高压教案 (1)

1、山西电院教案纸 续 页 教 学 内 容 及 板 书过 程 设 计 及 提 示 绪论 高电压技术Gao electric voltage technique的研究对象： 一、 电气装置的绝缘 绝缘的测试 电力系统的过电压电介质：气体作外绝缘 固体 内绝缘 液体电力系统过电压： 雷电过电压：直击雷过电压、感应雷过电压 内部过电压：操作过电压暂时过电压：工频电压升高 谐振过电压一、 高电压技术的发展现状 远距离 大容量输电 我国现有电网以500KV交流和500KV直流系统为主，电力输送能力和规模受到制约，我国第一条1000KV交流输电线： 长治至荆门 绝缘的作用是将不同点位的导体分隔开。 在电压相对

2、较低时，绝缘中发生极化、电导、损耗对绝缘运行产生重要影响。当作用到绝缘上的电压超过临界值，击穿变为导体。解析定义： 过电压： 超过设备最大运行电压的电压。雷电过电压:雷电放电引起直击雷感应雷雷击输电线路产生直击雷过电压不仅危害线路，还会沿线路想变电站传播，形成“入侵波”内部过电压：来源于电网本身。操作过电压：开关操作或事故引起电网中电磁场转化。工频电压升高：电容效应、单项接地、发电机突然甩负荷。谐振过电压：电感、电容参数配合不当本课学习目的：正确处理电力系统中过电压与绝缘矛盾。“重发电轻供电”电网建设滞后特高压电网：合理利用资源，节约建设投资，降低运行成本，降低网损，减少弃水提高火电设备利用率

3、，节约土地资源。第一章 电介质的极化（The pole turn）、电导和损耗（Exhaust）电解质是具有电阻率;1061019电介质的极化一、 电介质的极性及分类 分子键：分子间的结合力 化学键：离子键、共价键二、 电介质极化的概念和极化的种类 极化： 极化的基本形式1、 电子式极化即由电子发生相对位移形成的极化存在于一切电介质中。特点;(1) j极化所需时间极短。10-15s。(2) 极化与频率无关。(3) 极化过程无能耗。(4) 极化受温度影响小。2、 离子式极化：离子的位移造成的极化称为离子式极化。发生于离子结构的电解质中。特点：（1） 极化所需时间较短，10-13S.（2） 极化过

4、程无能耗。（3） 温度对极化有影响。 极化过程随温度升高而增大。 电负性;指原子获得电子的能力。在没有外电场作用时，电解质整体对外没有极性，当有外电场沿电场方向的两端形成等量异号电荷，对外呈极性。去掉外电场，自动回到原来的非极性状态。温度升高：1、离子间结合力减少，极化程度增强。2、离子密度减少，极化程度减低。总之：1的影响大于23、 偶极子式极化:偶极子转向引起发生于极性电解质中。特点;(1) 极化所需时间较长10-10s10-2s.(2) 极化与品频率有关。(3) 极化过程有能耗。(4) 温度影响大。4、 空间电荷极化：自由离子的移动。 夹层极化：S闭合瞬间：一般故C1、C2上电荷要从新分

5、配，夹层电解质界面上出现电荷集聚。特点：（1） 夹层极化缓慢，时间长。（2） 有能耗。外加电压频率增加，极化减低。偶极子转向时要克服分子间的吸引力，温度增加，1、分子性结合力减低极化程度增加。2、分子热运动加剧，妨碍偶极子转向，极化减低。总之:取决于1、2相对强弱。小结：极化种类 产生场合 所需时间 能耗产生原因只在低频电压下完成极化三、 电解质的相对介电常数真空电容量C0=Q0/U=0S/d插入固体电解质C0=Q0+Q/U=0S/d相对介电常数：r=/0 四、极化在工程上的意义第一节 电介质的电导一、 电介质电导的基本概念电导率表征电介质导电性能的主要物理量，其倒数为电阻率。按载流子的不同，

6、电介质的电导又可分为离子电导和电子电导两种。 电介质电导：离子性电导金属电导：电子性电导1、 电子电导：一般很微弱，因为介质中自由电子数极少；如果电子电流较大，则介质已被击穿。2、离子电导： 本征离子电导：极性电介质有较大的本征离子电导，电阻率10101014 杂质离子电导：在中性和弱极性电介质中，主要是杂质离子电导，电阻率10171019 3、电泳电导：载流子为带电的分子团，通常是乳化状态的胶体粒子（例如绝缘油中的悬浮胶粒）或细小水珠，他们吸附电荷后变成了带电粒子。4、表面电导：对于固体介质，由于表面吸附水分和污秽存在表面电导，受外界因素的影响很大。所以，在测量体积电阻率时，应尽量排除表面电

