高電壓技術(shù)復(fù)習(xí)提綱

高電壓技術(shù)復(fù)習(xí)提綱第一篇 電介質(zhì)的電氣強(qiáng)度一 名詞解釋擊穿，擊穿電壓，擊穿場(chǎng)強(qiáng)擊穿：電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下喪失其絕緣性能，形成溝通兩極的放電。擊穿電壓：使電介質(zhì)失去其絕緣性能所需要的最低臨界外加電壓。擊穿場(chǎng)強(qiáng)：使電介質(zhì)失去其絕緣性能所需要的最低臨界外加電場(chǎng)強(qiáng)度。絕緣強(qiáng)度，絕緣水平絕緣強(qiáng)度：在均勻電場(chǎng)中、使電介質(zhì)不失去其絕緣性能所需要的最高臨界外加電場(chǎng)強(qiáng)度。絕緣水平：電氣設(shè)備出廠時(shí)保證承受的試驗(yàn)電壓。電子崩外界電離因子在陰極附近產(chǎn)生了一個(gè)初始電子，如果空間電場(chǎng)強(qiáng)度足夠大，該電子在向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)時(shí)就會(huì)引起碰撞電離，產(chǎn)生一個(gè)新的電子，初始電子和新電子繼續(xù)向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)又會(huì)引起新的碰撞電離，產(chǎn)生更多電子。依此，電子將按照幾何級(jí)數(shù)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氣體放電的非自持放電，自持放電非自持放電：依靠外電離因素的作用而維持的放電自持放電：只需要外加電壓就能維持的放電巴申定律當(dāng)氣體成分和電極材料一定時(shí)，氣體間隙擊穿電壓（Ub）是氣壓（p）和極間距離(d)乘積的函數(shù)。電暈放電由于電場(chǎng)強(qiáng)度沿氣隙的分布極不均勻，因而當(dāng)所加電壓達(dá)到某一臨界值時(shí)，曲率半徑較小的電極附近空間的電場(chǎng)強(qiáng)度首先達(dá)到了起始場(chǎng)強(qiáng)E0，因而在這個(gè)局部區(qū)域出現(xiàn)碰撞電離和電子崩，甚至出現(xiàn)流注，這種僅僅發(fā)生在強(qiáng)場(chǎng)區(qū)（小曲率半徑電極附近空間）的局部放電稱為電暈放電。它是極不均勻電場(chǎng)中特有的氣體放電現(xiàn)象，是劃分均勻（稍不均勻）電場(chǎng)和極不均勻電場(chǎng)的依據(jù)。極性效應(yīng)（極不均勻電場(chǎng)中）在極不均勻電場(chǎng)中，放電一定從曲率半徑較小的那個(gè)電極表面開(kāi)始，與該電極極性無(wú)關(guān)。但后來(lái)的發(fā)展過(guò)程、氣隙的電氣強(qiáng)度、擊穿電壓等都與該電極的極性有密切的關(guān)系。極不均勻電場(chǎng)中的放電存在著明顯的極性效應(yīng)。50％擊穿電壓U50%伏秒特性曲線沖擊擊穿特性最好用電壓和時(shí)間兩個(gè)參量來(lái)表示，這種在“電壓－時(shí)間”坐標(biāo)平面上形成的曲線，通常稱為伏秒特性曲線，它表示該氣隙的沖擊擊穿電壓與放電時(shí)間的關(guān)系。GIS（GAS—INSTULATEDSWITCHGEAR）封閉式氣體絕緣組合電器固體液體的極化在電場(chǎng)作用下，正、負(fù)束縛電荷只能在微觀尺度上作相對(duì)位移，不能作定向運(yùn)動(dòng)。