电气工程概论高电压与绝缘技术(课堂PPT)
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高电压技术 电气设备绝缘试验ppt课件
保护：放电管P
电桥平衡：检流计G检零
屏蔽：消除杂散电容的影响
西林电桥的基本回路
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24
电桥的平衡条件： Z1/Z3 = Z2/Z4 串联等值回路
tgδ=ωR4 C4 Cx = R4C0/[R3
(1+tg2δ)]
Cx：因为tg2δ极小， 故两种等值电路的 Cx 相等
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5
绝缘预防性试验概念：为了对绝缘状态
作出判断，需对绝缘进行各种试验和检测， 通称为绝缘预防性试验。
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6
绝缘的监测和诊断技术的三个基本环节：
传感器与测量方法：正确选用各种传感器及测量 手段，检测或监测被试对象的种种特性，采集各 种特性参数；
数据处理：对原始的杂乱信息加以分析处理(数据 处理)，去除干扰，提取反映被试对象运行状态最 敏感、有效的特征参数；
大发电机当采用环氧粉云母者：K值应不小于1.6，P应不 小于2.0。
发电机容量在200MW及以上者推荐测量
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14
绝缘状态的判定
若绝缘内部有集中性导电通道，或绝缘严重受潮，则电阻R1 、R2会显 著降低，泄漏电流大大增加，时间常数τ大为减小，吸收电流迅速衰减。 即使绝缘部分受潮，只要R1与R2中的一个数值降低，τ值也会大为减小， 吸收电流仍会迅速衰减，仍可造成吸收比K（及极化指数P，下同）的下 降。当K＝1或接近于1，则设备基本丧失绝缘能力。
西林电桥的基本回路
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26
2）反接法的西林电桥
在实验室内：通常测试材 料及小设备，被试品是对 地绝缘的
现场试验中：有许多一端 接地的试品，如敷设在地 下的电缆及摆在地面的重 大电气设备，要改成对地 绝缘是不可能的，只能改 变电桥回路的接地点。这 样就产生了一种反接法的
电桥平衡：检流计G检零
屏蔽：消除杂散电容的影响
西林电桥的基本回路
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24
电桥的平衡条件： Z1/Z3 = Z2/Z4 串联等值回路
tgδ=ωR4 C4 Cx = R4C0/[R3
(1+tg2δ)]
Cx：因为tg2δ极小， 故两种等值电路的 Cx 相等
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5
绝缘预防性试验概念：为了对绝缘状态
作出判断，需对绝缘进行各种试验和检测， 通称为绝缘预防性试验。
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6
绝缘的监测和诊断技术的三个基本环节：
传感器与测量方法：正确选用各种传感器及测量 手段，检测或监测被试对象的种种特性，采集各 种特性参数；
数据处理：对原始的杂乱信息加以分析处理(数据 处理)，去除干扰，提取反映被试对象运行状态最 敏感、有效的特征参数；
大发电机当采用环氧粉云母者：K值应不小于1.6，P应不 小于2.0。
发电机容量在200MW及以上者推荐测量
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14
绝缘状态的判定
若绝缘内部有集中性导电通道，或绝缘严重受潮，则电阻R1 、R2会显 著降低，泄漏电流大大增加，时间常数τ大为减小，吸收电流迅速衰减。 即使绝缘部分受潮，只要R1与R2中的一个数值降低，τ值也会大为减小， 吸收电流仍会迅速衰减，仍可造成吸收比K（及极化指数P，下同）的下 降。当K＝1或接近于1，则设备基本丧失绝缘能力。
西林电桥的基本回路
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26
2）反接法的西林电桥
在实验室内：通常测试材 料及小设备，被试品是对 地绝缘的
现场试验中：有许多一端 接地的试品，如敷设在地 下的电缆及摆在地面的重 大电气设备，要改成对地 绝缘是不可能的，只能改 变电桥回路的接地点。这 样就产生了一种反接法的
