高电压技术(全套课件)
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精品
§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
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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三．中国电力系统电压等级的划分与分类
交流系统
▪ 高压（HV）：1KV～220KV， 包括：10KV，35KV，110KV，220KV
对外呈现出宏观电矩。
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四、空间电荷极化
G1
G2
C1
C2
U
图1-4 双层电介质的极化模型
上述的三种极化是带电质 点的弹性位移或转向形成的， 而空间电荷极化的机理则与上 述三种完全不同，它是由带电 质点(电子或正、负离子)的移 动形成的。
最明显的空间电荷极化是 夹层极化。在实际的电气设备 中，如电缆、电容器、旋转电 机、变压器、互感器、电抗器 等的绝缘体，都是由多层电介
一切电介质都是由分子组成， 分子又是由原子组成，每个原子 都是由带正电荷的原子核和围绕 核带负电荷的电子云构成。
当不存在外电场时，电子云的 中心与原子核重合，此时电矩为 零．当外加一电场，在电场力的 作用下发生电子位移极化．当外 电场消失时，原子核对电子云的 引力又使二者重合，感应电矩也 随之消失。
。 Ce' q
Q' U
2 3
到达稳态时，电容上的电荷和电位分布如图l-5(b)所示。整
个介质的等值电容为
C'' eq
Q' U
4 3
。
分界面上堆积的电荷量为+4-1＝+3。
图1-5 双层电介质的电荷与电位分布 （a）暂态分布精（品b）稳态分布
特点
➢ 夹层的存在将会造成电荷在夹层界面上的堆积和等值 电容的增大，这就是夹层极化效应。
质组成的。
如图l-4所示，各层介质的电容分别为C1和C2；各层介质的电导分别为G1 和G2；直流电源电压为U。
为了说明的简便，全部参数均只标数值，略去单位。
设C1=1，C2＝2，G1=2，G2=1， U＝3。
精品
当U作用在AB两端极板上时，其瞬时电容上的电荷和电位
分布，如图1-5(a)所示．整个介质的等值电容为
高电压技术
精品
源自文库
绪论 一．内容与范畴
《高电压技术》主要研究高电压（强电场）下的各种电 气物理问题。它起源于20世纪初期，由于大功率、远距 离输电而发展、形成的一门独立学科，属于现代物理学 中电学的一个分支。
学习目的：正确处理电力系统中过电压与绝缘的问题。
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二．高电压技术的研究对象
1.电气设备的绝缘：
负电荷的作用中心不重合。就单个分子而言，就已具有偶极矩，称为固
有偶极矩。但由于分子不规则的热运动，使各分子偶极矩方向的排列没
有秩序，因此，从宏观而言，对外并不呈现合成电矩。
当有外电场时，由于电场力的作用，每个分子的固有偶极
矩就有转向与外电场平行的趋势，其排列呈现一定的秩序。但是受分子
热运动的干扰，这种转向有秩序的排列只能达到某种程度，而不能完全。
电场中的所有电介质内都存在 电子位移极化。
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二、离子位移极化
在由离子结合成的电介质内，外电场的作用除促使
各个离子内部产生电子位移极化外还产生正、负离子相对位移而形
成的极化，称为离子位移极化。图l-2表示氯化钠晶体的离子位移
极化。
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三、转向极化
电介质
E
电极
U
U
图l-3 偶极子的转向极化
在极性电介质中，即使没有外加电场，由于分子中正、
➢ 夹层界面上电荷的堆积是通过介质电导G1完成的。高压 绝缘介质的电导通常都是很小的，所以这种极化过程 将是很缓慢的。它的形成时间从几十分之一秒到几分 钟甚至有长达几小时的。因此，这种性质的极化只有 在直流和低频交流电压下才能表现出来。
➢ 该极化伴随着能量损耗。 ➢ 大电容设备进行高压实验后应对设备绝缘进行较长时
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五．课程相关信息
➢ 参考书： 《高电压绝缘技术》，中国电力，严璋，朱德恒 《电网过电压教程》，中国电力，陈维贤 《高电压试验技术》，清华，张仁豫 《高电压技术》，中国电力，赵智大 ➢ 考试：
20%（作业10% +实验10% ）+80%（闭卷笔试） ➢ 答疑安排： 时间：周四下午3:00-5:00 地点：教三楼一楼110室（办公电话：752-2357）
映了电介质的极化、电导、损耗、抗电性能。
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§1.0 电力系统的绝缘材料
绝缘的作用：
绝缘的作用是将电位不等的导体分隔开，使其没有电 气的联系并能保持不同的电位。
分类：
气体绝缘材料：空气，SF6气体等 固体绝缘材料：陶瓷，橡胶，玻璃，绝缘纸等 液体绝缘材料：变压器油 混合绝缘：电缆，变压器等设备
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§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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一、 电子位移极化
E
R
R
i
-q O’
q
O
图1-1 电子位移极化
▪ 超高压（EHV）：330KV～1000KV， 包括：330KV，500KV，750KV
▪ 特高压（UHV）：1000KV及以上
直流系统
▪ 超高压（EHV）：± 500KV ▪ 特高压（UHV）： ± 800KV
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四．高电压技术在其它领域的应用
➢1．医学：利用高压脉冲体外碎石、治疗癌症； ➢2．农业：高压静电喷药，高电场诱发变异在育种上的应用； ➢3．环保：高压脉冲放电处理污水，电除尘技术； ➢4．军事：大功率脉冲技术，电磁干扰、电子对抗； ➢5．其它工业：静电喷涂，高压设备制造等。
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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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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
