绪论带电质点的产生.pptx
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1、会计学1绪论带电质点的产生绪论带电质点的产生(3)(3)电网的建设有较大发展电网的建设有较大发展 建国后,建国后,1952年建设了年建设了110kV输电线路,逐渐形成京输电线路,逐渐形成京津唐津唐110kV输电网;输电网;1954年建成丰满李石寨年建成丰满李石寨220kV输电线,逐渐形成东输电线,逐渐形成东北电网北电网220kV骨干网架;骨干网架;1972年建成年建成330kV刘家峡关中输电线路,以后逐渐刘家峡关中输电线路,以后逐渐形成西北电网形成西北电网330kV骨干网架;骨干网架;1981年建成年建成500kV姚孟武昌输电线路,姚孟武昌输电线路,1983年又建年又建成葛洲坝武昌和葛洲坝双河
2、两回成葛洲坝武昌和葛洲坝双河两回500kV线路,开始形线路,开始形成华中电网成华中电网500kV骨干网架。骨干网架。1989年建成年建成500kV葛洲坝葛洲坝上海超高压直流输电线路,实现了华中华东两大区的上海超高压直流输电线路,实现了华中华东两大区的直流联网。直流联网。我国上世纪我国上世纪80年代开始了更高电压等级的论证、研究、年代开始了更高电压等级的论证、研究、试验等,并于试验等,并于2005年年9月在西北网建成投产了月在西北网建成投产了750kV输电输电线路(官亭兰州)。线路(官亭兰州)。第1页/共30页2 2、电力发展为何需要越来越高的电压?、电力发展为何需要越来越高的电压?理论上输电线
3、路的输电能力与输电电压的平方成正比,电压理论上输电线路的输电能力与输电电压的平方成正比,电压提高提高1倍,输送功率将提高倍,输送功率将提高4倍;倍;大容量输电的需求:大容量输电的需求:高效率的大型、特大型发电机组的高效率的大型、特大型发电机组的建造投运,以其为基础建设的特大容量规模发电基地,建造投运,以其为基础建设的特大容量规模发电基地,需要更高电压的输电网。需要更高电压的输电网。经济性好:资源中心在西部,能源负荷中心在东部,特高压经济性好:资源中心在西部,能源负荷中心在东部,特高压输电实现更大范围的资源优化配置。输电实现更大范围的资源优化配置。第2页/共30页3 3、高压的分类及世界、我国最
4、高电压等级、高压的分类及世界、我国最高电压等级国际上,高压(国际上,高压(HV)通常指)通常指35220kV的电压;的电压;超高压(超高压(EHV)通常指)通常指330kV及以上、及以上、750kV及及以下电压;以下电压;特高压(特高压(UHV)指)指1000kV及以上的电压。及以上的电压。高压直流(高压直流(HVDC)通常指的是)通常指的是600kV及以下的直流及以下的直流输电电压;输电电压;600kV以上的电压称为特高压直流(以上的电压称为特高压直流(UHVDC)。)。输电电压一般分输电电压一般分高压高压、超高压超高压和和特高压特高压。前苏联前苏联1150kV输电线于输电线于1985198
5、5年建成两段,到年建成两段,到1992年经过了年经过了6年的商业运行考验;年的商业运行考验;日本于上世纪日本于上世纪80年代建设东西和南北两条年代建设东西和南北两条1000V输电主干线,输电主干线,将位于东太平洋沿岸的福岛核电站和柏崎核电站的电力输送将位于东太平洋沿岸的福岛核电站和柏崎核电站的电力输送到东京。这两条线目前降压至到东京。这两条线目前降压至500kV运行。运行。第3页/共30页我国:西北网我国:西北网750kV的的 “官兰官兰”线已建成并试运近三年。线已建成并试运近三年。国家电网公司已启动特高压电网示范工程:国家电网公司已启动特高压电网示范工程:800KV云云广特高压直流输电工程广
