西安交通大学：《高电压绝缘专论》研究生课程教学资源（课件讲稿）11 绝缘放电等离子体（高电压绝缘放电与等离子体技术应用从电气工程到多学科交叉）

西安交通大学9XI'ANJIAOTONGUNIVERSITY绝缘放电等离子体-I高电压绝缘放电与等离子体技术应用一从电气工程到多学科交叉西安交通大学电气工程学院先进高电压与等离子体技术研究中心1898

绝缘放电等离子体-I ——高电压绝缘放电与等离子体技术应用 从电气工程到多学科交叉 西安交通大学 电气工程学院 先进高电压与等离子体技术研究中心

几个专业术语>什么是高电压（High Voltage）？>=1kV什么是绝缘（Insulation）？不同电位的隔离》什么是放电（Discharge）？>什么是等离子体（Plasma）？-2-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -2- Ø 什么是高电压（High Voltage）？ >=1kV Ø 什么是绝缘（Insulation）？ 不同电位的隔离 Ø 什么是放电（Discharge）？ Ø 什么是等离子体（Plasma）？ 几个专业术语

（电介质）电场激励下绝缘中发生的现象口什么叫电介质（Dielectrics）呢？口可以认为，电介质=绝缘材料（气、液、固、真空），广泛用于各类电气电子系统（强电、弱电）中，实现不同电位体的隔离、固定等。口当在一块电介质材料施加电压时、（电极-电介质系统）其台电力设备带电运行时，乃至任何一个电气电子系统，电介质中会发生一些什么现象呢？口极化、电导、损耗、老化、放电、击穿。。-3-《高电压绝缘专论》Xi'anJiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -3- 电场激励下绝缘（电介质）中发生的现象 p 什么叫电介质(Dielectrics)呢？ p 可以认为，电介质=绝缘材料（气、液、固、真空），广泛 用于各类电气电子系统（强电、弱电）中，实现不同电位 体的隔离、固定等。 p 当在一块电介质材料（电极-电介质系统）施加电压时、一 台电力设备带电运行时，乃至任何一个电气电子系统，其 电介质中会发生一些什么现象呢？ p 极化、电导、损耗、老化、放电、击穿

极化、老化、电导、放电、损耗、击穿的关系放电是高电场下的电导现象极化电导局部放电贯通性放电（局部击穿）宏观C/微观s宏观R微观p热效应电、热、化学效应电效应损耗宏观P/微观tan电、热、化学效应老化..击穿（寿命丧失）宏观U/微观E-4-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -4- 极化、电导、放电、损耗、老化、击穿的关系

研究背景：：关于“放电”(discharge)传统定义：电源（电池）的电量失去的过程电源这两种定义一致吗？Yes！铜线高压领域：高电压/高电场下绝缘介质（气/液/固/真空）电离的现象，绝缘特性丧失，变为导电，从而造成电源电量失去《高电压绝缘专论》5Xi'anJiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -5- 研究背景：关于“放电”(discharge) u 传统定义：电源(电池)的电量失去的过程 u 高压领域：高电压/高电场下绝缘介质(气/液/固/真空)电离 的现象，绝缘特性丧失，变为导电，从而造成电源电量失去 这两种定义 一致吗？Yes！

研究背景：等离子体(Plasma)一物质第四态温度(度）自然界存在惯性聚变（宇宙中90%以100,000,000氢弹磁约束上物质处于等离聚交星云子体态）太阳核心被动产生1,000,000日冕闪电（绝缘发生放电、气体太阳风被破坏后产生）液体霓虹灯固体→主动产生星际空间10,000Too cool and荧光（人为产生等离too denseforplasmastoexist北极光(Ai子体并利用）火烙roo Liquia)人类居住环境100102010101030低温等离子体密度（cm-3)不同类型等离子体的参数分布(密度跨越30个数量级，温度跨越7个数量级高电场下气体放电是人造等离子体的便捷方法-6-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -6- 研究背景：等离子体(Plasma)—物质第四态 不同类型等离子体的参数分布 (密度跨越30个数量级，温度跨越7个数量级) u 自然界存在 (宇宙中 90％ 以 上物质处于等离 子体态) u 被动产生 (绝缘发生放电、 被破坏后产生) u 主动产生 (人为产生等离 子体并利用) 低温等离子体 高电场下气体放电是人造等离子体的便捷方法

