气隙击穿特性

高电压绝缘技术第三章：气体间隙击穿电压及提高方法引言：击穿电压的影响因素气体种类：空气和高介电强度气体电压种类：持续作用电压（直流、交流）；冲击电压（雷电冲击、操作冲击）电场分布：当间隙距离相同时，电场越均匀击穿电压越高气体状态：一般要折算到标准大气状态分散性小：直流、交流、50%冲击击穿电压基本相同均匀电场中空气的电气强度大致为30kV(峰值)/cm经验公式为：d ：间隙距离；：空气相对密度一、持续作用电压下空气的击穿电压1 均匀电场中的击穿电压)(08.622.24峰值kV d d U b δδ+=δ一、持续作用电压下空气的击穿电压2 稍不均匀电场中的击穿电压一般规律：极性效应不明显；直流、交流、冲击电压下击穿电压相同；击穿电压和电场不均匀程度有极大关系，越均匀击穿电压越高。

球-球间隙和球-板间隙当不均匀程度增加时，不接地电极电场强；由于电晕起始电压=击穿电压，不接地电极为正时击穿电压高。

一、持续作用电压下空气的击穿电压3 极不均匀电场中的击穿电压一般规律：间距很大时，电极影响不大，都接近于棒-板间隙；极性效应明显；分散性很大，不同电压波形下差异明显。

1）极性效应直流电压：正棒负板<棒-棒<负棒正板。

平均击穿场强：正极性棒-板间隙：4.5kV/cm负极性棒-板间隙：10kV/cm正极性棒-棒间隙：4.8kV/cm负极性棒-板间隙：5.0kV/cm（略微不对称）1）极性效应交流电压：棒-板间隙击穿总是在棒的极性为正、电压达到峰值时发生，击穿电压与直流正极性击穿电压相近平均击穿场强：棒-棒间隙：3.8kV(有效值)/cm5.36kV(峰值)/cm棒-板间隙：3.35kV(有效值)/cm4.8kV(峰值)/cm2）饱和现象工频电压：长间隙中棒-板间隙的“饱和”现象尤为明显2）饱和现象a 、雷电冲击电压波国标规定：%20s 50T t ±μ=%30s 2.1T f ±μ=二、冲击电压作用下气隙的击穿特性1、冲击电压波形b 、操作冲击电压波国标规定：%60s 2500T %20s 250T t f ±μ=±μ=二、冲击电压作用下气隙的击穿特性1、冲击电压波形f S L t t t +=统计时延：从电压达到的瞬时起到气隙出现第一个有效电子止放电发展时间：从形成第一个有效电子的瞬时起到到气息完全击穿止升压时间：电压从零升到静态击穿电压的时间s t 0U f t 0U 0t 二、冲击电压作用下气隙的击穿特性2、放电时延放电时延特点：a 、小间隙、均匀场：短，占主要部分b 、大间隙、极不均匀场：长，占主要部分C 、随着冲击电压幅值的不断升高，将越来越短L t s t f t L t L t 间隙中出现一个能引起电离过程并最终导致击穿的电子称为有效电子统计时延服从统计规律的原因：1）、有效电子的出现具有统计特性，有些自由电子被中和，有些可能扩散到间隙外。

第一章气体的绝缘特性1.电介质在电气设备中作为绝缘材料使用，按其物质形态，可分为三类：气体电介质液体电介质固体电介质在电气设备中又分为：外绝缘：一般由气体介质（空气）和固体介质（绝缘子）联合构成。

内绝缘：一般由固体介质和液体介质联合构成。

2、一些基本概念：①气体介质的击穿——当加在气体间隙上的电场强度达到某一临界值后，间隙中的电流会突然剧增，气体介质会失去绝缘性能而导致击穿的现象，也称为气体放电。

②放电电压UF——在间隙距离及其它相关条件一定的条件下，加在间隙两端刚好能使其击穿的电压。

由于相关条件的变化，这个值有一定的分散性。

③击穿场强——指均匀电场中击穿电压与间隙距离之比。

这个参数反映了某种气体介质耐受电场作用的能力，也即该气体的电气强度，或称气体的绝缘强度。

④平均击穿场强——指不均匀电场中击穿电压与间隙距离之比。

3.大气击穿的基本特点固体介质中的击穿将使介质强度永久丧失；而气体和液体击穿发生击穿时，一般只引起介质强度的暂时降低，当外加电压去掉后，绝缘性能又可以恢复，故称为自恢复绝缘。