5电气工程概论_第五章_高电压与绝缘技术
ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
第五章 高电压与绝缘技术
一．高电压与绝缘技术的发展 二．高电压与绝缘技术的主要内容 三．高电压新技术及其在各领域的应用
电气工程专业导论
1
ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
一、高电压与绝缘技术的发展
◇高电压与绝缘技术是以试验研究为基础的应用技术， 主要研究在高电压作用下各种绝缘介质的性能和不同 类型的放电现象，高电压设备的绝缘结构设计，高电 压实验和测量的设备及方法，电力系统的过电压、高 电压或大电流产生的强电场、强磁场或电磁波对环境 的影响和防护措施，以及高电压、大电流的应用等。
电气工程专业导论
9
ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
雷电放电过程
ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
雷电参数
雷电活动强度——雷暴日及 雷暴小时
雷暴日：每年中有雷电的天数。 雷暴小时：每年中有雷电的小时数。
年平均雷暴日不超过 15 的地区为 少雷区；超过 40 的为多雷区；超过 90 的地区及根据运行经验雷害特别严重 的地区为强雷区。
ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
二、高电压与绝缘技术的主要内容（续）
图5-5 户外式高压发生装置
电气工程专业导论
13
ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
AT T
Rf
Rt
R
RR
R
多级冲击电压发生器
ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
第五章 高电压与绝缘技术
一．高电压与绝缘技术的发展 二．高电压与绝缘技术的主要内容 三．高电压新技术及其在各领域的应用
电气工程专业导论
1
ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
一、高电压与绝缘技术的发展
◇高电压与绝缘技术是以试验研究为基础的应用技术， 主要研究在高电压作用下各种绝缘介质的性能和不同 类型的放电现象，高电压设备的绝缘结构设计，高电 压实验和测量的设备及方法，电力系统的过电压、高 电压或大电流产生的强电场、强磁场或电磁波对环境 的影响和防护措施，以及高电压、大电流的应用等。
电气工程专业导论
9
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雷电放电过程
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雷电参数
雷电活动强度——雷暴日及 雷暴小时
雷暴日：每年中有雷电的天数。 雷暴小时：每年中有雷电的小时数。
年平均雷暴日不超过 15 的地区为 少雷区；超过 40 的为多雷区；超过 90 的地区及根据运行经验雷害特别严重 的地区为强雷区。
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二、高电压与绝缘技术的主要内容（续）
图5-5 户外式高压发生装置
电气工程专业导论
13
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AT T
Rf
Rt
R
RR
R
多级冲击电压发生器
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高电压技术-电力系统的绝缘配合PPT课件
高电压技术（第二版）
张一尘主编
精选PPT课件
1
第十一章
电力系统的绝缘配合
精选PPT课件
2
一、绝缘配合、绝缘水平和试验电压
• 问题的提出
绝缘与过电压是高电压技术中的两大主要内容。随 着电力系统电压等级的进一步提高，一方面输变电设 备绝缘部分的投资占总设备投资的比重越来越大；另 一方面，由于系统电压等级的提高，输送容量的增大， 一旦出现故障，损失巨大。因此，在超高压系统中， 绝缘配合的问题尤为重要！
空气间隙所承受的电压由高到低依次为： 雷电过电压——操作过电压——工作电压
但作用时间则恰恰相反！
精选PPT课件
18
三种电压作用下空气间隙的计算方法如下：
（1）按工作电压确定风偏后的间隙SP,其对应的工频放电电压为
UP k1Uph
k1 安全系数
220kv中性点有效接地系统：1.6
330kv～500kv线路：1.7 非有效接地电网：2.5
