2012華廣高電壓技術復習資料(提綱)解讀

1、2012級電氣 1-4 班、輸電高電壓技術復習資料（整理版）杜蕓強2015.1.11考試題型： 1、填空（ 30 分， 11題）2、選擇（ 10 分， 10題）3、名稱解釋、簡答（ 30 分， 7 題）4、計算、論述題（計算 1題+論述 2題，30分）12 級作業(yè)： 電暈、電子崩與湯遜理論、 隧道效應 提高氣體擊穿電壓的措施 提高沿面閃絡電壓的措施氣泡擊穿理論避雷線的作用 （保護原理） 輸電線路的防雷保護的 “四道防線 ”及其具體保護措施第一章 第一節(jié)（1）氣體放電、帶電質點的產生、電離方式、電離 氣體放電 是對氣體中流通電流的各種形式統稱。帶電質點的產生： 指電離的四種形式（熱電離、光電離、

2、碰撞電離、分級電離） 電離方式 ：熱電離、光電離、碰撞電離、分級電離 電離：是指電子脫離原子核的束縛而形成自由電子和正離子的過程。（ 2）電子從電極表面逸出所需的能量獲得途徑 正離子撞擊陰極、光電子發(fā)射、強場發(fā)射、熱電子發(fā)射（3）附著、帶電質點的消失1、帶電質點受電場力的作用流入電極2、帶電質點的擴散3、帶點質點的復合（4）電子崩與湯遜理論、巴申定律（貌似老師說不考巴申定律） 電子崩 : 外界電離因子在陰極附近產生了一個初始電子， 如果空間電場強度足夠 大，該電子在向陽極運動時就會引起碰撞電離， 產生一個新的電子， 初始電子和 新電子繼續(xù)向陽極運動，又會引起新的碰撞電離，產生更多電子。依此，電

3、子將 按照幾何級數不斷增多， 類似雪崩似地發(fā)展， 這種急劇增大的空間電子流被稱為 電子崩。湯遜理論1）電子崩過程：碰撞電離過程、正離子產生在電場作用下加速獲得能量與陰極 極板發(fā)生碰撞，電離產生電子；2） 碰撞電離產生電子，代替起初電子【陰極極板電離（光輻射）產生的電子】?！驹O外界光電離因素在陰極表面產生了一個自由電子，此電子到達陽極表面時由于過程,電子總數增至e：d個。假設每次電離撞出一個正離子，故電極空間共有（e：d 1）個正離子。這些正離子在電場作用下向陰極運動，并撞擊陰極按照系數的定義，此（ed 1）個正離子在到達陰極表面時可撞出（e：d 1）個新電子，則（ed -1）個正離子撞擊陰極表

4、面時，至少能從陰極表面釋放出一個有效電子，以彌補原來那個產生電子崩并進入陽極的電子，則放電達到自持放電。即湯遜理論的自持放電條件可表達為r（e：d-1）=1或 e：d = 1?！浚?）不均勻電場中的氣體放電、電暈不均勻電場的氣體放電： 稍不均勻電場的極性效應、極不均勻電場的電暈放電。 電暈：在極不均勻場中，當電壓升高到一定程度后，在空氣間隙完全擊穿之前， 小曲率電極（高場強電極）附近會有薄薄的發(fā)光層，這種放電現象稱為電暈。電暈放電是極不均勻電場所特有的一種自持放電形式。P22歸結為四個條件：1、極不均勻場；2、電壓達到一定值；3、空氣間隙沒有完全 擊穿；4、小曲率電極。（6）極不均勻電場中放電

5、的極性效應由于高場強下電極極性的不同，空間電荷的極性也不同，對放電發(fā)展的影響 也不同，這就造就了不同極性的高場強電極的電暈起始電壓的不同以及間隙擊穿 電壓的不同，稱為極性效應（7）稍不均勻電場中的極性效應在稍不均勻場中，高場強電極為正電極時，間隙擊穿電壓比高場強電極為負 時稍高，高場強電極為負電極時，間隙擊穿電壓稍低。（8）棒一板間隙的極性效應1、棒-板電極，棒為正極時，擊穿電壓高；2、棒-板電極，棒為負極時，擊穿電壓低。第二節(jié)（1）持續(xù)作用電壓下的擊穿均勻電場的擊穿特性：1、均勻電場中電極布置對稱，無擊穿的極性效應；2、均勻場間隙中各處電場強度相等，擊穿所需時間短；3、直流擊穿電壓與工頻擊穿