6、特高压直流输电工程09年投产。年投产。陕北陕北晋东南晋东南南阳南阳荆门荆门武汉;武汉;淮南淮南皖南皖南浙北浙北上海。上海。我省:首条我省:首条500KV线路;线路;1000KV项目项目规划在我省建两个特高压变电站规划在我省建两个特高压变电站 4 4、高压输电带来什么问题?、高压输电带来什么问题?绝缘材料及结构、过电压及防护、试验技术及设备绝缘材料及结构、过电压及防护、试验技术及设备第4页/共30页二、本门学科的研究对象及特点二、本门学科的研究对象及特点1 1、三大对象:、三大对象:绝缘技术;绝缘技术;绝缘的试验技术及设备;绝缘的试验技术及设备;过电压及防护技术过电压及防护技术 (1 1)绝缘又
7、称为)绝缘又称为电介质电介质,分,分气体气体、液体液体和和固体固体三类。三类。它的作用是将不同电位的导体分开;绝缘在运行中要承受它的作用是将不同电位的导体分开;绝缘在运行中要承受各种电压的作用,电压较低时会发生极化、电导和损耗现各种电压的作用,电压较低时会发生极化、电导和损耗现象,电压超出临界值时会发生击穿现象。象,电压超出临界值时会发生击穿现象。在设计、生产、试验、运行时要研究各种电介质在电压下在设计、生产、试验、运行时要研究各种电介质在电压下的电气物理性能,特别是在高压下的击穿特性。的电气物理性能,特别是在高压下的击穿特性。(2 2)研究击穿特性需要做高压试验,涉及到试验电源、测)研究击穿
8、特性需要做高压试验,涉及到试验电源、测量仪器、手段方法(在线、离线、智能化)等。量仪器、手段方法(在线、离线、智能化)等。第5页/共30页(3 3)电力系统在运行时不但要承受工作电压的作用,还会)电力系统在运行时不但要承受工作电压的作用,还会受到大气过电压和内部过电压的作用,所以要研究其产生原受到大气过电压和内部过电压的作用,所以要研究其产生原因、特点以及防护措施(结合计算机技术、模拟、仿真)。因、特点以及防护措施(结合计算机技术、模拟、仿真)。2 2、本学科及课程的特点:、本学科及课程的特点:多学科性、边缘性、不完善性;多学科性、边缘性、不完善性;抽象、理论性、作业少、思考题多抽象、理论性、
9、作业少、思考题多 本次课程的目的要求本次课程的目的要求:1、能说出带电质点产生、消失的方式、特点和作用、能说出带电质点产生、消失的方式、特点和作用 2、能说明、能说明P、d对击穿电压的影响,会解释巴申曲线对击穿电压的影响,会解释巴申曲线 3、会说明均匀电场中气隙的击穿特性、会说明均匀电场中气隙的击穿特性 第6页/共30页第一章第一章 气体电介质的击穿特性气体电介质的击穿特性1.1 1.1 带电质点的产生和消失带电质点的产生和消失带电质点:带电质点:正离子、负离子、电子正离子、负离子、电子 一、带电质点的产生一、带电质点的产生原因:各种原因:各种游离(电离)游离(电离)作用:作用:促进放电发展促
10、进放电发展 l气体原子的气体原子的激发和游离激发和游离第7页/共30页l带电粒子的运动带电粒子的运动当气体中存在电场时,粒子同时当气体中存在电场时,粒子同时进行进行热运动热运动和和沿电场定向沿电场定向运动。运动。游离(电离):外界以某种方式给处于某一能级轨道上游离(电离):外界以某种方式给处于某一能级轨道上的电子施加一定的能量,该电子就可能摆脱原子核的束的电子施加一定的能量,该电子就可能摆脱原子核的束缚成为自由电子。缚成为自由电子。激发:电子向高一能级轨道的跃迁。激发:电子向高一能级轨道的跃迁。游离能游离能 :产生游离需要的能量。:产生游离需要的能量。自由行程:一个质点在每两次碰自由行程:一个
11、质点在每两次碰撞间自由地通过的距离。撞间自由地通过的距离。平均自由行程:众多质点自由行程的平均值。平均自由行程:众多质点自由行程的平均值。第8页/共30页1 1、碰撞游离、碰撞游离 电子或离子与气体分子碰撞,将电子或离子与气体分子碰撞,将电场能电场能传递给气体分子传递给气体分子引起游离的过程。引起游离的过程。碰撞游离条件:当电子从电场获得的动能大于或等于气体碰撞游离条件:当电子从电场获得的动能大于或等于气体分子的游离能时,就可能使气体分子分裂为电子或正离子分子的游离能时,就可能使气体分子分裂为电子或正离子?碰撞游离主要由电子和气体分子碰撞所引起。碰撞游离主要由电子和气体分子碰撞所引起。气体中,