7、导的影响，应清除表面污秽、烘干水分、并在测量电极上采取一定的措施。二、 气体电解质的电导UUBIOCBAUOUA三、 液体电解质的电导固体、液体介质的电导率与温度T 的关系： 温度影响：温度升高，电导增加 杂质影响：杂质含量升高，电导增加。四、 固体电解质的电导 体积电导：固体电解质内部，在电场中传导电流的能力。 表面电导：由表面附着的水分和污物引起。五、电解质在工程上的意义电介质导电靠介质内部的自由离子金属导电靠金属内部大量的自由电子OUA:符合欧姆定律UUA:单位时间内气隙中带电质点在相同的时间内已全部落入电极。UUB：出现了新的游离过程。UU0：气体变为良导体。低电场下液体电解质有一定的

8、电导原因：一、 液体分子和杂质分子离解为离子;l离子电导。二、 液体中胶体质点吸附电荷：电泳电导表面电导： 亲水性介质：玻璃 陶瓷 憎水性介质：石蜡 硅 有机物 式中：A、B 为与介质有关的常数，其中固体介质的常数B 通常比液体介质的B 值大的多。T 为绝对温度，单位为K 。该式表明, 随温度T 按指数规律上升。 UOIabc四、固体电介质的电导分为体积电导和表面电导 中性或弱极性固体电介质的体积电导主要有杂质离解所引起。 影响固体电介质电导的因素主要有电场强度、温度和杂质。五、电介质电导在工程上的意义 （1）电介质电导的倒数即为介质的绝缘电阻。（2）多层介质串联时在支流电压下各层的稳态电压分

9、布与各层介质的电导成反比，故对直流设备应注意电导率的合理配合。 （3）电介质的电导对电气设备的运行有重要影响。第二节 电解质的损耗一、介质损耗的基本概念 1、电解质的等值电路（直流电压）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。直流下：电介质中没有周期性的极化过程，只要外加电压还没有达到引起局部放电的数值，介质中的损耗将仅由电导组成，所以可用体积电导率和表面电导率说明问题，不必再引入介质损耗这个概念了。交流时：流过电介质的电流 ic:由无损极化（电子式极化和离子式极化）造成。瞬时脉冲性质。ia：由有损极

10、化（偶极子转向极化和夹层极化）造成。衰减缓慢。ig:由电导造成。i 由以上三个电流合成。等值电路交流电压作用下：（电路更简化）等值电路或重点：提问：电解质极化的种类和特点Ca:有损极化形成的电容。ra 有损极化形成的等值电阻。2、介质损失角正切（交流电压下0讨论（1） 反映介质在交流电压下损耗的大小。（2） 仅取决于介质本身的特性和状况。二、气体电解质的损耗1.气体介质损耗 气体中的电场强度达到放电起始场强E0时，气体中发生局部放电，这时损耗将急剧增大。三、液体电解质的损耗（1）中性和弱极性液体介质 损耗主要由电导引起，其损耗率（单位体积电介质的功率损耗）为：（W/cm2）式中：-电介质的电导

11、率，S/cm；E -电场强度V/cm。 与温度有指数关系，P0也以指数规律随温度的上升而增大。极性液体介质的损耗 与温度的关系如图所示。在低温时，极化损耗和电导损耗都较小，随着温度的升高，液体的粘度减小，偶极子转向极化增加，电导损耗也在增大，所以总的 亦上升，并在tt1时达到极大值；在t1<t<t2的范围内，由于分子热运动的增强妨碍了偶极子沿电场方向的有序排列，极化强度反而随温度的上升而减弱，由于极化损耗的减小超过了电导损耗的增加，所以总的 曲线随t的升高而下降，并在t=t2时达到极小值。在t>t2以后，由于电导损耗随温度急剧上升、极化损耗不断减小而退居次要地位，因而 就随时

12、间t的上升而持续增大。四、固体电解质的损耗 与液体电解质的类似(1)无机绝缘材料：云母、陶瓷、玻璃云母：由电导引起损耗，介质损耗小，耐高温性能好，是理想的电机绝缘材料，但机械性能差； 电工陶瓷：既有电导损耗，又有极化损耗；20ºC和50Hz时 25； 玻璃：电导损耗极化损耗，损耗与玻璃成分有关。(2)有机绝缘材料可分为非极性和极性非极性有机电介质：只有电子式极化，损耗取决于电导； 极性有机电介质：极化损耗使总损耗较大。五、电解质的损耗在工程上的意义。第二章 气体电解质的击穿特性击穿电压击穿场强 表征气体的绝缘性能第一节 气隙中带电质点的产生和消失一、 原子弹激发和游离 激发（激励）：

