《高电压技术》复习纲要

《高电压技术》复习纲要
第一篇 高电压绝缘及试验
第一章 电介质的极化、电导和损毁
高压（HV ）：10~220kV 超高压（EHV ）：330~750kV 特高压（UHV ）：1000kV 及以上
电介质中的能量损耗：在电场的作用下，电介质由于电导引起的损耗和有损极化（如偶极子极化、夹层极化等）引起的损耗，总称为电介质的损耗。

介质损耗角 δ 为功率因数角 φ 的余角，其正切 tg δ 又可称为介质损耗因数，常用百分数（%）来表示。

定义δ 为介质损失角，是功率因数角ϕ 的余角 介质损失角正切值tg δ ，如同εr 一样，取决于材料的特性，而与材料尺寸无关，可以方便地表示介质的品质
1-4电介质电导与金属电导的本质区别？
电介质电导主要为离子式电导，即电解式电导；金属电导主要为自由电子电导。

R 3
i 3 C
I 2 R
I 2 3
I 1
I C
R
I
I
tg =δ
第二章 气体放电的物理过程
气体的电离形式：碰撞电离：气体放电中，碰撞电离主要是电子和气体分子碰撞而引起的 在电场作用下，电子被加速而获得动能。

当电子的动能满足如下条件时，将引起碰掩电离
光电离：光辐射引起的气体分子的电离过程称为光电离 热电离：因气体热状态引起的电离过程称为热电离 负离子的形成：有时电子和气体分子碰撞非但没有电离出新电子，反而是碰撞电子附着分子，形成了负离子
表面电离：气体中的电子也可能是从金属电极的表面电离出来的（逸出功：从金属表面电极表面逸出电子需要一定的能量，通常称为逸出功）
汤逊气体放电理论：汤逊理论认为，当pS 较小时，电子的碰撞电离和正离子撞击阴极造成的表面电离起着主要作用，气隙的击穿电压大体上是pS 的函数 流注气体放电理论：认为电子碰撞电离及空间光电离是维持自持放电的主要因素，并强调了空间电荷畸变电场的作用
汤逊理论适用于均匀电场，流注理论适用于不均匀电场
巴申曲线：假设S 保持不变，当P 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。

反之；当P 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 ，Ub 所也会增大。

同样，可假设P 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。

电晕放电：机理：电极曲率半径很小或电极间距离很远，即电场极不均匀，则当电压升高到一定值后，首先紧贴电极在电场最强处出现发光层，回路中出现用一般仪表即可察觉的电流。

随着电压升高，发光层扩大，放电电流也逐渐增大
现象：电离区的放电过程造成。

咝咝的声音，臭氧的气味，回路电流明显增加(绝对值仍很小)，可以测量到能量损失
不利影响 ：能量损失；放电脉冲引起的高频电磁波干扰；噪声；生化学反应引起的腐蚀作用等 有利方面：电晕可削弱输电线上雷电冲击电压波的幅值及陡度；利用电晕放电改善电场分布，提高击穿电压 ；利用电晕放电除尘等 防范措施：改进电极形状，增大电荷的曲率半径或将一个电极分裂成为由多个较小电极的组合等。

极性效应
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+（电晕）> U-（电晕） 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）
雷电放电的三个阶段：先导放电、主放电、余光放电
沿面放电：沿着气体与固体（或液体）介质的分界面上发展的放电现象称为气隙的沿面放电。

i
e e W v m 2
2
1
沿面放电发展到贯穿两极，使整个气隙击穿称为闪络。

实验表明：沿固体表面的闪落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。

名词解释
电子平均自由行程：一个质点在与气体分子相邻两次碰撞之间自由地通过的平均行程
激励：原子在外界因素作用下，其电子跃迁到能量较高的状态，此过程称为激励。

所需能量称为激励能We 电离：原子在外界因素作用下，使其一个或几个电子脱离原子核的束缚而形成自由电子和正离子的过程称为原子的电离
复合：正离子和负离子或电子相遇，发生电荷的传递而互相中和、还原为分子的过程
第三章 气隙的电气强度
气隙击穿时间的组成
升压时间t 0——电压从0升到静态击穿电压U 0所需的时间
统计时延t s ——从电压达到U 0的瞬间起到气隙中形成第一个有效电子为止的时间 放电发展时间t f ——从形成第一个有效电子的瞬间起到气隙完全被击穿为止的时间
气隙的伏秒特性：在同一波形，不同幅值的冲击电压作用下，气隙上出现的电压最大值和放电时间的关系，称为该气隙的伏秒特性。

