高電壓絕緣技術

1、高電壓絕緣技術學習包第一章氣體的絕緣特性一、氣體電介質的放電特性 1空氣在強電場下放電特性 氣體在正常狀態(tài)下是良好的絕緣體,在一個立方厘米體積內僅含幾千個帶電粒子,但在高電壓下,氣體從少量電符會突然產生大量的電符,從而失去絕緣能力而發(fā)生放電現象.一旦電壓解除后,氣體電介質能自動恢復絕緣狀態(tài)2.帶電質點的產生與消失(1) 激發(fā)原子在外界因素作用下,其電子躍遷到能量較高的狀態(tài)(2)游離原子在外界因素作用下,使其一個或幾個電子脫離原子核的束博而形成自由電子和正離子(3)游離的方式a.碰撞游離b.光游離c.熱游離d.金屬表面游離碰撞游離當帶電質點具有的動能積累到一定數值后，在與氣體原子（或分子）發(fā)生碰

2、撞時，可以使后者產生游離，這種由碰撞而引起的游離稱為碰撞游離引起碰撞游離的條件： : 氣體原子（或分子）的游離能光游離由光輻射引起氣體原子（或分子）的游離稱為光游離產生光游離的條件：h:普朗克常數:光的頻率熱游離氣體在熱狀態(tài)下引起的游離過程稱為熱游離產生熱游離的條件：K:波茨曼常數T:絕對溫度金屬表面游離電子從金屬電極表面逸出來的過程稱為表面游離(4)去游離a.擴散 帶電質點從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域運動.b.復合 正離子與負離子相遇而互相中和還原成中性原子c.附著效應電子與原子碰撞時,電子附著原子形成負離子二.氣體放電的兩個理論1.湯遜放電理論.適用條件:均勻電場,低氣壓,短間隙 (1).電子

3、崩在電場作用下電子從陰極向陽極推進而形成的一群電子(2).非自持放電去掉外界游離因素的作用后,放電隨即停止(3).自持放電不需要外界游離因素存在,放電也能維持下去(4).自持放電條件a.電子的空間碰撞系數一個電子在電場作用下在單位行程里所發(fā)生的碰撞游離數b.正離子的表面游離系數一個正離子到達陰極,撞擊陰極表面產生游離的電子數一個正離子到達陰極,撞擊陰極表面產生游離的電子數自持放電條件可表達為:(5)巴申定律a.表達式:P:氣體壓力 S:極間距離b.均勻電場中幾種氣體的擊穿電壓與ps的關系2.流注理論(1).在ps乘積較大時,用湯遜理論無法解釋的幾種現象a.擊穿過程所需時間,實測值比理論值小10

4、-100倍b.按湯遜理論,擊穿過程與陰極材料有關,然而在大氣壓力下的空氣隙中擊穿電壓與陰極材料無關.c.按湯遜理論,氣體放電應在整個間隙中均勻連續(xù)地發(fā)展,但在大氣中擊穿會出現有分枝的明亮細通道(2).理論要點:認為電子碰撞游離及空間光游離是維持自持放電的主要因素,流注形成便達到了自持放電條件,它強調了空間電符畸變電場的作用和熱游離的作用.(3)放電簡單流程圖:有效電子(經碰撞游離)-電子崩(畸變電場)-發(fā)射光子(在強電場作用下)-產生新的電子崩(二次崩)-形成混質通道(流注)-由陽極向陰極(陽極注)或由陰極向陽極(陰極流注)擊穿.三.不均勻電場中氣隙的放電特性1.電暈放電一定電壓作用下,在曲率

5、半徑小的電極附近發(fā)生局部游離,并發(fā)出大量光輻射,有些像日月的暈光,稱為電暈放電.電暈起始場強開始出現電暈時電極表面的場強電暈起始場強開始出現電暈時電極表面的場強電暈起始場強開始出現電暈時電極表面的場強2.極性效應(1).正棒-負板分析：a.由于捧極附近積聚起正空間電荷，削弱了電離，使電暈放電難以形成，造成電暈起始電壓提高。b.由于捧極附近積聚起正空間電荷在間隙深處產生電場加強了朝向板極的電場，有利于流注發(fā)展，故降低了擊穿電壓(2).負棒-正板分析：a.捧附近正空間電荷產生附加電場加強了朝向棒端的電場強度，容易形成自持放電，所以其電暈起始電壓較低。b.在間隙深處，正空間電荷產生的附加電場與原電場

6、方向相反，使放電的發(fā)展比較困難，因而擊穿電壓較高。結論：在相同間隙下 正捧-負板 負捧-正板電暈起始高低間隙擊穿壓 低 高四.雷電沖擊電壓下氣隙的擊穿特性1.標準波形幾個參數波頭時間T1：T1=(1.2 30%)s波長時間T2: T2=(50 20%) s標準波形符表示2.放電時延(1).間隙擊穿要滿足二個條件a.一定的電壓幅值b.一定的電壓作用時間(2).統(tǒng)計時延t s通常把電壓達間隙的靜態(tài)擊穿電壓開始到間隙中出現第一個有效電子為止所需的時間(3).放電形成時延tf從第一個有效電子到間隙完成擊穿所需的時間(4).放電時延tLtL=ts+tf氣體間隙在沖擊電壓作用下?lián)舸┧枞繒r間：t=t1+

