高电压技术电力系统波过程

冲击过电压的基础理论与试验（1） 引言过电压是指工频下交流电压均方根值升高，超过额定值的10%，并且持续时间大于1分钟的长时间电压变动现象；过电压的出现通常是负荷投切的结果。

例如：切断某一大容量负荷或向电容器组增能（无功补偿过剩导致的过电压）。

过电压分外过电压和内过电压两大类。

其中外过电压又称雷电过电压、大气过电压。

由大气中的雷云对地面放电而引起的。

雷电过电压的持续时间约为几十微秒，具有脉冲的特性，故常称为雷电冲击波。

内过电压：电力系统内部运行方式发生改变而引起的过电压。

有暂态过电压、操作过电压和谐振过电压。

暂态过电压是由于断路器操作或发生短路故障，使电力系统经历过渡过程以后重新达到某种暂时稳定的情况下所出现的过电压 ，又称工频电压升高。

操作过电压是由于进行断路器操作或发生突然短路而引起的衰减较快持续时间较短的过电压。

电力系统在特定条件下所出现的超过工作电压的异常电压升高。

属于电力系统中的一种电磁扰动现象。

电工设备的绝缘长期耐受着工作电压，同时还必须能够承受一定幅度的过电压，这样才能保证电力系统安全可靠地运行。

研究各种过电压的起因，预测其幅值，并采取措施加以限制，是确定电力系统绝缘配合的前提，对于电工设备制造和电力系统运行都具有重要意义。

（2） 冲击过电压的理论基础雷电冲击电压是有雷电放电形成电流通过被击物体流入大地，电流脉冲在被击物体阻抗上的压降形成冲击电压。

雷电放电包括三个阶段：先导放电，主放电，余光放电。

主放电电流幅值较小，但电流波前时间比第一分量小得多，易造成过电压。

各分量中的最大电流和电流增长最大陡度是造成被击物体上过电压、电动力和爆破力的主要因素。

在余光阶段流过较长时间的电流则是造成雷电热效应的重要因素之一 。

波形组成：气隙的击穿有一个最低静态击穿电压O U ，但外加电压不小于OU 仅是气隙击穿的必要条件，欲使气隙击穿，还必须使该电压持续作用一定的时间。

静态击穿电压O U 是使气隙击穿的最小电压。

《高电压工程》（专科）复习题-学生一、填空题：1、所谓“过电压”是指电力系统中出现的对绝缘有危险的电压升高和电位差升高。

2、电力系统在发生雷击或进行操作时，输电线路的都可能产生以行波的过电压波，该波过程的本质是能量沿着导线传播的过程，即在导线周围逐步建立起电场和磁场的过程，也就是在导线周围空间储存电磁能的过程。

3、波阻抗Z是电压波与电流波之间的比例常数，它反映了波在传播过程中遵循储存在单位长度线路周围媒质中的电场能量和磁场能量一定相等的规律，所以Z是一个非常重要的参数。