13、云子获得能量较小。 游离：原子获得能量足够大。二、 气体间隙中带点质点的产生 来源：1、 气体分子本身的游离：碰撞游离、光游离、热游离2、 气体中的金属表面的游离：正离子撞击阴极表面、短波光照射、强场放射、热电子放射。三、 气体间隙中带电质点的消失 去游离：与两电极的电量中和、扩散、复合气体间隙发生击穿时的最低临界电压击穿电压与间隙距离比能级：原子具有一条列可取的确定的位能“跃迁”激发能：激发所需的能量游离能自由行程：任一带电质点每两次碰撞之间自由走过的距离。平均行程：碰撞游离主要由电子和气体分子碰撞引起，离子和气体碰撞游离概率小。逸出功：电子从阴极中释放出来需要一定的能量。提问：“复合的条件

14、是什么？” 复合产生的光子可能引起光游离第三章液体和固体电介质的击穿特性第一节 液体电介质的击穿特性一、液体电介质的种类： 1、从石油中提炼出来的的中碳氢化合物组成的矿物油。 2、人工合成的液体介质。二、液体电解质的击穿机理 （一）形成：1、电击穿 2、由液体中所含的杂质引起的气泡击穿。 （二）、电击穿过程 在外电场足够强时，电子在碰撞液体分子可引起电离，使电子数倍增，形成电子崩。同时正离子在阴极附近形成空间电荷层增强了阴极附近的电场，使阴极发射的电子数增多，导致液体介质击穿。（三）气泡击穿 液体中出现气泡，在交流电压下，串联介质中电场强度的分布与介质的r 成反比。由于气泡的r 最小，其电气强

15、度又比液体介质低很多，所以气泡必先发生电离。 第二节 固体电解质的击穿特性一、固体介质的击穿机理 1、点击穿过程 特点：（1）击穿电压高，击穿时间短。（2）击穿前介质发热不显著。（3）击穿电压与电场的均匀程度有关，与环境湿度无关。2、热击穿过程特点：（1） 击穿电压较低，击穿时间较长。（2） 击穿前介质发热显著，温度高。（3） 击穿电压与介质温度有很大关系。3、 电化学击穿过程 电化学击穿：由于老化所致电击穿/热击穿。特点: 击穿电压低，击穿时间长。二、影响固体介质击穿电压的因素 1、电压作用时间 电压作用时间很短发生点击穿 电压作用时间较长发生热击穿 电压作用时间更长发生电化学击穿2、温度

16、周围温度小于t00c时，击穿场强很高，与温度无关。周围温度大于t00c时，随温度的升高，击穿场强降低，热击穿与周围温度有关。3、电场均匀程度 均匀电场中，击穿电压随固体介质厚度增大而增大。不均匀电场中 而缓慢增大4、电压的种类 直流电压作用下的击穿电压比交流下的大。老化：固体介质在电、热、化学和机械力长期作用下，其绝缘性能劣化。冲击电压作用下的击穿电压更高。5、累积效应 极不均匀电场中，当作用在固体上的电压较低或时间较短的冲击电压时，会形成不完全击穿，随加压次数的增加，介质的击穿电压也降低了。6、受潮击穿电压大幅度降低7、机械负荷三、提高固体介质击穿电压的方法 1、改进制造工艺。 2、改进绝缘

17、设计。 3、改进运行条件。第三节 组合绝缘的击穿特性组合绝缘结构的电气强度不仅取决于所用的各种介质的电气特性，还与各种介质的特性相互之间的配合是否得当有关。一、介质的组合原则 对于串联的多层绝缘结构：理想的电压分布是个层介质所承受的场强与该层介质的耐电强度成正比。A、 直流电压下，把电气强度高电导率大的材料用在电场最强的地方。B、 工频交流电压下，把电气强度高，介电常数大的材料用在电场最强的地方。二 、组合绝缘的特点 其直流击穿场强比交流击穿场强高。2、油-屏障绝缘 屏障可以改善油隙中的电场分布和阻止杂质小桥的形成。三、利用组合绝缘调整电场的方法分级绝缘 补充因为直流电压下，油与纸中的场强分配

18、比交流时合理。第四节 电解质的老化 1、电老化 主要由介质中的局部放电引起 局部放电引起电老化的原因（1） 碰撞使介质结构破坏。（2） 热裂解或氧化裂解。（3） 产生硝酸等腐蚀绝缘。（4） 产生高能辐射线，引起高聚物裂解。2、热老化 热老化的80c规则。3、机械老化 4、环境老化指电解质在电场的长期作用下，耐电强度降低的现象。指电解质在热的长期作用下，耐电强度降低的现象。对A级绝缘，每增80c，寿命缩短一半。指电解质在力的长期作用下，耐电强度降低的现象。指绝缘从周围环境中吸收水分、氧气等作用及环境中的射线的作用使介质的绝缘性能降低的现象。 第五节 习题课1、什么是电解质的极化？其四种极化形式各

