高电压绝缘技术的讲义优秀课件
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高电压技术-电力系统的绝缘配合PPT课件
高电压技术（第二版）
张一尘主编
精选PPT课件
1
第十一章
电力系统的绝缘配合
精选PPT课件
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！
精选PPT课件
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。
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。
高电压技术电气设备绝缘试验课件
总结词
交流耐压试验是检验电气设备绝缘性能的重要手段，通过施加高于正常工作电压的交流电压，测试设备的绝缘强 度和耐压能力。
详细描述
交流耐压试验通常在设备安装完毕后进行，以检验设备在正常工作电压下的绝缘性能。该试验通过施加一定时间 的交流高电压，模拟实际运行中的过电压情况，以检验设备的绝缘材料和结构是否能够承受。
绝缘材料的物理和化学性质
绝缘材料的物理和化学性质，如密度、硬度、热导率、热膨胀系数 等，对电气设备的运行稳定性和寿命也有重要影响。
绝缘材料的机械性能
绝缘材料的机械性能，如抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等，决定 了电气设备在受到外力作用时的稳定性和安全性。
绝缘电阻和介电常数
绝缘电阻的定义和测量
绝缘电阻是衡量绝缘材料导电性能的重要参数，通常通过测 量加压后的电流和电压来计算。绝缘电阻越大，说明绝缘性 能越好。
结论与建议
根据分析结果，提出相应的处 理建议和预防措施，确保设备
安全运行。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
06
绝缘试验技术的发展趋 势与展望
新材料在绝缘试验中的应用
要点一
总结词
要点二
详细描述
随着新材料技术的不断发展，越来越多的新材料被应用于 电气设备绝缘试验中，以提高试验的准确性和可靠性。
详细描述
例如，脉冲电压和变频电压等高电压新技术在绝缘试验 中得到了广泛应用。这些技术的应用有助于更准确地模 拟实际运行中的电压情况，提高绝缘试验的可靠性和准 确性。同时，这些技术的应用也有助于缩短试验时间， 提高工作效率。
智能化和自动化在绝缘试验中的发展前景
总结词
随着智能化和自动化技术的不断发展，其在电气设备 绝缘试验中的应用前景广阔。
交流耐压试验是检验电气设备绝缘性能的重要手段，通过施加高于正常工作电压的交流电压，测试设备的绝缘强 度和耐压能力。
详细描述
交流耐压试验通常在设备安装完毕后进行，以检验设备在正常工作电压下的绝缘性能。该试验通过施加一定时间 的交流高电压，模拟实际运行中的过电压情况，以检验设备的绝缘材料和结构是否能够承受。
绝缘材料的物理和化学性质
绝缘材料的物理和化学性质，如密度、硬度、热导率、热膨胀系数 等，对电气设备的运行稳定性和寿命也有重要影响。
绝缘材料的机械性能
绝缘材料的机械性能，如抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等，决定 了电气设备在受到外力作用时的稳定性和安全性。
绝缘电阻和介电常数
绝缘电阻的定义和测量
绝缘电阻是衡量绝缘材料导电性能的重要参数，通常通过测 量加压后的电流和电压来计算。绝缘电阻越大，说明绝缘性 能越好。
结论与建议
根据分析结果，提出相应的处 理建议和预防措施，确保设备
安全运行。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
06
绝缘试验技术的发展趋 势与展望
新材料在绝缘试验中的应用
要点一
总结词
要点二
详细描述
随着新材料技术的不断发展，越来越多的新材料被应用于 电气设备绝缘试验中，以提高试验的准确性和可靠性。