7、ts+tf其中：ts+tf 就是放電時延tL3. 50%沖擊放電電壓U50%放電概率為50%時的沖擊放電電壓50%沖擊放電電壓與靜態(tài)放電壓的比值稱為絕緣的沖擊系數4. 伏秒特性(1) 定義 同一波形、不同幅值的沖擊電壓下，間隙上出現的電壓最大值和放電時間的關系曲線(2) 曲線求取方法(3) 電場均勻程度對曲線的影響不均勻電場由于平均擊穿電場強度較低,而且流注總是從強場區(qū)向弱場區(qū)發(fā)展,放電速度受到電場分布的影響,所以放電時延長,分散性大,其伏秒特性曲線在放電時間還相當大時,便隨時間之減小而明顯地上翹,曲線比較陡. 均勻或稍不均勻電場則相反,由于擊穿時平均場強較高,流注發(fā)展較快,放電時延較短,其伏

8、秒特性曲線較平坦.五. 大氣條件對氣體間隙擊穿電壓的影響大氣條件大氣壓力 P0=101.3kpa溫度濕度 f0=11g/m32. 相對密度的影響相對密度dd=0.289-當d在0.95到1.05之間時,空氣間隙的擊穿電壓U與d成正比U= dU03. 濕度的影響(1). 均勻或稍不均勻電場濕度的增加而略有增加,但程度極微,可以不校正(2). 極不均勻電場由于平均場強較低,濕度增加后,水分子易吸附電子而形成質量較大的負離子,運動速度,減慢游離能力大大降低,使擊穿電壓增大.因此需要校正.4. 高度的影響隨著高度增加,空氣逐漸稀薄,大氣壓力及空氣相對密度下降,間隙的擊穿電壓也隨之下降.U=ka U0六

9、. 提高氣體間隙絕緣強度的方法七. 提高氣體間隙絕緣強度的方法有兩個途徑:一個是改善電場分布,使之盡量均勻;另一個是削弱氣體間隙中的游離因素1. 改善電場分布的措施(1). 改變電極形狀(2). 利用空間電荷對電場的畸變作用(3). 極不均勻電場中采用屏障當屏障與棒極之間的距離約等于間隙的距離的15%-20%時，間隙的擊穿電壓提高得最多，可達到無屏障時的2-3倍2. 削弱游離因素的措施(1). 采用高氣壓(2). 采用高真空(3). 采用高強度氣體SF6氣體屬強電負性氣體,容易吸附電子成為負離子,從而削弱了游離過程.提高壓力后可相當于一般液體或固體絕緣的絕緣強度.它是一種無色、無味、無臭、無毒

10、、不燃的不活潑氣體，化學性能非常穩(wěn)定，無腐蝕作用。它具有優(yōu)良的滅弧性能，其滅弧能力是空氣的100倍，故極適用于高壓斷路器中。八. 氣體中的沿面放電1. 什么叫沿面放電沿著固體介質表面的氣體發(fā)生的放電沿面放電電壓通常比純空氣間隙的擊穿電壓要低2. 界面電場分布的三種典型情況氣體介質與固體介質的交界稱為界面(1). 固體介質處于均勻電場中,且界面與電力線平行;(2). 固體介質處于極不均勻電場中,且電力線垂直于界面的分量比平行于界面的分量大得多;類似套管(3). 固體介質處于極不均勻電場中,且電力線平行于界面的分量以垂直于界面的分量大得多.類似支持絕緣子3. 均勻電場中的沿面放電其放電特點:(1)

11、.放電發(fā)生在沿著固體介質表面,且放電電壓比純空氣間隙的放電電壓要低.其原因a. 固體介質與電極表面沒有完全密合而存在微小氣隙,或者介面有裂紋.b.介質表面不可能絕對光滑,使表面電場不均勻.c.介質表面電阻不均勻使電場分布不均勻d.介質表面易吸收水分,形成一層很薄的膜,水膜中的離子在電場作用下向兩極移動,易在電極附近積聚電荷,使電場不均勻4. 極不均勻電場具有強法線分量時的沿面放電(套管型) (1) 放電發(fā)展特點a電暈放電 b. 線狀火花放電 c. 滑閃放電d. 閃絡放電(2) 影響沿面放電因素分析等值電路圖a.固體介質厚度越小，則體積電容越大，沿介質表面電壓分布越不均勻，其沿面閃絡電壓越低；b

12、.同理，固體介質的體積電阻越小，沿面閃絡電壓越低c.固體介質表面電阻減少，可降低沿面的最大電場強度，從而提高沿面閃絡電壓(3).提高沿面閃絡電壓措施a.減少套管的體積電容。如增大固體介質厚度，加大法蘭處套管的外經b.減少絕緣的表面電阻。如在套管近法蘭處涂半導體漆或半導體釉 5.極不均勻電場具有強切線分量時的沿面放電(支柱絕緣子型)由于電極本身的形狀和布置己使電場很不均勻，故介質表面積聚電荷使電壓重新分布不會顯著降低沿面閃絡電壓，為了提高沿面閃絡電壓，一般從改進電極形狀，如采用屏蔽罩和均壓環(huán)6. 絕緣子串的電壓分布000分析結果a.絕緣子片數越多，電壓分布越不均勻b.靠近導線端第一個絕緣子電壓降

13、最高，易產生電暈放電。在工作電壓下不允許產生電暈，故對330kv及以上電壓等級考慮使用均壓環(huán)7. 絕緣子表面污穢時的沿面放電戶外絕緣子，會受到工業(yè)污穢或自然界鹽堿、飛塵等污染，在干燥時，由于污穢塵埃電阻很大，絕緣子表面泄漏電流很小，對絕緣子安全運行無危險；但下雨時，絕緣子表面容易沖掉，而大氣濕度較高，或在毛毛雨、霧等氣候下，污穢塵埃被潤濕，表面電導劇增，使絕緣子的泄漏電流劇增，降低閃絡電壓8.防止絕緣子的污閃，應采取措施(1).對污穢絕緣子定期或不定期進行清洗 (2). 絕緣子表面涂一層憎水性防塵材料(3).加強絕緣和采用防污絕緣子(4).采用半導體釉絕緣子習題與答案一、選擇題1) 流注理論未

