高电压技术讲义

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1、高电压技术讲义高电压技术讲义第一篇第一篇 电介质的电气强度电介质的电气强度第第 1 章章 气体的绝缘特性与介质的电气强度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

2、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

3、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 的采用第第 2 章章 液体和固体介质的绝缘的电气强度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）

4、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

5、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第二篇 电气设备绝缘试验电气设备绝缘试验第第 3 章章 绝缘的预防性试验绝缘的预防性试验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。 K 恒大于 1，且越大表示绝缘性能越好。大容量电气设备中，吸收现象延续很长时间，吸收比不能很好地反映绝缘的真实状态，可用

6、极化指数再判断。测量绝缘电阻能有效地发现总体绝缘质量欠佳；绝缘受潮；两极间有贯穿性的导电通道；绝缘表面情况不良。2、泄漏电流的测量测量泄漏电流从原理上来说，与测量绝缘电阻是相似的，能发现一些尚未完全贯通的集中性缺陷，原因在于:在试品上的直流电压要比兆欧表的工作电压高得多，故能发现兆欧表所不能发现的某些缺陷加在试品上的直流电压是逐渐增大的，可以在升压过程中监视泄漏电流的增长动向。3、介质损耗角正切的测量 tan 能反映绝缘的整体性缺陷(例如全面老化)和小电容试品中的严重局部性缺陷。根据tan 随电压而变化的曲线，可判断绝缘是否受潮、含有气泡及老化的程度。西林电桥法测量的基本原理影响西林电桥测量的

7、因素外界电磁场的干扰温度的影响试验电压的影响试品电容量的影响试品表面泄漏的影响4、局部放电的测量 局部放电：高压电气设备的绝缘内部总是存在一些缺陷,如气泡空隙、杂质等。由于这些异物的电导和介电常数不同于绝缘物，故在外加电场作用下，这些异物附近将具有比周围更高的场强，有可能引起该处物质产生电离放电现象，称为局部放电。局部放电的影响：放电产生的带电粒子不断撞击绝缘，有可能破坏绝缘高分子的结构，造成裂解放电能量产生的热能使绝缘内部温度升高而引起热裂解在局部放电区，强烈的离子复合会产生高能辐射线，引起材料分解，例如使高分子材料的分子结构断裂气隙中如含有氧和氮，放电可产生臭氧和硝酸等强烈的氧化剂和腐蚀剂

8、，使纤维、树脂、浸渍剂等材料发生化学破坏局部放电的测量方法 当电气设备内部绝缘发生局部放电时，将伴随着出现许多现象。有些属于电的，例如电脉冲、介质损耗的增大和电磁波辐射，有些属于非电的，如光、热、噪音、气体压力的变化和化学变化。这些现象都可以用来判断局部放电是否存在，因此检测的方法也可以分为电的和非电的两类。 目前得到广泛应用而且比较成功的方法是电的方法，即测量绝缘中的气隙发生放电时的电脉冲。它不仅可以判断局部放电的有无，还可以判定放电的强弱。 表征局部放电的三个基本参数 视在放电量qCaUa 其中 Ca 为试品电容，Ua 为气隙放电时，试品两端的压降。既是发生局部放电时试品 Ca 所放掉的电

9、荷，也是电容 Cb 上的电荷增量。放电重复率（ N ）在选定的时间间隔内测得的每秒发生放电脉冲的平均次数放电能量（ W ）指一次局部放电所消耗的能量。W=1/2*qUi 其中 q 为视在放电量，Ui 为局部放电起始电压。局部放电测量的脉冲电流法 三种回路的基本目的都是使在一定电压作用下的被试品中产生的局部放电电流脉冲流过检测阻抗，然后把检测阻抗上的电压或电压差（桥式）加以放大后送到检测仪器 P（示波器、峰值电压表、脉冲计数器）中。所测得的脉冲电压峰值与试品的视在放电量成正比，经过适当的校准，就能直接读出视在放电量（pC)。 局部放电测量的非电检测法 噪声检测法 光检测法 5 电压分布的测量 在

10、工作电压的作用下，沿着绝缘结构的表面会有一定的电压分布。 表面比较清洁时，其分布规律取决于绝缘结构本身的电容和杂散电容 表面染污受潮时，分布规律取决于表面电导。 通过测量绝缘表面上的电压分布亦能发现某些绝缘缺陷。 测量电压分布最适用于那些由一系列元件串联组成的绝缘结构。 （悬式绝缘子串，支柱绝缘子柱）6 绝缘状态的综合判断 绝缘预防性试验中的种种非破坏试验项目，对揭示绝缘中的缺陷和掌握绝缘性能的变化趋势，各具有一定的功能，也各有自己的局限性。同一项目用于不同设备时的的效果也不尽相同。不能孤立地根据某一项试验结果对绝缘状态下结论，必须将各项试验结果联系起来综合分析，并考虑被试品的特点和特殊要求，

