高电压技术5(课堂PPT)

2020/3/8
操作过电压
• 由系统操作或故障引起的过渡性质 的过电压。过电压时间短，衰减快 ，过电压辐值一般不超过电气设备 额定电压的3.5倍。这种过电压一般 不会对电气设备的绝缘造成危害， 但对绝缘较弱的电气设备及直配电 机的绝缘威胁较大，必须予以重视 。
2020/3/8
电介质
一、导体和绝缘体 二、电介质的概念 三、电介质的物质形态 四、电介质的电导
A=109．61／kPa，B＝2738.40kV／kPa；
2020/3/8
由此看出，气隙的击穿电压不仅与气 隙的大小有关，还与气隙的中性质点的 密度有关，且是二者乘积的函数，这个 规律称为巴申定律。 因 为 它 的 曲 线 与 在 此 公 式 推 导 出 （1890年）的前一年（1889年）由巴申 通过实验得出，所以此规律被命名为巴 申定律。同时气隙的击穿电压还与阴极 材料有关。
前言
• 设备在运行中可能承受的过电压 • 电介质 • 本课程的主要内容 • 本课程的主要任务
2020/3/8
设备在运行中可能承受的过电压
• 雷电过电压 • 短时过电压 • 操作过电压
2020/3/8
雷电过电压的产生
• 雷电过电压也称大气过电压，是由 雷电直击电气设备或输电线路，雷 电流流过设备或线路 引起的过电压 ，这个过电压称为直击雷过电压； 也可能雷落在输电线路附近，由于 电磁场的突然变化，在设备或线路 上产生的感应电压，这个过电压称 为感应雷过电压。
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第一章作业
1-1解释下列术语 （1）气体中的自持放电；（2）电负性气体； （3）放电时延；（4）50%冲击放电电压；（5）爬电比距。 答：（1）气体中的自持放电：当外加电场足够强时，即使除去外界电
离因子，气体中的放电仍然能够维持的现象； （2）电负性气体：电子与某些气体分子碰撞时易于产生负离子，这样
1-3在一极间距离为1cm的均匀电场电场气隙中，电子碰撞电离系 数α=11cm-1。今有一初始电子从阴极表面出发，求到达阳极的 电子崩中的电子数目。 解：到达阳极的电子崩中的电子数目为
naed e11159874
答：到达阳极的电子崩中的电子数目为59874个。
2
1-5近似估算标准大气条件下半径分别为1cm和1mm的光滑导线的 电晕起始场强。
解：出厂U 时的K 试aU 验p电1 压.1 值：H 110 4261 0.131 00 1 0 0 4260
32 (k5)V
答：出厂试验电压值应增大到325kV。

2-6 为避免额定电压有效值为1000kV的试验变压器的高压引出端发生 电晕放电，在套管上部安装一球形屏蔽极。设空气的电气强度
E0=30kV/cm，试决定该球形电极应有的直径。P40 解：球形电极应有的直径为：
E b 2 .5 4 5 6 .66 /d 2 .5 4 1 5 6 .61 6 /2 2 .2 9 ( k 6V )
答：标准大气条件下的平均击穿场强为29.26kV/cm
2-3在线路设计时已确定某线路的相邻导线间气隙应能耐受峰值为 ±1800kV的雷电冲击电压，试利用经验公式近似估计线间距离至少应 为若干？P36 解：导线间的气隙可以用棒-棒气隙近似表示 对正极性雷电冲击：
此时C1上的电压与R1上的电压相等，即