14、考慮的現象。A碰撞游離B表面游離C光游離D電荷畸變電場2) 先導通道的形成是以的出現為特征。A碰撞游離B表面游離C熱游離D光游離3) 電暈放電是一種。A自持放電 B非自持放電 C電弧放電 D均勻場中放電4) 氣體內的各種粒子因高溫而動能增加，發(fā)生相互碰撞而產生游離的形式稱為。A.碰撞游離 B.光游離 C.熱游離 D.表面游離5) _型絕緣子具有損壞后“自爆”的特性。A.電工陶瓷 B.鋼化玻璃 C.硅橡膠 D.乙丙橡膠6) 以下哪個不是發(fā)生污閃最危險的氣象條件？ A.大霧 B.毛毛雨 C.凝露 D.大雨7) 污穢等級II的污濕特征：大氣中等污染地區(qū)，輕鹽堿和爐煙污穢地區(qū)，離海岸鹽場3km10km

15、地區(qū)，在污閃季節(jié)中潮濕多霧但雨量較少，其線路鹽密為。A.0.03 B.>0.030.06 C.>0.060.10 D.>0.100.258) 以下哪種材料具有憎水性？ A.硅橡膠 B.電瓷 C. 玻璃 D金屬二、填空題9) 氣體放電的主要形式：、10) 根據巴申定律，在某一PS值下，擊穿電壓存在值。11) 在極不均勻電場中，空氣濕度增加，空氣間隙擊穿電壓。12) 流注理論認為，碰撞游離和是形成自持放電的主要因素。13) 工程實際中，常用棒板或電極結構研究極不均勻電場下的擊穿特性。14) 氣體中帶電質子的消失有、復合、附著效應等幾種形式15) 對支持絕緣子，加均壓環(huán)能提高閃絡電

16、壓的原因是。16) 沿面放電就是沿著表面氣體中發(fā)生的放電。17) 標準參考大氣條件為：溫度，壓力kPa，絕對濕度18) 越易吸濕的固體，沿面閃絡電壓就越_19) 等值鹽密法是把絕緣子表面的污穢密度按照其導電性轉化為單位面積上_含量的一種方法20) 常規(guī)的防污閃措施有：爬距，加強清掃，采用硅油、地蠟等涂料三、計算問答題21) 簡要論述湯遜放電理論。22) 為什么棒板間隙中棒為正極性時電暈起始電壓比負極性時略高？23) 影響套管沿面閃絡電壓的主要因素有哪些？24) 某距離4m的棒-極間隙。在夏季某日干球溫度，濕球溫度，氣壓的大氣條件下，問其正極性50%操作沖擊擊穿電壓為多少kV?（空氣相對密度）2

17、5) 某母線支柱絕緣子擬用于海拔4500m的高原地區(qū)的35kV變電站，問平原地區(qū)的制造廠在標準參考大氣條件下進行1min工頻耐受電壓試驗時，其試驗電壓應為多少kV？一、選擇題1、B2、C3、A4、C5、B6、D7、C8、A二、填空題9、答案：輝光放電、電暈放電、刷狀放電、火花放電、電弧放電10、極?。ㄗ畹停?1、提高12、光電離13、棒棒14、擴散15、改善(電極附近)電場分布16、固體介質17、101.318、低19、20、增加三、計算問答題21、當外施電壓足夠高時，一個電子從陰極出發(fā)向陽極運動，由于碰撞游離形成電子崩，則到達陽極并進入陽極的電子數為eas個(為一個電子在電場作用下移動單位行

18、程所發(fā)生的碰撞游離數；s為間隙距離)。因碰撞游離而產生的新的電子數或正離子數為(eas-1)個。這些正離子在電場作用下向陰極運動，并撞擊陰極若1個正離子撞擊陰極能從陰極表面釋放r個(r為正離子的表面游離系數)有效電子，則(eas-1)個正離子撞擊陰極表面時，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(eas-1)=1。22、（1）當棒具有正極性時，間隙中出現的電子向棒運動，進入強電場區(qū)，開始引起電離現象而形成電子崩。隨著電壓的逐漸上升，到放電達到自持、爆發(fā)電暈之前，在間隙中形成相當多的電子崩。當電子崩達到

19、棒極后，其中的電子就進入棒極，而正離子仍留在空間，相對來說緩慢地向板極移動。于是在棒極附近，積聚起正空間電荷，從而減少了緊貼棒極附近的電場，而略為加強了外部空間的電場。這樣，棒極附近的電場被削弱，難以造成流柱，這就使得自持放電也即電暈放電難以形成。 （2）當棒具有負極性時，陰極表面形成的電子立即進入強電場區(qū)，造成電子崩。當電子崩中的電子離開強電場區(qū)后，電子就不再能引起電離，而以越來越慢的速度向陽極運動。一部份電子直接消失于陽極，其余的可為氧原子所吸附形成負離子。電子崩中的正離子逐漸向棒極運動而消失于棒極，但由于其運動速度較慢，所以在棒極附近總是存在著正空間電荷。結果在棒極附近出現了比較集中的正

