高电压总复习

1、高高 电电 压压 技技 术术v第一篇第一篇 各类电介质在高电场下的电气特性各类电介质在高电场下的电气特性v第二篇第二篇 电气设备的绝缘试验电气设备的绝缘试验v第三篇第三篇 电力系统内部过电压与绝缘配合电力系统内部过电压与绝缘配合第一篇第一篇 电介质在高电场下的特性电介质在高电场下的特性v电介质在电气设备中作为绝缘材料使用，按电介质在电气设备中作为绝缘材料使用，按其物质形态，可分为：其物质形态，可分为： 气体介质气体介质 液体介质液体介质 固体介质固体介质v在电气设备中在电气设备中: 外绝缘外绝缘: 一般由气体介质一般由气体介质(空气空气)和固体介质和固体介质(绝绝缘子缘子)联合构成联合构成 内

2、绝缘内绝缘:一般由固体介质和液体介质联合构成一般由固体介质和液体介质联合构成 气体介质的电气特性气体介质的电气特性v一、非自持放电和自持放电一、非自持放电和自持放电v1.非自持放电：非自持放电： 当施加电压当施加电压UUo时，电流剧增，气隙中的电离过程只时，电流剧增，气隙中的电离过程只靠外施电压就可以维持，不再需要外部电离靠外施电压就可以维持，不再需要外部电离因素，称自持放电。因素，称自持放电。二、汤逊理论二、汤逊理论v实质：实质：放电的主要原因是电子碰撞电离，二次电子放电的主要原因是电子碰撞电离，二次电子来源于正离子撞击阴极表面溢出电子，溢出电子是来源于正离子撞击阴极表面溢出电子，溢出电子是

3、维持气体放电的必要条件。维持气体放电的必要条件。v自持放电条件：自持放电条件：v适用范围：适用范围：低气压短气隙，低气压短气隙，pd26.66kPa cm pd过大时汤逊理论无法解释：过大时汤逊理论无法解释： 放电时间：很短放电时间：很短 放电外形：具有分支的细通道放电外形：具有分支的细通道 击穿电压：与理论计算不一致击穿电压：与理论计算不一致 阴极材料：无关阴极材料：无关1) 1(de三、流注理论三、流注理论v流注发展过程流注发展过程 初始电子崩（电子崩头部电子数达到一定数量）初始电子崩（电子崩头部电子数达到一定数量） 电场畸变和加强电场畸变和加强 电子崩头部正负空间电荷复电子崩头部正负空间

4、电荷复合合 放射大量光子放射大量光子 光电离光电离 崩头处二次电子崩头处二次电子（光电子）（光电子）（向正空间电荷区运动）碰撞游离（向正空间电荷区运动）碰撞游离 二次电子崩二次电子崩 （二次电子崩电子跑到初崩正空间电（二次电子崩电子跑到初崩正空间电荷区域）流注发展到阴极，气隙被击穿荷区域）流注发展到阴极，气隙被击穿流注的形成过程流注的形成过程v1）在光照下，电子在强电场的作用下，形成电子）在光照下，电子在强电场的作用下，形成电子崩，初崩发展到阳极时，电子迅速与阳极中和；崩，初崩发展到阳极时，电子迅速与阳极中和；v2）离子的速度较慢，暂留的正离子加强了正离子）离子的速度较慢，暂留的正离子加强了正

5、离子与阴极之间的电场，并使之畸变，同时放出大量的与阴极之间的电场，并使之畸变，同时放出大量的光子；光子；v3）光子又电离了附近的气体，形成二次电子崩，）光子又电离了附近的气体，形成二次电子崩，二次电子崩的电子迅速移向阳极方向，在正电荷区二次电子崩的电子迅速移向阳极方向，在正电荷区域内形成正负带电粒子混合通道，这个电离通道称域内形成正负带电粒子混合通道，这个电离通道称流注流注。流注端部又有二次电子崩留下的正电荷，进。流注端部又有二次电子崩留下的正电荷，进一步加强了电场，促使更多的新电子崩相继产生并一步加强了电场，促使更多的新电子崩相继产生并与之汇合，使流注向前发展；与之汇合，使流注向前发展；v4