4、电压波的符号取决于它的极性，而与电荷的运动方向无关。

5、过电压波在线路开路末端处的电压加倍，电流变零，这种电压加倍升高对线路的绝缘是很危险的。

6、过电压波在线路末端短路接地处的电流加倍，电压变零，该现象表明这时的全部能量都转化为磁场能量储存起来。

7、在波过程的分析中，可将入射波和波阻抗为Z的线路，用一个集中参数的等值电路来代替，其中电源电势等于电压入射波的两倍，该电源内阻等于线路波阻抗Z 。

这就是应用广泛的彼得逊法则。

8、彼得逊法则只适用于入射波必须是一条分布参数线路传播过来。

其次，只适用于节点A之后的任何一条线路末端产生的反射尚未回到A点之前的情况。

9、电力系统绝缘配合的根本任务是正确处理过电压和绝缘这一矛盾。

以达到任务安全，经济供电的目的。

10、变压器绕组中的波过程是以一系列振荡形式的驻波的方法来探讨的。

分析其过电压可能达到的幅值和波形是设计变压器绝缘结构的基础。

11、旋转电机绕组中的波过程与输电线路相似，该过程因大量折、反射而变得极其复杂，在工程分析中，常采用取平均值的方法的宏观处理方法分析之。

12、雷电放电是一种超长气隙的火花放电。

“云—地”间的线状雷的放电经过先导电，后放电回击等阶段完成的。

13、雷击于低接地电阻（≤30Ω）的物体时所流过雷击点的电流为雷电流，它的幅值I用来表示（即雷电的强度指标）。

14、在防雷计算中，可按不同的要求，采取双指数法、斜角法、斜角平顶法、半余弦法等不同的计算波形。

高电压技术知识点总结（升级版）【补充】绪论《高电压技术》主要研究高电压（强电场）下的各种电器设备的物理问题。

高压（HV）High Voltage（10Kv、35kV、110kV、220kV）超高压（EHV）Extra high voltage（330kV、500kV、750kV）（直流超高压：±500kV）特高压（UHV）Ultra high voltage（1000kV及以上）（直流特高压：±800kV）高电压在其他领域中的应用举例：高压静电除尘、电火花加工、体外碎石技术、除菌及清鲜空气、污水处理、烟气处理、等离子体隐身、电磁炮和微波弹等。

一、名词解释1、极性效应:在不均匀电场中，气隙的击穿电压和气隙击穿的发展过程都随电压极性的不同而有所不同的现象。

2、耐雷水平:雷击线路时绝缘不发生闪络的最大雷电流的幅值，以kA为单位。

3.雷击跳闸率:每10km线路每年由雷击引起的跳闸次数称为“雷击跳闸率”，这是衡量线路防雷性能的综合指标。

4、爬电比距:外绝缘“相-地”之间的爬电距离(cm)与系统最高工作(线)电压(kV，有效值)之比5、等值盐密:表征绝缘子表面的污秽度，它指的是每平方匣米表面所沉积的等效NaCl毫克数。

6、直击雷过电压、感应雷过电压:输电线路上出现的大气过电压有两种:一种是雷直击于线路引起的，称为直击雷过电压:另一种是雷击线路附近地面，由于电磁感应引起的，称为感应雷过电压。

7、沿面放电:沿着气体与固体(或液体)介质的分界面上发展的放电现象。

8、闪络:沿面放电发展到贯穿两极，使整个气隙沿面击穿。

9、①自持放电: 当场强大于某一临界值时，电子崩可以仅由电场的作用而自行维持和发展不再依赖外界电离因素，这种放电称为自持放电②非自持放电:当场强小于某一临界值时，电子崩有赖于外界电离因素的原始电离才能持续和发展，如果外界电离因素消失，则这种电子崩也随之逐渐衰减以至消失，这种放电为非自持放电10、平均自由行程:单位行程中的碰撞次数Z的倒数λ.【补充】平均自由行程正比于温度，反比于气压。

高电压技术各章知识点第一篇电介质的电气强度第1章气体的绝缘特性与介质的电气强度1、气体中带电质点产生的方式热电离、光电离、碰撞电离、表面电离2、气体中带电质点消失的方式流入电极、逸出气体空间、复合3、电子崩与汤逊理论电子崩的形成、汤逊理论的基本过程及适用范围4、巴申定律及其适用范围击穿电压与气体相对密度和极间距离乘积之间的关系。

两者乘积大于0.26cm时,不再适用5、流注理论考虑了空间电荷对原有电场的影响和空间光电离的作用，适用两者乘积大于0.26cm时的情况6、均匀电场与不均匀电场的划分以最大场强与平均场强之比来划分。

7、极不均匀电场中的电晕放电电晕放电的过程、起始场强、放电的极性效应8、冲击电压作用下气隙的击穿特性雷电和操作过电压波的波形冲击电压作用下的放电延时与伏秒特性50%击穿电压的概念9、电场形式对放电电压的影响均匀电场无极性效应、各类电压形式放电电压基本相同、分散性小极不均匀电场中极间距离为主要影响因素、极性效应明显。