20、空間電荷，而在其后則是非常分散的負空間電荷。負空間電荷由于濃度小，對外電場的影響不大，而正空間電荷將使電場畸變。棒極附近的電場得到增強，因而自持放電條件易于得到滿足、易于轉入流柱而形成電暈放電。23、（1）電場分布情況和作用電壓波形的影響（2）電介質材料的影響（3）氣體條件的影響（4）雨水的影響24、查高電壓工程52頁圖2-24曲線4可知，距離為4m的棒-極間隙，其標準參考大氣條件下的正極性50%操作沖擊擊穿電壓=1300kV查高電壓工程65頁圖3-2可得空氣絕對濕度。從而再由圖3-1求得參數。求得參數=1300/（500×4×0.95×1.1）=0.62，于是由

21、圖3-3得指數。空氣密度校正因數濕度校正因數所以在這種大氣條件下，距離為4m的棒-極間隙的正極性50%操作沖擊擊穿電壓為25、查高電壓工程附錄A中的表A-2，亦即GB311.1-1997的規(guī)定可知，35kV母線支柱絕緣子的1min干工頻耐受電壓應為100kV，則可算出制造廠在平原地區(qū)進行出廠1min干工頻耐受電壓試驗時，其耐受電壓U應為第二章液體和固體電解質的絕緣特性一. 電介質的極化1.定義電介質中的帶電質點在電場作用下沿電場方向作有限位移Qo=CoU2. 相對介電系數r：表征電介質在電場作用下的極化程度3. 極化的基本形式(1) 電子式極化其特點:a. 極化所需時間極短b. 極化時沒有能量

22、損耗c.溫度對極化影響極?。?). 離子式極化其特點:a. 極化過程極短b. 極化過程無能量損耗c. 溫度對極化有影響,極化隨溫度升高而增強(3). 偶極子式極化其特點a. 極化所需時間較長,因而與頻率有關b. 極化過程有能量損耗c. 溫度對極化影響很大,溫度很高和很低時,極化均減弱(4). 夾層式極化其特點在兩層電介質的界面上發(fā)生電荷的移動和積累,極化過程緩慢,并有損耗二.電介質的電導1. 定義介質在電場作用下,使其內部聯(lián)系較弱的帶電粒子作有規(guī)律的運動形成電流,即泄漏電流.這種物理現象稱為電導表征電導過程強弱程度的物理量為電導率，或它的倒數電阻率o2. 介質中的電流(1). 電容電流ic在加

23、壓初瞬間介質中的電子式極化和離子式極化過程所引起的電流,無損耗,存在時間極短(2). 吸收電流ia有損極化所對應的電流,即夾層極化和偶極子極化時的電流,它隨時間而衰減.(3)泄漏電流絕緣介質中少量離子定向移動所形成的電導電流,它不隨時間而變化流過介質的電流i由三個分量組成：3.吸收現象固體電介質在直流電壓作用下,觀察到電路中的電流從大到小隨時間衰減,最終穩(wěn)定于某一數值,稱為“吸收現象”介質干燥和嘲濕,吸收現象不一樣,據此可判斷絕緣性能的好壞三.電介質的損耗1. 損耗的形式(1).電導損耗由泄漏電流引起的損耗.交直流下都存在(2).極化損耗由偶極子與夾層極化引起,交流電壓下極明顯(3).游離損耗

24、指氣體間隙的電暈放電以及液固體介質內部氣泡中局部放電所造成的損耗.2.用介質損耗角的正切tg來表示介損的意義在交流電壓作用下,由于存在三種形式的損耗,需引入一個新的物理量來表征介損的特性.經推導,介質損耗P為經推導,介質損耗P為由于: (1).P值與試驗電壓U的高低等因素有關; (2).tg是與電壓、頻率、絕緣尺寸無關的量，而僅取決于電介質的損耗特性。(3)tg可以用高壓電橋等儀器直接測量.所以表征介損用介質損失角的正切tg來表示,而不是用有功損耗P來表示.3.影響tg的因素（1）溫度的影響（2）頻率的影響（3）電壓的影響在電場強度不很高時，tg不變；在電場強度較高時， tg隨電場強度升高而迅

25、速增大四.液體電介質的擊穿特性1.“小橋”理論(即 :“氣泡”擊穿理論)變壓器油的擊穿主要原因,在于雜質的影響,而雜質是水分、受潮的纖維和被游離了的氣泡等構成，它們在電場的作用下，在電極間逐漸排列成為小橋，從而導致?lián)舸?. 影響液體電介質擊穿電壓的因素（1）自身品質因素：雜質的多少（含水量、纖維量、氣量）通過標準油杯中變壓器油的工頻擊穿電壓來衡量油的品質（2）溫度（3）電壓作用時間加壓后短至幾個微秒時，表現為電擊穿，擊穿電壓很高當電壓作用時間大于毫秒級時，表現為熱擊穿，擊穿電壓隨作用時間增加而降低。（4）電場均勻程度電場愈均勻，雜質對擊穿電壓的影響愈大分散性也愈大，擊穿電壓也愈高.提高液體電

26、介質擊穿電壓的措施1）過濾（2）防潮（3）脫氣（4）覆蓋層（5）絕緣層（6）屏障五.固體電介質的擊穿1.擊穿形式(1).電擊穿(2).熱擊穿(3).電化學擊穿2.影響因素(1).電壓作用時間 (2).電場均勻程度與介質厚度(3).電壓種類(4).電壓作用的累積效應(5).受潮3.提高擊穿電壓的措施(1).改進制造工藝:盡可能清除介質中的雜質,可以通過精選材料、改善工藝、真空干燥、加強浸漬等方法。(2).改進絕緣設計:盡可能使電場均勻(3).改善運行條件:注意防潮、塵污，加強散熱冷卻六.電介質的老化老化的主要形式：電老化和熱老化七.描寫電介質電性能的四個物理量1.電介質的極化相對介電系數2.電介

