高电压复习.docx

高电压复习.docx

《高电压复习.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高电压复习.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

高电压复习

第一章

1.带电质点的产生p5

游离（电离）是指电子脱离原子核的束缚而形成自由电子和正离子的过程

种类①碰撞游离：

在电场作用下，电场背加速获得动能（）。

如果动能大于气体介质的游离能，在和气体质点发生碰撞时，就可能是气体质点产生游离分裂成正离子和电子，

②光游离

③热游离

④表面游离

2巴申定律p10

击穿电压与气体相对密度和极间距离乘积之间的关系。

两者乘积大于0.26cm时,不再适用

图1.4

3.流注理论p10

①考虑了空间电荷对原有电场的影响和空间光电离的作用，适用两者乘积大于0.26cm时的情况

②游离强度和发展速度远大于初始电子崩的二次电子崩不断汇入初崩通道的过程称为流注。

4.不均匀电场中的放电过程p12

以最大场强与平均场强之比来划分

Ke<2时，是稍不均匀电场；Ke>4后，是极不均匀场

5．电晕放电p12

定义：

在极不均匀场中，随着间隙上所加电压的升高，在高场强电极附近很小范围的电场足以使空气发生游离，而间隙中大部分曲域电场仍然很小。

在高场强电极附近很薄的一层空气中将具有自持放电条件，而放电仅局限在高场强电极周围很小范围内，整个间隙尚未被击穿。

这种放电现象称为电晕放电

起始场强：

电晕放电是极不均匀电场所特有的一种自持放电形式。

开始出现电晕时的电压称为电晕起始电压，而此时电极表面的场强称为电晕起始场强。

放电的极性效应:

由于高场强电极极性的不同，而造成的电极电晕起始电压和间隙击穿电压的不同，称为极性效应。

6．起晕场强p13见5

7．标准雷电冲击波电压全波及截波波形p16

8．伏秒特性（波形及避雷器选择）p17

伏秒特性：

工程上用气隙上出现的电压最大值与放电时间的关系来表征气隙在冲击电压下的击穿特性,称为气隙的伏秒特性

秒特性曲线:

针对一系列幅值不同的标准冲击电压波（比如雷电过电压波）,气隙上出现的电压最大值与放电时间的关系

伏秒特性绘制方法:

实际的伏秒特性曲线是一个以上、下包线为界的带状区域。

通常取50％伏秒特性或平均伏秒特性曲线来表征一个气隙的冲击击穿特性。

50％伏秒特性示意图

9．电场形式对放电电压的影响p19

均匀电场的击穿特性

1电极布置对称，无击穿的极性效应；

2间隙中各处电场强度相等，不可能出现持续的局部放电形式，流注一旦形成，间隙就被击穿。

击穿所需时间极短；

3直流击穿电压、工频击穿电压峰值以及50％冲击击穿电压大致相同；

4击穿电压的分散性很小

稍不均匀电场中的击穿

1与均匀电场相似，一旦出现局部放电，整个间隙马上击穿；

2无明显的极性效应；

3直流击穿电压、工频击穿电压峰值及50％冲击击穿电压几乎一致。

4电场越均匀，同样间隙距离下的击穿电压越高。

其极限为均匀电场中的击穿电压

极不均匀电场中的击穿:

工程中常用的电场，绝大多数都是极不均匀电场

①出现的电晕放电使外电场发生强烈畸变，使得电场不均匀程度对击穿电压的影响减弱，而极间距离成为影响击穿电压的主要因素；

②击穿电压的极性效应非常明显

10．电压波形对击穿电压的影响p20

对于均匀电场和稍不均匀电场，在直流、交流电压、冲击电压作用下的击穿电压没有大的变化,电压波形对击穿电压的影响主要体现在极不均匀电场的情况

在各种各样的极不均匀电场气隙中：

“棒－棒”气隙：

完全对称性

“棒－板”气隙：

最大不对称性

其它类型不均匀电场气隙击穿特性介于这两种之间。

对于实际工程中遇到的各种极不均匀电场气隙来说，均可按其电极的对称程度分别选用“棒-棒”或“棒-板”两种典型气隙的击穿特性曲线来估计其电气强度。

①直流电压作用下极不均匀场的击穿电压

“棒－板”负极性击穿电压大大高于正极性击穿电压

“棒－棒电极间的击穿电压介于不同极性的“棒－板”击穿电压之间

平均击穿场强:

正棒-负板：

4.5kV/cm负棒-正板:

10kV/cm棒-棒：

5.4kV/cm

②工频电压作用下极不均匀场的击穿电压

间隙击穿发生在棒级为正，板极为负，电压达到峰值附近时

击穿电压与距离近似成正比

距离超过2m时,呈现饱和趋势,平均击穿场强明显降低,而棒板间隙尤其严重。

电气设备尽量采用棒棒类型的电极结构

③雷电冲击作用下极不均匀场的击穿电压

间隙较长时,击穿通常发生在波尾

棒-板间隙具有明显的极性效应。

棒极为正极性的击穿电压比负极性时数值低得多。

图示范围内,击穿电压与距离成正比,没有明显的饱和趋势

④操作冲击电压作用下极不均匀场的击穿电压

（3）气隙的操作冲击电压不但远低于雷电冲击电压，在某些波前时间范围内，甚至比工频击穿电压还要低。

（工频半波波前时间为5000us，位于U形曲线的右半枝，其击穿电压高于临界波前击穿电压）各种类型作用电压下，以操作冲击电压下的电气强度最小。

在确定电力设施的空气间距时，必须考虑到这一重要情况。

（4）操作冲击击穿特性具有显著的“饱和特征”。

正极性“棒—板”气隙的饱和现象最为严重，尤其是在气隙长度大于5m以后。

（5）操作冲击电压下的气隙击穿电压和放电时间的分散性都要比雷电冲击电压下大得多。

11．气体性质和状态对放电电压的影响p23

气体状态对放电电压的影响

湿度校正因数

大气中所含的水气分子能俘获自由电子而形成负离子，这对气体中的放电过程显然起着抑制作用，可见大气的湿度越大，气隙的击穿电压也会增高。

在均匀和稍不均匀电场中，放电开始时，整个气隙的电场强度都较大，电子的运动速度较快，不易被水气分子所俘获，因而湿度的影响就不太明显，可以忽略不计。

例如用球隙测量高电压时，只需要按空气相对密度校正其击穿电压就可以了，而不必考虑湿度的影响。

在极不均匀电场中，湿度的影响就很明显了，这时可以用下面的湿度校正因数来加以修正：

式中的因数k与绝对湿度和电压类型有关，而指数之值则取决于电极形状、气隙长度、电压类型及其极性。

空气密度校正因数

空气密度与压力和温度有关。

空气的相对密度校正系数为：

我国幅员辽阔，有不少电力设施（特别是输电线路）位于高海拔地区。

随着海拔高度的增大，空气变得逐渐稀薄，大气压力和相对密度减小，因而空气的电气强度也将降低。

海拔高度对气隙的击穿电压和外绝缘的闪络电压的影响可利用一些经验公式求得。

我国国家标准规定：

对于安装在海拔高于1000m、但不超过4000m处的电力设施外绝缘，其试验电压U应为平原地区外绝缘的试验电压乘以海拔校正因数：

气体性质对放电电压的影响

不同气体具有不同的耐电强度，在间隙中加入高电强度气体，可大大提高击穿电压，主要指一些含卤族元素的强电负性气体。

其电气强度高的原因在于:

1它们容易与电子形成负离子，削弱了电子的碰撞游离能力，同时又加强了复合能力

2分子直径较大而使得电子自由行程缩短,不容易积聚起能量而引起碰撞游离

但仅仅满足高电气强度是不够的，还必须满足以下条件：

液化温度要低；良好的化学稳定性，放电时不易分解、不燃烧或爆炸、不产生有毒物质；生产不太困难，价格不过于昂贵。

SF6同时满足以上条件，而且还具备优异的灭弧能力，其他有关的技术也相当好，因此SF6及其混合气体在电力系统中得到了广泛应用。

提高气体击穿电压的措施

为了缩小电力设施的尺寸，总希望将气隙长度或绝缘距离尽可能取得小一些，为此就应采取措施来提高气体介质的电气强度。

从实用角度出发，要提高气隙的击穿电压不外乎采用两条途径：

1改善气隙中的电场分布，使之均匀；

2设法削弱和抑制气体介质中的游离过程。

电极形状的改进:

电场分布越均匀，气隙的平均击穿场强也就越大。

因此，可以通过改进电极形状的方法来减小气隙中的最大电场强度，以改善电场分布，提高气隙的击穿电压。

如：

增大电极的曲率半径、改善电极边缘、使电极具有最佳外形

空间电荷对原电场的畸变作用：

极不均匀电场气隙被击穿前先出现电晕放电。

在一定条件下，可以利用放电本身所产生的空间电荷来调整和改善空间的电场分布，以提高气隙的击穿电压。

极不均匀场中屏障的采用：

在极不均匀场的空气间隙中，放入薄片固体绝缘材料（如纸或纸板），在一定条件下可以显著地提高间隙的击穿电压。

屏障的作用在于屏障表面上积聚的空间电荷，使屏障与板电极间形成较均匀的电场，从而使整个间隙的击穿电压提高。

提高气体压力的作用：

在常压下空气的电气强度比较低，约为30kV/cm。

即使采取上述各种措施来尽可能改善电场，其平均击穿场强也不可能超越这一极限。

如果把空气压缩，使气压大大超过0.1MPa，它的电气强度能得到显著提高。

这主要是因为提高气压可以大大减小电子的自由行程长度，从而削弱和抑制了游离过程。

高真空：

如果把空气压缩，使气压大大超过0.1MPa，它的电气强度能得到显著提高。

这主要是因为提高气压可以大大减小电子的自由行程长度，从而削弱和抑制了游离过程。

在电力设备中，实际采用高真空作为绝缘媒质的情况还不多，主要因为在各种设备的绝缘结构中大都还要采用各种固体或液体介质，它们在真空中都会逐渐释出气体，使高真空难以长期保持。

高电气强度气体SF6的采用：

用SF6等高电气强度气体来替换空气，可以大大提高气隙的击穿电压，甚至在空气中混入一部分这样的气体也能显著提高其电气强度。

12．沿面放电（沿面闪络）：

沿着固体介质表面发展的气体放电现象。

多发生在绝缘子、套管与空气的分界面上。

提高沿面放电电压的措施

屏障：

在固体介质沿电场等电位面方向安放突出的棱缘，棱边缘与等位面平行。

电子或离子在平行于等位面的屏障表面运动时,不能从电场吸收能量而阻止放电发展。

应用:

屏障在棒型绝缘子中的应用

屏蔽：

采取措施使固体介质表面的电位分布均匀化，可提高沿面闪络电压。

应用:

支柱绝缘子上内屏蔽电极的使用

表面处理：

绝缘子表面受潮,会使闪络电压大大降低。

应用:

在陶瓷、玻璃绝缘表面作憎水处理

应用半导体材料：

在介质表面涂以半导体漆或釉，抑制放电发展

阻抗调节：

适当调节单元绝缘子阻抗,使沿串电压分布较均匀

第二章

13．介质的极化、电导和损耗p40

极化：

正常情况下，任何电介质都是中性的。

但在电场的作用下，其电荷质点会沿电场方向产生有限的位移现象，并产生电矩（偶极矩），称之为极化。

电导：

任何电介质都不是理想的绝缘体，在它们内部总有一些联系较弱的带电质点存在。

在外电场作用下，这些带电质点作定向运动，形成电流。

因而任何电介质都具有导电性。

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。

14．影响介质损耗的因素p48

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，不必引入介质损耗的概念。

交流下：

除电导损耗外，还有周期性极化引起的损耗。

介质损耗针对的是交流电压作用下介质的有功功率损耗

15．影响液体介质击穿的因素和改进措施p50

中性和弱极性液体介质（如变压器油）的损耗主要由电导引起,极化损耗极小

极性液体介质有电导损耗和极化损耗,受温度和电源频率的影响较大。

影响因素：

油品质、温度、电压作用时间、电场均匀程度、压力

改进措施：

①尽可能除去液体介质中的杂质，提高并保持液体品质

②在曲率半径小的电极上加覆盖层，如覆盖以（零点几毫米）薄电缆纸、黄蜡布或涂漆膜

③在极不均匀电场中曲率半径小的电极上加绝缘层，如包缠较厚（几毫米）的电缆纸或黄蜡布等固体绝缘层

④在油间隙中放置极屏障，如尺寸圈套、1~3mm厚的层压之隔板

⑤将油间隙用多重屏障分隔成许多较短的油间隙

16．固体介质击穿p53

固体介质的击穿电压与外施电压作用时间长短有密切关系，其击穿电压随电压作用时间的缩短而迅速上升到其极限——固有击穿电压。

固体介质一旦被击穿，便丧失了绝缘性能，有了固有导电通道，即使去掉外施电压，也不像气体、液体等能自己回复绝缘性能，固体介质这类绝缘称为非自恢复绝缘

可分为：

电击穿、热击穿、电化学击穿

17．影响固体介质击穿的因素和改进措施p53

①电压作用时间：

采用特别耐局部放电的无机绝缘材料，如云母、

②温度：

加强散热冷却，防止臭氧及有害气体与绝缘介质接触

③电场均匀程度：

用干燥、油浸、浸胶等工艺使固体介质除去气泡、杂质以提高其电气强度

④受潮：

在制造中注意除去水分，在运行中注意防潮，并定期检查受潮情况

⑤累积效应：

在绝缘设计时考虑这一效应，给予一定裕度

⑥机械负荷：

注意散热，避免过负荷运行

第三章

18．吸收比p58

多层绝缘介质在直流电压作用下,有吸收现象,即电流随所加电压时间的延长而逐渐减小，最后趋于一恒定值（泄漏电流）。

其绝缘电阻也将随时间的变化而变化,可据此作为判断绝缘状态的依据

吸收比K定义为加压60s时的绝缘电阻与15s时的绝缘电阻比值K。

绝缘受潮后，绝缘电阻会下降,吸收电流衰减很快，在15s时已衰减很多，越接近60s时的绝缘电阻（K越近于1），意味着绝缘性能越差。

一般认为如K＜1.3，就可判断为绝缘可能受潮。

K越大越好

大容量电气设备中，吸收现象延续很长时间，吸收比不能很好地反映绝缘的真实状态，可用极化指数再判断。

18．兆欧表p58

工程师用兆欧表（又称摇表）进行测量。

以加压60s后兆欧表的读数为该试品的绝缘电阻。

20．测量绝缘能发现的缺陷p60

能有效发现的缺陷

绝缘受潮；两极间有贯穿性的导电通道；绝缘表面情况不良（比较有无屏蔽端时的绝缘电阻）

不能发现的缺陷

绝缘中的局部缺陷：

如非贯穿性的局部损伤、含有气泡、分层脱开等；绝缘的整体老化

21．泄漏电流的测量p69直流

1加在试品上的直流电压要比兆欧表的工作电压高得多，可达10kV以上

2能发现兆欧表所不能发现的某些缺陷，如未贯穿的集中性缺陷

③可在试验中随电压升高，观察泄漏电流与时间的关系，绘出曲线进行全面分析

22．介质损失正切值tanδ的测量p61

①介质的功率损耗P与介质损耗角正切tanδ成正比,所以后者是绝缘品质的重要指标，测量tanδ值是判断电气设备绝缘状态的一项灵敏有效的方法。

②tanδ能反映绝缘的整体性缺陷（例如全面老化）和小电容试品中的严重局部性缺陷。

根据tanδ随电压而变化的曲线，可判断绝缘是否受潮、含有气泡及老化的程度。

③测量tanδ不能灵敏地反映大容量发电机、变压器和电力电缆（它们的电容量都很大）绝缘中的局部性缺陷，这时尽可能将这些设备分解成几个部分，然后分别测量。

测量tanδ值是判断电气设备绝缘状态地一项灵敏有效的方法。

tanδ值的测量，最常用的是西林电桥。

tanδ的测量受一系列外界因素的影响。

试验中应尽可能采用屏蔽，除污等方法消除这些影响。

23．西林电桥p63

为了读数的方便与工作,通常将面板上可调电容C4的电容值直接标记成被试品的正切值

如C4=0.006uF,直接标成0.6

反接法:

由于绝大多数电气设备的金属外壳是直接放在接地底座上的，换言之，被试品的一极往往是固定接地的,应改用下图的反接线法进行测量。

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。

影响及消除方法

①外界电磁场的干扰影响

消除干扰的方法：

将电桥用金属屏蔽网和屏蔽电缆线加以屏蔽

②温度的影响

应将在各种温度下测得的tanδ值换算到20℃时的值。

③试验电压的影响

若绝缘内部有缺陷时（如气泡），若试验电压超过气泡的放电电压时，tanδ将随试验电压的升高而明显增加

④试品电容量的影响

对于电容量较小的试品（例如套管、互感器等），测量tanδ能有效地发现局部集中性缺陷和整体分布性缺陷。

但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tanδ只能发现整体分布性缺陷

⑤试品表面泄漏的影响

测试前应当清除绝缘表面的积污和水分，必要时还可在绝缘上装设屏蔽极

24．局部放电的测量p67

局部放电：

高压电气设备的绝缘内部总是存在一些缺陷,如气泡空隙、杂质等。

由于这些异物的电导和介电常数不同于绝缘物，故在外加电场作用下，这些异物附近将具有比周围更高的场强，有可能引起该处物质产生放电现象，称为局部放电。

这是一种判断绝缘在长期运行中性能优劣的有效办法

绝缘状态的综合判断

绝缘预防性试验中的种种非破坏试验项目，对揭示绝缘中的缺陷和掌握绝缘性能的变化趋势，各具有一定的功能，也各有自己的局限性。

同一项目用于不同设备时的的效果也不尽相同。

不能孤立地根据某一项试验结果对绝缘状态下结论，必须将各项试验结果联系起来综合分析，并考虑被试品的特点和特殊要求，方能作出正确的判断

若某一试品的各项试验均顺利通过，一般可认为绝缘状态良好。

三比较方法

若个别试验项目不合格，达不到规程的要求，可使用三比较方法。

与同类型设备作比较

同类型设备在同样条件下所得的试验结果应该大致相同,若差别很大就可能存在问题

在同一设备的三相试验结果之间进行比较

若有一相结果相差达50%以上,该相很可能存在缺陷

与该设备技术档案中的历年试验数据进行比较

若性能指标有明显下降情况,即可能出现新的缺陷

25．工频交流耐压实验

绝缘的高电压试验

在高压试验室用工频交流高压、直流高压、雷电冲击高压、操作冲击高压等模拟电气设备的绝缘在运行中受到的电压，用以考验各种绝缘耐受这些高电压作用的能力。

特点

具有破坏性试验的性质。

一般放在非破坏性试验项目合格通过之后进行，以避免或减少不必要的损失。

26．工频高压实验设备及接线p72

●通常采用高压试验变压器或其串级装置来产生。

●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设备的基础部件。

工频高压试验的基木接线图

AV一调压器PV1一低压侧电压表T一工频高压装置

R1一变压器保护电阻TO一被测试品R2一测量球隙保护电阻

PV2一高压静电电压表F一测量球隙Lf一Cf一谐波滤波器

27．直流高电压发生器p80

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验电压

直流高压试验的特点，和交流耐压试验相比主要有以下一些特点：

