高电压技术1(1)
高电压技术_1绝缘部分
(2)计算用等效电路（或简化等效电路）（从工程实际测量出发）
2 1 2CP RP Geq R1k 1 (CP RP ) 2
CP Ceq C g 1 (CP RP ) 2
(3)相量图
——介质损耗角 ——功率因数角 ＋ ＝90°
Jr tg Jc
(4)损耗功率的表达式
2．研究对象：
电气设备的绝缘
①绝缘试验（固、液、气体）——在电场作用
下的电气物理性能和击穿的理论、规律。 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过电压及其防护——过电压的成因与限制
措施。
三．高电压技术在其它领域的应用： 1.医学上：利用高压脉冲体外碎石、治疗癌症； 2.农业：高压静电喷药，高电场诱发变异在育种 上的应用； 3.环保：高压脉冲放电处理污水，电除尘技术； 4.军事上：大功率脉冲技术，电磁干扰、 电子对抗； 5.其它工业：静电喷涂，高压设备制造等。
Ae
=f(T)
T
B T
或 R= f(T)
R 在测量电介质的电导或绝缘电阻时，必须 注意温度。
§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） Rlk ——泄漏电阻，代表电导损耗。 Cg ——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
1 、 1 、G1、C1、U1——第一层介质的参数和电压；
《高电压技术》第一篇电介质的电气强度第八节沿面放电和污闪事故(“污秽”相关文档)共7张
2.91～3.45 (3.20～3.80)
3.10 （3.57）
3.10 （3.41）
注： 括号内的数据为以系统额定电压为基准的爬电比距值。
六、污闪事故的对策
随着环境污染的加重、电力系统规模的不断扩大以及对供电可靠性的 要求越来越 高，防止电力系统中发生污闪事故已成为十分重要的课题。在 现代电力系统中实际采 ●最容影易响发污生闪污电闪压的的气因用象素条的件防是雾污、闪露措、融施雪主和毛要毛有雨以下几项：
1.60 （1.84）
1.60 （1.76）
1.74～2.17
1.82～2.27
（2.00～2.50） （2.00～2.50）
2.00 （2.30）
2.00 （2.20）
2.17～2.78
2.27～2.91
（2.50～3.20） （2.50～3.20）
2.50 （2.88）
2.50 （2.75）
2.78～3.30 （3.20～3.80）
普 通 高 等 教 育 “十 二 五” 国 家 规 划 教 材
●●●定使调期用整或涂爬不料距定（期增的清大扫泄漏距离） 电（爬随●各爬爬所在在注污随 第电在所●爬由1电着污电电以污：秽着介污以电于气 影 现 一 影）比 环 秽 比 比 在 层 的 环质 层 在 比 污响代括响工污篇距境等距距工表导境 的表工距闪污电号污秽程（污级（（程面电污 电面程（是闪力内闪的c染所cc中电率染 气电中c局及电系的电mmmm性的要常导越的 强导常部压统数压////其质kkkk加求将率高加 度率将电VVVV的中据的和自））））重的污一和重 一污弧因实为因污动、爬层定介、 定层不素际以素染电电表时质电时表断化采系程力比面，表力 ，面拉用统专度系距电泄面系 泄电长的额业统值导漏沉统 漏导的防定规率距积规 距率过系污电模作离的模 离作程闪压列的为越污的 越为，措为教不监长秽不 长监因施基材断测，量断 ，测此主准扩绝表越扩 表绝电要的大缘面多大 面缘压有爬以子电，以 电子作以电及脏阻则及 阻脏用下比对污的闪对 的污时几距供供项值严阻阻严电电：。重值值重可可程越越程靠靠度大大度性性的，，的的的一绝绝一要个缘要 缘个求特子求 子特越征的越 的征来参泄来 泄参越数漏越 漏数高。距高 距。，离， 离防是防 是止影止 影电响电 响力污力 污系闪系 闪统电统 电中压中 压发的发 的生重生 重污要污 要闪因闪 因事素事 素故。故 。已已成成为为十十分分重重要要的的课课题题。。
高电压技术(第1章)
极化、电导和损耗：在外加电压相对较低（不超 过最大运行电压）时，电介质内部所发生的物理 过程。
