高电压技术-吴广宁绪论

高电压技术

学科地位

本课程性质、任务和要求

教材及主要参考书

课程导引

绪论一学科地位日本小崎正光教授把最高品质能量形态的电能有关知识和技术体系称为电气－电子工程学，它可理解为图示的三柱组成的体系：

对高电压与绝缘技术可这样理解：电能与人类的生存、发展有密切关系，而高电压与绝缘技术是其中一个很重要的知识体系，它是支撑电能应用的一根有力的支柱。高电压绝缘技术将抓住成为梦之能源的核聚变发电、超导应用、大陆间送电、直流系统、电能储藏、高性能蓄电池等大量课题进一步发展下去。

二本课程性质、任务和要求

高电压技术是电工学科的一个重要分支，它主要研究高电压、强电场下各种电气物理问题。电介质的电气强度电气绝缘与高压电气试验过电压防护与绝缘配合

本课程是一门重要的专业技术基础课，主要内容包括：在电气工程及自动化工程中具有较强的理论性、实践性的应用价值。通过本课程的学习，同学应达到以下要求：获得各种电介质的绝缘特性知识提高抗电强度的方法了解高电压试验设备原理、试验方法掌握波过程的基本理论具有分析计算供电系统中大气过电压、操作过电压的能力学会限制各种过电压的措施理解供电系统中绝缘配合的原则本课程的内容课堂习题实验三教材及主要参考书

教材：吴广宁，高电压技术，机械工业出版社，2007

参考书目：赵智大，高电压技术，中国电力出版社，1999小崎正光，高电压与绝缘技术，科学出版社，2001邱毓昌等，高电压工程，西安交大出版社，1995肖如泉，高电压试验工程，清华大学出版社，2001文远芳，高电压技术，华中科技大学出版社，2001张纬钹，何金良等，过电压防护与绝缘配合，2002四课程导引

电能是现代社会中最重要、最方便的能源。电能具有许多优点，如：可以方便地转化为其他形式的能量。 如：机械能、热能、光能、化学能等；输送和分配易于实现；应用规模灵活。电能与电力系统图0-1动力系统、电力系统和电力网示意图动力系统、电力系统和电力网示意图如下图所示：电力的大容量和远距离传输，促使电压等级的不断提高。100年来世界上的输电电压提高了100倍。目前我国最高电压等级为750kV。在高压输电行业中，习惯上称：低压35kV以下高压35kV-100kV超高压100kV-1000kV特高压1000kV以上直流电压因为不能利用变压器，所以交流输电最先得到迅速发展。直流输电

20世纪50年代中期以来，随着各方面的技术的进步，直流输电的优越性逐步得到体现，许多国家又逐步开始发展直流输电。我国多条远距离的西电东送线路即为直流输电线路。中国电力工业的现状与发展

1980年以来我国发电量平均以9%的年增长率增长。2002年我国年发电量已达16000亿千瓦时。

1996年底我国发电设备装机容量已达2.3亿kW，居世界第二位，2002年达3.53亿kW。我国各大电网现有的变电及配电电压等级为：交流：500kV，220kV，110kV，(66kV)35kV，10kV直流：正负500kV，+-800KV西北电网电压等级为330kV，220kV，100kV，35kV，10kV目前正在着手西北地区750kV输变电工程的设计、实施高电压、高场强下的特殊问题绝缘问题没有可靠的绝缘，高电压高场强甚至无法实现。在一定的电压形式下，必须选择合理的绝缘材料，设计合理的绝缘结构。高电压实验问题高电压技术是一门工程性很强的学科，实验是必不可少的。高电压试验面临诸如以下问题：如何产生高压？如何对电气设备进行高压试验？如何测量高压？过电压保护问题电力系统运行过程中，经常会导致比工作电压高得多的电压产生，如：自然界的雷击、电力系统本身操作导致的操作过电压等。为了保护电力系统中的电力设备，必须研究：各种过电压的特点及形成条件各种保护装置及其保护特性电压、绝缘、保护三者之间的绝缘配合电磁环境问题

电磁兼容：高电压高场强下各种电磁干扰信号更强，电磁兼容问题也更加突出。

生态效应：研究强电场、强磁场下对生物生活环境的影响。高电压下特殊现象及其应用高电压学科的特有现象可以举出很多，其中一些已得到应用，并有很好的发展前景，已成为国内外广泛开展研究的方向。静电技术及应用利用静电技术人们制成静电除尘器，其除尘效率达99%以上。液电效应及应用

液电效应是液体电介质在高电压、大电流放电时伴随产生的力、声、光、热等效应的总称。利用此原理可以制成碎石机、铸件清砂装置等，已得到广泛应用。线爆技术及应用强大的电流通过金属线时，会使金属线熔化、气化、爆炸，可以对难熔金属、难镀材料喷涂，也可用线爆来模拟高空核爆炸或地下核爆炸。

脉冲功率技术在许多高科技领域、尖端武器领域得到广泛应用，目前脉冲功率技术正向着高电压、大电流、窄脉冲、高重复率的方向发展。脉冲功率技术及应用例如：体外碎石技术肾结石、胆结石的体外粉碎是利用高压脉冲产生一定向冲击波，经聚焦后作用于患处将结石击碎。除菌及清鲜空气利用空气中电晕放电，控制产生一定浓度臭氧(强氧化剂)，达到杀菌及清洁空气的作用(目前空调中所谓的等离子体空气清新技术)脉冲电磁场刺激小脑顶核治疗脑血管疾病

