高电压技术发展回顾与展望40页PPT
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高电压技术发展的回顾与展望
－战时的高压输电线路是影响供电可靠性的一个薄弱 环节
2021/6/16
18
6. 分布式发电不可能取代远距离大容量输 电
风力发电: 是新的可再生能源发电技术中最成熟的,单 机容量已从数百kW发展到MW级,但目前最大的单机 容量也仅5MW (火力发电的超超临界机组的最大单机 容量为1.3GW)
燃料电池: 已商品化的单个装置容量为200kW(磷酸型), 正在研究开发的熔融碳酸盐型和固体氧化物 型可达到 数MW及更大的容量, 其普及应用至少还需要5~10年
灵活交流输电系统(Flexible AC Transmission System, 简称FACTS)是指装有电力电子型或其他静止型控制 器以加强系统可控性和增大传输能力的输电系统
FACTS的概念是20世纪80年代末提出来的, 但有些 FACTS的装置, 如静止型无功补偿器(Static Var Compensator, 简称SVC)早已在系统中应用(我国1981 年投运的第一条500kV线路末端的凤凰山变电站就装 有SVC)
(2) 1999年瑞典投运长70km , V=±80kV , P=3MW的 HVDC Light线路
(3) 目前澳大利亚、丹麦和美国等国都有HVDC Light 线路在运行
2021/6/16
(2) 线路走廊减小
昌平-房山500kV紧凑线路长83km, 于1999年11月投运 (线路走廊从24.6m减少到6.7m, 自然功率提高34%)
绝缘设计不同于一般线路(一般线路采用4根截面为 400mm2的4分裂导线, 此紧凑线路为6根截面为240mm2 的6分裂导线)
2021/6/16
27
3. 灵活交流输电系统
后，罗马地区才恢复停电 目前世界各国已开始重新关注电力系统的发展
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6. 分布式发电不可能取代远距离大容量输 电
风力发电: 是新的可再生能源发电技术中最成熟的,单 机容量已从数百kW发展到MW级,但目前最大的单机 容量也仅5MW (火力发电的超超临界机组的最大单机 容量为1.3GW)
燃料电池: 已商品化的单个装置容量为200kW(磷酸型), 正在研究开发的熔融碳酸盐型和固体氧化物 型可达到 数MW及更大的容量, 其普及应用至少还需要5~10年
灵活交流输电系统(Flexible AC Transmission System, 简称FACTS)是指装有电力电子型或其他静止型控制 器以加强系统可控性和增大传输能力的输电系统
FACTS的概念是20世纪80年代末提出来的, 但有些 FACTS的装置, 如静止型无功补偿器(Static Var Compensator, 简称SVC)早已在系统中应用(我国1981 年投运的第一条500kV线路末端的凤凰山变电站就装 有SVC)
(2) 1999年瑞典投运长70km , V=±80kV , P=3MW的 HVDC Light线路
(3) 目前澳大利亚、丹麦和美国等国都有HVDC Light 线路在运行
2021/6/16
(2) 线路走廊减小
昌平-房山500kV紧凑线路长83km, 于1999年11月投运 (线路走廊从24.6m减少到6.7m, 自然功率提高34%)
绝缘设计不同于一般线路(一般线路采用4根截面为 400mm2的4分裂导线, 此紧凑线路为6根截面为240mm2 的6分裂导线)
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3. 灵活交流输电系统
后，罗马地区才恢复停电 目前世界各国已开始重新关注电力系统的发展
