高电压技术吴广宁
哈工大高电压技术1、绪论
（高电压与绝缘技术）
工程上把 1000伏及以 上的交流供电电压称为高电 压。高电压技术所涉及的高 电压类型有直流电压、工频
交流电压和持续时间为毫秒
级的操作过电压、微秒级的 雷电过电压、纳秒级的核致 电磁脉冲等。
20世纪以来，随着电能应用的日益广
泛，电力系统所覆盖的范围越来越大，传 输的电能也越来越多，这就要求电力系统
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； 高电压试验在高电压工程中起着重要的作用。
P 3U cos 2 2 P P ∝ U 22 S
; R=
S S
R：导线电阻 ：导线电阻率
：导线长度
S：导线截面积 P：传输功率 U：线路电压
提高电压等级可以实现大功率、远距离的输送电力
提高电压的效果 例如：输送750万千伏安容量的电力
345KV电压等级
• 降低线路损耗 1200KV电压等级 需：仅用一条单回线 走廊宽度为 91.5 m • 提高输送功率 即：可提高单位走廊宽度输送容量 提高输送距离 • • 节省线路走廊
不同电压等级线损
需：七条双回线 走廊宽度为 221.5 m
不同电压等级传输能量曲线
输电电压与输送容量、输送距离的范围 输电电压（kV） 输送容量（MW） 输送距离（km）
110 220 330 500 750
10-20 100-500 200-800 1000-1500 2000-2500
50-150 100-300 200-600 150-850 500以上
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
中国高压直流输电技术发展综述
中国高压直流输电技术发展综述作者：文德斌吴广宁周利军来源：《科教导刊》2010年第03期摘要目前,采用传统的提高电压等级来传输电已经达到饱和趋势,要在未来提高输电效率,就必须采用高压直流输电。
它在远距离大容量输电和电力系统联网方面具有明显的优点。
高压直流输电在全国联网工程中起到重要的作用。
未来输电将主要采用这种技术。
关键词高压直流输电输电效率电力系统联网中图分类号:TM7文献标识码:A早期的输电采用的是直流输电,不需要经过换流。
伴随着交流发电机、变压器的发展,使得交流输电和交流电网发展迅速,并占据来统治地位。
但是直流输电仍然有交流不可以取代之处。
并随着远距离输电的发展,它所起到的作用无法替代。
目前,高压直流输电是解决高电压、大容量、远距离送电和电网互联的一个重要手段,应用越来越广泛。
1 高压直流输电的发展高压直流输电发展迅速,1954年,世界上第一个基于汞弧阀的高压直流输电系统在瑞典投入商业运行; 1984年,巴西伊泰普水电站建造了电压等级最高(€?00 kV)的高压直流输电工程。
我国的高压直流输电发展速度相对比较晚,不过发展速度迅速。
舟山直流输电工程是我国依靠自己的力量建设的第一项直流输电工程。
该工程为双极金属回路方式(€?00 kV、500A、100MW)。
1984年施工,在1987年调试并投入试运行,1989年正式投入商业运行。
随后葛洲坝-南桥€?00 kV、1200A、1200MW的大功率直流输电投运,该工程解决了葛洲坝电站远距离向华东上海地区的输电问题,又实现了华中和华东两大电网非同期联网,对我国高压直流输电水平的提高起到了促进作用,对当地的经济发展起到了重要的作用。
在20世纪初,我国相继建立了天生桥—广州、三峡—常州、贵州—广州等500 kV容量达3 000MW的直流输电工程。
此外,嵊泗直流输电工程是我国自行设计和建造的双极海底电缆直流工程,在2002年工程全部建成。
①截至到2006年止,国内外已经投产的高压直流输电系统已经达到90个。
华南理工大学高电压技术教学科研团队介绍
一、高电压试验大厅 2.实验室条件