27、質的電導電導率3.電介質的損耗介質損失角正切tg4.電介質的擊穿電場強度E 習題及答案一、選擇題1) 電介質按極性強弱分類，在下面的介質中，弱極性電介質有_，中性電介質有_，強極性電介質有_。A.H2 B.N2 C.O2 D.CO2 E.CH4 F.空氣G.水 H.酒精 I.變壓器油 J.蓖麻油2) 按照國家標準GB11021-1989“電氣絕緣的耐熱性評定和分級”將各種電工絕緣材料耐熱程度劃分等級，以確定各級絕緣材料的最高持續(xù)工作溫度。其中A級絕緣材料的最高持續(xù)溫度是_，F級絕緣材料的最高持續(xù)溫度是_。A.90 B.105 C .120 D.130 E. 155 F.180二、填空題3) 影

28、響液體電介質擊穿電壓的因素有_、_、_、_、_。4) 固體介質的擊穿形勢有_、_、_。5) 電介質是指_，根據化學結構可以將其分成_、_、_。6) 電介質極化的基本形式有_、_、_、_、_。7) 介質損失角正切的計算公式是_，表示_。8) 一般來說，標準電容器采用_絕緣，電力電容器采用_絕緣，為什么？9) 兩個標準油杯，一個是含雜質較多的油；另一個是含雜質較少的油，試問：（1）當施加工頻電壓時，兩杯油擊穿電壓_。（2）當施加雷電沖擊電壓時，兩杯油擊穿電壓_，是因為_。10) 纖維等雜質對極不均勻電場下變壓器的擊穿電壓影響較小，這是因為_。11) 介質熱老化的程度主要是由_和_來決定的。12)

29、轉向極化程度與電源頻率和溫度有關，隨著頻率的增加，極化率_，隨著溫度的增加，極化程度_。13) 純凈液體介質的擊穿理論分為_和_。14) 影響固體介質擊穿電壓的主要因素有_、_、_、_、_。三、計算問答題15) 測量絕緣材料的泄漏電流為什么用直流電壓而不用交流電壓？一、選擇題1、A,B,C,D,E,F I H,G2、B E二、填空題3、能在其中建立靜電場的物質非極性（弱極性）電介質偶極性電介質離子性電介質4、電子位移極化離子位移極化轉向極化介質界面極化空間電荷極化5、交流下的介質損耗6、雜質溫度電壓作用時間電場均勻程度壓力7、電擊穿熱擊穿電化學擊穿8、氣體油紙氣體電介質的相對介電常數接近1，極

30、化率極小，氣體電介質的損耗就是電導損耗，當電場強度小于使氣體分子電離所需要值時，氣體介質損耗很小，所以標準電容器采用氣體絕緣。而電力電容器采用油紙絕緣是因為油紙絕緣具有優(yōu)良的電氣性能，干紙和純油組合后，油填充了紙中薄弱點的空氣隙，紙在油中又起了屏障作用，使總體的耐電強度提高很多。9、差別很大差別很小沖擊擊穿電壓作用時間太短，雜質來不及形成橋10、不均勻場強處擾動大，雜質不易形成橋11、11溫度介質經受熱作用時間12、減小先增加后減小13、電子碰撞電離理論氣泡擊穿理論14、電壓作用時間電場均勻程度溫度累積效應受潮程度三、計算問答題15、答：因為直流電壓作用下的介質損失僅有漏導損失，而交流作用下的

31、介質損失不僅有漏導損失還有極化損失。所以在直流電壓下，更容易測量出泄漏電流。第三章電氣設備的絕緣試驗電氣設備的絕緣試驗絕緣中的缺陷可分為兩類:一類是局部性或集中性的缺陷；另一類是整體性或分布性的缺陷:整體絕緣老化、變質、受潮。絕緣性能下降試驗也可分成兩大類：一類是非破壞性試驗；另一類是耐壓試驗。一.絕緣電阻和吸收比測量(一).絕緣電阻的測量1.兆歐表的工作原理2.作用能發(fā)現絕緣受潮或有集中性的導電通道3.接線4.方法規(guī)定以加電壓后60秒測得的數值為該試品的絕緣電阻值.5.注意事項(1)先拆除被試品的電源和對外一切連線,將其接地并放電(2)待手搖發(fā)電機穩(wěn)定以后,再將兩端子接在試品上(3)60秒后

32、再讀數(4)對大容量試品,測好以后先斷兩端子接線, 后停手搖發(fā)電機(5)注意溫度和濕度的較正(二).吸收比的測量吸收比大小可反映絕緣干燥或受潮k值大(大于或等于1.3)絕緣良好,吸收現象明顯;反之絕緣受潮,吸收現象不明顯2.方法按測絕緣電阻的方法測15秒和60秒時的電阻再按公式可求得k二.介質損耗角正切的測量1.作用能有效地測出絕緣受潮、老化等分布性缺陷。對集中性缺陷不靈敏,體積越大也越不靈敏2.接線方法3.使用方法調節(jié)R3、C4，使電橋平衡，即檢流計中的電流為零tg=C4(F)4.注意事項a.電橋本體必須加以屏蔽b.被試品和標準無損電容器連到電橋本體的引線也要使用屏蔽導線5.誤差分析6.消除

