昆明理工大学高电压复习资料

1、第一章电介质的概念电介质：具备无传导电子绝缘体的物理特性，在电场中可发生极化的固体、液体、气体，总称为电介质。绝缘的作用是将电位不等的导体分隔开，使其没有电气的联系能保持不同的电位。区分：电介质、导体、半导体、磁性材料。分类：气体：空气，SF6等；固体：陶瓷，橡胶，玻璃，绝缘纸等液体：变压器油；混合绝缘：电缆，变压器等设备按化学结构分：离子性电介质；极性电介质；弱极性及非极性电介质。补充电介质的电气性能一切电介质在电场的作用下都会出现极化、电导和损耗等电气物理现象。电介质的电气性能分别用以下几个参数来表示：介电常数r:反映电介质的极化能力电导率Y（或电阻率P）:反映电介质的电导介质损耗角正切t

2、g6:反映电介质的损耗击穿场强E：反映电介质的抗电性能电介质的极化类型和特点定义：电介质在电场作用下产生的束缚电荷的弹性位移和偶极子的转向位移现象，称为电介质的极化。效果：消弱外电场，使电介质的等值电容增大。物理量：介电常数类型：电子位移极化；离子位移极化；转向极化；空间电荷极化。电子位移极化极化机理：电子偏离轨道介质类型：所有介质建立极化时间：极短，10-15s极化程度影响因素：电场强度（有关）电源频率（无关）温度（无关）极化弹性：弹性消耗能量：无离子位移极化极化机理：正负离子位移介质类型：离子性介质建立极化时间：极短，10-1210-13s极化程度影响因素：电场强度（有关）电源频率（无关）

3、温度（随温度升高而略有增加）极化弹性：弹性消耗能量：极微小转向极化极化机理：极性分子转向介质类型：偶极性介质建立极化时间：需时较长，10-2s极化程度影响因素：电场强度（有关）电源频率（有关）温度（有关）极化弹性：非弹性消耗能量：有空间电荷极化极化机理：电子或正负离子移动介质类型：含离子和杂质离子的介质建立极化时间：很长极化程度影响因素：电场强度（有关）电源频率（低频下存在）温度（有关）极化弹性：非弹性消耗能量：有最明显的空间电荷极化是夹层极化。电介质极化种类及比较合场生产量耗能損因原生产聽无is疑道构式介子电亠禺g有an-dj质面介界层交L时有荷电由自第二章气体放电的物理过程概念：气体击穿、

4、击穿电压、自持放电、非自持放电、极性效应、沿面闪络气体放电空气中总存在着少量的带电粒子。当电场较弱时，带点粒子少电导极小，属于绝缘介质。当电场增大到临界值时，流过气体间隙的电流突增，由绝缘状态突变为良导体的状态称为击穿或者放电。击穿电压：气隙的击穿电压具有一定的分散性，即“击穿概率分布特性”。研究表明，气隙击穿的几率分布接近正态分布，通常可以用U50%和变异系数Z来表示。极性效应极不均匀电场中的放电存在明显的极性效应。不同的电压极性，气隙的击穿电压不同，放电发展过程也不同。不同极性的电极的电晕起始电压和间隙击穿电压的不同，称为极性效应。决定极性要看表面电场较强的那个电极所具有的电位符号。沿面闪

5、络沿面放电也称为沿面闪络，是一种气体放电现象，指在固体介质和空气的交界面上出现的沿固体绝缘表面的气体放电。沿面闪络时的临界电压称闪络电压U闪实验表明：沿固体表面的闪络电压不但比固体介质本身的击穿电压低得多，而且也比极间距离相同的纯气隙的击穿电压低不少。一般：U（固）U（气）U（沿面）可见一个固体绝缘装置的实际耐压能力取决与沿面闪络电压。在表面潮湿污染的情况下，沿面闪络电压会更低。自持放电与非自持放电实验：在电极间从0开始升高直流电压，间隙间的伏安特性如右图。外施电压小于U0时，间隙内虽有电流，数值通常远小于微安级，因此气体本身的绝缘性能尚未被破坏，即间隙还未被击穿。而且这时电流要依靠外电离因素

6、来维持，如果取消外电离因素，那么电流也将消失。称为非自持放电。当电压达到U0后，气体中发生了强烈的电离，电流剧增。同时气体中电离过程只靠电场的作用已可自行维持，而不再继续需要外电离因素了。因此U0以后的放电形式也称为自持放电。由非自持放电转入自持放电的场强称为临界场强，相应的电压称为临界电压气体间隙中带电质点的产生和消失带电质点的产生气体中带电质点的来源有二：一是气体分子本身发生电离（空间电离）；一是电极表面电离。气体分子的电离可由下列因素引起：（1）电子或正离子与气体分子的碰撞电离W=-mv2+势育总W产生条件：12丿气体放电中，碰撞电离主要是电子和气体分子碰撞而引起原因：1.电子体积小，自

