《电力系统与高电压技术》7页
高电压技术-电力系统的绝缘配合PPT课件
张一尘主编
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1
第十一章
电力系统的绝缘配合
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2
一、绝缘配合、绝缘水平和试验电压
• 问题的提出
绝缘与过电压是高电压技术中的两大主要内容。随 着电力系统电压等级的进一步提高，一方面输变电设 备绝缘部分的投资占总设备投资的比重越来越大；另 一方面，由于系统电压等级的提高，输送容量的增大， 一旦出现故障，损失巨大。因此，在超高压系统中， 绝缘配合的问题尤为重要！
空气间隙所承受的电压由高到低依次为： 雷电过电压——操作过电压——工作电压
但作用时间则恰恰相反！
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18
三种电压作用下空气间隙的计算方法如下：
（1）按工作电压确定风偏后的间隙SP,其对应的工频放电电压为
UP k1Uph
k1 安全系数
220kv中性点有效接地系统：1.6
330kv～500kv线路：1.7 非有效接地电网：2.5
对输电线路，要求达到一定的耐雷水平！
②330KV及以上的超高压系统中，虽然内过电压成为主要矛盾，但通过 内过电压保护措施已限制到一定水平，所以仍由大气过电压来决定，须采 用专门限制内部过电压措施，将操作过电压限制到允许值。对超高 压电气设备规定了操作波试验电压。
由于限制过电压措施和要求不同，绝缘配合的做法不同。通常有 以下两种做法： ▲主要采用复合型磁吹型避雷器和过电压限制器限制操作过电压， ∴按避雷器的操作过电压保护精性选P能PT确课件定设备的绝缘水平。（俄罗斯）7
——操作冲击电压值 操作冲击耐压试验电压值
电气设备的各种耐压试验电压都是以避雷器在雷电冲击电压和 操作冲击电压下的残压为基础来决定的。
GB311.1-1997对各电压等级电气设备的试验电压作出了规定。
高电压技术第四版习题答案
第一章1‐1极化种类电子式极化离子式极化偶极子极化夹层极化产生场合所需时间能量损耗无几乎没有有有产生原因束缚电子运行轨道偏移离子的相对偏移偶极子的定向排列自由电荷的移动任何电介质-15 s 离子式结构电介质-13 s 极性电介质-10～10-2 s 多层介质的交界面-1 s～数小时1‐4金属导体气体，液体，固体电导形式（自由电子）电子电导电导率γ很大（自由电子、正离子、负离子、杂质电导、自身离解、杂质、离子）γ很小离子电导ρ很大金属导电的原因是自由电子移动；电介质通常不导电，是在特定情况下电离、化学分解或热离解出来的带电质点移动导致。
1‐6由于介质夹层极化，通常电气设备含多层介质，直流充电时由于空间电荷极化作用，电荷在介质夹层界面上堆积，初始状态时电容电荷与最终状态时不一致；接地放电时由于设备电容较大且设备的绝缘电阻也较大则放电时间常数较大（电容较大导致不同介质所带电荷量差别大，绝缘电阻大导致流过的电流小，界面上电荷的释放靠电流完成），放电速度较慢故放电时间要长达5～10min。
补充：图中C1 代表介质的无损极化（电子式和离子式极化），C2 —R2 代表各种有损极化，而R3则代表电导损耗。
图1－4－2中，Rlk为泄漏电阻；Ilk为泄漏电流；Cg为介质真空和无损极化所形成的电容；Ig为流过Cg的电流；Cp为无损极化所引起的电容；Rp为无损极化所形成的等效电阻；Ip为流过Rp－Cp支路的电流，可以分为有功分量Ipr和无功分量Ipc。
Jg为真空和无损极化所引起的电流密度，为纯容性的；Jlk为漏导引起的电流密度，为纯阻性的；Jp为有损极化所引起的电流密度，它由无功部分Jpc和有功部分Jpr组成。
容性电流Jc与总电容电流密度向量J 之间的夹角为δ，称为介质损耗角。