工频：400kV/400kVA
直流：800kV/30mA
净空：15m×8m×7m
冲击：900kV/67.5kJ
2.实验室条件
二、介质阻挡放电实验室 同时观察电极间隙侧面和底面放电
二、介质阻挡放电实验室
华南理工大学高电压技术 教学科研团队介绍
珠海教学交流活动
郝艳捧（阳林 代） 2015.1
1.学科简介 2.实验室条件 3.主要研究工作 4.未来的发展设想
一、学科发展历史沿革
1.学科简介
➢ 1996年，挂靠电气工程一级学科，获硕士学位授权点。 ➢ 2003年，挂靠电气工程一级学科，获博士学位授权点。 ➢ 2006年，开始招收硕士研究生。 ➢ 2007年，挂靠电气工程一级学科，获批博士后流动站。 ➢ 2009年，开始招收博士研究生。 ➢ 2008年，设立高电压技术教学科研团队。 ➢ 2012年，挂靠电气工程一级学科，广东省重点学科。
2012级，电力系统模块的必修课；36学时增加到48学时
教学改革：
《高电压技术》主讲 “高电压绝缘”、“高电压试验技术” 《高电压技术》中的“电力系统过电压”作为选修课；
安排：
➢课程组课件建设 ➢课程组试题库建设 ➢学校本科生教研教改项目 ➢争取“学校精品课程项目”
20
4.未来的发展设想
➢ 筹划专业教材 1. 《高电压技术》 吴广宁，张冠军，刘刚 机械工业出版
Interference,Grounding and Soil Structure Analysis. （拟共建）
四、高电压环境气候多功能实验室
2.实验室条件
高电压技术吴广宁绪论
高电压技术吴广宁绪论在现代社会中，电力作为生产生活中不可或缺的能源之一，高电压技术的发展对于电力系统的稳定运行和电器设备的可靠工作起着至关重要的作用。
本文将从高电压技术的定义与概念、发展历程、应用领域以及前景展望等方面进行探讨，旨在深入了解高电压技术的基本知识并为其未来的发展提供一定的参考。
1. 高电压技术的定义与概念高电压技术是一门研究高电压的性质、应用和特点的学科，主要涉及高电压的产生、测量、传输和控制等方面。
高电压通常指的是1000伏或以上的电压水平，其特点是能够克服介质的击穿、电弧的产生和电器设备的可靠性等问题，使电力系统能够正常工作。
2. 高电压技术的发展历程高电压技术的发展经历了多个阶段，从最初的实验研究到今天的实际应用，不断推动了电力系统的进步和发展。
（1）早期研究阶段：19世纪末至20世纪初，科学家们开始对电力学进行深入研究，对高电压进行了一系列的实验和探索。
如法拉第对于高电压的研究成果为高电压技术的发展奠定了基础。
（2）电力系统建设阶段：20世纪20年代至50年代，随着电力系统的建设和扩张，高电压技术逐渐应用于电力传输和变电站等领域。
例如，交流输电的出现极大地推动了高电压技术的发展。
（3）现代化阶段：20世纪60年代至今，随着电力系统的现代化和技术的不断发展，高电压技术得到了广泛的应用和研究。
如现代高压输电技术、高电压直流输电技术以及高压断路器等设备的研发应用，为电力系统的降低损耗和提高效率作出了重要贡献。
3. 高电压技术的应用领域高电压技术的应用领域非常广泛，涵盖了电力系统、电力设备、电力工程等多个领域。
以下是其中几个重要的应用领域：（1）电力传输与配电：高电压技术在电力传输与配电方面发挥着重要的作用，例如高压输电、变电站等，能够有效地将电能从发电厂传输到用户的终端，满足不同地区和不同规模的用电需求。
（2）电器设备与绝缘材料：高电压技术在电器设备与绝缘材料方面的应用，如高压变压器、高压开关和电力电容器等，能够保证电器设备的安全可靠工作，提高设备的使用寿命。
高电压技术吴广宁电子教案
高电压技术吴广宁电子教案《高电压技术（第二版）吴广宁电子教案》是一本介绍高电压技术的教材，主要涵盖了高电压技术的理论和实践内容。