§1.1 气体介质中带电质点的产生和消失一、气体原子的激发与游离产生带电质点的物理过程称为游离，是气体放电的首要前提。

1、几个基本概念①激发—-原子在外界因素（如电场、温度等）的作用下，吸收外界能量使其内部能量增加，从而使核外电子从离原子核较近的轨道跃迁到离原子核较远的轨道上去的过程（也称为激励）。

②游离—-中性原子由外界获得足够的能量，以致使原子中的一个或几个电子完全脱离原子核的束缚而成为自由电子和正离子（即带正电的质点）的过程（也称为电离）。

2、游离的基本形式①碰撞游离a 、当带电质点具有的动能积累到一定数值后，在与气体原子（或分子）发生碰撞时，可以使后者产生游离，这种由碰撞而引起的游离称为碰撞游离。

b 、发生条件：——气体分子（或原子）的游离能c 、碰撞游离的特点碰撞游离是气体放电过程中产生带电质点的极重要的来源。

高电压技术辅导资料三主题：第一章介子在强电场下的特性（第7-8节）学习时间：2013年10月14日－10月20日内容：我们这周主要学习第一章第七、八节“各种电压作用下气隙的特性”、“大气条件对空气间隙击穿电压的影响及提高气体介质强度的方法”的相关内容。

希望通过下面的内容能使同学们加深对气隙放电的理解以及了解大气环境下的击穿电压和提高气体介质强度的方法。

第七节各种电压作用下气隙的特性（1）概述气体间隙的击穿电压和电场分布、电压种类都有很大关系。

也就是说气隙的击穿特性取决于电场形式和外加电压类型。

通常，有如下划分：电场形式：均匀电场，稍不均匀电场，极不均匀电场。

在间隙距离相同的情况下，通常电场越均匀，击穿电压越高。

外加电压类型：直流电压稳态电压工频交流电压雷电过电压冲击电压操作过电压（2）均匀电场气隙的击穿在均匀电场中，不存在极性效应，起始场强等于击穿场强。

直流、工频、冲击电压作用下的击穿电压相同，击穿电压分散性很小。

空气间隙的击穿电压经验公式：Ub=24.55δd+6.4（δd）0.5 kVUb－击穿电压峰值，kVδ－空气的相对密度d－间隙距离，ｃｍ间隙距离比较小（d＝1 ～10cm）时，可以用这个经验公式估算，均匀电场中空气的电气强度大致为Eb=30kV/cm（3）稍不均匀电场与均匀电场相似，一旦出现局部放电，立即导致整个间隙的完全击穿。

稍不均匀电场中直到击穿为止不发生电晕；电场不对称时，极性效应不明显（但是存在）。

直流击穿电压、工频击穿电压（幅值）、50%冲击击穿电压基本上相等，击穿电压的分散性质也不大。

该电场中，电场越均匀，相同间隙距离下的击穿电压越高，其极限是均匀电场中的击穿电压。

该电场中，不能形成稳定的电晕放电，电晕起始电压就是其击穿电压，所以负极性下击穿电压略低于正极性下的数值（可参见上一周内容的极性效应相关内容）。

（4）极不均匀电场在极不均匀电场中，有持续的局部放电，空间电荷积累导致显著的极性效应。

大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正(优选)word资料我国的标准规定的标准大气条件：压力：P0=101.3KPa（760mmHg）温度：t0=20℃或T0=293K绝对湿度：h0=11g/m3(每立方米水蒸气11克）（一）空气密度的校正空气的密度与压力和温度有关对更长空气间隙来说，击穿电压与大气的关系并不是一种简单的线形关系。