介质损耗角简称介损角δ，为电介质电流的相角领先电压相角的余角，功率因素角ϕ的余角，其正切t gδ称为介质损耗因素，常用％表示，为总的有功电流密度与总无功电流密度之比。
高电压技术_7电力系统防雷保护
6
1 ~ 2km
A
F1
F2
(a )
F3
F1
F2
(b )
（10-3-1） 35kv 及以上变电所的进线保护接线
(a )未沿全线路架设避雷线的 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
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二、图中各元件的名称和作用： 图中各元件的名称和作用： 1）进线段的作用 进线段的作用：进线段内防止雷击导线，进线段 进线段的作用 以外进雷时，由于进线段本身阻抗的作用，使流经 避雷器的雷电流受到限制，同时由于冲击电晕的影 响，将使入侵波陡度和幅值下降。 2）F3的作用 F 的作用：限制入侵波的幅值。 3）(管型避雷器)F2的作用 )F2 (管型避雷器)F 的作用：在雷季保护断路器和隔 离开关.断路器闭合运行时,入侵雷电波不应使其动 作。 )F1的作用 4）(阀式避雷器)F1的作用 (阀式避雷器)F1的作用：DL合闸状态时，保护一 切绝缘。
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§7－3 变压器中性点保护 －
一、全绝缘
变压器中性点的绝缘水平与相线端是一样的。 1、35～60KV非有效接地系统中，变压器中性点一般不需 要保护装置。 2、对110KV且为单进线的变电所，宜在中性点上加设避 雷器。
二、分级绝缘
变压器中性点的绝缘水平比相线端低得多。 对于中性点接地系统中，有些不接地的变压器需要保护。
不平衡绝缘的原则是使两回路的绝缘子串片数有差异，这 样，雷击时绝缘串片数少的回路先闪络，闪络后的导线相当 于地线，增加了对另一回路导线的耦合作用，提高了另一回 路的耐雷水平以保证继续供电，一般两回路绝缘水平的差异 为 3 倍的相电压(峰值)。
3
五、架设自动重合闸
雷击造成的闪络大多能在跳闸后自行恢复绝缘性能。
高电压技术(第二版)
∵ hx ＝17m，则 1.5（ h0 —17）≥6
∴ h0 ≥23m
设
h≤30m，P＝1，∵
h
0
＝h—
D 7P
∴h＝
h
0
＋
D 7P
≥23＋
18
+5+ 7 ×1
5
＝27（m）
∵
h
xB
＝17m＞
h 2
∴ rxB ＝（h— hxB ）P＝（27—14）×1＝13（m）
连接 XM 则 XM = （3 + 5）2 + 62 ＝10（m）＜ rxB
（2）根据耦合系数的定义，上导线对中导线的耦合系数为
K＝ Z12 ＝ 110.75 ＝0.238 Z11 465.81
8、110kV 单回路架空线，杆塔布置如图所示，图中尺寸单位为 m，导线直径 21.5mm，
2× du 2q
2 ×12
dt
max
5、A、B、C 三个物体的高分别为 17m、14m 和 11m，布置及尺寸如图所示，图中
尺寸单位为米。为保护 A、B、C 三个物体免遭直击雷的侵袭，试设计避雷针的保
护方案（即确定避雷针的安装位置、根数、求出其高度）
解：要使 ABC 内的物体受到保护，必须满足 bx ＝1.5（ h0 — h xA ）≥6
α1
=
2Z0 Z1 + Z0
=
2 × 50 350 + 50
=
1 4
β1
=
Z1 — Z0 Z1 + Z0
=
350 — 50 350 + 50
=
3 4
α2
=
2Z2 Z2 + Z0
变电运行技师班《电力系统与高电压技术》
二、电力网的接线方式 1、开式电力网 从单方向得到电能的电力网，具有投资少， 结构简单，但供电可靠性比较低。 2、闭式电力网 可从两个及以上方向得到电能的电力网， 具有供电可靠性高，但投资大，结构较复杂。