33、干擾措施a.盡量遠離干擾源或加設屏蔽b.采用移相電源c.采用倒相法4.注意事項(1)電橋本體接地良好(2)反接法時,三根引線處于高壓,必須懸空(3)能分開測的試品盡量分開測(4)應保持試品表面干燥(5)試品設備有繞阻時,應首尾短接起來三.局部放電的測量1.作用能測出絕緣內部是否存在氣泡、空隙、雜質等缺陷2.測量原理3.測量回路4.注意事項(1)試品的絕緣表面應清潔干燥(2)盡量避免外界的干擾源(3)測試設備的地線應連成一體,高壓引線應遠離地線(4)試品相連的線要短,周圍物體應良好接地四.工頻交流耐壓試驗1.作用：能確定電氣設備絕緣的耐受水平2.接線及設備3.工頻試驗變壓器(1).工頻試驗變壓器

34、與電力變壓器的比較工頻試驗變壓器 工頻試驗變壓器試驗變壓器與電力變壓器的比較  試驗變壓器電力變壓器 電壓等級更高、容量不大，僅單相電壓等級高、容量大，分單相、三相 工作在電容性負荷下工作在電感性負荷下 允許發(fā)生短時短路不允許發(fā)生短路 工作時間短工作時間長 漏磁通較大漏磁通較小 溫度比較低、無散熱要求溫度比較高、有散熱要求 絕緣裕度小絕緣裕度大(2)串接式工頻試驗變壓器n級串接裝置容量的利用系數4. 移卷式調壓器5. 測量測量方法(1)低壓側測量2)高電側測量a.用靜電電壓表測量工頻電壓的有效值b.用球隙進行測量工

35、頻電壓的幅值c.用電容分壓器配用低壓儀表d.用電壓互感器測量五.直流泄漏電流的測量1.泄漏電流測量的特點（1）能更有效地發(fā)現一些尚未完全貫通的集中性缺陷（2）在試驗升壓過程中，可以隨時監(jiān)視微安表指示，了解絕緣情況2.直流泄漏試驗接線(1)被試品不接地(2)被試品一極接地3.試驗方法被試品額定電壓35kv及以下施加1030kv直流電壓被試品額定電壓110kv及以上施加40kv直流電壓試驗時按每級0.5倍試驗電壓分階段升高每階段停留1min，讀微安表讀數即為泄漏電流繪制泄漏電流與加壓時間、泄漏電流與試驗電壓關系曲線后進行分析4.微安表的保護六.直流耐壓試驗1.方法與測量直流泄漏電流一致，但它是檢查

36、絕緣情況，試驗電壓較低2.直流高壓的獲得3.直流高壓的測量七、沖擊高壓試驗1.作用：用來檢驗高壓電氣設備在雷電過電壓和操作過電壓作用下的絕緣性能和保護性能2.沖擊電壓發(fā)生器的基本回路3.回路元件與輸出沖擊電壓波形的關系.多級沖擊電壓發(fā)生器的基本電路5.測量方法（1）測量球隙（2）分壓器峰值電壓表（3）分壓器示波器習題及答案一、選擇題1) 下面的選項中，非破壞性試驗包括_，破壞性實驗包括_。A. 絕緣電阻試驗 B.交流耐壓試驗 C.直流耐壓試驗 D.局部放電試驗 E.絕緣油的氣相色譜分析 F.操作沖擊耐壓試驗 G.介質損耗角正切試驗 H.雷電沖擊耐壓試驗二、填空題2) 根據絕緣特征的診斷規(guī)則的不

37、同，可將診斷方法可以分為_、_、_。3) 當絕緣良好時，穩(wěn)定的絕緣值_，吸收過程相對_；絕緣不良或受潮時，穩(wěn)定的絕緣電阻值_，吸收過程相對_。4) 測量泄漏電流的方法有_和_。其中_測量泄漏電流更好，因為_。5) 目前實用的局部放電測量的方法，使用得最多的測量方法是_、_、_。6) 在局部放電測量中，稱為_，是指_。7) 用阻抗法進行局部放電測量，阻抗Z的位置很重要，根據Z位置不同，可以分為_和_。如果試樣電容很大的話，這里應該使用_，因為_。8) 在對電力設備絕緣進行高電壓耐壓試驗時，所采用的電壓波形有_、_、_、_。三、計算問答題9) 正接法和反接法西林電橋各應用在什么條件下？10) 如圖

38、所示，介質的三電容模型，試推導說明視在放電電荷量q與介質中真實放電電荷qr之間的關系,要求寫出推導過程。一、選擇題1、ADEG BCFH二、填空題2、邏輯診斷模糊診斷統(tǒng)計診斷3、較高較慢較低較快4、微安表直讀法光電法光電法安全，可靠，準確度高5、絕緣油的氣相色譜分析超聲波探測法脈沖電流法6、視在放電量三電容模型里總電容上的放電量7、串聯(lián)法并聯(lián)法并聯(lián)法防止試樣上很大的放電電流通過阻抗Z8、直流交流雷電過電壓操作沖擊波三、計算問答題9、答：正接法一般應用于實驗室內的測試材料及小設備，實現樣品的對地絕緣。實際上，絕大多數電氣設備的金屬外殼是直接放在接地底座上的，換句話說，就是試品的一極是固定接地的，

39、這時就要用反接法。10、（過程略）第四章線路和繞組的波過程過電壓的概念超過額定的最高運行電壓稱為過電壓過電壓（1）大氣過電壓a直擊雷過電壓 b感應雷過電壓（2）內部過電壓a操作過電壓b操作過電壓一.波過程的一些物理概念1.什么是波過程2.波是怎樣沿著導線傳布的3.波阻抗二.波動方程線路上點在時間的電壓和電流的波動方程波動方程的通解1.波動方程通解的物理意義(1).電壓和電流均有兩個部分組成：前行波和反行波(2).電壓與電流的方向的規(guī)定(3).關于波阻抗的特點a.表示同一方向電壓波與電流波大小的比值，電磁波通過Z時，以電磁波的形式儲存在周圍介質中；b.導線上既有前行波又有反行波時，ZU/Ic.Z

