高电压技术(1-3章)剖析

绪论高电压技术是一门重要的专业技术基础课；随着电力行业的发展，高压输电问题越来越得到人们的重视；高电压、高场强下存在着一些特殊的物理现象；高电压试验在高电压工程中起着重要的作用。

气体的绝缘特性与介质的电气强度研究气体放电的目的：了解气体在高电压（强电场）作用下逐步由电介质演变成导体的物理过程掌握气体介质的电气强度及其提高方法高压电气设备中的绝缘介质有气体、液体、固体以及其它复合介质。

气体放电是对气体中流通电流的各种形式统称。

由于空气中存在来自空间的辐射，气体会发生微弱的电离而产生少量的带电质点。

正常状态下气体的电导很小，空气还是性能优良的绝缘体；在出现大量带电质点的情况下，气体才会丧失绝缘性能。

自由行程长度单位行程中的碰撞次数Z的倒数λ即为该粒子的平均自由行程长度。

()λ-=xexP令x=λ，可见粒子实际自由行程长度大于或等于平均自由行程长度的概率是36.8%。

带电粒子的迁移率k=v/E它表示该带电粒子单位场强（1V/m）下沿电场方向的漂移速度。

电子的质量比离子小得多，电子的平均自由行程长度比离子大得多热运动中，粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小的区域，从而使分布均匀化，这种过程称为扩散。

电子的热运动速度大、自由行程长度大，所以其扩散速度比离子快得多。

产生带电粒子的物理过程称为电离，是气体放电的首要前提。

光电离i W h ≥νc λν=气体中发生电离的分子数与总分子数的比值m 称为该气体的电离度。

碰撞电离附着：当电子与气体分子碰撞时，不但有可能引起碰撞电离而产生出正离子和新电子，而且也可能会发生电子与中性分子相结合形成负离子的情况。

电子亲合能：使基态的气体原子获得一个电子形成负离子时所放出的能量，其值越大则越易形成负离子。

电负性：一个无量纲的数，其值越大表明原子在分子中吸引电子的能力越大带电粒子的消失1到达电极时，消失于电极上而形成外电路中的电流2带电粒子因扩散而逸出气体放电空间3带电粒子的复合复合可能发生在电子和正离子之间，称为电子复合，其结果是产生一个中性分子；复合也可能发生在正离子和负离子之间，称为离子复合，其结果是产生两个中性分子。

绪论高电压技术是一门重要的专业技术基础课；随着电力行业的发展，高压输电问题越来越得到人们的重视；高电压、高场强下存在着一些特殊的物理现象；高电压试验在高电压工程中起着重要的作用。

气体的绝缘特性与介质的电气强度研究气体放电的目的：了解气体在高电压（强电场）作用下逐步由电介质演变成导体的物理过程掌握气体介质的电气强度及其提高方法高压电气设备中的绝缘介质有气体、液体、固体以及其它复合介质。

气体放电是对气体中流通电流的各种形式统称。

由于空气中存在来自空间的辐射，气体会发生微弱的电离而产生少量的带电质点。

正常状态下气体的电导很小，空气还是性能优良的绝缘体；在出现大量带电质点的情况下，气体才会丧失绝缘性能。

自由行程长度单位行程中的碰撞次数Z的倒数λ即为该粒子的平均自由行程长度。

()λ-=xexP令x=λ，可见粒子实际自由行程长度大于或等于平均自由行程长度的概率是36.8%。

带电粒子的迁移率k=v/E它表示该带电粒子单位场强（1V/m）下沿电场方向的漂移速度。

电子的质量比离子小得多，电子的平均自由行程长度比离子大得多热运动中，粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小的区域，从而使分布均匀化，这种过程称为扩散。

电子的热运动速度大、自由行程长度大，所以其扩散速度比离子快得多。

产生带电粒子的物理过程称为电离，是气体放电的首要前提。

光电离i W h ≥νc λν=气体中发生电离的分子数与总分子数的比值m 称为该气体的电离度。

碰撞电离附着：当电子与气体分子碰撞时，不但有可能引起碰撞电离而产生出正离子和新电子，而且也可能会发生电子与中性分子相结合形成负离子的情况。

电子亲合能：使基态的气体原子获得一个电子形成负离子时所放出的能量，其值越大则越易形成负离子。

电负性：一个无量纲的数，其值越大表明原子在分子中吸引电子的能力越大带电粒子的消失1到达电极时，消失于电极上而形成外电路中的电流2带电粒子因扩散而逸出气体放电空间3带电粒子的复合复合可能发生在电子和正离子之间，称为电子复合，其结果是产生一个中性分子；复合也可能发生在正离子和负离子之间，称为离子复合，其结果是产生两个中性分子。