详细描述
例如，脉冲电压和变频电压等高电压新技术在绝缘试验 中得到了广泛应用。这些技术的应用有助于更准确地模 拟实际运行中的电压情况，提高绝缘试验的可靠性和准 确性。同时，这些技术的应用也有助于缩短试验时间， 提高工作效率。
智能化和自动化在绝缘试验中的发展前景
总结词
随着智能化和自动化技术的不断发展，其在电气设备 绝缘试验中的应用前景广阔。
高电压与绝缘技术(第一部分)PPT课件
当电压等级过高时，常用几个支柱绝缘子组装成绝缘子柱。但这会 带来绝缘子柱的机械性能减弱和电压分布不均的问题。
户外支柱绝缘子
户外装置的支柱绝缘子大量采用棒形结构— 带伞的实心圆瓷柱。
户内支柱绝缘子
户内支柱绝缘子有空心或实心的圆柱形瓷件 和金属附件组成。按照金属附件和胶装方式
瓷套管
瓷套管是将载流导体引入变压器或断路器等电气设备的金属箱内或 母线穿墙时的引线绝缘。
套管 管 按复合绝缘套
管
结 构电容式套管 及
按主要绝 缘介质分
纯瓷套管
树脂套管
充油套管 充气套管 油纸电容式 胶纸电容式 浸胶电容式
绝缘特点
电瓷（或有空气 ） 树脂（或有空气 ） 套管内为绝缘油 套管内为SF6等 油浸纸 胶纸 纸包后浸胶
主要应用范围
35kV及以下穿墙套管 10kV及以下电器用套管 组合电器用
绝缘子
用作导电体和接地体之间的绝缘和固定连接
瓷套
用作电器内绝缘的容器，并使绝缘免遭周围环境因素的影响
套管
简介
支柱绝缘子
支柱绝缘子：是指支撑高压配电装置母线和高压电器带电部分（如 触头）的绝缘支柱，它由瓷柱和上、下金属附件通过水泥胶装而成。
分类：按外形结构和工作条件的不同，分为户外支柱绝缘子和户内 支柱绝缘子两大类。
悬式绝缘子（盘形）
35kV及以上高压线路都使用悬式绝缘子或悬 式绝缘子串。按结构外形，分为盘形和棒形
悬式绝缘子（棒形）
棒形悬式绝缘子分为瓷质和复合绝缘子两类。 瓷质绝缘子具有不击穿、节约金属材料等优
悬式绝缘子串
当工作电压增高时，可将多个悬式绝缘子串 接起来，提高闪络电压，而机械强度不会改
气体放电
气体中流通电流的各种形式统称为气体放电。 气体由绝缘状态突变为良导电态的过程，称为击穿。当击穿过程发生 在气体与液体或者气体与固体的交界面上时，称为沿面闪络。 在实际中，很多设备采用空气绝缘，有可能发生电晕放电、火花放电 和电弧放电。 两大理论：汤逊放电理论（需要巴申定律的补充）和流注理论。
户外支柱绝缘子
户外装置的支柱绝缘子大量采用棒形结构— 带伞的实心圆瓷柱。
户内支柱绝缘子
户内支柱绝缘子有空心或实心的圆柱形瓷件 和金属附件组成。按照金属附件和胶装方式
瓷套管
瓷套管是将载流导体引入变压器或断路器等电气设备的金属箱内或 母线穿墙时的引线绝缘。
套管 管 按复合绝缘套
管
结 构电容式套管 及
按主要绝 缘介质分
纯瓷套管
树脂套管
充油套管 充气套管 油纸电容式 胶纸电容式 浸胶电容式
绝缘特点
电瓷（或有空气 ） 树脂（或有空气 ） 套管内为绝缘油 套管内为SF6等 油浸纸 胶纸 纸包后浸胶
主要应用范围
35kV及以下穿墙套管 10kV及以下电器用套管 组合电器用
绝缘子
用作导电体和接地体之间的绝缘和固定连接
瓷套
用作电器内绝缘的容器，并使绝缘免遭周围环境因素的影响
套管
简介
支柱绝缘子
支柱绝缘子：是指支撑高压配电装置母线和高压电器带电部分（如 触头）的绝缘支柱，它由瓷柱和上、下金属附件通过水泥胶装而成。
分类：按外形结构和工作条件的不同，分为户外支柱绝缘子和户内 支柱绝缘子两大类。
悬式绝缘子（盘形）
35kV及以上高压线路都使用悬式绝缘子或悬 式绝缘子串。按结构外形，分为盘形和棒形
悬式绝缘子（棒形）
棒形悬式绝缘子分为瓷质和复合绝缘子两类。 瓷质绝缘子具有不击穿、节约金属材料等优
悬式绝缘子串
当工作电压增高时，可将多个悬式绝缘子串 接起来，提高闪络电压，而机械强度不会改
气体放电
