高电压第7次课ppt课件

1、2.5.2 2.5.2 固体电介质的电击穿固体电介质的电击穿介质中存在少量传导电子在高E作用下与晶格碰 撞碰撞游离击穿特点： (1)是高电场下（106107V/cm ）造成的，发展时间极短 106108秒 (2)UbUb与电压作用时间无关，只有当作用时间短到s级时，Ub才 (3)电介质发热不显著，温度不高 (4)Eb与电场均匀程度有关，而与周围环境温度高低无关电介质在长期运行中会发生环境老化：太阳光、雾、氧、臭氧、污秽盐酸碱等引起电气性能电老化：在E作用下电介电离氧化形成新的物质使绝缘性能热老化：由高温引起热裂解氧化解交联低分子挥发物的逸出机械强度变软、变形电气性能绝缘性能以至在正常工作U下短

2、时过电压下击穿电化学击穿：电化学击穿：电化学击穿2.5.3 2.5.3 影响固体电介质击穿电压的因素影响固体电介质击穿电压的因素1.1.电压作用时间电压作用时间时间短电击穿热击穿起决定作用电热联合作用时间长2.2.电场均匀程度电场均匀程度均匀介质处于均匀电场中Ub较高Ub介质厚度d均匀介质在非均匀电场中不均匀介质在均匀电场中边缘效应电场边缘处有局部放电引起Ub下降dUb稍有电场更不均匀散热能力工程中不能依靠 d来 Ub3.3.受潮受潮受潮后Ub会迅速对不易受潮材料如聚四氟乙烯受潮后击穿电压降一半左右；对容易受潮材料如纸、纤维等受潮后冲击电压可降为几百分之一4.4.累积效应累积效应 Ub随作用次

3、数 而这是因为在U作用下受到了不完全击穿的损害，是不可逆过程，再次作用会使损害进一步发展1.1.改进绝缘设计改进绝缘设计采用合理的绝缘结构，改善电极形状及表面光洁度，尽量使电场均匀，消除接触气隙，确保可靠密封2.2.改进制作工艺改进制作工艺尽可能消除残留的杂质、气泡、水分等3.3.改善影响环境改善影响环境防潮、防尘和防止有害气体的侵蚀，加强散热冷却2.6 2.6 电介质的老化电介质的老化绝缘介质老化的概念及原因绝缘介质老化的概念及原因u绝缘的老化绝缘的老化电气设备的绝缘在长期运行过程中会发生一系列物理变化和化学变化，致电气设备的绝缘在长期运行过程中会发生一系列物理变化和化学变化，致使其电气、机

4、械及其他性能逐渐劣化的现象。使其电气、机械及其他性能逐渐劣化的现象。绝缘介质老化的概念绝缘介质老化的概念u热、电、机械力、水分、氧化、各种射线、微生物等因素的作用。热、电、机械力、水分、氧化、各种射线、微生物等因素的作用。绝缘介质老化的因素绝缘介质老化的因素 2.6.1 2.6.1 局部放电老化局部放电老化概念：长期的局部放电使绝缘（特别是有机材料）的劣化损伤逐步扩大，甚至可使整个绝概念：长期的局部放电使绝缘（特别是有机材料）的劣化损伤逐步扩大，甚至可使整个绝缘在工作电压下发生击穿或沿面闪络。缘在工作电压下发生击穿或沿面闪络。局部放电引起介质劣化损伤的机理局部放电引起介质劣化损伤的机理（1）带

5、电粒子对介质表面的撞击，使有机介质主链断裂，高分子解聚或部分变成低分子。（2）局部温度上升，放电区域内的高温使材料产生化学分解。（3）局部放电产生的活性气体的氧化及腐蚀作用使介质逐渐劣化。（4）放电产生的紫外线或波长较长的软X射线，导致介质分解、解聚。各种绝缘材料耐局部放电的性能有很大差别各种绝缘材料耐局部放电的性能有很大差别： 云母、玻璃纤维等无机材料有很好的耐局部放电能力 旋转电机采用云母、树脂作为绝缘材料 有机高分子聚合物等绝缘材料的耐局部放电的性能比较差局部放电的发展过程局部放电的发展过程： 气隙电容Cc上电压uc达到气隙放电电压us气隙局部放电气隙电容Cc上电压降为ur局部放电熄灭外

