西华大学 高电压课件

1、1. 气体中带电质点的产生方式：碰撞游离（其动能大于气体质点的游离能，在和气体质点发生碰撞时，就可使气体质点产生游离分裂成正离子和电子）热游离（气体分子热运动状态引起的游离）光游离（光子来源分为伦琴射线、射线等高能射线，和气体放电本身产生的光子）表面游离（能量来源于正离子碰撞阴极、光电效应、强场发射、热电子发射）2. 气体中带电质点的消失方式：流入电极、逸出气体空间、复合3. 击穿：气体中电场强度达到一定数值后，气体中电流剧增，在气体间隙中形成一条导电性很高的通道，气体失去了绝缘能力，气体这种有绝缘状态突变为良导电状态的过程称为击穿4. oa段，电流随电压升高而增大呈线性关系，间隙中带电质点运

2、动速度加大，单位时间内通过所观察面的电子书增多；电压升到一定值Ua后，电流趋于饱和，取决于外界游离因素（紫外线光照射），而和电压无关，气隙仍能良好绝缘；电压升到Ub时电流随电压升高迅速增大，产生碰撞游离，形成电子崩。5. 电子崩的形成过程：B点后，外界游离因子在阴极附近产生了一个初始电子，该电子向阳极运动时引起碰撞游离，产生一个新的电子，初始电子和新电子继续向样机运动，又会引起新的碰撞游离，产生更多电子。6. 非自持放电：依靠外界游离因素支持的放电自持放电：只依靠电场就能维持下去的放电。只要*e*s-11，即阴极表面至少逸出一个电子。7. a)S一定时，若P增大，增大，碰撞次数增多，但电子两次

3、碰撞之间走过的路径变小，能量不足以引起游离，击穿电压升高；若P减小，随之减小，电子积蓄的能量够大，但碰撞次数减小，击穿电压也升高b)P一定时，若s增大，必然要升高电压才能维持足够的电场强度，使间隙击穿；若s减小，s太短时，电子由阴极运动到阳极时，碰撞次数太少，击穿电压也会升高。8. 气体放电的汤逊理论与流注理论的主要区别在哪里？他们各自的适用范围如何？答：区别：汤逊理论没有考虑到正离子对空间电场的畸变作用和光游离的影响放电时间不同阴极材料的性质在放电过程中所起的作用不同放电形式不同范围：汤逊理论:适用于低气压下小间隙的放电现象；流注理论：适用于一定范围（ps200(cm.133pa)），大气压

4、下的气隙击穿9.巴申定律及其适用范围：击穿电压与气体相对密度和极间距离乘积之间的关系。两者乘积大于0.26cm时,不再适用10.流注理论认为电子的碰撞游离和空间光游离是形成自持放电的主要因素。电子崩的游离过程集中于崩头，空间电荷的分布也是极不均匀的。11.不均匀电场中的放电：ke=Emax/Eav;电场的不均匀系数是最大场强与平均场强的比值；Eav=U/s，U-电极间电压，s-电极距离；Ke4后，是极不均匀场12. 什么是电晕放电？它有何效应？试例举工程上所采用的各种防晕措施在电场极不均匀时，随间隙上所加电压的升高，在大曲率电极附近很薄一层空气中将具备自持放电条件，放电仅局限在大曲率电极周围很

5、小范围内，而整个间隙尚未击穿；引起能量损耗电磁干扰，产生臭氧、氮氧化物对气体中的固体介质及金属电极造成损伤或腐蚀；加大导线直径、使用分裂导线、光洁导线表面；限制电晕的方法：改进电极的形状，增大电极的曲率半径（均压环、屏蔽环），超高压输电线路采用分裂导线。是极不均匀电场的特征之一，电晕的产生主要取决于电极的场强。13.在不均匀电场中气体间隙放电的极性效应是什么？答：带电体为正极性时，电晕放电形成的电场削弱了带电体附近的电场，而增强了带电体远处的电场电极，穿越电压减小而电晕电压增大；带电体为负极性时，与正极性的相反，正负极性的带电体不同叫极性效应14.负极性下的电晕起始放电电压较低； 负极性下的击

