高电压工程基础完整重点

1、小桥理论：工程用液体电介质中含有气体、水分和聚合物等杂质，这些杂质的介电常数和电导与油本身的响应参数不相同，这就必然会在这些杂质附近造成局部强电场。

在电场力的作用下，这些杂质很容易沿电场方向极化定向，并排列称杂质小桥，如果杂质小桥贯穿于两电极之间，由于组成小桥的纤维及水分的电导较大，发热增加，促使水分汽化，形成气泡小桥连通两级，导致油的击穿。

即使杂质小桥尚未贯通两级，但在各段杂质小桥的端头，其电场强度也会增大很多，使该处的油发生电离而分解出气体，使小桥中气泡增多，促使电离过程增强，最终也将出现气泡小桥连通两级而使油击穿。

由于这种击穿依赖于小桥的形成，所以也称此为解释变压器油热击穿的所谓小桥理论。

采用极间障：在油间隙中也可以设置极间障来提高油隙的击穿电压。

用电工厚纸板或胶布层压板做成，形状可以使平板或圆通，厚度通常为2~7mm。

作用：阻隔杂质小桥的形成；在不均匀电场中利用极间障一侧所聚集的均匀分布的空间电荷使极间障另一侧油隙中的电场变得比较均匀，从而提高油隙的击穿电压。

2、提高气隙击穿电压的方法：改善电场分布；采用绝缘屏障；采用高气压；采用高抗电强度的气体；采用高真空。

在气隙中放置形状适当、位置合适、能有效阻拦带电粒子运动的绝缘屏障能有效地提高气隙的击穿电压。

在棒板间隙中放置一块与电场力线相垂直的薄片固体绝缘屏障，则棒极附近由电晕放电产生的与棒极同号的空间电荷在向板极方向运动中即被屏障所阻拦而聚集其上，并由于同性电荷之间的相斥力使其比较均匀地分布在屏障上，这些空间电荷削弱了棒极与屏障间的电场，提高了其抗电强度，这时虽然屏障与板极之间的电场强度增大了，但其间的电场已变得接近于两平行板间的均匀电场，因此提高了其抗电强度，使整个气隙的击穿电压得到提高。

带有绝缘屏障的气隙的击穿电压与屏障的位置有很大关系。

屏障与棒极距离等于气隙距离的1/5-1/6时击穿电压提高得最多。

当棒极为正时可达无屏障时的2~3倍，但棒极为负时只能略微提高气隙的击穿电压，而且棒极为负时屏障远离棒极，击穿电压反而会比无屏障时还要低。

由于聚集在屏障上的负离子一方面使部分电场变得均匀，聚集状态的负离子形成的空间电荷又有加强与板极间电场的作用，而当屏障离棒极较远时，后一种作用占优势的缘故。

屏障在均匀或稍不均匀电场的场合就难以发挥作用了。

3、正极性负极性：极不均匀电场中的放电存在着明显的极性效应。

当棒极为正极性时，在电场强度最大的棒极附近首先形成电子崩，电子崩的电子迅速进入棒极，留下来的正空间电荷则削弱棒极附近的电场，从而使电晕起始电压有所提高，然而正空间电荷却加强了正离子外部空间的电场，当电压进一步提高，随着电晕放电区域的扩展，强电场区亦将逐渐向板极方向推进，与板极之间的电场进一步加强，一些电子崩形成流注，并向间隙深处迅速发展。

因此，棒板间隙的正极性击穿电压较低，而其电晕起始电压相对较高。

当棒极为负极性时，这是电子崩将由棒极表面出发向外发展，电子崩中电子向板极运动，直流在棒极附近的争空间电荷虽然加强了棒极表面附近的电场，但却削弱了外面空间朝向板极方向的电场，使电晕区不易向外扩展，放电发展比较困难，因此棒板间隙的击穿电压较高。

然而，由于正空间电荷加强了棒极表面附近的电场，所以棒板间隙的电晕起始电压相对较低。

4、11-6公式解释：取变压器的冲击耐压强度为Uj，可求出避雷器与变压器的最大允许电气距离，即避雷器的保护距离lm为Lm=Uj-U5/2a’a’=a/v, a’是电压沿导线升高的空间陡度。