这些过程发展比较缓慢、稳定，所以一直被 用来检测绝缘的状态。此外，这些过程对电介质 的绝缘性能也会产生重要的影响。
击穿：在外加电压相对较高（超过最大运行电压） 时，电介质可能会丧失其绝缘性能转变为导体， 即发生击穿现象。
离子式结构的固体电介质的体积电导则主要 由离子在热运动影响下脱离晶格移动所形成。
影响固体电介质体积电导的主要因素 电场强度
场强较低时，加在固体介质上的电压与流过 的电流服从欧姆定律。场强较高时，电流将随电 压的增高而迅速增大。
因固体介质发生碰撞游离的场强高，在发生 游离前阴极就能发射电子，形成电子电导，故流 过固体介质的电流不存在饱和区。 温度
荷。
二、电介质极化的概念和极化的种类
极化：无论何种结构的电介质，在没有外电场 作用时，其内部各个分子偶极矩的矢量和平均 来说为零，电介质整体上对外没有极性。
当外电场作用于电介质时，会在电介质沿 电场方向的两端形成等量异号电荷，就像偶极 子一样，对外呈现极性，这种现象称为电介质 的极化。
电介质极化的四种基本形式：
温度升高时，体积电导按指数规律增大。 杂质
杂质含量增大时，体积电导也会明显增大。
固体电介质的表面电导主要是由附着于介质表 面的水分和其他污物引起的。
固体电介质的表面电导与介质的特性有关：
亲水性介质，容易吸收水分，水分可以在其表 面形成连续水膜，如玻璃、陶瓷就属此类。
憎水性介质，不容易吸收水分，水分只能在其 表面形成不连续的水珠，不能形成连续水膜，如石 蜡、硅有机物就属此类。
电负性相等或相差不大的两个或多个原子相 互作用时，原子间则通过共用电子对结合成分子， 这种化学键就称为共价键。
高电压技术——(一)
《高电压技术》第一讲 30
第一章 气体放电的基本物理过程
第二节 均匀电场中气体击穿的发展过程
1、非自持放电和自持放电
图1-2 测定气体中电 流的回路示意图
图1-3 气体中电流和电压的关 系——伏安特性曲线
《高电压技术》第一讲 31
第一章 气体放电的基本物理过程
实验分析结果
➢ 当U<Ua
2）定性分析： 气压越低， 温度越高，扩散越快。
结论：电子的热运动速度大、自由行程长度大，所以其 扩散速度比离子快得多。
《高电压技术》第一讲 16
第一章 气体放电的基本物理过程
第一节 带电粒子的产生和消失 1.1.2 带电粒子的产生
(1)原子的电离和激励
(2) 电离的四种形式
——按引起电离的外部能量形式不同，分为： 1）光电离 2）热电离 3）碰撞电离 4）电极表面电离
《高电压技术》第一讲 24
第一章 气体放电的基本物理过程
第一节 带电粒子的产生和消失
1.1.3 负离子的产生
➢ 附 着： 当电子与气体分子碰撞时，不但有可能引起碰撞电离而产
生出正离子和新电子，而且也可能会发生电子与中性分子 相结合形成负离子的情况。 ➢ 负离子产生的作用
负离子的形成并未使气体中带电粒子的数目改变，但却能 使自由电子数减少，因而对气体放电的发展起抑制作用。
定义：电子或离子与气体分子碰撞，将电场能传递给气体分子
引起的电离。它是气体中产生带电粒子的最重要的方式，主要是 由电子完成。
条件：电子获得加速后和气体分子碰撞时，把动能传给后者，
如果动能大于或等于气体分子的电离能Wi，该电子就有足够的能 量完成碰撞电离。碰撞电离时应满足以下条件：
高电压技术 (1)
介质极化种类：电子式极化（电子轨道发生变形，并相对正电荷的原子核产生位移，使作用中心不在重合）；离子式极化（正负离子相对位移形成的极化）；偶极式极化（在无外电场的作用下，偶极子正负中心不重合，其转向形成极化）；空间电荷式极化（又叫夹层式极化；在两种不同介质的夹层界面上出现的电荷积累过程）有损极化：偶极式极化，空间电荷式极化介质损耗：导电损耗；游离损耗；极化损耗大气对气体间隙击穿电压的影响及措施：因素：（1）相对密度不同时对击穿电压的影响（随密度升高而增大）（2）湿度不同时对击穿电压的影响（随之增大）（3）高海拔的影响（随之降低）。
措施：1、改善电场分布（1）改变电极形状；（2）利用空间电荷对电场的畸变作用；（3）极不均匀电场中屏障的采用2、削弱游离过程的措施：（1）高气压的采用;（2)强电负性气体的应用；（3）高真空的应用影响液体电介质击穿电压的因素及改善措施：因素：液体电介质自身的品质；温度；压力；电压作用时间；电场均匀程度。
