《高电压工程基础(第2版)》实验4绝缘子串电压分布的测量

绝缘子的电位分布实验一、绝缘子串电压分布规律每一个绝缘子就相当于一个电容器，因此一个绝缘子串就相当于由许多电容器组成的链形回路。

因为绝缘子的体积电阻和表面电阻较正常情况下（50Hz）的容抗大得多，所以一般将它看成串联的电容回路。

如果不考虑其他因素影响，由于每个绝缘子的电容量相等，因而在绝缘子串中，每一片绝缘子分担的电压是相同的。

但由于每个绝缘子的金属部分与杆塔（地）间、导线间均存在杂散电容（寄生电容），绝缘子串中每个绝缘子实际所分担的电压并不相同。

图11-1 绝缘子串的等值电路(a) 仅考虑金属部分对杆塔的电容(b) 仅考虑金属部分对导线的电容在图11-1（a）中，C为绝缘子本身的电容，Cz为其金属部分对杆塔的电容。

由于存在这种电容，当有电位差时，就有一个电流经Cz流入接地支路。

流经Cz的电流都分别要流经电容C，因此，愈靠近导线的电容C所流经的电流就愈大。

由于各绝缘子电容大致相等，则它们的容抗也大致相等，又由于靠近导线的绝缘子的电容电流较大，所以此处每片绝缘子上的电压降也就较大。

绝缘子串的电压分布如图11-2中的曲线1所示。

在图11-1（b）中，C为绝缘子本身的电容，Cd为其金属部分对导线的电容。

由于每个电容Cd两端均有电位差，因此就有电容电流流过，而且都必须经电容C到地构成回路，这样就使离导线愈远的绝缘子所流过的电流愈多，电压降也愈大。

绝缘子串的电压分布如图11-2的曲线2所示。

图11-2 绝缘子串的电压分布曲线1—仅考虑Cz作用；2—仅考虑Cd作用；3—考虑Cz、Cd两者同时作用由于绝缘子金属部分对导线的电容Cd比其对地电容Cz小，因而流过的电流也小，所以产生的压降就相对地较小。

实际的绝缘子串各个绝缘子上的电压分布应考虑两种电容的同时作用，即沿绝缘子串的电压分布应该由分别考虑Cz与Cd所得到的电压分布相叠加，如图11-2中的曲线3所示。

由图可见，沿绝缘子串的电压分布是极不均匀的，靠近导线的绝缘子电压降最大，离导线愈远的绝缘子两端压降愈小，当绝缘子靠近杆塔横担时，绝缘子电压降又升高。

《高电压工程基础》教学大纲课程学时：40学时（讲授36+实践4）适用专业: 电气工程及其自动化先修课程：电路、发电厂电气主系统等教材:《高电压工程基础》（第二版），施围，邱毓昌，张乔根. 机械工业出版社，2014参考书 1. 《电气工程基础》，（第二版）王锡凡主编，西安交通大学出版社，20092. 《高电压绝缘技术》，严璋，中国电力出版社，20023. 《高电压工程》，梁曦东，清华大学出版社，2004一、课程的性质、目的及任务《高电压工程基础》是电气工程及其自动化专业一门重要的专业课程，该课程理论性和实践性并重，着重强调工程应用中的理论知识。

通过对本课程的学习，使学生掌握气体放电的基本理论、液体和固体电介质的电气特性，掌握电气设备绝缘试验的相关知识，以及电力系统过电压产生机理及抑制措施等基本知识，具有从事绝缘、高电压技术等领域的设计、安装、运行、试验，及研究工作的专业知识基础。

二、教学内容及基本要求第1章绪论（1）教学内容1.1 高压输电的必要性；1.2 我国电力工业的发展；1.3电力工业对高电压技术发展的促进作用；1.4 新材料和新技术在高电压技术中的应用；1.5 高电压技术在其他领域的应用。

（2）基本要求掌握我国输电线路电压等级的划分；掌握高压输电产生的背景及高压输电的必要性；掌握分裂导线的结构及优点；了解高电压技术在其他领域的应用；了解高电压技术中的新技术；了解我国电力工业的发展。

- 1 -第2章气体放电的基本物理过程（1）教学内容2.1 带电质点的产生与消失；2.2 放电的电子崩阶段；2.3 自持放电条件；2.4 不均匀电场中气体放电的特点。