三、电力系统负荷 1、分类 综合用电负荷、供电负荷、发电负荷 2、负荷曲线 是指某一段时间内负荷随时间变化的曲线 （1）日负荷曲线 表示负荷在一天内各时间的变化 （2）年最大负荷曲线 表示一年内电网最大负荷的变化规律 （3）年持续负荷曲线
3、避雷针安装方式 （1）构架避雷针 110KV及以上采用（不反击），
要求：构架避雷针与接地主网连接，并增 设辅助接地装置，L≥15 m。 （2）独立避雷针 35KV及以下采用（避免反击），
要求：应有独立的接地装置，且接地电阻 不宜超过10Ω，当超过10Ω时可以与接地 主网相连，L≥15 m。
（3）注意点 1）变压器门型构架、发电厂房上不安装避雷针 2）避雷针与道路距离不宜小于3m，否则应采取 均压措施
《电力系统及高电压技术》
陈敢峰
浙江电力教育培训中心浙西分 中心
《电力系统与高电压技术》
课题一 电力系统基本知识 一、电力系统运行的基本要求
1、保证供电的可靠性 一类负荷、二类负荷、三类负荷（按可靠性
要求不同分） 2、保证良好的电能质量 电压、频率、波形三个技术指标 3、保证电力系统运行的经济性 燃料消耗、厂用电率、线损率三个考核指标 4、最大限度地满足用户的用电需要
四、电力系统中性点的接地方式 1、分类 中性点直接接地和中性点不直接接地系统 2、中性点不同接地方式的特点 （1）中性点直接接地系统 优点：安全性好，经济性好。 缺点为：可靠性差。 （2）中性点不直接接地系统 优点：可靠性好。 缺点为：经济性差。 3、中性点不直接接地系统单相接地电流的分
高电压技术第一章课件.ppt
电子崩的二次电子
崩不断汇入初崩通
道的过程称为流注。
流注条件
• 流注的特点是电离强度很大和传播速度很快， 出现流注后，放电便获得独立继续发展的能 力，而不再依赖外界电离因子的作用，可见 这时出现流注的条件也就是自持放电的条件。
• 流注时初崩头部的空间电荷必须达到某一个临界 值。对均匀电场来说，自持放电条件为：
n
n0
e
dx
0
n n0ed
• 途中新增加的电子数或正离子数应为：
n na n0 n0 (ed 1)
• 将等号两侧乘以电子的电荷qe ，即得 电流关系式：：
I I0ed I0 n0qe
一旦除去外界电离因子?
(三)自持放电与非自持放电
在I-U曲线的BC段 一旦去除外电离因素，
气隙中电流将消失。 外施电压小于U0时 的放电是 非自持放 电。
• 复合可能发生在电子和正离子之间，称 为电子复合，其结果是产生一个中性分 子；
• 复合也可能发生在正离子和负离子之间， 称为离子复合，其结果是产生两个中性 分子。
气体放电的基本理论
• 汤逊理论 • 流注理论 • 巴申定律
一 汤逊气体放电理论
1. 电子崩
• 电子崩的形成过程 • 碰撞电离和电子崩引起的电流 • 碰撞电离系数
一、带电粒子在气体中的运动
（一）自由行程长度
气体中存在电场时， 粒子进行 热运动和 沿电场定向运动
• 各种粒子在气体中运动时 不断地互相碰撞，任一粒 子在1cm的行程中所遭遇 的碰撞次数与气体分子的 半径和密度有关。
• 单位行程中的碰撞次数Z 的倒数λ
–即为该粒子的平均自由行 程长度。
二、带电粒子的产生
高电压技术(全套课件)
◆电子崩的形成（BC段电流剧增原因）
图1-5 均匀电场中的电子崩计算
电子碰撞电离系数α：代表一个电子沿电场方 向运动1cm的行程中所完成的碰撞电离次数 平均值。
dn ndx
dn dx
n
x
n n0e0 dx
n n0e x
n n0ed
n n n0 n0 (ed 1)
◆影响碰撞电离的因素
● 除了电力工业、电工制造业外，高电压技术 目前还广泛应用于大功率脉冲技术、激光 技术、核物理、等离子体物理、生态与环 境保护、生物学、医学、高压静电工业应 用等领域。
第一篇 电介质的电气强度
第一章 气体放电的基本物理过程
第一节 带电粒子的产生和消失 第二节电子崩 第三节 自持放电条件 第四节 起始电压与气压的关系 第五节 气体放电的流注理论 第六节 不均匀电场中的放电过程 第七节 放电时间和冲击电压下的气隙击穿 第八节 沿面放电和污闪事故
