电气工程概论高电压与绝缘技术
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➢研究重点： ①高压大容量发电机的环氧粉云母绝缘体系； ②中小型电机的F、H级绝缘系列； ③高压输电的六氟化硫气态介质； ④高性能绝缘油。
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电机为了可靠运行在带电部件和壳体之间需要用绝缘
材料加以隔绝，而绝缘材料的使用寿命与其材料本身的绝 缘等级及使用温度有很大的关系。
(a)巨型起电机（MIT网站）
(b)小型起电机
图5-1 范德格拉夫高压静电起电机
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一、高电压与绝缘技术的发展（续）
◇高电压是相对于低电压而言的，对于电力系统来 说，1kV以上至220kV称为高压，220kV至800kV称为 超高压（EHV），1000kV以上称为特高压（UHV）。
◇绝缘体是相对于导体而言的，绝缘体电阻率很高 （可达109~1022Ω.cm），通常通过的泄漏电流非常 小，可以忽略不计。
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一、高电压与绝缘技术的发展（续）
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（1）充电过程：由试验变压器T和高压硅堆D构成的整流电源， 以峰值电压经保护电阻及充电电阻向主电容充电。 （2）放电过程：当需要启动冲击电压发生器时，可向点火球 隙的针极送去一脉冲电压，针极和球表面之间产生火花放电， 引起点火球隙放电，各球隙相继放电，将电容器串联起来， 对试品放电。
“电容器并联充电，串联放电”，这一过程由一组球隙来完成。
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雷电放电过程
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雷电参数
➢ 雷电活动强度——雷暴日及 雷暴小时
雷暴日：每年中有雷电的天数。 雷暴小时：每年中有雷电的小时数。
年平均雷暴日不超过 15 的地区为 少雷区；超过 40 的为多雷区；超过 90 的地区及根据运行经验雷害特别严重 的地区为强雷区。
◇高电压技术对电力工业、电工制造业以及近代物理 的发展（如X射线装置、粒子加速器、源自功率脉冲发生 器等）都有重大影响。
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一、高电压与绝缘技术的发展（续）
1752年 1895-1896年
1911年 1931年
富兰克林进行了著名的风筝引电实验 W.K.伦琴发现X射线并将其用于人手骨骼影像 E.卢瑟福根据α粒子轰击金箔引起散射而提出原子模型 范德格拉夫发明了高压静电起电机
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二、高电压与绝缘技术的主要内容（续）
图5-6 6000kV冲击电压发生器（中国电力科学院）
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二、高电压与绝缘技术的主要内容（续） 2、高电压绝缘与电气设备
➢ 绝缘材料：气体，液体，固体（有机，无机） ➢ 高电压技术发展的关键是绝缘材料的研制和开发
• SF6气体已有百年历史，它是法国两位化学家Moissan和 Lebeau于1900年合成的人造惰性气体，1940年前后，美国军 方将其用于曼哈顿计划（核军事）。1947年提供商用。当前 SF6气体主要用于电力工业中。SF6气体用于4种类型的电气设 备作为绝缘和/或灭弧:SF6断路器及负荷开关设备，SF6绝缘 输电管线，SF6变压器及SF6绝缘变电站。80％用于高中压电力 设备。
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第五章 高电压与绝缘技术
一．高电压与绝缘技术的发展 二．高电压与绝缘技术的主要内容 三．高电压新技术及其在各领域的应用
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一、高电压与绝缘技术的发展
◇高电压与绝缘技术是以试验研究为基础的应用技术， 主要研究在高电压作用下各种绝缘介质的性能和不同 类型的放电现象，高电压设备的绝缘结构设计，高电 压实验和测量的设备及方法，电力系统的过电压、高 电压或大电流产生的强电场、强磁场或电磁波对环境 的影响和防护措施，以及高电压、大电流的应用等。
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二、高电压与绝缘技术的主要内容
◇研究高电压的产生，在高电压下绝缘介质及
其系统的特性，电气设备及绝缘，电气系统过电 压及其限制措施，高电压试验技术，电磁环境及 电磁污染防护，以及高电压技术的应用等。
◇主要内容可分为四部分：
①各类电介质在高电场下的特性(图5-3)； ②电气设备绝缘试验技术； ③电力系统过电压与绝缘配合； ④高电压技术在各个领域的应用等。
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二、高电压与绝缘技术的主要内容（续）
图5-3 实验室产生的高压放电现象
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二、高电压与绝缘技术的主要内容（续）
1、高电压的产生
雷电：电流达100kA，电压达108kV，但持续时间短。
电机的绝缘等级是依据所用国内绝缘材料的耐热等级 划分的，分E、B、F、H级。允许温升是指电机的温度与 周围环境温度相比升高的限度。
绝缘等级
E B F H
使用极限温度
120℃ 130℃ 155℃ 180℃
温升限 值
75K
80K
105K
120K
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二、高电压与绝缘技术的主要内容（续）
图5-5 户外式高压发生装置
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AT T
Rf
Rt
R
RR
R
多级冲击电压发生器
➢ 落雷密度
地面落雷密度γ ：每一个雷暴日、每平方公里 对地面落雷次数 。
