高电压复习.docx

1、高电压 复习高电压技术（复习）一.气体的绝缘强度了解气体放电的一般现象和概念；理解持续电压作用下均匀电场气体放电理论、不均匀电场中的气体放电特性；理解冲击电压下的气体放电特性；了解大气条件对气隙击穿电压的影响，掌握提高气隙击穿电压的具体措施。1.基本概念 自持放电:不需其它任何外加电离因素而仅由电场的作用就能维持的放电称 为自持放电。非自持放电:必须借助外加电离因素才能维持的放电则称之为非自持放电。电晕放电:当所加电压达到某一临界值时，在靠近两个球极的表面出现蓝紫色的晕头，并发出“咝咝”的响声，这种局部放电现象称为电晕放电。极性效应：在极不均匀电场中，高场强电极的不同，空间电荷的极性也不同，对

2、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压的不同，以及间隙击穿电压的不同，称为极性效应。50%冲击击穿电压（U50%）：用间隙击穿概率为50的电压值来反映间隙的耐受冲击电压的特性。汤逊放电理论和流柱理论的异同以及各自的适用范围：汤逊放电理论：当外施电压足够高时，一个电子从阴极出发向阳极运动，由于碰撞游离形成电子崩，则到达阳极并进入阳极的电子数为eas个(为一个电子在电场作用下移动单位行程所发生的碰撞游离数；s为间隙距离)。因碰撞游离而产生的新的电子数或正离子数为(eas-1)个。这些正离子在电场作用下向阴极运动，并撞击阴极若1个正离子撞击阴极能从阴极表面释放r个(r为正

3、离子的表面游离系数)有效电子，则(eas-1)个正离子撞击阴极表面时，至少能从阴极表面释放出一个有效电子，以弥补原来那个产生电子崩并进入阳极的电子，则放电达到自持放电。即汤逊理论的自持放电条件可表达为r(eas-1)=1。它的适用范围：汤逊理论是在低气压、Pd较小的条件下在放电实验的基础上建立的。Pd过小或过大，放电机理将出现变化，汤逊理论就不再适用了。通常认为，Pd200cmmmHg时，击穿过程将发生变化，汤逊理论的计算结果不再适用，但其碰撞电离的基本原理仍是普遍有效的。流注形成的条件气隙中一旦出现流注，放电就可以由放电本身所产生的空间光电离而自行维持，因此自持放电条件就是流注形成的条件。而

4、形成流注的条件是需要初始电子崩头部的电荷达到一定的数量，使电场得到足够的畸变和加强，造成足够的空间光电离，转入流注。所以流注形成的条件为：ed 常数 一般认为当d20（或ed 108）便可满足上述条件，使流注得以形成。3.均匀电场和不均匀电场气体间隙放电的差异：（1） 极不均匀电场的击穿电压比均匀电场低；（2） 极不均匀电场如果是不对称电极，则放电有极性效应；（3） 极不均匀电场具有特殊的放电形式电晕放电。4.不同电压作用下间隙击穿的特点5.提高气体间隙击穿电压的措施：一、改善电场分布电场分布越均匀，间隙的平均击穿场强越高。因此，改善电场分布可以有效地提高间隙的击穿电压。改善电场分布可从以下三

5、个方面着手:（1）改进电极形状以改善电场分布（2）利用空间电荷改善电场分布（3）极不均匀电场中采用屏障改善电场分布。二、削弱或抑制电离过程： 1采用高气压； 2采用强电负性气体；3采用高真空。二. 固体和液体介质的击穿理解电介质的极化、电导和损耗的概念；了解液体和固体介质的击穿击穿理论，掌握提高液体和固体介质击穿电压的措施；了解局部放电的概念和改善措施；理解多层绝缘的电压分布和电场分布；了解电介质在高电压作用下的累积效应和其他性能。1.基本概念（1）极化：电介质中正负电荷在电场作用下沿电场方向做有效位移，形成电矩的现象叫做电介质的极化。电导：在电介质内部或多或少存在带电粒子，它们在电场作用下会