19、自特点是什么？2、什么是电解质的电导？电解质的电导和金属电导的区别是什么？3、测量电气设备的绝缘电阻时为什么要加直流电压？4、直流电压下和交流电压下电解质的能量损耗有什么不同？5、在电解质的三支路等值电路中，各支路代表的物理意义是什么？6、tg的物理意义是什么？7、气隙中带电质点产生的途径？（具体形式）8、对比汤逊理论和流注理论的主要区别是什么？适用条件？自持条件？9、不论电场是否均匀，气隙中的放电达到自持气隙就会击穿吗？为什么？10、为什么相同条件下负极性棒-板间隙的击穿电压高于正极性的？起晕电压呢？11、均匀电场气隙在工频电压作用下的击穿电压（峰值）和雷电冲击电压下U50%相同吗？为什么？

20、12、什么是伏妙特性？如何绘制伏妙特性曲线？什么是U50？13、提高气隙击穿场强的方法有哪些？14、提高沿面闪络电压的方法有哪些？15、液体电解质的击穿有哪几种形式？适应范围？16、杂质对液体介质击穿电压影响与电场均匀程度有什么关系？17、提高液体介质击穿电压的方法有哪些？18、固体电解质的击穿有哪几种形式？各自特点是什么？19、什么固体介质的累积效应？20、受潮对绝缘的影响是什么？21、直流电压、工频交流电压下介质绝缘 竞赛 ：目的：1、调动学生学习积极性，探索学习。2、复习巩固。3、检查对知识的掌握1、分八组一（1.1、1.2） 二、1.3 三、（2.1、2.2） 四2.3 五（2.4、2

21、.5、2.6） 六（2.7、2.8） 七（3.1、3.2） 八（3.3、3.4）2、每组选两个组长，各组展开讨论，组长A负责总结所属章节内容重点，组长B负责收集至少3个问题。3、各组长所负责的任务成果皆书面成稿，组长B收集的问题须自备标准答案。4、竞赛开始，各组依次开始，。每组一人总结，而后一人提问，其他组别成员竟相答题。5、竞赛以得分计入平时测验成绩。答题者回答要求准确，由出题方和老师并而判断，否则不给分。的组合原则是什么？22、电晕会产生哪些效应？如何消除电晕？23、为什么长间隙击穿的平均场强远小于短间隙击穿的平均场强？24、为什么高真空和高气压都能提高间隙击穿电压？25、为什么大气污染地

22、区的输电线在大雾、凝露或毛毛雨天气易发生绝缘子冒火及闪络，而雷雨季节却少见？第四章 电气设备的绝缘实验绝缘的缺陷： 集中型或局部性缺陷 分布性或整体性缺陷绝缘试验： 绝缘特性试验（非破坏性） 耐压试验 （破坏性）先做绝缘特性试验，后做耐压试验1、绝缘特性试验： 绝缘电阻、泄漏电流、局部放电、tg测定 2、耐压试验：交流耐压试验、直流耐压试验、冲击耐压试验 第一节 绝缘电阻和吸收比的测量 一、兆欧表的工作原理 兆欧表组成： 直流电源、测量机构（流比计）指针偏转的角度反映被测绝缘电阻的大小。二、绝缘电阻和吸收比的测量方法 加压60s时所测得的电阻值为被试绝缘的绝缘电阻。吸收比=R60s/ R15s

23、 吸收比可判断绝缘的状况1、 绝缘良好时，存在明显吸收现象。吸收比远大于1.2、绝缘存在贯穿性导电通道或严重受潮时，吸收比接近1.绝缘电阻 最基本的综合性特性参数。 组合绝缘和层式结构，在直流电压下均有明显得吸收现象，使外电路中有一个随时间而衰减的吸收电流。 吸收比 检验绝缘是否严重受潮或存在局部缺陷。泄漏电流 所加直流电压高得多当绝缘严重受潮或出现导电性缺陷时，阻值R1、R2 或两者之和显著减小， 大大增加，而 迅速衰减。 三、测量时应注意的几个问题1、应选择合适电压等级的兆欧表。2、测量前要断开被试品的电源及其他设备的连线。3、读取数值后，应先断开兆欧表与被试品的连线，然后再将兆欧表停止运

24、转，以免被试品的电容上所充的电荷经兆欧表放电而损坏兆欧表。4、测量时应记录当时的温度，以便进行换算。四、绝缘结果的分析判断 1、绝缘电阻和吸收比能发现贯穿性导电通道，受潮、表面脏污等缺陷，但不能发现局部受损、裂缝、分层脱开，内部有气隙等局部缺陷。2、温度影响 T升高，绝缘电阻、吸收比降低。 第二节 泄露电流的测量没有贯通两个电极的集中性缺陷绝缘电阻的测量无法发现，可以采用测量泄漏电流的方法来进行， 其特点如下： 加在试品上的直流电压比兆欧表的工作电压高得多。 故能发现兆欧表所不能发现的缺陷。 施加在试品上的直流电压是逐渐增大的，这样就可以在升压过程中监视泄漏电流的增长动向。 在电压升到规定的试