正負(fù)束縛電荷間的相對(duì)偏移，產(chǎn)生感應(yīng)偶極矩。在外電場(chǎng)作用下，電介質(zhì)內(nèi)部感生偶極矩的現(xiàn)象，稱為電介質(zhì)的極化。介電損耗電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下的往往會(huì)發(fā)生電能轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪埽ㄈ鐭崮埽┑那闆r，即發(fā)生電能的損耗。常將電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下，單位時(shí)間消耗的電能叫介質(zhì)損耗。電介質(zhì)(dielectric)介質(zhì)極化型式最基本的極化型式有電子式極化、離子式極化和偶極子極化等三種，另外還有夾層極化和空間電荷極化等介質(zhì)損耗角二 簡(jiǎn)要分析下圖為氣體放電的伏安特性曲線，試解釋0—a段，a—b段，b—c段等電場(chǎng)內(nèi)部發(fā)展的過(guò)程。1、0—a段，U>Ua,起始帶電粒子定向運(yùn)動(dòng)，隨著外加電壓的加大，帶電粒子的運(yùn)動(dòng)速度越來(lái)越快，故電流在加大，此時(shí)氣隙仍處在絕緣狀態(tài).2、a—b段，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的帶電粒子帶電粒子投入運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到趨引速度，沒(méi)有新的帶電粒子來(lái)源。此時(shí)電流僅取決于外電離的因素，而與電壓大小無(wú)關(guān)b—c段，產(chǎn)生碰撞游離，放電。c點(diǎn)以后，氣隙擊穿，轉(zhuǎn)入良好的自持放電狀態(tài)。U0放電的起始電壓利用湯遜理論解釋如下低氣壓、短氣隙放電過(guò)程。解釋流注的形成及發(fā)展過(guò)程。比較流注理論與湯遜理論的區(qū)別與聯(lián)系。相同點(diǎn)：都有電子崩的產(chǎn)生不同點(diǎn)：流注的形成過(guò)程中有二次崩的形成、二次電離在氣體擊穿過(guò)程中起了重要作用。提高氣體介質(zhì)電氣強(qiáng)度的方法改善電場(chǎng)分布。包括：改進(jìn)電極形狀以改善電場(chǎng)分布，利用空間電荷改善電場(chǎng)分布，采用屏障。削弱或抑制電離過(guò)程。包括：采用高氣壓，采用高電氣強(qiáng)度氣體，采用高真空。液體電介質(zhì)的小橋理論。變壓器油擊穿電壓的影響因素及其提高的方法(一)水分和其他雜質(zhì)(二)油溫(三)電場(chǎng)均勻度(四)電壓作用時(shí)間(五)油壓的影響（六）含纖維量的影響(七)含碳量的影響通?？梢圆捎眠^(guò)濾、防潮、祛氣等方法來(lái)提高油的品質(zhì)，在絕緣設(shè)計(jì)中則可利用“油—屏障”式絕緣(例如覆蓋層、絕緣層和隔板等)來(lái)減少雜質(zhì)的影響，這些措施都能顯著提高油隙的擊穿電壓。第二篇 電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)一 名詞解釋常見(jiàn)電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)項(xiàng)目常見(jiàn)試驗(yàn)項(xiàng)目：測(cè)量絕緣電阻，吸收比，泄漏電流，介質(zhì)損耗角正切，局部放電，電壓分布等。熱老化8℃規(guī)則。