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1、高电压技术,主讲教师：律方成、王永强、张重远 华北电力大学电力工程系,绪论,课程地位：电气工程专业平台课之一 课程学时安排：讲课32学时，实验8学时 成绩评定：考试80(实验作业)20,绪论,教材：高电压技术（第二版）周泽存主编 参考书： 高电压绝缘技术，中国电力，严璋，朱德恒 电网过电压教程，中国电力，陈维贤 高电压试验技术，清华，张仁豫 高电压技术，中国电力，赵智大,高压（HV）： 10220KV 超高压（EHV）：330750KV 特高压（UHV）：1000KV及以上,一输电电压等级的划分：,二高电压技术的研究对象：,高电压绝缘与试验： 1.绝缘材料的电气物理性能和击穿的理论、规律（实践
2、到理论）。 2.高压试验：判断、监视绝缘质量的主要试验方法。 电力系统的过电压： 3.过电压的成因与限制措施。,第一篇：高电压绝缘及试验,第一章 电介质的极化、电导和损耗 第二章 气体放电的物理过程 第三章 气隙的电气强度 第四章 固体液体和组合绝缘的电气强度,电介质极化基本类型,电介质的极化有四种基本形式： 电子位移极化 离子位移极化 转向极化 空间电荷极化,极化机理：电子偏离轨道 介质类型：所有介质 建立极化时间：极短，10-1410-15s 极化程度影响因素： 电场强度（有关） 电源频率（无关） 温度（无关） 极化弹性：弹性 消耗能量：无,1.电子位移极化,2.离子位移极化,极化机理：正
3、负离子位移 介质类型：离子性介质 建立极化时间：极短，10-1210-13 s 极化程度影响因素： 电场强度（有关） 电源频率（无关） 温度（随温度升高而增加） 极化弹性：弹性 消耗能量：极微,2.离子位移极化,3.转向极化,极化机理：极性分子转向 介质类型：偶极性及有离子弛豫性极化的离子性介质 建立极化时间：需时较长，10-610-2 s 极化程度影响因素： 电场强度（有关） 电源频率（有关） 温度（温度较高时降低，低温段随温度增加） 极化弹性：非弹性 消耗能量：有,3.转向极化,4.空间电荷极化,极化机理：正负离子移动 介质类型：含离子和杂质离子的介质 建立极化时间：很长 极化程度影响因素
4、： 电场强度（有关） 电源频率（低频下存在） 温度（有关） 极化弹性：非弹性 消耗能量：有,当t=0: 当t=:,一般有 电荷重新分配，在两层介质的交界面处有积累电荷，称为夹层极化。 夹层界面上电荷的堆积是通过介质电导G完成的，高压绝缘介质的电导通常都很小，这种性质的极化只有在低频时才有意义,为便于比较，将上述各种极化列为下表,1-2 电介质的介电常数,相对介电常数及其物理意义,相对介电常数是反映电介质极化程度的物理量,气体分子间的距离很大，密度很小，气体的极化率很小，一切气体的相对介电常数都接近1 气体的介电常数随温度的升高略有减小，随压力的增大略有增加，但变化很小,气体电介质的介电常数,部
5、分气体的相对介电常数（环境条件 20, 1 atm）,非极性和弱极性电介质：如石油、苯、四氯化碳、硅油等 r数值不大，在1.82.5范围内。介电常数和温度的关系和单位体积中的分子数与温度的关系相似 极性电介质：如蓖麻油、氯化联苯等 r数值在26范围内。还能用作绝缘介质 强极性电介质：如酒精、水等 r10，此类液体电介质用作电容器浸渍剂，可使电容器的比电容增大，但通常损耗都较大,液体电介质的介电常数,转向极化对介电常数随温度及频变化的关系： （1）T不变 f增大，r 减小 （2）f不变 T升高，r先增（分子间黏附力 ）后减（热运动 ）,频率 f1f2f3,介电常数同温度和频率的关系（氯化联苯）,
6、非极性和弱极性固体电介质： 聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、石蜡、石棉、无机玻璃等都属此类 电介质只有电子式极化和离子式极化， r不大，通常在2.02.7范围 介电常数与温度的关系也与单位体积内的分子数与温度的关系相近 极性固体电介质： 树脂、纤维、橡胶、虫胶、有机玻璃、聚氯乙烯和涤纶等 r 较大，一般为36，还可能更大。 r和T及f的关系和极性液体的相似 离子性电介质： 如陶瓷，云母等，相对介电常数r 一般在58左右,固体电介质的介电常数,讨论极化的意义,选择绝缘 在实际选择绝缘时，除了考虑电气强度外，还应考虑介电常数r 对于电容器，若追求同体积条件有较大电容量，要选择r 较大的介质
7、对于电缆，为减小电容电流，要选择r 较小的介质,讨论极化的意义,多层介质的合理配合 对于多层介质，在交流及冲击电压下，各层电压分布与其r 成反比，要注意选择r ，使各层介质的电场分布较均匀，从而达到绝缘的合理应用 研究介质损耗的理论依据 极化形成和介质损失有关，要掌握不同极化类型对介质损失的影响 电气预防性试验：项目的理论根据 研发新型材料,1.3 电介质的电导,电介质的电导与金属的电导有本质上的区别。,一. 表征电介质导电性能的物理量电导率 （或：电阻率 ）,二、影响液体介质电导的因素,(1)温度 式中 A、B常数； T绝对温度 ； 电导率。 温度升高时，液体介质的黏度降低，离子受电场力作用
8、而移动时所受的阻力减小，离子的迁移率增大，使电导增大；另一方面，温度升高时，液体介质分子热离解度增加，这也使电导增大。 所以在测量电介质的电导或绝缘电阻时，必须注意记录温度。,(2)电场强度,分成三个区域 区域1：液体电介质的电导在电场比较小的情况下，遵循欧姆定律 区域2：随着场强的增大，有一平坦区域 区域3：场强继续增大超过某一极限，引起电流激增，最终击穿,液体电介质中电压电流特性,1.4 电介质中的能量损耗,一.电介质损耗的基本概念 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。,二. 等效电路与相量图,图中C1 代表介质的无
9、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。,介质损耗角 为功率因数角 的余角，其正切 tg 又可称为介质损耗因数，常用百分数（%）来表示。,三. 简化等效电路与损耗,P = U I cos = U IR= U IC tg = U2 Cp tg 式中 电源角频率； 功率因数角； 介质损耗角。,定义 为介质损失角，是功率因数角 的余角 介质损失角正切值tg ，如同r 一样，取决于材料的特性，而与材料尺寸无关，可以方便地表示介质的品质,电介质的并联与串联等值电路,并联等值电路,串联等值电路,4.讨论介质损耗的意义,设计绝缘结构时，应注意到绝缘材料的tg 值。若tg 过大会引起严重发热，使材料劣化，甚至可能导致热击穿 用于冲击测量的连接电缆，其tg 必须要小，否则冲击电压波在其中传播时将发生畸变，影响测量精度 在绝缘试验中，tg 的测量是一项基本测试项目。当绝缘受潮劣化或含有杂质时，tg 将显著增加，绝缘内部是否存在局部放电，可通过测tg U的关系曲线加以判断 用做绝缘材料的介质，希望tg 小。在其他场合，可利用tg 引起的介质发热，如电瓷泥坯的阴干需较长时间，在泥坯上加适当的交流电压，则可利用介质损耗发热，加速干燥过程,