6、加电压上升2.6.2 2.6.2 热老化热老化概念：在高温的作用下，电介质在短时间内就会发生明显的劣化；即使温度不太高，概念：在高温的作用下，电介质在短时间内就会发生明显的劣化；即使温度不太高，但如作用时间很长，绝缘性能也会发生不可逆的劣化，这就是电介质的热老化。但如作用时间很长，绝缘性能也会发生不可逆的劣化，这就是电介质的热老化。 温度越高，绝缘老化得越快，寿命越短。温度越高，绝缘老化得越快，寿命越短。绝缘材料的耐热等级划分绝缘材料的耐热等级划分热老化规则：热老化规则： 8规则：对A级绝缘介质，如果它们的工作温度超过规定值8时，寿命约缩短一半。 相应的对相应的对B B级绝缘和级绝缘和H H级

7、绝缘则分别适用级绝缘则分别适用1010和和1212规则规则 介质的老化过程介质的老化过程固体介质的热老化过程固体介质的热老化过程 受热带电粒子热运动加剧载流子增多载流子迁移电导和极化损耗增大介质损耗增大介质温升加速老化 液体介质的热老化过程液体介质的热老化过程 油温升高氧化加速油裂解分解出多种能溶于油的微量气体绝缘破坏 2.6.3 2.6.3 绝缘受潮绝缘受潮水分和其他脏污组成弱电解质，使电导和介质损耗增大，加速热老化水分和其他脏污组成弱电解质，使电导和介质损耗增大，加速热老化水分使化学反应进行得更活跃，产生气体，形成气泡，引起局部放电水分使化学反应进行得更活跃，产生气体，形成气泡，引起局部放

8、电水分使局部放电产生氮的氧化物变成酸性物质腐蚀金属，使纤维及其他绝缘老化水分使局部放电产生氮的氧化物变成酸性物质腐蚀金属，使纤维及其他绝缘老化 u在潮湿地区要选用吸湿性小、憎水性强的材料。一般而言，非极性电介质吸湿性低，极在潮湿地区要选用吸湿性小、憎水性强的材料。一般而言，非极性电介质吸湿性低，极性电介质吸湿性较强性电介质吸湿性较强机械应力机械应力u有脆性、塑性和弹性三种。对绝缘老化的速度有很大的影响，产生裂缝，导致局部放有脆性、塑性和弹性三种。对绝缘老化的速度有很大的影响，产生裂缝，导致局部放电；电；化学性能及抗生物性化学性能及抗生物性u化学性能指材料的化学稳定性如耐腐蚀性气体、液体溶剂等抗

9、生物性指材料抗霉菌、化学性能指材料的化学稳定性如耐腐蚀性气体、液体溶剂等抗生物性指材料抗霉菌、昆虫的性能，在湿热地区尤为重要昆虫的性能，在湿热地区尤为重要影响绝缘介质老化的其他因素影响绝缘介质老化的其他因素P40 P40 习题习题 2.1 2.3 2.72.1 2.3 2.7作作 业业电气设备绝缘中总会存在缺陷缺陷制造时制造时潜伏下了的运行中运行中热、电、化学、机械力等作用下产生和发展的3.1 概述概述 按方法方法分： 非破坏性试验（检查性试验）非破坏性试验（检查性试验）在较低电压下测定绝缘的某些方面的特性及其变化情况，从而间接判断绝缘的状况。由于所加电压低，通常不会导致绝缘的击穿损坏，故称为

10、非破坏性试验或检查性试验 破坏性试验（耐压试验）破坏性试验（耐压试验）模拟设备绝缘在运行中可能受到的危险的过电压状况，对绝缘施加与之等价的高电压来进行试验，从而考验绝缘耐受这类电压的能力。由于所加电压高。可能导致绝缘的破坏，所以称为破坏性试验或耐压试验。 两类试验的关系两类试验的关系： 非破坏性试验非破坏性试验的结果，可以分析有些缺陷，如受潮、局部过热、个别零部件绝缘损坏、绝缘油劣化、杂质较多等。检查后可防患于未然，及时处理，排除缺陷，但还未找到与击穿电压确切的定量关系 破坏性试验破坏性试验确切、可靠、使人信服，最易发现问题，缺点是（a）缺陷必须发展到较严重程度时才能以击穿破坏形式揭示出来（b

