高电压技术知识点总结

为什么要有高电压：提高输送容量，降低线路损耗，减少工程投资，提高单位走廊输电能力，节省走廊面积，改善电网结构，降低短路电流，加强联网能力。电介质：在其中可建立稳定电场而几乎没有电流通过的物质。极化：在外电场作用下，电介质内部产生宏观不为零的电偶极矩。电介质极化的四种基本类型：电子位移极化，离子位移极化，转向极化，空间电荷极化。介电常数：用来衡量绝缘体储存电能的能力，代表电介质的极化程度（对电荷的束缚能力）液体电介质的相对介电常数影响因素(频率)：频率较低时，偶极分子来得及跟随电场交变转向，介电常数较大，接近直流情况下的d；频率超过临界值，偶极分子转向跟不上电场的变化，介电常数开始减小，介电常数最终接近于仅由电子位移极化引起的介电常数z。电介质的电导与金属的电导有本质上的区别：金属电导是由金属中固有存在的自由电子造成的。电介质的电导是带电质点在电场作用下移动造成的。气体：由电离出来的自由电子、正离子和负离子在电场作用下移动而造成的。液体：分子发生化学分解形成的带点质点沿电场方向移动而造成的。固体：分子发生热离解形成的带电质点沿电场方向移动而造成的。介质损耗：在电场作用下，电介质由于电导引起的损耗和有损极化损耗，总称为介质损耗。电介质的等效电路：电容支路：由真空和无损极化所引起的电流为纯容性。/阻容支路：由有损极化所引起的电流分为有功和容性无功两部分。/纯阻支路：由漏导引起的电流，为纯阻性的。介质损耗因数tg的意义：若tg过大会引起严重发热，使材料劣化，甚至可能导致热击穿。/用于冲击测量的连接电缆，要求tg必须小，否则会影响到测量精度/用做绝缘材料的介质，希望tg。在其他场合，可利用tg引起的介质发热，如电瓷泥胚的阴干/在绝缘试验中，tg的测量是一项基本测量项目激励：电子从近轨道向远轨道跃迁时，需要一定能量，这个过程叫激励。电离：当外界给予的能量很大时，电子可以跳出原子轨道成为自由电子。原来的中性原子变成一个自由电子和一个带正电荷的离子，这个过程叫电离。反激励：电子从远轨道向近轨道跃迁时，原子发射单色光的过程称为反激励。平均自由程：一个质点两次碰撞之间的平均距离，其与密度呈反比。电离形式：撞击电离，光电离，热电离，表面电离。气体带电质点的消失：中和(发生在电极处)：带电质点在电场力的作用下，宏观上沿电场做定向运动。带电质点受电场力作用而流入电极，中和电量。/扩散：扩散指质点从浓度较大的区域扩散到浓度较小的的区域，从而使带电质点在空间各处浓度趋于平均的过程。/复合(发生在内部)：带有异号电荷质点相遇，还原为中性质点的过程称为复合。电子崩：当外加电场强度足够大时，带电粒子两次碰撞间积聚的动能足够发生碰撞电离。电离出来的电子和离子在场强作用下又加入新的撞击电离，电离过程像雪崩一样增长起来，称为电子崩。自持放电：当外加场强足够强大时，电子崩不依赖外界因素，外界因素消失后，电子崩仍能够保持。放电形式：辉光放电，电晕放电，刷状放电，火花击穿，电弧击穿。汤森德气体放电理论的三个影响因素：系数：1个自由电子在走到阳极的1cm路程中撞击电离产生的平均自由电子。/系数：1个正离子在走到阴极的1cm路程中撞击电离产生的平均自由电子。/系数：1个正离子撞击阴极表面，逸出的平均自由电子数。流注:由初崩辐射出的光子，在崩头、崩尾外围空间局部强场中衍生出二次电子崩并汇合到主崩通道中来，使主崩通道不断高速向前、后延伸的过程称为流注。流注的形成：电子崩头部接近阳极；崩头和崩尾处电场增强，激励和反激励放射出大量光子，崩中复合也放射出光子；一些光子射到崩尾，造成空间光电离，形成衍生电子崩；衍生电子崩头部移动速度快，与主崩汇合；新的衍生电子崩在崩尾出现，一个一个向阴极发展，形成正流注。电晕：在极不均匀的电场中，当外加电压及平均场强还较低时，电极曲率半径较小处，附近空间的局部场强已很大。在这局部场强处，产生强烈的电离，伴随着电离而存在复合和反激励，辐射出大量光子，使在黑暗中可以看到在该电极附近空间有蓝色的晕光，称为电晕。电晕的极性效应:对于电极形状不对称的极不均匀电场间隙，间隙的起晕电压和击穿电压各不相同，称为极性效应。电晕的效应：有声、色、热等效应，表现为发出“咝咝”的声音，蓝色的晕光以及使周围气体温度升高等。|产生人可听到的噪声，对人生理、心理产生影响。|形成“电风”导致电力设备的振动和摆动。|产生高频脉冲电流，对无线电干扰。|产生能量损耗。|产生某些化学反映，加速绝缘老化。雷电放电过程：先导放电，主放电(剧烈电离，剧烈中和，主放电通道向上延伸，径向放电)，余光放电。雷电的破坏因素:最大电流、电流增长最大陡度、余光电流热效应。气隙沿面放电：沿气体与固体（或液体）介质的分界面发展的放电现象。闪络：沿面放电发展到贯穿两级，使整个气隙沿面击穿的现象。