绪论高电压技术是一门重要的专业技术基础课；随着电力行业的发展，高压输电问题越来越得到人们的重视；高电压、高场强下存在着一些特殊的物理现象；高电压试验在高电压工程中起着重要的作用。

气体的绝缘特性与介质的电气强度研究气体放电的目的：了解气体在高电压（强电场）作用下逐步由电介质演变成导体的物理过程掌握气体介质的电气强度及其提高方法高压电气设备中的绝缘介质有气体、液体、固体以及其它复合介质。

气体放电是对气体中流通电流的各种形式统称。

由于空气中存在来自空间的辐射，气体会发生微弱的电离而产生少量的带电质点。

正常状态下气体的电导很小，空气还是性能优良的绝缘体；在出现大量带电质点的情况下，气体才会丧失绝缘性能。

自由行程长度单位行程中的碰撞次数Z的倒数λ即为该粒子的平均自由行程长度。

()λ-=xexP令x=λ，可见粒子实际自由行程长度大于或等于平均自由行程长度的概率是36.8%。

带电粒子的迁移率k=v/E它表示该带电粒子单位场强（1V/m）下沿电场方向的漂移速度。

电子的质量比离子小得多，电子的平均自由行程长度比离子大得多热运动中，粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小的区域，从而使分布均匀化，这种过程称为扩散。

电子的热运动速度大、自由行程长度大，所以其扩散速度比离子快得多。

产生带电粒子的物理过程称为电离，是气体放电的首要前提。

光电离i W h ≥νc λν=气体中发生电离的分子数与总分子数的比值m 称为该气体的电离度。

碰撞电离附着：当电子与气体分子碰撞时，不但有可能引起碰撞电离而产生出正离子和新电子，而且也可能会发生电子与中性分子相结合形成负离子的情况。

电子亲合能：使基态的气体原子获得一个电子形成负离子时所放出的能量，其值越大则越易形成负离子。

电负性：一个无量纲的数，其值越大表明原子在分子中吸引电子的能力越大带电粒子的消失1到达电极时，消失于电极上而形成外电路中的电流2带电粒子因扩散而逸出气体放电空间3带电粒子的复合复合可能发生在电子和正离子之间，称为电子复合，其结果是产生一个中性分子；复合也可能发生在正离子和负离子之间，称为离子复合，其结果是产生两个中性分子。

第一章 电介质的极化电导及损耗1．电介质四种极化的基本含义及比较？答：①电子式极化：在外电场的作用下，介质原子中的电子运动轨道将相对于原子核发生弹性位移。

②离子位移极化：离子式结构化合物，出现外电场后，正负离子将发生方向相反的偏移，使平均偶极距不再为零。

③偶极子极化：极性化合物的每个极性分子都是一个偶极子，在电场作用下，原先排列杂乱的偶极子将沿电场方向转动。

④空间电荷极化：在电场作用下，带电质点在电介质中移动时，可能被晶格缺陷捕获或在两层介质的界面上堆积，造成电荷在介质空间中新的分布，从而产生电矩。

极化种类产生场合 所需时间 能量损耗 产生原因 电子式极化任何电介质 s 1510- 无 束缚电子运动轨道偏移 离子式极化离子式电介质 s 1310- 几乎没有 离子的相对偏移 转向极化 极性电介质 s 2101010--- 有偶极子的定向排列 空间电荷极化 多层介质交界面 s 210-～数分钟 有 自由电荷的移动2．电介质电导与金属电导有什么本质区别？答：金属导电的原因是自由电子移动；电介质通常不导电，是在特定情况下电离、化学分解或热离解出来的带电质点移动导致。

3．.电介质中的能量损耗的基本概念，等效电路，向量图答：①电介质中在交变电场作用下，电能转变为其它形式的能，如热能、光能等，统称为介质损耗。

它是导致电介质发生热击穿的根源。

电介质在单位时间内消耗的能量称为电介质损耗功率，简称电介质损耗。

②等效电路：lk R 为泄漏电阻；lk I 为泄漏电流；g C 为介质真空和无损极化所形成的电容；g I 为流过g C 的电流；p C 为无损极化所引起的电容；pR 为无损极化所形成的等效电阻；p I 为流过p p C R －支路的电流，可以分为有功分量prI 和无功分量pc I 。