高电压技术概要.pptx
第6页/共84页
➢额定电压高而容量不大
试验变压器高压侧电流 I 和额定容量 P 都主要取决于被试
品的电容。
I 2fCU 10 3 （5-1） P 2fCU 2 10 3 （5-2）
第7页/共84页
➢ 外观上的特点：油箱本体不大而其高压套管又长又大。 单套管式试验变压器：额定电压一般不超过 250～300kV 双套管式试验变压器：最高额定电压达750kV
第29页/共84页
串级装置的充电 过程可利用图5-9 所示的直流电源E和+E经切换开关 S给各台电容器充 电的过程来加以 说明。
第30页/共84页
二、直流高电压试验的特点和应用范围 特点：
➢ 只有微安级泄漏电流，试验设备的容量较小。 ➢ 试验时可同时测量泄漏电流，由所得得“电压－电
流”曲线能有效地显示绝缘内部的集中性缺陷或受潮。
第55页/共84页
（二） 衰减振荡波
采用图5-25中IEC所推荐的一种操作波发生装置。
第56页/共84页
三、绝缘的冲击高压试验方法
电气设备内绝缘的雷电冲击耐压试验采用三次冲击法， 即对被试品施加三次正极性和三次负极性雷电冲击试验电 压。（1.2/50 μS全波）。 对变压器和电抗器类设备的内绝缘，还要进行雷电冲 击截波（1.2/2～5 μS )耐压试验。 ➢ 内绝缘冲击全波耐压试验应在被试品上并联球隙，并将 它的放电电压整定得比试验电压高15％～20％。
第54页/共84页
（一）非周期性双指数冲击长波
➢ 国家标准规定的标准波形为250/2500μs。应注意一下两 个问题：
（1） 为大大拉长波前，又使发生器的利用系数降低不是 很多，需采用高效率回路。 （2） 计算操作波回路参数时，不能用前面介绍的雷电波 时的近似计算法来计算操作波回路参数；要考虑充电电阻 R对波形和发生器效率的影响。
➢额定电压高而容量不大
试验变压器高压侧电流 I 和额定容量 P 都主要取决于被试
品的电容。
I 2fCU 10 3 （5-1） P 2fCU 2 10 3 （5-2）
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➢ 外观上的特点：油箱本体不大而其高压套管又长又大。 单套管式试验变压器：额定电压一般不超过 250～300kV 双套管式试验变压器：最高额定电压达750kV
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串级装置的充电 过程可利用图5-9 所示的直流电源E和+E经切换开关 S给各台电容器充 电的过程来加以 说明。
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二、直流高电压试验的特点和应用范围 特点：
➢ 只有微安级泄漏电流，试验设备的容量较小。 ➢ 试验时可同时测量泄漏电流，由所得得“电压－电
流”曲线能有效地显示绝缘内部的集中性缺陷或受潮。
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（二） 衰减振荡波
采用图5-25中IEC所推荐的一种操作波发生装置。
第56页/共84页
三、绝缘的冲击高压试验方法
电气设备内绝缘的雷电冲击耐压试验采用三次冲击法， 即对被试品施加三次正极性和三次负极性雷电冲击试验电 压。（1.2/50 μS全波）。 对变压器和电抗器类设备的内绝缘，还要进行雷电冲 击截波（1.2/2～5 μS )耐压试验。 ➢ 内绝缘冲击全波耐压试验应在被试品上并联球隙，并将 它的放电电压整定得比试验电压高15％～20％。
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（一）非周期性双指数冲击长波