6、穿电压较正极性时为高15.冲击电压包括雷电放电造成的雷电过电压波和操作过电压波；雷电过电压波参数：T1=1.230%s，T2=5020%s，峰值容许误差3%，不同极性的标准雷电波形可表示为1.2/50s；操作冲击波形特征参数：波前时间Tcr=250s，允许误差为20%；半峰值时间T2=2500s，允许误差为60%；峰值允许误差3%；90%峰值以上持续时间Td未作规定。16. 试小结各种提高气隙击穿电压的方法，并提出适用于何种条件？改进电极形状，增大电极曲率半径，以改善电场分布，如变压器套管端部加球型屏蔽罩等；空间电荷对原电场的畸变作用，可以利用放电本身所产生的空间电荷来调整和改善空间的电场分布

7、；极不均匀场中屏障的作用，在极不均匀的气隙中放入薄片固体绝缘材料；提高气体压力可以大大减小电子的自由行程长度，从而削弱和抑制游离过程；采用高真空可以减弱气隙中的碰撞游离过程；高电气强度气体SF6的采用。17. 伏秒特性：工程上用气隙上出现的电压最大值与放电时间的关系来表征气隙在冲击电压下的击穿特性，称为气隙的伏秒特性1，2-波尾击穿3-波头击穿18. 总放电时间：tb=t0+ts+tf放电时延：tl=ts+tf升压时间t0:电压从零上升到静态击穿电压U0所需的时间；统计时延ts:从t0开始到气隙中出现第一个有效电子所需的时间； 放电发展时间tf：从出现有效电子到最后完成气隙击穿的时间，具有统计

8、性19.50%击穿电压U50%是指在该电压下进行多次试验，气隙击穿概率为50%20.电场形式对放电电压的影响： 均匀电场无极性效应，各类电压放电形式基本相同，分散性小； 稍不均匀电场无明显极性效应； 极不均匀电场放电分散性较大，且极性效应显著，主要影响因素是极间距离；21.电压波形对放电电压的影响： 对均匀和稍不均匀电场影响不大，对极不均匀电场影响相当大； 完全对称的极不均匀场：棒棒间隙（） 极大不均匀的极不均匀场：棒板间隙22.气体状态对放电电压的影响： 大气的湿度越大，气隙的击穿电压也会增高；但在均匀和稍不均匀场中，湿度影响可忽略，如球隙测量高电压； 海拔高度越高，空气的电气强度也将降低，

9、击穿电压越低； 外绝缘的放电电压随空气密度增大而提高； 提高气体压力时，可以提高气隙的击穿电压；压缩空气中湿度增加时，击穿电压明显下降，电场不均匀，下降更显著。23.气体的性质对放电电压的影响： 在间隙中加入高电强度气体，可大大提高击穿电压，主要指一些含卤族元素的强电负性气体，如SF624.沿面放电：在固体介质和空气的分界面上出现沿着固体介质表面的气体放电现象。多发生在绝缘子、套管与空气的分界面上。25.提高沿面放电电压的措施：屏障、屏蔽、表面处理、应用半导体材料、阻抗调节26.电介质的极化 极化：在电场的作用下，电荷质点会沿电场方向产生有限的位移现象，并产生电矩（偶极矩）；介电常数：电介质极