對(duì)A級(jí)絕緣介質(zhì)，如果它們的工作溫度超過(guò)規(guī)定值8℃時(shí)，壽命約縮短一半。吸收比同一試品在兩個(gè)不同時(shí)刻絕緣電阻的比值局部放電（PD-PartialDischarge）由于電氣設(shè)備內(nèi)部絕緣里面存在的弱點(diǎn)，在一定外施電壓下發(fā)生的局部的重復(fù)擊穿和熄滅現(xiàn)象二 簡(jiǎn)要分析介質(zhì)損耗角正切的測(cè)量工具。采用西林電橋測(cè)量絕緣預(yù)防性試驗(yàn)的目的是什么？絕緣故障大多因內(nèi)部存在缺陷而引起，通過(guò)測(cè)量電氣特性的變化來(lái)發(fā)現(xiàn)隱藏著的缺陷。電氣設(shè)備的絕緣老化的原因。主要有熱的作用、電的作用、機(jī)械力的作用、以及水分、氧化和射線及微生物的作用等。為什么要進(jìn)行介質(zhì)損耗角正切的測(cè)量?介質(zhì)的功率損耗與介質(zhì)損耗角正切成正比，所以后者是絕緣品質(zhì)的重要指標(biāo)，測(cè)量值是判斷電氣設(shè)備絕緣狀態(tài)的一項(xiàng)靈敏有效的方法。能反映絕緣的整體性缺陷（如全面老化）和小電容試品中的嚴(yán)重局部性缺陷。進(jìn)行絕緣電阻與吸收比的測(cè)量?jī)x表？一般用兆歐表進(jìn)行絕緣電阻與吸收比的測(cè)量。局部放電的危害局部放電發(fā)生在一個(gè)或幾個(gè)絕緣內(nèi)部的氣隙或氣泡之中，因?yàn)樵谶@個(gè)很小的空間內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度很大。它的放電能量很小，所以它的存在并不影響電氣設(shè)備的短時(shí)絕緣強(qiáng)度。但如一個(gè)電氣設(shè)備在運(yùn)行電壓下長(zhǎng)期存在局部放電現(xiàn)象，這些微弱的放電能量和由此產(chǎn)生的一些不良效應(yīng)，如不良化合物的產(chǎn)生，就可以慢慢地?fù)p壞絕緣，日積月累，最后可導(dǎo)致整個(gè)絕緣被擊穿，發(fā)生電氣設(shè)備的突發(fā)性故障電壓分布測(cè)量的目的表面比較清潔時(shí)，其分布規(guī)律取決于絕緣結(jié)構(gòu)本身的電容和雜散電容，表面染污受潮時(shí)，分布規(guī)律取決于表面電導(dǎo)。通過(guò)測(cè)量絕緣表面上的電壓分布亦能發(fā)現(xiàn)某些絕緣缺陷。說(shuō)明下圖工頻高電壓試驗(yàn)的基本線路1—8各部分名稱1-電源開(kāi)關(guān)；2-調(diào)壓器；3-電壓表；4-試驗(yàn)變壓器；5-變壓器保護(hù)電阻；6-試品；7-測(cè)量銅球保護(hù)電阻；8-測(cè)量銅球試驗(yàn)變壓器與電力變壓器區(qū)別與聯(lián)系試驗(yàn)變壓器電力變壓器負(fù)荷性質(zhì)容性感性容量小大時(shí)間短長(zhǎng)溫度低高安全系數(shù)?。?.1)大高壓試驗(yàn)變壓器的特點(diǎn)額定電壓高而容量不大試驗(yàn)變壓器與連續(xù)運(yùn)行時(shí)間不長(zhǎng)，發(fā)熱較輕，因而不需要復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)。漏抗大，短路電流較小，可降低機(jī)械強(qiáng)度方面的要求。輸出電壓波形很難完美，需要采取措施加以修正。工頻耐壓試驗(yàn)的實(shí)施方法按規(guī)定的升壓速度提升作用在被試品TO上的電壓，直到它等于所需的試驗(yàn)電壓為止。