高电压技术吴广宁分解PPT课件
《高电压技术(第2版)》吴广宁(双语课件) (26)[4页]
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This chapter will be focused on how to use the concepts of wave to study the transition process of distributed parameter loop. Thus the variation of current and voltage of the wire under the effect of impulse voltage can be drawn to figure out the maximum overvoltage.
第7章 输电线路和绕组中的波过程
Chapter 7 Wave-process of transmission lines and windings
在电力系统正常工作下，输电线路、母线、电缆以 及变压器和电机的绕组等元件，由于其尺寸远小于50Hz 交流电的波长，故可以按集中参数元件处理。
Under the normal condition of power systems, the components such as transmission lines, generatrix, cables, windings of transformers, etc can be considered as lumped-parameter elements because their sizes are far less than the wavelength of AC mode(50 Hz).
本章内容
Contents in this section
高电压技术 课件 教学PPT 作者 吴广宁 第5章习题 (全套课件 齐)
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------高电压技术课件教学PPT 作者吴广宁第5章习题（全套课件齐）第 5 章电气绝缘高电压试验 5-1 简述直流耐压试验与交流相比有哪些主要特点。
5-2 直流耐压试验电压值的选择方法是什么？ 5-3 高压实验室中被用来测量交流高电压的方法常用的有几种？ 5-4 简述高压试验变压器调压时的基本要求。
5-5 35kV 电力变压器，在大气条件为时做工频耐压试验，应选用球隙的球极直径为多大？球隙距离为多少？ 5-6 工频高压试验需要注意的问题？ 5-7 简述冲击电流发生器的基本原理。
5-8 冲击电压发生器的起动方式有哪几种？ 5-9 最常用的测量冲击电压的方法有哪几种？ 5-1 简述直流耐压试验与交流相比有哪些主要特点。
答：（1）直流下没有电容电流，要求电源容量很小，加上可么用串级的方法产生高压直流，所以试验设备可以做得比较轻巧，适合于现场预防性试验的要求。
特别对容量较大的试品，如果做交流耐压试验，需要较大容量的试验设备，在一般情况下不容易办到。
而做直流耐压试验时，只需供给绝缘泄漏电流（最高只达毫安级），试验设备可以做得体积小而且比较轻便，适合现场预防性试1 / 5验的要求。
（2）在试验时可以同时测量泄漏电流，由所得的电压一电流曲线能有效地显示绝缘内部的集中性缺陷或受潮，提供有关绝缘状态的补充信息。
（3）直流耐压试验比之交流耐压试验更能发现电机端部的绝缘缺陷。
其原因是直流下没有电容电流流经线棒绝缘，因而没有电容电流在半导体防晕层上造成的电压降，故端部绝缘上分到的电压较高，有利于发现该处绝缘缺陷。
（4）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，在某种程度上带有非破坏性试验的性质。
高电压技术课件ppt
总结词