（2）基本要求掌握气体中带电粒子的产生与消失；掌握气体的自持放电现象和流注放电理论、气隙的击穿特性及提高气体间隙抗电强度的方法；pd值较大和pd值较小时放电现象的异同，以及各自的自持放电条件；理解输电线上的电晕放电以及绝缘子表面的气体放电。

第3章气体间隙的击穿强度（1）教学内容3.1 稳态电压下的击穿；3. 2 雷电冲击电压下的击穿；3.3 操作冲击电压下的击穿；3.4大气密度和湿度对击穿的影响；3.5 SF6气体间隙中的击穿；3.6 提高气隙击穿电压的措施。

第10章习题10-1 输电线路防雷的基本措施是什么?线路避雷器为什么能提高线路的耐雷水平？（1）防止雷直击导线：沿线架设避雷线，有时还要装避雷针与其配合，在某些情况下可改用电缆线路；（2）防止雷击塔顶或避雷线后引起绝缘闪络：降低杆塔的接地电阻，增大耦合系数，适当加强线路绝缘，在个别杆塔上安装线路避雷器；（3）防止雷击闪络后转化为稳定的工频电弧：适当增加绝缘子片数，减少绝缘子串上工频电场强；电网中采用不接地或经消弧线圈接地方式；（4）防止线路中断供电：采用自动重合闸或双回路、环网供电等措施。

因为幅值很高的雷电波到来之后，避雷器动作，只要其残压低于绝缘子串的放电电压，绝缘子串就不会发生冲击闪络，当然就不会出现稳定的工频电弧，从而增加了线路的耐雷能力。

10-2 输电线路的耐雷水平、建弧率和雷击跳闸率各是什么含义。

耐雷水平：雷击线路绝缘不发生闪络所能承受的最大雷电流幅值。

建弧率：冲击闪络转化为稳定工频电弧的概率。

雷击跳闸率：折算为统一的条件下（100公里长线路、40个雷电日），由于雷击而引起的线路跳闸的次数。

10-3 35kV 及以下的输电线路为什么一般不采取全线架设避雷线的措施？对于35kV及以下电压等级线路，线路绝缘耐受雷电能力非常低，雷电即使落到输电线路附近地面（或附近物体）上，在线路上出现的感应过电压都会引起线路的闪络。

如采用全线架设避雷线，一定会增加杆塔的高度，势必引来更多的雷击到输电线路上，从而增加输电线路的雷击跳闸率，所以全线架设避雷线是没有好处的。

10-4 10-1 例中的220kV 线路若架设在山区，且杆塔冲击接地电阻R ch=15Ω，其余条件不变，求该线路的耐雷水平及雷击跳闸率。

解：（1）计算几何参数1）避雷线与导线的平均高度15.4m m 12324.233224.5m m 7321.2932=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-=-==⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-=-=b d dp b b bp f h h f h h 2）避雷线对外侧导线的耦合系数几何耦合系数0c K ，可用式（8-49）求出0c K =0.229 计及电晕后，耦合系数加大，由表8-1查出1c K =1.25， 则10 1.250.2290.286c c c K K K ==⨯=3）杆塔电感gt L塔型铁塔，一般杆身电感为0.5μH/m ，则 H 14.5H 1.295.0gt μμ=⨯=L（2）雷击塔顶时分流系数由表10-1查得 88.0g =β（3）雷击塔顶时的耐雷水平1I 由式（10-25）得 ()50%1g c 82kA 12.6 2.6gt dp ch U I L h R K β==⎡⎤⎛⎫++- ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦（4）雷电流超过1I 的概率由式（9-1）得%7.111=p（5）计算绕击耐雷水平2I 由式（10-8）得A I k 6.152=（6）雷电流超过2I 的概率由式（9-1）得 %5.662=p（7）击杆率g ，绕击率a p ，建弧率η由表10-2查得击杆率41g =；由式（10-16）得%51.0a =p ，由式（10-1）得80.0=η。

《高电压工程基础（第2版）》实验2绝缘电阻和吸收比的测量实验二绝缘电阻与吸收比的测量一、实验目的1．了解兆欧表的原理，掌握兆欧表的使用方法；2．学习绝缘电阻、吸收比的测量方法，掌握利用吸收比分析绝缘状态的方法。

二、实验内容1．用兆欧表测量电缆的绝缘电阻及吸收比；2．利用兆欧表测量电缆的绝缘电阻，掌握利用吸收比分析绝缘状态的方法。

三、理论概述1．不均匀介质在直流电压作用下的吸收现象电气设备的绝缘常常由多种材料或多种电介质组成，即使是同一种介质组成的绝缘，在制造和运行过程中也会发生电气性能的变化，因此在工程上没有绝对均匀的介质。

