5.電氣工程導(dǎo)論第五章-高電壓與絕緣技術(shù)

曾祥君電氣與信息工程學(xué)院電氣工程導(dǎo)論目錄CONTENTS第一章第二章第三章第四章緒論電機(jī)電器及其控制技術(shù)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化技術(shù)電力電子技術(shù)與電力傳動(dòng)第五章第六章高電壓與絕緣技術(shù)電工新技術(shù)目錄CONTENTS第一章第二章第三章第四章緒論電機(jī)電器及其控制技術(shù)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化技術(shù)電力電子技術(shù)與電力傳動(dòng)第五章第六章高電壓與絕緣技術(shù)電工新技術(shù)第五章高電壓與絕緣技術(shù)

第五章主要內(nèi)容：5.1高電壓與絕緣技術(shù)的發(fā)展5.2高電壓與絕緣技術(shù)的主要內(nèi)容5.3高電壓新技術(shù)及其在各領(lǐng)域的應(yīng)用5.1高電壓與絕緣技術(shù)的發(fā)展第五章

高電壓與絕緣技術(shù)是以試驗(yàn)研究為基礎(chǔ)的應(yīng)用技術(shù)，主要研究在高電壓作用下各種絕緣介質(zhì)的性能和不同類型的放電現(xiàn)象，高電壓設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，高電壓實(shí)驗(yàn)和測量的設(shè)備及方法，電力系統(tǒng)的過電壓、高電壓或大電流產(chǎn)生的強(qiáng)電場、強(qiáng)磁場或電磁波對(duì)環(huán)境的影響和防護(hù)措施，以及高電壓、大電流的應(yīng)用等。

高電壓技術(shù)對(duì)電力工業(yè)、電工制造業(yè)以及近代物理的發(fā)展（如X射線裝置、粒子加速器、大功率脈沖發(fā)生器等）都有重大影響。5.1高電壓與絕緣技術(shù)的發(fā)展第五章1752年富蘭克林進(jìn)行了著名的風(fēng)箏引電實(shí)驗(yàn)1895-1896年W.K.倫琴發(fā)現(xiàn)X射線并將其用于人手骨骼影像1911年E.盧瑟福根據(jù)α粒子轟擊金箔引起散射而提出原子模型1931年范德格拉夫發(fā)明了高壓靜電起電機(jī)(a)巨型起電機(jī)（MIT網(wǎng)站）(b)小型起電機(jī)

范德格拉夫高壓靜電起電機(jī)5.1高電壓與絕緣技術(shù)的發(fā)展第五章

高電壓是相對(duì)于低電壓而言的，對(duì)于電力系統(tǒng)來說，1kV以上至220kV稱為高壓，220kV至800kV稱為超高壓（EHV），1000kV以上稱為特高壓（UHV）。

絕緣體是相對(duì)于導(dǎo)體而言的，絕緣體電阻率很高（可達(dá)109~1022Ω.cm），通常通過的泄漏電流非常小，可以忽略不計(jì)。高壓電力輸送5.2高電壓與絕緣技術(shù)的主要內(nèi)容第五章

研究內(nèi)容有高電壓的產(chǎn)生，在高電壓下絕緣介質(zhì)及其系統(tǒng)的特性，電氣設(shè)備及絕緣，電氣系統(tǒng)過電壓及其限制措施，高電壓試驗(yàn)技術(shù)，電磁環(huán)境及電磁污染防護(hù)，以及高電壓技術(shù)的應(yīng)用等。

主要內(nèi)容可分為四部分：①各類電介質(zhì)在高電場下的特性；

②電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)技術(shù)；

③電力系統(tǒng)過電壓與絕緣配合；④高電壓技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用等。

5.2高電壓與絕緣技術(shù)的主要內(nèi)容第五章實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的高壓放電現(xiàn)象5.2高電壓與絕緣技術(shù)的主要內(nèi)容第五章1、高電壓的產(chǎn)生

雷電：電流達(dá)100kA，電壓達(dá)108kV，但持續(xù)時(shí)間短。

雷電放電過程5.2高電壓與絕緣技術(shù)的主要內(nèi)容第五章雷電參數(shù)雷電活動(dòng)強(qiáng)度——雷暴日及雷暴小時(shí)雷暴日：每年中有雷電的天數(shù)。雷暴小時(shí)：每年中有雷電的小時(shí)數(shù)。年平均雷暴日不超過15的地區(qū)為少雷區(qū)；超過40的為多雷區(qū)；超過90的地區(qū)及根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)雷害特別嚴(yán)重的地區(qū)為強(qiáng)雷區(qū)。

落雷密度地面落雷密度γ

：每一個(gè)雷暴日、每平方公里對(duì)地面落雷次數(shù)。5.2高電壓與絕緣技術(shù)的主要內(nèi)容第五章靜電：放電脈沖上升時(shí)間約為1~5ns，脈寬150ns，電流峰值約1~50A。高壓發(fā)生裝置：1.交流高電壓發(fā)生裝置2.直流高電壓發(fā)生裝置3.沖擊電壓電流發(fā)生裝置。