作用在变压器上的电压为入射电压与反射电压之和，即uT(t)=2at，其陡度为2a。

变压器上的最大电压将比避雷器的放电电压高出一个ΔU=2al/v。

避雷器至变压器的最大允许电气距离lm决定于来波陡度a’，同时也与避雷器的残压U5有关，如果流经避雷器的雷电流过大，则残压过高，将对电气设备造成危害，因此，变电站的防雷要求限制侵入波的陡度a’，同时还必须限制流进避雷器的雷电流幅值。

5、10-11的公式解释：I是雷电流幅值；Ri是杆塔冲击接地电阻；Lt是杆塔电感；B为分流系数；hg和hc为避雷器和导线悬挂的平均高度；U50%为线路绝缘的冲击耐压；k0为避雷线与导线间几何耦合系数。

雷击塔顶时，雷电流除经杆塔入地外，还有一部分电流经过避雷线由相邻杆塔入地。

经杆塔入地的电流it与总雷电流i的比值称为分流系数B<1.设雷电流波前为斜角波，I/2.6即为波前的陡度。

Utop=BI(Ri+Lt/2.6)。

当塔顶电位为utop 时，由于避雷线与塔顶相连，避雷器上电位也为utop。

由于避雷线与导线间的耦合作用，导线上具有电位kutop。

导线上还有感应过电压-ahc(1-hg/hc*k0)，其极性与雷电流相反。

导线电位uc=kutop-ahc（1-hg/hc*k0）。

导线上还有工作电压，但由于220kv以下线路，其值所占的比重不大，不考虑工作电压。

所以横担电位Ua与导线电位Uc之差即为线路绝缘所承受的过电压幅值Uli。

当线路绝缘上的电位差Uli大于或等于线路绝缘的冲击耐压U50%时，将发生绝缘子串的闪络。

耐雷水平I1为
I1=
U50%
(1−k)βR i+(ℎaℎ
1−k)β
L t
2.6+(1−
ℎg
ℎc k0)
ℎc
2.6
6、输电线路防雷有哪些基本措施：1、架设避雷线.其主要作用是防止雷直击于导线,在雷击塔顶时起分流作用,可以减小塔顶电位,对导线有耦合作用,可以降低绝缘子串上的电压,对导线有屏蔽作用,可以降低导线上感应过电压②降低杆塔接地电阻.降低杆塔接地电阻是提高线路耐雷水平、降低雷击跳闸率的最经济而有效的措施③架设耦合地线。

作用是连同避雷线一起来增大它们与导线间的耦合系数，增大杆塔向两侧的分流作用，使雷击杆塔时绝缘承受的过电压显著减小，从而提高线路的耐雷水平和降低雷击跳闸率④采用中性点非有效接地方式。

这样可以使雷击引起的大多数单相接地故障自动消除，不造成雷击跳闸⑤加强线路绝缘。

为了降低跳闸率，可采用在特高杆塔上增加绝缘子的片数。

⑥采用不平衡绝缘方式。

为了降低雷击时双回路同时跳闸的概率，采用通常的防雷措施无法满足要求时，使双回路的绝缘子片数有差异，雷击时，片数少的回路先闪络，闪络后的导线相当于耦合地线，增加了对另一回路导线的耦合作用，其耐雷水平提高，不致闪络，保证线路继续供电⑦装设自动重合闸。

由于线路绝缘具有自恢复性能，安装自动重合闸装置对降低线路的雷击事故率有较好的效果⑧采用线路用避雷器。

安装线路用避雷线后，当串联间隙放电后，由于非线性电阻的限流作用，通常能在四分之一周期内把工频电弧切断，断路器不必动作，因此可以减少雷击跳闸率。

7、巴申曲线从阴极获取二次电子是气体放电由非自持放电转为自持放电的关键。

Y（e^ad-1）>=1是均匀电场中气隙的自持放电条件。

在不均匀电场中起始放电电压低于击穿电压。

在均匀电场中气隙的击穿电压Ub与起始放电电压相等，Ub=f（pd）。

设d不变，改变气压p。

当p增大时，碰撞次数增加，然而碰撞电离的概率却减小，所以Ub 必然增大；反之，当p减小，这是虽然碰撞电离的概率增大了，但碰撞的次数却减小了，Ub也会增大。

所以在这二者之间总有一个合适的p值对造成碰撞电离最为有利，此时Ub为小。

设p不变，d增大，欲得到一定的电场强度，电压就必须增大；当d值减小时，电场强度增大，但电子在走完全程中所发生的碰撞次数却减小，同样也会使Ub增大，这二者之间也同样存在一个d值对造成碰撞电离最为有利，此时的Ub最小。