为简化分析，用双层介质来分析不均匀介质极化的一般规律。

当给介质突然加上一个直流电压U，瞬间电压从零升为U，此时介质上的电压按电容分布，即U10/U20=C2/C1；到达稳态时，介质上的电压按电阻分布，即U1∞/U2∞=R1/R2。

电压初分布与稳态分布不一致，则在两层介质之间产生一个电荷重新分配的过程，C1和C2上有电荷的释放和吸收，这种现象叫做吸收现象。

以上过程又称为不均匀介质的夹层极化。

对于均匀介质，C1/C2=R1/R2，就没有上述的电荷重新分配过程。

工程上用的绝缘介质都有不同程度的不均匀，因此都存在不同程度的吸收过程。

2．绝缘电阻及吸收比一般规定：施加电压60秒钟后测得的数值为被试品的绝缘电阻。

当试品绝缘中存在贯通的集中性缺陷时，绝缘电阻往往明显下降，用兆欧表测量即可发现。

此外，还可以用绝缘电阻随时间的变化关系反映绝缘状况，通常用时间为60s和15s时所测的绝缘电阻之比来考察绝缘状况，这一比值又称为吸收比K，即K= R60/R15。

如果绝缘良好K 值要高于某个值。

经验表明，K值对于判断大容量电气设备的普遍受潮很有效，如发电机、变压器等；对于小容量的设备效果则不明显。

3．测量原理绝缘电阻及吸收比是专用兆欧表来测量的，兆欧表的内部由电源和测量机构组成。

电源输出电压（直流）分别为500V、1000V、2500V及5000V等。

发电厂升压站绝缘子串电压分布实测【摘要】交流电压作用下，由于绝缘子对杆塔和导线有杂散电容，绝缘子串电位分布不均匀，一般情况下导线端承受较高电压。

长期的高电压环境容易导致绝缘子污闪、起晕和劣化，对绝缘子的绝缘水平和电力系统的安全稳定可靠运行带来影响。

本文通过实测不同电压等级绝缘子串的电压分布，得到绝缘子串的电压分布规律，同时提出了针对电压分布情况的改进措施。

【关键词】升压站；绝缘子串；杂散电容引言绝缘子的绝缘水平对电力系统的安全稳定运行有很大的影响，而绝缘子通常都通过组合成绝缘子串进而运用到系统实际中。

近年来，由于绝缘子串的污闪造成的事故不容忽视，这往往是由于绝缘子串电压分布的不均匀导致。

因此研究绝缘子串电压分布的规律和影响因素对于电力系统意义重大，目前的研究也主要通过数值计算和实测两种途径来进行，这两种方法各有优点，而实测方法由于跟实际较为接近而更加具有实际意义。

1发电厂升压站绝缘子串特点1.1 绝缘子结构目前发电厂使用的绝缘子大多为悬式绝缘子，悬式绝缘子的组成部分包括：钢帽，钢脚，绝缘介质和填充料。

绝缘子的主体是介质，该介质在机械强度和电气强度方面必须满足线路或者升压站的要求，同时，绝缘介质必须在变化较为剧烈的大气条件下满足热机稳定性。

电瓷和钢化由于具有较好的上述特性从而成为工业中应用较为广泛的材料。

瓷质绝缘子表面均匀光亮瓷釉是由塑性粘土、石英砂和微晶花岗岩混合而成的。

瓷盘下表面有3～4个棱是为了增长闪络路径和泄露距离，为了在组成绝缘子串时悬式绝缘子的盘径最小且充分地利用空气放电距离，绝缘子的瓷盘直径和结构高度的比值一般分布在0.5～0.65范围之内。

悬式瓷绝缘子由高标号水泥作为其填充料，其膨胀系数需配合钢脚钢帽和绝缘元件。

绝缘子的钢帽和钢脚所使用的材料为高硅可铸铁和结构钢，钢帽的破坏强度需在0.4～0.6MPa之间，而钢脚的破坏强度要更大。

为了保证绝缘子的正常可靠安全运行，绝缘子需要有耐腐蚀性且钢脚承力面需带大弧度。

高压试验三：绝缘子串电位分布实验————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：实验三：绝缘子串电压分布测量一﹑实验目的了解绝缘子串在电力系统中的作用，理解输电线路绝缘子串上电压分布不均匀的原因，理解测量绝缘子串上电压分布的意义，掌握电压分布的测量方法，知道在实际工作中如何发现输电线路上已损坏的绝缘子。