③向量图：g J 。

为真空和无损极化所引起的电流密度，为纯容性的；lk 。

J 为漏导引起的电流密度，为纯阻性的；p 。

J 为有损极化所引起的电流密度，它由无功部分pc 。

绪论高电压技术的产生和发展：•有关高电压的几个著名试验•1752年6月：富兰克林&风筝•1895年11月：伦琴&X射线•1919年：E.卢瑟福&元素的人工转变（a射线轰击氮原子）1945年威克斯勒尔和麦克米伦，电子回旋加速器等•1931年：范德格拉夫起电机（1000万伏）直到20世纪初高电压技术才逐渐成为一个独立的科学分支。

当时的高电压技术，主要是为了解决高压输电中的绝缘问题。

因此，可以这样说高电压与绝缘技术是随着高电压远距离输电和高电压设备的需要而发展起来的一门电力科学技术。

高电压技术：电力系统中涉及过电压、耐压、绝缘等问题的技术。

如：▲雷击变电所、发电厂的过电压及防护措施▲绝缘材料的研制▲合闸分闸空载运行以及短路引起的过电压▲电气设备的耐压试验一、研究意义研究意义：如何将电能大容量、远距离、低损耗地输送，提高电力系统运行的经济效益，防止过电压，提高耐压水平，保持电网运行的安全可靠性。

二．研究内容：1. 提高绝缘能力电压等级提高，需要相应的高压电气设备，要对各类绝缘电介质的特性及其放电机理进行研究，其中气体放电机理是基础。

电介质理论研究——介质特性放电过程研究——放电机理高电压试验技术——高压产生、测量、检验，分预防性和破坏性2. 降低过电压雷击或操作→暂态过程→产生高电压→绝缘破坏→故障→防止破坏→恢复研究过电压的形成及防止措施高电压种类：大气过电压内部过电压——操作过电压，暂时过电压3. 绝缘配合使作用电压的数值、保护电器的特性和绝缘的电气特性之间相互协调以保证电气装置的可靠运行与高度经济性。

三．学习要求与电工及物理的基础理论，如电介质理论、电磁场理论、电路中的瞬变理论相关。

内容涉及面广，经验公式多，文字叙述多，试验数据、图表多，实践性强第一章电介质的极化、电导和损耗§ 1 — 1 电介质的极化一、电介质简介定义：电介质是指．通常条件下导电性能极差的物质，云母、变压器油等都是介质. 电介质中正负电荷束缚得很紧，内部可自由移动的电荷极少，因此导电性能差。

《高电压技术》第3版常美生主编第一章电介质的极化、电导和损耗概述⏹电介质：指具有很高电阻率（通常为106~1019Ω·m）的材料。

⏹电介质的作用：在电气设备中主要起绝缘作用，即把不同电位的导体分隔开，使之在电气上不相连接。

⏹电介质的分类：按状态可分为气体、液体和固体三类。

其中气体电介质是电气设备外绝缘（电气设备壳体外的绝缘）的主要绝缘材料；液体、固体电介质则主要用于电气设备的内绝缘（封装在电气设备外壳内的绝缘）。

⏹极化、电导和损耗：在外加电压相对较低（不超过最大运行电压）时，电介质内部所发生的物理过程。

这些过程发展比较缓慢、稳定，所以一直被用来检测绝缘的状态。

此外，这些过程对电介质的绝缘性能也会产生重要的影响。

⏹击穿：在外加电压相对较高（超过最大运行电压）时，电介质可能会丧失其绝缘性能转变为导体，即发生击穿现象。

第一节电介质的极化一、电介质的极性及分类⏹分子键：电介质内分子间的结合力。

⏹化学键：分子内相邻原子间的结合力。

根据原子结合成分子的方式的不同，电介质分子的化学键分为离子键和共价键两类。

原子的电负性是指原子获得电子的能力。

电负性相差很大的原子相遇，电负性小的原子的价电子被电负性大的原子夺去，得到电子的原子形成负离子，失去电子的原子形成正离子，正、负离子通过静电引力结合成分子，这种化学键就称为离子键。

电负性相等或相差不大的两个或多个原子相互作用时，原子间则通过共用电子对结合成分子，这种化学键就称为共价键。

离子键中，正、负离子形成一个很大的键矩，因此它是一种强极性键。

共价键中，电负性相同的原子组成的共价键为非极性共价键，电负性不同的原子组成的共价键为极性共价键。

由非极性共价键构成的分子是非极性分子。

由极性共价键构成的分子，如果分子由一个极性共价键组成，则为极性分子；如果分子由两个或多个极性共价键组成，结构对称者为非极性分子，结构不对称者为极性分子。

分子由离子键构成的电介质称为离子结构的电介质。

同学们，高电压技术这门课比较繁琐，知识点也比较分散，我们尽可能的将这些小知识点详细罗列，因为任何一个知识点都可能出现在选择题中，所以大家看的时候多用心在掌握原理过程中，记住一些概念性的东西，同时大家在复习时候注意掌握方法，理解性的去记，招聘考试也不会特别难，概念性总结性的知识考的较多，而我们恰好针对电网考试而专门制定的，相信会事半功倍。