研究背景关于高压放电与等离子体常规电气装备特种电气装备1航天器等）（高压电力设备）(脉冲功率装置、放电有害性不希望放电发生，需要检测评估放电和一>放电引起抑制放电发生绝缘破坏变压器强光1号加速器输电线路天设备的决定结构/尺寸/1性能/寿命绝缘绝缘高电压/高电场放电作用破坏利用放电有益性主动产生放电，利用放电产物一等离子体的一>利用放电特殊电、热、光和化学活性等离子体材料表面改性等离子体生物医学辅助燃烧污染治理-7-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -7- 研究背景——关于高压放电与等离子体 变压器 设备的 结构/尺寸/ 性能/寿命 高电压/高电场 作用 绝缘 放电 输电线路 决定 强光1号加速器 常规电气装备 (高压电力设备) 特种电气装备 (脉冲功率装置、航天器等) 放电有害性 —>放电引起 绝缘破坏 放电有益性 —>利用放电 等离子体 等离子体生物医学 绝缘 破坏 利用 材料表面改性 辅助燃烧 污染治理 主动产生放电，利用放电产物—等离子体的 特殊电、热、光和化学活性 1 2 3 天宫一号与神舟飞船 不希望放电发生，需要检测、评估放电和 抑制放电发生

研究团队与方向介绍秘书(1)教师（10位）：教授（3）、副教授(4)、助理教授(3)：外聘工程师(2)、国家级人才计划（2位）：国家杰青1人、青年千人1人：在校学生（80多人)：20多位博士研究生、60多位硕士研究生研究方向：高电压多介质放电与等离子体多学科应用围绕高压放电的有害性和有益性，开展放电检张冠军邓军波测、评估、抑制、放电GJ Zhang孙安邦JBDengAB Sun等离子体技术与多学科应用研究与开发，涉及穆海宝石米电气、、材料、生物医学HEMuXMSH高压放电与等离子体团队农业和航天等交叉。HighVoltageDischargeandPlasma Grot输变电设备绝缘与放电常正实ChangYLi特种电气装备绝缘与放电微信公众号张大宁李文栋宋佰鹏DNZhang放电等离子体及多学科应用WDLiBP Song-8-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -8- 研究团队与方向介绍 研究方向：高电压多介质放电与等离子体多学科应用 石兴民 XM Shi 穆海宝 HB Mu 围绕高压放电的有害性 和有益性，开展放电检 测、评估、抑制、放电 等离子体技术与多学科 应用研究与开发，涉及 电气、材料、生物医学、 农业和航天等交叉。 孙安邦 AB Sun 张冠军 GJ Zhang 邓军波 JB Deng 李元 Y Li 宋佰鹏 BP Song 常正实 ZS Chang 张大宁 DN Zhang 李文栋 WD Li 1 输变电设备绝缘与放电 2 特种电气装备绝缘与放电 3 放电等离子体及多学科应用 教师(10位): 教授(3)、副教授(4)、助理教授(3)；外聘工程师(2)、秘书(1) 国家级人才计划(2位): 国家杰青1人、青年千人1人； 在校学生(80多人): 20多位博士研究生、60多位硕士研究生 微信公众号 高 压 放 电 与 等 离 子 体 团 队 High Voltage Discharge and Plasma Group

目录放电有害性高压电力设备一>检测评估放电1：高压电力设备局部放电检测与评估技术2：变电站站域局部放电检测与定位技术特种电气装备一>抑制放电发生3：脉冲功率装置沿面放电机理及耐电特性提升4:高功率微波介质窗沿面击穿机理及耐电特性提升放电有益性一>利用放电等离子体5：低温等离子体的基础研究6：低温等离子体的多领域应用-9-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -9- 目录 1：高压电力设备局部放电检测与评估技术 2：变电站站域局部放电检测与定位技术 放电有害性 放电有益性 5：低温等离子体的基础研究 6：低温等离子体的多领域应用 高压电力设备—>检测评估放电 3：脉冲功率装置沿面放电机理及耐电特性提升 4：高功率微波介质窗沿面击穿机理及耐电特性提升 特种电气装备—>抑制放电发生 —>利用放电等离子体

目录放电有害性高压电力设备一>检测评估放电1：高压电力设备局部放电检测与评估技术2：变电站站域局部放电检测与定位技术特种电气装备一>抑制放电发生3：脉冲功率装置沿面放电机理及耐电特性提升4：高功率微波介质窗沿面击穿机理及耐电特性提升放电有益性>利用放电等离子体5：低温等离子体的基础研究6：低温等离子体的多领域应用-10-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -10- 1：高压电力设备局部放电检测与评估技术 2：变电站站域局部放电检测与定位技术 放电有害性 放电有益性 5：低温等离子体的基础研究 6：低温等离子体的多领域应用 高压电力设备—>检测评估放电 3：脉冲功率装置沿面放电机理及耐电特性提升 4：高功率微波介质窗沿面击穿机理及耐电特性提升 特种电气装备—>抑制放电发生 —>利用放电等离子体 目录