6、不同程度地作定向移动而形成电流，这就是电介质的电导。损耗：电介质的的能量损耗简称损耗。损耗对应特征参数：介质损耗角正切介质损耗功率为：（2）吸收现象：电介质中电流随时间的增加而趋于一个稳定值。可以观察到回路中流过一个微小的电流i，它随时间逐渐衰减，最后达到某个稳定值，这个现象称为吸收现象。如图所示：2.提高液体介质击穿电压的措施：（1）清除杂质；（2）防潮；（3）脱气；（4）采用油和固体电介质组合。3.固体电介质的击穿形式：热击穿、电击穿、电化学击穿 等4.液体电介质的击穿形式：电击穿、气泡击穿（小桥）等三.防污闪理解沿面放电的概念，掌握提高污闪放电电压的方法。1.基本概念沿面放电：电力系统中

7、使用各类绝缘支持以固定带电体，这些绝缘支持大多数工作在空气中，当外加电压超过某一数值时，常常在固体绝缘与空气的交界面上产生放电。这种放电可能沟通两极，造成沿面放电。污闪：由于绝缘子表面绝缘能力的降低引，在运行电压下输变电设备瓷绝缘子的污秽闪络事故，即污闪。沿面闪络电压明显低于纯空气间隙的击穿电压的原因：当两电极间的电压逐渐升高时，放电总是发生在沿固体介质的表面上，此时的沿面闪络电压已比纯空气间隙的击穿电压低很多，其原因是原先的均匀电场发生了畸变。产生这种情况的原因有：（1）固体介质表面不是绝对光滑，存在一定的粗糙程度，这使得表面电场分布发生畸变。（2）固体介质表面电阻不可能完全均匀，各处表面电

8、阻不相同。（3）固体介质与空气有接触的情况。（4）固体介质与电极有接触的状况。3.防污闪的措施：一、加强绝缘；二、清扫；三、憎水涂料；四、合成绝缘子。四. 电气设备的绝缘预防性试验理解电气设备绝缘电阻和吸收比或极化指数测量、泄漏电流测量、介质损耗角正切值tg测量等非破坏性试验的原理和方法；了解破坏性试验的试验设备，掌握交流和直流高电压的测量方法。1.基本概念（1）吸收比，极化指数（2）介质损耗角正切:介质损耗有产生，夹角大时,就越大，故称为介质损失角，其正切值为： 。2. 介质损耗角正切值tg测量接线方法，各适用什么条件？答：使用西林电桥的正接线时，高压西林电桥的高压桥臂的阻抗比对应的低压臂阻

9、抗大得多，所以电桥上施加的电压绝大部分都降落在高压桥臂上，只要把试品和标准电容器放在高压保护区，用屏蔽线从其低压端连接到低压桥臂上，则在低压桥臂上调节R3和C4就很安全，而且测量准确度较高。但这种方法要求被试品高低压端均对地 绝缘。使用反接线时，即将R3和C4接在高压端，由于R3和C4处于高电位。桥体位于高压侧，抗干扰能力和准确度都不如正接线。现场试验通常采用反接线试验方法。3.测试电容量较大的被试品的绝缘电阻时如何防止被试品反放电烧坏兆欧表？为什么要对被试品充分放电？答：测试电容量较大的被试品的绝缘电阻时一定要在停止摇动兆欧表之前，先解开被试品的接线。 电容量较大的被试品在测完接地电阻时，根

10、据电容充放电的原理，往往会带上大量的电荷，所以必须对其充分放电。4.测量*能发现什么缺陷，不能发现什么缺陷？5.测量绝缘材料的泄露电流为什么用直流电压而不用交流电压？答：因为直流电压作用下的介质损失仅有漏导损失，而交流作用下的介质损失不仅有漏导损失还有极化损失。所以在直流电压下，更容易测量出泄漏电流。五. 线路和绕组中的波过程理解单根无损导线中行波波动方程及其解的物理意义、行波的折射与反射；理解行波通过串联电感和并联电容时电压波时间和空间陡度的变化；了解变压器绕组中的波过程。1.基本概念耦合系数2.波的折射与反射3.几种特殊条件下的折反射波：1线路末端开路（ ）此时， 2，1。线路末端电压 ，

11、反射波电压 ；线路末端电流i2q0，反射波电流 ，如图1所示。这一结果表明，由于线路末端发生电压波正的全反射和电流波负的全反射，线路末端的电压上升到入射电压的两倍；随着反射波的逆向传播，所到之处线路电压也加倍，而由于电流波负的全反射，线路的电流下降到零。 图一 图二2末端短路此时， 0， 1。线路末端电压 ，反射波电压 ；线路末端反射波电流 ，如图2所示。这一结果表明，入射波u1q到达末端后，发生了负的全反射，负反射的结果使线路末端电压下降为零，并逐步向首端发展；电流波i1q发生了正的全反射，线路末端的电流 ，即电流上升到原来的2倍，且逐步向首端发展。4.彼得逊法则5.贝杰龙等值法6.耦合系数