以下是对该教材的一个详细介绍：该教材分为六个章节，包括高电压技术的基本概念、高电压绝缘技术、高电压测量与控制技术、高电压设备与装置、高电压研究与应用以及高电压技术的安全与环保。
每一章节都有详细的教学目标和教学内容，帮助学生全面了解和掌握高电压技术的知识。
在第一章节中，教材介绍了高电压技术的基本概念，包括高电压的定义、高电压系统的分类和高电压技术的应用领域等。
通过学习这些基本概念，学生可以对高电压技术有一个整体的认识。
在第二章节中，教材介绍了高电压绝缘技术，包括绝缘材料的性质、电场分析和绝缘结构的设计等内容。
这些内容对于高电压设备的绝缘设计和绝缘性能的评估具有重要意义。
在第三章节中，教材介绍了高电压测量与控制技术，包括高电压测量的原理和方法、高电压的控制技术以及高电压试验技术等。
这些内容对于高电压设备的运行和维护具有重要作用。
在第四章节中，教材介绍了高电压设备与装置，包括电力变压器、断路器、避雷装置和绝缘子等高电压设备的结构、原理和应用。
通过学习这些内容，学生可以了解和熟悉各种高电压设备的特点和工作原理。
在第五章节中，教材介绍了高电压研究与应用，包括高电压领域的前沿研究和高电压技术的应用案例等。
学生通过学习这些内容，可以了解到高电压技术的最新进展和应用前景。
在最后一个章节中，教材介绍了高电压技术的安全与环保问题，包括高电压设备的安全操作和环保要求等内容。
这些内容对于学生在实践中正确使用高电压设备和保护环境具有重要意义。
总之，该教材全面系统地介绍了高电压技术的知识和应用，可以作为高校电气工程及相关专业的教材，也可供工程技术人员学习和参考。
通过学习这本教材，学生可以全面了解高电压技术的基本理论、应用领域和实践方法，为今后从事相关领域的工作打下坚实的基础。
高电压技术课后答案(吴广宁)
1 气体的绝缘特性与介质的电气强度1—1气体放电过程中产生带电质点最重要的方式是什么，为什么？1-2简要论述汤逊放电理论。
1—3为什么棒－板间隙中棒为正极性时电晕起始电压比负极性时略高?1—4雷电冲击电压的标准波形的波前和波长时间是如何确定的？1-5操作冲击放电电压的特点是什么？1—6影响套管沿面闪络电压的主要因素有哪些？1—7具有强垂直分量时的沿面放电和具有弱垂直分量时的沿面放电，哪个对于绝缘的危害比较大，为什么?1—8某距离4m的棒-极间隙.在夏季某日干球温度=30℃,湿球温度=25℃，气压=99。
8kPa 的大气条件下，问其正极性50%操作冲击击穿电压为多少kV？(空气相对密度=0。
95）1—9某母线支柱绝缘子拟用于海拔4500m的高原地区的35kV变电站,问平原地区的制造厂在标准参考大气条件下进行1min工频耐受电压试验时,其试验电压应为多少kV？1—1气体放电过程中产生带电质点最重要的方式是什么,为什么？答: 碰撞电离是气体放电过程中产生带电质点最重要的方式。
这是因为电子体积小,其自由行程(两次碰撞间质点经过的距离)比离子大得多，所以在电场中获得的动能比离子大得多.其次．由于电子的质量远小于原子或分子,因此当电子的动能不足以使中性质点电离时，电子会遭到弹射而几乎不损失其动能;而离子因其质量与被碰撞的中性质点相近，每次碰撞都会使其速度减小，影响其动能的积累.1—2简要论述汤逊放电理论.答: 设外界光电离因素在阴极表面产生了一个自由电子，此电子到达阳极表面时由于α过程,电子总数增至d e α个。
假设每次电离撞出一个正离子,故电极空间共有（d e α－1)个正离子。
这些正离子在电场作用下向阴极运动，并撞击阴极．按照系数γ的定义,此（d eα－1)个正离子在到达阴极表面时可撞出γ（d e α－1）个新电子，则（d e α—1）个正离子撞击阴极表面时，至少能从阴极表面释放出一个有效电子，以弥补原来那个产生电子崩并进入阳极的电子，则放电达到自持放电。
电气设备状态监测 教学大纲