气体中流通电流的各种形式统称为气体放电。 气体由绝缘状态突变为良导电态的过程，称为击穿。当击穿过程发生 在气体与液体或者气体与固体的交界面上时，称为沿面闪络。 在实际中，很多设备采用空气绝缘，有可能发生电晕放电、火花放电 和电弧放电。 两大理论：汤逊放电理论（需要巴申定律的补充）和流注理论。
高电压与绝缘技术概述PPT课件
在 日 常 生 活 中，随 处都可 以看到 浪费粮 食的现 象。也 许你并 未意识 到自己 在浪费 ，也许 你认为 浪费这 一点点 算不了 什么
高压电气设备
变压器
电容性设备
电力电缆
发电机
GIS ···
在 日 常 生 活 中，随 处都可 以看到 浪费粮 食的现 象。也 许你并 未意识 到自己 在浪费 ，也许 你认为 浪费这 一点点 算不了 什么
三相线损 △P = 3I2R
其中I =
P 3U cos
;
R=
l S
△P =
P2 l U 2 S cos2
P2l U2S
R：导线电阻
：导线电阻率
l：导线长度
S：导线截面积
P：传输功率
U：线路电压
在 日 常 生 活 中，随 处都可 以看到 浪费粮 食的现 象。也 许你并 未意识 到自己 在浪费 ，也许 你认为 浪费这 一点点 算不了 什么
高压电网向特高压电网发展的历程
中国， 1949年新中国成立后，按电网发展统一电压等级， 逐渐形成经济合理的电压等级系列：
1952年，用自主技术建设了110kV输电线路，逐渐形成 京津唐110kV输电网； 1954年，建成丰满至李石寨220kV输电线路，随后继续 建设辽宁电厂至李石寨，阜新电厂至青堆子等220kV线 路，迅速形成东北电网220kV骨干网架； 1972 年建成330kV 刘家峡— 关中输电线路，全长534km， 随后逐渐形成西北电网330kV骨干网架； 1981年建成500kV姚孟—武昌输电线路，全长595km。
在 日 常 生 活 中，随 处都可 以看到 浪费粮 食的现 象。也 许你并 未意识 到自己 在浪费 ，也许 你认为 浪费这 一点点 算不了 什么
电气工程概论高电压与绝缘技术课件
高电压设备的绝缘检测与维护
01
02
பைடு நூலகம்
03
定期检测
按照规定的周期对高电压 设备进行绝缘检测，及时 发现并处理存在的隐患。
预防性维护
采取一系列预防措施，如 保持设备清洁、定期更换 绝缘材料等，以降低设备 发生故障的风险。
应急处理
在设备出现故障时，采取 紧急措施，如切断电源、 释放残余电荷等，以保障 人员和设备安全。
通过直接对设备施加高电压来检测设备的耐压水平，是常用的试 验方法。需要使用高压电源、变压器、调压器等设备。
冲击试验
模拟雷电过电压等瞬态冲击过程，对设备进行耐压检测。需要使用 冲击电压发生器、脉冲电流发生器等设备。
介质损耗角正切值试验
通过测量绝缘材料的介质损耗角正切值，评估其绝缘性能。需要使 用高压电桥、介质损耗角测量仪等设备。
04
电力系统中的高电压与绝 缘问题
电力系统中的过电压现象及其防护
过电压现象
过电压是指电力系统在特定条件下所 出现的超过正常工作电压的异常电压 升高现象。
过电压的分类
过电压防护措施
为防止过电压对电力系统的危害，应 采取一系列防护措施，包括安装避雷 器、限制操作过电压和改善设备绝缘 等。
根据产生原因，过电压可分为雷电过 电压、操作过电压和暂时过电压等。
对策
为减少对环境的负面影响，应采取一系列环保措施，如使用环保型绝缘材料、回收废弃物、减少能源消耗等。同 时，应加强设备的维护和保养，防止油渍泄漏等污染物排放。
感谢观 看
THANKS
绝缘检测的基本原理与技术
1 2 3
电场法 利用电场测量技术，通过测量绝缘材料的电场分 布，评估其绝缘性能。需要使用电场测量仪等设 备。
高电压与绝缘技术PPT课件
.
瓷套管
18
高 压 套 管 按 结 构 及 材 料 的 分 类
按结构分 按主要绝 绝缘特点 缘介质分
主要应用范围
纯瓷套管 单一绝缘套 管
树脂套管
电瓷（或有空气） 35kV及以下穿墙套管 10kV及以下电器用套管
树脂（或有空气） 组合电器用
复合绝缘套 管
充油套管 充气套管 油纸电容式
套管内为绝缘油 套管内为SF6等 油浸纸
.