而是随电极形状、电压类型和气隙长度而变化的复杂关系。

二）湿度的校正大气的湿度越大，气隙的击穿电压增高大气中的水分子能够俘获自由电子而形成负离子，对气体的放电过程起着抑制作用均匀和稍不均匀电场中，湿度影响不太明显1998年3月ENV I RONM EN TAL SC IEN CEM ar .,1998膜-复合式生物反应器组合系统操作条件及稳定运行特性3桂萍黄霞汪诚文钱易(清华大学环境工程系环境模拟与污染控制重点实验室,北京100084摘要对膜2复合式生物反应器的操作条件和稳定运行特性进行研究,采用平板式聚丙烯腈超滤膜进行实验,适宜操作压力为0115M Pa ;适宜膜面流速为114—117m s ;HR T 至少可以控制在4h ;悬浮污泥浓度是影响膜通透量的重要因素之一,适宜值为2—215g L 左右.系统长期稳定运行可达60d 以上,COD 和N H 32N 去除率均可达95%以上,运行过程中未发现微生物代谢产物的明显积累,但污泥的活性有所降低.关键词膜分离,复合式生物反应器,悬浮污泥浓度,通透量.3自然科学资助项目(P ro ject Suppo rted by N a 2ti onal N atural Science Foundati on of Ch ina桂平:女,26岁,博士生收稿日期:1997205217The Opera tion Param eters and W a stewa ter Trea t m en tCharacter istics of M em brane -Hybr id B ioreactorGu i P ing H uang X ia W ang Chengw en Q ian Y i(State Key L ab .of Environ .Si m ulati on and Po lluti on Contro l ,D ep t .of Environ .Eng .,T singhua U niv .,Beijing 100084Abstract Op erati on param eters and w astew ater treatm en t characteristics of m em b rane 2hyb ridb i o reacto r w ere studied u sing p late u ltrafiltrati on m em b rane of po lyacrylon itrile .T he operati on p aram eters w ere ob tained at p ressu re abou t 0115M Pa ,cro ssflow velocity 114—117m s ,HR T abou t 4h ,su spended sludge concen trati on abou t 2g L .T he m em b rane 2hyb rid b i o reacto r cou ld be op erated stab ly m o re than 60days at COD and N H 32N rem oval over 95%w ithou t the re 2m arkab le accum u lati on of the m etabo lite excep t a little drop of the activity of m icroo rgan is m .Keywords dom estic w astew ater ,hyb rid b i o reacto r ,p late u ltrafiltrati on m em b rane ,su spended sludge concen trati on ,flux of m em b rane .随着膜制造技术的进步和膜制造成本的降低,70年代兴起的膜2生物反应器组合工艺在水处理中开始走向实用化,如中水道处理技术,粪便废水处理等[1,2].该工艺具有出水水质好,占地省,控制灵活,管理方便等特点,在水处理中的良好的应用前景受到广泛关注[3].生物反应器一般采用活性污泥法.许多研究表明,活性污泥浓度的高低对膜的通透量影响较大[4].污泥浓度过高时,膜的通透量下降快,运行周期短.维持低浓度的活性污泥,对改善膜的通透量有利,但又会导致生物反应器的处理效果降低.为能同时取得膜分离和生物反应器2者的高效运行,本研究提出采用复合式生物反应器,即在维持反应器内总污泥浓度较高的条件下,使随混合液进入膜分离的悬浮污泥量保持很低,以减少其对膜的通透能力的影响.1试验装置与试验方法111试验装置图1为试验工艺流程示意图.本系统主要由复合式生物反应器和超滤膜2大部分组成.