这对提高气隙的击穿电压具有实用意义。

8、P=U²wCtgδ。

P取决于tgδ。

tgδ的大小直接反映介质损耗功率的大小，称之为介质损耗因数。

tgδ表示电介质的损耗特性比直接用损耗功率P方便，因为P值与试验电压：试品尺寸密切相关，因此不便于对不同尺寸的同一绝缘材料进行比较；tgδ是一个比值，无量纲，它与材料的几何尺寸无关，只与材料的品质有关可以直接根据tgδ对介质损耗特性评价。

9、气体电离的基本形式有：碰撞电离、光电离、热电离、表面电离。

在电场作用下，这些散在的带电粒子被加速而获得动能，当它们的动能积累到一定数值后，在和中性的气体分子发生碰撞时，有可能使后者发生电离，这种电离过程称为碰撞电离；由光辐射引起的气体分子的电离称为光电离；因气体热状态引起的电离过程称为热电离。

在高温下，热辐射光子的能量达到一定数值即可造成气体的热电离；气体中的电子也可以由电场作用下的金属表面发射出来，称为金属电极表面电离。

气体去电离的基本形式有：（1）带电粒子向电极定向运动并进入电极形成回路电流，从而减少了气体中的带电粒子。

（2）带电粒子的扩散。

由于热运动，气体中带电粒子总是从气体放电通道中的高浓度区向周围的空间扩散，从而使气体放电通道中的带电粒子数目减少。

（3）带电粒子的复合。

气体中带异号电荷的粒子相遇时，有可能发生电荷的传递而互相中和，从而使气体中的带电粒子减少。

（4）吸附效应。

某些气体的中性分子或原子对电子具有较强的亲和力，当电子与其碰撞时，便被吸附其上形成负离子，同时放出能量，这种现象称为吸附效应。

吸附效应能有效地减少气体中的自由电子数目，从而对碰撞电离中最活跃的电子起到强烈的束缚作用，大大抑制了电离因素的发展，因此将吸附效应也看做是一种去电离的因素。

容易吸附电子形成负离子的气体称为电负性气体，如SF6，吸附效应最为强烈，其电气强度远大于一般气体。

气体中电离与去电离这对矛盾的发展过程将决定气体的状态。

当电力因素大于去电离因素时，气体中带电粒子会愈来愈多，导致气体击穿；当去电离因素大于电离因素，最终使气体放电过程消失，而恢复成绝缘状态。

1、电介质基本电气特性为极化特性、电导特性、损耗特性和击穿特性。

相对介电常数Er，电导率y，介质损耗因数tgδ和击穿电场强度E。

2、电介质的极化可分为无损极化和有损极化。

无损极化包括电子式极化和离子式极化，有损极化包括偶极子式极化、空间电荷极化和夹层极化。

无损极化包括电子式极化和离子式极化。

三支路并联模型：吸收现象是由于电介质的极化所引起的，无损极化电流ic即刻衰减到零；有损极化电流ia称为吸收电流，较为缓慢地衰减到零。

不随时间变化的稳定电流Ig称为电介质的电导电流。

吸收现象在绝缘试验中对判断绝缘是否受潮很有用。

当绝缘受潮时，其电导大大增加，电导电流也大大增加，而吸收电流的变化相对较小，且通过电导很快衰减。

吸收比K=I15S/I60s=R60s/R15s。

K>=1.3，当绝缘受潮或劣化时K值变小。

在对吸收现象较显著的绝缘试验中，要特别注意
由吸收电流聚积起来的所谓吸收电荷对人身和设备安全的威胁。

吸收现象：直流电压加到固体电介质上时，通过介质的电流将随时间而衰减，最终达到某一稳定值，流过电介质电流随时间的变化的现象。

电流等于无损极化c有损极化a产生电流以及电解质电导电流或泄漏电流
3、电介质的电导主要是离子式电导，金属的电导是电子式电导。

电介质的电导随温度的升高近似于指数规律增加，电阻率随温度的上升而下降，与金属导电的情况相反。

当温度升高时，电介质中导电的粒子数将因热离解而增加；温度升高，分子间的相互作用力减小及离子的热运动改变了原有受束缚的状态，有利于离子的迁移，使电介质的电导率增加。