再次预祝大家早日找到满意工作。

第 1 章气体放点的物理过程1.电离是指电子脱离原子的束缚而形成自由电子、正离子的过程．电离是需要能量的，所需能量称为电离能Wi(用电子伏eV 表示，也可用电离电位Ui=Wi/e 表示)2.根据外界给予原子或分子的能量形式的不同，电离方式可分为热电离、光电离、碰撞电离（最重要）和分级电离。

3.阴极表面的电子溢出：（1）正离子撞击阴极：正离子位能大于 2 倍金属表面逸出功。

（2）光电子发射：用能量大于金属逸出功的光照射阴极板。

光子的能量大于金属逸出功。

（3）强场发射：阴极表面场强达到106V/cm（高真空中决定性）（4）热电子发射：阴极高温4.气体中负离子的形成：电子与气体分子或原子碰撞时，也有可能发生电子附着过程而形成负离子，并释放出能量（电子亲合能）。

电子亲合能的大小可用来衡量原子捕获一个电子的难易，越大则越易形成负离子。

负离子的形成使自由电子数减少，因而对放电发展起抑制作用。

SF6 气体含F，其分子俘获电子的能力很强，属强电负性气体，因而具有很高的电气强度。

5.带点质点的消失：（1）带电质点的扩散：带电质点从浓度较大的区域向浓度较小的区域的移动，使带电质点浓度变得均匀。

电子的热运动速度高、自由行程大，所以其扩散比离子的扩散快得多。

（2）带电质点的复合：带异号电荷的质点相遇，发生电荷的传递和中和而还原为中性质点的过程，称为复合。

带电质点复合时会以光辐射的形式将电离时获得的能量释放出来，这种光辐射在一定条件下能导致间隙中其他中性原子或分子的电离。

高电压技术书籍一、高电压基本原理本章节主要介绍高电压技术的基本概念、原理和应用领域。

内容涵盖了静电场、电介质、气体放电、绝缘材料等基础知识，为后续章节的学习打下基础。

二、绝缘材料与绝缘技术本章节重点介绍绝缘材料的基本性质、分类和应用，同时介绍绝缘技术的原理和方法，如气体绝缘、液体绝缘和固体绝缘等。

此外，还介绍了一些新型绝缘材料和技术的发展趋势。

三、高电压设备的绝缘检测与诊断本章节主要介绍高电压设备的绝缘检测与诊断技术。

内容涵盖了绝缘电阻、介质损耗、局部放电等检测方法，以及各种诊断技术和仪器设备的使用方法。

同时，还介绍了高电压设备故障诊断和预防性维护等方面的知识。

四、高电压实验技术与方法本章节主要介绍高电压实验的基本原理、技术和方法。

内容涵盖了高电压的产生和测量技术，实验设备的搭建和校准，以及各种实验方法的应用和实验数据的处理。

此外，还介绍了高电压实验的安全防护措施。

五、电力系统过电压与防护本章节主要介绍电力系统过电压的产生、传播和危害，以及过电压的防护措施。

内容涵盖了雷电过电压、操作过电压和暂时过电压等不同类型的过电压，以及避雷器、防雷接地等防护设备的设计和运行维护。

六、雷电与雷电防护本章节主要介绍雷电的产生、特性和危害，以及雷电的防护措施。

内容涵盖了雷电的物理过程、雷电的测量和计算方法，以及建筑物、电子设备和电力系统的雷电防护技术。

此外，还介绍了雷电预警系统的原理和应用。

七、高电压工程中的数值计算本章节主要介绍高电压工程中常用的数值计算方法和软件。

内容涵盖了电磁场、气体放电、绝缘材料等领域的数值计算方法和计算软件的比较和应用。

此外，还介绍了数值计算的误差分析和收敛性判断等方面的知识。

八、高电压工程实践与应用本章节主要介绍高电压技术在工程实践中的应用案例。

内容涵盖了电力系统的设计、运行和维护中高电压技术的应用，以及一些具体的高电压工程项目的实施过程和经验总结。

此外，还介绍了高电压技术在核聚变、加速器、电光源等领域的应用。