河南理工大学高电压复习资料.docx

河南理工大学高电压复习资料.docx

《河南理工大学高电压复习资料.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《河南理工大学高电压复习资料.docx（15页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

河南理工大学高电压复习资料

名词解释

电介质：

在电场中能产生极化的物质通常条件下导电性能极差、在电力系统用作绝缘的材料。

极化：

在外加电场的作用下，电介质中的正、负电荷沿电场方向作有限位移或转向，形成偶极矩子的过程。

电介质的极化种类

电子式极化特点：

存在于一切电介质，极化所需时间短，不随频率变化；极化具有弹性，不损耗能量。

离子式极化特点：

存在于离子结构电介质中，极化所需时间短，极化具有弹性，无能量损耗；随温度升高而增大。

空间电荷极化特点：

存在于复合介质、不均匀介质中；极化过程很缓慢，只在直流和低频交流下表现出来；有能量损耗。

转向极化特点：

存在于极性电介质中，极化过程很缓慢，与电源频率有很大关系；有能量损耗。

电介质的电气特性参数：

介电常数ε:

反映电介质的极化能力

电导率γ（或电阻率ρ）：

反映电介质的电导

介质损耗角正切tgδ：

反映电介质的损耗

击穿场强E：

反映电介质的绝缘性能组合绝缘电场分布：

E∝1/εr

电介质电导与金属电导的本质区别是什么？

导电原因不同：

金属导电是自由电子的移动，电介质通常不导电，是在特殊情况下电离、化学分解或热分离出来的带电质点移动导致。

电导率不同：

金属导体γ很大，电介质中γ很小。

电导电流影响因素不同：

电介质中由离子数目决定，对所含杂质、温度敏感；金属中主要由外加电压决定，杂志温度不是主要因素。

电介质的电阻率具有负的温度系数；金属的电阻率具有正的温度系数。

电介质损耗：

任何电介质在电场作用下都有能量损耗，包括由电导引起的损耗和某些极化过程引起的损耗。

（极化损耗和电导损耗）

能否用介质损耗值P的大小来衡量介质的绝缘好坏？

不能。

应该用介质损耗因数tanσ是来衡量。

介质损耗因数tanσ是反映绝缘损耗的特征参数，它可以很灵敏地发现电气设备绝缘整体受潮、劣化变质以及小体积设备贯通和未贯通的局部缺陷。

影响介质损耗因数的参数：

温度，频率，外加电压

电力工程中常用的电介质：

空气、SF6气体、陶瓷，橡胶，玻璃，云母，绝缘纸

变压器油，聚乙烯，聚氯乙烯

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

某些电容量较大的设备经直流高电压试验后，其接地放电时间要求长达5-10分钟，为什么？

由于介质夹层极化，通常电器设备含多层介质，直流充电时由于空间电荷极化作用，电荷在介质夹层界面上堆积，初始状态时电容电荷与最终状态时不一致；接地放电时由于设备电容较大且设备的绝缘电阻也较大则放电时间常数较大，放电速度较慢，故放电时间要长达5-10分钟。

电离的主要形式：

碰撞电离：

气体介质中粒子相撞，撞击粒子传给被撞粒子能量，使其电离。

条件：

⑴撞击粒子的总能量＞被撞粒子的电离能⑵一定的相互作用的时间和条件，通过复杂的电磁力的相互作用达到两粒子间能量转换。

光电离:

在光照射下，将光子能量传给粒子，游离出自由电子。

必要条件：

光子的能量大于气体粒子的电离能。

热电离:

是热状态下碰撞电离和光电离的综合。

电极表面电离：

气体中的电子从金属电极表面游离出来。

气隙中带电粒子是如何形成的？

气体分子在外界因素作用下，发生电离而分解成电子和正离子。

气体放电的主要形式：

辉光放电，火花放电，电晕放电，刷状放电，电弧放电

电子崩：

外界电离因子在阴极附近产生了一个初始电子，如果空间电场强度足够大，该电子在向阳极运动时就会引起碰撞电离，产生一个新的电子，初始电子和新电子继续向阳极运动，又会引起新的碰撞电离，产生更多电子。