污水由泵从污水箱提升至生物反应器内停留一定时间后,反应器混合液再经泵增压进入图1试验工艺流程图超滤组件,混合液的一部分通过超滤膜形成过滤液;而固形物和大分子物质则被截留形成浓缩液通过射流回流到反应器内.射流产生的曝气作用可供给有机物生物分解所需的氧气.生物反应器容积为125L,型式为复合式反应器,即在投加一定量的填料进行挂膜的基础上再投入一定量的活性污泥,形成生物膜与活性污泥相复合的复合式反应器.本试验所用填料为北京桑德公司生产的球形填料,网格状球形外壳内填有纤维丝,比表面积为600—1000m2 m3,球体直径为60mm.活性污泥取自北京第二毛纺厂二沉池.超滤膜为日本三井石化公司生产的聚丙烯腈平板膜,膜板尺寸为3515c m×1515c m.切割分子量为20000,允许使用pH范围1—10.112污水水质试验采用清华大学北区污水泵站的生活污水作为试验用水.其水质如表1所示.表1试验污水水质m g L-1温度℃SS pH COD N H32N 15—25300618—71295—65214—27 113试验方法与条件(1操作条件的影响本试验首先对膜复合式生物反应器的主要操作运行条件进行了研究,包括操作压力和膜面流速及生物反应器的水力停留时间(HR T和悬浮污泥(SS浓度.试验运行条件如表2所示.表2试验运行参数试验项目膜分离装置生物反应器HR T11202154—715513213在膜面操作压力影响的试验中,先使系统运行1d,膜通透量的变化不大后,再改变膜面压力,观察通透量的变化.在膜面流速、反应器的HR T以及悬浮污泥浓度的影响试验中,每一条件下先运行一段时间稳定后,清洗膜组件,再进行该条件下试验,同时观察膜通透量的变化,分析处理出水水质.(2长期稳定运行试验在反应器的HR T 为715h,总污泥浓度513g L(其中附着污泥310g L,悬浮污泥213g L,操作压力015,12,复合式生物反应器的长期运行试验.运行过程中每隔5d取样,测定进水、反应器上清液和系统出水的COD、N H32N的浓度变化和反应器内污泥浓度的变化.在试验期间内,没有进行排泥.2试验结果及讨论211操作压力和膜面流速对膜通透量的影响(1操作压力膜通透量随操作压力的变化曲线如图2所示.当操作压力<0115M Pa时,膜通透量随操作压力的增加呈线性增加,即提高操作压力可63环境科学19卷以有效地提高膜通透量,而当操作压力>0115M Pa 后,膜通透量随操作压力的增加趋于平缓,膜的能量利用效率降低.由此可判断操作压力0115M Pa 左右为最佳操作压力.图2膜通透量与操作压力的关系(2膜面流速试验中考察了膜面流速为112m s 和1168m s 条件下膜的通透量变化.结果如图3所示.图3膜面流速对膜通透量的影响11膜面流速=1168m s 21膜面流速=112m s(1SS 浓度对膜通透量的影响以往的研究表明,生物反应器混合液SS 浓度越高,对通透量的影响越大.为保持较高的膜通透量,SS 浓度应维持在较低水平.本研究提出在膜2生物反应器组合工艺中采用复合式反应器,正是为了在保持反应器内总污泥浓度不变的条件下将SS 浓度控制在一个较低值,以减少其对膜通透量的影响,为探讨SS 浓度可能的最低范围,试验改变生物反应器的SS 浓度,考察了膜通透量的变化,如图4所示.图4反应器SS 浓度对膜通透量的影响SS =0183g L -121SS =314g L -131SS =213g L -1结果表明,SS 浓度过高或过低都会对膜通透量产生不利影响.在膜的过滤过程中,膜通透量主要受膜面污染物的影响.膜面污染物主要来自2方面,一是混合液中的固体物质;二是混合液中的溶解性有机物(主要是代谢产物.污泥浓度过高时,污泥易在膜表面沉积,形成较厚的污泥层,导致过滤阻力增加,膜通透量低.另一方面,当污泥浓度太低时,污泥对溶解性有机物的吸附和降解能力减弱,使得混合液上清液中的溶解性有机物浓度增加,从而易被膜表面吸附,导致过滤阻力增加,膜通透量下降.因此,维持适中的污泥浓度,使膜表面的污泥沉积量和有机物的吸附量均维持在较低的水平,总阻力降低,可使系统的膜通透量得到提高.由图4可以得出10d 内的平均膜通透量与SS 浓度的关系,如图5所示.由图5可推断,在本试验条件下,适宜SS 浓度在2—215g L 左右.(2HR T 的影响考察了HR T 为4h 和715h 2种条件下的膜通透量的变化以及系统对COD 和N H 32H 去除效果的变化.结果表明,在732期环境科学图5反应器SS 浓度与前10d 平均产水量的关系本试验条件下,HR T 对膜通透量没有明显的影响.同时系统对有机物、N H 32N 的去除效果均保持良好,无明显差异,由此,反应器的HR T至少可降低至4h .213长期稳定运行特性(1膜通透量的变化由图6可看出,膜2复合式生物反应器可维持相当长的一段稳定期, 膜通透量在20L m 2h 以上的运行时间超过60d以上.