●只有微安级泄漏电流，试验设备不需要供给试品的电容电流，试验设备的容量较小，可以做的很轻巧，便于现场试验。

●试验时可同时测量泄漏电流，由所得的“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。

●在直流高压下，局部放电较弱，不会加快有机绝缘材料的分解或老化变质，一定程度具有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，所以对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。

28．冲击高压实验p84

基本原理:

并联充电，串联放电

获得冲击高电压的方法

电气设备内绝缘的雷电冲击耐压试验采用三次冲击法。

电力系统外绝缘的冲击高压试验通常可采用15次冲击法。

球隙的放电电压

理论上的计算公式往往不能满足测量精度的要求，通过实验的方法得出不同球隙的放电电压数据，并被制成表格或曲线（P225附表1）。

R1为限流电阻，R2为球隙测压器的专用保护电阻

。

电容分压器

用来测量交流高电压和冲击高电压的电容分压器原理接线如下图

K称为分压比

冲击高压的测量

●高电压试验除了要有产生各种试验电压的高压设备，还必须要有能测量这些高电压的仪器和设备。

●电力系统中，广泛应用电压互感器配上低电压表来测量高电压；但此法在试验室中用得很少。

试验室条件下广泛应用高压静电电压表、球隙测压器、高压分压器等仪器测量高电压。

●国标规定，高电压的测量误差一般应控制在±3％以内。

提高电流，充CF6

第四章

29．过电压p96

第五章

30．避雷针、避雷线的保护范围p127

第六章

31．变压器中性点保护p173

a）中性点绝缘水平

全绝缘：

中性点绝缘水平与相线段绝缘水平相等

60kV及以下的电力变压器全绝缘

分级绝缘:

中性点绝缘水平低于相线端绝缘水平

110kV及以上的电力变压器分级绝缘

b）60kV及以下电压等级变压器的中性点保护

采用全绝缘,且流过雷电流较小,中性点一般不需保护

c）110kV及以上

中性点一般直接接地

为了继电保护的需要,其中部分变压器中性点不接地,若其中性点采用分级绝缘,需在中性点上加装避雷器或保护间隙

32．旋转电机的防雷保护特点p174

●旋转电机主绝缘的冲击耐压值远低于同级变压器的冲击耐压值

●运行中的旋转电机主绝缘低于出厂时的核定值

●保护旋转电机用的磁吹避雷器的保护性能与电机绝缘水平的配合裕度很小（主绝缘）

●由于电机绕组匝间电容较小，匝间承受电压正比于陡度，要求来波陡度较小（匝间绝缘）

●电机绕组中性点一般不接地，三相进波时，中性点电压可达进波电压的两倍（中性点绝缘）

33．直配电机的防雷措施

a）避雷器保护功能：

降低侵入波幅值

电机的冲击耐压值与同等级FCD避雷器在3kA下的残压略大，必须使流经避雷器的雷电流小于3kA,需配合进线段保护使用

b）电容器保护功能：

限制侵入波陡度α和降低感应雷过电压

若每相电容为0.25-0.5uF，可使陡度小于2kV/us，同时感应过电压也得到降低。

c）电缆段保护（进线段保护）功能：

限制流经FCD型避雷器中的雷电流使之小于3kA

d）电抗器保护功能：

在雷电波侵入时抬高首端冲击电压，使安装在电缆首端的避雷器放电