几个概念
30
直击雷、感应雷过电压：雷云对地放电时，不但会使受雷电直击的 线路或设备上产生过电压，也会在雷击点附近未受雷击的线路或设 备上形成过电压，前者称为直击雷过电压，后者称为感应雷过电压。
雷区分类：少雷区（平均雷暴日不超过15的地区）；中雷区（超过 15单不超过40的地区）；多雷区（超过40但不超过90的地区）；强 雷区（超过90的地区或者根据运行经验雷害特别严重的地区）。如 海南省及雷州半岛雷电活动频繁而强烈，年平均雷暴日高达 100~133。
雷电过电压：是由雷云放电引起的电力系统供电线路以及发、变电 站的电气设备上出现远高于其正常工作电压的电压升高，亦称为大 气过电压。它不仅会危害供电线路以及各种电气设备，还会导致大 面积停电，引起重大经济损失。雷电过电压事故在电力系统事故中 占有很大的比例。
.
几个概念
29
雷暴日：在一天中只要听到雷声就算作是一个雷暴日。在我国大部 分地区一个雷暴日约为3个雷暴小时（即在一个小时内听到雷声就 算一个雷暴小时）。
纯瓷套管以电瓷为绝缘结构简单维护方便目前广泛用作35kv及以下的穿墙套管和10kv及以下的电器套管如变压器断路器等17按结构分按主要绝缘介质分绝缘特点主要应用范围单一绝缘套纯瓷套管电瓷或有空气35kv及以下穿墙套管10kv及以下电器用套管树脂套管树脂或有空气组合电器用复合绝缘套充油套管套管内为绝缘油试验变压器套管
瓷套管
18
高 压 套 管 按 结 构 及 材 料 的 分 类
按结构分 按主要绝 绝缘特点 缘介质分
主要应用范围
纯瓷套管 单一绝缘套 管
树脂套管
电瓷（或有空气） 35kV及以下穿墙套管 10kV及以下电器用套管
树脂（或有空气） 组合电器用
复合绝缘套 管
充油套管 充气套管 油纸电容式
套管内为绝缘油 套管内为SF6等 油浸纸
.
几个概念
30
直击雷、感应雷过电压：雷云对地放电时，不但会使受雷电直击的 线路或设备上产生过电压，也会在雷击点附近未受雷击的线路或设 备上形成过电压，前者称为直击雷过电压，后者称为感应雷过电压。
雷区分类：少雷区（平均雷暴日不超过15的地区）；中雷区（超过 15单不超过40的地区）；多雷区（超过40但不超过90的地区）；强 雷区（超过90的地区或者根据运行经验雷害特别严重的地区）。如 海南省及雷州半岛雷电活动频繁而强烈，年平均雷暴日高达 100~133。
雷电过电压：是由雷云放电引起的电力系统供电线路以及发、变电 站的电气设备上出现远高于其正常工作电压的电压升高，亦称为大 气过电压。它不仅会危害供电线路以及各种电气设备，还会导致大 面积停电，引起重大经济损失。雷电过电压事故在电力系统事故中 占有很大的比例。
.
几个概念
29
雷暴日：在一天中只要听到雷声就算作是一个雷暴日。在我国大部 分地区一个雷暴日约为3个雷暴小时（即在一个小时内听到雷声就 算一个雷暴小时）。
纯瓷套管以电瓷为绝缘结构简单维护方便目前广泛用作35kv及以下的穿墙套管和10kv及以下的电器套管如变压器断路器等17按结构分按主要绝缘介质分绝缘特点主要应用范围单一绝缘套纯瓷套管电瓷或有空气35kv及以下穿墙套管10kv及以下电器用套管树脂套管树脂或有空气组合电器用复合绝缘套充油套管套管内为绝缘油试验变压器套管
高电压技术(全套课件)PPT课件
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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。
高电压技术绝缘部分PPT课件
B
Ae T
=f(T) 或 R= f(T)
T
R
在测量电介质的电导或绝缘电阻时，必须
注意温度。
.
18
§1.3 电介质的损耗
一. 电介质损耗的基本概念 1. 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。 2. 等值电路： (1) 细化等效电路（从物理概念出发） R lk ——泄漏电阻，代表电导损耗。 C g ——介质真空和无损耗极化所形成的电容，代表 介质的无损极化。 R p ——有损耗极化形成的等效电阻. 代表各种 C p ——有损耗极化形成的等效电容. 有损极化
.