对输电线路，要求达到一定的耐雷水平！
②330KV及以上的超高压系统中，虽然内过电压成为主要矛盾，但通过 内过电压保护措施已限制到一定水平，所以仍由大气过电压来决定，须采 用专门限制内部过电压措施，将操作过电压限制到允许值。对超高 压电气设备规定了操作波试验电压。
由于限制过电压措施和要求不同，绝缘配合的做法不同。通常有 以下两种做法： ▲主要采用复合型磁吹型避雷器和过电压限制器限制操作过电压， ∴按避雷器的操作过电压保护精性选P能PT确课件定设备的绝缘水平。（俄罗斯）7
——操作冲击电压值 操作冲击耐压试验电压值
电气设备的各种耐压试验电压都是以避雷器在雷电冲击电压和 操作冲击电压下的残压为基础来决定的。
GB311.1-1997对各电压等级电气设备的试验电压作出了规定。
张一尘主编
精选PPT课件
1
第十一章
电力系统的绝缘配合
精选PPT课件
2
一、绝缘配合、绝缘水平和试验电压
• 问题的提出
绝缘与过电压是高电压技术中的两大主要内容。随 着电力系统电压等级的进一步提高，一方面输变电设 备绝缘部分的投资占总设备投资的比重越来越大；另 一方面，由于系统电压等级的提高，输送容量的增大， 一旦出现故障，损失巨大。因此，在超高压系统中， 绝缘配合的问题尤为重要！
空气间隙所承受的电压由高到低依次为： 雷电过电压——操作过电压——工作电压
但作用时间则恰恰相反！
精选PPT课件
18
三种电压作用下空气间隙的计算方法如下：
（1）按工作电压确定风偏后的间隙SP,其对应的工频放电电压为
UP k1Uph
k1 安全系数
220kv中性点有效接地系统：1.6
330kv～500kv线路：1.7 非有效接地电网：2.5
对输电线路，要求达到一定的耐雷水平！
②330KV及以上的超高压系统中，虽然内过电压成为主要矛盾，但通过 内过电压保护措施已限制到一定水平，所以仍由大气过电压来决定，须采 用专门限制内部过电压措施，将操作过电压限制到允许值。对超高 压电气设备规定了操作波试验电压。
由于限制过电压措施和要求不同，绝缘配合的做法不同。通常有 以下两种做法： ▲主要采用复合型磁吹型避雷器和过电压限制器限制操作过电压， ∴按避雷器的操作过电压保护精性选P能PT确课件定设备的绝缘水平。（俄罗斯）7
——操作冲击电压值 操作冲击耐压试验电压值
电气设备的各种耐压试验电压都是以避雷器在雷电冲击电压和 操作冲击电压下的残压为基础来决定的。
GB311.1-1997对各电压等级电气设备的试验电压作出了规定。
高电压与绝缘技术(第一部分)PPT课件
当电压等级过高时，常用几个支柱绝缘子组装成绝缘子柱。但这会 带来绝缘子柱的机械性能减弱和电压分布不均的问题。
户外支柱绝缘子
户外装置的支柱绝缘子大量采用棒形结构— 带伞的实心圆瓷柱。
户内支柱绝缘子
户内支柱绝缘子有空心或实心的圆柱形瓷件 和金属附件组成。按照金属附件和胶装方式
瓷套管
瓷套管是将载流导体引入变压器或断路器等电气设备的金属箱内或 母线穿墙时的引线绝缘。
套管 管 按复合绝缘套
管
结 构电容式套管 及
按主要绝 缘介质分
纯瓷套管
树脂套管
充油套管 充气套管 油纸电容式 胶纸电容式 浸胶电容式
绝缘特点
电瓷（或有空气 ） 树脂（或有空气 ） 套管内为绝缘油 套管内为SF6等 油浸纸 胶纸 纸包后浸胶
主要应用范围
35kV及以下穿墙套管 10kV及以下电器用套管 组合电器用
绝缘子
用作导电体和接地体之间的绝缘和固定连接
瓷套
用作电器内绝缘的容器，并使绝缘免遭周围环境因素的影响
套管
简介
支柱绝缘子
支柱绝缘子：是指支撑高压配电装置母线和高压电器带电部分（如 触头）的绝缘支柱，它由瓷柱和上、下金属附件通过水泥胶装而成。
分类：按外形结构和工作条件的不同，分为户外支柱绝缘子和户内 支柱绝缘子两大类。
悬式绝缘子（盘形）
35kV及以上高压线路都使用悬式绝缘子或悬 式绝缘子串。按结构外形，分为盘形和棒形
悬式绝缘子（棒形）
棒形悬式绝缘子分为瓷质和复合绝缘子两类。 瓷质绝缘子具有不击穿、节约金属材料等优
悬式绝缘子串
当工作电压增高时，可将多个悬式绝缘子串 接起来，提高闪络电压，而机械强度不会改
气体放电
气体中流通电流的各种形式统称为气体放电。 气体由绝缘状态突变为良导电态的过程，称为击穿。当击穿过程发生 在气体与液体或者气体与固体的交界面上时，称为沿面闪络。 在实际中，很多设备采用空气绝缘，有可能发生电晕放电、火花放电 和电弧放电。 两大理论：汤逊放电理论（需要巴申定律的补充）和流注理论。
户外支柱绝缘子
户外装置的支柱绝缘子大量采用棒形结构— 带伞的实心圆瓷柱。
户内支柱绝缘子
户内支柱绝缘子有空心或实心的圆柱形瓷件 和金属附件组成。按照金属附件和胶装方式