高电压技术经历了多个阶段，从最初的直流输 电到现代的特高压交流输电，其技术水平和应用范围 不断得到提升和拓展。未来，随着新能源、智能电网 等领域的快速发展，高电压技术将继续向更高电压等 级、更远距离输电、更高效节能等方向发展。同时， 随着科技的不断进步，高电压技术还将与其他领域的 技术进行交叉融合，产生更多的创新应用。
应急预案制定
制定详细的高电压安全事故应急预案，明确应急组织、救援程序 和救援措施。
应急演练和培训
定期进行应急演练和培训，提高工作人员应对高电压安全事故的能 力和意识。
及时救援和处理
一旦发生高电压安全事故，应迅速启动应急预案，采取有效措施进 行救援和处理，以减少人员伤亡和财产损失。
06 实践案例分析
高电压设备的绝缘测试与维护
绝缘测试
为了确保高电压设备的安全运行，必 须定期进行绝缘测试。常见的绝缘测 试方法包括耐压测试、介质损耗测试 、局部放电测试等。
维护与检修
高电压设备的运行过程中，应定期进 行维护和检修，及时发现和处理设备 存在的隐患和缺陷，保证设备的正常 运行。
高电压的电磁场与电磁屏蔽
高电压技术在电力系统中的作用
总结词
高电压技术在电力系统中的作用
详细描述
高电压技术在电力系统中扮演着至关重要的角色。通过高压输电，可以大幅度提高输电效率，降低线损，减少能 源浪费。同时，高电压也是电力系统稳定运行的重要保障，能够有效地解决电力供需矛盾，保障电力系统的安全 稳定运行。
高电压技术的发展历程与趋势
某地区高电压输电线路的设计与优化
总结词
考虑地理环境、气象条件、线路长度等 因素，采用先进的输电技术，优化设计 高电压输电线路。
VS
详细描述
高电压技术分解PPT课件
防止（减轻）输电线路电晕的措施
减小导线表面场强，对330kV及以上线路，采用分裂导线。
三、极性效应 放电一定从曲率半径小的电极表面开 始。 极性效应－－击穿电压与小曲率半径电极极性有关 典型的极不均匀电场---棒-板间隙 棒—板间隙：－－放电发展过程存在明显的极性 效应
直流下及冲击电压： u棒 u棒
n0个自由电子 因：电子崩过程
在：x处为
n个
在：x＋dx处为 n+dn个
n0 n
-
x
+ dx
d 图1－5 电子崩中的电子数计算
则： dn＝αndx
积分得：
n= n0eαx
X=d: na= n0eαd
则：电子崩所引起的放电电流：
I=I0eαd I0＝n0e 若：n0＝0
（1－9)
饱和电流（由外界电离因素形成）
阴极表面
n0 . nc
到达阳极
n0eαd .
nceαd
α过程使气隙中产生
n0（eαd－1） .
nc（eαd－1）
γ过程使阴极表面发射
γn0（eαd－1） .
γnc（eαd－1）
平衡状态下： nc= n0+ γnc（eαd－1）
则：
nc= n0/1- γ（eαd－1）
阳极： na＝ nc eαd ＝n0 eαd /1- γ（eαd－1）
工频电压下：击穿总发生在棒极为正的半周内。
出现极性效应的原因
棒为正：出现电晕后，棒极附近滞留的正空间电荷加
强了流注头部电场，放电易于发展。
棒为负：出现电晕后，棒极附近滞留的正空间电荷减
弱了流注头部电场，放电不易发展。
正极性“棒-板”间隙中的电场畸变
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6
第一篇 高电压绝缘及实验
第一章 第二章 第三章 第四章
电介质的极化、电导和损耗 气体放电的物理过程 气隙的电气强度 固体液体和组合绝缘的电气强度
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7
第一章 电介质的极化、电导和损耗
第一节 电介质的极化 第二节 电介质的介电常数 第三节 电介质的电导 第四节 电介质中的能量损耗
1.电气设备的绝缘：
①绝缘试验（固、液、气体） ——在电场作用下的电气物
理性能和击穿的理论、规律。 ②高压试验——判断、监视绝
缘质量的主要试验方法。
2.电力系统的过电压：
③过电压及其防护——过电压
的成因与限制措施。
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3