《高电压技术》
绪论
● 高电压技术主要研讨高电压(强电场)下的各种电气物理问题。 ● 高电压技术的发展始终与大功率远距离输电的需求密切相关。 ● 对于电力类专业的学生来说，学习本课程的主要目的是学会正确处理电力系统中过电压与绝 缘这一对矛盾。 ● 为了说明电力系统与高电压技术的密切关系， 以高压架空输电线路的设计为例，在图 0-1中 列出了种种与高电压技术直接相关的工程问题。
在大气压和常温下,电子在空气中的平均自由行程长度的数 量级为10-5cm 。
◆ 带电粒子的运动
● 带电粒子的迁移率：该粒子在单位场强（1V/m) 下沿电场方向的漂移速度。
k v E
电子的迁移率远大于离子的迁移率
● 扩散：在热运动的过程中，粒子会从浓度较大的 区域向浓度较小的区域运动，从而使其浓度分布均 匀化的物理过程。
高电压技术课件最终版
第一章 气体电介质的电气性能
• 2.1 气体中带电质点的产生和消失 • 2.2 均匀电场小气隙的放电 • 2.3 均匀电场大气隙的放电 • 2.4 不均匀电场气隙的击穿 • 2.5 冲击电压下空气的击穿特性 • 2.6 提高气隙抗电强度的措施 • 2.7 沿面放电
2020/3/22
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汤深德放电理论
• o～a段 外加电压上升，导致气隙的电场强度上升，在自由 行程内，电子的加速度增加，使移动电子的速度加快，所 以电流增大。
• a~b段 虽然外加电压上升，但由于电子在运动中与其它中 性质点相碰撞，使电子损失能量，导致电子的移动速度趋 于饱和，所以电流几乎不随电压的变化而变化。
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2. 光游离
• 短波射线的光子具有很大的能量，它以光 的速度运动，当它射到中性介质h
式中h普朗克常6.数 62， 607 等 150 35 4于 J.s
－光的H 频 ） z 率（
• 紫外线，X射线，是引起光游离的主要因素 。
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雷电过电压的特点
• 作用时间短 • 峰值高 • 是电力系统特别是110kV及以下系统
的最危险的过电压。
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短时过电压
• 这是由单相接地、突然甩负荷及由 谐振引起的电力系统内部过电压。 其特点是过电压的数值一般不太高 ，由于110kV及以下的电力系统绝缘 裕度高，一般不会造成电气设备的 损坏，这种过电压却是过电压保护 装置动作条件的重要依据，在系统 设计时应对这种过电压加以限制。
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3. 热游离
• 在高温下，气体的质点热运动加 剧，相互碰撞而产生的游离称为 热游离。
• 只有在5000～10000K的高温下 才能产生热游离。
电压比例标准的一次国际比对
电压比例标准的一次国际比对
高广淦
【期刊名称】《高电压技术》
【年(卷),期】1989()2
【摘要】国家高电压计量站的35kV工频电压比例工作标准与加拿大国家科学研究委员会(NRCC)的标准于1987年8月至11月成功地进行了一次比对,结果是令人满意的。
【总页数】7页(P48-54)
【关键词】电压比例标准;国际比对
【作者】高广淦
【作者单位】国家高电压计量站
【正文语种】中文
【中图分类】TB971
【相关文献】
1.约瑟夫森电压标准的国际比对 [J], Lopez,M;仲成宇
2.一次低活度核素分析国际比对数据的再分析——兼谈比对参考值的确定模式(英文) [J], 苏琼;高亚民;;;
3.一次低活度核素分析国际比对数据的再分析—兼谈比对参考值的确定模式 [J], 苏琼;高亚民;;;