40、的數值與線路長度無關三.行波的折射與反射1.折射與反射(1). 折射波與反射波電壓波折射系數 電壓波反射系數與之間的關系(2). 幾種特殊條件下的折、反射波a.線路末端開路b.線路末端短路c.線路末端接負截電阻R2. 彼德遜法則要計算分布參數線路上節(jié)點的電壓可用集中參數等值電路計算：a.線路波阻抗用數值相等的集中參數等值電阻代替b.把線路上的入射電壓波的兩倍作為等值電壓源四.行波通過串聯(lián)電感和并聯(lián)電容1.通過串聯(lián)電感回路方程：解得：于是：2.通過并聯(lián)電容回路方程解得：五.行波的多次折、反射1.用網格法計算波的折、反射2.串聯(lián)三導線典型參數配合時波過程的特點(1).(2).(3).(4).六.行

41、波在平行多導線系統(tǒng)中的傳播1.多導線系統(tǒng)的電壓、電流方程自電位系數互電位系數自波阻抗互波阻抗2.耦合系數k(1)兩導線系統(tǒng)(2)多導線系統(tǒng)七.線路上行波的衰減和變形1.沖擊電暈的形成和特點2.電暈對導線上波過程的影響(1).使導線的耦合系數增大(2).使導線的波阻抗和波速減小(3).使波在傳播過程中幅值衰減，波形畸變八.變壓器繞組中的波過程1.簡化等值電路2.繞組中初始電壓分布(1).繞組末端接地(2).繞組末端開路繞組首端處：u=U0繞組末端處：(3).變壓器的入口電容3.繞組中的穩(wěn)態(tài)電壓分布(1).繞組末端接地(2).繞組末端開路4.三相繞組中的波過程(1).中性點接地的星形接線(2).性

42、點不接地的星形接線(3).三角形接線三相同時進波5.沖擊電壓在繞組間的傳遞習題及答案一、選擇題1) 波在線路上傳播，當末端短路時，以下關于反射描述正確的是_。A 電流為0，電壓增大一倍B 電壓為0，電流增大一倍C 電流不變，電壓增大一倍D 電壓不變，電流增大一倍2) 下列表述中，對波阻抗描述不正確的是_。A 波阻抗是前行波電壓與前行波電流之比B 對于電源來說波阻抗與電阻是等效的C 線路越長，波阻抗越大D 波阻抗的大小與線路的幾何尺寸有關3) 減少絕緣介質的介電常數可以_電纜中電磁波的傳播速度。A降低 B提高 C不改變 D不一定二、填空題4) 電磁波沿架空線路的傳播速度為_。5) 傳輸線路的波阻

43、抗與_和_有關，與線路長度無關。6) 在末端開路的情況下，波發(fā)生反射后，導線上的電壓會_。7) 波傳輸時，發(fā)生衰減的主要原因是_、_、_。8) Z1、Z2兩不同波阻抗的長線相連于A點，行波在A點將發(fā)生折射與反射，反射系數的取值范圍為_。三、計算問答題9) 簡述波傳播過程的反射和折射。10) 波阻抗與集中參數電阻本質上有什么不同？11) 彼得遜法則的內容、應用和需注意的地方。一、選擇題1、A 2、C 3、B二、填空題4、3×m/s 5、單位長度電感和電容6、提高一倍7、導線電阻和線路對地電導大地電阻和地中電流等值深度的影響沖擊電暈的影響8、11三、計算問答題9、當波沿傳輸線路傳播，遇到

44、線路參數發(fā)生突變，即有波阻抗發(fā)生突變的節(jié)點時，會在波阻抗發(fā)生突變的節(jié)點上產生折射與反射。10、（1）波阻抗表示同一方向的電壓波與電流波的比值，電磁波通過波阻抗為Z的導線時，能量以電能、磁能的方式儲存在周圍介質中，而不是被消耗掉。（2）若導線上前行波與反行波同時存在時，則導線上總電壓與總電流的比值不再等于波阻抗（3）波阻抗Z的數值只取決于導線單位長度的電感和電容，與線路長度無關。（4）為了區(qū)別不同方向的流動波，波阻抗有正、負號。11、在計算線路中一點的電壓時，可以將分布電路等值為集中參數電路：線路的波阻抗用數值相等的電阻來代替，把入射波的2倍作為等值電壓源。這就是計算節(jié)點電壓的等值電路法則，也稱

45、彼得遜法則。利用這一法則，可以把分布參數電路中波過程的許多問題簡化成一些集中參數電路的暫態(tài)計算。但必須注意，如果Z1,Z2是有限長度線路的波阻抗，則上述等值電路只適用于在Z1，Z2端部的反射波尚未回到節(jié)點以前的時間內。第五章雷電及防雷設備雷電現象一.雷電的電氣參數1.雷電流i(1).幅值(2).波頭、陡度及波長：標準沖擊波鈄角平頂波：等值余弦波：2.雷暴日與雷暴小時雷暴日：每年中有雷電的日數雷暴小時：每年中有雷電的小時數3.地面落雷密度和輸電線路落雷次數地面落雷密度中：每一雷暴日、每平方公里地面遭受雷擊的次數，以表示輸電線路落雷次數：N=0.28(b+4h)h：避雷線或導線對地平均高度b:兩根