三．中国电力系统电压等级的划分0KV， 包括：10KV，35KV，110KV，220KV
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10
§1.1 电介质的极化
定义：电介质在电场作用下产生的束缚电荷的弹 性位移和偶极子的转向位移现象，称为电 介质的极化。
效果：消弱外电场，使电介质的等值电容增大。 物理量：介电常数 类型：电子位移极化； 离子位移极化；
转向极化； 空间电荷极化。
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11
一、 电子位移极化
E
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8
§1. 电介质的极化、电导和损耗
电介质有气体、固体、液体三种形态，电
介质在电气设备中是作为绝缘材料使用的。一切电介质
在电场的作用下都会出现极化、电导和损耗等电气物理
现象。
电介质的电气特性分别用以下几个参数来
表示：即介电常数εr，电导率γ（或其倒数——电阻率
ρ），介质损耗角正切tgδ，击穿场强 E，它们分别反
映了电介质的极化、电导、损耗、抗电性能。
高电压课件(吴广宁)4
变压器绕组直流泄漏电流试验电压及泄漏电流参考值
绕组额定电压（KV）
6~10
20~35
66~330
500
试验电压（KV）
10
20
40
60
泄漏电流参考值 （ 20度， µA）
33
50
50
30
4.3 介质损耗试验
一、 介质损耗因数tanδ 介质损损耗因数（ tanδ ）：表征绝缘在交流电压作用下能量损耗大小的 特征参数，与绝缘体的体积和形状无关 介质损耗的大小，是反映绝缘性 能的基本参数。
气相色谱分析法
对充油的高压电气设备（如变压器，互感器等），由于局 部放电时，会使油中产生各种气体，主要是H2 ，CH4， C2H2，CO，CO2等，利用变压器油气相色谱分析仪检测 溶于油中的气体组分，可判断高压电气设备绝缘内部局部 放电的严重程度及发生部位
局部放电测试---脉冲电流法
Z Ck
~ UC x Zm
或采用屏蔽环。
3。残余电荷的影响
运行中遗留或试验中形成的残余 电荷，是测得的绝缘电阻失真，残余电荷极性和试验 电压相同，测得的绝缘电阻大于实际值，反之，小于 实际值。因此，测试前或重复测量时都应对被试品充 分放电。
4.2 泄漏电流试验
泄漏电流试验：对被试设备绝缘施加直流高电压，直接读取 流过被试设备绝缘的电流。 施加电压比绝缘电阻试验高很多，除可发现绝缘受潮、 劣化外，还可发现局部损伤、碳化等缺陷。
故障性质愈严重，各种气体含量就越高，将油中气体含量与《导则》 规定的注意值比较，大于注意值时，应跟踪分析查明原因。
表4-3 220kV及以下电压等级变压器、电抗器和套管油中溶解气体含量注意值 μL/L
设备名称 气体组分 总 烃 变压器和电抗器 乙 炔 氢 气 甲 烷 套 管 乙 炔 氢 含 量 150 5 150 100 2 500
高电压课件(吴广宁)6
复习题l-l气体中带电质点的产生和消失有哪些主要方式？l-2什么叫自持放电？简述汤逊理论自持放电条件的物理意义。
1-3汤逊理论与流注理论的主要区别在哪里？它们各自的适用范围？1-4根据巴申定律，解释在工程上采用真空或高气压增强空气介电强度的原理。
1-5极不均匀电场中的放电有何特点？比较棒一板气隙极性不同时电晕起始电压和击穿电压的高低，简述其理由。
1-6试用经验公式估算极间距离d=2cm的均匀电场气隙，在标准大气条件下的平均击穿场强E b。
l-7请说明冲击电压下间隙的u50%、伏秒特性的物理意义l-8试解释沿面闪络电压明显低于纯空气间隙的击穿电压的原因。
1-9影响气体间隙击穿电压的因素有哪些？1-10在气压P=100.6kp a，温度t=33℃的条件下测得一气隙的击穿电压峰值为108kV，试近似求取该气隙在标准大气条件下的击穿电压值。