4.采用约瑟夫森电压基准参加“直流电压比率”的国际比对 [J], 高原;李红晖
5.中国计量科学研究院参加电压交直流转换标准国际比对及其结果 [J], 张德实;张桂荣
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《电力系统与高电压技术》
课题一电力系统基本知识
一、电力系统运行的基本要求1、保证供电的可靠性
一类负荷、二类负荷、三类负荷（按可靠性要求不同分）
2、保证良好的电能质量
电压、频率、波形三个技术指标
3、保证电力系统运行的经济性
燃料消耗、厂用电率、线损率三个考核指标
4、最大限度地满足用户的用电需要
二、电力网的接线方式1、开式电力网
从单方向得到电能的电力网，具有投资少，结构简单，但供电可靠性比较低。
2、闭式电力网
可从两个及以上方向得到电能的电力网，具有供电可靠性高，但投资大，结构较复杂。
可从两个及以上方向得到电能的电力网，具有供电可靠性高，但投资大，结构较复杂。
三、电力系统负荷
1、分类
综合用电负荷、供电负荷、发电负荷
2、负荷曲线
是指某一段时间内负荷随时间变化的曲线
（1）日负荷曲线
表示负荷在一天内各时间的变化
（2）年最大负荷曲线
表示一年内电网最大负荷的变化规律
（3）年持续负荷曲线
四、电力系统中性点的接地方式
1、分类
中性点直接接地和中性点不接地系统
2、中性点不同接地方式的特点
（1）中性点直接接地系统
优点：安全性好，经济性好。
缺点为：可靠性差。
（2）中性点不接地系统
优点：可靠性好。
缺点为：经济性差。
3、中性点不接地系统单相接地电流的分析单相接地时，在接地点流过电流为正常时每相对地电容电流的3倍。
课题二电力系统的经济运行与稳定运行
一、降低电力网线损的技术措施
1、改善电网中的功率分布
（1）提高用户的功率因数减少线路输送的无功功率
1）合理选择异步电动机和变压器的容量
2）有条件可采用同步电动机代替异步电动机
（2）在用户端安装并联电容补偿装置减少通过线路和变压器传输的无功功率，减少电能损耗和电压损耗。
（3）在闭式电网中实行功率的经济分布
2、合理组织电力网的运行方式
（1）适当提高电力网的运行电压
（2）合理组织变压器的运行
3、对原有电网进行改造
（1）采用升压改造
（2）简化网络结构，减少变电层次
（3）更换大截面导线
二、静态稳定
电力系统在某个运行方式下受到微小的干扰后能独立地回到原来的运行状态。
三、暂态稳定
电力系统正常运行时，受到一个大的干扰后，能从原来的运行状态过渡到新的运行状态，并在新的运行状态下稳定地工作。
四、提高电力系统稳定运行的措施
（一）提高电力系统静态稳定的措施
1、减少系统各元件的感抗
（1）采用分裂导线
（2）采用串联电容补偿
（3）采用高一级的电压等级输电
2、采用自动调节励磁装置
3、提高并稳定系统运行电压水平
（二）提高暂态稳定的措施
1、快速切除短路故障
2、采用自动重合闸
3、采用联锁切机
4、快速关闭汽门
5、电气制动
6、正确选择系统运行方式
7、尽量减少系统稳定破坏带来的损失和影响
课题三变电所电气设备试验
一、电气试验的基本知识
1、目的：通过电气试验，反映出电气设备的各项性能情况，以便作出正确处理，保证电气设备正常安全运行。
2、试验分类
（1）绝缘试验
反映电气设备绝缘方面的性能
绝缘缺陷：集中性缺陷、分布性缺陷
试验分类：非破坏试验、破坏性试验
先做非破坏性试验，合格后，再做破坏性试验。
（2）特性试验
绝缘试验以外的试验称为特性试验，表征电气设备的电气和机械的某些特性，不同电气设备有各自的特性试验。
3、对试验结果的判断分析试验结果的判断分析应有同一温度下比较（1）与规定值比较
（2）与历次试验数据比较
（3）与同类、同组不同相设备数据比较
二、变压器试验
1、绝缘电阻、吸收比及极化指数
绝缘电阻：R60吸收比：
极化指数：
2、泄漏电流试验
3、tgδ试验
4、工频耐压试验