25、验电压值后，要保持1min再读出最后的泄漏电流值。当绝缘良好时，泄漏电流应保持稳定，且其值很小。 一、泄漏电流试验接线图如图4-3所示 其中V为高压整流元件，C为稳压电容，PV2为高压静电电压表，TO为被试品。 二、微安表的保护注意 ：测量泄漏电流用的微安表需用并联放电管V进行保护。当流过微安表的电流超过某一定值时，电阻上的压降将引起V的放电而达到保护微安表的目的。 第三节 介质损耗角正切的测量介质的功率损耗与介质损耗角正切成正比, 所以后者是绝缘品质的重要指标，测量 值是判 断电气设备绝缘状态地一项灵敏有效的方法。 能反映绝缘的整体性缺陷（如全面老化）(分布性缺陷)和小电容试品中的严重局部性

26、缺陷。 测量tan不能灵敏地反映大容量发电机、变压器和电力电缆绝缘中的局部性缺陷，应尽可能将这些设备分解成几个部分，然后分别测量它们的 。 一、西林电桥基本原理 其中被试品的等值电容和电阻分别为Cx和Rx;R3为可调的无感电阻；CN为高压标准电容器的电容；C4 为可调电容；R4为定值无感电阻；P为交流检流计。 在交流电压 的作用下，调节 和 ，使电桥达到平衡，即通过检流计P的电流为零，因而介质并联等值电路的介质损耗角正切 西林电桥反接线原理 电桥平衡的过程与正接线时无异，所不同者在于各个调节元件、检流计和屏蔽网均处于高电位，故必须保证足够的绝缘水平和采取可靠的保护措施。 二、 测量的影响因素

27、（一）外界电磁场的干扰影响 干扰包括高压电源和试验现场高压带电体引起的电场干扰。 在现场测试条件下，电桥往往处于一个相当显著的交变磁场中，这时电桥接线内也会感应出一个干扰 电势，对电桥的平衡产生影响，也将导致测量误差。 消除干扰的方法：金属屏蔽网和屏蔽电缆 （二）温度的影响 一般来说，tan随温度的增高而增大。 为了便于比较，应将在各种温度下测得的 值换算到20时的值。（三)试验电压的影响 （四）试品电容量的影响 对电容量较大的试品（例如大中型发电机、变压器、电力电缆、电力电容器等）,测量tan只能发现整体分不性缺陷，因而用测量介质损耗角正切的方法来判断绝缘状态就不很灵敏了。 （五）试品表面泄

28、漏电流的影响 测试前应清除绝缘表面的积污和水分，必要时还可以在绝缘表面上装设屏蔽极。 第四节 局部放电的测量绝缘中的局部放电是引起电介质老化的重要原因之一。 测定电气设备在不同电压下的局部放电强度和发展趋势，就能判断绝缘内是否存在局部缺陷以及介质老化的速度和目前的状态。 局部放电的基本概念，表征局部放电的重要参数。 局部放电检测发展历史及测量方法综述。 脉冲电流法的测量原理。 电气检测法 脉冲电流法 测量视在放电量 介质损耗法 西林电桥 脉冲电流法测量原理 二、测量时注意的问题 1、选择抗干扰能力强的测量电路。 2、对测量线路进行屏蔽。 3、试验电源最好采用独立电源。 4、提高高压试验贿赂中各

29、元件发生电晕的电压。 5、将高压试验变压器、检测回路和测量仪器三者的地线连成一体。 6、合理选择放大电路的频带或调谐放大电路的谐振频率。 7、测量回路与被试品的连线应尽可能缩短。三、试验结果的分析判断 根据局部放电的强度来判断缺陷。第五节 工频耐压试验工频高电压试验不仅仅为了检验绝缘在工频交流工作电压下的性能，也用来等效地检验绝缘对操作过电压和雷电过电压地耐受能力。 一、工频高电压的产生 通常采用高压试验变压器或其串级装置来产生。 对电缆、电容器等电容量较大的被试品，可采用串联谐振回路来获得试验用的工频高电压。 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基础部件。 （

30、一）高压试验变压器特点1、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。 2、额定电压高而容量不大。 3、油箱本体不大而其高压套管又长又大4、输出电压波形很难完美，需要采取措施加以修正。 5、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。 6、漏抗大，短路电流较小，可降低机械强度方面的要求。 二、工频高压试验的基本接线图 工频耐压试验的实施方法： 按规定的升压速度提升作用在被试品TO上的电压，直到它等于所需的试验电压 为止。保持1分钟，没有发现绝缘击穿或局部损伤，可认为合格通过。三、测量时应注意的几个问题1、升压必须从零开始。2、对带绕组的被试品，