12、：给定电路中,电磁量(通常是电压或电流)从一个规定位置耦合到另一规定位置,目标位置与源位置相应电磁量之比即为耦合系数。简要解释小桥理论：工程实际中使用的液体电介质不可能是纯净的，不可避免地混入气体（即气泡）、水分、纤维等杂质。这些杂质的介电常数小于液体的介电常数，在交流电场作用下，杂质中的场强与液体介质中的场强按各自的介电常数成反比分配，杂质中场强较高，且气泡的击穿场强低，因此杂质中首先发生放电，放电产生的带电粒子撞击液体分子，使液体介质分解，又产生气体，使气泡数量增多，逐渐形成易发生放电的气泡通道，并逐步贯穿两极，形成“小桥”，最后导致击穿在此通道中发生。六. 雷电、防雷设备了解雷电放电过程

13、和雷电参数；理解避雷针（线）和避雷器的工作原理；1.基本概念（1）雷电活动强度几个概念：雷电活动强度以雷暴日或雷暴小时来估计。在一天或者一小时内只要听到雷声就算一个雷暴日（雷暴小时），据估计，每一雷暴日大致折合为三个雷暴小时。（2）接地：将电气设备导电部分和非导电部分（例如电缆外皮）的某一节点通过导体与大地进行人为连接，使该设备与大地保持等电位的方法，称为接地。（2）接地电阻：当有电流流过的时候，大地就不再保持等电位。当通过接地装置的电流注入大地时，电流以电流场的形式向周围远处扩散。设土壤电阻率为，地中电流密度为，则大地中存在相应的电场分布，其值为E=。离注入点越远，地中电流的密度就越小，电场

14、越弱。因此可以认为在相当远（或称为无穷远）处，电流密度已近似为零，电场E也为零，即该处仍保持零电位。由此可见，当接地点有电流流入大地时，该点相对于无穷远处的零电位有确切的电位升高。我们把接地点处的电位UM与接地电流I的比值定义为该点的接地电阻R，R=UM/I。2.雷电放电过程：一般一次雷击分先导、主发电、余晖三阶段。先导阶段：雷云下部伸出微弱发光的放电通道向地面的发展示分级推进的，每级的平均长度为2550m，每两级之间约停歇3090，下行的平均速度约为0.10.8m/。主放电和迎面流注阶段：当先导接近地面时，因周围电场强度达到了使空气电离的程度，在地面或突出的接地体形成向上的迎面先导。当它与下

15、行先导相遇时，进入了第二个阶段也就是主放电阶段，出现了强烈的电荷中和过程，伴随着雷鸣和闪电。主放电的时间极短，只有50100，放电发展速度为50100m/。电流幅值高达数十甚至数百千安。余晖阶段：主放电完成之后，云中剩余电荷沿着导电通道开始流向大地。这一阶段称为放电的余晖阶段，电流为数百安。持续时间0.030.15s，云中电荷主要在这一阶段泄入大地。雷云放电往往是多重的，即有重复雷击和箭状先导发生。3.避雷针的保护范围：单支避雷针的保护范围如图所示，它是一个旋转的圆锥体。设避雷针的高度为h(m)，被保护物体的高度为hx(m)，在hx高度上避雷针保护范围的半径由下述公式决定：工程上多采用两根或多

16、根避雷针以扩大保护范围。两支等高避雷针相距不太远时，由于两针的联合屏蔽作用，使两针中间部分的保护范围比单针时要大，避雷针外侧的保护范围与单根避雷针时相同，保护范围如图82所示。两针间保护范围的上部边缘应按通过两针顶点及中间最低点O的圆弧确定。O点的高度h0按下式计算：其中D为两针间的距离（m）其最小宽度bx为 bx=1.5(ho-hx),为保证两针联合保护效果，两针间距离与针高之比D/h不宜大于5。当两支避雷针不等高时，两外侧的保护范围仍按单针方法求出。两针之间的保护范围可按如下方法（如图所示）确定：首先按单针作出高针1的保护范围，然后由低针2的顶点作水平线与之交与3，再设3为一假想避雷针的顶

