《高电压工程基础(第2版)》实验4绝缘子串电压分布的测量
绝缘子的电位分布实验
绝缘子的电位分布实验一、绝缘子串电压分布规律每一个绝缘子就相当于一个电容器，因此一个绝缘子串就相当于由许多电容器组成的链形回路。
因为绝缘子的体积电阻和表面电阻较正常情况下（50Hz）的容抗大得多，所以一般将它看成串联的电容回路。
如果不考虑其他因素影响，由于每个绝缘子的电容量相等，因而在绝缘子串中，每一片绝缘子分担的电压是相同的。
但由于每个绝缘子的金属部分与杆塔（地）间、导线间均存在杂散电容（寄生电容），绝缘子串中每个绝缘子实际所分担的电压并不相同。
图11-1 绝缘子串的等值电路(a) 仅考虑金属部分对杆塔的电容(b) 仅考虑金属部分对导线的电容在图11-1（a）中，C为绝缘子本身的电容，Cz为其金属部分对杆塔的电容。
由于存在这种电容，当有电位差时，就有一个电流经Cz流入接地支路。
流经Cz的电流都分别要流经电容C，因此，愈靠近导线的电容C所流经的电流就愈大。
由于各绝缘子电容大致相等，则它们的容抗也大致相等，又由于靠近导线的绝缘子的电容电流较大，所以此处每片绝缘子上的电压降也就较大。
绝缘子串的电压分布如图11-2中的曲线1所示。
在图11-1（b）中，C为绝缘子本身的电容，Cd为其金属部分对导线的电容。
由于每个电容Cd两端均有电位差，因此就有电容电流流过，而且都必须经电容C到地构成回路，这样就使离导线愈远的绝缘子所流过的电流愈多，电压降也愈大。
绝缘子串的电压分布如图11-2的曲线2所示。
图11-2 绝缘子串的电压分布曲线1—仅考虑Cz作用；2—仅考虑Cd作用；3—考虑Cz、Cd两者同时作用由于绝缘子金属部分对导线的电容Cd比其对地电容Cz小，因而流过的电流也小，所以产生的压降就相对地较小。
实际的绝缘子串各个绝缘子上的电压分布应考虑两种电容的同时作用，即沿绝缘子串的电压分布应该由分别考虑Cz与Cd所得到的电压分布相叠加，如图11-2中的曲线3所示。
由图可见，沿绝缘子串的电压分布是极不均匀的，靠近导线的绝缘子电压降最大，离导线愈远的绝缘子两端压降愈小，当绝缘子靠近杆塔横担时，绝缘子电压降又升高。
电气设备绝缘的预防性试验
•当绝缘严重受潮或有贯穿 性导电通道时，绝缘电阻 达稳态值的所需时间大大 缩短，稳态电阻值降低， 吸收现象不明显，吸收比 接近于1。
•一般情况，K值不应小于1.3。
•高电压工程基础
•高电压工程基础
• 某些容量较大的电气设备，其吸收过程很长，吸收比K不 能充分反映绝缘吸收的全过程。引入另一指标极化指数P — 加 压10min时的绝缘电阻R10’与加压1min时的绝缘电阻R1’的比值 ：
• ia是由夹层极化(有损极化)产生的电 流，而夹层极化建立所需时间较长 ，所以较为缓慢地衰减到零，这部 分电流又称为吸收电流； Ig是不随 时间变化的恒定分量，称为电介质 的泄漏电流或电导电流。
•吸收曲线
•高电压工程基础
• 当绝缘受潮或有缺陷时，电流的吸收现象不明显，总电流 随时间下降较缓慢，而试品的绝缘电阻与电流成反比。因此， 根据I15/I60的变化，就可以初步判断绝缘的状况。
•双层介质的等值电路
•分界面上将积聚起一批多余的空间电荷，这就是夹层极化引起 的吸收电荷，电荷积聚过程所形成的电流称为吸收电流。
•这种在双层介质分界面上出现的电荷重新分配的过程，就是夹 层极化过程。 •由于夹层极化中有吸收电荷，故夹层极化相当于增大了整个电 介质的等值电容。
•高电压工程基础
• 由于这种极化涉及电荷的移动和积聚，必然伴随能量损耗 。由于电荷的积聚是通过介质的电导进行的，而介质的电导一 般很小，所以极化过程较慢，一般需要几分之一秒、几秒、几 分钟、甚至几小时，所以这种极化只有在直流和低频交流电压 下才能表现出来。
•高电压工程基础
•3、试验结果的分析判断
• 比较法：
➢ 将泄漏电流值与规程规定值比较； ➢ 将泄漏电流值与历史数据比较； ➢ 对发电机、变压器等重要设备，由电压—电流关系曲线结
《高电压工程基础(第2版)》大纲(40学时)