31、应将各绕组的首尾短接，非被试绕组的首尾短接后还应接地。3、耐压试验前后，均应测量被试品的绝缘电阻。4、试验前应根据当时的大气条件将规定的试验电压换算到实际试验条件下。5、被试品在耐压试验中放生击穿，不能只靠电流表来判断，应根据电压表来判断。第七节 直流耐压试验被试品的电容量很大的场合（例如长电缆段、电力电容器等），用工频给交流高电压进行绝缘试验时会出现很大的电容电流，要求试验装置具有很大的容量，很难做到。这时用直流高电压试验来代替工频高电压试验一、直流高电压的产生 将工频高电压经高压整流器而变换成直流高电压。 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

32、验电压。 （一）高压整流器 二、直流高电压试验的特点和应用范围 特点只有微安级泄漏电流，试验设备的容量较小。 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。 用于旋转电机时，能使电机定子绕组的端部绝缘也受到较高电压的作用，发现端部绝缘中的缺陷。 非破坏性试验的性质。 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。 第五章 线路和绕组中的波过程波过程实质上是能量沿着导线传播的过程，即在导线周围空间储存电磁能的过程。从电磁场方程组出发来研究比较繁复，方便起见，一般都采用

33、以积分量u和I表示的关系式，而且必须用分布参数电路和行波理论来进行分析。这是因为过电压波的变化速度很快、延续时间很短，以波前时间等于1.2us的冲击波为例，电压从零变化到最大值（0Um）只需要1.2us，波的传播速度为光速c（300m/us），所以冲击电压波前在线路上的分布长度只有360m。换言之，线路各点的电压和电流都将是不同的，根本不能将线路各点的电路参数合并成集中参数来处理问题。第一节 波沿均匀无损单导线的传播一、线路方程及解设单位长度线路的电感和电容均为恒值，分别为L0和C0；忽略线路的能量损耗，得均匀无损单导线等值电路如右图所示均匀无损单导线的方程组为：波动方程解为 代表一个任意形状

34、并以速度v朝着x的正方向运动的电压波； 是一个以速度v朝着x的负方向运动的电压反行波。 电压波的符号只取决于它的极性,而与电荷的运动方向无关；电流波不但与相应的电荷符号有关，而且也与电荷的运动方向有关。二、波速和波阻抗 行波在均匀无损单导线上的传播速度架空单导线的L0和C0可由下式求得(F/m)（H/m)波速与导线周围媒质的性质有关，而与导线半径、对地高度、铅包半径等几何尺寸无关。波阻抗Z是电压波与电流波之间的一个比例常数电缆线路的波阻抗约在1050 之间。架空线路的波阻抗约在300500 之间 特别注意点： 电流波的波速是导线中的带电粒子开始运动的这一状态由线路的一点向前或向后传播的速度，而

35、不是电荷在导线中的运动速度。第二节 行波的折射和反射通常采用最简单的无限长直角波来介绍线路波过程的基本概念。任何其他波形都可以用一定数量的单元无限长直角波叠加而得，所以无限长直角波实际上是最简单和代表性最广泛的一种波形。一、折射系数和反射系数入射波 ， 折射波 ， 反射波 ， A点的折、反射电压如下电压折射系数电压反射系数 二者之间有如下关系 1+= 随 与 的数值而异，和之值在下面的范围内变化 二、几种特殊端接情况下的波过程(一)线路末端开路发生全反射，开路电压加倍，电流变零线路中均匀性开始遭到破坏的点称为节点，当行波投射到节点时，必然会出现电压、电流、能量重新调整分配的过程，即在节点处将发

36、生行波的折射和反射现象。 (二)线路末端短路（接地） 负的全反射，电流加倍，电压为零(三）线路末端对地跨接一阻值R=Z1的电阻行波到达线路末端A点时完全不发生反射，与A点后面接一条波阻抗Z2=Z1的无限长导线的情况相同。三、集中参数等值电路（彼德逊法则）一个节点上接有多条分布参数长线和若干集中参数元件。已知电流源（例如雷电流）的情况，采用电流源等值电路更加简单方便。彼德逊法则的适用范围：入射波必须是沿一条分布参数线路传输过来。 适用于节点A之后的任何一条线路末端反射波未达到A之前。第六章 雷电及防雷保护设备从电力工程的角度来看，最值得我们注意的两个方面是： 雷电放电在电力系统中引起很高的雷电过