电气设备状态监测一、课程说明课程编号：090431Z10课程名称：电气设备状态监测/ Electrical EquipmentConditionMonitoring课程类别：专业课学时/学分：32/2先修课程：《电机学》、《人工智能》，《高电压技术》适用专业：电气工程及其自动化、电气工程卓越工程师教材、教学参考书：1.朱德恒等主编，电气设备状态监测与故障诊断技术，北京：中国电力出版社，2009年。
2．吴广宁主编，电气设备状态监测的理论与实践，北京：清华大学出版社,2005年。
3．王致杰等主编，电力设备状态监测与故障诊断，上海:上海交通大学出版社，2012年。
二、课程设置的目的意义电气设备状态监测课程是电气工程及其自动化等专业的一门专业选修课。
课程设置的目的是通过介绍一些电介质的基本理论、电气设备的绝缘材料和结构以及电气绝缘的监测诊断技术等，学生能够明白气体、液体、固体电介质的极化、电导、损耗、老化及击穿的机理，进一步熟悉电气设备的绝缘材料、结构及其绝缘检测方法，电气设备状态检测的传感器系统、信号处理技术、故障诊断方法及电气设备寿命的综合管理。
通过学习使学生掌握电气设备在线监测和故障诊断的一些基本原理及方法，熟悉主要的高压电气设备在线检测技术和故障诊断技术，为今后的电气工程课程设计和实习实践等打下基础，为学生从事电气设备设计、制造、运行等方面的工作准备必要的基础知识。
三、课程的基本要求知识：掌握与电气设备运行状态有关的材料的电气特性和结构特点，电气设备状态监测的基本原理与方法，了解各种电介质的基本电气特性，了解高压电气设备的材料、结构特点及其状态监测方法，各种电气绝缘状态监测用的专用传感器技术、信号处理技术、故障检测及诊断方法，了解延长电气设备使用寿命的综合管理方法。
了解电气设备运行维护、检修的基本方式、特点和发展趋势。
掌握电气设备在线监测和故障诊断的基本原理及方法，了解传感器技术与监测系统，熟悉主要高压电力设备的在线监测技术和故障诊断技术阐述该课程所承载的知识、能力和素质培养的具体要求，课程内容的基本要求：能力：从应用的角度掌握电气设备状态监测的方法和诊断技术，将学到个各种基本原理用于解决电气设备的状态检测及其诊断的工程问题；能从材料的角度，电气特性，结合信息获取与传输处理技术方面，对电气设备的状态监测进行分析，培养解决复杂工程问题的能力；掌握最基本的电气设备转台监测系统设计理念，针对具体问题提出有效的解决方案，提高电气设备的故障诊断能力；在化学与材料学科的交叉知识的讨论中培养创新意识，提高分析、发现、研究和解决问题的能力；素质：具备电气设备状态监测、状态分析、故障诊断的基本素质，通过课程中的分析讨论培养分析沟通交流素质，提高分析问题解决问题的能力。
高电压课件(吴广宁)6
复习题l-l气体中带电质点的产生和消失有哪些主要方式？l-2什么叫自持放电？简述汤逊理论自持放电条件的物理意义。
1-3汤逊理论与流注理论的主要区别在哪里？它们各自的适用范围？1-4根据巴申定律，解释在工程上采用真空或高气压增强空气介电强度的原理。
1-5极不均匀电场中的放电有何特点？比较棒一板气隙极性不同时电晕起始电压和击穿电压的高低，简述其理由。
1-6试用经验公式估算极间距离d=2cm的均匀电场气隙，在标准大气条件下的平均击穿场强E b。
l-7请说明冲击电压下间隙的u50%、伏秒特性的物理意义l-8试解释沿面闪络电压明显低于纯空气间隙的击穿电压的原因。
1-9影响气体间隙击穿电压的因素有哪些？1-10在气压P=100.6kp a，温度t=33℃的条件下测得一气隙的击穿电压峰值为108kV，试近似求取该气隙在标准大气条件下的击穿电压值。