措施：过滤；防潮；脱气；采用固体电介质。
影响固体电介质击穿电压的因素及改善措施：因素：电压作用时间；电压种类；电压作用的积累效应；受潮。
措施：改进制造工艺；改进绝缘设计；改善运行条件。
气体中带电质点的产生和消失有哪些方式：产生：碰撞游离；光游离，热游离；表面游离。
消失：带电质点的复合；扩展；附着。
流注理论与汤逊理论（低气压，短间隙，均匀电场）的不同：1、汤逊理论计算的放电时间较长2、汤逊理论的击穿电压与阴极材料有关，而流注理论则无关；3、根据汤逊理论，气体放电应在整个间隙中均匀连续的发展，而大气中击穿时会出现有分支的明亮通道。
伏秒特性曲线及其意义：同一波形、不同幅值的冲击电压下，间隙上出现的最大电压值和放电时间的关系曲线。
意义：在于保护设备与被保护设备的绝缘配合依据，使得被保护设备得到可靠保护。
自持放电的条件：（1）电压达到某一数值；（2）没有外界游离因数的影响也能放电湿度对均匀和极不均匀电场的影响：均匀电场中空气间隙的击穿电压随空气湿度的增加而略有增加，可忽略；极不均匀的电场中，空气间隙的击穿电压随空气湿度的增加而明显增加，由于湿度增加，更多水分子吸收附加电子形成较多的负离子，运动速度减慢，游离能力降低，从而使击穿电压升高。
高电压技术 第一章第二节 电子崩
注意： α必须是电子发生碰撞且电离的次数，若电子只发生
了碰撞没有导致电离则不能计入α中。
School of Electrical Engineering and Information SEEI
We are located in CHENGDU
Sichuan University
第一节 带电粒子的产生和消失
一．气体放电的概念
气体放电——气体中流通电流的各种形式。
1. 正常状态：优良的绝缘体。
在一个立方厘米体积内仅含几千个带电粒子,但这些 带电粒子并不影响气体的绝缘。 空气的利用：架空输电线路个相导线之间、导线与地 线之间、导线与杆塔之间的绝缘；变压器相间的绝缘等。
Sichuan University
α过程的分析（电子崩的计算）
第二节 电子崩
③ 途中新增的电子数或正离子数△n
n na n0 n0 (e αd 1)
na
④ 电子电流增长规律 将式 n n0e x 两边乘以电子电荷qe
式中：I0—初始电子引起的初始电流
d
I I 0e αx
λe
e e e 式中：A、B—与气体种类有关的常数； E—电场强度； e e P—气体压力。
1
xi
xi
ui E
1
ui e E
APe
e
T P 1 当气温不变时， AP , Aui B
e ∝
BP E
School of Electrical Engineering and Information SEEI
高电压技术(第1章)解析
《高电压技术》第3版常美生主编第一章电介质的极化、电导和损耗概述⏹电介质：指具有很高电阻率（通常为106~1019Ω·m）的材料。
⏹电介质的作用：在电气设备中主要起绝缘作用，即把不同电位的导体分隔开，使之在电气上不相连接。
⏹电介质的分类：按状态可分为气体、液体和固体三类。
其中气体电介质是电气设备外绝缘（电气设备壳体外的绝缘）的主要绝缘材料；液体、固体电介质则主要用于电气设备的内绝缘（封装在电气设备外壳内的绝缘）。
⏹极化、电导和损耗：在外加电压相对较低（不超过最大运行电压）时，电介质内部所发生的物理过程。
这些过程发展比较缓慢、稳定，所以一直被用来检测绝缘的状态。
此外，这些过程对电介质的绝缘性能也会产生重要的影响。
⏹击穿：在外加电压相对较高（超过最大运行电压）时，电介质可能会丧失其绝缘性能转变为导体，即发生击穿现象。
第一节电介质的极化一、电介质的极性及分类⏹分子键：电介质内分子间的结合力。
⏹化学键：分子内相邻原子间的结合力。
根据原子结合成分子的方式的不同，电介质分子的化学键分为离子键和共价键两类。
原子的电负性是指原子获得电子的能力。
电负性相差很大的原子相遇，电负性小的原子的价电子被电负性大的原子夺去，得到电子的原子形成负离子，失去电子的原子形成正离子，正、负离子通过静电引力结合成分子，这种化学键就称为离子键。