6、電壓峰值以及50%沖擊擊穿電壓是相同的；4、擊穿電壓分散性很小。稍不均勻電場的擊穿特點：1、擊穿前無電暈；2、極性效應不很明顯；3、直流 擊穿電壓、工頻擊穿電壓峰值及 50%沖擊擊穿電壓幾乎一致。極不均勻場的擊穿特性：1、電場不均勻程度對擊穿電壓的影響減弱；2、極間距 離對擊穿電壓的影響增大；3、在直流電壓中，極不均勻電場中的直流擊穿電壓 的極性效應非常明顯；4、工頻電壓下的擊穿都發(fā)生在正半周峰值附近；5、間隙 距離不大時，擊穿電壓基本上與間隙距離呈線性上升關系；6、當間隙距離很大時，平均擊穿場強明顯降低，即擊穿電壓不再隨間隙距離的加大而線性增加，呈現出飽和現象。(2) 雷電沖擊電壓下的擊穿下

7、行負極性雷放電3個主要階段：先導、主放電、余光。雷電沖擊電壓的標準波形(P32)入一波前時間T2 半峰值時間U max沖擊電壓峰值伏一秒特性：一般用間隙上出現的電壓最大值和間隙擊穿時間的關系曲線來表示 間隙的沖擊絕緣特性。(3) 大氣條件對氣體擊穿的影響 (P36-37)溫度校正因數和空氣密度校正因數、海拔的影響(4) 提高氣體擊穿電壓的措施1、改善電場分布，使之均勻；2、設法削弱和抑制氣體介質中的電離過程。 具體方案可以是：1） 電極形狀的改進2） 空間電荷對原電場的畸變作用3）極不均勻場中屏障的采用4）提高氣體壓力的作用5）高真空和高電氣強度氣體 SF6 的采用第三節(jié)1、閃絡、高壓絕緣子的

8、分類 閃絡:沿整個固體絕緣表面發(fā)生的放電稱為閃絡。高壓絕緣子的分類：從結構上分：a、絕緣子b、套筒c、套管從材料上分：a電工陶瓷b、鋼化玻璃c、硅橡膠、乙丙橡膠等有機材料2、均勻電場中的沿面放電（ 1）沿面閃絡電壓的影響因素：a固體介質表面會吸附氣體中的水分形成水膜；b、介質表面電阻不均勻以及介質表面有傷痕裂紋也會使電場的分布畸變，使閃 絡電壓降低；c、若電極和固體介質端面間存在氣隙，氣隙處場強大，極易發(fā)生電離，產生的 帶電質點到達介質表面，會使原電場分布畸變，從而使閃絡電壓降低。（2）沿面閃絡電壓低于純空氣間隙的擊穿電壓3、極不均勻電場中的沿面放電提高滑閃放電電壓的方法： 增大固體介質的厚度

9、或采用相對介電常數較小的固體 介質、減小表面電阻率。 （P44）4、污閃 : 由于絕緣子常年處于戶外環(huán)境中，因此在其表面很容易形成一層污穢 附著層。當天氣潮濕時， 污穢層受潮變成了覆蓋在絕緣子表面的導電層， 最終引 發(fā)局部電弧并發(fā)展成沿面閃絡， 這就是污閃。 污閃的次數在幾種外絕緣閃絡中不 算多，但是它造成的損失是最大的。5、提高沿面放電電壓的措施： （1）屏障 （2）屏蔽 （3）提高表面憎水性（4）消除絕緣體與電極接觸的縫隙（5）改變絕緣體表面的電阻率（6）強制固體介質表面的點位分布第二章1、描述電介質的電氣特性四個主要參數電介質的電氣特性：主要表現為它們在電場作用下的導電性能、介電性能和電

10、氣強度。四個參數：電導率（或絕緣電阻率）、介電常數、介質損耗角正切tanS和擊穿電 場強度（擊穿場強）。2、非極性有機介質，如聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯和天然的石蠟、地蠟等， 被廣泛用作工頻和高頻絕緣材料。3、電介質中導電電子的來源包括來自電極和介質體內的熱電子發(fā)射，場致冷發(fā)射及碰撞電離，而其導電機制則有自由電子氣模型、能帶模型和電子跳躍模型等。4、 隧道效應：對于具有能量u u0的微觀粒子，粒子可以由區(qū)域I穿過勢壘II 到達區(qū)域III中，并且粒子穿過勢壘后，能量并沒有減少，仍然保持在區(qū)域 I 時的能量，這種現象通常形象化地稱為隧道效應。 注意：隧道效應只發(fā)生在微觀 粒子，宏觀不發(fā)生?，F象：