11、）有可能损坏缺陷本来可以设法排除的设备（c）由于累积效应可能影响使用寿命 通常是先作非破坏性试验作初步判断，发现问题后进行处理，再作非破坏性试验，待非破坏性试验未发现问题后再作破坏性试验 这两类试验均必不可少，各有特点，不能相互代替，只能互为补充才能达到完善有效地考核绝缘特性破坏性试验（即耐压试验）包含的种类：交流耐压试验直流耐压试验雷电冲击耐压试验操作冲击耐压试验二、测量绝缘电阻与吸收比的方法二、测量绝缘电阻与吸收比的方法测量仪表：一般用兆欧表进行绝缘电阻与吸收比的测量。为了测准吸收比，需用灵敏度足够高的兆欧表兆欧表的电压：500、1000、2500、5000V等兆欧表的种类摇表：现场仍较多

12、采用带有手摇直流发电机的兆欧表，俗称摇表晶体管兆欧表：采用电池供电，晶体管振荡器产生交变电压，经变压器升压及倍压整流后输出直流电压兆欧表选择：根据设备电压等级的不同，选用不同电压的兆欧表额定电压1kV及以下者使用1000V兆欧表1kV以上者使用2500V兆欧表绝缘电阻绝缘电阻和吸收比吸收比是反映绝缘性能最基本的指标，通常采用兆欧表兆欧表进行测量流比计流比计：两个相互垂直绕向相反处于同一磁场固定在一起的电压线圈LV和电流线圈LA两个力矩差作用下，线圈带动指针旋转，直到两个力矩平衡)()()(xVxAAVRfRRRfIIf三个端子：L L 接被试品的高压导体 E E 接被试品外壳或地 G G 接被

13、试品屏蔽环或屏蔽电极消除表面电阻影响表的额定电压：500、1000、2500、5000V等测量绝缘电阻及吸收比可可反映的绝缘缺陷：（1） 总体绝缘质量欠佳（2） 绝缘受潮（3） 两极间有贯串性的导电通道（4） 绝缘表面情况不良（比较有或无屏蔽极时所测值）不能不能反映的缺陷：（1）绝缘的局部缺陷（如非贯串性的局部损伤、含有气 泡、分层脱开等）（2）绝缘的老化（即使老化其绝缘电阻仍可能相当高） 用兆欧表测绝缘电阻实质是测通过被试品的泄漏电流，只是所加电压较低。为了提高准确度，可在试品上施加直流高压测其泄漏电流，这是比兆欧表更为灵敏和有效判断绝缘优劣的另一种方法，并且还可结合直流耐压试验进行 工程上

14、：35kV及以下设备用1035kV 变压器绕组泄漏电流试验110kV及以上设备用40kV 由于采用A表来测量，比兆欧表精确特点：1.试验电压高，并可随意调节，更容易将绝缘本身的弱点 暴露出来2.泄漏电流可由A表随时监测，灵敏度高 一般以一分钟时泄漏电流值为判断依据 如一台220kV断路器用兆欧表测各相绝缘电阻均在2500M以上 当用40kV直流测泄漏时，发现两相为2A，另一相为60 A， 最后发现该相支柱瓷套有裂纹3.可以根据I=f(t)和I=f(u)的关系进行全面分析实践证明：是判断绝缘情况的一种较灵敏的方法 特别是对受潮、老化等分布缺陷比较有效，对于小体积设备更加灵敏。 例如：一台110k