电负性相等或相差不大的两个或多个原子相互作用时，原子间则通过共用电子对结合成分子，这种化学键就称为共价键。
离子键中，正、负离子形成一个很大的键矩，因此它是一种强极性键。
共价键中，电负性相同的原子组成的共价键为非极性共价键，电负性不同的原子组成的共价键为极性共价键。
由非极性共价键构成的分子是非极性分子。
由极性共价键构成的分子，如果分子由一个极性共价键组成，则为极性分子；如果分子由两个或多个极性共价键组成，结构对称者为非极性分子，结构不对称者为极性分子。
分子由离子键构成的电介质称为离子结构的电介质。
高电压技术1
高电压技术1、极化的概念：当有外电场作用时，正负电荷受电场力作用，其相对位置发生变化，尽管内部正负电荷仍相互抵消，但正负电荷相对位置发生了变化，电介质的表面出现负电荷，这种现象称为电介质的极化。
2、极化的形式：电子式极化，离子式极化，偶极子式极化，夹层式极化3、电导损耗的概念：电介质在电压作用下有能量损耗：一种是电导引起的损耗，另一种是由有损极化引起的损耗。
4、按照能量来源不同游离可分为：碰撞游离，光游离，热游离，表面游离5、气体中带电质点的消失：带电质点受电场力的作用流入电极；带电质点的扩散；带电质点的复合。
6、电晕放电：稍不均匀电场中放电的特点与均匀电场中相似，在间隙击穿前能看不到有什么放电的迹象。
极不均匀电场中则不同，间隙击穿前在高场强区会出现蓝紫色的晕光，并发出“嘶嘶”的响声，称为电晕放电。
7、极性效应：对于电极形状不对称的极不均匀电场间隙，如棒-板间隙，棒的极性不同时，间隙的起晕电压和击穿电压各不相同，这种现象称为极性效应。
8、伏秒特性：一般用同一波形下，间隙上出现的电压最大值和间隙击穿时间的关系来表示间隙的冲击绝缘特性，此曲线称为间隙的伏秒特性。
9、提高气体间隙击穿电压的方法：一方面是改善电场分布，使之尽量均匀；另一方面是利用其他方法来削弱气体中的游离过程。
10、提高支柱绝缘子沿面闪络电压的方法：增高支柱绝缘子，即加大极间距离；装设均压环。
11、闪络概念：当带电体电位超过一定值时，常常在固体介质和空气的交界面上出现放电现象，这种沿着固体介质表面的气体发生的放电称为沿面放电，当其发展为贯穿性空气击穿时，称为沿面闪络，简称闪络。
12、操作冲击电压：电力系统在操作或发生事故时，因状态发生突然变化引起电感—电容回路的震荡产生过电压，称为操作冲击电压。
13、提高液体电解质击穿电压的方法：1提高及保持油的品质（过滤、防潮、祛气）2采用固体电解质降低杂质的影响（覆盖层、绝缘层、屏障）14、固体电介质的击穿机理：电击穿，热击穿，电化学击穿15、绝缘缺陷分为：集中性缺陷，分布性缺陷；绝缘试验：绝缘特性试验，绝缘耐压试验16、消除电场或减小电场干扰的措施：加设屏蔽，采用移相电源，倒相法17、电老化：电介质在电场的长时间作用下会逐渐发生某些物理、化学变化，从而引起电介质物理、化学和电等方面的性能劣化、，这种现象称为电老化。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电力的大容量和远距离传输，促使电压等级的不 断提高。100年来世界上的输电电压提高了100倍。目 前我国最高电压等级为750kV。
在高压输电行业中，习惯上称：
➢特高压 1000kV以上 ➢超高压 100kV-1000kV ➢高 压 35kV-100kV
➢低 压 35kV以下
➢直流输电
直流电压因为不能利用变压器，所以交流输电最先 得到迅速发展。
20世纪50年代中期以来，随着各方面的技术的进 步，直流输电的优越性逐步得到体现，许多国家又逐步 开始发展直流输电。我国多条远距离的西电东送线路即 为直流输电线路。
我国各大电网现有的变电及配电电压等级为：
➢交流：500kV，220kV，110kV，(66kV)35kV，10kV ➢直流：正负500kV ➢西北电网电压等级为750kV,330kV，220kV，100kV，
➢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 教材及主要参考书