➢ 国家标准规定的标准波形为250/2500μs。应注意一下两 个问题：
（1） 为大大拉长波前，又使发生器的利用系数降低不是 很多，需采用高效率回路。 （2） 计算操作波回路参数时，不能用前面介绍的雷电波 时的近似计算法来计算操作波回路参数；要考虑充电电阻 R对波形和发生器效率的影响。
高电压技术前言及PPT课件
ν:光的频率
-
15
热游离 气体在热状态下引起的游离过程称为热游离
产生热游离的条件：
3 2
KT
Wi
K:波茨曼常数
T:绝对温度
-
16
金属表面游离
电子从金属电极表面逸出来的过程 称为表面游离
-
17
(4)去游离 a.扩散 带电质点从高浓度区域向低浓度区域运动. b.复合 正离子与负离子相遇而互相中和还原成中性原子 c.附着效应 电子与原子碰撞时,电子附着原子形成负离子
自持放电条件可表达为:
(eS 1)1
-
23
(5)巴申定律 a.表达式:
UF f(PS)
P:气体压力 S:极间距离
-
24
b.均匀电场中几种气体的击穿电压与ps的关系
-
25
2.流注理论 (1).在ps乘积较大时,用汤逊理论无法解释的几种现象 a.击穿过程所需时间,实测值比理论值小10--100倍
负捧-----正板 低
间隙击穿电压
低
高
-
33
四.雷电冲击电压下气隙的击穿特性
1.标准波形
-
34
几个参数
波头时间T1：T1=(1.2 30%)μs 波长时间T2: T2=(50 20%) μs
标准波形通常用符号 1.2/50s 表示
-
35
2.放电时延 (1).间隙击穿要满足二个条件
a.一定的电压幅值 b.一定的电压作用时间
-
11
变压器相间绝 缘以气体作为绝 缘材料
-
12
2.带电质点的产生与消失
(1) 激发 原子在外界因素作用下,其电子跃迁到能量较高的状态
(2)游离 原子在外界因素作用下,使其一个或几个电子脱离原
高电技术总结1-5 174页PPT文档
转向极化（偶极弛豫极化）
需时较长，10-610-2 s；非弹性极 化、有损；影响因素：电场强度 （有关）；电源频率（有关）； 温度（温度较高时降低，低温段 随温度增加）
夹层介质界面极化（空间电荷极化）
带电质点移动；不均匀夹层介质中； 需时很长；非弹性极化、有损；影 响因素：场强（有关）; 电源频率 （低频下存在）; 温度（有关）； 介质的等值电容增大。
高电压技术
1
第3章 电介质的电气性能
2
电介质的电气性能
电介质电气性能的划分
极化特性：介电常数ε 损耗特性：介损tgδ 电气传导特性：载流子移动、高场强下的
电气传导机理等，电导G 或电阻 R 电气击穿特性：包括击穿机理、劣化、电
压--时间特性曲线（V–t ）等，击穿电压 UC 或击穿场强EC
r 和温度的关系相似单位体积中的分
子数与温度的关系（密度与温度）
极性电介质
如蓖麻油、氯化联苯等，r数值在26
范围内。还能用作绝缘介质
11
强极性电介质
如酒精、水等, r>10，其电导也
很大，不能用做绝缘材料。用作 电容器浸渍剂时，可使电容器的 比电容增大，但通常损耗都较大
电场的频率对极性液体电介质介电
工程用纯净液体电介质中,离子性 电导与电场强度的关系(分成两个 区域)
离子性电导随温度的升高而增加
AeBT
固体电介质的电导
中性分子电介质的电导主要是杂质离 子引起的，高温时，中性分子可能发 生分解产生自由离子，形成电导
纯 净 介 质 的 电 导 率 可 达 10-17~10-19 /Ω•cm
气体放电的主要形式
根据气体压力、电源功率、电极形状等因素的不 同，击穿后气体放电可具有多种不同形式。利 用放电管可以观察放电现象的变化
高电压技术课件ppt
总结词