15、V大型变压器上测得总的tg为0.4为合格的，但套管分开单独测tg达3.4为不合格。 当大设备的绝缘由几部分组成时，最好能分别测各部分的tg，以便于发现缺陷。 因此，它是绝缘试验中一项较重要的项目。1.测试电路 测量tg一般采用交流高压电桥，对于大容量试品（如电力电容器和长电缆）可采用功率因数瓦特表通用电桥电桥平衡时：A、B两点无电压差Z1Z4=Z2Z3西林电桥接线原理图正接法试品低压端可不接地U：外加电源电压 一般为几千伏几十千伏CxRx被试品G：共振式交流检流计电桥平衡时利用灯光将检流计指示发射到电桥面板的毛玻璃上成一条光线不平衡时则成光带所以又称光带式检流计Cn：标准电容 无损空气介质电容

16、tg00.1Cn不随环境t、湿度及所加U的f、Umax而变常用50或100pf1pfR3：无感可调电阻元件R4：无感固定电阻C4：可调电容 反接法试品低压端必须接地 要求： a.进出线及内部对外壳有良好的电气绝缘和电磁屏蔽 b.电桥处于高电位，R3和C4的调节需用绝缘柄接地的屏蔽箱3241zzzz xxxxxxcjRcjRcjRZ 1111ncjz12 33Rz 44414RcjRz ncccRRRRx41242242423)( )(4242341cccRRRnx 调节R3和C4使电桥平衡，检流计指示ig=0电桥平衡时：实部和虚部分别相等3184100004 RxRxctg1 44410000

17、2cfcR 6410 c4c （微法）在分度盘上C4的数值就直接以tg(%)来表示，读数极为方便3434211RRtgRRnnxccc 注意事项：a.电桥本体必须加以屏蔽b.被试品和标准无损电容器连到电桥本体的引线也要使用屏蔽导线3.5 3.5 工频交流耐压试验工频交流耐压试验 在检查性试验合格后进行模拟设备绝缘在运行中可能受到的危险的过电压状况，对绝缘加之等价的高电压来进行试验，从而考验耐受这类过电压的能力，暴露在检查性试验中未发现的缺陷，尤其对局部缺陷更加有效。（一）控制柜操作手动马达100kV及以内100kV以上信号绿灯红灯调压器100kV及以内保护击穿后的过流保护（二）调压器1.自耦调

18、压器：S0=(0.75-1)S试验T特点：调压范围广、功率损耗小、波形畸变小、体积小、价廉 适用：单相10kVA 缺点：功率较大时，滑动触头的发热、部分线匝被短路等引起问题较严重2.移圈式调压器： 特点：容量大 适用：100kV及以上的试验变压器 缺点：波形有畸变1主绕组2辅助绕组匝数相同绕向相反串联后组成初级绕组3补偿绕组补偿负载压降和初级绕组压降4短路线圈经涡轮蜗杆上下移动影响磁通分布改变输出电压单相接触式调压器各种接触式调压器3.电动发电机组：特点：波形好、可均匀调节输出电压适用：对试验要求较高的大型制造厂和试验基地缺点：容性负荷较大时可能产生自励磁、投资大、运行 费用高（三）试验变压器

19、 一般为单相，原理与单相电力变压器相同，高低压绕组 作用：产生工频高电压，考核绝缘承受长时间工作电压及瞬时过电压的能力 如研究：高压输电线路的气体绝缘间隙、电晕损耗、静电感应、长串绝缘子的闪络电压、电气设备内部绝缘中的局部放电及带电作业等；超高压及特高 压内绝缘或外绝缘的操作冲击波作用下的击穿规律及击穿数值工频试验变压器是的电源试验变压器输出电压大大超过电力变压器我国及世界多数工业发达国家最高试验变压器为2250kV,个别国家为3000kV产生工频试验电压直流高压和冲击高压特点： （1）试验变压器：容性负载 电力变压器：感性负载（2）容量小主要是获得高压，不是为了传输功率只足以提供给被试品闪络