电导损耗，极化损耗。

4、流注放电理论与汤逊放电理论的根本不同点在于流注理论认为电子的碰撞电离和空间光电离是形成自持放电的主要因素，并强调空间电荷畸变电场的作用。

汤逊理论解释均匀电场低气压短间隙的气体放电过程。

5、标准雷电冲击电压的波形参数为T1/t2=+-1.2/50us
6、伏秒特性：工程上用气隙击穿期间出现的冲击电压的最大值和放电时间的关系来表征气隙在冲击电压下的击穿特性，称为伏秒特性。

当电压较低时，击穿发生在波尾，把峰值电压作为气隙的击穿电压。

电压较高时，在波前击穿时，以击穿时的电压作为气隙的击穿电压值。

过电压保护的设备位于被保护设备的伏秒特性之下，且二者永不相交，保护设备免遭冲击过电压。

均匀电场气隙的福秒特性曲线比较平坦，不均匀电场气隙的伏秒特性比较陡峭。

7、U50%：在气隙上加N次同一波形及峰值的冲击电压，可能只有几次发生击穿，这时的击穿概率P=n/N，当击穿概率等于50%时的电压即成为气隙的50%击穿电压，写为U50%。

表示击穿电压与放电时间关系的电压-时间曲线称为伏秒特性曲线，在实际中，由于放电时间的分散性，在每一电压下可得到一系列放电时间，所以伏秒特性曲线是一个带状区域，图上虚线是包络线，实线是50%伏秒特性曲线。

8、SF6设计：压力很高，真空
9、第三章第8节：绝缘子片数：一般35kv用3片，500kv用28片，用于耐张杆塔时增加1~2片。

干闪>湿闪>污闪。

沿面闪络电压比固体介质本身的击穿电压低很多，绝缘事故由沿面放电造成。

固体绝缘实际耐受电压取决于它的沿面闪络电压。

防止滑闪放电的有效方法是增大套管在法兰附近的直径。

绝缘子表面不断延伸发展的局部电弧现象称为爬电。

10、固体电介质的击穿种类：电击穿、热击穿、电化学击穿。

固体介质的电老化分为电离性老化、电导性老化和电解性老化。

电介质热老化的工作温度超过规定值8°C，则寿命大约缩短一半，这通常称为热老化的8°C规则。

11、第五章：三个方法：绝缘电阻和吸收比测量；直流泄漏电流测量；介质损耗因数测量。

吸收比：对于不均匀的试品绝缘，如果绝缘状态良好，则吸收现象将很明显，K值远大于1.如果绝缘受潮严重或内部有集中性的导电通道，则Ig大增，ia迅速衰减，当被试品电容比较大，吸收现象才明显，才能用来判断绝缘状况。

绝缘电阻的测量：规定以加电压60s时测得的数值为该试品的绝缘电阻，此时绝缘的吸收电流已衰减至接近于零。

当被试品绝缘中存在贯通的集中性缺陷时，反映Ig的绝缘电阻往往明显下降，用兆欧表检查时便可以即刻发现。

当某些集中性缺陷已发展得很严重，但绝缘电阻值和吸收比仍可能很高。

因为没有贯通，而且兆欧表的额定电压又不足以使其击穿。

绝缘电阻测量判断绝缘不可靠。

在较高的试验电压作用下，能发现被试品一些尚未完全贯通的集中性缺陷，比兆欧表有效。

测量tgδ是判断绝缘状态的有效方法，能反映整体劣化或受潮以及小电容试品的严重局部缺陷，对大型设备的局部缺陷不能灵敏发现，应对其分解，良好绝缘材料和正常电气设备介质损耗因数很小。