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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三．中国电力系统电压等级的划分与分类
交流系统
▪ 高压（HV）：1KV～220KV， 包括：10KV，35KV，110KV，220KV
对外呈现出宏观电矩。
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四、空间电荷极化
G1
G2
C1
C2
U
图1-4 双层电介质的极化模型
上述的三种极化是带电质 点的弹性位移或转向形成的， 而空间电荷极化的机理则与上 述三种完全不同，它是由带电 质点(电子或正、负离子)的移 动形成的。
最明显的空间电荷极化是 夹层极化。在实际的电气设备 中，如电缆、电容器、旋转电 机、变压器、互感器、电抗器 等的绝缘体，都是由多层电介
一切电介质都是由分子组成， 分子又是由原子组成，每个原子 都是由带正电荷的原子核和围绕 核带负电荷的电子云构成。
当不存在外电场时，电子云的 中心与原子核重合，此时电矩为 零．当外加一电场，在电场力的 作用下发生电子位移极化．当外 电场消失时，原子核对电子云的 引力又使二者重合，感应电矩也 随之消失。
。 Ce' q
Q' U
2 3
到达稳态时，电容上的电荷和电位分布如图l-5(b)所示。整
个介质的等值电容为
C'' eq
Q' U
4 3
。
分界面上堆积的电荷量为+4-1＝+3。
图1-5 双层电介质的电荷与电位分布 （a）暂态分布精（品b）稳态分布
特点
➢ 夹层的存在将会造成电荷在夹层界面上的堆积和等值 电容的增大，这就是夹层极化效应。
质组成的。
如图l-4所示，各层介质的电容分别为C1和C2；各层介质的电导分别为G1 和G2；直流电源电压为U。
为了说明的简便，全部参数均只标数值，略去单位。
设C1=1，C2＝2，G1=2，G2=1， U＝3。
精品
当U作用在AB两端极板上时，其瞬时电容上的电荷和电位
分布，如图1-5(a)所示．整个介质的等值电容为
高电压技术
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源自文库
绪论 一．内容与范畴
《高电压技术》主要研究高电压（强电场）下的各种电 气物理问题。它起源于20世纪初期，由于大功率、远距 离输电而发展、形成的一门独立学科，属于现代物理学 中电学的一个分支。
学习目的：正确处理电力系统中过电压与绝缘的问题。
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二．高电压技术的研究对象
1.电气设备的绝缘：
负电荷的作用中心不重合。就单个分子而言，就已具有偶极矩，称为固
有偶极矩。但由于分子不规则的热运动，使各分子偶极矩方向的排列没
有秩序，因此，从宏观而言，对外并不呈现合成电矩。
当有外电场时，由于电场力的作用，每个分子的固有偶极
矩就有转向与外电场平行的趋势，其排列呈现一定的秩序。但是受分子
热运动的干扰，这种转向有秩序的排列只能达到某种程度，而不能完全。
电场中的所有电介质内都存在 电子位移极化。
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二、离子位移极化
在由离子结合成的电介质内，外电场的作用除促使
各个离子内部产生电子位移极化外还产生正、负离子相对位移而形
成的极化，称为离子位移极化。图l-2表示氯化钠晶体的离子位移
极化。
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三、转向极化
电介质
E
电极
U
U
图l-3 偶极子的转向极化
在极性电介质中，即使没有外加电场，由于分子中正、
➢ 夹层界面上电荷的堆积是通过介质电导G1完成的。高压 绝缘介质的电导通常都是很小的，所以这种极化过程 将是很缓慢的。它的形成时间从几十分之一秒到几分 钟甚至有长达几小时的。因此，这种性质的极化只有 在直流和低频交流电压下才能表现出来。
➢ 该极化伴随着能量损耗。 ➢ 大电容设备进行高压实验后应对设备绝缘进行较长时
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五．课程相关信息
➢ 参考书： 《高电压绝缘技术》，中国电力，严璋，朱德恒 《电网过电压教程》，中国电力，陈维贤 《高电压试验技术》，清华，张仁豫 《高电压技术》，中国电力，赵智大 ➢ 考试：
20%（作业10% +实验10% ）+80%（闭卷笔试） ➢ 答疑安排： 时间：周四下午3:00-5:00 地点：教三楼一楼110室（办公电话：752-2357）
映了电介质的极化、电导、损耗、抗电性能。
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§1.0 电力系统的绝缘材料
绝缘的作用：
绝缘的作用是将电位不等的导体分隔开，使其没有电 气的联系并能保持不同的电位。
分类：
气体绝缘材料：空气，SF6气体等 固体绝缘材料：陶瓷，橡胶，玻璃，绝缘纸等 液体绝缘材料：变压器油 混合绝缘：电缆，变压器等设备
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§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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一、 电子位移极化
E
R
R
i
-q O’
q
O
图1-1 电子位移极化
▪ 超高压（EHV）：330KV～1000KV， 包括：330KV，500KV，750KV
▪ 特高压（UHV）：1000KV及以上
直流系统
▪ 超高压（EHV）：± 500KV ▪ 特高压（UHV）： ± 800KV
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四．高电压技术在其它领域的应用
➢1．医学：利用高压脉冲体外碎石、治疗癌症； ➢2．农业：高压静电喷药，高电场诱发变异在育种上的应用； ➢3．环保：高压脉冲放电处理污水，电除尘技术； ➢4．军事：大功率脉冲技术，电磁干扰、电子对抗； ➢5．其它工业：静电喷涂，高压设备制造等。
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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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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