依此，电子将按照几何级数不断增多，类似雪崩似地发展，这种急剧增大的空间电子流被称为电子崩。

结论：

由于碰撞电离引起电子崩过程，导致气隙中电子数迅速增加。

流注：

正负离子构成的等离子体。

巴申定律：

当气体和电极材料一定时，气隙的击穿电压是气体的相对密度σ和距离d乘积的函数。

即Ud=f（σd）。

结论存在一个最小值，此时击穿电压最低。

d一定时：

压强减小，自由行程增大，碰撞次数减少，击穿电压增大

压强增大，自由行程减小，碰撞游离的可能性减小，击穿电压增大

P一定时：

间隙距离增大，气隙中的电场强度减小，必须增加外电压以维持放电所需的电场强度，击穿电压增大

间隙距离减小，当距离过小时，碰撞次数已减小到很小，击穿电压增大

汤逊放电理论和流注理论及其区别和适用范围

汤逊理论的基本观点：

电离的主要因素是空间碰撞电离；而正离子碰撞阴极导致的表面电离是自持放电的必要条件。

流注理论的基本观点：

流注一旦形成，放电以汤逊理论的碰撞电离为基础，强调空间电荷对电场的畸变作用，着重于空间光电离来解释放电的发展过程。

当电子崩的离子数达到10的8次方时，引起空间光电离转入自持。

适用范围

1.汤逊理论适用于低气压、短气隙的情况（pd<26.66kPa•cm）

2.流注理论适用于高气压、长气隙的情况（pd>>26.66kPa•cm）

自持放电：

撤除外界电离因素后，能仅由电场的作用而维持的放电.

非自持放电：

必须依靠外界电离因素的作用提供自由电子作为电子崩的初始电子，一旦外界电离因素停止发生作用，则放电中止.

极化效应：

在外电场作用下电介质表面出现电荷的现象叫做极化效应。

电晕放电：

极不均匀电场中，在外加电压下，小曲率半径电极附近的电场强度首先达到起始场强E0，在此局部区域先出现碰撞电离和电子崩，甚至出现流注，这种仅仅发生在强场区的局部放电称为电晕放电。

（高场强下的局部自持放电）

电晕的危害：

（1）有光、声、热效应造成能量损耗；

（2）产生的高频脉冲电流含有许多高次谐波，造成无线电干扰（高频干扰）

（3）使空气局部游离，产生的臭氧和氧化氮等会腐蚀金属设备（腐蚀作用）

（4）噪声污染。

限制措施：

改进电极形状，输电线路采用分裂导线，采用均压环

极性效应：

在极不均匀电场中，高场强电极的不同，空间电荷的极性也不同，对放电发展的影响也不同，这就造成了不同极性的高场强电极的电晕起始电压的不同，以及间隙击穿电压的不同，称为极性效应。

