5.电气工程导论第五章-高电压与绝缘技术

曾祥君电气与信息工程学院电气工程导论目录CONTENTS第一章第二章第三章第四章绪论电机电器及其控制技术电力系统及其自动化技术电力电子技术与电力传动第五章第六章高电压与绝缘技术电工新技术目录CONTENTS第一章第二章第三章第四章绪论电机电器及其控制技术电力系统及其自动化技术电力电子技术与电力传动第五章第六章高电压与绝缘技术电工新技术第五章高电压与绝缘技术

第五章主要内容：5.1高电压与绝缘技术的发展5.2高电压与绝缘技术的主要内容5.3高电压新技术及其在各领域的应用5.1高电压与绝缘技术的发展第五章

高电压与绝缘技术是以试验研究为基础的应用技术，主要研究在高电压作用下各种绝缘介质的性能和不同类型的放电现象，高电压设备的绝缘结构设计，高电压实验和测量的设备及方法，电力系统的过电压、高电压或大电流产生的强电场、强磁场或电磁波对环境的影响和防护措施，以及高电压、大电流的应用等。

高电压技术对电力工业、电工制造业以及近代物理的发展（如X射线装置、粒子加速器、大功率脉冲发生器等）都有重大影响。5.1高电压与绝缘技术的发展第五章1752年富兰克林进行了著名的风筝引电实验1895-1896年W.K.伦琴发现X射线并将其用于人手骨骼影像1911年E.卢瑟福根据α粒子轰击金箔引起散射而提出原子模型1931年范德格拉夫发明了高压静电起电机(a)巨型起电机（MIT网站）(b)小型起电机

范德格拉夫高压静电起电机5.1高电压与绝缘技术的发展第五章

高电压是相对于低电压而言的，对于电力系统来说，1kV以上至220kV称为高压，220kV至800kV称为超高压（EHV），1000kV以上称为特高压（UHV）。

绝缘体是相对于导体而言的，绝缘体电阻率很高（可达109~1022Ω.cm），通常通过的泄漏电流非常小，可以忽略不计。高压电力输送5.2高电压与绝缘技术的主要内容第五章

研究内容有高电压的产生，在高电压下绝缘介质及其系统的特性，电气设备及绝缘，电气系统过电压及其限制措施，高电压试验技术，电磁环境及电磁污染防护，以及高电压技术的应用等。

主要内容可分为四部分：①各类电介质在高电场下的特性；

②电气设备绝缘试验技术；

③电力系统过电压与绝缘配合；④高电压技术在各个领域的应用等。

5.2高电压与绝缘技术的主要内容第五章实验室产生的高压放电现象5.2高电压与绝缘技术的主要内容第五章1、高电压的产生

雷电：电流达100kA，电压达108kV，但持续时间短。

雷电放电过程5.2高电压与绝缘技术的主要内容第五章雷电参数雷电活动强度——雷暴日及雷暴小时雷暴日：每年中有雷电的天数。雷暴小时：每年中有雷电的小时数。年平均雷暴日不超过15的地区为少雷区；超过40的为多雷区；超过90的地区及根据运行经验雷害特别严重的地区为强雷区。

落雷密度地面落雷密度γ

：每一个雷暴日、每平方公里对地面落雷次数。5.2高电压与绝缘技术的主要内容第五章静电：放电脉冲上升时间约为1~5ns，脉宽150ns，电流峰值约1~50A。高压发生装置：1.交流高电压发生装置2.直流高电压发生装置3.冲击电压电流发生装置。

户外式高压发生装置6000kV冲击电压发生器5.2高电压与绝缘技术的主要内容第五章2、高电压绝缘与电气设备绝缘材料：气体，液体，固体（有机，无机）高电压技术发展的关键是绝缘材料的研制和开发研究重点①高压大容量发电机的环氧粉云母绝缘体系；②中小型电机的F、H级绝缘系列；③高压输电的六氟化硫气态介质；④高性能绝缘油。5.2高电压与绝缘技术的主要内容第五章电机为了可靠运行在带电部件和壳体之间需要用绝缘材料加以隔绝，而绝缘材料的使用寿命与其材料本身的绝缘等级及使用温度有很大的关系。电机的绝缘等级是依据所用国内绝缘材料的耐热等级划分的，分E、B、F、H级。允许温升是指电机的温度与周围环境温度相比升高的限度。

绝缘等级使用极限温度温升限值E120℃75KB130℃80KF155℃105KH180℃120K5.2高电压与绝缘技术的主要内容第五章SF6气体已有百年历史，它是法国两位化学家Moissan和Lebeau于1900年合成的人造惰性气体，1940年前后，美国军方将其用于曼哈顿计划（核军事），1947年提供商用。当前SF6气体主要用于电力工业中。SF6气体用于4种类型的电气设备作为绝缘或灭弧:SF6断路器及负荷开关设备，SF6绝缘输电管线，SF6变压器及SF6绝缘变电站。80％用于高中压电力设备。SF6气体主要有如下特性：

具有优异的灭弧性能；绝缘强度高，在大气压下为空气的3倍；热传导性能好且易复合，特别是当SF6气体由于放电或电弧作用出现离解时；可在小的气罐内储存，这是因为室温下加高压力易液化。供气方便，价格不贵且稳定。