12、第八章：8-1导线上任一点的电压（或电流）等于通过改点的前行波与反行波之和，前行波电压与前行波电流之比等于Z，而反行波电压与反行波电流之比为-Z。

计算流动波沿导线传到节点时节点的电压，可用彼得逊法则。

等值集中参数电路中电源电动势为入射电压Uq1的两倍，等值电路的内阻为入射波所经过的波阻抗Z1。

使用德波孙法则时，要满足以下两个条件：1）波沿分布参数的线路射入2）波在该节点只有一次折反射过程。

不论绕组末端接地与否，起始电压分布均为u=U0e^(-ax)。

最大电位梯度出现在绕组首端，U0/l为平均电位梯度。

冲击波刚作用于变压器时绕组首端的电位梯度是平均电位梯度al倍。

13、当t趋于无穷时，即n趋于无穷，|B1B2|<1，Ua=ub=αU0，α相当于中间段线路被短路时的折射系数。

其物理意义为经过多次折、反射后，中间段导线的对地电容已充满电，即电容相当于开路；而通过电感的电流变化率di/dt=0，电杆上的压降Ldi/dt=0，即电感相当于短路。

所以经过多次折、反射后，中间段导线可视为短路。

折射电压的最终值只决定于波阻Z1和Z2，中间线路的存在只影响折射电压波的波头。

可以忽略电感而将中间导线用一个并联电容来代替，C=l0/Z0v0，L=loZ0/V0。

14、避雷器是一种普遍采用的侵入波保护装置，它是一种过电压保护器。

为使电气设备得到可靠保护，保护装置应满足一下基本要求：1）保护装置的冲击放电电压Ubi应低于被保护设备绝缘的冲击耐压值。

2）放电间隙应有平坦的伏秒特性曲线和尽可能高的灭弧能力。

15、第九章第四节：地网的接地电阻值主要决定于土壤电阻率和接地网的面积。

接地体和接地引下线合成接地装置。

接地电阻时电流I经接地电极流入大地时，接地体对地电压U与电流I之比值。

工频电流Ie作用时呈现的电阻称为工频接地电阻，用Re表示；冲击电流作用时呈现的电阻称为冲击接地电阻，用Ri表示。

在流过冲击电流时,有两种效应影响到冲击接地电阻值的大小.火花效应和电感效应.当接地体长度达到一定值后，再增加其长度，接地电阻不再下降，这个长度叫做伸长接地体的有效长度，一般在40~60m。

把冲击接地电阻Ri与工频接地电阻Re的比值a 叫做接地体的冲击系数，a=Ri/Re。

其值一般小于1，当采用伸长接地体时，可能因电感效应而大于1。

16、第十章：输电线路防雷性能的重要指标是耐雷水平和雷击跳闸率。

发电厂和变电站的雷害来源有两种形式: ①雷电直接击于发电厂和变电站内的建筑物及屋外配电装置上②输电线路上发生感应过电压或直接落雷,雷电波将沿该导线袭入变电站或发电机,该雷电波成为侵入波. 感应过电压的大小与雷电流幅值I，导线悬挂的高度Hc成正比，与雷击点距导线的距离s成反比。

根据实测，感应雷过电压幅值一般不超过300到400kv
17、直配电机防雷：（1）发电机出现母线上装一组氧化锌避雷器或FCD型避雷器，以限制侵入波幅值，取其3kA下的残压与电机的绝缘水平相配合。

（2）在发电机的电压母线上装一组并联电容器C，以限制侵入波陡度a和降低感应过电压。

（3）采用进线段保护，限制流经FCD中的雷电流，使之小于3kA。

电缆段与排气式避雷器配合是典型的进线保护方式。

（4）发电机中性点有引出线时，中性点加装避雷器保护，否则需加大母线并联电容以进一步降低侵入波的陡度。

18、IFV=（2U50%-Nu5）/ Z。

由于进线端导线波阻抗的作用，限制了流过避雷器的雷电流幅值IFV；由于导线上冲击电晕的作用，使沿导线的来波陡度大为降低。

如果线路没有假设避雷器，那么雷直击于紧靠变电站的导线上时，流过避雷器的雷电流幅值IFV可能超过5kA，而且陡度也会超过允许值，对于35~110kV全线无避雷线的线路，在紧靠变电站的1~2km进线上假设避雷器；对于全线有避雷线的线路，则在1~2km进线上加强保护措施，如减小避雷线的保护胶a及杆塔的接地电阻Ri，提高这段进线的奶类水平，以减少在这段进线内绕击和反击导线的概率，这段进线称为进线段。