使用脉冲电磁场刺激小脑顶核后，可改善大脑血流，缩小脑梗塞体积，患者脑循环动力参数有明显好转，神经功能得到极大的改善。脉冲电磁场对细胞膜的可逆性击穿效应

在一定剂量的短时电脉冲作用下细胞膜出现暂时微孔，脉冲撤出后，微孔愈合，细胞膜恢复原始结构的现象癌症的电穿孔疗法（美国Genetronics公司）采用电脉冲辅助化疗药物如博莱酶素等治疗肿瘤。治疗机理：一定剂量（电场强度1.6kV/cm、脉宽100us、频率1～4Hz）的（4～10个）电脉冲导致肿瘤细胞膜电穿孔，使细胞膜的电导率和粒子渗透作用剧增从而促进化疗药物的运送。MedPulser®系统的治疗过程a.注射化疗药物b.插入电极针阵列c.施加电脉冲污水处理利用高频脉冲高压产生高浓度臭氧，与污水作用能够分解污水中的有机物，去除臭气，实现污水的处理。烟气处理利用高功率脉冲形成高能活性离子，可以实现工厂烟气的脱硫脱硝，净化排污。（国家863项目）等离子体隐身利用等离子体与电磁波的作用机制(能够有效吸收大量的电磁波),产生覆盖飞行器的等离子体层，能有效吸收雷达信号，达到隐身的目的。

国家自然科学基金重大研究项目旧金山大停电美国旧金山1998年2月8日，太平洋天然气电力公司(PGE)变电站发生停电事故，所有从圣马特欧变电站至旧金山的5条115kV输电线全部跳开，旧金山地区2个发电厂解列，456000多个用户停电。巴西大停电巴西圣保罗1999年，由于闪电击中圣保罗的一个变电站，变压器跳闸导致电网解列，引起巴西南部地区停电长达4小时之久。停电波及巴西27个州的11个州，停电地区是巴西人口和工商业最密集的地区，直接影响1.7亿人的正常工作与生活，经济损失非常严重。由于停电发生在午间交通高峰时间，交通灯熄灭，引起严重交通堵塞。纽约大停电美国纽约2002年3月位于曼哈顿东区的爱迪生联合电厂突然失火，并引燃了用于发电的燃油。这起事故造成纽约第14大街以南的6.3万户居民住宅停电，附近的格林尼治和索霍等地区也受到影响。居住在世贸中心遗址附近的居民又一次感受到了9·11时的恐怖气氛。驾车者在昏暗的高速公路上小心翼翼地行驶，高大建筑内的人们在漆黑的楼道里摸索着前行，耳边不时传来阵阵警笛声。菲律宾大停电菲律宾主岛吕宋岛2002年5月21日由于海底电缆损坏，引发大面积停电事故，全国人口一半以上受到影响。首都马尼拉和广泛地区四千多万人没有电力供应。这次停电对菲律宾的商业运作造成重大打击。受停电影响，铁路系统停顿，数以千计的乘客被困车厢内；菲律宾股票市场也被迫中断交易。加州大停电美国加州2002年1月以及3月连续两次发生全州停电事故。为防止整个系统瘫痪，加州实行了二战后的首次灯火管制，以避免对电力设备造成损害，引发更大面积的不能控制的断电事故。电力官员称用电高峰再次对该州设备严重老化的电力系统带来完全瘫痪的威胁，加州已宣布进入3级紧急状态。

Cisco、IBM和Intel等公司担心加州能源危机恶化，正考虑撤离硅谷。加州议会正拟定一项4亿美元的电力拯救计划。希腊北部地区2002年6月12日下午由于气温过高，希腊北部最大城市萨洛尼卡附近一座变电站内的变压器突然发生爆炸，造成包括该市在内的大部分希腊北部地区供电中断。发生长达一个多小时的严重停电事故，造成许多城市交通瘫痪，通讯系统无法正常工作。瑞典首都斯德哥尔摩于2002年3月11日开始，由于地下隧道的输电电缆被烧毁，连续两天发生大面积停电事件，造成许多工厂停产，严重影响了当地居民的正常生活。英国南部莱斯特郡5月11日发生大面积停电。2万多户家庭连续几天生活在黑暗中。附近的肯特郡、萨塞克斯郡和萨里郡的3.1万户家庭的断电现象则持续了更长一段时间。在我国，近20年来各大电网中规模较大的停电事故约有140余起，每次损失数以亿计。近几年事故次数虽有所下降。但其规模和造成的损失却大幅度扩大和上升。随着全国电网的形成，电力系统重大事故也更将危及到我国国家安全。台湾大停电台湾1999年7月29日全岛发生五十年来最大的一起停电事故，南北两条超高压输电线路损坏，进而引发连锁反应，造成台中电厂、通霄电厂、林口电厂、协和电厂、深澳电厂以及核能一、二、三厂全部跳闸，总跳机电量高达1000万千瓦，全台湾停电用户高达900万户。包括机场、医院、科学园等敏感地区，都一度陷入停电状态。直接经济损失在150亿新台币以上。新竹科学园的26座晶片厂生产线因此停顿1至2天，每座晶片厂的损失估计超过5000万元，由于适逢月底出货高峰，总计这次大停电造成新竹科园区的损失约新台币100亿元以上。辽沈大停电辽沈地区2001年2月22日遭遇最严重大面积停电事故，沈阳市区停电面积已经超过