37
§2.2 气隙的击穿特性
静态击穿电压U。——长时间作 用在间隙上能使间隙击穿的最低 电压。 击穿时间tb——从开始加压的瞬 时起到气隙完全击穿为止总的时 间称为击穿时间。
tbt0ts tf
.
38
(1)升压时间t0——电压从零升到静态击穿电压U0所需的 时间。
(2)统计时延ts——从电压达到U0的瞬时起到气隙中形成 第一个有效电子为止的时间。
介质在电气设备中是作为绝缘材料使用的。
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——电介质的极化
➢ 电导率γ（或电阻率ρ）——电导 ➢ 介质损耗角正切tgδ——损耗 ➢ 击穿场强E ——抗电性能
.
6
§1.1 电介质的极化
一．极化的定义与作用：
1．极化：电介质在电场作用下发生的束缚电荷的 弹性位移和极性分子的趋向位移的现象，叫极化。 2．作用：削弱外电场。
电子崩（α）过程
阴极表面二次发射 (γ过程）
正离子
图 2-1 低气压、短气隙情况下气体的放电过程
Ae T
=f(T) 或 R= f(T)
T
R
在测量电介质的电导或绝缘电阻时，必须
注意温度。
.
18
§1.3 电介质的损耗
一. 电介质损耗的基本概念 1. 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。 2. 等值电路： (1) 细化等效电路（从物理概念出发） R lk ——泄漏电阻，代表电导损耗。 C g ——介质真空和无损耗极化所形成的电容，代表 介质的无损极化。 R p ——有损耗极化形成的等效电阻. 代表各种 C p ——有损耗极化形成的等效电容. 有损极化
.
37
§2.2 气隙的击穿特性
静态击穿电压U。——长时间作 用在间隙上能使间隙击穿的最低 电压。 击穿时间tb——从开始加压的瞬 时起到气隙完全击穿为止总的时 间称为击穿时间。
tbt0ts tf
.
38
(1)升压时间t0——电压从零升到静态击穿电压U0所需的 时间。
(2)统计时延ts——从电压达到U0的瞬时起到气隙中形成 第一个有效电子为止的时间。
介质在电气设备中是作为绝缘材料使用的。
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——电介质的极化
➢ 电导率γ（或电阻率ρ）——电导 ➢ 介质损耗角正切tgδ——损耗 ➢ 击穿场强E ——抗电性能
.
6
§1.1 电介质的极化
一．极化的定义与作用：
1．极化：电介质在电场作用下发生的束缚电荷的 弹性位移和极性分子的趋向位移的现象，叫极化。 2．作用：削弱外电场。
电子崩（α）过程
阴极表面二次发射 (γ过程）
正离子
图 2-1 低气压、短气隙情况下气体的放电过程
高电压技术第一章课件.ppt
• 这些电离强度和发 展速度远大于初始
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
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
第四章高电压与绝缘技术优秀课件
额定电压（kV）
35
66
110
220
Байду номын сангаас330
500
耐雷水平I0（kV） 20~30 30~60 40~75 75~110 100~150 125~175
雷电流超过I0的概 59~46 率
46~21
35~14
14~5.6 7.3~2.0 3.8~1.0
架空输电线路防雷
为了降低雷绕击导线的概率，通常330~500kV线路采用双避 雷线（保护角不同）；山区的220kV线路也采用双避雷线； 平原的220kV及110kV线路可用单避雷线。
• 研究如何提高气体绝缘的放电电压，研究影响气体放电 的各种因素，对确保电工设备的经济合理和安全运行都 有重要的意义。
• 随着电压等级的提高，工作电压对绝缘特性的影响 越来越重要。在工作电压作用下超高压输电线路和 电工设备的电晕放电、局部放电、绝缘老化、静电 感应、无线电干扰、噪声等现象都是高电压技术研 究的课题。