《高电压工程基础》教学大纲课程学时：40学时（讲授36+实践4）适用专业: 电气工程及其自动化先修课程：电路、发电厂电气主系统等教材:《高电压工程基础》（第二版），施围，邱毓昌，张乔根. 机械工业出版社，2014参考书 1. 《电气工程基础》，（第二版）王锡凡主编，西安交通大学出版社，20092. 《高电压绝缘技术》，严璋，中国电力出版社，20023. 《高电压工程》，梁曦东，清华大学出版社，2004一、课程的性质、目的及任务《高电压工程基础》是电气工程及其自动化专业一门重要的专业课程，该课程理论性和实践性并重，着重强调工程应用中的理论知识。
通过对本课程的学习，使学生掌握气体放电的基本理论、液体和固体电介质的电气特性，掌握电气设备绝缘试验的相关知识，以及电力系统过电压产生机理及抑制措施等基本知识，具有从事绝缘、高电压技术等领域的设计、安装、运行、试验，及研究工作的专业知识基础。
二、教学内容及基本要求第1章绪论（1）教学内容1.1 高压输电的必要性；1.2 我国电力工业的发展；1.3电力工业对高电压技术发展的促进作用；1.4 新材料和新技术在高电压技术中的应用；1.5 高电压技术在其他领域的应用。
（2）基本要求掌握我国输电线路电压等级的划分；掌握高压输电产生的背景及高压输电的必要性；掌握分裂导线的结构及优点；了解高电压技术在其他领域的应用；了解高电压技术中的新技术；了解我国电力工业的发展。
- 1 -第2章气体放电的基本物理过程（1）教学内容2.1 带电质点的产生与消失；2.2 放电的电子崩阶段；2.3 自持放电条件；2.4 不均匀电场中气体放电的特点。
（2）基本要求掌握气体中带电粒子的产生与消失；掌握气体的自持放电现象和流注放电理论、气隙的击穿特性及提高气体间隙抗电强度的方法；pd值较大和pd值较小时放电现象的异同，以及各自的自持放电条件；理解输电线上的电晕放电以及绝缘子表面的气体放电。
第3章气体间隙的击穿强度（1）教学内容3.1 稳态电压下的击穿；3. 2 雷电冲击电压下的击穿；3.3 操作冲击电压下的击穿；3.4大气密度和湿度对击穿的影响；3.5 SF6气体间隙中的击穿；3.6 提高气隙击穿电压的措施。
《高电压工程基础(第2版)》第10章习题答案
第10章习题10-1 输电线路防雷的基本措施是什么?线路避雷器为什么能提高线路的耐雷水平？（1）防止雷直击导线：沿线架设避雷线，有时还要装避雷针与其配合，在某些情况下可改用电缆线路；（2）防止雷击塔顶或避雷线后引起绝缘闪络：降低杆塔的接地电阻，增大耦合系数，适当加强线路绝缘，在个别杆塔上安装线路避雷器；（3）防止雷击闪络后转化为稳定的工频电弧：适当增加绝缘子片数，减少绝缘子串上工频电场强；电网中采用不接地或经消弧线圈接地方式；（4）防止线路中断供电：采用自动重合闸或双回路、环网供电等措施。
因为幅值很高的雷电波到来之后，避雷器动作，只要其残压低于绝缘子串的放电电压，绝缘子串就不会发生冲击闪络，当然就不会出现稳定的工频电弧，从而增加了线路的耐雷能力。
10-2 输电线路的耐雷水平、建弧率和雷击跳闸率各是什么含义。
耐雷水平：雷击线路绝缘不发生闪络所能承受的最大雷电流幅值。
建弧率：冲击闪络转化为稳定工频电弧的概率。
雷击跳闸率：折算为统一的条件下（100公里长线路、40个雷电日），由于雷击而引起的线路跳闸的次数。
10-3 35kV 及以下的输电线路为什么一般不采取全线架设避雷线的措施？对于35kV及以下电压等级线路，线路绝缘耐受雷电能力非常低，雷电即使落到输电线路附近地面（或附近物体）上，在线路上出现的感应过电压都会引起线路的闪络。
如采用全线架设避雷线，一定会增加杆塔的高度，势必引来更多的雷击到输电线路上，从而增加输电线路的雷击跳闸率，所以全线架设避雷线是没有好处的。
10-4 10-1 例中的220kV 线路若架设在山区，且杆塔冲击接地电阻R ch=15Ω，其余条件不变，求该线路的耐雷水平及雷击跳闸率。