11、電子穿過勢壘，電子從I區(qū)到達III區(qū)。P69前提條件：電子能量小于勢壘的高度（即uuo）.條件：強電場，勢壘高度不是很高、厚度很薄。原因：在強電場的作用下，勢壘 d減少，勢壘厚度Xo減少。結果：穿過勢壘前后能量保持不變（能量平均值）。5、固體電介質的表面電導固體電介質的表面與電導的影響因素： 1電介質表面吸附的水膜對表面電導率 的影響；2、電介質的分子結構對表面電導率的影響；3、電介質表面清潔度對電 導率的影響?！荆?）電介質表面吸附的水膜對表面電導率的影響由于濕空氣中的水分子被吸附于介質的表面，形成一層很薄的水膜。因為水本身為半導體（=105。m），所以介質表面的水膜將引起較大的表面電流，使

12、？s增加。（2）電介質的分子結構對表面電導率的影響 電介質按水在介質表面分布狀態(tài)的不同，可分為親水電介質和疏水電介質兩大類。a）親水電介質：這種介質表面所吸附的水易于形成連續(xù)水膜， 故表面電導率大，特別 是一些含有堿金屬離子的介質， 介質中的堿金屬離子還會進入水膜， 降低水的電阻率，使表 面電導率進一步上升，甚至喪失其絕緣性能。b）疏水電介質：這些介質分子為非極性分子所組成，它們對水的吸引力小于水分子的內聚力，所以吸附在這類介質表面的水往往成為孤立的水滴，其接觸角71 90，不能形成連 續(xù)的水膜，故 s很小，且大氣濕度的影響較小。（3）電介質表面清潔度對表面電導率的影響表面沾污特別是含有電解質

13、的沾污，將會引起介質表面導電水膜的電阻率下降，從而使S升高?！?電介質的擊穿7、固體電介質常見的擊穿形式固體電介質的擊穿中，常見的有熱擊穿、電擊穿和不均勻介質局部放電引起 擊穿等形式。a）熱擊穿當固體電介質加上電場時，電介質中發(fā)生的損耗將引起發(fā)熱，使介質溫度升 高，最終導致熱擊穿。b）電擊穿在較低溫度下，采用了消除邊緣效應的電極裝置等嚴格控制的條件下，進行擊穿試驗時出現的一種擊穿現象。c）不均勻介質局部放電引起擊穿從耐電強度低的氣體開始，表現為局部放電，然后或快或慢地隨時間發(fā)展至 固體介質劣化損傷逐步擴大，致使介質擊穿。8、 瓦格納熱擊穿理論、本征電擊穿理論、雪崩擊穿理論、復合電介質的擊穿（不

14、 考）9、局部放電引起電介質劣化損傷的機理：（1）電的作用：帶電粒子對電介質表面的直接轟擊作用，使有機電介質的分子主 鏈斷裂。（2）熱的作用：地點粒子的轟擊作用引起電介質局部的溫度上升，發(fā)生熱熔解 或熱降解。（3）化學作用：局部放電產生的受激電子或二次生成物的作用，使電介質受到 的侵蝕可能比電、熱作用的危害更大。第三章第一節(jié)1、有效電場強度：是指極板上的自由電荷以及除某極化分子以外其他極化分子 形成的偶極矩共同在該分子產生的場強。宏觀平均電場強度：是指極板上的自由電荷以及電介質中所有極化分子形成的偶 極矩，共同在該點產生的場強。2、液體電介質的介電常數、液體電介質的損耗第二節(jié)1、液體電介質的電

15、導2、液體電介質的離子電導 ：離子電導分為本征離子電導和雜質離子電導。3、液體電介質的電泳電導與華爾屯定律4、液體電介質在強電場下的電導第三節(jié)1、液體電介質的擊穿擊穿條件： 碰撞電離開始作為擊穿條件和電子崩發(fā)展到一定大小。2、高度純凈去氣液體電介質的電擊穿理論3、含氣純凈液體電介質的氣泡擊穿理論【氣泡擊穿理論： 1、氣泡：液體電介質組成復合電解質，擊穿前處于絕緣狀態(tài)， 等效兩個電容串聯，氣泡兩端分得電壓（場強）較大； 2、氣泡比液體電介質更 容易擊穿（擊穿場強?。?；3、氣泡首先發(fā)生電離（a、體積變大，溫度升高，加 速電離過程；b、產生電子，電子撞擊液體分子發(fā)生碰撞電離，產生更多氣泡。）4、氣泡