10、化的强弱可用介电常数的大小来表示，与电介质分子的极性强弱有关；极性电介质：具有极性分子的电介质，即使没有外电场的作用也具有力矩；非极性电介质：中性分子构成的电介质；极化的基本形式：电子式位移极化、离子式位移极化（不产生能量损失，无损极化）偶极子极化、夹层极化（有能量损失，有损极化）27.各种极化形式的特点电子式位移极化：时间很短，故r与外加频率无关；弹性碰撞，无能量损耗；温度影响小；离子式位移极化：时间稍长，r与外加频率无关；无能量损耗；r一般具有正温度系数；偶极子极化：极化所需时间长；非弹性，有能量损失；r最初随温度升高而增加，当热运动变得较强烈时，r又随温度升高而减小；夹层极化：特别缓慢，

11、且有能量损耗。28.泄漏电流：是由介质中自由或互相联系的弱带电质点运动造成的。 绝缘电阻：与泄漏电流相对应的电阻。一般指体积绝缘电阻。 介质的绝缘电阻决定了介质中的泄漏电流，服从欧姆定律29.气体的电导：外界射线使分子发生电离，和强电场作用下气体电子的碰撞电离； 液体的电导：离子电导和电泳电导； 固体的电导：离子电导和电子电导。30.介质损耗：在电场作用下电介质中总有一定的能量损耗，包括由电导引起的损耗和某些有损极化（例如偶极子、夹层极化）引起的损耗，总称介质损耗。定义：交流电压下介质的有功功率损耗。Tan31.提高液体电介质击穿电压的措施：提高油品质，采用覆盖、绝缘层、极屏障等绝缘结构32.

12、固体电介质的击穿（非自恢复绝缘） 电击穿：碰撞游离形成的电子崩，如雷电过电压； 特点：击穿过程极短；击穿电压高，介质温度不高；击穿场强与电场均匀程度关系密切，与环境温度无关 热击穿：固体介质会因介质损耗而发热，介质温度不断上升而导致绝缘的破坏，如介质分解、熔化、碳化、烧焦； 特点：击穿时间较长，击穿电压较低；击穿电压不随环境温度升高而减小，不随介质厚度成正比增加；击穿与周围媒质的热岛、散热条件及介质本身导热系数有关 电化学击穿：固体介质在长期运行过程中，由于介质内部发生局部放电等原因，使绝缘劣化，电气强度逐步下降并引起击穿；33.影响固体电介质击穿电压的主要因素：电压作用时间、温度、电场均匀程

13、度、受潮、累积效应、机械负荷34.电气设备的绝缘缺陷分为：集中性缺陷（制造过程中）、分布性缺陷（整体绝缘性能下降） 高压绝缘的试验：非破坏性实验（较低电压下）、破坏性试验或称耐压试验（模拟过电压）35.吸收比K是加压60s时的绝缘电阻与15s时的绝缘电阻的比值，K=R60/R15，有利于反应绝缘状态；K恒大于1，且越大表示绝缘性能越好。 大容量电气设备中，吸收现象延续很长时间，吸收比不能很好地反映绝缘的真实状态，可用极化指数再判断，R10/R1。36.绝缘电阻用兆欧表来测量。测量绝缘电阻能有效地发现总体绝缘质量欠佳；绝缘受潮；两极间有贯穿性的导电通道；绝缘表面情况不良。37泄漏电流的测量，原理

14、与测量绝缘电阻相似，能发现一些尚未完全贯通的集中性缺陷。在试品上的直流电压要比兆欧表高得多；加在试品上的直流电压是逐渐增大的，可在升压过程中监视泄漏电流的增长动向。38. 介损正切角tan能反映绝缘的整体性缺陷（例如全面老化）和小电容试品中的严重局部性缺陷。根据tan随电压而变化的曲线，可判断绝缘是否受潮、含有气泡及老化的程度。西林电桥测量法：交流电压作用下,调节R3和C4,使电桥达到平衡。此时,通过检流计的电流为零,说明A,B两点无电位差，ZXZ3=ZNZ4，最后得tan=C439.局部放电：高压电气设备绝缘内部存在一些缺陷，如气泡空隙、杂质等，在外电场作用下，这些异物附近将具有比周围更高的