解：（1）计算几何参数1）避雷线与导线的平均高度15.4m m 12324.233224.5m m 7321.2932=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-=-==⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-=-=b d dp b b bp f h h f h h 2）避雷线对外侧导线的耦合系数几何耦合系数0c K ，可用式（8-49）求出0c K =0.229 计及电晕后，耦合系数加大，由表8-1查出1c K =1.25， 则10 1.250.2290.286c c c K K K ==⨯=3）杆塔电感gt L塔型铁塔，一般杆身电感为0.5μH/m ，则 H 14.5H 1.295.0gt μμ=⨯=L（2）雷击塔顶时分流系数由表10-1查得 88.0g =β（3）雷击塔顶时的耐雷水平1I 由式（10-25）得 ()50%1g c 82kA 12.6 2.6gt dp ch U I L h R K β==⎡⎤⎛⎫++- ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦（4）雷电流超过1I 的概率由式（9-1）得%7.111=p（5）计算绕击耐雷水平2I 由式（10-8）得A I k 6.152=（6）雷电流超过2I 的概率由式（9-1）得 %5.662=p（7）击杆率g ，绕击率a p ，建弧率η由表10-2查得击杆率41g =；由式（10-16）得%51.0a =p ，由式（10-1）得80.0=η。
《高压电工程》教学课件—04电气设备绝缘试验
从上述分析可知，对单一介质绝缘或电容量较小的绝缘被试品，可以只测量 其绝缘电阻；而对电容量较大的绝缘被试品，不仅要测量其绝缘电阻，还要 测量其吸收比或极化指数。
4.1.1 绝缘电阻和泄漏电流测量
（2）试验设备与接线
绝缘电阻表（亦称兆欧表或摇表），它是测量设备绝 缘电阻的专用仪表，它的原理接线如右图所示。 G：手摇（或电动）直流发电机 N：测量机构，包括出在永磁磁场内的可动部分电压线 圈LV 和电流线圈LA
4.1.1 绝缘电阻和泄漏电流测量
右图为测量套管绝缘电阻的接线图。试验时将 端子E接于套管的法兰上，将端子L接于导电芯 上，G为屏蔽接线端子，用以消除绝缘被试品表 面泄漏电流的影响。可在导电芯附近的套管表 面缠上几匝裸铜丝（或加一金属屏蔽环），并 将它接到绝缘电阻表的屏蔽端子G上，此时由法 兰经套管表面的泄漏电流将经过G直接回到发电 机负极，而不经过电流线圈LA，这样测得的绝 缘电阻便消除了由于表面受潮对表面泄漏电流 的影响，保证了测量的准确性。
U
R2 R1 R2
而稳态电流将为电导电流
U Ig R1 R2
双层电介质等效电路
4.1.1 绝缘电阻和泄漏电流测量
由于存在吸收现象，U10 U1，U 20 U 2
即在t>0后一般有一个过渡过程，在这个过程中的层间电 压变化为
u1
U
R1
R1 R2
C2 C1 C2
R1 R1 R2
e-t
QS1型电桥反接线法
4.1.2 介质损耗角正切的测量
2. 测量tanδ的电磁干扰及抗干扰措施
测量过程中的电磁干扰包括静电干扰和磁干扰。静电干扰是一种电容性耦合干扰，其干扰源 为周围的高压带电物体，包括电桥的高压引线、附近具有高电位的设备等。高压干扰源通过 杂散电容对电桥各节点注入电流，从而使各个桥臂的电压发生变化，影响桥臂平衡，产生测 量误差。同时，电桥也处于交变磁场的影响中，桥路内将感应出干扰电动势，影响检流计偏 转，也将造成测量误差。
《高电压工程基础（第2版）》实验2绝缘电阻和吸收比的测量
《高电压工程基础（第2版）》实验2绝缘电阻和吸收比的测量实验二绝缘电阻与吸收比的测量一、实验目的1．了解兆欧表的原理，掌握兆欧表的使用方法；2．学习绝缘电阻、吸收比的测量方法，掌握利用吸收比分析绝缘状态的方法。
二、实验内容1．用兆欧表测量电缆的绝缘电阻及吸收比；2．利用兆欧表测量电缆的绝缘电阻，掌握利用吸收比分析绝缘状态的方法。
三、理论概述1．不均匀介质在直流电压作用下的吸收现象电气设备的绝缘常常由多种材料或多种电介质组成，即使是同一种介质组成的绝缘，在制造和运行过程中也会发生电气性能的变化，因此在工程上没有绝对均匀的介质。