50%冲击击穿电压 （U 50% )——指某气隙被击穿的概率为50%的冲击电压峰值。

如果一个电压同时作用在两个并联的气隙S 1和S 2上，若其中某一个气隙先被击穿，则电压被短接，另一个气隙就不会被击穿。

提高气体间隙击穿电压的方法：改善电场分布，使之尽量均匀：1.改进电极形状2.利用空间电荷畸变电场的作用 ；利用其它方法来削弱气体中的电离过程
提高气隙沿面闪络电压的方法：屏障：在固体戒指的表面沿电场等电位方向设置突出的棱缘（屏障），可显著提高沿面闪络电压。

（原因：1）电子或离子沿平行于等电位面的屏障表面运行时，不能从电场吸收能量；2）增大了两电极间沿固体表面的泄漏距离。

）；屏蔽：通过改善电极形状，使沿固体介质表面的电位分布变均匀，从而提高沿面闪络电压的方法。

第四章 固体、液体和组合绝缘的电气强度
固体电介质的击穿 电击穿：类似于气体介质那样，由于电场的作用使介质中的某些带电质点积聚的数量和运动的速度达到一定程度，使介质失去了绝缘性能，形成导电通道，这样的击穿成为电击穿。

热击穿：在电场力的作用下，介质内的损耗发出的热量多于散逸的热量，使介质温度不断上升，最终造成介质本身的破坏，形成导电通道，这样的击穿称为热击穿。

影响固体介质击穿电压主要因素：电压的作用时间、温度、电场均匀度和介质厚度、电压
kV
S S U b
δδ536424..+=
频率、受潮度的影响、机械力的影响、多层性的影响、累积效应的影响
提高电介质击穿电压的方法：改进绝缘设计、改进制造工艺、改善运行条件
第五章 电气设备绝缘试验（一）
实验：测定绝缘电阻、测定泄漏电流、介质损耗角正切的测量、局部放电的测试、绝缘油中溶解气体的色谱分析
这些实验的方法见课本及课件
吸收比：
泄漏电流
西林电桥：
高压臂：代表试品的Z1；无损耗的标准电容CN ，它以阻抗Z2作为代表。

低压臂：处在桥箱体内的可调无感电阻R3，以Z3来代表；无感电阻R4和可调电容C4的并联，以Z4来代表 保护：放电管P
电桥平衡：检流计G 检零 屏蔽：消除杂散电容的影响 电桥的平衡条件：Z1/Z3 = Z2/Z4
并联等值回路：tg δ= 1/ ωRx Cx =ωR4 C4 Cx = R4CN/[R3 (1+tg2δ)] 串联等值回路
tg δ= ωRx Cx =ωR4 C4 Cx = C N R 4/R 3
Cx ：因为tg2δ 极小，故两种等值电路的Cx 近似相等
215--图接线图用兆欧表测套管绝缘的1560
R /R K ''''
=
第六章 电气设备绝缘试验（二）
实验：工频高压试验、直流高压试验、雷电冲击高压试验、操作冲击高压试验 方法见课本及课件
第二篇 电力系统过电压及保护
第七章 线路和绕组中的波过程
无损单导线
行波的折射和反射及其系数的计算：
当线路上有行波传播且到达两个不同波阻抗线路的连接点或到达接有集中参数的结点时，会出现电压、电流、能量重新调整分配的过程，即在结点处将发生行波的折射和反射现象。

如图所示，两端波阻抗分别为Z1和Z2的线路相连，其结点为A 。

当有一电压波 沿 波阻抗为Z1的导线向结点A 运动时 ，我们称电压波 为入射波。

⎪⎪⎩⎪⎪⎨
⎧-==+=+=f f
q
q f
q f
q zi u zi u i i i u u u q u 1
以上电压波的折射反射系数也适用于线路末端接有不同集中负载的情况。

为什么说冲击截波比全波对变压器绕组的影响更为严重？ 在变电所内由于管型避雷器动作或设备绝缘闪络的结果，使入侵的冲击电压波发生截断（截波产生的原因，可以不答），原已被充电到u 的变压器入口电容将经电感放电，形成振荡，此时在变压器绕组端点上的波形可看成是u 1与u 2的跌加，u 2的幅度有时可以达到u ，且陡度很大犹如直角波，在绕组中将产生很高的电位梯度，从而危及绕组及纵绝缘，因而在相同电压幅值下，截波作用时绕组内的最大电位梯度比全波作用时大。