高电压技术经历了多个阶段，从最初的直流输 电到现代的特高压交流输电，其技术水平和应用范围 不断得到提升和拓展。未来，随着新能源、智能电网 等领域的快速发展，高电压技术将继续向更高电压等 级、更远距离输电、更高效节能等方向发展。同时， 随着科技的不断进步，高电压技术还将与其他领域的 技术进行交叉融合，产生更多的创新应用。
应急预案制定
制定详细的高电压安全事故应急预案，明确应急组织、救援程序 和救援措施。
应急演练和培训
定期进行应急演练和培训，提高工作人员应对高电压安全事故的能 力和意识。
及时救援和处理
一旦发生高电压安全事故，应迅速启动应急预案，采取有效措施进 行救援和处理，以减少人员伤亡和财产损失。
06 实践案例分析
高电压设备的绝缘测试与维护
绝缘测试
为了确保高电压设备的安全运行，必 须定期进行绝缘测试。常见的绝缘测 试方法包括耐压测试、介质损耗测试 、局部放电测试等。
维护与检修
高电压设备的运行过程中，应定期进 行维护和检修，及时发现和处理设备 存在的隐患和缺陷，保证设备的正常 运行。
高电压的电磁场与电磁屏蔽
高电压技术在电力系统中的作用
总结词
高电压技术在电力系统中的作用
详细描述
高电压技术在电力系统中扮演着至关重要的角色。通过高压输电，可以大幅度提高输电效率，降低线损，减少能 源浪费。同时，高电压也是电力系统稳定运行的重要保障，能够有效地解决电力供需矛盾，保障电力系统的安全 稳定运行。
高电压技术的发展历程与趋势
某地区高电压输电线路的设计与优化
总结词
考虑地理环境、气象条件、线路长度等 因素，采用先进的输电技术，优化设计 高电压输电线路。
VS
详细描述
高电压技术(全套)PPT课件
17电介质极化种类及比较极化类型产生场合所需时间能量损耗产生原因电子式极化任何电介质10141015束缚电子运行轨道偏移离子式极化离子式结构电介质10121013几乎没有离子的相对偏移偶极子极化极性电介质1010102夹层极化多层介质的交界面101自由电荷的移动1812电介质的介电常数在真空中有关系式式子中e场强矢量d与e同向比例常数为真空的介电常数10854109880在介质中d与e同向为介质的相对介电常数它是没有量纲和单位的纯数
9
§1.0 电力系统的绝缘材料
绝缘的作用：
绝缘的作用是将电位不等的导体分隔开，使其没有电 气的联系并能保持不同的电位。
分类：
气体绝缘材料：空气，SF6气体等 固体绝缘材料：陶瓷，橡胶，玻璃，绝缘纸等 液体绝缘材料：变压器油 混合绝缘：电缆，变压器等设备
10
§1.1 电介质的极化
定义：电介质在电场作用下产生的束缚电荷的弹 性位移和偶极子的转向位移现象，称为电 介质的极化。
上述的三种极化是带电质
点的弹性位移或转向形成的， 而空间电荷极化的机理则与上 述三种完全不同，它是由带电 质点(电子或正、负离子)的移 动形成的。
最明显的空间电荷极化是 夹层极化。在实际的电气设备 中，如电缆、电容器、旋转电 机、变压器、互感器、电抗器 等的绝缘体，都是由多层电介
质组成的。
如图l-4所示，各层介质的电容分别为C1和C2；各层介质的电导分别为G1 和G2；直流电源电压为U。
26
(2)计算用等效电路（或简化等效电路）（从工程实际测量出发）
GeqR11k
2CP 2RP 1(CPRP)2
CeqCg
CP
1(CPRP)2
27
(3) 相量图
——介质损耗角 ——功率因数角
9
§1.0 电力系统的绝缘材料
绝缘的作用：
绝缘的作用是将电位不等的导体分隔开，使其没有电 气的联系并能保持不同的电位。
分类：
气体绝缘材料：空气，SF6气体等 固体绝缘材料：陶瓷，橡胶，玻璃，绝缘纸等 液体绝缘材料：变压器油 混合绝缘：电缆，变压器等设备
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§1.1 电介质的极化
定义：电介质在电场作用下产生的束缚电荷的弹 性位移和偶极子的转向位移现象，称为电 介质的极化。