瓷套管
瓷套管是将载流导体引入变压器或断路器等电气设备的金属箱内或 母线穿墙时的引线绝缘。
套管 管 按复合绝缘套
管
结 构电容式套管 及
按主要绝 缘介质分
纯瓷套管
树脂套管
充油套管 充气套管 油纸电容式 胶纸电容式 浸胶电容式
绝缘特点
电瓷（或有空气 ） 树脂（或有空气 ） 套管内为绝缘油 套管内为SF6等 油浸纸 胶纸 纸包后浸胶
主要应用范围
35kV及以下穿墙套管 10kV及以下电器用套管 组合电器用
绝缘子
用作导电体和接地体之间的绝缘和固定连接
瓷套
用作电器内绝缘的容器，并使绝缘免遭周围环境因素的影响
套管
简介
支柱绝缘子
支柱绝缘子：是指支撑高压配电装置母线和高压电器带电部分（如 触头）的绝缘支柱，它由瓷柱和上、下金属附件通过水泥胶装而成。
分类：按外形结构和工作条件的不同，分为户外支柱绝缘子和户内 支柱绝缘子两大类。
悬式绝缘子（盘形）
35kV及以上高压线路都使用悬式绝缘子或悬 式绝缘子串。按结构外形，分为盘形和棒形
悬式绝缘子（棒形）
棒形悬式绝缘子分为瓷质和复合绝缘子两类。 瓷质绝缘子具有不击穿、节约金属材料等优
悬式绝缘子串
当工作电压增高时，可将多个悬式绝缘子串 接起来，提高闪络电压，而机械强度不会改
气体放电
气体中流通电流的各种形式统称为气体放电。 气体由绝缘状态突变为良导电态的过程，称为击穿。当击穿过程发生 在气体与液体或者气体与固体的交界面上时，称为沿面闪络。 在实际中，很多设备采用空气绝缘，有可能发生电晕放电、火花放电 和电弧放电。 两大理论：汤逊放电理论（需要巴申定律的补充）和流注理论。
电气工程概论高电压与绝缘技术(课堂PPT)
2
3
一、高电压与绝缘技术的发展（续）
◇高电压是相对于低电压而言的，对于电力系统来 说，1kV以上至220kV称为高压，220kV至800kV称为 超高压（EHV），1000kV以上称为特高压（UHV）。 ◇绝缘体是相对于导体而言的，绝缘体电阻率很高 （可达109~1022Ω.cm），通常通过的泄漏电流非常小， 可以忽略不计。
• 产生原因：长线电容效应、不对称接地和突然 甩负载。
• 采取措施：传统的方法是使用同步补偿机或并 联电抗器，近年来的发展了静止无功补偿技术 ，各有优缺点。
51
谐振过电压
• 一、产生谐振过电压的原因：由于系统中存在着大量的电容 电感元件，在系统进行操作或发生故障时，这些电容电感元 件可能形成各种不同自振频率的振荡回路，在外电源的作用 下发生谐振现象，造成某些元件上出现谐振过电压。
绝缘等级
E B F H
使用极限温度
120℃
温升限 值
75K
130℃
80K
155℃
105K
180℃
120K
18
• SF6气体已有百年历史，它是法国两位化学家Moissan和 Lebeau于1900年合成的人造惰性气体，1940年前后，美国军 方将其用于曼哈顿计划（核军事）。1947年提供商用。当前 SF6气体主要用于电力工业中。SF6气体用于4种类型的电气设 备作为绝缘和/或灭弧:SF6断路器及负荷开关设备，SF6绝缘 输电管线，SF6变压器及SF6绝缘变电站。80％用于高中压电力 设备。
50
工频过电压
• 工频过电压在暂时过电压中的重要性：它是确 定超高压远距离输变电设备绝缘水平的重要依 据，其幅值影响保护电器的工作条件和保护效 果。它的持续时间影响设备绝缘及运行性能， 并且长线中的操作过电压是在工频过电压的基 础上振荡产生的。在超高压输电系统中，工频 电压升高应当受到相当的重视。
3
一、高电压与绝缘技术的发展（续）
◇高电压是相对于低电压而言的，对于电力系统来 说，1kV以上至220kV称为高压，220kV至800kV称为 超高压（EHV），1000kV以上称为特高压（UHV）。 ◇绝缘体是相对于导体而言的，绝缘体电阻率很高 （可达109~1022Ω.cm），通常通过的泄漏电流非常小， 可以忽略不计。
• 产生原因：长线电容效应、不对称接地和突然 甩负载。
• 采取措施：传统的方法是使用同步补偿机或并 联电抗器，近年来的发展了静止无功补偿技术 ，各有优缺点。
51
谐振过电压
• 一、产生谐振过电压的原因：由于系统中存在着大量的电容 电感元件，在系统进行操作或发生故障时，这些电容电感元 件可能形成各种不同自振频率的振荡回路，在外电源的作用 下发生谐振现象，造成某些元件上出现谐振过电压。
绝缘等级
E B F H
使用极限温度
120℃
温升限 值
75K
130℃
80K
155℃
105K
180℃
120K