⎪
⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪
⎪⎨⎧
+=≤≤-+-=≤≤+==+-==+=βαββααβα11120222
11
2212
1121121112122电压反射系数，电压折射系数，z z z z z z z u u z z z z u u u z z z u q
q f q
q q 0122
11
2212
21<+-=
<+=>z z z z z z z z z βα时，
当0122
11
2212
21>+-=
>+=<z z z z z z z z z βα时，
当
彼得逊法则（P210）
第八章 雷电及防雷装置
雷电参数：波头时间：1~5μs ，平均2~2.5μs
半峰值时间：20~100μs ，平均50μs ，大于50μs 的为18~30% 雷暴日（雷暴小时）：一年中有雷电的日数（小时数）。

地面落雷密度：每一雷暴日每平方千米地面遭受雷击的次数。

（课件） γ=0.023T d 0.3 (课本) Td ：雷暴日数
输电线路落雷次数：每100km 输电线路每年遭受雷击的次数。

[次/（100km •年）] 式中：h 为避雷线的平均高度（m ）；b 为两避雷线之间的距离（m ）。

避雷针、避雷线相关内容见课本及课件，较详细 避雷线的作用：避雷线是高压和超高压输电线路最基本的防雷措施，其主要目的是防止雷直击导线。

此外，避雷线对雷电流还有分流作用，可以减小流入杆塔的雷电流，使塔位电压下降；对导线有耦合作用，可以降低导线上的感应过电流。

保护角：所谓保护角系指避雷线和边相导线的连线与经过避雷线的铅垂线之间的夹角。

保护角越小，避雷线对导线的屏蔽保护作用越有效。

电压等级越高，保护角越小。

避雷器是用以限制由线路传来的雷电过电压或由操作引起的内部过电压的一种电气设备。

避雷器的保护原理与避雷针不同。

它实质上是一种放电限压器。

避雷器的作用：避雷器并联连接在被保护设备附近，当作用电压超过避雷器的放电电压时，避雷器即先放电，限制了过电压的发展，从而保护了其他电气设备免遭击穿损坏。

避雷器的分类：保护间隙、管式（排气式）避雷器、阀型避雷器、氧化锌避雷器
接地装置的分类：工作接地 如：变压器中性点接地；保护接地 如：电气设备外壳接地；防雷接地 如：避雷针、避雷线接地
接地装置的作用：电工中“地”是指地中不受入地电流的影响而保持着零电位的土地。

接地就是指将地面上的金属物体或电气回路中的某一节点通过导体与大地相连，使该物体或节点与大地经常保持等电位。

第九章 输电线路的防雷保护
输电线路的雷电过电压
直击雷过电压：雷电直接击中杆塔、避雷线或导线引起的 线路过电压
感应雷过电压：雷击线路附近大地，由电磁感应在导线上产生的过电压（只对35kV 以下线路有危险）
3
.1023.0d T =γd T h b N ⨯⨯+=1001000
4γ
耐雷水平：线路遭受雷击所能耐受不至于引起绝缘闪络的最大雷电流（kA）
雷击跳闸率：每100km线路每年因雷击引起的跳闸次数。

建弧率：冲击电弧转变为工频稳定电弧的概率。

为什么降低接地电阻、架设耦合地线可以降低线路的雷击跳闸率？
接地电阻越大，线路上的过电压也会越大，使导线引发闪络的几率增加，只有降低接地电阻，才会减小过电压进向抑制闪络以降低雷击跳闸率。

架设耦合地线，可以增加避雷线与导线间的耦合作用以降低绝缘子串上的电压，且耦合地线增加了对雷电流的分流作用，降低雷击跳闸率。

第十章发电厂和变电所的防雷措施
发电厂和变电所雷电过电压来源：雷直击发电厂和变电所；雷击输电线路产生的过电压沿线路侵入发电厂和变电所
变电所内必须装设避雷器以限制雷电波入侵时的过电压，这是变电所防雷保护的基本措施之一。

变电所进线段保护的作用在于限制流经避雷器的雷电流和限制入侵波的陡度。

（a）未沿全线架设避雷线的
35~110kV线路的变电所的进线保护
接线
（b）全线有避雷线的变电所的进线
保护接线
上图中避雷线的作用：除线路防雷外，还担负着避免或减少变电所雷电进行波事故的作用。

第十一章内部过电压概述
内部过电压的定义：电力系统中由于断路器操作、故障发生及消失或其它原因，使系统参数发生变化，引起电网内部电磁能量转化或传递所造成的电压升高。

内部过电压的分类
操作过电压：因操作或故障引起的瞬间（毫秒）电压升高。

暂时过电压：在瞬间过程完毕后出现的稳态性质的工频电压升高或谐振现象，过电压具有稳态性质。