上述的三种极化是带电质
点的弹性位移或转向形成的， 而空间电荷极化的机理则与上 述三种完全不同，它是由带电 质点(电子或正、负离子)的移 动形成的。
最明显的空间电荷极化是 夹层极化。在实际的电气设备 中，如电缆、电容器、旋转电 机、变压器、互感器、电抗器 等的绝缘体，都是由多层电介
质组成的。
如图l-4所示，各层介质的电容分别为C1和C2；各层介质的电导分别为G1 和G2；直流电源电压为U。
26
(2)计算用等效电路（或简化等效电路）（从工程实际测量出发）
GeqR11k
2CP 2RP 1(CPRP)2
CeqCg
CP
1(CPRP)2
27
(3) 相量图
——介质损耗角 ——功率因数角
高电压技术中小学PPT教学课件
3、扩散：带电粒子从浓度高的区域向浓度低的区域运动。 磁吹避雷器、空气断路器等都利用了这一点。
三、伏安特性曲线
伏安特性曲线：电介质在电场作用下， 流过电介质的电流与外加电压的关系曲线。
1、0—a段，启始带电粒子定向运动， 随着外加电压的加大，带电粒子的运 动速度越来越快，故电流在加大。
2、a—b段，单位时间内产生的带电 粒子全部投入运动，运动速度达到趋 引速度，没有新的带电粒子来源。 3、b—c段，产生碰撞游离，放电。 4、c点以后，自持放电。
流注从阳极向阴极发展，由于它的导电性能良好，其边缘又有子崩留下 的正电荷，因此大大加强了流注前方的电场，促使更多的新电子崩相继产 生并与之汇合，从而使流注不断向阴极发展。当流注发展到阴极后，整个 间隙就被导电良好的正负带电离子的混合通道所贯通，从而导致整个间隙 的击穿。
§1.2不均匀电场中气体的放电
2、分析：（针极为正、板极为负）针极附近产生 的电晕，带电粒子定向运动，正离子向板极运动， 由于速度慢，就在针极附近形成电荷积累区，使 未游离区的电场强度增大，而导致击穿电压降低。
试验数据
1、均匀电场的击穿场强为30kV/cm，极不均匀电场的平均 击穿场强为5 kV/cm。随着间隙距离的增大，击穿电压 随着增大，但击穿场强是随着降低的，因为击穿电压的 增加速度没有距离增加的速度快。
§1.3气隙在各种电压下的击穿特性
一、标准波形 为了检验绝缘耐受雷电冲击电 压的能力，在实验室中可以利 用冲击电压发生器产生冲击高 压，以模拟雷电放电引起的过 电压。为了使得到结果可以相 互比较，需规定标准波形。
我国国家标准规定的雷电冲击 电压标准波形为 T1=1.2us±30%，T2= 50±20%us， 通用符号为 1.2us/50us，直击雷的雷电波形 为10/350us，感应雷和传导雷 的雷电波形为8/20us。 。
三、伏安特性曲线
伏安特性曲线：电介质在电场作用下， 流过电介质的电流与外加电压的关系曲线。
1、0—a段，启始带电粒子定向运动， 随着外加电压的加大，带电粒子的运 动速度越来越快，故电流在加大。
2、a—b段，单位时间内产生的带电 粒子全部投入运动，运动速度达到趋 引速度，没有新的带电粒子来源。 3、b—c段，产生碰撞游离，放电。 4、c点以后，自持放电。
流注从阳极向阴极发展，由于它的导电性能良好，其边缘又有子崩留下 的正电荷，因此大大加强了流注前方的电场，促使更多的新电子崩相继产 生并与之汇合，从而使流注不断向阴极发展。当流注发展到阴极后，整个 间隙就被导电良好的正负带电离子的混合通道所贯通，从而导致整个间隙 的击穿。
§1.2不均匀电场中气体的放电
2、分析：（针极为正、板极为负）针极附近产生 的电晕，带电粒子定向运动，正离子向板极运动， 由于速度慢，就在针极附近形成电荷积累区，使 未游离区的电场强度增大，而导致击穿电压降低。
试验数据
1、均匀电场的击穿场强为30kV/cm，极不均匀电场的平均 击穿场强为5 kV/cm。随着间隙距离的增大，击穿电压 随着增大，但击穿场强是随着降低的，因为击穿电压的 增加速度没有距离增加的速度快。