5.2高电压与绝缘技术的主要内容第五章六氟化硫断路器六氟化硫绝缘负荷开关5.2高电压与绝缘技术的主要内容第五章变电站间隔5.2高电压与绝缘技术的主要内容第五章5.2高电压与绝缘技术的主要内容电气设备的绝缘：①发电机绕组通常采用环氧粉云母带做绝缘；②变压器采用油-纸，树脂和六氟化硫等；③断路器采用空气，油，和六氟化硫等；

④电容型设备采用套管和油-纸等绝缘；

⑤架空输电线路--绝缘子和分裂导线；

⑥地下输电线路--电力电缆；

⑦气体绝缘金属封闭组合电器。5.2高电压与绝缘技术的主要内容第五章气体绝缘金属封闭组合电器

5.2高电压与绝缘技术的主要内容第五章3、高电压试验技术

随着电力系统电压等级的不断提高，绝缘成为电气设备中的薄弱环节。高电压试验是研究击穿机理、影响因素、电气强度以及检验电气设备耐受水平的最好方法。介质绝缘强度电气设备绝缘试验：

集中性缺陷——发展速度快

1、绝缘缺陷:

分布性缺陷——演变速度慢

2、试验方法分为两类：非破坏性试验和破坏性试验。

5.2高电压与绝缘技术的主要内容第五章非破坏性试验：在较低电压下或其他不会损坏绝缘的方法来检测绝缘，判断绝缘状态，及时发现可能的劣化现象。绝缘电阻测量——兆欧表；绝缘电阻是一切电介质和绝缘结构的绝缘状态最基本的综合性特性参数。由于电气设备中大多采用组合绝缘和层式结构，故在直流电压下均会有明显的吸收现象，使外电路中出现一个随时间而衰减的吸收电流。直流泄漏电流测量；介质损失（损耗）角测量——西林电桥；局部放电测量。5.2高电压与绝缘技术的主要内容第五章破坏性试验：在各种较高电压下进行的试验，也称为耐压试验。目的在于考核绝缘的电气强度雷电冲击耐压试验；交、直流耐压试验；操作冲击耐压试验。球隙放电试验5.2高电压与绝缘技术的主要内容第五章

高电压试验设备

高电压分压器

分压器是高电压试验中必备的测量设备，它能将高电压转换为可用普通电压表测量的安全低电压。其测量准确性、直观性及使用方便性是传统测量高电压采用的静电电压表、测量球隙等所无法比拟的。

分压器一般是指不带测量仪表的“分压器体”，如配有普通电压表、专用电压表、多功能峰值表或记录仪等，则可称为：高压分压器测量系统、千伏表等。5.2高电压与绝缘技术的主要内容第五章高压电压表高压试验变压器5.2高电压与绝缘技术的主要内容第五章

数字化测量装置

数字式局部放电检测系统

通用型钳形表5.2高电压与绝缘技术的主要内容第五章

电气设备诊断及在线监测

对电气设备进行试验和各种特性测量，了解其特征，评估设备状态，及时发现故障，称为电气设备诊断技术（DiagnosticTechnique）

5.2高电压与绝缘技术的主要内容第五章4、电力系统过电压及其保护

电力系统过电压雷电（大气）过电压内部过电压暂态过电压操作过电压直击雷过电压感应雷过电压工频过电压谐振过电压常用过电压限制措施：

装避雷针、避雷器，调整线路参数，装设并联电抗器、静止无功补偿器，在操作断路器触头上装设并联电阻，以及用快速继电保护减小工频电压升高及其持续时间等。5.2高电压与绝缘技术的主要内容第五章工频过电压

工频过电压在暂时过电压中的重要性：它是确定超高压远距离输变电设备绝缘水平的重要依据，其幅值影响保护电器的工作条件和保护效果。它的持续时间影响设备绝缘及运行性能，并且长线中的操作过电压是在工频过电压的基础上振荡产生的。在超高压输电系统中，工频电压升高应当受到相当的重视。产生原因：长线电容效应、不对称接地和突然甩负载。采取措施：传统的方法是使用同步补偿机或并联电抗器，近年来的发展了静止无功补偿技术，各有优缺点。5.2高电压与绝缘技术的主要内容第五章谐振过电压一、产生谐振过电压的原因：由于系统中存在着大量的电容电感元件，在系统进行操作或发生故障时，这些电容电感元件可能形成各种不同自振频率的振荡回路，在外电源的作用下发生谐振现象，造成某些元件上出现谐振过电压。二、谐振过电压的特点：是一种稳态现象，存在的时间较长，对电气设备绝缘的危害大。三、谐振的类型：由于系统中的电阻电容元件可以认为是线性的，而电感则可能是线性的、非线性的或作周期性变化的，按电感的类型不同，谐振分为1、线性谐振2、参数谐振3、铁磁谐振5.2高电压与绝缘技术的主要内容第五章操作过电压1、产生：系统中对断路器的操作而带来的过电压。

其过电压倍数K的大小和持续时间与电网的结构，断路器的性能，系统的接线方式及运行操作方式有关。K一般为3～42、类型：（1）空载线路合闸过电压（2）切除空载线路过电压（3）切除空载变压器过电压（4）中性点不接地系统中弧光过电压5.2高电压与绝缘技术的主要内容第五章5、防雷及防雷设备