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静电：放电脉冲上升时间约为1~5ns，脉宽 150ns，电流峰值约1~50A。
高压发生装置：交流高电压发生装置，直流 高电压发生装置，冲击电压电流发生装置。 （图5-5，5-6）。
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电机为了可靠运行在带电部件和壳体之间需要用绝缘
材料加以隔绝，而绝缘材料的使用寿命与其材料本身的绝 缘等级及使用温度有很大的关系。
(a)巨型起电机（MIT网站）
(b)小型起电机
图5-1 范德格拉夫高压静电起电机
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一、高电压与绝缘技术的发展（续）
◇高电压是相对于低电压而言的，对于电力系统来 说，1kV以上至220kV称为高压，220kV至800kV称为 超高压（EHV），1000kV以上称为特高压（UHV）。
◇绝缘体是相对于导体而言的，绝缘体电阻率很高 （可达109~1022Ω.cm），通常通过的泄漏电流非常 小，可以忽略不计。
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一、高电压与绝缘技术的发展（续）
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（1）充电过程：由试验变压器T和高压硅堆D构成的整流电源， 以峰值电压经保护电阻及充电电阻向主电容充电。 （2）放电过程：当需要启动冲击电压发生器时，可向点火球 隙的针极送去一脉冲电压，针极和球表面之间产生火花放电， 引起点火球隙放电，各球隙相继放电，将电容器串联起来， 对试品放电。
“电容器并联充电，串联放电”，这一过程由一组球隙来完成。
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雷电参数
➢ 雷电活动强度——雷暴日及 雷暴小时
雷暴日：每年中有雷电的天数。 雷暴小时：每年中有雷电的小时数。
年平均雷暴日不超过 15 的地区为 少雷区；超过 40 的为多雷区；超过 90 的地区及根据运行经验雷害特别严重 的地区为强雷区。
◇高电压技术对电力工业、电工制造业以及近代物理 的发展（如X射线装置、粒子加速器、源自功率脉冲发生 器等）都有重大影响。
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1752年 1895-1896年
1911年 1931年
富兰克林进行了著名的风筝引电实验 W.K.伦琴发现X射线并将其用于人手骨骼影像 E.卢瑟福根据α粒子轰击金箔引起散射而提出原子模型 范德格拉夫发明了高压静电起电机
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图5-6 6000kV冲击电压发生器（中国电力科学院）
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二、高电压与绝缘技术的主要内容（续） 2、高电压绝缘与电气设备
➢ 绝缘材料：气体，液体，固体（有机，无机） ➢ 高电压技术发展的关键是绝缘材料的研制和开发
• SF6气体已有百年历史，它是法国两位化学家Moissan和 Lebeau于1900年合成的人造惰性气体，1940年前后，美国军 方将其用于曼哈顿计划（核军事）。1947年提供商用。当前 SF6气体主要用于电力工业中。SF6气体用于4种类型的电气设 备作为绝缘和/或灭弧:SF6断路器及负荷开关设备，SF6绝缘 输电管线，SF6变压器及SF6绝缘变电站。80％用于高中压电力 设备。
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第五章 高电压与绝缘技术
一．高电压与绝缘技术的发展 二．高电压与绝缘技术的主要内容 三．高电压新技术及其在各领域的应用
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一、高电压与绝缘技术的发展
◇高电压与绝缘技术是以试验研究为基础的应用技术， 主要研究在高电压作用下各种绝缘介质的性能和不同 类型的放电现象，高电压设备的绝缘结构设计，高电 压实验和测量的设备及方法，电力系统的过电压、高 电压或大电流产生的强电场、强磁场或电磁波对环境 的影响和防护措施，以及高电压、大电流的应用等。
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二、高电压与绝缘技术的主要内容
◇研究高电压的产生，在高电压下绝缘介质及
其系统的特性，电气设备及绝缘，电气系统过电 压及其限制措施，高电压试验技术，电磁环境及 电磁污染防护，以及高电压技术的应用等。
◇主要内容可分为四部分：
①各类电介质在高电场下的特性(图5-3)； ②电气设备绝缘试验技术； ③电力系统过电压与绝缘配合； ④高电压技术在各个领域的应用等。
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图5-3 实验室产生的高压放电现象
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二、高电压与绝缘技术的主要内容（续）
1、高电压的产生
雷电：电流达100kA，电压达108kV，但持续时间短。
电机的绝缘等级是依据所用国内绝缘材料的耐热等级 划分的，分E、B、F、H级。允许温升是指电机的温度与 周围环境温度相比升高的限度。
绝缘等级
E B F H
使用极限温度
120℃ 130℃ 155℃ 180℃
温升限 值
75K
80K
105K
120K
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图5-5 户外式高压发生装置
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Rt
R
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多级冲击电压发生器
➢ 落雷密度
地面落雷密度γ ：每一个雷暴日、每平方公里 对地面落雷次数 。
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静电：放电脉冲上升时间约为1~5ns，脉宽 150ns，电流峰值约1~50A。
高压发生装置：交流高电压发生装置，直流 高电压发生装置，冲击电压电流发生装置。 （图5-5，5-6）。