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• SF6气体已有百年历史，它是法国两位化学家Moissan和 Lebeau于1900年合成的人造惰性气体，1940年前后，美国军 方将其用于曼哈顿计划（核军事）。1947年提供商用。当前 SF6气体主要用于电力工业中。SF6气体用于4种类型的电气设 备作为绝缘和/或灭弧:SF6断路器及负荷开关设备，SF6绝缘 输电管线，SF6变压器及SF6绝缘变电站。80％用于高中压电力 设备。
50
工频过电压
• 工频过电压在暂时过电压中的重要性：它是确 定超高压远距离输变电设备绝缘水平的重要依 据，其幅值影响保护电器的工作条件和保护效 果。它的持续时间影响设备绝缘及运行性能， 并且长线中的操作过电压是在工频过电压的基 础上振荡产生的。在超高压输电系统中，工频 电压升高应当受到相当的重视。
高电压与绝缘技术简介PPT课件
变压器电压等级/kV
110 220 330～500 合计
166 84
20
270
19
8
4
31
20 10
2
32
15
9
10
34
6
4
2
12
226 115
38
379
55 821 20 733 3 829 80 383
0.41 0.55 0.99 0.47
(1) 随着变压器电压等级的提高，故障台率明显升高，330～500 kV变压 器故障台率是110 kV的两倍以上；
p0 T
流注理论：适用于压力较高气体的击穿，认为电子碰撞电离及空间光电离是维
持自持放电的主要因素，同时考虑了空间电荷对电场的影响。
正流注：电子崩先从阴极到阳极，在阳极附近形成正、负带电质点构成的等离
子体，然后再从阳极贯穿阴极，整个间隙击穿。
负流注：电子崩尚未贯穿间隙即形成流注，流注再贯穿气隙。
流注理论与汤逊理论的比较
介电强度
均匀电场与不均匀电场
(1)采用电场不均匀系数来描述电场的不均匀程度，f=1为均匀电场，f<2
为稍不均匀电场；f>4为极不均匀电场。
f Emax
Eav
式中，Emax为最大场强；Eav=U ；U为间隙上的电压；d为电极间最
短的绝缘距离。
d
(2)根据能否维持电晕放电来区分。若不均匀到能维持电晕放电，则是极不 均匀电场；若不能维持稳定的电晕放电，一旦放电达到自持，则整个间隙 立即击穿，就称为稍不均匀电场或均匀电场。
电压的分类 持续作用电压－直流电压 工频电压 冲击电压－雷电冲击电压 操作冲击电压
均匀电场中的击穿电压 稍不均匀电场中击穿电压的估算
电气工程概论高电压与绝缘技术课件
高电压设备的绝缘检测与维护
01
02
பைடு நூலகம்
03
定期检测
按照规定的周期对高电压 设备进行绝缘检测，及时 发现并处理存在的隐患。
预防性维护
采取一系列预防措施，如 保持设备清洁、定期更换 绝缘材料等，以降低设备 发生故障的风险。
应急处理
在设备出现故障时，采取 紧急措施，如切断电源、 释放残余电荷等，以保障 人员和设备安全。
通过直接对设备施加高电压来检测设备的耐压水平，是常用的试 验方法。需要使用高压电源、变压器、调压器等设备。
冲击试验
模拟雷电过电压等瞬态冲击过程，对设备进行耐压检测。需要使用 冲击电压发生器、脉冲电流发生器等设备。
介质损耗角正切值试验
通过测量绝缘材料的介质损耗角正切值，评估其绝缘性能。需要使 用高压电桥、介质损耗角测量仪等设备。
04
电力系统中的高电压与绝 缘问题
电力系统中的过电压现象及其防护
过电压现象
过电压是指电力系统在特定条件下所 出现的超过正常工作电压的异常电压 升高现象。
过电压的分类
过电压防护措施
为防止过电压对电力系统的危害，应 采取一系列防护措施，包括安装避雷 器、限制操作过电压和改善设备绝缘 等。
根据产生原因，过电压可分为雷电过 电压、操作过电压和暂时过电压等。
对策
为减少对环境的负面影响，应采取一系列环保措施，如使用环保型绝缘材料、回收废弃物、减少能源消耗等。同 时，应加强设备的维护和保养，防止油渍泄漏等污染物排放。
感谢观 看
THANKS
绝缘检测的基本原理与技术
1 2 3
电场法 利用电场测量技术，通过测量绝缘材料的电场分 布，评估其绝缘性能。需要使用电场测量仪等设 备。
高电压技术绝缘部分PPT课件
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
.
38
(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
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
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§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
.