Z3
Z4
放大电第路5课的高电地压电技流术 路径
如图 (a)所示，放大器电源电流流动路径为Z3 Z2 Z1就会在Z2 产生一个干扰电压，该干扰与信号源是串联的，当该干扰电压的幅值和 频率满足一定条件时，电路会发生振荡。
只要将电路的直流电源的接地点如图（b）修改一下，是电流流过， 问题就解决了。
UDC
测量跨接电缆一端阻抗上的噪声电压，并减小电缆另一端上的阻抗。
如果所测噪声电压减小，则为电干扰。
如果所测噪声电压增大，则为磁干扰。
第5课高电压技术
5.2.2. 辐射耦合
由于现代无线通讯技术的广泛使用，以空间电磁辐射形式出现的 干扰源已越来越普遍地存在。
在工程实际中，短单极天线（ dl 小于）是一种最为常见的辐射 模式。根据麦克斯韦方程，短单极天线的辐射场可表示为
抗干扰技术之 干扰耦合与接地
EMC
第5课高电压技术
什么是电磁干扰？
电磁干扰是指由于电磁环境引起的设备、传输通道或 系统性能的下降。电磁干扰的频谱很宽，可以覆盖 0~40GHz频率范围，电磁污染已和水源、大气受到的污染 一样，正引起世界范围的关注。
从测量的角度，干扰和信号是相对的。
第5课高电压技术
电磁干扰的危害
对于另一类常见的天线类型——小环天线 ，为低电压、大电流低
阻抗源。
其远场与单极天线完全相同。而当近场时， 比于 1 ，而波阻抗
E正比于
1 r2
r3
ZH EjZ 02r Z0
， H正
为感性低阻抗，与r 成正比。小环天线的近场又称低阻抗场，
以磁场为主。
第5课高电压技术
两种天线的波阻抗 Z 与r 的关系
回路中产生的噪声电压Un

UC ~
~ UB
~ UA
D
c1
Ic
a)
c2
c3
I2
I3
B UB UBA
UC C
N
UCA
I3
Ic
A
I2
b)
图7-13 中性点绝缘系统的单相接地 a）等效电路 b）向量图
经过半个工频周期（t1时），B、C相电压等于（-1.5），id
通过零点，电弧自动熄灭，发生第一次工频熄弧。熄弧瞬间，B、
C相瞬时电压各为-1.5，A相对地电压为零。
（1）断路器触头间装并联电阻。
（2）断路器线路侧接电磁式电压互感器。 （3）线路侧接并联电抗器。 （4）采用性能良好的氧化锌避雷器。
第四节 切除空载变压器过电压
电力系统运行中，经常会遇到切除空载变 压器、并联电抗器、消弧线圈及电动机等小电 感负荷的操作，这时由于被开断的感性元件中 所储存的电磁能量释放，产生振荡，将形成分 闸过电压。 一、发展过程
电力系统中的阻性有功负荷是阻尼振荡、限 制谐振的有利因素，通常只有在空载或轻载时才 发生谐振。但对零序回路参数配合不当而形成的 谐振，系统正序有功负荷是不起阻尼作用的。
（a）在i0上升部分截流；（b）在i0下降部分截流
断路器开断后，上述能量必在L-C回路中 产生振荡。当回路所储存总能量全部转化为 电场能时，电容C上的电压为Um ，则有：
故得 截流后过电压倍数Kn为
已知
(因
）、
，代入上式得：
实际上，磁场能量转化为电场能量的过程中
必有损耗，以磁滞损耗为主。因此上式中代表磁
内 部
中性点不接地系统中的电弧接地过电压
过
电 压
空载长线的电容效应 工频 不对称短路引起的工频电压升高

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
.
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(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

第1部分 高电压绝缘及其试验 第1章 电介质在强电场下的特性
• 1.1 概述 • 本章讨论电介质在强电场下的特性，其中 主要是气体电介质的放电特性。气体，特 别是空气，是电力系统中最常见的用作绝 缘的介质。架空输电线路以及电气设备的
• • • • •
外部绝缘就是利用大气中的空气作为绝 缘的。 中性的气体分子是不导电的，因此各种气 体在正常情况下是良好的绝缘体。 上面所说的“破坏性放电”或“击穿”也 适用于液体或固体介质。 1.2 气体中带电粒子的产生和消失 电离有下列各种方式： 1)碰撞电离
绪 论
• 高电压技术作为电工技术中的一个独立学 科，是随着大功率远距离输电的发展而发 展的。 • 电气设备的绝缘在运行中可能受到下述各 类电压的作用： • a) 正常运行条件下的工频电压，这是设备 在运行中长期作用在其绝缘上的电压。
• • • •
b)暂时过电压 c)操作过电压 d)雷电过电压 高电压技术作为电工技术的一个分支，它 与电工及物理的基础理论，例如电介质理 论、电磁场理论、电路中的瞬变现象(过渡 过程)等等，有着密切的联系。
图1.16 棒-板空气间隙 的正极性操作冲击击穿 电压和波前时间的关系
击穿电压之间，一般可以引入某个操作冲 击系数把操作过电压折算成等效工频电压 来考虑。 • 为了模拟操作过电压需要规定一定的标准 波形。一种是和雷电冲击波类似的非周期 性指数衰减波，只是波前时间 T1和半峰值 时间T2长得多。
• 1.10 大 气 条 件 对 空 气 间 隙 击 穿 电 压 的 影响 • 空气间隙的击穿电压及绝缘子的闪络电压 和气压、温度、湿度等大气条件有关。在 不同大气条件下的击穿电压必须换算到一 定的参考大气条件下，才能进行比较。
• • • • • • • •