6、）最后，流注发展到阴极，将两极接通，导致气）最后，流注发展到阴极，将两极接通，导致气隙空气被击穿。隙空气被击穿。三、流注理论三、流注理论v流注形成条件：流注形成条件： 电子崩发展到电子崩发展到足够的程度足够的程度后，电子崩中的空间电荷后，电子崩中的空间电荷足以使原电场足以使原电场明显畸变明显畸变，大大加强电子崩崩头和崩，大大加强电子崩崩头和崩尾处的电场；尾处的电场； 电子崩中电荷密度很大，复合频繁，放射出的光子电子崩中电荷密度很大，复合频繁，放射出的光子在这部分很强，电场区很容易成为引发新的空间光在这部分很强，电场区很容易成为引发新的空间光电离的辐射源，二次电子主要来源于电离的辐射源，二次电子

7、主要来源于空间光电离空间光电离； 气隙中一旦气隙中一旦形成流注形成流注，放电由空间光电离自行维持，放电由空间光电离自行维持v自持放电条件：自持放电条件：四、不均匀电场中的放电过程四、不均匀电场中的放电过程v1.极性效应：极性效应： 由于高场强电极极性的不同，空间电荷的极由于高场强电极极性的不同，空间电荷的极性也不同，对放电发展的影响也不同，这就性也不同，对放电发展的影响也不同，这就造成了不同极性的高场强电极的电晕起始电造成了不同极性的高场强电极的电晕起始电压的不同，以及间隙击穿电压的不同。压的不同，以及间隙击穿电压的不同。 判断极性：判断极性：极性取决于曲率半径小的棒极的极性取决于曲率半径小的

8、棒极的电位符号；电极形状相同时，取决于不接地电位符号；电极形状相同时，取决于不接地棒极的电位。棒极的电位。v2.比较击穿电压的大小：比较击穿电压的大小：五、空气间隙在各种电压下的特性五、空气间隙在各种电压下的特性 直流直流 稳态电压稳态电压 交流交流电压电压 均匀电场：均匀电场： 雷电冲击电压雷电冲击电压(伏秒特性伏秒特性) 冲击电压冲击电压 操作冲击电压操作冲击电压ddUb66. 655.24六、其他内容六、其他内容v1大气条件对气隙击穿特性的影响大气条件对气隙击穿特性的影响 海拔高度的影响：海拔高度的影响：v2.提高气体介质电气强度的方法：提高气体介质电气强度的方法： 改善电场分布；改变气

9、体的状态和种类改善电场分布；改变气体的状态和种类v3.沿面放电沿面放电及防污对策及防污对策PaUKU4101 . 11HKa 液体和固体的电气强度液体和固体的电气强度v一、电介质的极化、电导和损耗一、电介质的极化、电导和损耗 1.极化类型和极化特点极化类型和极化特点 2.液体和固体的电导类型液体和固体的电导类型 3.电介质的损耗电介质的损耗二、液体介质的击穿二、液体介质的击穿v1.纯净的液体击穿：纯净的液体击穿： 电击穿理论；气泡击穿理论电击穿理论；气泡击穿理论v2.含杂质的液体击穿：含杂质的液体击穿： “小桥小桥”击穿理论击穿理论v3.影响液体击穿电压的因素：影响液体击穿电压的因素：三、固体

10、介质的击穿三、固体介质的击穿v1.电击穿电击穿 电子崩理论电子崩理论 固有击穿理论固有击穿理论 佛罗利希理论佛罗利希理论 希布尔理论希布尔理论v2.热击穿：热击穿：发热散热与温度的关系发热散热与温度的关系v3.电化学击穿电化学击穿（电老化）：（电老化）： 电离性老化、电导性老化、电解性老化、表电离性老化、电导性老化、电解性老化、表面漏电起痕及电蚀损面漏电起痕及电蚀损三、固体介质的击穿三、固体介质的击穿v累积效应累积效应:极不均匀电场中，当作用在固体介极不均匀电场中，当作用在固体介质上的电压为幅值较低或作用时间较短的冲质上的电压为幅值较低或作用时间较短的冲击电压时，会在固体介质中形成局部损伤或击

11、电压时，会在固体介质中形成局部损伤或不完全击穿，这些不完全击穿每施加一次冲不完全击穿，这些不完全击穿每施加一次冲击电压就向前延伸一步，随着加压次数的增击电压就向前延伸一步，随着加压次数的增加，介质的击穿电压也随之下降，这种现象加，介质的击穿电压也随之下降，这种现象称累积效应。称累积效应。四、组合绝缘的电气强度四、组合绝缘的电气强度v1.介质界面与等位面重合介质界面与等位面重合v2.介质界面是电缆芯线的同芯圆筒介质界面是电缆芯线的同芯圆筒)(2211nniidddUEln1ln12202111rRrrrUE20rrrln1ln12202122rRrrrUERrr2第二篇第二篇 电气设备的绝缘试验