10、电压波形对放电电压的影响电压波形对均匀和稍不均匀电场影响不大对极不均匀电场影响相当大完全对称的极不均匀场：棒棒间隙极大不对称的极不均匀场：棒板间隙11、气体的状态对放电电压的影响湿度、密度、海拔高度的影响12、气体的性质对放电电压的影响在间隙中加入高电强度气体,可大大提高击穿电压，主要指一些含卤族元素的强电负性气体，如SF613、提高气体放电电压的措施电极形状的改进空间电荷对原电场的畸变作用极不均匀场中屏障的采用提高气体压力的作用高真空高电气强度气体SF6的采用第2章液体和固体介质的绝缘的电气强度1、电介质的极化极化：在电场的作用下，电荷质点会沿电场方向产生有限的位移现象，并产生电矩（偶极矩）。

介电常数：电介质极化的强弱可用介电常数的大小来表示，与电介质分子的极性强弱有关。

极性电介质和非极性电介质：具有极性分子的电介质称为极性电介质。

由中性分子构成的电介质。

极化的基本形式电子式、离子式（不产生能量损失）转向、夹层介质界面极化（有能量损失）2、电介质的电导泄漏电流和绝缘电阻气体的电导:主要来自于外界射线使分子发生电离和强电场作用下气体电子的碰撞电离液体的电导:离子电导和电泳电导固体的电导：离子电导和电子电导3、电介质的损耗介质损耗针对的是交流电压作用下介质的有功功率损耗电介质的并联与串联等效回路介质损耗一般用介损角的正切值来表示气体、液体和固体电介质的损耗液体电介质损耗和温度、频率之间的关系4、液体电介质的击穿纯净液体介质的电击穿理论纯净液体介质的气泡击穿理论工程用变压器油的击穿理论5、影响液体电介质击穿的因素油品质、温度、电压作用时间、电场均匀程度、压力6、提高液体电介质击穿电压的措施提高油品质，采用覆盖、绝缘层、极屏障等措施7、固体电介质的击穿电击穿、热击穿、电化学击穿的击穿机理及特点8、影响固体电介质击穿电压的主要因素电压作用时间温度电场均匀程度受潮累积效应机械负荷9、组合绝缘的电气强度“油-屏障”式绝缘油纸绝缘第二篇电气设备绝缘试验第3章绝缘的预防性试验1、绝缘电阻与吸收比的测量用兆欧表来测量电气设备的绝缘电阻吸收比K定义为加压60s时的绝缘电阻与15s时的绝缘电阻比值。