35kV及以下的线路，因其绝缘很弱，装避雷线对限制感应雷 过电压的效果不大，所以一般不沿全线装设避雷线。
增加绝缘子片数亦可提高线路的防雷水平，但这会增加费用 （包括绝缘子和杆塔），一般不会采取这种办法。
降低杆塔的接地电阻是提高线路耐雷水平的最经济的办法。
电力系统接地
电力系统接地主要分为三种：防雷接地，工作接地和保护接地。
• 雷电过电压：是由雷云放电引起的电力系统供电线路以 及发、变电站的电气设备上出现远高于其正常工作电压 的电压升高，亦称为大气过电压。它不仅会危害供电线 路以及各种电气设备，还会导致大面积停电，引起重大 经济损失。雷电过电压事故在电力系统事故中占有很大 的比例。
几个概念
高电压技术优秀课件.ppt
温度很敏感；金属中主要由外加电压决定，杂质、温度不是
主要因素
3.液体和固体电介质的γ与温度的关系：
B/ kT
Ae
温度↑ ａ．热运动加剧→离子迁移率↑→γ↑ ｂ．介质分子或杂质热离解↑→γ↑
高电压技术优秀课件
4. 固体电介质的体积电阻和表面电阻 体积电阻－电介质内部绝缘状态的真实反映 表面电阻－受介质表面吸附的水分和污秽影响 水分起着特别重要作用。 亲水性介质（玻璃、陶瓷）表面电导大 憎水性介质（石蜡、四氟乙烯、聚苯乙烯）
目前常用的主要有变压器油、电容器油、电缆油 等矿物油
二. 液体电介质的击穿理论
电击穿：认为在电场作用下，阴极上由于强场发射或热发 射出来的电子产生碰撞电离形成电子崩，最后导致液体击 穿
高电压技术优秀课件
气泡击穿：认为液体分子由电子碰撞而产生气泡，或在电 场作用下因其它原因产生气泡，由气泡内的气体放 电， 产生电和热而引起液体击穿。
液体中气泡产生的原因： • 油中易挥发的成分； • 阴极的强场发射或热发射的电子电流加热液体介质，分解
出气体； • 溶解于油中的外来气体； • 由电场加速的电子碰撞液体分子，使液体分子解离产生气
体； 1. 电极上尖的或不规则的凸起物上的电晕放电引起液体气化
高电压技术优秀课件
表面电导小
高电压技术优秀课件
三.电介质的损耗(dielectric loss) 1. 介质损耗的含义
任何电介质在电场作用下都有能量损耗，包 括由电导引起的损耗和由某些极化过程引起的损 耗。电介质的能量损耗简称介质损耗。
高电压技术优秀课件
2. 电介质的三支路等值电路
i i1i2 i3
i1
i2
u C1
无 几乎没有
高电压技术4-电气设备的绝缘试验课件.ppt
两种位置进行两次测量，两次测量的tanδ的平均值 可近似作为被试品真实的tanδ值。
二、测量时的主要注意事项
（一）尽可能分部测试
如果缺陷在整个绝缘中所占的比重很小，即使
缺陷部分的tanδ变得很大，整个绝缘的tanδ也增
加很小。
（二）测量时应选取合适的温度
绝缘的tanδ与温度有关，所以测量时也应记录温 度，在和其他值比较时应进行温度换算。
电容C和放电管F用来分流被试品击穿时的短路电流， 电容的存在除具有分流高频电流的作用外，还可使 放电管两端电压上升陡度降低，有利于放电管达到 击穿电压时能及时动作。
电阻R用来产生电压，使流 过微安表的电流达到一定值 时放电管击穿。 R的阻值一 般选为流过它的电流为微安 表的满刻度值时，其上的电 压等于放电管的击穿电压。
第一节 绝缘电阻和吸收比的测量
一、兆欧表的工作原理和接线
绝缘电阻为电介质电导的倒数，按照电介质的 等值电路，测量绝缘电阻时应在绝缘上施加直 流电压。现场普遍采用兆欧表来进行绝缘电阻 的测量。
摇表：带有手摇直流发电机的兆欧表，俗称摇 表。
兆欧表的结构和工作原理
接线图如图所示，其内部主要由两部分组成： 一部分为直流电源，另一部分为测量机构。
二、绝缘电阻和吸收比的测量方法
在电气设备的绝缘上加上直流电压后，流过绝缘的 电流要经过一个过渡过程才达到稳态值，故绝缘电 阻也要经过一定的时间才能达到稳定值。
通常规定加压60s时所测得的数值为被试绝缘的绝 缘电阻。
试验时可先将兆欧表的E端子与被试绝缘的一端(通 常为接地端)相连，然后驱动兆欧表达额定转速， 用绝缘工具将兆欧表的L端子的引出线与被试绝缘 的另一端相连，同时记录时间，读取60s时的绝缘 电阻。