进线段的电阻不大于10Ω，进线段避雷线的保护角不应超过30°。

19、泄漏电流、绝缘电阻：在实际测试绝缘的电导特性时，常常用电阻来表示，称为绝缘电阻。

由于介质中的吸收现象，在外加直流电压U作用下，介质中流过的电流i是随时间而衰减的，介质的电阻随时间增加，最后达到某一稳定值R=U/I，I称为介质的泄漏电流。

人们把电流达到稳定的泄漏电流I时的电阻值作为电介质的绝缘电阻。

20、长间隙的平均击穿场强比短间隙的平均击穿场强低：长间隙放电开始是发展先导过程，随后是主放电过程，间隙越长则先导过程和主放电过程就发展的越充分。

21、稳态电压下气隙的击穿特性特点：（1）均匀电场中电极布置对称，击穿无极性效应；（2）均匀场间隙中各处电场强度相等，击穿所需时间极短，其直流击穿电压、工频击穿电压峰值、50%冲击击穿电压相同；（3）击穿电压的分散性很小。

22、稍不均匀电场中的击穿：击穿前无电晕；无明显的极性效应；直流击穿电压、工频击穿电压峰值及50％冲击击穿电压几乎一致。

球隙测压器的工作范围d≤D/2；否则因放电分散性增大，不能保证测量的精度。

r/R >0.1时，稍不均匀电场，击穿前不出现电晕，且由图可见，当r/R ≈0.33时击穿电压出现极大值。

23、沿面放电高压套管（电晕放电，细线状辉光放电即刷状放电，滑闪放电）提高套管的电晕起始电压和滑闪放电电压的方法：（1）减小比电容，例如增大固体介质的厚度，特别是加大法兰处套管的外径；也可采用介电常数较小的介质，例如用瓷－油组合绝缘代替纯瓷介质。

（2）减小绝缘表面电阻，即减小介质表面电阻率。

例如在套管靠近接地法兰处涂半导体釉；在电机绝缘的出槽口部分涂半导体漆等。

,则其保护范围的影响因素为:被保护电气设备,如变压器的耐压值,避雷器的5kA残24、避雷器的保护距离l m=U J−U5
2a
v
压,还有雷电波的陡度,增大被保护设备的耐压值,降低避雷器的5kA残压,增设进线段的避雷线以降低来波陡度可以增大避雷器的保护范围.
25、用避雷器保护变压器,为什么要有进线段相配合?与变电站的进线段相配合可以减少绕击和反击的机率,因为有了进线段,在进线段首端及以外遭到雷击时,由于进线段导线波阻抗的作用,限制了流过避雷器的雷电流幅值I FV,此外,由于导线上冲击电晕的作用,使沿导线的来波陡度大为降低,降低了来波陡度,可以增大避雷器保护变压器的保护距离. 26、空气密度δ=PTo/PoT,气隙的击穿电压随δ的增大而升高。

当实际温度下降、气压升高时，会增大空气的相对密度δ,而击穿电压U=δUo,所以气隙的击穿电压也会提高.湿度校正Kh=k^w，海拔越高，空气的电气强度越低。

27、当雷击超高压输电线路杆塔时①运行时的电压②接地电阻上的电压③杆塔电感电压④导线上的感应过电压
28、在冲击电压作用下,变压器绕组的初始电压分布对于变压器的绝缘有何影响?如何改善变压器绕组的初始电压分布?当冲击电压作用时,过渡过程过电压的幅值Um=2稳态值-初始值,起始电压与稳态电压相差越大,过电压也越大,对主绝缘和纵绝缘的危害也就越大.通过加装电容环可以补偿对地电容电流,采用纠结式绕组,可以增大总纵向电容,这样就可以改善变压器绕组的初始电压分布.。