16、越來越多，在兩極之間形成氣橋，在較小電壓（或場強）下，液體電介 質發(fā)生擊穿?！?、工程純液體電介質的雜質擊穿第四、五章1、測量絕緣電阻能有效地發(fā)現下列缺陷、不能發(fā)現下列缺陷 絕緣缺陷可分為兩大類： 1）集中性缺陷。 例如，絕緣子、發(fā)電機定子、電纜絕緣 層； 2）分散性缺陷。 受潮、老化、變質。測量絕緣電阻能 有效地發(fā)現下列缺陷 ：絕緣介質受潮；貫穿性的導電通道。 測量絕緣電阻 不能發(fā)現下列缺陷： 非貫穿性的局部損傷、 氣泡、絕緣介質的老化 泄漏電流能夠發(fā)現一些尚未完全貫通的集中性缺陷 tan S能反映絕緣的整體性缺陷（例如全面老化）和小電容試品中的嚴重局部性缺 陷。試品上工頻高壓的測量目前最常

17、用的測量方法有： 用測量球隙或峰值電壓表測量 交流電壓的峰值，用靜電電壓表測量交流電壓的有效值 （峰值電壓表和靜電電壓 表還常與分壓器配合使用以擴大儀表的量程）；為了觀察被測電壓的波形，也可 從分壓器低壓側將輸出的被測信號送至示波器顯示波形。【（1）用球間隙測量工頻高壓（2）峰值電壓表（3）靜電電壓表（4）分壓器】 第七章1、電阻與波阻抗的區(qū)別分布參數線路的波阻抗與集中參數電路的電阻雖然有相同的量綱，但物理意義上有著本質的不同：（1）波阻抗表示向同一方向傳播的電壓波和電流波之間比值的大小；電磁被通過波阻抗為Z的無損線路時，其能量以電磁能的形式儲存于周圍介質中.而 不像通過電阻那樣被消耗掉。（2

18、）為了區(qū)別不同方向的行波，Z的前面應有正負號。（3）如果導線上有前行波，又有反行波，兩波相遇時，總電壓和總電流的 比值不再等于波阻抗，即uUfUbUf UbZiifibUf -Ub（4）波阻抗的數值Z只與導線單位長度的電感Lo和電容Co有關，與線路 長度無關。2、行波的折射和反射：當波沿傳輸線傳播，遇到線路參數發(fā)生突變，即波阻抗發(fā) 生突變的節(jié)點時，都會在波阻抗發(fā)生突變的節(jié)點上產生折射和反射；3、線路末端的折射、反射：（1）當末端開路時，由于末端的反射，在反射波所到之處電壓提高 1倍，而電 流降為0;（2）當末端短路時，由于末端的反射，在反射波所到之處電流提高 1倍，而電 壓降為0。4、集中參數

19、等效電路5、波的多次折射、反射第八章1、雷云的形成過程2、雷電參數：雷暴日及雷暴小時、地面落雷密度、主放電通道波阻抗、雷電流 極性、雷電流幅值、雷電流等值波形、雷電流陡度。3、雷電流等值波形：雙指數波、斜角波、半余弦波。4、雷電過電壓的形成雷電過電壓的形成包括以下幾種情況。（1）直擊雷過電壓a.雷直擊于地面上接地良好的物體（圖 8-3）時，流過雷擊點A的電流即為雷電 流i。采用電流源彼德遜等值電路，則雷電流ZoZo Z2io2i o沿雷道波阻抗Zo下來的雷電入射波的幅值lo=l/2，A點的電壓幅值Ua = IR b.雷直擊于輸電線路的導線（圖8-4）時，電流波向線路的兩側流動，如果電流電壓均以

20、幅值表示，則2UoIZoZ 一Z _ZZocZo C2 2導線被擊點A的過電壓幅值為UA=iZZ I ZoZZ 22Zo Z（2）感應雷過電壓雷云對地放電過程中，放電通道周圍空間電磁場急劇變化， 會在附近線路的導線 上產生過電壓（圖8-5 ）。在雷云放電的先導階段，先導通道中充滿了電荷，如 圖8-5（a）所示，這些電荷對導線產生靜電感應，在負先導附近的導線上積累 了異號的正束縛電荷，而導線上的負電荷則被排斥到導線的遠端。 因為先導放電 的速度很慢，所以導線上電荷的運動也很慢，由此引起的導線中的電流很小，同 時由于導線對地泄漏電導的存在，導線電位將與遠離雷云處的導線電位相同。當先導到達附近地面時