（二）测量过程中的干扰及消除措施 1、电场干扰
二、测量时的主要注意事项
（一）尽可能分部测试
如果缺陷在整个绝缘中所占的比重很小，即使
缺陷部分的tanδ变得很大，整个绝缘的tanδ也增
加很小。
（二）测量时应选取合适的温度
绝缘的tanδ与温度有关，所以测量时也应记录温 度，在和其他值比较时应进行温度换算。
电容C和放电管F用来分流被试品击穿时的短路电流， 电容的存在除具有分流高频电流的作用外，还可使 放电管两端电压上升陡度降低，有利于放电管达到 击穿电压时能及时动作。
电阻R用来产生电压，使流 过微安表的电流达到一定值 时放电管击穿。 R的阻值一 般选为流过它的电流为微安 表的满刻度值时，其上的电 压等于放电管的击穿电压。
第一节 绝缘电阻和吸收比的测量
一、兆欧表的工作原理和接线
绝缘电阻为电介质电导的倒数，按照电介质的 等值电路，测量绝缘电阻时应在绝缘上施加直 流电压。现场普遍采用兆欧表来进行绝缘电阻 的测量。
摇表：带有手摇直流发电机的兆欧表，俗称摇 表。
兆欧表的结构和工作原理
接线图如图所示，其内部主要由两部分组成： 一部分为直流电源，另一部分为测量机构。
二、绝缘电阻和吸收比的测量方法
在电气设备的绝缘上加上直流电压后，流过绝缘的 电流要经过一个过渡过程才达到稳态值，故绝缘电 阻也要经过一定的时间才能达到稳定值。
通常规定加压60s时所测得的数值为被试绝缘的绝 缘电阻。
试验时可先将兆欧表的E端子与被试绝缘的一端(通 常为接地端)相连，然后驱动兆欧表达额定转速， 用绝缘工具将兆欧表的L端子的引出线与被试绝缘 的另一端相连，同时记录时间，读取60s时的绝缘 电阻。
（二）测量过程中的干扰及消除措施 1、电场干扰
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3. 高压电器中的绝缘
➢ 绝缘子 ➢ 电力电容器 ➢ 电力电缆 ➢ 高压套管 ➢ 电流互感器 ➢ 变压器
4. 绝缘试验
➢ 绝缘特性试验 ➢ 绝缘耐压试验
5、绝缘在线监测 6、设备状态评价、风险评估、寿命预测
7. 为什么要掌握高电压绝缘
1. 气体放电
1.1 基本概念 气体放电:将气体中流通电流的各种形式称作气体放电。 击穿与闪络:当气体间隙上的电压达到一定数值时，电流 突然剧增，使气体失去绝缘性能。气体由绝缘状态突变 为良导电状态的过程，称为击穿。 当击穿过程发生在气体与液体或气体与固体的交界
p0 T
流注理论：适用于压力较高气体的击穿，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，同时考虑了空间电荷对电场的影响。
正流注：电子崩先从阴极到阳极，在阳极附近形成正、负带电质点构成的等离
子体，然后再从阳极贯穿阴极，整个间隙击穿。
负流注：电子崩尚未贯穿间隙即形成流注，流注再贯穿气隙。
流注理论与汤逊理论的比较
变压器电压等级/kV
110 220 330～500 合计
166 84
20
270
19
8
4
31
20 10
2
32
15
9
10
34
6
4
2
12
226 115
38
379
55 821 20 733 3 829 80 383
0.41 0.55 0.99 0.47
(1) 随着变压器电压等级的提高，故障台率明显升高，330～500 kV变压器故障台率是110 kV的两倍以上；
高电压绝缘技术的 讲义
绪论
1 什么是绝缘
➢ 绝缘的功能是将具有不同电位的导体隔开，从而使电气设备能处于安全 状态。
表1 1995-2001年变压器故障台数统计
变压器故障部位
线圈 主绝缘或引线
分接开关 套管 其他
变压器故障台数/台 统计的变压器在役台数/台 变压器故障台率(故障台数/在役台数)/%
稍不均匀电场的极性效应： 在稍不均匀电场中，不能形成稳定的电晕放电，电晕起始电压 就是其击穿电压，故负极性下的击穿电压低。
气隙 短间隙 长间隙
表1-3 不均匀电Байду номын сангаас的击穿过程
放电方式
电子崩
流注
电晕放电
先导放电