20、（或击穿）前 电容电流ic漏导电流iR局部放电电流预放电电流且仍能维持足够稳定的电压保证被试品上有必要的U试击穿时有一定的短路电流也就是试验变压器容量可根据U试和Cx或只根据Cx或1kVA/1kV原则估计fRCCRnRx61011000050334 6102 试UfCIxR3可以在测tg时得到S试验变压器IUe高压侧额定电压 kVA1002试xUCS 或1kVA/1kV原则 即一般试验变压器为1A（一般干试0.1A、湿试0.5A、大泄漏电流设备湿试1A、污秽试验5A、最大15A）而电力变压器的容量就大得多 A 或 我国单台试验变压器Ue: 5、10、25、35、50、100、150、250、3

21、00、500、750kV（3）试验变压器工作时经常要放电 电力变压器运行时短路事故少，即使发生事故继保 会立即将其跳开。（4）电力变压器运行中受大气过电压及操作过电压的侵 袭，而试验变压器不受大气过电压的作用。（5）试验变压器工作时间短，常常为1min. 电力变压器几乎终年或多年额定电压下满载运行。（6）试验变压器工作温度低，故无散热装置 电力变压器温升高，故有散热管、风冷、强迫油循 环冷却（7）试验变压器运行条件优于电力变压器 绝缘裕度小 试验变压器U出厂试一般只比Ue高1020 其中50250kV 高25kV 500kV 高10 220kV电力变压器出厂 1 min.工频耐压试验电压为 3

22、24400kV 330kV电力变压器出厂 1 min.工频耐压试验电压为 510kV （8）带激磁绕组供电的串级变压器 U试500-750kV 单台变压器在制造、运输均有困难，因此只能串级方式（四）保护电阻Rb常用水阻无色透明的玻璃管或有机玻璃管装蒸馏水作用：（1）在试品击穿或闪络时，由于电容的存在，U不会突变，产生一个波头极陡的击穿过电压波，可能危胁变压器的纵绝缘， Rb这时承受大部分压降，保护变压器纵绝缘 （2）限制短路电流保护变压器要求：（1）阻值：0.11/1V(试验电压） （2）热容量：管直径5cm （3）保证不发生沿面闪络，足够的爬距（管长） 5kV(max)/1cm 再加裕度Cx

23、大取下限Cx小取上限（五）球隙保护电阻球隙放电时保护球隙表面不被烧 伤、阻尼试品击穿或闪络时的振荡过程 一般取0.11M 稳态：容升效应 试品一般为容性的R1+jL1：电源、调压器、试验变压器初级绕组漏阻抗R2+ jL2：变压器次级绕组漏阻抗L：变压器励磁阻抗 L远大于L1和L2 可视为开路1/ jCx：负载的容抗试品上的电压Ucx将高于电源电压U 容升效应 需对试品上的电压直接测量，不能通过变比计算 暂态：（1）调压器非零位时合电源 产生高频振荡过电压危 及变压器主、纵绝缘 控制电路应该保证调压器回零后才能合电源（2）尚有高电压时切断电源 产生类似“切空变”过电压 控制电路应该保证变压器回零

24、后才能切断电源 （3）试品突然被击穿 产生陡波危及变压器纵绝缘 保护水阻起阻尼作用、过流保护及时切断电源国标：测量交流高压峰值或有效值总误差在3范围内 测量方法： 间接法：通过试验变压器低压侧电压表P3、P4间接反映高压侧电压 由于“容升效应”可能导致试品上电压过高 故不允许 直接法： C.M.电流测压 V.D.分压器 S.V. 静电电压表 G 球隙1.1.球隙测量球隙测量 传统方法，现较少采用当S球间距/D球直径不大时，球间隙为稍不均匀电场 Ub=f(S)国标GB311.61983、IEC52-3-60给出各种条件下工频击穿电压与标准球隙间距离的关系 见本章附录 要求: （1）S1min. （4）各次Ub与平均值之间的偏差3% 特点： （1）精确度较高、投资小 （2）操作复杂、不方便 （3）受气候条件影响，特别是湿度、污秽、球表面情况 （4）测量值为峰值，可测量直流、交流、冲击电压2.2.静电电压表（静电电压表（S.V.S.V.）u2 F电动力 偏转角u2因此测得的数值为交流电压的有效值特点：（1）两极间C约为1030pf，空气漏电小 输入阻抗高（2）电源频率f、大气条件、外界磁场干扰影响小 频率范围：直流1MHz