12、电子和离子的自由行程是它们和气体分子发生碰气体中,电子和离子的自由行程是它们和气体分子发生碰撞的行程。由于电子尺寸和质量比分子小得多,不易发生撞的行程。由于电子尺寸和质量比分子小得多,不易发生碰撞,故电子的平均自由行程比离子的大得多,在电场作碰撞,故电子的平均自由行程比离子的大得多,在电场作用下加速运动易积聚足够的动能。用下加速运动易积聚足够的动能。Wi为气体分子的游离能为气体分子的游离能第9页/共30页2 2、光游离、光游离 由光辐射引起气体分子游离的过程由光辐射引起气体分子游离的过程光游离产生的电子称为光电子光游离产生的电子称为光电子来源:来源:x射线、射线、射线、宇宙射线、紫外线等射线、
13、宇宙射线、紫外线等异号带电质点复合成中性质点释放出光异号带电质点复合成中性质点释放出光子子条件:条件:激励态分子回复到正常态释放出光子激励态分子回复到正常态释放出光子3 3、热游离、热游离 本质:气体分子热状态引起的碰撞游离和光游离的综合。本质:气体分子热状态引起的碰撞游离和光游离的综合。?常温下,气体分子发生热游离概率极小。常温下,气体分子发生热游离概率极小。当当t10000K时,才需考虑热游离;时,才需考虑热游离;当当t20000K时,几乎全部的分子都处于热游离状态时,几乎全部的分子都处于热游离状态第10页/共30页?以上三种游离发生在气体空间中,故也称为以上三种游离发生在气体空间中,故也
14、称为空间游离空间游离4、气体中金属表面游离、气体中金属表面游离含义:含义:形式:形式:金属阴极表面发射电子的过程。金属阴极表面发射电子的过程。?气体中的主要游离形式为碰撞游离气体中的主要游离形式为碰撞游离正离子碰撞阴正离子碰撞阴极表面;极表面;光电子发射;光电子发射;强场发射;强场发射;热电子发射;热电子发射;第11页/共30页二、带电质点的消失二、带电质点的消失作用:作用:既促进又阻碍放电的进行既促进又阻碍放电的进行 都以光子的形式放出多余的能量。都以光子的形式放出多余的能量。一定条件下会导致其他气体分子产生光游离,使气体放电一定条件下会导致其他气体分子产生光游离,使气体放电阶跃式发展。阶跃
15、式发展。电子复合和离子复合:电子复合和离子复合:作用:阻碍放电发生作用:阻碍放电发生1 1、复合、复合2 2、扩散、扩散正离子和负离子或电子相遇时,发生电荷的正离子和负离子或电子相遇时,发生电荷的传递而相互中和还原为分子的过程。传递而相互中和还原为分子的过程。3 3、进入电极、进入电极 作用:阻碍放电发展作用:阻碍放电发展 带电质点从浓度较大区域转移到浓度较小区域的性质带电质点从浓度较大区域转移到浓度较小区域的性质 在外电场作用下,气隙中的正、负电荷分别向两电极定向在外电场作用下,气隙中的正、负电荷分别向两电极定向移动的现象移动的现象第12页/共30页1.2 1.2 均匀电场中气体的击穿过程均
16、匀电场中气体的击穿过程一、非自持放电和自持放电一、非自持放电和自持放电气体放电实验的伏安特性曲线气体放电实验的伏安特性曲线第13页/共30页气体放电伏安特性气体放电伏安特性 左图表示实验所得平板电极左图表示实验所得平板电极(均匀电场均匀电场)气体中的电流气体中的电流I与所与所加电压加电压U的关系,即伏安特性。的关系,即伏安特性。在曲线在曲线OA段,段,I随随U的提高而的提高而增大,这是由于电极空间的带增大,这是由于电极空间的带电质点向电极电质点向电极运动加速运动加速而导致而导致复合数的复合数的减少减少所致。所致。当电压接近当电压接近Ua时,电流时,电流I0趋向于趋向于饱和值饱和值,因为这时外界
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