保持1分鐘，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)絕緣擊穿或局部損傷，可認(rèn)為合格通過(guò)。如何產(chǎn)生直流高電壓？將工頻高電壓經(jīng)高壓整流器而變換成直流高電壓。利用倍壓整流原理制成的直流高壓串級(jí)裝置（或稱串級(jí)直流高壓發(fā)生器)能產(chǎn)生出更高的直流試驗(yàn)電壓。簡(jiǎn)述倍壓整流回路如何獲得2Um的直流電壓。沖擊高電壓試驗(yàn)的目的？簡(jiǎn)述下圖沖擊電壓發(fā)生器如何產(chǎn)生性雙指數(shù)波，并定性畫出雙指數(shù)波。實(shí)驗(yàn)室條件下測(cè)量高電壓采用的儀器有哪些？高壓靜電電壓表、峰值電壓表、球隙測(cè)壓器、高壓分壓器等儀器測(cè)量高電壓。高壓靜電電壓表的工作原理。兩個(gè)特制的電極間加上電壓，電極間就會(huì)受到靜電力的作用，而且大小與數(shù)值有固定關(guān)系，設(shè)法測(cè)量靜電力的大小就確定所加電壓的大小。利用這一原理制成的儀表即為靜電電壓表，它可以用來(lái)測(cè)量低電壓，也可以在高壓測(cè)量中得到應(yīng)用。球隙測(cè)壓器的工作原理及優(yōu)點(diǎn)。工作原理基于一定直徑的球隙在一定極間距離時(shí)的放電（擊穿）電壓為一定值。球隙的優(yōu)點(diǎn)：擊穿時(shí)延小，具有比較穩(wěn)定的放電電壓值和較高的測(cè)量精度50%沖擊放電電壓與靜態(tài)放電電壓的幅值幾乎相等。不必對(duì)濕度進(jìn)行校正。為什么要采用高壓分壓器？被測(cè)電壓很高時(shí)，測(cè)壓器無(wú)法直接測(cè)量，則采用高壓分壓器來(lái)分出一小部分電壓，然后利用靜電電壓表、峰值電壓表、高壓脈沖示波器等來(lái)測(cè)量。高壓分壓器分類。電阻分壓器，電容分壓器，阻容分壓器第三篇 電力系統(tǒng)過(guò)電壓與絕緣配合一 名詞解釋電力系統(tǒng)過(guò)電壓的分類集中參數(shù)等值電路（彼德遜法則）：計(jì)算電壓、電流時(shí)，可將入射波和波阻抗為Z的集中參數(shù)來(lái)代替。電源電勢(shì)為電壓入射波的兩倍，電源內(nèi)阻等于線路波阻抗。如圖所示。波穿過(guò)電感和旁過(guò)電容的作用行波穿過(guò)電感或旁過(guò)電容時(shí)，波前均被拉平，波前陡度減小，L或C越大，陡度越小。在無(wú)限長(zhǎng)直角波的情況下，串聯(lián)電感和并聯(lián)電容對(duì)電壓的最終穩(wěn)態(tài)值都沒(méi)有影響。從折射波的角度來(lái)看，串聯(lián)電感和并聯(lián)電容的作用是一樣的，但從反射波的角度來(lái)看二者的作用相反。從過(guò)電壓角度，采用并聯(lián)電容更為有利。3MetalOxideSurgeArresters（MOA）金屬氧化物避雷器(MetalOxideSurgeArresters，簡(jiǎn)寫為MOA）電力系統(tǒng)接地以及分類1）工作接地：正常工作需要而設(shè)置的接地。0.5~10Ω2）保護(hù)接地：為了保護(hù)人身安全金屬接地。1~10Ω3）防雷接地：將雷電流順利泄入地下，以減小它所引起的過(guò)電壓。1~30Ω。輸電線路上的空氣間隙包括：（1）導(dǎo)線對(duì)地面：（2）導(dǎo)線之間：（3）導(dǎo)、地線之間：（4）導(dǎo)線與桿塔之間絕緣配合的原則根據(jù)設(shè)備在系統(tǒng)中可能承受的工作電壓及過(guò)電壓，考慮限壓裝置的特性和設(shè)備的絕緣特性來(lái)確定必要的耐受強(qiáng)度，以便把作用于設(shè)備上的各種電壓所引起的絕緣損壞和影響連續(xù)運(yùn)行的概率，降低到在經(jīng)濟(jì)上和運(yùn)行上能接受的水平。