5、直流电阻试验
6、变比试验（联结组别试验）
7、全电压空载合闸试验
8、局放试验
9、频响绕组变形试验
10、套管试验
（1）绝缘电阻试验
（2）tgδ试验
（3）油色谱试验
三、断路器试验
1、绝缘电阻
2、泄漏电流试验（少油断路器）
3、tgδ试验（多油断路器）
4、工频耐压试验
5、测量导电回路电阻试验
6、断路器动作特性试验
包括固有分、合闸时间及同期差，分、合闸速度7、操作机构试验
（1）直流电阻试验
（2）绝缘电阻试验
（3）最低动作电压试验
三、避雷器试验（氧化锌避雷器）
1、绝缘电阻
2、直流1mA电压（U1mA）及0.75 U1mA下
的泄漏电流
3、运行电压下的交流泄漏电流
课题四变电所过电压保护一、避雷针
（一）结构原理
接闪器、接地引下线、接地体
（二）保护范围
1、单支避雷针的保护范围
当h x≥0.5h时，r x=(h-h x)
当h x＜0.5h时，r x=(1.5h-2h x)
例：有一储油罐高5m，直径为3m，
在离储油罐5m处架设一支8m高避雷针，
问该避雷针能否保护储油罐，若不能应如何改进？
二、避雷器
（一）阀型避雷器
1、结构
火花间隙，阀片电阻（非线性）
2、工作原理
（1）系统正常时，火花间隙将阀片与母线隔离
（2）侵入波来临时，火花间隙击穿，雷电流通过阀片入地，残压不高。
（3）侵入波消失后，有工频续流存在，由于工频续流远小于雷电流，阀片电阻变大，使工频续流在第一次过零点熄灭，系统恢复正常。
（二）氧化锌避雷器
1、结构
氧化锌阀片，具有优良的非线性。
2、工作原理
（1）正常时，R→∞
（2）侵入波来临时，R→0
（3）侵入波消失时，R→∞
3、特点
（1）没有间隙，没有工频续流，结构简单，体积小
（2）易于保护设备绝缘配合
（3）可承受多重雷击
（4）可降低电气设备所承受的过电压
（5）可限制内部过电压
（6）易于制成直流避雷器
（7）是SF6组合电器中的理想保护设备
正常工作时，有一定的泄漏电流渡过阀片，需装设在线监测装置。
三、防雷接地
（一）冲击接地电阻特点
1、火花效应
R冲↓
2、电感效应
R冲↑
（二）接地体间屏蔽效应
三、发电厂、变电所的防雷保护
（一）发电厂、变电所的直击雷保护
1、直击雷保护
（1）所有被保护物应处于避雷针（线）的
保护范围内
（2）雷击避雷针（线）后，不反击
2、防止反击的措施
S K=0.3R冲+0.1h 一般S K≥5m
S d=0.3R冲一般S d≥3m
3、避雷针安装方式
（1）构架避雷针
110KV及以上采用（不反击），
要求：构架避雷针与接地主网连接，并增设辅助接地装置，L≥15 m。
（2）独立避雷针
35KV及以下采用（避免反击），
要求：应有独立的接地装置，且接地电阻不宜超过10Ω，当超过10Ω时可以与接地主网相连，L≥15 m。
（3）注意点
1）变压器门型构架、发电厂房上不安装避雷针
2）避雷针与道路距离不宜小于3m，否则应采取均压措施
3）严禁在避雷针及构架上装设未采取保护的低压线
四、发电厂、变电所的侵入波保护
（一）采用避雷器保护
1、应绝缘配合良好
2、满足最大允许电气距离
U B=U C5+2αL/V
例：U C5=260KV U j=478KV α=450KV/μS
若L=60 m ，问变压器是否会损坏？
（二）采用变电所进线段保护
1、作用
降低侵入波的幅值和陡度
2、典型接线及各元件的作用
（1）进线段保护的作用
降低侵入波的幅值和陡度
（2）避雷器1
保护变电所内电气设备免受侵入波的破坏
（3）避雷器2
保护处于开路状态的开关
开路时，可靠动作
闭路时，不动作
（4）避雷器3
对冲击绝缘水平特别高的线路需要装设，保证流过避雷器雷电流的幅值小于5KA。
希望以上资料对你有所帮助，附励志名3条：
1、积金遗于子孙，子孙未必能守；积书于子孙，子孙未必能读。
不如积阴德于冥冥之中，此乃万世传家之宝训也。
2、积德为产业，强胜于美宅良田。
3、能付出爱心就是福，能消除烦恼就是慧。