7、由程长，可以加速到很大的速度。电子的质量小，可以加速到很大。碰撞电离的形成与电场强度和平均自由行程的大小有关碰撞电离是气体中带电质点数目增加的重要原因（2）各种光辐射（光电离）当气体分子（原子）受光辐射获得WWi时会产生光电离，分解成电子和正离子来源：自然界、人为照射、气体放电过程对所有气体来说，在可见光（）的作用下，一般是不能直接发生光电离的x、a、0、丫和宇宙射线比紫外线更短，可产生光电离且较强（3）高温下气体中的热能（热电离）在常温下，热运动平均动能很小，气体分子发生热电离的概率极小。是气体在热状态下光电离和撞击电离的综合。在高温下，例如发生电弧放电时，气体温度可达数千度，气体分子动能就

8、足以导致发生明显的碰撞电离高温下高能热辐射光子也能造成气体的电离（4）负离子的形成当电子与气体分子碰撞时，可能会发生电子与中性分子相结合而形成负离子的情况，这种过程成为附着。易于产生负离子的气体称为电负性气体。负离子的形成不会改变带电质点的数量，但却使自由电子数减少，因此对气体放电的发展起抑制作用。（或有助于提高气体的耐电强度）。如SF6气体对电子有很强的亲和性，因此具有高电气强度。金属（阴极）的表面电离电子从金属表面逸出需要一定的能量，称为逸出功。逸出功：金属的微观结构、金属表面状态金属的逸出功一般比气体的电离能小许多，一般在15eV,相比气体(1015eV),表明金属表面电离比气体空间电离

9、更容易发生。表2-1-1，2-1-2金属表面电离有多种方式，即可以有多种方法供给电子以逸出金属所需的能量。主要有4种形式：正离子撞击阴极表面：正离子碰撞阴极时使电子逸出金属(传递的能量要大于逸出功)。逸出的电子有一个和正离子结合成为原子，其余的成为自由电子。因此正离子必须碰撞出两个及以上电子时才能出现自由电子。光电子发射：高能辐射先照射阴极时，会引起光电子发射，其条件是光子的能量应大于金属的逸出功。热电子发射：金属中的电子在高温下也能获得足够的动能而从金属表面逸出称为热电子发射。在许多电子器件中常利用加热阴极来实现电子发射。强场发射(冷发射)：当阴极表面附近空间存在很强的电场时(106V/cm

10、数量级)，也能时阴极发射电子。常态下作用气隙击穿完全不受影响；在高气压、压缩的高强度气体的击穿过程中会起一定的作用；真空中更起着决定性作用。带电质点的消失气体中带电粒子的消失有可能下述几种情况：带电粒子在电场的驱动下作定向运动，在到达电极时，消失于电极上而形成外电路中的电流；带电粒子因扩散现象而逸出气体放电空间。由热运动造成，电子的扩散比离子快得多。带电粒子的复合。气体中带异号电荷的粒子相遇时，可能发生电荷的传递与中和，这种现象称为复合，是与电离相反的一种过程。e十田I_相对速度较大不易结合G丰是主要的质量速度相近在带电质点的复合过程中以光子形式释放能量，即光辐射，这种光辐射在一定条件下又可能

11、成为导致电离的因素正、负离子间的复合概率要比离子和电子间的复合概率大得多。通常放电过程中离子间的复合更为重要复合强弱决定于负离子产生的浓度帕邢定律(帕邢曲线)在均匀电场中，击穿电压Ub与气体的相对密度6、极间距离S的积有函数关系，只要6S的乘积不变，Ub也就不变。物理解释：假设S保持不变，当气体密度6增大时，电子的平均自由行程缩短了，相邻两次碰撞之间，电子积聚到足够动能的几率减小了，故Ub必然增大。当6减小时，电子在碰撞前积聚到足够动能的几率虽然增大了，但气体很稀薄，电子在走完全程中与气体分子相撞的总次数却减到很小，所以Ub也会增大。在这两者之间，总有一个6值对造成碰撞电离最有利，此时Ub最小