15、场强，有可能引起该处物质产生放电现象。40.三比较法：若个别试验项目不合格，达不到规程的要求，可使用三比较方法。与同类型设备作比较 同类型设备在同样条件下所得的试验结果应该大致相同,若差别很大就可能存在问题在同一设备的三相试验结果之间进行比较 若有一相结果相差达50%以上,该相很可能存在缺陷与该设备技术档案中的历年试验数据进行比较 若性能指标有明显下降情况,即可能出现新的缺陷 41.绝缘的高电压实验：工频交流高压、直流高压、雷电冲击高压、操作冲击高压等模拟电气设备的绝缘在运行中收到的工作电压，用以考验各种绝缘耐受这些高电压作用的能力。 特点：具有破坏性试验的性质；一般在非破坏性实验项目合格通过

16、后进行。42.工频高电压的产生：高压试验变压器或其串级装置；对电缆、电容器等电容量较大的被试品，可用串联谐振回路来获得；工频高压装置是高压试验室中最基本的设备，也是产生其他类型高电压的设备的基础部件。43高压试验变压器的特点l 试验变压器本身应有很好的绝缘，但绝缘裕度小，试验过程中要严格限制过电压。 l 试验变压器容量一般不大l 外观上的特点：油箱本体不大而其高压套管又长又大。l 试验变压器与连续运行时间不长，发热较轻，因而不需要复杂的冷却系统。 l 漏抗大，短路电流较小，可降低机械强度方面的要求,节省制造费用。 44.绝缘的工频耐压试验l 工频交流耐压试验是检验电气设备绝缘强度的最有效和最直

17、接的方法。l 工频耐压试验可用来确定电气设备绝缘耐受电压的水平，判断电气设备能否继续运行，是避免其在运行中发生绝缘事故的重要手段。l 工频耐压试验时，对电气设备绝缘施加比工作电压高得多的试验电压，这些试验电压反映了电气设备的绝缘水平。45. 工频高压试验的基本接线图以试验变压器或其串级装置作为主设备的工频高压试验（包括耐压试验）的基本接线如下图所示。试验变压器的输出电压必须能在很大的范围内均匀地加以调节，所以它的低压绕组应由一调压器来供电。46.工频高压试验的实施方法l 按规定的升压速度提升作用在被测试品TO上的电压，直到等于所需的试验电压U为止，这时开始计算时间。l 为了让有缺陷的试品绝缘来

18、得及发展局部放电或完全击穿，达到U后还要保持一段时间，一般取一分钟。l 如果在此期间没有发现绝缘击穿或局部损伤（可通过声响、分解出气体、冒烟、电压表指针剧烈摆动、电流表指示急剧增大等异常现象作出判断）的情况，即可认为该试品的工频耐压试验合格通过。47.直流高电压的产生l 将工频高电压经高压整流器而变换成直流高电压。 l 利用倍压整流原理制成的直流高压串级装置（或称串级直流高压发生器)能产生出更高的直流试验电压48.直流高压试验的特点 最常见的直流高压试验为某些交流电气设备（油纸绝缘高压电缆、电力电容器、旋转电机等）的绝缘预防性试验。 和交流耐压试验相比主要有以下一些特点：l 只有微安级泄漏电流

19、，试验设备不需要供给试品的电容电流，试验设备的容量较小，可以做的很轻巧，便于现场试验。 l 试验时可同时测量泄漏电流，由所得得“电压电流”曲线能有效地显示绝缘内部的集中性缺陷或受潮。l 在直流高压下，局部放电较弱，不会加快有采购绝缘材料的分解或老化变质，一定程度具有非破坏性试验的性质。 l 直流电压下，绝缘内的电压分布由电导决定，因而与交流运行电压下的电压分布不同，所以交流电气设备的绝缘考验不如交流耐压试验那样接近实际。49. 直流高压试验的基本接线:若高压静电电压表PV2量程不够,可改为球隙、高值电阻串接微安表或高阻值直接分压器来测量高压50.冲击高电压试验l 研究电气设备在运行中遭受雷电过