37、电压，它是造成电力系统绝缘故障和停电事故的主要原因之一 产生巨大电流，使被击物体炸毁、燃烧、使导体熔断或通过电动力引起机械损坏。第一节 雷电的放电过程一、雷云的形成 雷云的形成机理获得比较广泛认同的是水滴分裂起电理论：大水滴分裂成水珠和细微的水沫，出现电荷分离现象，大水珠带正电，小水沫带负电，细微水沫被上升气流带往高空，形成大片带负电的雷云。 二、雷电放电过程雷电放电就其本质而言是一种超长气隙的火花放电。 先导放电 主放电 余辉放电 特点：1、传导通道不连续,是分级向下推进,平均速度慢,平均电流也小2、传导过程极快, 平均电流极大,可达到几百千安3、传导过程平均速度慢,平均电流也小第二节 雷电

38、放电的计算模型和雷电参数一、雷电放电的计算模型(一)雷电流幅值通常定义雷电流为雷击于低阻接地电阻( 30)的物体时流过雷击点的电流。它近似等于电流入射波 的两倍，即 一般地区，雷电流幅值超过I的概率可按下式计算少雷区，雷电流幅值超过I 的概率可按下式计算(二)雷电流的波前时间、陡度及波长雷电流的波前时间T1处于14us的范围内，平均为2.6us。波长T2 处于20100us的范围内，多数为40us左右。雷电流波前的平均陡度 (kA/us)波前陡度的最大极限值一般可取50 kA/us左右二、雷电流的波形1、双指数波2、斜角平顶波我国防雷设计采用2.6/40us的波形；在绝缘的冲击高压试验中，标准

39、雷电冲击电压的波形定为1.2/50us 3、半余弦波 (三)雷电活动频度 雷暴日及雷暴小时 雷暴日Td是一年中发生雷电的天数，以听到雷声为准，在一天内只要听到过雷声，无论次数多少，均计为一个雷暴日。 雷暴小时Th是一年中发生雷电放电的小时数，在一个小时内只要有一次雷电，即计为一个雷电小时。 (四)地面落雷密度表示每平方公里地面在一个雷暴日受到的平均雷击次数。 我国标准对Td 40的地区，取0.07 一个雷暴日折合三个雷暴小时。 雷暴日与该地区所在纬度、当地气象条件、地形地貌有关 Td <15，少雷区；>40，多雷区；>90，强雷区 第三节 避雷针和避雷线的保护范围一、避雷针和

40、避雷线电力系统中需要安装直接雷击防护装置，广泛采用的即为避雷针和避雷线（又称架空地线）。避雷针适宜用于变电所、发电场这样相对集中的保护对象；避雷线适宜用于象架空线路那样伸展很广的保护对象。保护原理：避雷针（线）一般均高于被保护对象，它们的迎面先导往往开始得最早，发展得最快，最先影响雷电下行先导的发展方向，使之击向避雷针（线），并顺利泄入地下，使处于它们周围的较低物体受到屏蔽保护、免遭雷击。(一)单支避雷针 当 时 P1 当 时 h 避雷针高度 P 高度修正系数 - 被保护物的高度 - 保护范围(二)多只避雷针（通过叠加求出联合保护范围） (三)单根避雷线 保护范围：表示避雷装置的保护效能，保护

41、范围是相对的，每一个保护范围都有规定的绕击（概）率，绕击指的是雷电绕过避雷装置而击中被保护物体的现象。我国有关规程所推荐的保护范围对应于0.1的绕击率。因此单根避雷线的保护半径要比单根避雷针的保护半径小得多，目前对避雷线的保护以保护角来表征，保护角越小，保护效果越好，但减小保护角时需要增加造价，故将保护角一般在250左右。第四节 避雷器1、 输电线的防雷保护采用避雷线保护，但由于雷电的“绕击”和“反击”，为了保护变电所，还需要装设避雷器。2、 避雷器的种类有四种（1） 保护间隙（2） 排气式避雷器（3） 阀式避雷器（4） 氧化锌避雷器 1、2用于配电系统、线路和发、变电站进线段保护。3、4用于

42、发电厂和变电站点保护。一、保护间隙和排气式避雷器1、保护间隙 用于10KV以下的配电网 缺点：灭弧能力低2、排气式避雷器 用于输电线路个别地段的保护，加大跨距和交叉档距处，或变电站的进线段保护。（1） 冲击电流消失后间隙流过工频续流，在工频续流的高温作用下产生大量气体，对电弧产生“纵吹”作用，使工频续流在“第一次过零”时熄灭。（2） 其灭弧能力与工频续流的大小有关。缺点：（1） 伏妙特性太陡，分散性较大。（2） 放电间隙动作后，工作导线直接接地，形成冲击截波。（3） 运行维护麻烦。二、阀式避雷器 优点：1、 较平的伏妙特性。2、 较强的灭弧能力。3、 避免产生截波。1、 普通阀式避雷器 （1）