12、电气设备的绝缘试验 整体性缺陷整体性缺陷v绝缘缺陷绝缘缺陷 局部性缺陷局部性缺陷 非破坏性试验非破坏性试验v 绝缘试验绝缘试验 破坏性试验破坏性试验 破坏性试验破坏性试验v一、绝缘电阻的测量一、绝缘电阻的测量1.绝缘电阻绝缘电阻2吸收比吸收比3.极化指数极化指数teCRCRRRCCRRRRCCiUtR21122212212121221)()()()()( 15601RRK 1102RRK 二、介质损耗角正切的测量二、介质损耗角正切的测量vtg是绝缘品质的重要指标，测量是绝缘品质的重要指标，测量tg是判断是判断电气设备绝缘状态的灵敏有效的方法电气设备绝缘状态的灵敏有效的方法v tg能反映绝缘的整

13、体性缺陷能反映绝缘的整体性缺陷(全面老化全面老化)和小和小容量试品中的严重局部性缺陷容量试品中的严重局部性缺陷 vtg随电压变化的曲线可以判断绝缘是否受潮，随电压变化的曲线可以判断绝缘是否受潮，含有气泡及老化的程度含有气泡及老化的程度 v大容量的设备绝缘存在局部缺陷时，应尽可大容量的设备绝缘存在局部缺陷时，应尽可能将设备解体后分解测量进行分析能将设备解体后分解测量进行分析 二、二、 tg的测量方法的测量方法v1.西林电桥法西林电桥法v2.斜波波形分析法斜波波形分析法v3.过零相位比较法过零相位比较法v4.异频电源法异频电源法)(102144444FCCfCwRCwRtgxx三、局部放电的测量三

14、、局部放电的测量v电气设备绝缘内部常存在一些缺陷，如气泡电气设备绝缘内部常存在一些缺陷，如气泡和气隙。在强电场下，这些缺陷会发生局部和气隙。在强电场下，这些缺陷会发生局部放电，局部放电产生的同时，有热、声、臭放电，局部放电产生的同时，有热、声、臭氧、氧化氮等产生，腐蚀绝缘材料，引起绝氧、氧化氮等产生，腐蚀绝缘材料，引起绝缘老化，最后导致整个绝缘在正常电压下发缘老化，最后导致整个绝缘在正常电压下发生击穿。生击穿。 v因此局部放电的测量可以有效地检测出绝缘因此局部放电的测量可以有效地检测出绝缘内部的局部缺陷的存在、发展情况。内部的局部缺陷的存在、发展情况。v视在放电量视在放电量v放电能量放电能量r

15、bgbqCCCqsirsUUUUqw)(21四、电压分布的测量四、电压分布的测量v在工作电压的作用下，沿着绝缘结构的表面在工作电压的作用下，沿着绝缘结构的表面会有一定的电压分布。会有一定的电压分布。 v表面比较清洁时，其分布规律取决于绝缘结表面比较清洁时，其分布规律取决于绝缘结构本身的电容和杂散电容构本身的电容和杂散电容 v表面染污受潮时，分布规律取决于表面电导表面染污受潮时，分布规律取决于表面电导 v通过测量绝缘表面上的电压分布亦能发现某通过测量绝缘表面上的电压分布亦能发现某些绝缘缺陷。些绝缘缺陷。 v测量电压分布最适用于那些由一系列元件串测量电压分布最适用于那些由一系列元件串联组成的绝缘结

16、构。联组成的绝缘结构。v清洁的悬式绝缘子清洁的悬式绝缘子 破坏性试验破坏性试验v一、工频高压试验一、工频高压试验 1.产生工频高压的方法产生工频高压的方法 试验变压器试验变压器 串联谐振串联谐振 2.试验变压器：电流试验变压器：电流 容量容量 3.容升效应容升效应AUCwIS910kVAUCwPS9210v容升效应：容升效应：在通过试验变压器施加工频高压在通过试验变压器施加工频高压时，往往在容性试品上产生时，往往在容性试品上产生“容升容升”效应，效应，也就是说实际作用到试品上的电压值会超过也就是说实际作用到试品上的电压值会超过按变比高压侧所应对应输出的电压值。试品按变比高压侧所应对应输出的电压