l-11某110kV电气设备的外绝缘应有的工频耐压水平(有效值)为260kV，如该设备将安装到海拔3000m的地方运行，间出厂时(工厂位于平原地区)的试验电压应增大到多少？l-12 提高气体间隙击穿电压的途径有几种?有哪些主要措施?l-l 3在均匀电场气隙中放置屏障能提高击穿电压吗？为什么？l-14当空气的湿度增大时，在极不均匀电场中纯空气间隙的放电电压提高，而绝缘子的沿面放电电压却降低，为什么？l-l5怎样提高固体介质的沿面闪络电压？1-16 解释下列术语：（1）气体中的自持放电（2）电负性气体（3）放电时延（4）50%冲击放电电压（5）爬电比距1-17 简述绝缘子污闪的发展机理和预防对策1-18 为什么SF6气体具有较高的电气强度？何为GIS设备？1-19输电线路电晕会带来哪些不利影响？1-20什么是绝缘子的干闪络电压？什么是绝缘子的湿闪络电压？1-21什么条件下绝缘子发生污秽闪络？绝缘子污闪对电力系统造成哪些不利影响？2-1说明电介质电导与金属电导的本质区别？2-2为什么测量高压电气设备绝缘电阻时．需同时记录温度？2-3何为电介质的吸收现象？在什么条件下出现吸收现象，有什么实际意义？2-4某些电容量较大的设备如电容器、长电缆等，加直流高压后其接地放电时间要求长达5～10min，这是为什么?2-5什么是电介质损耗？为什么可以用介质损耗因数tanδ来判断电介质的品质，试说明其与电源频率、温度和电压的关系。
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对于图 1-11所示的击穿电压(峰值)实验曲线，可用 以下经验公式表示：
Ub 24.22d 6.08 d kV
(1-34)
式中 d－间隙距离，cm；
－空气相对密度
从图 1-11 中可以得出，当d 在1～10cm范围内时，击
穿强度 E（b 用电压峰值表示）约等于30kV/cm。
2、稍不均匀电场中的击穿
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1.2.1 持续作用电压下的击穿
1、均匀电场中的击穿
实际中，大均匀 电场间隙要求电极尺 寸做得很大。因此， 对于均匀场间隙，通 常只有间隙长度不大 时的击穿数据，如图 1-11所示。
图1-11 均匀电场中空气间隙的击穿电压峰值 Ub 随间隙距离d的变化
均匀电场的击穿特性：
➢电极布置对称，无击穿的极性效应； ➢间隙中各处电场强度相等，击穿所需时间极短； ➢直流击穿电压、工频击穿电压峰值以及50％冲击 击穿电压相同； ➢击穿电压的分散性很小。
1.2 气体介质的电气强度
实际工程应用中，击穿电压的确定 方式如下：
➢参照一些典型电极的击穿电压来 选择绝缘距离；
➢根据实际电极布置情况，通过实 验来确定。
空气间隙放电电压的影响因素如下：
➢电场情况 ➢电压形式 ➢大气条件
本节内容
1.2.1 持续作用电压下的击穿 1.2.2 雷电冲击电压下的击穿 1.2.3 操作冲击电压下空气的绝缘特性 1.2.4 大气条件对气体击穿的影响 1.2.5 提高气体击穿电压的措施
雷电过电压是一种持续时间极短的脉冲电压，在 这种电压作用下绝缘的击穿具有与稳态电压下击穿 不同的特点。
1、雷电冲击电压的标准波形
雷电能对地面设备造成危害的主要是云地闪。 按雷电发展的方向可分为： ➢下行雷
在雷云中产生并向大地发展； ➢上行雷
由接地物体顶部激发，并向雷云方向发展。
下行负极性雷通常可分为3个主要阶段：
余光放电：主放电完成后，云中的剩余电荷 沿着雷电通道继续流向大地，这时在展开照片上 看到的是一片模糊发光的部分，相应的电流是逐 渐衰减的，约为 103 ~ 101 A，延续时间约为几毫 秒。
上述3个阶段组成下行负雷的第一个分量。
通常，雷电放电并未结束，随后还有几个(甚至十 几个)后续分量。每个后续分量也是由重新使雷电通道 充电的先导阶段、使通道放电的主放电阶段和余光放 电阶段组成。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的过电压、电动力、电磁脉冲和 爆破力的主要因素。而在余光阶段中流过较长时间的 电流则是造成雷电热效应的重要因素。