为简化分析，用双层介质来分析不均匀介质极化的一般规律。
当给介质突然加上一个直流电压U，瞬间电压从零升为U，此时介质上的电压按电容分布，即U10/U20=C2/C1；到达稳态时，介质上的电压按电阻分布，即U1∞/U2∞=R1/R2。
电压初分布与稳态分布不一致，则在两层介质之间产生一个电荷重新分配的过程，C1和C2上有电荷的释放和吸收，这种现象叫做吸收现象。
以上过程又称为不均匀介质的夹层极化。
对于均匀介质，C1/C2=R1/R2，就没有上述的电荷重新分配过程。
工程上用的绝缘介质都有不同程度的不均匀，因此都存在不同程度的吸收过程。
2．绝缘电阻及吸收比一般规定：施加电压60秒钟后测得的数值为被试品的绝缘电阻。
当试品绝缘中存在贯通的集中性缺陷时，绝缘电阻往往明显下降，用兆欧表测量即可发现。
此外，还可以用绝缘电阻随时间的变化关系反映绝缘状况，通常用时间为60s和15s时所测的绝缘电阻之比来考察绝缘状况，这一比值又称为吸收比K，即K= R60/R15。
如果绝缘良好K 值要高于某个值。
经验表明，K值对于判断大容量电气设备的普遍受潮很有效，如发电机、变压器等；对于小容量的设备效果则不明显。
3．测量原理绝缘电阻及吸收比是专用兆欧表来测量的，兆欧表的内部由电源和测量机构组成。
电源输出电压（直流）分别为500V、1000V、2500V及5000V等。
发电厂升压站绝缘子串电压分布实测
发电厂升压站绝缘子串电压分布实测【摘要】交流电压作用下，由于绝缘子对杆塔和导线有杂散电容，绝缘子串电位分布不均匀，一般情况下导线端承受较高电压。
长期的高电压环境容易导致绝缘子污闪、起晕和劣化，对绝缘子的绝缘水平和电力系统的安全稳定可靠运行带来影响。
本文通过实测不同电压等级绝缘子串的电压分布，得到绝缘子串的电压分布规律，同时提出了针对电压分布情况的改进措施。
【关键词】升压站；绝缘子串；杂散电容引言绝缘子的绝缘水平对电力系统的安全稳定运行有很大的影响，而绝缘子通常都通过组合成绝缘子串进而运用到系统实际中。
近年来，由于绝缘子串的污闪造成的事故不容忽视，这往往是由于绝缘子串电压分布的不均匀导致。
因此研究绝缘子串电压分布的规律和影响因素对于电力系统意义重大，目前的研究也主要通过数值计算和实测两种途径来进行，这两种方法各有优点，而实测方法由于跟实际较为接近而更加具有实际意义。
1发电厂升压站绝缘子串特点1.1 绝缘子结构目前发电厂使用的绝缘子大多为悬式绝缘子，悬式绝缘子的组成部分包括：钢帽，钢脚，绝缘介质和填充料。
绝缘子的主体是介质，该介质在机械强度和电气强度方面必须满足线路或者升压站的要求，同时，绝缘介质必须在变化较为剧烈的大气条件下满足热机稳定性。
电瓷和钢化由于具有较好的上述特性从而成为工业中应用较为广泛的材料。
瓷质绝缘子表面均匀光亮瓷釉是由塑性粘土、石英砂和微晶花岗岩混合而成的。
瓷盘下表面有3～4个棱是为了增长闪络路径和泄露距离，为了在组成绝缘子串时悬式绝缘子的盘径最小且充分地利用空气放电距离，绝缘子的瓷盘直径和结构高度的比值一般分布在0.5～0.65范围之内。
悬式瓷绝缘子由高标号水泥作为其填充料，其膨胀系数需配合钢脚钢帽和绝缘元件。
绝缘子的钢帽和钢脚所使用的材料为高硅可铸铁和结构钢，钢帽的破坏强度需在0.4～0.6MPa之间，而钢脚的破坏强度要更大。
为了保证绝缘子的正常可靠安全运行，绝缘子需要有耐腐蚀性且钢脚承力面需带大弧度。
高电压设备测试试验之绝缘子绝缘特性
电压分布测量要求
01
接触网电压在绝缘子串上的电压分布，是从 带电侧到接地侧依此减小。因此，放电声音也 相对减弱。
当测量绝缘子串某一片绝缘子时，放电间隙 放电说明该片绝缘子电气性能合格，否则为不 合格。
线路绝缘子
带电检测-分布电场
线路绝缘子
带电检测-分布电场
瓷悬式绝缘子
线路绝缘子
绝缘子特性
复合绝缘子
绝缘子特性
钢化玻璃悬式绝缘子
绝缘子特性
性能
机械性能：拉伸负荷、弯曲负荷、扭转负荷 冷热性能：膨胀应力 老化性能：抗老化