二﹑实验原理1 绝缘子串上的电压分布35kV以上的电压输电线路使用由悬式绝缘子组成的绝缘子串来构成具有高电位的导线与具有地电位的杆塔之间的绝缘。

绝缘子串上的每片悬式绝缘子结构，尺寸完全相同，若每片绝缘子承受的电压相同，则利用率最高。

但是由于绝缘子的金属部分与接地的铁塔和带电的导线之间存在杂散电容，使绝缘子串的电压分布不均。

设绝缘子自身电容为C，若只考虑对地杂散电容C E,则等值电路如图10－1（a）所示。

当C E,两端有电位差时，必然有一部分电流经C E,流入接地铁塔，而流过C E,的电流都是由绝缘子串分流出去，因此靠近导线的绝缘子流过电流最多，电压降△U也最大。

如果只考虑对导线的杂散电容C L,则等值电路如图10－1（b）所示，流过C L的电流都汇入下一片绝缘子中，因此靠近铁塔的绝缘子流过的电流最多，电压降△U最大。

实际上C E与C L两种杂散电容同时存在，综合考虑两者影响时，绝缘子串的电压分布位图10－1（c）所示。

一般C为30－60μF，C E为4－5μF，C L只有0.5－1μF，所以C E的影响比C L大，绝缘子串中靠近导线的绝缘子的电压降最大，远离导线的绝缘子电压降逐渐减小，当靠近铁塔横担时，C L的作用显著，电压降又升高。

由此可知，绝缘子串的长度越长，片数越多，电压分布越不均匀。

绝缘子本身电容C大，则对地和对导线杂散电容的影响要小一些。

绝缘子串的电压分布就比较均匀。

增大C L能在一定程度上补偿C E的影响，使电压分布不均匀程度减小，例如可采用增大导线截面积和分裂导线，还可采用均压环，以增加绝缘子对导线的电容，达到改善电压分布的目的。

第17章 习题17.1 什么是电力系统的绝缘配合？什么是电力设备的绝缘水平？解：所谓绝缘配合，就是综合考虑电气设备在电力系统中可能承受的各种电压（工作电压及过电压）、保护装置的特性和设备绝缘对各种作用电压的耐受特性，合理的确定设备必要的绝缘水平，以使设备的造价、维修费用和设备绝缘故障引起的事故损失，达到经济上和安全运行上总体效益为最高的目的。

所谓电力设备的绝缘水平是指该电气设备能承受的一组试验电压值。

17.2 输电线路绝缘子串中的绝缘子片数是如何确定的？直流线路绝缘子选择时为什么绝缘子型号更为重要？解：绝缘子片数的确定：（1）在工作电压下不发生污闪；（2）下雨天在操作过电压下不发生闪络；（3）具有一定的雷击冲击耐受强度，保证线路有一定的耐雷水平。

直流线路绝缘子选择时绝缘子型号更为重要的原因：直流输电线路绝缘子的外绝缘主要由持续运行电压下的污秽特性决定，其与交流线路绝缘子特性完全不同。

在污秽条件下直流耐受电压通常低于交流电压有效值，而且直流耐受电压受绝缘子形状影响更大。

17.3 如何确定输电线路的导线对杆塔的空气间隙？解：就间隙所承受的电压来看，雷电过电压幅值可能最高，内部过电压次之，工作电压（含工频过电压）幅值最低。

但就作用的持续的时间来说，顺序刚好相反。

在确定导线对杆塔间隙的大小时，必须考虑风吹导线使绝缘子串倾偏摇摆偏向杆塔的偏角。

由于工作电压长时间作用在导线上，计算风速应按最大风速（约25-35ms ）计算，相应的风偏角1θ最大；对内部过电压p θ，考虑其持续时间短，计算风速只按最大风速的50%来计算，风偏角s θ较小；雷电过电压作用的时间极短。

因此计算风速一般采用10%来计算，此时风偏角1θ最小。

确定风偏角后，可以利用公式：s p + l sinθp、s l + l sinθl和s s + l sinθs分别计算出三种电压作用情况下的间隙距离，选最大的作为输电线路的导线对杆塔的空气间隙，如下图。