Em
a
达临界场强
x
E0时，U 达到
击穿电压Ub ，从而
Ub E0 d / f
(1-36)
下面给出几种典型的电极结构:
图1-12 几种典型电极结构示意图 1、同心球 2、球－平板 3、球－球 4、同轴圆柱 5、圆柱－平板 6、圆柱－圆柱 7、曲面－平面 8、曲面－曲面
球－板电极
E0 27.7 (1 0.337/ r )
(1-53) (1-54)
(1-55) (1-56)
球－球电极
E0 27.7 (1 0.337/ r )
Ud
Emax
0.9
d
(1
) 2r
(1-57) (1-58)
f 0.9(1 d ) 2r
d U c E0 0.9(1 d / 2r)
(1-59)
(1-60)
另外，对于某些不太好根据经验公式求的电场结 构，也可以用 E0＝30kV/cm进行大致估算，则间隙击 穿电压 Ub 为
(1-37)
Emax
0.9U
rd rd
0.9 U d
(1
d) r
(1-38)
f 0.9 1 d /r
(1-39)
Uc
E0
dr 0.9(d
r)
(1-40)
柱—板电极
E0 30.3 (1 0.298/ r )
(1-41)
Emax
0.9U r ln( d
r)
r
(1-42)
f
0.9d r ln( d r )
➢先导过程 ➢主放电过程 ➢余光放电过程
先导过程：延续约几毫秒，以逐级发展、 高电导、高温的、具有极高电位的先导通道将 雷云到大地之间的气隙击穿。沿先导通道分布 着电荷，其数量达几库仑。
主放电过程：当下行先导和大地短接时， 发生先导通道放电的过渡过程。在主放电过程 中，通道产生突发的亮光，发出巨大的声响， 沿着雷电通道流过幅值很大、延续时间为近百 微秒的冲击电流。
稍不均匀电场的击穿特点：
➢击穿前无电晕； ➢无明显的极性效应； ➢直流击穿电压、工频击穿电压峰值及 50％冲击击穿电压几乎一致。
稍不均匀电场的击穿电压通常可以根据起始场强 经验公式进行估算
U Emax d / f
(1-35)
f 取决于电极布置，可用静电场计算的方法或电 解槽实验的方法求得。
对于稍不均匀场，当
r
(1-43)
r ln( d r )
Uc E0
r 0.9
(1-44)
平行圆柱电极
E0 30.3 (1 0.298/ r )
(1-45)
Emax
2r
0.9U ln( d
2r
)
2r
(1-46)
f 0.9d 2r ln( d 2r ) 2r
(1-47)
d 2r
2r ln(
)
Uc E0
2r 0.9
(1-48)
同轴圆柱电极
E0 31.5 (1 0.305/ r ) (1-49)
Emax
r
U ln(R /
r)
(1-50)
f Rr r ln(R / r)
(1-51)
Uc
R E0r ln( r )
(1-52)
同心球电极
E0 24 (11/ r )
Emax
RU r(R
r)Βιβλιοθήκη f R/r(R r)r Uc E0 R
当间隙距离很大时，平均击穿场强明显降 低，即击穿电压不再随间隙距离的增大而线性 增加，呈现出饱和现象。
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1.2.2 雷电冲击电压下的击穿
大气中雷电产生的过电压对高压电气设备绝缘 会产生重大威胁。因此在电力系统中，一方面应采 取措施限制大气过电压，另一方面应保证高压电气 设备能耐受一定水平的雷电过电压。
U b 30d / f
(1-61)
3、极不均匀电场中的击穿
极不均匀场的击穿特性：
➢电场不均匀程度对击穿电压的影响减弱； ➢极间距离对击穿电压的影响增大； ➢在直流电压中，直流击穿电压的极性效应非 常明显；
➢工频电压下，击穿都发生在正半周峰值附近。
当间隙距离不大时，击穿电压基本上与间 隙距离呈线性上升的关系；