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§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
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年平均雷暴日不超过 15 的地区为 少雷区；超过 40 的为多雷区；超过 90 的地区及根据运行经验雷害特别严重 的地区为强雷区。
➢ 落雷密度
地面落雷密度γ ：每一个雷暴日、每平方公里 对地面落雷次数 。
11
静电：放电脉冲上升时间约为1~5ns，脉宽 150ns，电流峰值约1~50A。
高压发生装置：交流高电压发生装置，直流 高电压发生装置，冲击电压电流发生
22
（1）节省占用面积和空间； （2）性能好，运行安全可靠 （3）不产生噪声和干扰 （4）安装工期短，
维护工作量小
23
二、高电压与绝缘技术的主要内容（续） 3、高电压试验技术
随着电力系统电压等级的不断提高，绝缘成为电气设备中 的薄弱环节。高电压试验是研究击穿机理、影响因素、电气 强度以及检验电气设备耐受水平的最好方法。 ➢介质绝缘强度 ➢电气设备绝缘试验：
绝缘等级
E B F H
使用极限温度
120℃
温升限 值
75K
130℃
80K
155℃
105K
180℃
120K
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• SF6气体已有百年历史，它是法国两位化学家Moissan和 Lebeau于1900年合成的人造惰性气体，1940年前后，美国军 方将其用于曼哈顿计划（核军事）。1947年提供商用。当前 SF6气体主要用于电力工业中。SF6气体用于4种类型的电气设 备作为绝缘和/或灭弧:SF6断路器及负荷开关设备，SF6绝缘 输电管线，SF6变压器及SF6绝缘变电站。80％用于高中压电力 设备。
装置。 （图5-5，5-6）。
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二、高电压与绝缘技术的主要内容（续）
图5-5 户外式高压发生装置
13
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AT T
Rf
Rt
R
RR
R
多级冲击电压发生器
（1）充电过程：由试验变压器T和高压硅堆D构成的整流电源， 以峰值电压经保护电阻及充电电阻向主电容充电。 （2）放电过程：当需要启动冲击电压发生器时，可向点火球 隙的针极送去一脉冲电压，针极和球表面之间产生火花放电， 引起点火球隙放电，各球隙相继放电，将电容器串联起来， 对试品放电。
集中性缺陷——发展速度快 1、绝缘缺陷:
分布性缺陷——演变速度慢
2、试验方法分为两类：非破坏性试验和破坏性试验。
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• 非破坏性试验：在较低电压下或其他不会损坏 绝缘的方法来检测绝缘，判断绝缘状态，及时 发现可能的劣化现象。
– 绝缘电阻测量——兆欧表； – 直流泄漏电流测量； – 介质损失（损耗）角测量——西林电桥； – 局部放电测量。
➢研究重点： ①高压大容量发电机的环氧粉云母绝缘体系； ②中小型电机的F、H级绝缘系列； ③高压输电的六氟化硫气态介质； ④高性能绝缘油。
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电机为了可靠运行在带电部件和壳体之间需要用绝缘
材料加以隔绝，而绝缘材料的使用寿命与其材料本身的绝 缘等级及使用温度有很大的关系。
电机的绝缘等级是依据所用国内绝缘材料的耐热等级 划分的，分E、B、F、H级。允许温升是指电机的温度与 周围环境温度相比升高的限度。
第五章 高电压与绝缘技术
一．高电压与绝缘技术的发展 二．高电压与绝缘技术的主要内容 三．高电压新技术及其在各领域的应用
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一、高电压与绝缘技术的发展
◇高电压与绝缘技术是以试验研究为基础的应用技术， 主要研究在高电压作用下各种绝缘介质的性能和不同 类型的放电现象，高电压设备的绝缘结构设计，高电 压实验和测量的设备及方法，电力系统的过电压、高 电压或大电流产生的强电场、强磁场或电磁波对环境 的影响和防护措施，以及高电压、大电流的应用等。 ◇高电压技术对电力工业、电工制造业以及近代物理 的发展（如X射线装置、粒子加速器、大功率脉冲发生 器等）都有重大影响。
“电容器并联充电，串联放电”，这一过程由一组球隙来完成。
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ห้องสมุดไป่ตู้
二、高电压与绝缘技术的主要内容（续）
图5-6 6000kV冲击电压发生器（中国电力科学院）
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二、高电压与绝缘技术的主要内容（续） 2、高电压绝缘与电气设备
➢ 绝缘材料：气体，液体，固体（有机，无机） ➢ 高电压技术发展的关键是绝缘材料的研制和开发
7
二、高电压与绝缘技术的主要内容（续）
图5-3 实验室产生的高压放电现象
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二、高电压与绝缘技术的主要内容（续） 1、高电压的产生
雷电：电流达100kA，电压达108kV，但持续时间短。
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雷电放电过程
