越來越慢的速度向陽極運動。一部分電子直接消失于陽極，其余的可為氧原子所吸附形成負離子。 NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 圖 1－ 9 負棒－正板間隙中非自持放電階段空間電荷對外電場的畸變作用 －外電場 －空間電荷電場 exE spE 電子崩中的正離子逐漸向棒極運動而消失于棒極，但由于其運動速度較慢，所以在棒極附近總是存在著正空間電荷 。結果在棒極附近出現了比較集中的正空間電荷，而在其后則是非常分散的 負空間電荷 ，如圖19（ b）所示。 NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 圖 1－ 9 負棒－正板間隙中非自持放電階段空間電荷對外電場的畸變作用 －外電場 －空間電荷電場 exE spE 負空間電荷由于濃度小，對外電場的影響不大，而 正空間電荷將使電場畸變 。棒極附近的電場得到增強，因而自持放電條件易于滿足、易于轉入流注而形成電暈放電。 NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 圖 1－ 10 兩種極性下棒－板間隙的電場分布圖 （ a）正棒－負板 （ b）負棒－正板 電場場強 －棒極到板極的距離 E x 圖 110是兩種極性下棒－板間隙的電場分布圖，其中曲線 1為外電場分布，曲線 2為經過空間電荷畸變以后的電場。 NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 通過實驗已證明，棒－板間隙中棒為 正極性 時電暈起始電壓比 負極性時略高 。 而極性效應的另一個表現，就是 間隙擊穿電壓 的不同。隨著電壓升高，在緊貼棒極附近，形成流注，產生電暈；以后在不同極性下空間電荷對放電的進一步發展所起的影響就和對電暈起始的影響相異了。 負極性下的擊穿電壓應較正極性時為高 。 NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY （ 5）長間隙擊穿過程 在間隙距離較長時，存在某種新的、不同性質的放電過程，稱為 先導放電 。長間隙放電電壓的飽和現象可由先導放電現象作出解釋。 長間隙 的放電大致可分為 先導放電 和 主放電 兩個階段，在先導放電階段中包括 電子崩 和 流注 的形成及發展過程。 不太長間隙 的放電沒有先導放電階段、只分為 電子崩 、 流注 和 主放電階段 。 NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 3. 稍不均勻電場中的極性效應 稍不均勻電場意味著電場還比較均勻，高場強區電子電離系數 達足夠數值時，間隙中很大一部分區域中的 也達到相當值，起始電子崩在強場區發展起來，經過一部分間隙距離后形成 流注 。流注一經產生，隨即發展至貫通整個間隙，導致 完全擊穿 。 ?? 在高電壓工程中常用的 球 — 球間隙 、 同軸圓柱間隙 等屬稍不均勻電場。 NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 稍不均勻電場間隙的放電特點和均勻電場相似，氣隙實現自持放電的條件就是氣隙的擊穿條件。在直流電壓作用下的擊穿電壓和工頻交流下的擊穿電壓幅值以及 50％沖擊擊穿電壓都相同，擊穿電壓的分散性也不大，這也和均勻電場放電特點一致。 稍不均勻場也有一定的 極性效應 ，但不很明顯。高場強電極為 正極性 時擊穿電壓 稍高 ；為 負極性 時擊穿電壓 稍低 。這是因為在負極性下電暈易發生，而稍不均勻場中的電暈很不穩定。 NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 從擊穿電壓的特點來看，稍不均勻場的極性效應與極不均勻場的極性效應 結果相反 。在稍不均勻場中，高場強電極為正電極時，間隙擊穿電壓稍高；高場強電極為負電極時，間隙擊穿電壓稍低。而在極不均勻場中卻是高場強電極為正時，間隙擊穿電壓低；高場強電極為負時，間隙擊穿電壓高。 電暈的起始電壓就是間隙擊穿電壓。 NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 小結 ?氣體中電離的方式可分為 熱電離 、 光電離 、 碰撞電離 和 分級電離 。 ?正離子撞擊陰極 ?光電子發射 ?強場發射 ?熱電子發射 ?電子從電極表面逸出所需的能量可通過下述途 徑獲得 NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY ?氣體放電過程中，帶電質點除在電場作用下 定向運動 ，還可能因 擴散 和 復合 使帶電質點在放電空間消失。 ?湯遜理論認為：在低氣壓、 較小的條件下，二次電子的來源是正離子撞擊陰極使陰極表面發生電子逸出。并引入 系數表示每個正離子從陰極表面平均釋放的自由電子數。 d??NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY ?巴申定律 ：出現在湯遜理論之前，總結了擊穿電壓與的關系曲線， 即 f)( pdfU b ??電場 不均勻系數 的定義為間隙中最大場強 與平均場強 的比值： maxEavEavEEf /m a x?均勻電場 ＝ 1；稍不均勻電場 ﹤ 2；極不均勻電場 ＞ 4。 f ffNANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY ?電暈放電 是極不均勻電場所特有的一種自持放電形式。開始出現電暈時的電壓稱為電暈起始電壓，而此時電極表面的場強稱為電暈起始場強。 ?棒－板間隙的 極性效應。 ?棒為 正極性 時，電暈起始電壓比負極性時略高； ?棒為 負極性 時，擊穿電壓較正極性時為高。 返回 （本節完） NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 氣體介質的電氣強度 實際工程應用中， 擊穿電壓 的確定方式如下： ?參照一些 典型電極 的擊穿電壓來選擇絕緣距離； ?根據實際 電極布置 情況，通過實驗來確定。 NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 空氣間隙放電電壓的 影響因素 如下： ?