高电压技术基本原理高电压技术是一门研究如何产生、传输和应用高电压的学科，广泛应用于电力系统、电子设备、医学、科学研究等领域。

本文将介绍高电压技术的基本原理，包括高电压的定义、产生方式、传输和应用。

一、高电压的定义高电压是指电压高于常规电力系统工作电压的电压。

常见的低压、中压和高压分别指电压在1000伏以下、1000伏至35千伏和35千伏以上的范围。

超过1MV的电压称为超高压。

在高电压条件下，电场强度较大，电荷运动速度快，因此需要特殊的设备来处理和利用高电压。

二、高电压的产生方式高电压可以通过以下几种方式产生：1. 直流高电压发生器：直流高电压发生器可以产生稳定的直流高压。

常用的直流高电压发生器包括独立电源、充电式电源和瞬态电源等。

2. 交流高电压发生器：交流高电压发生器可以产生稳定的交流高压。

常用的交流高电压发生器包括变压器、谐振变压器和驱动发生器等。

3. 瞬态高电压发生器：瞬态高电压发生器可以产生短暂但较高幅值的高压脉冲。

常用的瞬态高电压发生器包括电容器放电系统、脉冲发生器和雷电仿真系统等。

三、高电压的传输高电压的传输需要采取一系列的防护和绝缘措施来保证安全和可靠性。

常见的高电压传输方式包括：1. 电线传输：使用绝缘电线或电缆进行高电压的传输。

绝缘材料能够有效地隔离电荷之间的电势差，避免电击和设备损坏。

2. 输电线路：输电线路采用特殊的绝缘塔、隔离子、绝缘子和绝缘线路来传输高电压。

这些设备能够有效地隔离电力系统和周围环境，保证电力系统的安全运行。

3. 隔离器件：隔离器件用于将高电压电路与低电压电路之间进行电气隔离。

常用的隔离器件包括变压器、继电器和隔离放大器等。

四、高电压的应用高电压技术在多个领域都有广泛的应用，包括：1. 电力系统：高电压技术被广泛应用于电力输配电、电力转换和电力传输等方面。

它能够提高输电效率、减少能量损耗，保证电力系统的稳定和安全运行。

2. 电子设备：高电压被用于电子设备的激发、测量和测试等方面。

绪论学科地位本课程性质、任务和要求本课程内容教材及主要参考书课程导引一学科地位日本小崎正光教授把最高品质能量形态的电能有关知识和技术体系称为电气－电子工程学，它可理解为图示的三柱组成的体系：对高电压与绝缘技术可这样理解：电能与人类的生存、发展有密切关系，而高电压与绝缘技术是其中一个很重要的知识体系，它是支撑电能应用的一根有力的支柱。

高电压绝缘技术将抓住成为梦之能源的核聚变发电、超导应用、大陆间送电、直流系统、电能储藏、高性能蓄电池等大量课题进一步发展下去。

二本课程性质、任务和要求高电压技术是电工学科的一个重要分支，它主要研究高电压、强电场下各种电气物理问题。

本课程是一门重要的专业技术基础课，主要内容包括：高压电气绝缘高压电气试验电力系统过电压及其保护在电气工程及自动化工程中具有较强的理论性、实践性的应用价值。

通过本课程的学习，学生应达到以下要求：获得各种电介质的绝缘特性知识提高抗电强度的方法了解高电压试验设备原理、试验方法掌握波过程的基本理论具有分析计算供电系统中大气过电压、操作过电压的能力学会限制各种过电压的措施理解供电系统中绝缘配合的原则三本课程内容包括课堂、习题、实验三大部分四教材及主要参考教材：赵智大，高电压技术，中国电力出版社，1999参考书目小崎正光，高电压与绝缘技术，科学出版社，2001邱毓昌等，高电压工程，西安交大出版社，1995肖如泉，高电压试验工程，清华大学出版社，2001文远芳，高电压技术，华中科技大学出版社，2001张纬钹，何金良等，过电压防护与绝缘配合，2002五课程导引电能与电力系统电能是现代社会中最重要、最方便的能源。

电能具有许多优点，如：可以方便地转化为其他形式的能量。

如：机械能、热能、光能、化学能等；输送和分配易于实现；应用规模灵活。

动力系统、电力系统和电力网示意图如下图所示：图0-1 动力系统、电力系统和电力网示意图1890 英国出现从Deptford到伦敦长达45km的10kV输电线路1891 德国出现从Lauffen到法兰克福长达170km的15kV三相输电线路电力工业作为能源工业的主力而受到极大重视，在发达家的能源消费比例中，电能占一多半。

高电压技术知识点总结升级版-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN高电压技术知识点总结（升级版）【补充】绪论《高电压技术》主要研究高电压（强电场）下的各种电器设备的物理问题。

高压（HV）High Voltage（10Kv、35kV、110kV、220kV）超高压（EHV）Extra high voltage（330kV、500kV、750kV）（直流超高压：±500kV）特高压（UHV）Ultra high voltage（1000kV及以上）（直流特高压：±800kV）高电压在其他领域中的应用举例：高压静电除尘、电火花加工、体外碎石技术、除菌及清鲜空气、污水处理、烟气处理、等离子体隐身、电磁炮和微波弹等。

一、名词解释1、极性效应:在不均匀电场中，气隙的击穿电压和气隙击穿的发展过程都随电压极性的不同而有所不同的现象。

2、耐雷水平:雷击线路时绝缘不发生闪络的最大雷电流的幅值，以kA为单位。

3.雷击跳闸率:每10km线路每年由雷击引起的跳闸次数称为“雷击跳闸率”，这是衡量线路防雷性能的综合指标。

4、爬电比距:外绝缘“相-地”之间的爬电距离(cm)与系统最高工作(线)电压(kV，有效值)之比5、等值盐密:表征绝缘子表面的污秽度，它指的是每平方匣米表面所沉积的等效NaCl毫克数。