l-11某110kV电气设备的外绝缘应有的工频耐压水平(有效值)为260kV，如该设备将安装到海拔3000m的地方运行，间出厂时(工厂位于平原地区)的试验电压应增大到多少？l-12 提高气体间隙击穿电压的途径有几种?有哪些主要措施?l-l 3在均匀电场气隙中放置屏障能提高击穿电压吗？为什么？l-14当空气的湿度增大时，在极不均匀电场中纯空气间隙的放电电压提高，而绝缘子的沿面放电电压却降低，为什么？l-l5怎样提高固体介质的沿面闪络电压？1-16 解释下列术语：（1）气体中的自持放电（2）电负性气体（3）放电时延（4）50%冲击放电电压（5）爬电比距1-17 简述绝缘子污闪的发展机理和预防对策1-18 为什么SF6气体具有较高的电气强度？何为GIS设备？1-19输电线路电晕会带来哪些不利影响？1-20什么是绝缘子的干闪络电压？什么是绝缘子的湿闪络电压？1-21什么条件下绝缘子发生污秽闪络？绝缘子污闪对电力系统造成哪些不利影响？2-1说明电介质电导与金属电导的本质区别？2-2为什么测量高压电气设备绝缘电阻时．需同时记录温度？2-3何为电介质的吸收现象？在什么条件下出现吸收现象，有什么实际意义？2-4某些电容量较大的设备如电容器、长电缆等，加直流高压后其接地放电时间要求长达5～10min，这是为什么?2-5什么是电介质损耗？为什么可以用介质损耗因数tanδ来判断电介质的品质，试说明其与电源频率、温度和电压的关系。
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（3）在I-U曲线的BC段：
虽然电流增长很快，但电
流值仍很小，一般在微安
级，且此时气体中的电流
仍要靠外电离因素来维持，
U0
一旦去除外电离因素，气
隙电流将消失。
图1－3 气体间隙中电流与外施电 压的关系
因此，外施电压小于 U 0 时的放电是非自 持放电。电压达到 U 0 后，电流剧增，且此时 间隙中电离过程只靠外施电压已能维持，不再
（4）分级电离
原子或分子在激励态再获得能量而发生电 离为分级电离
激励能比电离能小，所以电子可能在外界 因素下先发生激励，然后再在激励态发生电离。
2、电极表面的电子逸出
逸出功——使电子从金属表面逸出需要的能量。 不同金属的逸出功不同，如表1-2所示：
电子从电极表面逸出所需的能量可通过下述 途径获得 ：
电子亲合能：使基态的气体原子获得一个电子 形成负离子时所放出的能量，其值越大则越易 形成负离子。
电子亲合能未考虑原子在分子中的成键作 用，为了说明原子在分子中吸引电子的能力， 在化学中引入电负性概念。
电负性：一个无量纲的数，其值越大表明原子 在分子中吸引电子的能力越大 。
表l-3列出了卤族元素的电子亲合能与电负性数值
（1）正离子撞击阴极 （2）光电子发射 （3）强场发射 （4）热电子发射
3、气体中负离子的形成
附着：电子与气体分子碰撞时，不但 有可能引起碰撞电离而产生出正离子和新电子， 也可能发生电子附着过程而形成负离子。
负离子的形成并未使气体中带电粒子的数 目改变，但却能使自由电子数减少，因而对气 体放电的发展起抑制作用。
本节内容：
1.1.1 带电质点的产生 1.1.2 带电质点的消失 1.1.3 电子崩与汤逊理论 1.1.4 巴申定律与适用范围 1.1.5 不均匀电场中的气体放电
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1.1.1 带电质点的产生
气体放电是对气体中流通电流的各种形式统称。
由于空气中存在来自空间的辐射，气体会发生 微弱的电离而产生少量的带电质点。
（2）在I-U曲线的B、C点： 电压升高至UB 时，电流又开始 增大，这是由于电子碰撞电离 引起的，因为此时电子在电场 作用下已积累起足以引起碰撞 电离的动能。电压继续升高至 U 0 时，电流急剧上升，说明放 电过程又进入了一个新的阶段。 此时气隙转入良好的导电状态， 即气体发生了击穿。
图1－3 气体间隙中电流与外施电 压的关系
：光的波长；
c ：光速；
Wi ：气体的电离能