12、。假设6保持不变，S值增大时，欲得一定的场强，电压必须增大。当S值减到过小时，场强虽大增，但电于在走完全程中所遇到的撞击次数己减到很小，故要求外加电压增大，才能击穿。两者之间，总有一个S的值对造成撞击游离最有利，此时Ub最小。电晕放电的特点：不均匀场电场击穿的极性效应电晕放电特点：有能量损耗。形成“电风”。当电极固定得刚性不够时，气体对“电风”的反作用力会使电晕极振动或转动。对无线电的干扰。电晕产生的化学反应产物具有强烈的氧化和腐蚀作用，是促使有机绝缘老化的重要因素。可能产生超过环保标准的噪声，对人们会造成生理、心理的影响。在极不均匀电场中，最大场强与平均场强相差很大，以至当外加电压及其平均场

13、强还较低的时候，电极曲率半径较小处附近的局部场强已很大。局部强场区中，产生强烈的电离，离电极稍远处场强大为减小，所以，电离区只能局限在此电极附近的强场范围内。伴随着电离而存在的复合和反激励，发出大量的光辐射，使在黑暗中可以看到在该电极附近空间发出蓝色的晕光，这就是电晕。外加电压增大，电晕区也随之扩大，放电电流也增大（由微安级到毫安级），但气隙总的来看，还保持着绝缘状态，还没有被击穿。电晕放电是极不均匀电场所特有的一种自持放电形式。它可以是极不均匀电场气隙击穿的第一个阶段，也可以是长期存在的稳定的放电形式。消除电晕措施设法限制和降低导线（导体）的表面电场强度的两种方式：采用分裂导线，使等值曲率半

14、径增大。改进电极的形状，增大电极的曲率半径，使表面光滑。棒板间隙中棒为正极性时电晕起始电压比负极性时略高U+（起晕）U-（起晕）棒板间隙中棒为负极性时击穿电压比正极性时高U+（击穿）U-（击穿）工程实际中，输电线路外绝缘和高压电器的外绝缘都属于极不均匀电场分布在交流电压下的击穿都发生在正半波。因此，考核绝缘冲击特性时应施加正极性的冲击电压。汤逊理论和流注理论基本观点以及适用范围汤森理论（电子崩理论）适用条件（辉光发电）低气压、短间隙的均匀电场中，即5S026cm气隙的击穿过程流注理论也是在电子崩理论基础上经大量实验提出的，特点是强调两方面的影响因素：（一）空间电荷对原有电场的影响（二）空间光电

15、离的作用电子崩阶段：空间电荷对原有电场的影响流注阶段：空间光电离作用，形成二次电子崩流注的特点：电离强度很大，传播速度很快（超过初崩发展速度10倍以上）。出现流注后放电便获得独立继续发展的能力，而不在依赖外界电离因素的作用，可见出现流注的条件也就是自持放电条件。第三章：气隙的电气强度什么叫气隙的伏秒特性曲线气隙的伏秒特性：冲击击穿特性用电压和时间两个参量来表示。这种在“电压时间”坐标平面上形成的曲线，通常称为伏秒特性曲线，它表示该气隙的冲击击穿电压与放电时间的关系。在峰值较低但延续时间较长的冲击电压作用下气隙可能击穿，而在峰值较高但延续时间较短的冲击电压作用下气隙可能不击穿。电压较低时，击穿一

16、般发生在波尾，电压较高时，击穿一般发生在波头3-UO%2-U50%1-U100%实际上伏秒特性具有统计分散性，是一个以上下包线为界的带状区域。工程上，通常取“50%伏秒特性曲线”来表征一个气隙的冲击击穿特性。50%冲击击穿电压(U50%)指某气隙被击穿的概率为50%的冲击电压峰值。伏秒特性曲线形状与电场的均匀性：随着时间的延伸，一切气隙的伏秒特性都趋于平坦，但特性曲线变平的时间却与气隙的电场形式有较大关系极不均匀电场：平均击穿场强低，放电时延长，曲线上翘；稍不均匀电场：平均击穿场强高，放电时延短，曲线平坦。因此在避雷器等保护装置中，保护间隙采用均匀电场，确保在各种电压下保护装置伏秒特性低于被保

17、护设备。S2S1保护作用应用气隙的击穿电压影响因素有哪些？工程上对大气条件的校准是指？气体状态-压力、温度、湿度等，会影响空气的密度、电子自由行程长度、碰撞电离及附着过程，影响气隙的击穿电压Ub。气隙的击穿电压随大气密度或湿度的增加而升高原因：大气密度升高而击穿电压升高：随着空气密度的增大，气体中自由电子的平均自由程缩短了，不易造成撞击电离。湿度的增加而击穿电压升高：水蒸汽是电负性气体，易俘获自由电子形成负离子，使自由电子的数量减少，阻碍了电离的发展。对空气密度的校正对湿度的校正对海拔的校正什么是极性效应？长间隙放电的饱和现象？(一)直流电压作用下：（二）工频电压作用下:（图看书）击穿总在棒为