20、电压和操作过电压的作用时的绝缘性能。 l 许多高压试验室中都装设了冲击电压发生器，用来产生试验用的雷电冲击电压波和操作冲击电压波。 l 高压电气设备在出厂试验、型式试验时或大修后都必须进行冲击高压试验。 51.冲击高电压的产生52.多级冲击电压发生器单级冲击电压发生器能产生的最高电压一般不超过200300kV;因而采用多级叠加的方法来产生波形和幅值都能满足需要的冲击高电压波。53内绝缘冲击耐压试验 l 电气设备内绝缘的雷电冲击耐压试验采用三次冲击法，即对被试品施加三次正极性和三次负极性雷电冲击试验电压。（1.2/50us全波）。 l 对变压器和电抗器类设备的内绝缘，还要进行雷电冲击截波（1.2

21、/2/2-5us)耐压试验,其对绕组绝缘(特别是纵绝缘)的考验往往更加严格。54.外绝缘冲击耐压试验 l 可采用15次冲击法，即对被测试品施加正、负极性冲击全波试验电压各16次，相邻两次冲击的时间间隔应不小于1min。在每组15次冲击的试验中，如果击穿或闪络的闪数不超过2次，即可认为该外绝缘试验合格。l 内、外绝缘的操作冲击高压试验的方法与雷电冲击全波试验完全相同。55.高电压的测量技术l 高电压试验除了要有产生各种试验电压的高压设备，还必须要有能测量这些高电压的仪器和设备。 l 电力系统中，广泛应用电压互感器配上低电压表来测量高电压；但此法在试验室中用得很少。试验室条件下广泛应用高压静电电压

22、表、峰值电压表、球隙测压器、高压分压器等仪器测量高电压。 l 国标规定，高电压的测量误差一般应控制在3以内。 56.静电电压表l 静电电压表测交流时为其电压有效值,测带脉动的直流时近似为其平均值。l 静电电压表不能用于测量冲击电压。l 静电电压表的内阻很高，在测量时几乎不会改变被测试样上的电压l 大气中工作的高压静电电压表量程上限在50-250kV;SF6气体中可达500-600kV。更高的电压需配合分压器使用57.峰值电压表 峰值电压表的制成原理通常有两种，一种是利用整流电容电流测量，另一种是利用整流充电电压测量。峰值电压表可分为交流峰值电压表和冲击峰值电压表。58.球隙测压器l 测量球隙由

23、一对相同直径的金属球构成，测量误差2%-3%,满足大多数工程测试的要求。l 当球隙距离d与直径D之比不大时，球隙间的电场为稍不均匀电场，其击穿电压决定于球隙间的距离。l 能直接测量高达数兆伏的各类高电压峰值。优点：l 击穿时延小，放电电压分散性小，具有比较稳定的放电电压值和较高的测量精度 l 50%冲击放电电压与静态（交流或直流）放电电压的幅值几乎相等。 l 由于湿度对稍不均匀场的影响较小，可不必对湿度进行校正。59.高压分压器 被测电压很高时，采用高压分压器来分出一小部分电压，然后利用静电电压表、峰值电压表、高压示波器等来测量。60.各类测量方式的应用场合 静电电压表可测交流和直流,但不能测冲击电压。 峰值电压表可用来测交流电压和冲击电压峰值。 球隙可用来测高达数兆伏的交流、冲击峰值和直流电压。 电压特别高时，需配合分压器使用。直流高压测量只能使用电阻分压器。交流和冲击高压可使用电阻、电容和阻容分压器。61.过电压：电力系统中出现的对绝缘有危险的电压升高和电位差升高；62.波速和波阻抗的计算公式：v=1L0C0，Z=L0C0;架空线路上波速与光速相同，电缆中波速为（1