外界高能辐射线
光子来源 气体放电本身
(1-2)
（3）碰撞电离
电子或离子在电场作用下加速所获得的动能
（ 1 mv2）与质点电荷量(e)、电场强度（
及碰2 撞前的行程( x )有关．即
E
）以
1 mv2 eEx 2
(1-3)
高速运动的质点与中性的原子或分子碰 撞时，如原子或分子获得的能量等于或大于 其电离能，则会发生电离。
返回
1.1.2 带电质点的消失
带电质点的消失可能有以下几种情况： 带电质点受电场力的作用流入电极 ； 带电质点因扩散而逸出气体放电空间； 带电质点的复合。
带电质点的复合 复合：当气体中带异号电荷的粒子相遇时，有可 能发生电荷的传递与中和，这种现象称为复合。
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；
需要外电离因素了。外施电压达到
U
后的放电
0
称为自持放电，U 0称为放电的起始电压。
（2）电子崩的形成
外界电离因子在阴极附 近产生了一个初始电子，如 果空间电场强度足够大，该 电子在向阳极运动时就会引 起碰撞电离，产生一个新的 电子，初始电子和新电子继 续向阳极运动，又会引起新 的碰撞电离，产生更多电子。
正常状态下气体的电导很小，空气还是性能 优良的绝缘体； 在出现大量带电质点的情况下，气体才会丧 失绝缘性能。
1、气体中电子与正离子的产生
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。电离可一次完成，也可以是先激励 再电离的分级电离方式。
电离方式可分为 ： 热电离 光电离 碰撞电离 分级电离
因此，电离条件为
eEx Wi
(1-4)
式中：
e ：电子的电荷量；
E ：外电场强度；
x ：电子移动的距离
为使碰撞能导致电离，质点在碰撞前必须
经过的距离为：
x
Wi
Ui
i qe E E
(1-4)
式中
U
为气体的电离电位，在数值上与以V为
i
单位的Wi相等
xi 的大小取决于场强E，增大气体中的场 强将使 xi 值减少。可见提高外加电压将使碰撞 电离的概率和强度增大。
1.1 气体放电的基本物理过程
高压电气设备中的绝缘介质有气体、液体、 固体以及其它复合介质。由于气体绝缘介质不存 在老化的问题，在击穿后也有完全的绝缘自恢复 特性，再加上其成本非常廉价，因此气体成为了 在实际应用中最常见的绝缘介质。
气体击穿过程的理论研究虽然还不完善，但 是相对于其他几种绝缘材料来说最为完整。因此， 高电压绝缘的论述一般都由气体绝缘开始。
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。
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1.1.3 电子崩与汤逊理论
气体放电现象与规律因气体的种类、气压和 间隙中电场的均匀度而异。
但气体放电都有从电子碰撞电离开始发展到 电子崩的阶段。
1、放电的电子崩阶段 （1）非自持放电和自持放电的不同特点
宇宙射线和放射性物质的射线会使气体发生 微弱的电离而产生少量带电质点；另一方面、负 带电质点又在不断复合，使气体空间存在一定浓 度的带电质点。因此，在气隙的电极间施加电压 时，可检测到微小的电流。
由图1-3可见，
（1）在I-U曲线的OA段：
气隙电流随外施电压的提高而
增大，这是因为带电质点向电
极运动的速度加快导致复合率
减小。当电压接近 U A 时，电流 趋于饱和，因为此时由外电离
因素产生的带电质点全部进入
图1－3 气体间隙中电流与外施电
电极，所以电流值仅取决于外
压的关系
电离因素的强弱而与电压无关
视频链接
电子在电场中的运动轨迹
（1）热电离
常温下，气体分子发生热电离的概率极小。 气体中发生电离的分子数与总分子数的比值m称为 该气体的电离度。 下图为不同温度下空气和SF6 气体的热电离程度。
图1-1 不同温度下空气和气体的热电离程度
（2）光电离
当满足以下条件时，产生光电离
式中：
hc
Wi