极不均匀电场中：

起晕电压：

正极性>负极性；击穿电压：

正极性<负极性

短间隙极不均匀电场中的放电过程（棒－板间隙）

正极性1非自持放电阶段

棒极附近强场区域内形成电子崩，电子崩头部的电子被棒极中和，在棒极附近空间留下许多正离子。

积聚起的正空间电荷，减少了紧贴棒极附近的电场，而略微加强了外部空间的电场，棒极附近难以造成流注，即电晕放电难以形成。

2流注发展阶段

电子崩进入棒电极，正电荷留在棒尖加强了前方的电场；

电场的加强对形成流注发展有利。

头部前方产生新电子崩，吸引进入流注头部正电荷区内，加强并延长流注通道；

流注及其头部的正电荷使强电场区向前移，促进流注通道进一步发展，逐渐向阴极推进，形成正流注。

负极性1非自持放电阶段

电子崩中电子离开强电场区后，难以再引起电离，正离子逐渐向棒极运动，在棒极附近出现了比较集中的正空间电荷，使电场畸变；

棒极附近的电场得到增强，因而自待放电条件就易于得到满足，易于转入流注而形成电晕放电。

2流注发展阶段

电子崩由强场区向弱场区发展，对电子崩发展不利。

棒极前的正电荷区消弱了前方（阳极方向）空间的电场，使流注发展不利。

等离子体层前方电场足够强后，发展新电子崩，形成了大量二次电子崩，汇集起来后使得等离子体层向阳极推进，形成负流注。

沿面放电：

沿着固体介质表面发展的气体放电现象；

沿面闪络：

沿面放电发展到跨接两级的贯穿性的空气击穿称为闪络。

影响污闪电压的因素：

污秽的性质和染污程度，湿润的方式，泄漏距离，外施电压的形式

防止绝缘子污闪的措施：

调整爬电比距（爬电比距是指外绝缘的爬电距离与系统最高工作电压之比）

定期或不定期的清扫，涂憎水性涂料，半导体釉绝缘子，新型合成绝缘子

提高沿面闪络放电电压的方法

途径：

均匀电场、增大爬电距离、抑制放电发生和发展

屏障，屏蔽，提高表面憎水性，消除绝缘体与电极接触面的缝隙，改变绝缘体表面局部区域的电阻率，强制固体介质表面的电位分布

完成气隙击穿的三个必备条件：

足够大的电场强度或足够高的电压。

在气隙中存在能引起电子崩并导致流注和主放电的有效电子。

需要一定的时间，让放电得以逐步发展并完成击穿。

击穿时间：

间隙从开始出现电压到完全击穿所需的时间，也称完全放电时间。

包括：

升压时间t0，统计时延ts，放电形成时延tf

静态击穿电压：

持续电压作用下，间隙的击穿电压

伏秒特性：

在同一波形，不同幅值的冲击电压作用下，气隙上出现的电压最大值和击穿时间的关系，称为该气隙的伏秒特性。

作用：

在绝缘配合中比较不同设备绝缘的冲击击穿特性具有重要的意义，如用作电压保护的设备（避雷器、间隙），则要求其伏秒特性尽可能平坦，并位于被保护的设备的伏秒特性以下，且二者永不相交，只有这样，保护设备才能做到保护可靠，被保护的设备才能免遭冲击过电压的侵害。

50%击穿电压：

在一定波形的冲击电压作用下，外加电压的幅值变化，导致间隙击穿概率为50％时的电压。

大气条件对气隙击穿电压的影响

提高气体间隙电气强度的方法

1、改变电极形状2、极不均匀电场中极间屏障的应用3、采用高气压

4、采用强电负性气体5、采用高真空

不同电场形式作用下的气隙击穿特性比较

均匀电场：

击穿电压分散性小，直流，工频交流，冲击电压作用下击穿电压基本相同

稍不均匀电场：

与均匀电厂相似，击穿电压分散性小，直流，工频交流，冲击电压作用下击穿电压基本相同；一旦出现自持放电，气隙即击穿，而不发生电晕现象；电场不对称时，虽然有极性效应，但不明显。

极不均匀电场：

在不同电压波形作用下，差异明显，分散性大。

在直流电压作用下：

电厂不对称时，极性效应明显；正极性（棒-板）气隙的击穿电压远低于负极性的击穿电压；而棒-棒气隙的极性效应不明显

在工频交流电压作用下：

除起始部分外，击穿电压与距离近似直线关系，但大气隙时击穿电压出现“饱和”趋势；“棒-板”气隙的击穿电压总是发生在棒极为正极的那半周的峰值附近；击穿电压与直流电压下正极性击穿电压相近