21、，主放電開始，先導通道中的電荷被中和，與之相應的導線 上的束縛電荷得到解放，以波的形式向導線兩側運動，如圖8-5 （b）所示。電荷流動形成的電流i乘以導線的波阻抗 Z即為兩側流動的靜電感應過電壓波U =iZ5、避雷針、避雷線、避雷器的作用（保護原理）避雷針、避雷線用于防止直擊雷過電壓，避雷器用于防止沿輸電線路侵入變電所 的感應雷過電壓。避雷針：避雷針是明顯高出被保護物體的金屬支柱，其針頭采用圓鋼或鋼管制成, 其作用是吸引雷電擊于自身，并將雷電迅速瀉入大地，從而使被保護物體遭直接避雷線：主要用于輸電線路的保護，也可用來保護發(fā)電廠和變電所。用于輸電線 路時，除了防止雷電直擊導線外，同時還有分流作用

22、，以減少流經桿塔入地的雷 電流從而降低塔頂電位，避雷線對導線的耦合作用還可以降低到線上的感應雷過 電壓。避雷器：避雷器是專門用以限制線路傳來的雷電過電壓或操作過電壓的一種防雷 裝置。避雷器實質上是一種過電壓限制器， 與被保護的電氣設備并聯連接，當過 電壓出現并超過避雷器的放電電壓時，避雷器先放電，從而限制了過電壓的發(fā)展， 使電氣設備免遭過電壓的損壞。6、 輸電線路的防雷保護的四道防線”及其具體保護措施“四道防線” ：1、防止輸電線路導線遭受直擊雷；2、防止輸電線路受雷擊后絕 緣發(fā)生閃絡；3、防止雷擊閃絡后建立穩(wěn)定的工頻電弧；4、防止工頻電弧后引起 中斷電力供應。具體保護措施：1、架設避雷線；2

23、、降低桿塔接地電阻；3、架設耦合地線；4、 采用不平衡絕緣方式；5、采用中性點非有效接地方式；6、裝設避雷器；7、加 強絕緣；8裝設自動重合閘裝置。7、氣體絕緣變電所的防雷保護氣體絕緣變電所（GIS）防雷保護有以下特點：（1）GIS絕緣具有比較平坦的伏秒特性。絕緣水平主要決定于雷電沖擊水平， 需采用性能優(yōu)異的金屬氧化物避雷器加以保護。（2）GIS變電所的波阻抗一般在60100Q,約為架空線路的1/5,雷電侵入波從 架空線路傳入GIS，折射系數較小，折射電壓也就較小，對GIS的雷電侵入波保 護有利。（ 3） GIS 變電所結構緊湊，各電氣設備之間的距離較小，避雷器離被保護設備 較近，因此可使雷電

24、過電壓限制在更低的水平。（ 4） GIS 絕緣中完全不允許產生電暈，因為一旦產生電暈，絕緣會立即發(fā)生擊 穿，這樣將會導致整個 GIS 變電所絕緣的破壞。因此，要求 GIS 過電壓保護有 較高的可靠性，并且在設備的絕緣配合上要留有足夠的裕度。（5）由于 GIS 變電所的封閉性，所以電氣設備不會因受大氣污穢、降水等的影 響而降低絕緣強度。但需指出，對 SF6 氣體的潔凈程度和所含水分卻要求極嚴， 同時對導體和內壁的光潔度也要求極高，否則絕緣強度將大幅度下降。 氣體絕緣變電所 （GIS） 的防雷措施有以下幾點：1） 66kV 及以上進線無電纜段的 GIS 變電所 66kV 及以上進線無電纜段的 GI

25、S 變 電所，在 GIS 管道與架空線路連接處應裝設無間隙金屬氧化物避雷器 （FMO1）， 其接地端應與管道金屬外殼連接；2）66kV 及以上進線有電纜段的 GIS 變電所 66kV 及以上進線有電纜段的 GIS 變 電所，在電纜與架空線路的連接處應裝設金屬氧化物避雷器（FMO1） ，其接地端應與電纜的金屬外皮連接。對三芯電纜，末端的金屬外皮應與 GIS 管道金屬外 殼連接接地，如圖8-41（a）所示。對單芯電纜，末端的金屬護層應經金屬氧化物 電纜護層保護器（FC）接地，如圖8-41（b）所示。8、 評價輸電線路的耐雷性能和所采用防雷措施的效果的兩個指標：1、耐雷水 平， 2、雷擊跳閘率9、輸電線路常用防雷保護措施 （1）架設避雷線；（2）降低桿塔接地電阻；（3）架設耦合地線；（4）采用不平 衡絕緣方式；（5）采用中性點非有效接地方式； （6）裝設避雷器；（7）加強絕緣； （8）裝設自動重合閘。10、接地及分類、接地電阻大小 接地：指將電力系統中電氣裝置和設施的某些導電部分， 經接地線連接至接地極。 埋入地中并直接與大地接觸的金屬導體稱為接地極， 電氣裝置、設施的接地端子 與接