戶外式高壓發(fā)生裝置6000kV沖擊電壓發(fā)生器5.2高電壓與絕緣技術(shù)的主要內(nèi)容第五章2、高電壓絕緣與電氣設(shè)備絕緣材料：氣體，液體，固體（有機(jī)，無機(jī)）高電壓技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵是絕緣材料的研制和開發(fā)研究重點(diǎn)①高壓大容量發(fā)電機(jī)的環(huán)氧粉云母絕緣體系；②中小型電機(jī)的F、H級(jí)絕緣系列；③高壓輸電的六氟化硫氣態(tài)介質(zhì)；④高性能絕緣油。5.2高電壓與絕緣技術(shù)的主要內(nèi)容第五章電機(jī)為了可靠運(yùn)行在帶電部件和殼體之間需要用絕緣材料加以隔絕，而絕緣材料的使用壽命與其材料本身的絕緣等級(jí)及使用溫度有很大的關(guān)系。電機(jī)的絕緣等級(jí)是依據(jù)所用國內(nèi)絕緣材料的耐熱等級(jí)劃分的，分E、B、F、H級(jí)。允許溫升是指電機(jī)的溫度與周圍環(huán)境溫度相比升高的限度。

絕緣等級(jí)使用極限溫度溫升限值E120℃75KB130℃80KF155℃105KH180℃120K5.2高電壓與絕緣技術(shù)的主要內(nèi)容第五章SF6氣體已有百年歷史，它是法國兩位化學(xué)家Moissan和Lebeau于1900年合成的人造惰性氣體，1940年前后，美國軍方將其用于曼哈頓計(jì)劃（核軍事），1947年提供商用。當(dāng)前SF6氣體主要用于電力工業(yè)中。SF6氣體用于4種類型的電氣設(shè)備作為絕緣或滅弧:SF6斷路器及負(fù)荷開關(guān)設(shè)備，SF6絕緣輸電管線，SF6變壓器及SF6絕緣變電站。80％用于高中壓電力設(shè)備。SF6氣體主要有如下特性：

具有優(yōu)異的滅弧性能；絕緣強(qiáng)度高，在大氣壓下為空氣的3倍；熱傳導(dǎo)性能好且易復(fù)合，特別是當(dāng)SF6氣體由于放電或電弧作用出現(xiàn)離解時(shí)；可在小的氣罐內(nèi)儲(chǔ)存，這是因?yàn)槭覝叵录痈邏毫σ滓夯９夥奖?，價(jià)格不貴且穩(wěn)定。

5.2高電壓與絕緣技術(shù)的主要內(nèi)容第五章六氟化硫斷路器六氟化硫絕緣負(fù)荷開關(guān)5.2高電壓與絕緣技術(shù)的主要內(nèi)容第五章變電站間隔5.2高電壓與絕緣技術(shù)的主要內(nèi)容第五章5.2高電壓與絕緣技術(shù)的主要內(nèi)容電氣設(shè)備的絕緣：①發(fā)電機(jī)繞組通常采用環(huán)氧粉云母帶做絕緣；②變壓器采用油-紙，樹脂和六氟化硫等；③斷路器采用空氣，油，和六氟化硫等；

④電容型設(shè)備采用套管和油-紙等絕緣；

⑤架空輸電線路--絕緣子和分裂導(dǎo)線；

⑥地下輸電線路--電力電纜；

⑦氣體絕緣金屬封閉組合電器。5.2高電壓與絕緣技術(shù)的主要內(nèi)容第五章氣體絕緣金屬封閉組合電器

5.2高電壓與絕緣技術(shù)的主要內(nèi)容第五章3、高電壓試驗(yàn)技術(shù)

隨著電力系統(tǒng)電壓等級(jí)的不斷提高，絕緣成為電氣設(shè)備中的薄弱環(huán)節(jié)。高電壓試驗(yàn)是研究擊穿機(jī)理、影響因素、電氣強(qiáng)度以及檢驗(yàn)電氣設(shè)備耐受水平的最好方法。介質(zhì)絕緣強(qiáng)度電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)：

集中性缺陷——發(fā)展速度快

1、絕緣缺陷:

分布性缺陷——演變速度慢

2、試驗(yàn)方法分為兩類：非破壞性試驗(yàn)和破壞性試驗(yàn)。

5.2高電壓與絕緣技術(shù)的主要內(nèi)容第五章非破壞性試驗(yàn)：在較低電壓下或其他不會(huì)損壞絕緣的方法來檢測絕緣，判斷絕緣狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能的劣化現(xiàn)象。絕緣電阻測量——兆歐表；絕緣電阻是一切電介質(zhì)和絕緣結(jié)構(gòu)的絕緣狀態(tài)最基本的綜合性特性參數(shù)。由于電氣設(shè)備中大多采用組合絕緣和層式結(jié)構(gòu)，故在直流電壓下均會(huì)有明顯的吸收現(xiàn)象，使外電路中出現(xiàn)一個(gè)隨時(shí)間而衰減的吸收電流。直流泄漏電流測量；介質(zhì)損失（損耗）角測量——西林電橋；局部放電測量。5.2高電壓與絕緣技術(shù)的主要內(nèi)容第五章破壞性試驗(yàn)：在各種較高電壓下進(jìn)行的試驗(yàn)，也稱為耐壓試驗(yàn)。目的在于考核絕緣的電氣強(qiáng)度雷電沖擊耐壓試驗(yàn)；交、直流耐壓試驗(yàn)；操作沖擊耐壓試驗(yàn)。球隙放電試驗(yàn)5.2高電壓與絕緣技術(shù)的主要內(nèi)容第五章