在冲击电压作用下：

当电压升到静态击穿电压时，击穿过程不一定立即发生，必须等到气隙出现一个能够引起电离过程并最终导致击穿的有效电子，即存在放电时延，所加冲击电压越高，放电时延越短。

在操作冲击电压作用下：

其击穿特性具有“U型曲线”特性和饱和特性；其击穿电压不仅远低于雷电冲击电压，有时在波前电压内比工频击穿电压还低；且其击穿电压和放电时间的分散性比雷电冲击电压要大得多。

提高气体介质电气强度的方法：

改善气隙中的电场分布：

改进电极形状，利用空间电荷，极不均匀电场中采用屏障

削弱和抑制气体介质中的电离过程：

采用高气压，采用强电负性气体，采用高真空

小桥击穿：

若杂质小桥接通电极，因小桥的电导大而导致泄露电流增大，发热会促使水分汽化，气泡扩大，发展下去也会出现气体小桥，使油隙发生击穿的现象，就是小桥击穿。

影响液体介质击穿电压因素：

杂志，温度，电场均匀程度，电压作用时间，压力

提高液体介质击穿电压的方法：

提高并保持油的品质：

过滤杂质、有机酸，祛气，防潮装置过滤器使正在运行的油不断净化

采用固体介质降低杂质的影响：

覆盖：

在金属电极上贴固体绝缘薄层，可阻断杂质小桥，油本身品质越差，电压作用时间越长，效果越好。

绝缘层：

当覆盖层厚度增大，本身承担一定电压时，成为绝缘层。

屏障：

放在电极间油间隙中的固体绝缘板；作用：

ａ．割断杂质小桥的形成ｂ．使另一侧油隙的电场变均匀；在极不均匀场中效果明显。

面积应足够大。

固体电介质的击穿形式：

电击穿：

在强电场下电介质内部电子剧烈运动，发生碰撞电离，破坏了固体介质的晶格结构，使电导增大而导致击穿。

热击穿：

由于固体介质内部热不稳定性造成。

电化学击穿：

固体介质在长期工作电压下，由于介质内部发生局部放电等原因，使绝缘劣化，电气强度逐渐下降并引起的击穿。

提高固体电介质击穿电压的方法

1）改进绝缘设计：

采用合理的绝缘结构；改进电极形状，使电场尽可能均匀；改善电极与绝缘体的接触状态，消除接触处的气隙

2）改进制造工艺：

清除杂质、水分、气泡；使介质尽可能致密均匀

3）改善运行条件：

注意防潮、防尘；加强散热

波的折射与反射

（1）线路末端开路：

α=2，β=1，末端电压加倍，电流变零

（2）线路末端接地：

α=1，β=-1末端电流加倍，电压变零

（3）线路末端接负载：

R=Z则α=1，β=0电压和电流都无反射

波阻抗与集中参数电阻本质上有什么不同？

1波阻抗表示同一方向的电压波与电流波的比值，电磁波通过波阻抗为Z的导线时，能量以电能、磁能的方式储存在周围介质中，而不是被消耗掉。

2若导线上前行波和反行波同时存在，则导线上总电压和总电流的比值不再等于波阻抗

3波阻抗Z的数值只取决于导线单位长度的电感和电容，与线路长度无关

4为了区别不同方向的流动波、波阻抗有正、负号

彼德逊法则内容使用条件

彼得逊法则能将分布参数电路的波过程计算，简化成集中参数电路的计算。

（1）波沿分布参数的线路入射；

（2）只适用于节点A之后的任何一条线路末端反射比未达到A点之前。

波通过电感和电容的规律

1）波经过串联电感或并联电容后，电流或电压不能突变

2）串联电感和并联电容的存在不会影响折射波的最后稳态值

串联电感和并联电容都可以用作过电压保护措施，它们能减小过电压波的波前陡度和降低极短过电压波（例如冲击截波）的幅值。

采用L会使u1加倍，而采用C不会使u1增大，所以从过电压保护的角度出发，采用并联电容更为有利。

但是在实际工作中也常利用电感线圈能抬高来波电压的这种性质来改善接在它前面的避雷器放电特性（使避雷器在冲击下容易放电）。