主放电 主放电
为什么长空气间隙的平均击穿场强小于短间隙？ 先导放电中出现了热电离过程。
1.5 持续作用电压下空气的击穿电压
介电强度
面上时，称为沿面闪络。
均匀电场与不均匀电场
(1)采用电场不均匀系数来描述电场的不均匀程度，f=1为均匀电场，f<2
为稍不均匀电场；f>4为极不均匀电场。 f E max E av
U
式中，Emax为最大场强；Eav= 短的绝缘距离。
d
；U为间隙上的电压；d为电极间最
(2)根据能否维持电晕放电来区分。若不均匀到能维持电晕放电，则是极 不均匀电场；若不能维持稳定的电晕放电，一旦放电达到自持，则整个 间隙立即击穿，就称为稍不均匀电场或均匀电场。
气体
碰撞电离
光电离 热电离
金属表面 正离子碰撞阴极 光电效应 场致发射
热电子放射
带电质点的消失有三种方式： 扩散 复合 消失于电极
1.3 均匀电场中的气体击穿
汤逊放电理论和巴申定律适用于气压较低、pd值较小的情况。 过程
过程
击穿电压 适用范围
标准大气条件－p0=0.101325MPa，T0=293K，绝对湿度=11g/m3。 相对密度 T 0 p
表1-1 气体放电的主要外在形式
均匀电场 不均匀电场
低气压 辉光放电 辉光放电
高气压(1个大气压及以上) 火花放电、电弧放电
电晕放电、刷状放电、火花放电、电弧放电
辉光放电: 放电光辉充满整个电极空间，电流密度在1-5A/cm2之间，整个间隙呈绝缘
状态。
电晕放电: 高场强电极附近出现发光的薄层，伴随着咝咝的声音和臭氧的气味，整个
(2) 变压器线圈故障占故障总数的71.2％，线圈故障对变压器危害 很大。其中，因变压器抗短路能力不够的线圈故障占线圈故障的58.1 ％，应更加注意。
故障类型 击穿故障 放电故障
2 与绝缘相关的问题 绝缘材料 ➢气体放电 ➢液体介质的性能 ➢固体介质的性能 ➢不同介质的交界面
研究对象
➢电介质的击穿过程及其规律 ➢典型电气设备的绝缘问题 ➢绝缘试验及检测
1.4 不均匀电场中的气体击穿
放电特征
电晕放电：在极不均匀电场中，高场强电极周围出现的薄薄的发光层。电晕放电是
极不均匀电场所特有的一种自持放电形式。
电晕放电的脉冲现象：在电晕放电的起始阶段及向击穿过渡的阶段，会出现放电
的脉冲现象，并造成对外界的电磁干扰。
电晕放电的起始场强和起始电压
极性效应
棒－板间隙的气体放电 (1)正棒－负板的电晕起始电压大于负棒－正板的电晕起始电压 (2)正棒－负板的击穿电压小于负棒－正板的击穿电压
电压的分类 持续作用电压－直流电压 工频电压 冲击电压－雷电冲击电压 操作冲击电压
均匀电场中的击穿电压 稍不均匀电场中击穿电压的估算
极不均匀电场中击穿电压
1.直流电压下的击穿电压 尖－尖电极的击穿电压介于极性不同的尖－板电极之间。 正棒－负板和负棒－正板的平均击穿场强为4.5kV/cm、10kV/cm。 棒－棒间隙的平均击穿场强为5.0kV/cm。
间隙呈绝缘状态。
刷状放电: 由电晕电极伸出的明亮而细的断续的放电通道，电流增大，间隙仍未被击
穿。
火花放电: 贯通两电极的明亮而细的断续的放电通道，火花放电间歇地击穿间隙。 电弧放电: 持续贯通放电通道，间隙被完全击穿。
1.2 带电质点的产生和消失 途径：气体分子的电离和金属的表面电离 能级－原子具有一系列可取的确定的能量状态，称为能级。 电子伏－电子行经1V电位差的电场所获得的能量，是能量单位。这
2.工频电压下的击穿电压 棒－板间隙击穿的时刻：棒的极性为正，电压达到峰值时。 棒－板间隙的饱和现象：随着距离的增加，平均击穿场强反而降低。
1.6 雷电冲击电压下空气的击穿特性
雷电冲击电压－雷闪放电的巨大冲击电流在物体对大地的阻抗上产生持续时
点与距离单位－光年类似。 激励－原子的电子在外界因素作用下，跃迁到能量较高的状态。当
原子由较高能级跃迁到较低能级时，将以光子的形式释放出激励 能。 电离－原子在外界因素作用下，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。电子的尺寸和质量远小于离子 。
表1-2 带电质点的产生
电离方式