6、直击雷过电压、感应雷过电压:输电线路上出现的大气过电压有两种:一种是雷直击于线路引起的，称为直击雷过电压:另一种是雷击线路附近地面，由于电磁感应引起的，称为感应雷过电压。

7、沿面放电:沿着气体与固体(或液体)介质的分界面上发展的放电现象。

8、闪络:沿面放电发展到贯穿两极，使整个气隙沿面击穿。

9、①自持放电: 当场强大于某一临界值时，电子崩可以仅由电场的作用而自行维持和发展不再依赖外界电离因素，这种放电称为自持放电②非自持放电:当场强小于某一临界值时，电子崩有赖于外界电离因素的原始电离才能持续和发展，如果外界电离因素消失，则这种电子崩也随之逐渐衰减以至消失，这种放电为非自持放电10、平均自由行程:单位行程中的碰撞次数Z的倒数λ.【补充】平均自由行程正比于温度，反比于气压。

4—1测量绝缘电阻能发现哪些绝缘缺陷?试比较它与测量泄漏电流试验项目的异同。

答：测量绝缘电阻能有效地发现下列缺陷：总体绝缘质量欠佳；绝缘受潮；两极间有贯穿性的导电通道;绝缘表面情况不良。

测量绝缘电阻和测量泄露电流试验项目的相同点：两者的原理和适用范围是一样的，不同的是测量泄漏电流可使用较高的电压（10kV 及以上）,因此能比测量绝缘电阻更有效地发现一些尚未完全贯通的集中性缺陷。

4—2绝缘干燥时和受潮后的吸收特性有什么不同？为什么测量吸收比能较好的判断绝缘是否受潮？ 答：绝缘干燥时的吸收特性02R R ∞>，而受潮后的吸收特性01R R ∞≈。

如果测试品受潮,那么在测试时，吸收电流不仅在起始时就减少,同时衰减也非常快，吸收比的比值会有明显不同，所以通过测量吸收比可以判断绝缘是否受潮。

4—3简述西林电桥的工作原理。

为什么桥臂中的一个要采用标准电容器?这—试验项目的测量准确度受到哪些因素的影响?答：西林电桥是利用电桥平衡的原理,当流过电桥的电流相等时，电流检流计指向零点，即没有电流通过电流检流计，此时电桥相对桥臂上的阻抗乘积值相等，通过改变R 3和C 4来确定电桥的平衡以最终计算出C x 和tan δ。

采用标准电容器是因为计算被试品的电容需要多个值来确定，如果定下桥臂的电容值,在计算出tan δ的情况下仅仅调节电阻值就可以最终确定被试品电容值的大小。

这一试验项目的测量准确度受到下列因素的影响：处于电磁场作用范围的电磁干扰、温度、试验电压、试品电容量和试品表面泄露的影响。

4—5什么是测量tan δ的正接线和反接线？它们各适用于什么场合？答：正接线是被试品C X 的两端均对地绝缘，连接电源的高压端,而反接线是被试品接于电源的低压端。

反接线适用于被试品的一极固定接地时，而正接线适用于其它情况.7—1为什么需要用波动过程研究电力系统中过电压？答：实际电力系统采用三相交流或双极直流输电，属于多导线线路，而且沿线路的电场、磁场和损耗情况也不尽相同,因此所谓均匀无损单导线线路实际上是不存在的。

1.1带电粒子的产生与消失电离：产生带电粒子的物理过程。

电力能：电力过程所需要的能量。

原子的激发（激励）：在外界因素作用下，气体原子获得外加能量时，一个或若干个电子有可能转移到离核较远的轨道上去的现象。

带电粒子的产生：碰撞电离（有碰撞引起的电离）光电离（由光辐射引起的气体原子或分子电离的现象）热电离（气体在热状态下引起的电离过程）表面电离（气体中的电子也可以由电场作用下的金属表面发射出来）。