二 簡(jiǎn)要分析設(shè)某變電所的母線上共接有n條架空線路，當(dāng)其中某一線路遭受雷擊時(shí)，即有一過(guò)電壓波U0沿著該線進(jìn)入變電所，試求此時(shí)的母線電壓Ubb。兩條波阻抗各為Z1和Z2的長(zhǎng)線上之間接一段長(zhǎng)度為L(zhǎng)0、波阻抗為Z0的短線，當(dāng)有一幅值為U0的無(wú)限長(zhǎng)直角波沿Z1線向A、B點(diǎn)傳播，求對(duì)B點(diǎn)動(dòng)態(tài)穩(wěn)態(tài)的電壓的影響？（課本圖6-23）進(jìn)入線路2的電壓最終幅值只由Z1和Z2來(lái)決定，而與中間線段的存在與否無(wú)關(guān)。動(dòng)態(tài)影響與Z0和Z1和Z2有關(guān)：當(dāng)Z0介于二者之外時(shí)，UB是逐次疊加而增大，即Z0的存在降低了UB電壓的上升速度。當(dāng)Z0介于二者之間時(shí)，總的電壓UB將是振蕩上升的。無(wú)限長(zhǎng)直角波作用于單相繞組，初始電壓分布的特點(diǎn)。當(dāng)無(wú)限長(zhǎng)直角波作用于繞組時(shí)，繞組中的電壓起始分布很不均勻，其不均勻程度與αl值有關(guān)：αl愈大分布愈不均勻，且大部分電壓降落在首端，在x=0處有最大電位梯度，因此需要對(duì)繞組首端絕緣應(yīng)采取保護(hù)措施。沖擊電壓作用于單相繞組，由初始電壓分布到穩(wěn)態(tài)電壓分布的振蕩過(guò)程與沖擊電壓的波形的關(guān)系。沖擊電壓波頭時(shí)間越長(zhǎng)，上升速度越低，則繞組上的初始電壓分布由于受電感電流的影響，就將與穩(wěn)態(tài)電位分布較接近，振蕩過(guò)程的發(fā)展就比較緩和，繞組各點(diǎn)對(duì)地的最大電位和縱向電位梯度也將較低；反之，當(dāng)波頭很陡的沖擊電壓作用時(shí)，繞組內(nèi)的振蕩將很激烈。簡(jiǎn)述雷電放電過(guò)程避雷針（線）的保護(hù)原理保護(hù)原理：避雷針（線）一般均高于被保護(hù)對(duì)象，它們的迎面先導(dǎo)往往開(kāi)始得最早，發(fā)展得最快，最先影響雷電下行先導(dǎo)的發(fā)展方向，使之擊向避雷針（線），并順利泄入地下，使處于它們周圍的較低物體受到屏蔽保護(hù)、免遭雷擊。避雷器的保護(hù)原理當(dāng)雷電入侵波或操作波超過(guò)某一電壓值后，避雷器將優(yōu)先于與其并聯(lián)的被保護(hù)電力設(shè)備放電，從而限制了過(guò)電壓，使與其并聯(lián)的電力設(shè)備得到保護(hù)。避雷器的種類保護(hù)間隙，管式避雷器，閥式避雷器（包括金屬氧化物避雷器）避雷器的技術(shù)要求（1）過(guò)電壓作用時(shí)，避雷器先于被保護(hù)電力設(shè)備放電；（2）避雷器應(yīng)具有一定的熄弧能力，以便可靠地切斷在第一次過(guò)零時(shí)的工頻續(xù)流。保護(hù)間隙的保護(hù)原理最簡(jiǎn)單，最原始的限壓器。保護(hù)間隙與被保護(hù)絕緣并聯(lián)，且前者的擊穿電壓要比后者低，當(dāng)過(guò)電壓波襲來(lái)時(shí)，保護(hù)間隙先擊穿，使過(guò)電壓波原有的幅值Um被限制到等于保護(hù)間隙F的擊穿電壓值Ub，從而保護(hù)了設(shè)備。