43、火花间隙 间隙是均匀电场。 （2）阀片（非线性电阻） U=CirR-非线性系数“残压”：雷电流通过阀片电阻上产生的电压降。2、磁吹避雷器在磁场对电弧的作用下吵闹声电动力，使电弧拉长，电阻增大起到限制工频续流的作用。电气参数：1、 额定电压2、 灭弧电压3、 工频放电电压4、 冲击放电电压5、 残压6、 保护水平7、 冲击系数8、 切断比9、 保护比三、ZnO避雷器 1、优异的非线性特性 2、无间隙优点：1、 保护性能优越。2、 无续流，动作负载轻。耐重复动作能力强。3、 通流容量大。4、 适于大批量生产，造价低廉。电气参数：1、 额定电压2、 持续运行时间3、 起始动作电压4、 残压5、 压比

44、6、 荷电率 没有火花间隙 第五节 接地装置1、 接地装置： 接地极、接地引下线组成作用：减少接地电阻，以降低雷电流通过避雷针（线）或避雷器上的过电压。2、 接地方式： 防雷接地、工作接地、保护接地一、接地和接地电阻 接地电阻的估值等于接地装置上点位的幅值与通过接地装置电流的幅值的比值。工频接地电阻Re冲击接地电阻Ri二、工作接地、保护接地、防雷接地1、工作接地在电力系统正常运行情况下，需要进行的接地：如 中性点接地作用：稳定电网的对地点位，以降低电气设备的绝缘水平，并且有利于实现电网的继电保护。2、保护接地将高压电气设备的金属外壳接地。作用：保证人身安全。3、防雷接地作用:减少雷电流通过接地

45、装置时代地电位升高。特点：（1）雷电流幅值大。 （2）雷电流等值频率高“两效应”A、火花效应 冲击接地电阻小于工频接地电阻B、电感效应冲击接地电阻大于工频接地电阻三、工程实用的接地装置 输电线路接地 发电厂接地 变电站接地1、 垂直接地体2、多根垂直接地体3、水平接地体 4、伸长接地体为什么力求降低接地电阻？第七章 输电线路的防雷保护线路过电压包括直击雷过电压和感应雷过电压。 耐雷水平：雷击线路时线路绝缘不发生闪 络的最大雷电流幅值。以KV为单位. 雷击跳闸率：在40个雷暴日情况下,每100km线路每年因雷击引起的线路跳闸次数。 输电线路防雷性能用耐雷水平和雷击跳闸率来衡量。第一节 输电线路感

46、应雷过电压 雷击线路附近地面或建筑物时，主放电通道周围电磁场的剧烈变化，在线路上将产生过电压。 感应过电压与直击雷过电压的极性相反。 一、无避雷线时 雷击点距导线距离s>65m时，感应过电压 与 成正比，与 成反比。 一般不超过500kv，对35kv及其以下的水泥杆线路可能会引起闪络事故， 对110kv及其以上的线路，一般不会引起闪络事故。二、有避雷线时 避雷线不接地时： 导线上的感应过电压 ： 避雷线上的感应过电压 ： 所以： 避雷线接地：电位为0，必有（ug ）与其叠加，设- ug 在导线上产生耦合电压-kug 导线上总的感应过电压为： kug耦合系数k0越大，Ui/ 越低。 三、雷

47、击线路杆塔 雷击杆塔，在导线上产生 ,无避雷线时，40m以下线路 感应系数， 有避雷线： 第三节 输电线路直击雷过电压和耐雷水平输电线路遭受直接雷一般有三种情况: 1、雷击杆塔塔顶 2、雷击避雷线档距中央 3、雷绕过避雷器击于导线绕击一、雷击杆塔顶时的过电压 流过杆塔的电流为 杆塔塔顶电位 用 代替 得杆塔电位幅值： 因避雷线起分流作用，且 越 小，杆塔塔顶电位就越低。 导线上的电位：避雷线的电位 为Utop耦合作用，导线电位为 感应过电压则：总电压为：绝缘子串上的电压：杆塔电位与导线电位之差当 绝缘子就会闪络，故耐雷水平为 耐雷水平与有关 。；增加 ， 提高耐雷水平，工程上降低采取双避雷线或在导线下方增加架空地线。 二、雷击避雷线档距中央 在避雷线上产生的电压为 由于避雷线与导线的耦合作用，在导线上将耦合出电压kUA，所以此时雷击点避雷线与导线间空气间隙S上所承受的最高电压US为由此可见：US与耦合系数k 、雷电流的陡度、档距的长度l等因素有关。结合我国多年的运行经验档距中央避雷线与导线间的距离宜按一下公式确定： S0。012l+1（m）三、绕击时的过电压和耐雷水平绕 击：雷闪绕过避雷线击于导线的现象。 绕击率：一次雷击线路出现绕击的概率。与避雷线和外侧导线的保