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高电压与绝缘技术的发展
发布时间:2022-06-21 14:12:53 来源:bob体育联手合作赛事 作者:bob体育联赛

  高电压与绝缘技术是以试验研究为基础的应用技术,主要研究在高电压作用下各种绝缘介质的性能和不同类型的放电现象,高电压设备的绝缘结构设计,高电压试验和测量的设备及方法,电力系统的过电压、高电压或大电流产生的强电场、强磁场或电磁波对环境的影响和防护措施,以及高电压、大电流的应用等。高电压技术对电力工业、电工制造业以及近代物理的发展(如X射线装置、粒子加速器、大功率脉冲发生器等)都有重大影响。

  1752年,富兰克林进行了著名的风筝引电实验,从而证明雷电与座擦所产生的电荷性质是一样的,这实际上是一种高电压试验。1895—1896年,W·K·伦琴(Rontgen)发现X射线并将其用于人手骨骼摄像时就已应用了高电压技术。1911年,E·卢瑟福(Rutherford)根据α粒子轰击金箔引起散射而提出原子模型时也应用了高电压技术。1931年,范德格拉夫(van de Graff.1901—1967)发明了高压静电起电机,曾被用作正离子加速器或高穿透性X射线发生器的电源。

  高电压是相对于低电压而言的,对于电力系统来说,1 kV以上至 220kV称为高压,而220 kV 至 800 kV称为超高压(EHV),1 000kV以上称为特高压(UHV)。电压等级的技术与高电压技术密切相关,维持与雷可比的高电压安全运行要有水平非常高的技术,电气绝缘担负着维持高电压长期安全的作用。绝缘体是相对于导体而言的,绝缘体电阻率很高(可达Ω·cm),通常流过的泄漏电流非常小,可以忽略不计。

  作为一门与国民经济密切相关的技术科学,高电压技术是因输电工程和高电压设备的需要而蓬勃发展起来的。1891年,德国建造了从腊芬(Lauffen)到法兰克福长175km、电压为 15.2 kV的三相交流输电线路,虽然输送功率只有 200 kW,但这却开了高电压技术在输电工程中实际应用的先河。

  随着人类生产活动的不断发展、生活水平的不断提高,高电压技术不仅在物理研究和输电工程方面得到了越来越快的发展,而且还深入到人们生产与生活的许多方面。电视机、霓虹灯、复印机、废水废气处理、人体内结石破碎、静电防护等.无不应用了高电压技术的成果。而绝缘技术是活跃的电气领域安全、稳定、可靠运行的基础,高电压下绝缘材料的开发、绝缘结构的设计和绝缘性能的试验等都是维持电力运行的基础技术,支持着电力技术的发展。高电压与绝缘技术已成为电气工程及其自动化的一个重要分支。

  发电厂发出的电能都要用输电线送到用户。交流发电机发出的6~10 kV的电压,经变压器升压.通过主干输电线送到需求地附近的高压或超高压变电站,再经过降压.送到二级高压变电站或特别高压用户变电站中,然后通过二级输电线送到配电变电站中,经过配电变压器隆压,输送到用户。为适应这一要求,必须尽可能提高输电电压,因为电流大时,在输电线电阻R上引起的热损耗将增大。提高输电电压,可以提高输电功率,降低损耗。

  就世界范围而言,输电电压等级经历了交流6、10、20、35、60、110、150、220 kV的高压(HV)、287、330、400、500、735~765 kV的超高压(EHV),直至1150kV的特高压(UHV)(工业试验线路)。

  与此同时,高压直流输电技术也得到了快速发展,电压由±100、±250、±400、±500kV 发展至±750 kV。20世纪60年代以来,为了适应大城市电力负荷增长的需要,以及克服城市架空输电线路走廊用电的困难,地下高压输电发展迅速(由 220、275、345kV发展到 400、500 kV电缆和六氟化硫管道线路);同时,为减少变电占地面积和保护城市环境,气体绝缘金属封闭组合电器(GIS)得到越来越广泛的应用。

  当前,我国的交、直流输电电压已高达 750kV 和 ±500kV。由于我国国土辽阔,能源分布不均匀,动力资源和一些负荷中心相距遥远,西电东送和北电南送必然成为我国21世纪的送电格局,因此我国必将成为世界上少数几个发展1 000 kV及以上特高压(UHV)输电技术的国家之一。

  绝缘是高电压技术及电气设备结构中的重要组成部分,其作用是把电位不等的导体分开,使其保持各自的电位,没有电气连接。具有绝缘作用的材料称为绝缘材料,即电介质。电介质在电场作用下,有极化、电导、损耗和击穿等现象。

  高电压绝缘应用于国民经济的许多领域,其中最大量的是用于电力系统。随着电力系统电压等级的进一步提高,有关电气设备绝缘的问题也日益重要。当作用电压超过临界值时,等绝家将被破坏血失夫绝缘作用。申力系统的发展.建立在对电介质的电,放由 击穿现象,输变电设备及其绝缘、过电压的防护和限制、高电压试验技术,以及静电场、电磁场对环境的影响等方面进行深入研究的基础之上,这些研究促使高电压与绝缘技术不断发展,并逐步形成为一门学科。

  从 20世纪 60年代开始.高电压与绝缘技术加强了与其他学科的相互渗透和联系.在不断吸取其他科技领域的新成果,促进自身的更新和发展的同时,也使高电压与后绝缘技术方面的新进展、新方法更广泛地应用到诸如大功率脉冲技术、激光等离子体、受控热核反应、原子物理、生态与环境保护、生物医学、高压静电工业应用等科技领域,显示出强大的生命力。例如.靠高电压放电使中性分子由离或产生离子.或使离子附着干某物.或产生真氧。在净化环境的有关技术上有各种应用;另外,超高压电子显微镜和X射线发生装置等,技术上没有高电压也是实现不了的。高电压在电极边缘处形成高电场,而绝缘膜极薄时,即使在低由压下容易形成高电场.以超大规模集成电路(UISI)为代表的元器件小型化给层间绝缘带来了苛刻的工作条件。

  随着计算机、微电子、材料科学等新兴学科的出现,高电压与绝缘技术这门学科的内容也正日新月异地得到改造和更新。当前,数据采集和处理、光电转换和新型传感技术、计算机和微处理机等已大量应用于高电压测试技术;数字及模拟计算机的仿真技术、随机信号处理和概率统计理论等也已进入系统过电压、绝缘和绝缘水平与配合的领域,这些新兴理论和技术的应用将极大地推进高电压与绝缘技术学科的发展。

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