高電壓試驗(yàn)設(shè)備

高電壓分壓器

分壓器是高電壓試驗(yàn)中必備的測量設(shè)備，它能將高電壓轉(zhuǎn)換為可用普通電壓表測量的安全低電壓。其測量準(zhǔn)確性、直觀性及使用方便性是傳統(tǒng)測量高電壓采用的靜電電壓表、測量球隙等所無法比擬的。

分壓器一般是指不帶測量儀表的“分壓器體”，如配有普通電壓表、專用電壓表、多功能峰值表或記錄儀等，則可稱為：高壓分壓器測量系統(tǒng)、千伏表等。5.2高電壓與絕緣技術(shù)的主要內(nèi)容第五章高壓電壓表高壓試驗(yàn)變壓器5.2高電壓與絕緣技術(shù)的主要內(nèi)容第五章

數(shù)字化測量裝置

數(shù)字式局部放電檢測系統(tǒng)

通用型鉗形表5.2高電壓與絕緣技術(shù)的主要內(nèi)容第五章

電氣設(shè)備診斷及在線監(jiān)測

對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)和各種特性測量，了解其特征，評(píng)估設(shè)備狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，稱為電氣設(shè)備診斷技術(shù)（DiagnosticTechnique）

5.2高電壓與絕緣技術(shù)的主要內(nèi)容第五章4、電力系統(tǒng)過電壓及其保護(hù)

電力系統(tǒng)過電壓雷電（大氣）過電壓內(nèi)部過電壓暫態(tài)過電壓操作過電壓直擊雷過電壓感應(yīng)雷過電壓工頻過電壓諧振過電壓常用過電壓限制措施：

裝避雷針、避雷器，調(diào)整線路參數(shù)，裝設(shè)并聯(lián)電抗器、靜止無功補(bǔ)償器，在操作斷路器觸頭上裝設(shè)并聯(lián)電阻，以及用快速繼電保護(hù)減小工頻電壓升高及其持續(xù)時(shí)間等。5.2高電壓與絕緣技術(shù)的主要內(nèi)容第五章工頻過電壓

工頻過電壓在暫時(shí)過電壓中的重要性：它是確定超高壓遠(yuǎn)距離輸變電設(shè)備絕緣水平的重要依據(jù)，其幅值影響保護(hù)電器的工作條件和保護(hù)效果。它的持續(xù)時(shí)間影響設(shè)備絕緣及運(yùn)行性能，并且長線中的操作過電壓是在工頻過電壓的基礎(chǔ)上振蕩產(chǎn)生的。在超高壓輸電系統(tǒng)中，工頻電壓升高應(yīng)當(dāng)受到相當(dāng)?shù)闹匾?。產(chǎn)生原因：長線電容效應(yīng)、不對(duì)稱接地和突然甩負(fù)載。采取措施：傳統(tǒng)的方法是使用同步補(bǔ)償機(jī)或并聯(lián)電抗器，近年來的發(fā)展了靜止無功補(bǔ)償技術(shù)，各有優(yōu)缺點(diǎn)。5.2高電壓與絕緣技術(shù)的主要內(nèi)容第五章諧振過電壓一、產(chǎn)生諧振過電壓的原因：由于系統(tǒng)中存在著大量的電容電感元件，在系統(tǒng)進(jìn)行操作或發(fā)生故障時(shí)，這些電容電感元件可能形成各種不同自振頻率的振蕩回路，在外電源的作用下發(fā)生諧振現(xiàn)象，造成某些元件上出現(xiàn)諧振過電壓。二、諧振過電壓的特點(diǎn)：是一種穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象，存在的時(shí)間較長，對(duì)電氣設(shè)備絕緣的危害大。三、諧振的類型：由于系統(tǒng)中的電阻電容元件可以認(rèn)為是線性的，而電感則可能是線性的、非線性的或作周期性變化的，按電感的類型不同，諧振分為1、線性諧振2、參數(shù)諧振3、鐵磁諧振5.2高電壓與絕緣技術(shù)的主要內(nèi)容第五章操作過電壓1、產(chǎn)生：系統(tǒng)中對(duì)斷路器的操作而帶來的過電壓。

其過電壓倍數(shù)K的大小和持續(xù)時(shí)間與電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，斷路器的性能，系統(tǒng)的接線方式及運(yùn)行操作方式有關(guān)。K一般為3～42、類型：（1）空載線路合閘過電壓（2）切除空載線路過電壓（3）切除空載變壓器過電壓（4）中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中弧光過電壓5.2高電壓與絕緣技術(shù)的主要內(nèi)容第五章5、防雷及防雷設(shè)備