绝缘子特性
材料
电瓷：无机材料，耐腐蚀，抗老化，具有足够的电气强 度和机械强度；脆，抗压强度比抗拉强度大得多；上釉 强度大。
钢化玻璃：电气和机械强度大于电瓷，输电线路钢化玻 璃绝缘子损坏后能“自爆”。
电压分布测量要求
05
测量绝缘子串电压分布时，应从接地侧依此向带电侧测量，当三片一组中有一片，四 片一组中有二片绝缘子无间隙放电时，即停止测量，以保证设备运行和测量人员的安全。
∆U
#10绝缘子（0MΩ）
沿串中绝缘子的 电压分布（220kv）
#4绝缘子（60MΩ）
完好 绝缘子
绝缘子编号
绝缘子ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ构
1
电压分布测量要求
05
测量绝缘子串电压分布时，应从接地侧依此向带电侧测量，当三片一组中有一片，四 片一组中有二片绝缘子无间隙放电时，即停止测量，以保证设备运行和测量人员的安全。
∆U
#10绝缘子（0MΩ）
沿串中绝缘子的 电压分布（220kv）
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实验四绝缘子串电压分布的测量
一、实验目的
1．验证绝缘子串电压分布不均匀现象；
2．了解改善绝缘子串电压分布的措施；
3．掌握绝缘子串电压分布的测量方法。
二、实验内容
1. 用“小球法”测量绝缘子串在无均压环时的电压分布；
2. 用“小球法”测量绝缘子串装有均压环时的电压分布。
（不同电压等级线路绝缘子串的绝缘子（以X-4.5为例）片数：≥14片/220kV；≥8片/110kV；≥4片/35kV。
X-4.5绝缘子单片耐压强度为56kV。
可根据各学校实验室现实情况，选取合适的绝缘子片数及小球（直径可选0.3-0.5cm）间距。
）
三、理论概述
在交流电压作用下，绝缘子串可以等效为电容的串联，由于杂散电容的存在且分布不均衡，使得各片绝缘子上流过的电容电流不相等，因而电压分布不均匀。
绝缘子串上绝缘子片数量越多，电压分布越不均匀。
通常当表面比较清洁时，绝缘本身的电容和杂散电容决定了这一电压分布，而当表面因污染而绝缘电阻下降时，则电压分布主要决定于表面的电导。
如果绝缘中某一部分因损坏而绝缘电阻急剧下降，则表明电压分布会有明显的改变。
因此测量绝缘表面的电压分布可以发现绝缘子绝缘的缺陷。
四、实验接线与实验方法
将一间隙距离固定不变的小球间隙S依次挂接在绝缘子串各片绝缘子片的两端，调节电源电压使小球间隙击穿，测量绝缘子串的总电压U i（为减小小球放电的分散性，针对每片绝缘子的测量重复三次，求取三次的平均值为U i）。
如果试验中保持小球的放电电压ΔU不变，那么对于由n片绝缘子构成的绝缘子串，
第i 片绝缘子上的电压承担率为
i i
U
U α∆=
并且有：1122n n U U U U ααα∆====……及1
1n
i i α==∑，
由上两式可以得到，111n
i i
U U =∆=
∑，故
111
i n
i i i
U U α==
∑
因此，可以得出整个绝缘子串的电压分布曲线。
给绝缘子串加装均压环，重复测量，比较均压环加装前后，电压分布的区别，验证均压环改善电压分布的作用。
五、试验记录与试验报告
试验过程中应记录时间、地点、气象条件，特别是气压、温度、湿度等。
将试验结果填入下列表格。
试验后完成试验报告，报告应包括试验目的、试验主要设备、接线、分析、结论等。
表2 加装均压环测量数据
六、实验注意事项
1．实验过程中为保证小球放电电压不变，应保证测量小球间隙距离不变，在挂接小球时应予以注意；
2．小球间隙距离不宜过大，以免所测绝缘子串总电压过高，从而出现电晕影响测量结果；
3．升压速度应基本相同且不宜太快，可以先进行几次预放电，待稳定后同一情况下测量三次并取平均值；
4．做高压试验时，必须由2人或2个以上人员参加，并明确做好分工，明确相互间的联系方法。
并有专人监护现场安全及观察试品的试验状态；
5．实验中发生事故或异常现象时，应立即切断电源，检查线路和设备。
当发生不幸的人身事故时，应立即采取措施进行急救。