这三种形式同时存在、相互作用，只是各种电离形式表现出的强弱不同。

空间电离：气体在间隙空间里带电粒子的产生过程。

逸出功：从金属电极表面发射电子需要的一定的能量。

去电离过程：当气体中发生放电时，与不断产生带电粒子的电力过程相反的过程。

气体去电离的基本形式：漂移（带电粒子在外电场的作用下做定向移动，消逝于电极面形成的回路电流，从而减少了气体中的带电粒子的现象）、扩散、复合、（吸附）。

1.2均匀电场中的气体放电均匀电场：在电场中，电场强度处处相等。

汤逊放电理论实验条件：均匀电场、低气压、短间隙。

自持放电：仅由电场的作用就能自行维持的放电。

非自持放电：需要外界电离因素才能维持的放电。

起始放电电压：放电由非自持转为自持的临界电压。

起始放电场强：起始放电电压对应的场强。

汤逊自持放电条件：电子碰撞电离形成电子崩是气体放电的主要过程，而放电是否由非自持转为自持，则取决于阴极表面是否释放出了二代电子。

光电离。

书图1.2巴申曲线：放电电压与放电距离d和气压p的乘积的曲线，呈U型。

巴申定律：高气压或真空都可提高击穿电压，工程上已广泛使用。

正流注：当外加电压较低时，电子崩需要整个间隙才能形成流注，这种流注是由阳极向阴极发展的。

负流注：外加电压高于击穿电压，流注由阴极向阳极发展。

流注放电理论：解释高气压长间隙以及不均匀电场中的气体放电现象。

1.3不均匀电场中的气体放电气体放电特征：稍不均匀电场的间隙击穿前看不到放电迹象，一旦出现自持放电，便立即导致整个间隙的击穿；极不均匀电场当外加电压达到某一临界时间时，首先出现电晕放电现象，当外加电压进一步增大时，电晕区也随之扩大，但气隙依然保持其绝缘状态没有被击穿。

第一章1‐1极化种类产生场合所需时间能量损耗产生原因电子式极化任何电介质 10-15 s 无束缚电子运行轨道偏移离子式极化离子式结构电介质 10-13 s 几乎没有离子的相对偏移偶极子极化极性电介质 10-10～10-2 s 有偶极子的定向排列夹层极化多层介质的交界面 10-1 s～数小时有自由电荷的移动1‐4电导形式 电导率金属导体 （自由电子）电子电导 γ很大气体，液体，固体 （自由电子、正离子、负离子、杂质电导、自身离解、杂质、离子）离子电导γ很小ρ很大金属导电的原因是自由电子移动；电介质通常不导电，是在特定情况下电离、化学分解或热离解出来的带电质点移动导致。

1‐6由于介质夹层极化，通常电气设备含多层介质，直流充电时由于空间电荷极化作用，电荷在介质夹层界面上堆积，初始状态时电容电荷与最终状态时不一致；接地放电时由于设备电容较大且设备的绝缘电阻也较大则放电时间常数较大（电容较大导致不同介质所带电荷量差别大，绝缘电阻大导致流过的电流小，界面上电荷的释放靠电流完成），放电速度较慢故放电时间要长达5～10min。

补充：图中C1 代表介质的无损极化（电子式和离子式极化），C2 —R2 代表各种有损极化，而R3则代表电导损耗。

图1－4－2中，为泄漏电阻；为泄漏电流；为介质真空和无损极化所形成的电容；为流过的电流；为无损极化所引起的电容；为无损极化所形成的等效电阻；为流过支路的电流，可以分为有功分量和无功分量。

lk R lk I g C g I g C p C p R p I p p C R －pr I pc I g J 。

为真空和无损极化所引起的电流密度，为纯容性的；为漏导引起的电流密度，为纯阻性的；为有损极化所引起的电流密度，它由无功部分和有功部分组成。

容性电流与总电容电流密度向量之间的夹角为lk 。

J p 。

J pc 。

J pr 。

J c 。

J 。

J δ，称为介质损耗角。

介质损耗角简称介损角δ，为电介质电流的相角领先电压相角的余角，功率因素角ϕ的余角，其正切δtg 称为介质损耗因素，常用％表示，为总的有功电流密度与总无功电流密度之比。