電場情況 ?電壓形式 ?大氣條件 NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY ? 持續作用電壓下的擊穿 ? 雷電沖擊電壓下的擊穿 ? 操作沖擊電壓下空氣的絕緣特性 ? 大氣條件對氣體擊穿的影響 ? 提高氣體擊穿電壓的措施 本節內容 返回 NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 持續作用電壓下的擊穿 實際中 ， 大均勻電場間隙 要求電極尺寸做得很大。因此，對于均勻場間隙，通常只有 間隙長度不大時的擊穿數據，如圖111所示。 均勻電場中的擊穿 圖 111 均勻電場中空氣間隙的擊穿電壓峰值 隨間隙距離 d的變化 bUNANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY ?電極布置對稱， 無擊穿的極性效應 ； ?間隙中各處電場強度相等， 擊穿所需時間極短 ； ?直流擊穿電壓、工頻擊穿電壓峰值以及 50％沖擊擊穿電壓相同； ?擊穿電壓的 分散性很小 。 均勻電場 的擊穿特性： NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 對于圖 111所示的擊穿電壓 (峰值 )實驗曲線，可用以下經驗公式表示： ddU b ?? ?? kV式中 －間隙距離， cm； －空氣相對密度 d? 從圖 111 中可以得出，當 在 1～ 10cm范圍內時，擊穿強度 （用電壓峰值表示）約等于 30kV/cm。 dbE(134) NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 稍不均勻電場中的擊穿 稍不均勻電場的 擊穿特點： ?擊穿前 無電暈 ； ?無明顯的極性效應； ?直流擊穿電壓、工頻擊穿電壓峰值及50％沖擊擊穿電壓幾乎一致。 NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 稍不均勻電場的 擊穿電壓 通常可以根據起始場強經驗公式進行估算 fdEU /m a x ?? 取決于電極布置，可用靜電場計算的方法或電解槽實驗的方法求得。 f 對于稍不均勻場，當 達臨界場強 時， 達到擊穿電壓 ，從而 UmaxE 0EbUfdEU b /0 ??(135) (136) NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 圖 112 幾種典型電極結構示意圖 同心球 球－平板 球－球 同軸圓柱 圓柱－平板 圓柱－圓柱 曲面－平面 曲面－曲面 下面給出幾種典型的電極結構 : 圖 幾種典型電極結構示意圖、同心球 、球－平板 、球－球 、同軸圓柱、圓柱－平板 、圓柱－圓柱 、曲面－平面 、曲面－曲面NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 球－板電極 )/3 3 ( ?? rE ??)1( a x rddUrd drUE ?????rdf/1?? )( rddrEUc ??(140) (139) (138) (137) NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 柱 — 板電極 )/( ?? rE ??)ln (m axrrdrUE??)ln (rrdrdf??)ln (0rrdrEU c??(143) (144) (142) (141) NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 平行圓柱電極 )/( ?? rE ??)22ln (2m axrrdrUE??)22ln (2rrdrdf??)22ln (20rrdrEU c??(145) (146) (147) (148) NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 同軸圓柱電極 )/3 0 ( ?? rE ??)/ln (m ax rRrUE ?)/ln ( rRrrRf ??)ln (0rRrEUc ?(149) (150) (151) (152) NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 同心球電極 )/11(240 ?? rE ??)(m ax rRrRUE??rRf /?RrrREUc)(0??(153) (156) (155) (154) NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 球－球電極 )/3 3 ( ?? rE ??)21( a xrddUE ??)21( rdf ?? )2/1( rddEUc ??(157) (158) (159) (160) NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 另外，對于某些不太好根據經驗公式求的電場結構，也可以用 ＝ 30kV/cm進行大致估算，則 間隙擊穿電壓 為 0EbUfdU b /30?(161) NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 極不均勻電場中的擊穿 極不均勻場的 擊穿特性 ： ?電場不均勻程度 對擊穿電壓的影響減弱； ?極間距離 對擊穿電壓的影響增大； ?在 直流電壓 中，直流擊穿電壓的 極性效應 非常明顯； NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY ?工頻電壓 下，擊穿都發生在正半周峰值附近。 返回 當 間隙距離不大 時，擊穿電壓基本上與間隙距離呈線性上升的關系； 當 間隙距離很大 時，平均擊穿場強明顯降低，即擊穿電壓不再隨間隙距離的增大而線性增加，呈現出飽和現象。 NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 雷電沖擊電壓下的擊穿 大氣中雷電產生的過電壓對高壓電氣設備絕緣會產生