雷暴日（Td）：

一年中发生雷电的天数（30-40）。

雷暴小时（Th）：

一年中发生雷电的小时数（100）。

避雷针线的保护范围：

指具有0.1%左右雷击概率的空间范围（折线法45度）。

ZnO避雷器的主要优点。

答：

（1）无间隙。

在正常工作电压下，ZnO电阻片相当于一绝缘体，工作电压不会使ZnO电阻片烧坏，因此可以不用串联火花间隙。

（2）无续流。

当电网中出现过电压时，通过避雷器的电流增大，ZnO电阻片上的残压受其良好的非线性控制；当过电压作用结束后，ZnO电阻片又恢复绝缘体状态，续流仅为微安级，实际上可认为无续流。

（3）保护性能良好。

虽然在10KA雷电流下的残压值ZnO避雷器与SiC避雷器相同，但由于后者只在串联火花间隙放电后才有电流流过，而前者在整个过电压过程中都有电流流过，因此降低了作用在变电站电气设备上的过电压幅值。

（4）通流容量大。

ZnO避雷器的通流能力，完全不受串联间隙被灼伤的制约，仅与阀片本身的通流能力有关。

（5）耐污性能好

接地种类：

工作接地、保护接地、静电接地、防雷接地

火花效应：

因雷电流的幅值大，则土壤中会发生局部的火花放电，使土壤导电性增强，接地电阻减小。

电感效应：

因雷电流的等值频率高，使接地体自身电感的影响增大，阻碍电流向接地体的远端流通，使接地装置的冲击接地电阻大于工频接地电阻。

防雷的基本措施有哪些？

设置避雷针，避雷线，避雷器和接地装置。

避雷针（线）可以防止雷电直接击中被保护物体，称为直击雷保护，避雷器可以防止沿输电线路侵入变电所的雷电冲击波，称为侵入波保护；接地装置的作用是减少避雷针或避雷器与大地之间的电阻值，达到降低雷电冲击电压幅值的目的

耐雷水平：

雷击线路时线路绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值，以kA为单位。

雷击跳闸率：

每100km线路每年由雷击引起的跳闸次数。

输电线路的感应雷过电压特点

（1）极性与雷电的极性正好相反

（2）同时存在于三相导线，相间不存在电位差

（3）感应过电压的幅值不高，一般不会超过500kV。

输电线路的防雷措施：

1架设避雷线2降低杆塔接地电阻3加强线路绝缘4架设偶和底线5采用消弧线圈6装设自动重合闸7采用不平衡绝缘方式8装设避雷器

直击雷防护：

装设避雷针或避雷线

防止雷击避雷针发生反击的措施：

（1）选择合适的避雷针安装方式；（独立避雷针、构架避雷针）

（2）独立避雷针不发生反击的条件：

独立避雷针与主接地网的地下连接点至35kV及以下配电装置地下接地点不小于15m；构架避雷针与主接地网的地下连接点至主变地下接地点不小于15m。

线路入侵波防护

（1）变电站内安装避雷器；

（2）变电站进线处采用“进线保护段”进行保护

作用：

限制流经避雷器的雷电流和限制入侵波的陡度。

变电站的进线段保护接线

（a）未沿全线架设避雷线的35kV线路进线段保护；

（b）全线有避雷线的变电站进线段保护

操作过电压：

（一）空载线路分闸过电压

产生原因：

断路器电弧重燃

限制措施：

提高断路器的灭弧性能断路器中加装并联分闸电阻装设避雷器

（二）空载线路合闸过电压

限制措施：

装设并联合闸电阻同电位合闸装设避雷器

电力系统中限制操作过电压的措施：

（1）利用断路器并联电阻限制分合闸过电压；

1利用并联电阻限制合空线过电压

2利用并联电阻限制切空线过电压

（2）利用避雷器限制操作过电压