2020/3/22
第一章 气体电介质的电气性能
• 2.1 气体中带电质点的产生和消失 • 2.2 均匀电场小气隙的放电 • 2.3 均匀电场大气隙的放电 • 2.4 不均匀电场气隙的击穿 • 2.5 冲击电压下空气的击穿特性 • 2.6 提高气隙抗电强度的措施 • 2.7 沿面放电
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汤深德放电理论
• o～a段 外加电压上升，导致气隙的电场强度上升，在自由 行程内，电子的加速度增加，使移动电子的速度加快，所 以电流增大。
• a~b段 虽然外加电压上升，但由于电子在运动中与其它中 性质点相碰撞，使电子损失能量，导致电子的移动速度趋 于饱和，所以电流几乎不随电压的变化而变化。
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2. 光游离
• 短波射线的光子具有很大的能量，它以光 的速度运动，当它射到中性介质h
式中h普朗克常6.数 62， 607 等 150 35 4于 J.s
－光的H 频 ） z 率（
• 紫外线，X射线，是引起光游离的主要因素 。
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雷电过电压的特点
• 作用时间短 • 峰值高 • 是电力系统特别是110kV及以下系统
的最危险的过电压。
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短时过电压
• 这是由单相接地、突然甩负荷及由 谐振引起的电力系统内部过电压。 其特点是过电压的数值一般不太高 ，由于110kV及以下的电力系统绝缘 裕度高，一般不会造成电气设备的 损坏，这种过电压却是过电压保护 装置动作条件的重要依据，在系统 设计时应对这种过电压加以限制。
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3. 热游离
• 在高温下，气体的质点热运动加 剧，相互碰撞而产生的游离称为 热游离。
• 只有在5000～10000K的高温下 才能产生热游离。

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吸收比K：
定义：加压60秒时的绝缘电阻与15秒时绝缘电阻的比值．
KR60s/R15s
对大电容量试品（也称极化指数P）： 为加压10分钟时的绝缘电阻与1分钟时绝缘电阻的比值。
PK2R 1m 0 i/nR 1min
电力设备预防性试验规程等规定：
电力变压器及大型发电机凡采用沥青浸胶及烘卷云母绝缘者：K 值应不小于1.3，P值应不小于1.5；大型发电机采用环氧粉云母者：K 值应不小于1.6，P应不小于2.0；
1.兆欧表的工作原理
6
兆欧表（绝缘摇表）的原理和接线
E
R1 S
N
12
G
L
R2
直流发电机
三个接线端子
摇动发电机手柄，直流电压 就加到两个并联的支路上。
线路端子L 接地端子E 保护端子G
1) 电阻R1和电压线圈1 2) 被试电阻，电阻R2和电流线圈2
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兆欧表（绝缘摇表）的原理和接线
两个线圈中电流产生的力矩方向相反固定在同一转子上， 并可带动指针旋转。到达平衡时，指针偏转的角度正比于I1/I2 （因为并联支路内的电流分配是与电阻成反比的，所以偏转角 的大小可以反映出被试电阻的大小) 。由于没有弹簧游丝，当线 圈中没有电流时，指针可停在任一偏转角位置。
吸收电流
i
R
当绝缘严重受潮或出现导电
性缺陷时，R1、R2或两者之 和显著减小，Ig大大增加，而 o
ia Ig
Ia迅速衰减
泄漏电流 t
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绝缘电阻
R(t)U iFra bibliotekU R1 R2
U (C1U C (R22)C2(2R1 R1RC21))R2 1R2
t
e
(C1
(C1 C2)2(R1 R2)R1R2 C2)2R1R2 (R2C2 R1C1)2et