46、避雷線之間的距離雷暴日為40二.避雷針和避雷線1.保護作用的原理能使雷云電場發(fā)生突變，使雷電先導的發(fā)展沿著避雷針的方向發(fā)展，直擊于其上，雷電流通過避雷針（線）及接地裝置泄入大地而防止避雷針（線）周圍的設備受到雷擊2.保護范圍(1).單支避雷針h:避雷針高度,m 被保護物高度,mP:高度影響系數(2).兩支等高避雷針a.定出保護范圍上部邊緣最低點ob.二針間被保護物高度水平面上保護范圍的一側寬度(3).兩支不等高避雷針(4).多支等高避雷針(5).避雷線三.避雷器1.基本要求(1).能瞬時動作(2).能自行迅速截斷工頻續(xù)流工頻續(xù)流:避雷器在沖擊電壓作用后流經間隙的工頻電弧(3).具有平直的伏秒特

47、性曲線(4).具有一定的通流容量，其殘壓應低于被保護物的沖擊耐用殘壓：沖擊電壓通過閥式避雷器時，在避雷器上產生的最大壓降2.保護間隙作用原理：當雷電侵入波要危及它所保護的電氣設備的絕緣時，間隙首先擊穿，工作母線接地，避免了被保護設備上的電壓升高，從而保護了設備。優(yōu)點：結構簡單、制造方便缺點：伏秒特性曲線比較陡，絕緣配合不理想；間隙動作后會形成截波；熄弧能力低3.排氣式避雷器作用原理：當排氣式避雷器受到雷電波入侵時，內外間隙同時擊穿，雷電流經間隙流入大地；過電壓消失后，在工作電壓作用下，流經間隙的工頻續(xù)流電弧的高溫使管內產氣材料分解出大量氣體，管內壓力升高，氣體從開口孔噴出，從而使工頻續(xù)流在第一

48、次經過零值時就熄滅。特點：其熄弧能力與工頻續(xù)流大小有關，續(xù)流太大，產氣過多，易使管子炸裂；續(xù)流太小，產氣不足以熄弧，故對工頻續(xù)流有上下限的規(guī)定。優(yōu)缺點：熄弧能力比保護間隙要強，但伏秒特性較陡且放電分散性大，且會形成截波，并受大氣條件影響較大，所只用在線路保護和變電所進線段保護4.閥式避雷器(1).普通型閥式避雷器a.結構與元件的作用：火花間隙：作用原理：根據火花間隙的結構，使間隙的放電時間縮短，由于其伏秒特性曲線平緩，放電分散性也較小，由于火花間隙由若干個小間隙組合串聯(lián)，易于切斷工頻續(xù)流，且不易重燃。為什么要在間隙兩端并聯(lián)電阻：由于間隙各電極對地和對高壓端有寄生電容存在，使電壓在各間隙上的分布

49、不均勻，從而使每個火花間隙的作用得不到充分發(fā)揮，減弱了避雷器的熄弧能力，也降低了工頻放電電壓。作用原理：在工頻和恢復電壓作用下，間隙電容的阻抗很大，而分路電阻阻值較小，故間隙上的電壓分布主要由分路電阻決定，而分路電阻組值相等，使間隙上的電壓分布均勻，從而提高了熄弧電壓和工頻放電電壓。在沖擊電壓作用下，由于其等值頻率很高，電容的阻抗小于分路電阻，間隙上的電壓分布取決于電容分布，由于間隙對地和瓷套寄生電容存在，使電壓分布不均勻，其沖擊放電電壓較低，改善了避雷器的性能。b.工作原理系統(tǒng)正常工作時，間隙將電阻閥片與工作母線隔離，以免由工作電壓在閥片電阻中產生電流使閥片燒壞。當系統(tǒng)中出現過電壓且其幅值超

50、過間隙放電電壓時，間隙擊穿，沖擊電流通過閥片流入大地，從而使設備得到保護。由于閥片的非線性特性，其電阻在流過大的沖擊電流時變得很小，故閥片上產生的殘壓將得到限制，使其低于被保護設備的沖擊耐壓，設備得到保護；當過電壓消失后，間隙能在工頻續(xù)流第一次過零時就將電弧切斷，從而保護了被保護設備。c.電氣參數(1). 額定電壓：避雷器兩端子間允許的最大工頻電壓的有效值(2). 滅弧電壓：保證能夠在工頻續(xù)流第一次經過零值時滅弧的條件下允許加在避雷器上的最高工頻電壓。滅弧電壓應當大于避雷器工作母線上可能出現的最高工頻電壓，否則將不能保證續(xù)流滅弧而使閥片燒壞。(3). 工頻放電電壓：在工頻電壓下，避雷器將發(fā)生放電的電壓值(4). 沖擊放電電壓：指預放電時間為1.5-20微秒的沖擊放電電壓(5). 殘壓：指雷電流通過避雷器時在閥片電阻上產生的壓降(6). 保護比：指避雷器殘壓與滅弧電壓之比保護比愈小，說明殘壓愈低或滅弧電壓愈高，顯示保護性能愈好。(2).磁吹型閥式避雷器5.金屬氧化物（氧化鋅）避雷器(1).氧化鋅閥片的伏安特性(2).金屬氧化物避雷器的特點a.保護性能好；b.無續(xù)流和通流容量大c.無間隙四.接地裝置1.接地與防雷接地(1).接地定義：把設備與電位參照點的地球作電氣上的連接，使其對地保持一個低的電位差。(2).接地的分類：a.工作接地b.保