§1.3气隙在各种电压下的击穿特性
一、标准波形 为了检验绝缘耐受雷电冲击电 压的能力，在实验室中可以利 用冲击电压发生器产生冲击高 压，以模拟雷电放电引起的过 电压。为了使得到结果可以相 互比较，需规定标准波形。
我国国家标准规定的雷电冲击 电压标准波形为 T1=1.2us±30%，T2= 50±20%us， 通用符号为 1.2us/50us，直击雷的雷电波形 为10/350us，感应雷和传导雷 的雷电波形为8/20us。 。
现代高电压技术-现状与展望
和雷电观测的基础上由H.Raether等人于40年代初首先提出 一种近似理论—streamer理论。 两种理论描述的是同一物理现象,但是有不同的表达形式和适 用范围,这说明或许能建立一种更完善的气体放电理论,它在 某种特定条件下,可简化为Townsend理论,而在另一种条件下 ,则可表现为Streamer理论。长期以来,对这一放电理论的研 究虽然已积累了大量的数据,但在理论上进展甚微。今后仍为 这一领域的前沿性课题。
人类对高电压现象的关注已有悠久的历史,但作为一 门独立的科学分支是本世纪初逐渐形成的。40年代 以后,由于电力系统输送容量的扩大,电压水平的增 高以及原子物理、技术物理等学科的进步,高电压和 绝缘技术加快了发展速度。60年代以来,受特高压、 超高压输电和新兴科学技术发展的推动,进展更加迅 速。到近代,已冲出了原有的传统范围,丰富了研究 内容,生长出许多新的分支,扩大了应用领域,现已成 为电工学科的一个重要组成部分。尽管如此,由于高 电压现象物理本质的复杂性,至今许多理论尚不成熟 。因此,在理论探讨方面,仍然是世人瞩目的课题。
(1)初始电子的产生:场致发射、外部射线的照射、光电发射 、局部放电等。
(2)二次电子的产生:在气体中或固体介质的表面上,离子碰撞 、电子碰撞、场致发射、光电发射和光电离等。
(3)电荷的扩散:电子的扩散、离子的扩散。 (4)不纯气作的产生:光子激发、碰撞激发、化学过程、局部
放电、场致分解、光分解等。 (5)电场修正;电极形状、介质常数、表面电荷、体电荷等。
高电压技术的研究范围
(2)如何得知由于随机干扰因素(电磁能量转换,雷击等)引起的 非正常过电压的特性和变化规律以便采取对策。通常,该值比 正常值高几倍甚至更高,对运行中的电力设备构成致命的威胁 ,严重时可一导致放电或击穿,造成停电和设备损坏。
人类对高电压现象的关注已有悠久的历史,但作为一 门独立的科学分支是本世纪初逐渐形成的。40年代 以后,由于电力系统输送容量的扩大,电压水平的增 高以及原子物理、技术物理等学科的进步,高电压和 绝缘技术加快了发展速度。60年代以来,受特高压、 超高压输电和新兴科学技术发展的推动,进展更加迅 速。到近代,已冲出了原有的传统范围,丰富了研究 内容,生长出许多新的分支,扩大了应用领域,现已成 为电工学科的一个重要组成部分。尽管如此,由于高 电压现象物理本质的复杂性,至今许多理论尚不成熟 。因此,在理论探讨方面,仍然是世人瞩目的课题。
(1)初始电子的产生:场致发射、外部射线的照射、光电发射 、局部放电等。
(2)二次电子的产生:在气体中或固体介质的表面上,离子碰撞 、电子碰撞、场致发射、光电发射和光电离等。
(3)电荷的扩散:电子的扩散、离子的扩散。 (4)不纯气作的产生:光子激发、碰撞激发、化学过程、局部
放电、场致分解、光分解等。 (5)电场修正;电极形状、介质常数、表面电荷、体电荷等。
高电压技术的研究范围
(2)如何得知由于随机干扰因素(电磁能量转换,雷击等)引起的 非正常过电压的特性和变化规律以便采取对策。通常,该值比 正常值高几倍甚至更高,对运行中的电力设备构成致命的威胁 ,严重时可一导致放电或击穿,造成停电和设备损坏。