18、正半波时发生除了起始部分外，击穿电压和距离近似线性关系棒一棒3.8kV/cm，棒一板低：极性效应“饱和现象”气隙较大时（S大于2.5m）,击穿电压与距离关系出现了明显的饱和趋向，特别是棒一板气隙，其饱和趋向更明显。u12345678910汽玻距冉图3-5-3长气隙和绝缘子串的工频50%击穿（或闪络）电压与气隙距离的关系另外，棒-棒和棒-板的击穿电压曲线是各种不均匀电场气隙击穿电压曲线的上下包络线，这点对设计很有用。三）雷电冲击电压作用下极性效应明显S（cn）图3-5-4气隙的冲击击穿电压与距离的关系曲线1,4棒-板间隙；曲线2,3棒-棒间隙，一棒极接地（四）操作冲击电压作用下（图看书）1.极性

19、的影响：极不均匀电场中同样有极性效应。正极性下50击穿电压比负极性下低，所以也更危险；一般均指“正极性”情况。2.波形的影响：在具有某种波前的操作冲击电压作用下，棒-板气隙击穿电压比工频击穿电压还低。饱和现象：长气隙在操作电压作用下呈现显著的“饱和现象”。第四章固体电介质的击穿理论有哪些？气、固、液三种电介质中，固体密度最大，耐电强度最高固体电介质的击穿过程最复杂，且击穿后是唯一不可恢复的绝缘普遍规律：任何介质的击穿总是从电气性能最薄弱的缺陷处发展起来的，这里的缺陷可指电场的集中，也可指介质的不均匀性1.电击穿理论电击穿理论建立在固体电介质中发生碰撞电离基础上，固体电介质中存在少量传导电子，在

20、电场加速下与晶格结点上的原子碰撞，使电介质失去绝缘的性能，形成导电通道从而击穿2.热击穿理论由于介质损耗的存在，固体电介质在电场中会逐渐发热升温，温度升高导致固体电介质电阻下降，电流进一步增大，损耗发热也随之增大。如果同一时间内发热超过散热，则介质温度会不断上升，以致引起电介质分解炭化，最终击穿，这一过程称为电介质的热击穿过程。时问Cus）AB：电击穿C=热击穿电工址根的去导月电車作用TaiS头乐影响固体电介质击穿电压的因素电压作用时间时间短电击穿时间长热击穿起决定作用电热联合作用温度存在临界温度，小于临界温度，击穿场强很高，且与温度无关；高于临界温度，击穿场强随温度升高迅速下降。论述液体介质

21、的击穿理论有哪些？击穿机理不同：电击穿理论、气泡击穿理、小桥击穿理论（一）电子碰撞电离理论当外电场足够强时，在阴极产生的强场发射或因肖特基效应发射的电子将被电场加速而具有足够的动能，在碰撞液体分子是可引起电离，使电子数加倍，形成电子崩。与此同时由碰撞电离产生的正离子将在阴极附近集结形成空间电荷层，增强了阴极附近的电场，使阴极发射的电子数增多；当外加电压增大到一定程度时，电子崩电流会急剧增大，从而导致液体介质的击穿。（二）气泡击穿理论（工程液体电介质的击穿）在交流电压下，工程液体电介质中的杂质排列成杂质小桥，小桥贯通两极，泄漏电流增大，发热使水分气化产生气泡，由于气泡的8r最小（心1）,其电气强

22、度又比液体介质低得多，所以气泡先发生电离。气泡电离后温度上升、体积膨胀、密度减小，这促使电离近一步发展。电离产生的带电粒子撞击油分子，使它又分解出气体，导致气体通道扩大。如果许多电离的气泡在电场中排列成气体小桥，击穿就可能在此通道中发生。又称为小桥理论。小桥理论属于液体电介质的热击穿理论。小桥理论？提高液体电介质击穿的常用方法？提高并保持油品质覆盖小于1毫米阻止小桥直接接通电极电流小3.绝缘层几十毫米固体绝缘曲率大的电极阻止强场区产生不电晕极间障（采用厚度2-7mm的纸、胶纸、胶布等压板或圆筒、圆管）机械阻止小桥连通；阻挡电极电离的电子均匀电场第五、六章：电气设备绝缘试验绝缘电阻表的接线方式？