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雷电参数
➢ 雷电活动强度——雷暴日及 雷暴小时
雷暴日：每年中有雷电的天数。 雷暴小时：每年中有雷电的小时数。
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一、高电压与绝缘技术的发展（续）
5
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二、高电压与绝缘技术的主要内容
◇研究高电压的产生，在高电压下绝缘介质及
其系统的特性，电气设备及绝缘，电气系统过电 压及其限制措施，高电压试验技术，电磁环境及 电磁污染防护，以及高电压技术的应用等。
◇主要内容可分为四部分：
①各类电介质在高电场下的特性(图5-3)； ②电气设备绝缘试验技术； ③电力系统过电压与绝缘配合； ④高电压技术在各个领域的应用等。
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绝缘电阻
绝缘电阻是一切电介质和绝缘结构的绝缘状态 最基本的综合性特性参数。由于电气设备中大多采 用组合绝缘和层式结构，故在直流电压下均会有明 显的吸收现象，使外电路中出现一个随时间而衰减 的吸收电流。
2
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一、高电压与绝缘技术的发展（续）
◇高电压是相对于低电压而言的，对于电力系统来 说，1kV以上至220kV称为高压，220kV至800kV称为 超高压（EHV），1000kV以上称为特高压（UHV）。 ◇绝缘体是相对于导体而言的，绝缘体电阻率很高 （可达109~1022Ω.cm），通常通过的泄漏电流非常小， 可以忽略不计。
• SF6气体主要有如下特性： • 具有优异的灭弧性能； • 绝缘强度高，在大气压下为空气的3倍； • 热传导性能好且易复合，特别是当SF6气体由于放电或电弧作
用出现离解时； • 可在小的气罐内储存，这是因为室温下加高压力易液化。 • 供气方便，价格不贵且稳定。
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电气设备的绝缘：
• ①发电机绕组通常采用环氧粉云母带做绝 缘；
• ②变压器采用油-纸，树脂和六氟化硫等； • ③断路器采用空气，油，和六氟化硫等； • ④电容型设备采用套管和油-纸等绝缘； • ⑤架空输电线路--绝缘子和分裂导线； • ⑥地下输电线路--电力电缆； • ⑦气体绝缘金属封闭组合电器（图5-7）。
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二、高电压与绝缘技术的主要内容（续）
图5-7 气体绝缘金属封闭组合电器
➢ 落雷密度
地面落雷密度γ ：每一个雷暴日、每平方公里 对地面落雷次数 。
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静电：放电脉冲上升时间约为1~5ns，脉宽 150ns，电流峰值约1~50A。
高压发生装置：交流高电压发生装置，直流 高电压发生装置，冲击电压电流发生
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（1）节省占用面积和空间； （2）性能好，运行安全可靠 （3）不产生噪声和干扰 （4）安装工期短，
维护工作量小
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二、高电压与绝缘技术的主要内容（续） 3、高电压试验技术
随着电力系统电压等级的不断提高，绝缘成为电气设备中 的薄弱环节。高电压试验是研究击穿机理、影响因素、电气 强度以及检验电气设备耐受水平的最好方法。 ➢介质绝缘强度 ➢电气设备绝缘试验：
绝缘等级
E B F H
使用极限温度
120℃
温升限 值
75K
130℃
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155℃
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• SF6气体已有百年历史，它是法国两位化学家Moissan和 Lebeau于1900年合成的人造惰性气体，1940年前后，美国军 方将其用于曼哈顿计划（核军事）。1947年提供商用。当前 SF6气体主要用于电力工业中。SF6气体用于4种类型的电气设 备作为绝缘和/或灭弧:SF6断路器及负荷开关设备，SF6绝缘 输电管线，SF6变压器及SF6绝缘变电站。80％用于高中压电力 设备。
装置。 （图5-5，5-6）。
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二、高电压与绝缘技术的主要内容（续）
图5-5 户外式高压发生装置
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AT T
Rf
Rt
R
RR
R
多级冲击电压发生器
（1）充电过程：由试验变压器T和高压硅堆D构成的整流电源， 以峰值电压经保护电阻及充电电阻向主电容充电。 （2）放电过程：当需要启动冲击电压发生器时，可向点火球 隙的针极送去一脉冲电压，针极和球表面之间产生火花放电， 引起点火球隙放电，各球隙相继放电，将电容器串联起来， 对试品放电。
集中性缺陷——发展速度快 1、绝缘缺陷:
分布性缺陷——演变速度慢
2、试验方法分为两类：非破坏性试验和破坏性试验。