教材：张一尘，高电压技术，中国电力出版社，2005
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
高压输电的发展过程
➢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。
采用750KV的国家有：美、苏、日、德、英、 法、加、意八国
AEP（美国电力公司）和ASEA（瑞典通用电 力公司）联合对2000KV进行了实验，技术上没 有问题，已经开始进行1500-2000KV线路和变 电所初步设计
➢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
➢如何测量高压？
➢过电压保护问题
电力系统运行过程中，经常会导致比工作电压高得多 的电压产生，如：自然界的雷击、电力系统本身操作导 致的操作过电压等。
为了保护电力系统中的电力设备，必须研究： ➢各种过电压的特点及形成条件 ➢各种保护装置及其保护特性 ➢电压、绝缘、保护三者之间的绝缘配合
➢电磁环境问题
空气在强电场下放电特性
气体在正常状态下是良好的绝缘体,在一个立方厘米 体积内仅含几千个带电粒子,但在高电压下,气体从少量电 符会突然产生大量的电符,从而失去绝缘能力而发生放电 现象.
一旦电压解除后,气体电介质能自动恢复绝缘状态
输电线路以气体 作为绝缘材料
变压器相间绝 缘以气体作为绝 缘材料
1-1 气体介质中带电质点的产生与消失
高电压、高场强下的特殊问题
➢绝缘问题
没有可靠的绝缘，高电压高场强甚至无法实现。在 一定的电压形式下，必须选择合理的绝缘材料，设计合 理的绝缘结构。
➢高电压实验问题 高电压技术是一门工程性很强的学科，实验是 必不可少的。
高电压试验面临诸如以下问题： ➢如何产生高压？
➢如何对电气设备进行高压试验？
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
➢高电压试验在高电压工程中起着重要的作用。
第一章 气体的绝缘特性
电介质在电气设备中作为绝缘材料使用， 按其物质形态，可分为：
1. 气体介质 2. 液体介质 3. 固体介质
在电气设备中: 外绝缘:
一般由气体介质(空气)和固体介质(绝缘子)联合构成 内绝缘:
一般由固体介质和液体介质联合构成
气体电介质的放电特性
高电压技术
TEL：2656809 E-MAIL：
绪论
一 学科地位
有一位知名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。
35kV，10kV ➢目前正在着手西北地区750kV输变电工程的设计、实
施
现代电力设备的可靠性很大程度上取决于 绝缘的可靠性
一位电力部门的官员表示，圣诞节期间超负荷用电可能是变电 站崩溃的一个主要原因。在圣诞节前，旧金山到处张灯结彩，很 多家庭也点亮圣诞树庆祝节日。这是美国今年的第二次大规模停 电，在8月份的美加大停电事件中，美国经济损失至少为100亿美 元。
➢液电效应及应用
液电效应是液体电介质在高电压、大电流放电时伴 随产生的力、声、光、热等效应的总称。利用此原理可 以制成碎石机、铸件清砂装置等，已得到广泛应用。
➢线爆技术及应用
强大的电流通过金属线时，会使金属线熔化、气化、 爆炸，可以对难熔金属、难镀材料喷涂，也可用线爆来 模拟高空核爆炸或地下核爆炸。
➢脉冲功率技术及应用
脉冲功率技术在许多高科技领域、尖端武器领域得 到广泛应用，目前脉冲功率技术正向着高电压、大电流、 窄脉冲、高重复率的方向发展。
小结
➢高电压技术是一门重要的专业技术基础课； ➢随着电力行业的发展，高压输电问题越来越得到人们
的重视； ➢高电压、高场强下存在着一些特殊的物理现象；
电磁兼容：高电压高场强下各种电磁干扰信号更强， 电磁兼容问题也更加突出。
生态效应：研究强电场、强磁场下对生物生活环境的 影响。
高电压下特殊现象及其应用
高电压学科的特有现象可以举出很多，其中一些已 得到应用，并有很好的发展前景，已成为国内外广泛开 展研究的方向。
➢静电技术及应用 利用静电技术人们制成静电除尘器，其除 尘效率达99%以上。