23、测量绝缘电阻不能有效发现哪些缺陷？测量绝缘电阻能有效地发现下列缺陷：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。（比较有无屏蔽极时所测值即可知）测量绝缘电阻不能发现下列缺陷1.绝缘中的局部缺陷；2.绝缘的老化。兆欧表测量套管绝绿的接线滸线路端子高压导体$杲接地端子（E）接被碉外壳或地；浒屏蔽端子G）接被阿的屏蔽环或别的屏蔽电根.2.吸收比如何定义？吸收比K绝缘体在加电压60s与15s时分别所测得的绝缘电阻值的比值，称为吸收比。即人二卫丿丘测量高电压的方式有哪些？常用仪器和装置有哪些？测定绝缘电阻兆欧表测定泄漏电流微安表测定介质损耗因数（tg）高压交流平衡电桥（西林电

24、桥），不平衡电桥法,低功率因数瓦特表局部放电的测试测试仪器（常用示波器）工频高压试验高压实验室中的工频高压通常采用高压试验变压器或其串级装置来产生直流高压试验高压试验室中通常采用高压整流器将工频高压变换成直流高压，利用倍压整流原理制成的直流高压串级装置来产生更高的直流试验电压。串级直流高压发生器冲击高压试验多级冲击电压发生器、高效率冲击电压发生器非破坏性试验和破坏性试验的定义，破坏性实验项目包括哪些？电气设备绝缘试验的分类绝缘试验（检査性试验（非破坏性试验兴1.绝缘电阻与吸收比的测量2.泄漏电箍的测量3介质损耗角正切的测量4.局部放电的测量耐压试验5（破坏性试验）1-工頻高压试验2.直流高压试

25、验乳冲击高压试验雷电冲击、操作冲击多级冲击高电压产生的基本原理图6-12为多级冲击电压发生器的原理接线图，它的基本工作原理可概括为“并联充电，串联放电”，具体过程如下：电容器并联充电，而后串联放电第七章概念：波阻抗、波阻抗特性，波阻抗与电阻元件区别波阻抗：Z=JA=1_Jln=60In式中Z是分布参数导线的特性阻抗，具有阻抗的量纲，称为波阻抗。Z的数值为实数，说明电压波和电流波波形相同，相位也相同。与电阻的区别在于，它是储能元件，不消耗能量，且其大小与导线长度无关波阻抗特点：波阻抗表示同一方向传播的电压波与电流波之间的比例大小不同方向的行波，Z前面有正负号Z只与单位长度的电感和电容有关，与线路

26、长度无关既有前行波，又有反行波波阻抗Z和集中参数电阻R的比较：相同点：（1）都是反映电压与电流之比（2）量纲相同都为Q不同点：（1）R:电压u为R两端的电压，电流i为流过R的电流Z:电压u为导线对地电压，电流i为同方向导线电流（2）R：耗能电能热能、光能等乙不耗能将电场能量储存在导线周围的介质里（3）R常常与导线长度有关Z只与L0和CO有关，与导线长度无关2.概念：波的折射、反射？图7-21行波在结点九的折射士反射当前行波ulq经过线路z1,抵达与线路z2的交界点A处时，一部分能量会传递到线路z2上去，称为折射波u2q；另一部分能量会返回来，称为反射波u1f。无损耗单导线波过程基本规律四个方程

27、式-gI线路末端开路时，末端电流、电压如何变化？线路末端开路，沿线路叼有一无限长的直角波向前传播已知：+习磁场能全部转化为电场能.结论：折射（末端）电压波上升一倍，末端电流为零,反射波到达之处，电压上升一倍，电流降为零,即反射波到达之处，波的折反射计算折、反射系数表达式：%二土;=%电压折射系数敘%-+-如-匕爲电流折射系数。空还52切二rff%=叽电压反射系数t必门hf-嘉=Pihq电流反射系数-1VAJ1珂+坯6母线上有n条线路情况下的波过程（P213）说明彼得逊法则试用条件画等值电路计算U第八十章1.概念：反击、绕击、耐雷水平、雷击跳闸率反击：线路绝缘上电压的幅值U随雷电流的增大而增大，当U大于绝缘子串冲击闪络电压时，绝缘子串将发生闪络，由于此时杆塔电位较导线电位为高，故此类闪络称为“反击”。雷击杆塔或避雷线：强大的雷电流通过杆塔及接地电阻，使杆塔和避雷线的电位突然升高，杆塔与导线的电位差超过线路绝缘子闪络电压时绝缘子发生闪络，导线上出现很高的电压。这种杆塔电位升高，反过来对导线放电，称为反击。绕击：雷直击于有避雷线线路的情况可分为三种，即雷击杆塔塔顶、雷击避雷线耐雷水平：雷击线路时绝缘不发生闪络的最大雷电流的幅值，以kA为单位。雷击跳闸率：每100km线路每年由雷击引起的跳闸次数称为“雷击跳闸率”