17、点，按两根等高避雷针的方法，求出23之间的保护范围。4.阀式避雷器原理：5.氧化锌避雷器优点： 与普通阀型避雷器相比，ZnO避雷器具有优越的保护性能。（1）无间隙。在正常工作电压下，ZnO电阻片相当于一绝缘体，工作电压不会使ZnO电阻片烧坏，因此可以不用串联火花间隙。由于实现了无间隙，因此其结构简单，体积缩小，重量轻（较SiC同类产品轻50%），而且避免了SiC避雷器由于瓷套外污秽、内部气压变化等因素而使串联火花间隙电压分布不均、放电电压不稳的缺点。同时，无间隙结构也大大改善了陡波响应特性，不存在间隙放电电压随雷电波陡度增大而增大的问题，提高了保护的可靠性，特别适合于伏秒特性平坦的SF6组合电

18、器和气体绝缘变电站（GIS）的保护。（2）无续流。当电网中出现过电压时，通过避雷器的电流增大，ZnO电阻片上的残压受其良好的非线性特性控制；当过电压作用结束后，ZnO电阻片又恢复绝缘体状态，续流仅为微安级，实际上可认为无续流。所以在雷电或内部过电压作用下，只需吸收过电压的能量，而不需吸收续流能量，因而动作负载轻；再加上ZnO阀片的通流容量远大于SiC阀片，所以ZnO避雷器具有耐受多重雷击和重复发生的操作过电压的能力。（3）电气设备所受过电压能量可以降低。虽然在10kA雷电流下的残压值ZnO避雷器与SiC避雷器相同，但由于后者只在串联火花间隙放电后才有电流流过，而前者在整个过电压过程中都有电流流

19、过，因此降低了作用在变电站电气设备上的过电压幅值。例如，某500kV变电站的计算结果为：当雷电流是150kA（2/70s）时，过电压下降6%13%；当雷电流是100kA时，过电压下降6%11%。如雷电流波头取为0.8s，过电压可下降13%20%。（4）通流容量大。ZnO避雷器的通流能力，完全不受串联间隙被灼伤的制约，仅与阀片本身的通流能力有关。实测表明：ZnO电阻片单位面积的通流能力要比SiC阀片大44.5倍，因而可用来对内部过电压进行保护。还可很容易地采用多阀片柱并联的办法进一步增大通流容量，制造出用于特殊保护对象的重载避雷器，解决长电缆系统、大容量电容器组等的保护问题。（5）易于制成直流避

20、雷器。因为直流续流不象工频续流一样存在自然零点，所以直流避雷器如用串联间隙就难以灭弧。ZnO避雷器没有串联间隙，所以易于制成直流避雷器。 6.各种防雷装置应用场所七.电力系统防雷理解输电线路感应雷过电压和雷击杆塔塔顶时导线的过电压及耐雷水平，掌握提高线路耐雷水平的措施和输电线路防雷的基本原则和具体措施；掌握发变电所及进线保护段的防雷措施、变压器与旋转电机防雷措施。1.基本概念（1）输电线路感应雷过电压：当雷击线路附近大地时，由于电磁感应，在线路上的导线会产生感应过电压，线路正处于雷云与先导通道的电场中，由于静电感应，沿导线方向的电场强度分量Ex将感应过电压的形成。（2）反击：雷击线路杆塔顶部时

21、，由于塔顶电位与电线电位相差很大，可能引起绝缘子串的闪络，即发生反击。（3）绕击：由于雷电流小于所选滚求半径对应的最小雷电流而产生的一种雷击现象，雷击导线即绕击。（4）耐雷水平：雷击线路时，其绝缘尚不至于发生闪络的最大电流幅值或能引起绝缘闪络的最小雷电流幅值为耐雷水平，单位为kA。（5）建弧率：冲击闪络转化为稳定的工频电弧的概率，称为建弧率。（6）进线段保护：对全线无避雷线的35110kv架空线路，应在变电所12km的线路上架设避雷线，此时线路称进线段。对全线有避雷线的架空线路，将距变电所2km长的一段线路叫做进线段。当雷击进线段以外线路导线或附近地面时，雷电波将会沿着线路向变电所传播，利用进

22、线段导线的波阻抗限制雷电流的幅值，并利用导线上产生的冲击电晕降低侵入波的陡度，以保证变电所内避雷器可靠动作，达到保护设备的目的。（7）雷击跳闸率：2.输电线路的防雷措施：（1）架设避雷线（2）降低杆塔接地电阻（3）架设耦合地线（4）采用不平衡绝缘方式（5）装设自动重合闸（6）采用消弧线圈接地方式（7）装设侧向避雷线（8）加强绝缘（9）安装线路避雷器。3.发电厂、变电站直击雷防护：对直击雷的防护一般采用避雷针，应该使所有设备都处于避雷针保护范围之内，此外，还应该采取措施，防止雷击避雷针时的反击事故。对于110 kV及以上的配电装置，由于其绝缘水平较高，可以将避雷针装设在配电装置的构架上。装设避雷