保護(hù)間隙的缺點(diǎn)保護(hù)間隙的電場(chǎng)多屬極不均勻電場(chǎng)，其伏秒特性不平坦，難以與被保護(hù)絕緣進(jìn)行良好的配合。其靜態(tài)擊穿電壓定的太低會(huì)頻繁誤動(dòng)作，太高則不能發(fā)揮保護(hù)作用。保護(hù)間隙沒(méi)有專門的滅弧裝置，滅弧能力有限。保護(hù)間隙動(dòng)作后，會(huì)產(chǎn)生截波，影響變壓器類設(shè)備的絕緣。閥式避雷器的工作原理閥式避雷器主要由火花間隙F及與之串聯(lián)的工作電阻（閥片）組成。下圖為示意圖。當(dāng)出現(xiàn)雷電過(guò)電壓時(shí)，火花間隙應(yīng)迅速擊穿而使過(guò)電壓的幅值受到限制，這時(shí)，流過(guò)避雷器的沖擊電流i會(huì)在工作電阻上產(chǎn)生一壓降。其最大值稱為殘壓。理想情況是，無(wú)論通過(guò)多大沖擊電流，這一殘壓始終不變，永遠(yuǎn)小于火花間隙的沖擊放電電壓。輸電線路上常用的防雷保護(hù)措施(一)避雷線（架空地線）（二）降低桿塔接地電阻（三）加強(qiáng)線路絕緣（四）耦合地線(五)消弧線圈(六)管式避雷器(七)不平衡絕緣(八)自動(dòng)重合閘變電所中出現(xiàn)的雷電過(guò)電壓的來(lái)源1)雷電直擊變電所；2)沿輸電線入侵的雷電過(guò)電壓波。變電站進(jìn)線段保護(hù)的作用1）雷電過(guò)電壓波在流過(guò)進(jìn)線段時(shí)因沖擊電暈而發(fā)生衰減和變形，降低了波前陡度和幅值；2）限制流過(guò)避雷器的沖擊電流幅值。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)推薦的25~60MW直配電機(jī)的防雷保護(hù)接線如圖所示。解釋下圖中各種措施、各個(gè)元件的作用。發(fā)電機(jī)母線上FV2是一組ZnO避雷器或磁吹避雷器，是限制進(jìn)入發(fā)電機(jī)繞組的過(guò)電壓波幅值的最后一關(guān)；并聯(lián)電容器C限制進(jìn)波陡度和降低感應(yīng)雷擊過(guò)電壓的作用；L為限制工頻短路電流的電抗器，在防雷方面，也能發(fā)揮降低進(jìn)波陡度和減小流過(guò)FV2的沖擊電流的作用；4）插接一段150m以上的電纜主要為了限制流入避雷器FV2的沖擊電流不超3kA。5）管式避雷器FT1和FT2：由以上分析，電纜段發(fā)揮限流作用的前提是FT2動(dòng)作，實(shí)際上有與電纜的波阻抗小于架空線，F(xiàn)T2很難的動(dòng)作，為了解決此問(wèn)題，在距離A點(diǎn)70m處安裝FT1。FT1的動(dòng)作代替FT2的動(dòng)作，使電纜發(fā)揮其限流作用，使得電纜段發(fā)揮其限流作用。6）發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)大多比接地或經(jīng)消弧線圈接地，因此在電網(wǎng)中發(fā)生一相接地故障時(shí)，發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)電位將升至相電壓，所以用于保護(hù)中性點(diǎn)絕緣的中性點(diǎn)避雷器FV3的滅弧電壓應(yīng)選的高于相電壓。消除或降低切空線過(guò)電壓采取的措施(一)采用不重燃斷路器(二)加裝并聯(lián)分閘電阻(三)利用避雷器來(lái)保護(hù)合閘過(guò)電壓影響因素1)合閘相位2)線路損耗3)