图6膜2复合式反应器长期运行膜通透量变化(2出水COD 变化与代谢产物的积累系统进水、生物反应器出水和系统出水的COD浓度及其随时间的变化如图7所示.运行初期系统出水的COD 浓度一般在15m g L 左右,运行1个月以后,系统出水的COD 浓度降到5m g L以下.图7膜2复合式生物反应器进水、出水和系统出水水质变化11进入COD 21系统出水COD 31反应器上清液COD生物反应器的出水COD 浓度高于膜分离出水的COD 值,但变化不大.表明在试验运行期间,反应器内的代谢产物无明显积累的趋势,反应器中微生物对有机物的降解较完全.COD 去除效率变化如图8所示,系统的总去除率基本在95%以上,生物反应器的去除效率一般维持在90%左右,约占系统去除效率的95%.运行过程中出现了一个反应器去除效率下降点,这是由于系统停电导致系统运行停止所致.而此时,系统的COD 总去除效率仍维持在95%以上.图8膜2复合式生物反应器COD 去除率的变化(3N H 32N 去除效果在长达60d 以上的运行中,系统对N H 32N 保持良好的去除效果,去除率达95%以上.这主要是膜的分离截留作用使生长缓慢、世代时间较长的硝化细菌大量滞留在反应器内,从而提高了系统的硝化效率.(4生物反应器内污泥浓度变化反应器内SS ,附着污泥和总污泥浓度以及SS 的V SSSS的变化如图9所示.图9反应器内污泥浓度变化情况11SS 21附着污泥31总污泥41V SS SS结果表明,反应器内SS 浓度以及总污泥浓度随着运行时间的增加有下降的趋势.原因在于进水有机物浓度偏低,污泥负荷小,引起污泥自身消化,SS 的V SS SS 值也呈下降趋势,污泥活性有所降低,这是由于进水中无机组分在污泥中积累所致.(下转第46页图5生物陶粒沿床层对浊度的去除图6生物陶粒沿床层对色度的去除的截污能力有所提高,这同生物陶粒反应器沿程对浊度的去除规律相一致.从对表1和图2-6的分析讨论可以得出:在高水力负荷条件下,生物陶粒反应器对水中污染物质的去除能保持理想状态,这对生物陶粒应用于工程实际有较大意义,根据研究结果,在工程实际中可考虑采用水力负荷为7m 3 m 2h 、停留时间15m in 作为生物陶粒反应器的设计参数和运用参数.3结论在水力负荷为4和7m 3 m 2h ,停留时间为27和15m in ,生物陶粒反应器对水源水中的有机物(OC 的去除率都在20%左右,N H +42N 去除率在90%以上,浊度在76%左右,UV 254在30%左右,色度在38%左右.参考文献1徐袁春1生物填料技术在污水回用中的应用1清华大学硕士论文集,19882吴俊奇1北京焦化厂工业用水水质改善试验研究1清华大学硕士论文集,19913戴日成1受污染水源水生物预处理技术的研究1清华大学博士论文集,19934邯鄣市自来水公司等1给水深度处理研究会第三届学术交流会论文119935刘文君1淮河蚌埠段饮用水源水生物预处理生产性试验1清华大学硕士论文集,19956水和废水监测分析方法1第三版1北京:中国环境科学出版社,1989(上接第38页上述分析可知,在不排泥的条件下,反应器内污泥略呈负增长,且活性有所降低,为维持一定的污泥活性,运行过程中可适当排泥.3结论(1从膜通透量及能量利用效率考虑,操作压力应控制在0115M Pa 左右,膜面流速适宜范围在114—117m s ,SS 浓度在2g L 左右.(2生物反应器的HR T 的变化在本试验范围内对污染物去除及膜通透量均影响不大,至少可采用4h .(行,COD 和N H 32N 去除效率均可达95%以上.运行中未发现微生物代谢产物的明显积累.(4由于受进水浓度和无机成分的影响,生物反应器的V SS SS 有下降的趋势.参考文献1金山彦喜.≥ 中水道における膜沪技术.水质污浊研究,1990,13:5境学会,1995,18(2:90理技术,1990,31:1834M agara Y et al..T he Effect of Operati onal Facto rs on So l 2id 2liquid Separati on by U ltra 2m em brane F iltrati on in a B i o 2logical D enitrificati on System fo r Co llected H um an Excreta T reatm ent P lants .W at .Sci.T ech.,1991,23:1583—1590碎石土的工程特性及其对工程的影响（乔延青岩土工程200410120）1.引言土，由于其成分、结构和性质的千变万化，工程特性也各不相同，为了工程的需要，选择各种最能反映土的基本属性又便于测定的指标作为分类依据对土进行分类。