17、值。试品的电容及试验变压器的漏抗越大，容升效应的电容及试验变压器的漏抗越大，容升效应越明显。越明显。 自耦式串级变压器自耦式串级变压器二、直流高压试验二、直流高压试验v1.半波整流回路半波整流回路 脉动系数脉动系数v2.倍压整流回路倍压整流回路v3.直流串级发生器直流串级发生器三、冲击高压试验三、冲击高压试验v冲击电压发生器原理：冲击电压发生器原理：并联充电、串联放电并联充电、串联放电 电气设备绝缘在线监测电气设备绝缘在线监测v定义定义：通过对绝缘的试验和各种特性的测量，：通过对绝缘的试验和各种特性的测量，可以了解并评估绝缘在运行过程中的状态，可以了解并评估绝缘在运行过程中的状态，从而能早期发

18、现故障的技术称从而能早期发现故障的技术称绝缘检测与诊绝缘检测与诊断技术断技术v定义定义：研究如何根据电气设备的工作状态来：研究如何根据电气设备的工作状态来确定维修工作的内容和时间，制定维修方案，确定维修工作的内容和时间，制定维修方案，这种维修方式称这种维修方式称状态维修状态维修或或欲知维修欲知维修。v根据诊断规则的不同可将诊断方法分为三类：根据诊断规则的不同可将诊断方法分为三类：逻辑诊断、模糊诊断、统计诊断逻辑诊断、模糊诊断、统计诊断。第三篇第三篇 系统内部过电压与绝缘配合系统内部过电压与绝缘配合v一、线路和绕组中的波过程一、线路和绕组中的波过程 1.单导线波过程单导线波过程 等值电路、波动方

19、程及其解等值电路、波动方程及其解一、线路和绕组中的波过程一、线路和绕组中的波过程 2.波的折射与反射波的折射与反射（1）线路末端开路：）线路末端开路： ，末端，末端电压加倍，电压加倍，电流变零电流变零（2）线路末端接地：）线路末端接地： ，末端，末端电流加倍，电流加倍，电压变零电压变零（3）线路末端接负载：）线路末端接负载： ，则，则 电压和电流都无反射电压和电流都无反射1, 21, 00, 11ZR 分布参数线路的波阻抗与集中参数电路的电阻有相同的量纲，但物理意义上有着以下几点本质的不同：为了区别不同方向的行波，Z的前面应有正负号。波阻抗表示向同一方向传播的电压波和电流波之间 比值的大小；电

20、磁波通过波阻抗为Z的无损线路时， 其能量以电磁能的形式储存于周围介质中，而不像 通过电阻那样被消耗掉。 波阻抗波阻抗Z表示了线路中同方向传播的电流表示了线路中同方向传播的电流波与电压波的波与电压波的数值关系数值关系波阻抗的数值只和导线单位长度的电感、电容有波阻抗的数值只和导线单位长度的电感、电容有关，而与线路长度无关。关，而与线路长度无关。 二、雷电及防雷保护装置二、雷电及防雷保护装置v1.雷云的放电过程：雷云的放电过程： 先导阶段主放电和迎面先导阶段余辉阶段先导阶段主放电和迎面先导阶段余辉阶段v2.雷电参数：雷电参数： 雷暴日，雷暴小时，地面落雷密度，雷电流，雷暴日，雷暴小时，地面落雷密度，

21、雷电流，雷道波阻抗。雷道波阻抗。v3.防雷保护装置和接地装置防雷保护装置和接地装置三、电力系统防雷保护三、电力系统防雷保护v1.输电线路的耐雷性能指标：输电线路的耐雷性能指标：耐雷水平和雷耐雷水平和雷击跳闸率击跳闸率（1）雷击杆塔的耐雷水平：）雷击杆塔的耐雷水平： 雷击杆塔的跳闸率：雷击杆塔的跳闸率：（2）绕击耐雷水平：）绕击耐雷水平： 绕击跳闸率：绕击跳闸率：6 . 2)6 . 2()1 (%501ctihLRkUI228 . 2PPhnag)(100%502kAUI 118 . 2Pghng三、电力系统防雷保护三、电力系统防雷保护v建弧率建弧率:线路着雷并且雷电流超过线路的耐雷线路着雷并且

22、雷电流超过线路的耐雷水平引起线路绝缘发生冲击闪络时，由于冲水平引起线路绝缘发生冲击闪络时，由于冲击闪络时间很短不会引起线路跳闸，但若雷击闪络时间很短不会引起线路跳闸，但若雷电消失后由工作电压产生的工频电弧继续稳电消失后由工作电压产生的工频电弧继续稳定存在，则将造成跳闸，从冲击闪络转为稳定存在，则将造成跳闸，从冲击闪络转为稳定工频电弧的概率称建弧率。定工频电弧的概率称建弧率。三、电力系统防雷保护三、电力系统防雷保护v2.变电所的进线段保护变电所的进线段保护 为了防止雷电直击变电所附近的导线导致流过避雷为了防止雷电直击变电所附近的导线导致流过避雷器的雷电流幅值和波头陡度超过允许值，而在线路器的雷电