23、针的构架应就近装设辅助接地装置，该装置与变电站接地网的连接点离主变压器与接地网连接点的距离不应小于15m，其目的是使雷击时在避雷针接地装置上产生的高电位，在沿地网向变压器接地点传播的过程中逐渐衰减，以避免对变压器造成反击。由于变压器是变电站中最重要的设备，且其绝缘较弱，因此在变压器门型构架上不应装设避雷针。对于35kV及以下的变电站，由于其绝缘水平较低，故不允许将避雷针装设在配电构架上，应架设独立避雷针，其接地电阻一般不超过10W，以免出现反击事故。发电厂厂房一般不装设避雷针，以免发生反击事故和引起继电保护的误动作。4.变电站侵入波保护：5.变电站进线段保护：进线段保护是指在临近变电站12km

24、的一段线路上加强防雷保护措施。6.变压器保护：当三绕组变压器的高压侧或中压侧有雷电过电压波袭来时，通过绕组间的静电耦合和电磁耦合，在低压绕组上也会出现一定的过电压。最不利的情况是低压绕组处于开路状态，对地电容很小，这时静电感应分量可能很大而危及绝缘。考虑到静电分量将使低压绕组的三相导线电位同时升高，所以只要在任一相低压绕组出线端加装一只该电压等级的避雷器，就能保护好三相低压绕组。中压绕组虽也有开路运行的可能，但因其绝缘水平较高，一般不需加装避雷器来保护。7.旋转电机防雷保护：(1)在同一电压等级的电气设备中，旋转电机的冲击绝缘强度最低。(2)保护旋转电机用的FCD磁吹避雷器、ZnO避雷器的残压

25、和电机的冲击耐压值很接近，裕度很小。因此发电机只靠避雷器保护是不够的，还必须与电容器、电抗器、电缆段等配合起来进行保护。(3)匝间绝缘要求侵入波陡度受到严格限制。 总之，旋转电机的防雷保护要求高、困难大，需要全面考虑绕组的主绝缘、匝间绝缘和中性点绝缘的保护要求。 从防雷的观点来看，发电机可分为两大类，一类是经过变压器再接到架空线上去的电机，简称非直配电机；另一类是直接与架空线相连（包括经过电缆段、电抗器等元件与架空线相连）的电机，简称直配电机。因线路上的雷电波可以直接传入直配电机，故直配电机的防雷保护显得特别突出。八 电力系统内部过电压基本概念1.工频过电压 系统中在操作或接地故障时发生的频率

26、等于工频（50 Hz）或接近工频的高于系统最高工作电压的过电压。工频过电压的幅值不高，对系统中具有正常绝缘的电气设备没有危险，但在超高压系统的绝缘配合中，工频过电压具有重要作用。因为它和操作过电压常常同时发生，因此其大小直接影响操作过电压的幅值；同时，工频过电压的大小也是决定避雷器额定电压的重要依据。另外，如果持续时间很长，工频过电压对设备绝缘及其运行性能也有重大影响。2.谐振过电压因系统的电感电容参数配合不当，出现各种持续时间很长的谐振现象及其电压升高，称谐振过电压3.铁磁谐振过电压某些切换操作或接地故障消失后，三相饱和程度差别很大，与线路对地电容形成单相或三相谐振回路，引起中性点出现较大的

27、位移电压，在系统中激发持续较高的过电压，即铁磁谐振过电压。4.弧光接地过电压弧光接地过电压又称间隙性弧光接地过电压，当中性点非直接接地系统发生单相间隙性弧光接地故障时，由于不稳定的间歇性电弧多次不断的熄灭和重燃，在故障相和非故障相的电感电容回路上会引起高频振荡过电压，非故障相的过电压幅值一般可达3.153.5倍相电压，这种过电压是由于系统对地电容上电荷多次不断的积累和重新再分配形成的，是断续的瞬间发生的且幅值较高的过电压。 以下无正文 仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途。 , , .For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur fr den persnlichen fr Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pour l tude et la recherche uniquement des fins personnelles; pas des fins commerciales.