11、方能作出正确的判断若某一试品的各项试验均顺利通过，一般可认为绝缘状态良好。三比较方法 若个别试验项目不合格，达不到规程的要求，可使用三比较方法。与同类型设备作比较同类型设备在同样条件下所得的试验结果应该大致相同,若差别很大就可能存在问题在同一设备的三相试验结果之间进行比较若有一相结果相差达 50%以上,该相很可能存在缺陷与该设备技术档案中的历年试验数据进行比较若性能指标有明显下降情况,即可能出现新的缺陷 第第 4 章章 电气绝缘高电压试验电气绝缘高电压试验绝缘的高电压试验 在高压试验室用工频交流高压、直流高压、雷电冲击高压、操作冲击高压等模拟电气设备的绝缘在运行中受到的工作电压，用以考验各种绝

12、缘耐受这些高电压作用的能力。特点具有破坏性试验的性质。 一般放在非破坏性试验项目合格通过之后 进行，以避免或减少不必要的损失。1 工频高电压试验工频高电压试验不仅仅为了检验绝缘在工频交流工作电压下的性能，也用来等效地检验绝缘对操作过电压和雷电过电压地耐受能力。 在试验中可能会导致绝缘内部的累积效应,在一定程度上损伤绝缘试验电压数值的确定是关键,过高对设备绝缘造成损伤大,考核过于严格;过低不足以发现设备缺陷工频高电压的产生通常采用高压试验变压器或其串级装置来产生。 对电缆、电容器等电容量较大的被试品，可采用串联谐振回路来获得试验用的工频高电压。 工频高压装置是高压试验室中最基本的设备，也是产生其

13、他类型高电压的设备基础部件。高压试验变压器的特点试验变压器本身应有很好的绝缘，但绝缘裕度小，试验过程中要严格限制过电压。 试验变压器容量一般不大外观上的特点：油箱本体不大而其高压套管又长又大。试验变压器与连续运行时间不长，发热较轻，因而不需要复杂的冷却系统。 漏抗大，短路电流较小，可降低机械强度方面的要求,节省制造费用。 输出电压波形很难做到是正负半波对称的正弦波形，需要采取措施加以修正。试验变压器串级装置变压器的体积和重量近似地与其额定电压的三次方成比例。 随着体积和重量的增加, 试验变压器的绝缘难度和制造价格增加得更多。 电压超过 1000kV 时，需采用若干台试验变压器组成串级装置来满足

14、要求。绝缘的工频耐压试验工频交流耐压试验是检验电气设备绝缘强度的最有效和最直接的方法。工频耐压试验可用来确定电气设备绝缘耐受电压的水平，判断电气设备能否继续运行，是避免其在运行中发生绝缘事故的重要手段。工频耐压试验时，对电气设备绝缘施加比工作电压高得多的试验电压，这些试验电压反映了电气设备的绝缘水平。工频高压试验的基本接线图以试验变压器或其串级装置作为主设备的工频高压试验（包括耐压试验）的基本接线如下图所示。试验变压器的输出电压必须能在很大的范围内均匀地加以调节，所以它的低压绕组应由一调压器来供电。工频高压试验的基木接线图AV 一调压器 PV1一低压侧电压表 T 一工频高压装置R1一变压器保护

15、电阻 TO 一被测试品 R2一测量球隙保护电阻PV2一高压静电电压表 F 一测量球隙 Lf 一 Cf 一谐波滤波器工频高压试验的实施方法按规定的升压速度提升作用在被测试品 TO 上的电压，直到等于所需的试验电压 U为止，这时开始计算时间。为了让有缺陷的试品绝缘来得及发展局部放电或完全击穿，达到 U 后还要保持一段时间，一般取一分钟。如果在此期间没有发现绝缘击穿或局部损伤（可通过声响、分解出气体、冒烟、电压表指针剧烈摆动、电流表指示急剧增大等异常现象作出判断）的情况，即可认为该试品的工频耐压试验合格通过。2 直流高电压试验被试品的电容量很大的场合（例如长电缆段、电力电容器等） ，用工频给交流高电压进行绝缘试验时会出现很大的电容电流，要求试验装置具有很大的容量，很难做到。这时用直流高电压试验来代替工频高电压试验。 直流输电工程的增多促使直流高电压试验的广泛应用。 直流高电压在其他科技领域也有厂泛的应用，其中包括静电喷漆、静电纺织、静电除尘、X 射线发生器、等离子体加速以及原子核物理研究中都使用直流高压作为电源。直流高电压的产生 将工频高电压经高压整流器而变换成直流高电压。 利用倍压整流原理制成的直流高压串级装置（或称串级直流高压发生器)能产生出更高的直流试验电压直流高压试验的基本接线若高压静电电压表 PV2 量程不够,可改为球隙、高值电阻串接微安表或高阻值直接