23、流幅值和波头陡度超过允许值，而在线路进线进线12km范围内装设防雷装置，以加强该段进线范围内装设防雷装置，以加强该段进线的防雷措施，这种保证变电所不受经过进线引进的的防雷措施，这种保证变电所不受经过进线引进的雷电波的破坏而设置的防雷保护称为雷电波的破坏而设置的防雷保护称为进线段保护进线段保护。 进线段的作用：进线段的作用： 1）雷电过电压波在流过进线段时因冲击电晕而发生）雷电过电压波在流过进线段时因冲击电晕而发生衰减和变形，降低了波前陡度和幅值；衰减和变形，降低了波前陡度和幅值； 2）限制流过避雷器的冲击电流幅值）限制流过避雷器的冲击电流幅值四、电力系统内部过电压四、电力系统内部过电压v1.切

24、空载变压器切空载变压器v2.切空载长线切空载长线v3.空载线路合闸空载线路合闸 正常合闸正常合闸 自动重合闸自动重合闸v4.间歇电弧接地间歇电弧接地v5.谐振过电压谐振过电压:当系统进行操作或发生故障时，某一回路当系统进行操作或发生故障时，某一回路自振频率与电源频率相等时，将发生谐振现象，导致系统中自振频率与电源频率相等时，将发生谐振现象，导致系统中某些部分某些部分(或设备或设备)上出现的过电压。上出现的过电压。v6.工频电压升高工频电压升高 空载长线的电容效应空载长线的电容效应 不对称短路不对称短路 突然甩负荷突然甩负荷五、绝缘配合五、绝缘配合v1.绝缘配合绝缘配合的概念的概念v2.绝缘配合

25、惯用法绝缘配合惯用法v3.输变电设备绝缘水平的确定输变电设备绝缘水平的确定v4.架空线路绝缘水平的确定架空线路绝缘水平的确定 泄漏距离和泄漏比距泄漏距离和泄漏比距 各种过电压下绝缘子片数的计算各种过电压下绝缘子片数的计算v1.泄露距离泄露距离：沿绝缘表面测得的两个导电零：沿绝缘表面测得的两个导电零 部件之间或导电零部件与设备部件之间或导电零部件与设备 界面之间的最短距离。（界面之间的最短距离。（cm）v2. 泄露比距泄露比距：外绝缘相：外绝缘相-地之间的泄露距离与地之间的泄露距离与 系统最高工作电压之比，即单系统最高工作电压之比，即单 位电压下绝缘子表面的泄露距位电压下绝缘子表面的泄露距 离。

26、（离。（cm/kV） v一、选择题一、选择题1.伴随有能量损失的极化形式是（伴随有能量损失的极化形式是（ ）。）。 A.电子式极化电子式极化 B.离子式极化离子式极化 C.偶极子偶极子极化极化 D.无损极化无损极化2.下列绝缘试验方法中，属于破坏性试验的是下列绝缘试验方法中，属于破坏性试验的是（ ）。）。 A.测绝缘电阻测绝缘电阻 B.测测 C.测泄漏电流测泄漏电流 D.工频高压试验工频高压试验tgv3.一无限长直角电压波从波阻抗为一无限长直角电压波从波阻抗为Z2的线路的线路传向波阻抗为传向波阻抗为Z1 的线路，在连接处发生反射，的线路，在连接处发生反射，反射系数为（反射系数为（ ）。）。 A. B. C. D.v4.下列可以用来检测绝缘子串电压分布的工下列可以用来检测绝缘子串电压分布的工具或方法的是（）具或方法的是（） A.火花间隙火花间隙 B.光电测杆光电测杆 C.红外热像红外热像法法 D.以上都是以上都是212ZZ2Z2112ZZZ-Z2121ZZZ-Z211ZZ2Zv5.架空输电线路防护直击雷的主要措施是装架空输电线路防护直击雷的主要措施是装设（）。设（）。 A.避雷器避雷器B.避雷针避雷针 C.电阻电阻 D.避雷线避雷线v6.高杆塔防雷设计时采用的雷电流计算波形高杆塔防雷设计时采用的雷电流计算波形是（是（ ）