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• 非破坏性试验：在较低电压下或其他不会损坏 绝缘的方法来检测绝缘，判断绝缘状态，及时 发现可能的劣化现象。
– 绝缘电阻测量——兆欧表； – 直流泄漏电流测量； – 介质损失（损耗）角测量——西林电桥； – 局部放电测量。
➢研究重点： ①高压大容量发电机的环氧粉云母绝缘体系； ②中小型电机的F、H级绝缘系列； ③高压输电的六氟化硫气态介质； ④高性能绝缘油。
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电机为了可靠运行在带电部件和壳体之间需要用绝缘
材料加以隔绝，而绝缘材料的使用寿命与其材料本身的绝 缘等级及使用温度有很大的关系。
电机的绝缘等级是依据所用国内绝缘材料的耐热等级 划分的，分E、B、F、H级。允许温升是指电机的温度与 周围环境温度相比升高的限度。
第五章 高电压与绝缘技术
一．高电压与绝缘技术的发展 二．高电压与绝缘技术的主要内容 三．高电压新技术及其在各领域的应用
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一、高电压与绝缘技术的发展
◇高电压与绝缘技术是以试验研究为基础的应用技术， 主要研究在高电压作用下各种绝缘介质的性能和不同 类型的放电现象，高电压设备的绝缘结构设计，高电 压实验和测量的设备及方法，电力系统的过电压、高 电压或大电流产生的强电场、强磁场或电磁波对环境 的影响和防护措施，以及高电压、大电流的应用等。 ◇高电压技术对电力工业、电工制造业以及近代物理 的发展（如X射线装置、粒子加速器、大功率脉冲发生 器等）都有重大影响。
“电容器并联充电，串联放电”，这一过程由一组球隙来完成。
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ห้องสมุดไป่ตู้
二、高电压与绝缘技术的主要内容（续）
图5-6 6000kV冲击电压发生器（中国电力科学院）
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二、高电压与绝缘技术的主要内容（续） 2、高电压绝缘与电气设备
➢ 绝缘材料：气体，液体，固体（有机，无机） ➢ 高电压技术发展的关键是绝缘材料的研制和开发
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二、高电压与绝缘技术的主要内容（续）
图5-3 实验室产生的高压放电现象
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二、高电压与绝缘技术的主要内容（续） 1、高电压的产生
雷电：电流达100kA，电压达108kV，但持续时间短。
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雷电放电过程
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雷电参数
➢ 雷电活动强度——雷暴日及 雷暴小时
雷暴日：每年中有雷电的天数。 雷暴小时：每年中有雷电的小时数。
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一、高电压与绝缘技术的发展（续）
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二、高电压与绝缘技术的主要内容
◇研究高电压的产生，在高电压下绝缘介质及
其系统的特性，电气设备及绝缘，电气系统过电 压及其限制措施，高电压试验技术，电磁环境及 电磁污染防护，以及高电压技术的应用等。
◇主要内容可分为四部分：
①各类电介质在高电场下的特性(图5-3)； ②电气设备绝缘试验技术； ③电力系统过电压与绝缘配合； ④高电压技术在各个领域的应用等。
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绝缘电阻
绝缘电阻是一切电介质和绝缘结构的绝缘状态 最基本的综合性特性参数。由于电气设备中大多采 用组合绝缘和层式结构，故在直流电压下均会有明 显的吸收现象，使外电路中出现一个随时间而衰减 的吸收电流。
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一、高电压与绝缘技术的发展（续）
◇高电压是相对于低电压而言的，对于电力系统来 说，1kV以上至220kV称为高压，220kV至800kV称为 超高压（EHV），1000kV以上称为特高压（UHV）。 ◇绝缘体是相对于导体而言的，绝缘体电阻率很高 （可达109~1022Ω.cm），通常通过的泄漏电流非常小， 可以忽略不计。
• SF6气体主要有如下特性： • 具有优异的灭弧性能； • 绝缘强度高，在大气压下为空气的3倍； • 热传导性能好且易复合，特别是当SF6气体由于放电或电弧作
用出现离解时； • 可在小的气罐内储存，这是因为室温下加高压力易液化。 • 供气方便，价格不贵且稳定。
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电气设备的绝缘：
• ①发电机绕组通常采用环氧粉云母带做绝 缘；
• ②变压器采用油-纸，树脂和六氟化硫等； • ③断路器采用空气，油，和六氟化硫等； • ④电容型设备采用套管和油-纸等绝缘； • ⑤架空输电线路--绝缘子和分裂导线； • ⑥地下输电线路--电力电缆； • ⑦气体绝缘金属封闭组合电器（图5-7）。
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二、高电压与绝缘技术的主要内容（续）
图5-7 气体绝缘金属封闭组合电器