气隙的击穿时间：升压时间t0，统计时延ts，放电发展时间tf。伏秒特性：气隙的击穿电压要用电压峰值和延续时间二者共同表示，这就是该气隙在电压波形下的伏秒特性。气隙的电气强度影响因素：气隙的击穿时间、气隙的伏秒特性、大气条件对气隙击穿电压的影响、电场均匀程度对气隙击穿电压的影响。影响统计时延的因素：电极材料、外施电压、电场情况、短波光照射。影响放电发展时间的因素：外施电压、电厂情况、间隙长度。平均伏秒特性：同一气隙在同一电压作用下，每次击穿的时间并不完全相同，具有分散性。所以一个气隙的伏秒特性，不是一条简单的曲线，而是一组曲线族。某些场合，用击穿概率50的曲线来表示气隙的伏秒特性，称为平均伏秒特性。50击穿电压：指气隙被击穿的概率为50的冲击电压峰值，反映了该气隙地基本耐电强度。2S冲击击穿电压：气压击穿时，击穿前时间小于和大于2S的概率各为50的冲击电压。标准大气参考条件：温度=20，压强=101.3，湿度=11g/。大气压下空气电气强度约30KV/cm大气条件对气隙击穿电压的影响因素：温度、压强：密度，平均自由程，（耐受电压）。湿度：负离子，（耐受电压）。极不均匀电场特点：有显著的极性效应/击穿电压分散性大/击穿电压与间隙距离有关/外加电压低于击穿电压时局部有稳定的电晕放电。提高气隙击穿电压的方法：改善电场分布：气隙电场分布越均匀，气隙击穿电压越高，故适当改进电极形状，增大电极曲率半径（屏蔽），改善电场分布，能提高气隙的击穿电压和预放电电压。采用高度真空：以削弱气隙中的撞击电离过程，也能提高气隙的击穿电压。增高气压：可以减小电子的平均自由程，阻碍撞击电离的发展，从而提高气隙的击穿电压。采用高耐电强度气体：卤族元素气体（SF6等）。气体的特点：较高的耐电程度，很强的灭弧性能，无色无味无毒，非燃性的惰性化合物，对金属和其他绝缘材料没有腐蚀作用，中等压力下可以液化，容易储藏和运输。污闪：在化工厂、冶金厂附近或沿海地带，沉积在绝缘上的尘污，因其含有高导率的溶质，当遇到雾，毛毛雨等天气条件，有可能产生沿面闪络。电击穿:由电场的作用使介质中的某些带点质点积累的数量和运动的速度达到一定程度，使介质失去了绝缘性能，形成导电通道。热击穿：由电场作用下，介质内的损耗发出的热量多于散逸的热量，使介质温度不断上升，最终造成介质本身的破坏，形成导电通道。影响固体电介质击穿电压的因素：1.电压作用时间的影响：存在临界点，即热击穿和电击穿的分界点。2.电场均匀度和介质厚度的影响：均匀电场：电击穿与厚度无关，热击穿厚度愈大击穿场强俞弱。不均匀电场：厚度越大击穿场强越小。3.电压频率的影响：电击穿：与f无关，热击穿，。4.温度的影响：存在临界点。时：随的升高迅速下降，属于热击穿性质。5.受潮度的影响：对于某些具有吸水性的固体介质来说，含水量增大时，击穿电压迅速下降。6.机械力的影响：均匀固体在弹性限度内:击穿电压与机械力无关。固体有孔隙：机械力，击穿电压。固体有裂隙：机械力，击穿电压。7.多层性的影响：注意各层介质电特性的适当配合。8.累积效应的影响：在不均匀电场中，固体介质在脉冲电压作用下，存在不完全击穿的现象。不完全击穿具有累积效应，即击穿电压随不完全击穿次数的增加而降低。提高固体电介质击穿电压的方法：改进绝缘设计(改善电极形状及表面光洁度，使电场尽可能地均匀分布)，改进制造工艺(尽可能地清除介质中的杂质、气泡、水分等)，改善运行条件(注意防潮，防止尘污和有害气体的侵蚀)。老化:电气设备中的绝缘材料在运行过程中，由于受到各种因素的长期作用，会发生一系列不可逆的变化，从而导致其物理、化学、电和机械等性能的劣化。这种不可逆的变化称为老化。促进老化的因素：电老化，热老化，环境老化。固体介质的电老化：电离性老化，电导性老化，电解性老化。小桥理论：存在杂质：不纯、接触大气、固体脱落、液体老化。/形成小桥：在电场作用下这些杂质被拉长，被定向，沿电场方向排列成杂质的小桥。/形成气泡：如小桥贯穿两极，由于组成小桥的杂质的电导较大，使泄漏电流增大，发热增多，促使水分汽化，形成水泡。/气泡中发生电离：气泡中的场强大，但其耐电强度小，故电离过程首先发生在气泡中。击穿：小桥中气泡的增多，将导致小桥通道被电离击穿。这种击穿属于热击穿性质。影响液体电介质击穿电压的因素：1.电压作用的时间，2.电场情况的影响，3.液体介质本身品质的影响，4.温度的影响，5.压强的影响。提高液体电介质击穿电压的方法：1.提高并保持油的品质，2.覆盖(薄)：紧贴在金属电极的固体绝缘薄层，阻止小桥与电极接触，3.绝缘层：包在较小曲率半径的电极上，改变电场，防止发生电晕，4.极间障：放在电极间油隙中的固体绝缘板，机械阻隔杂质小桥成串。变压器油老化的主要原因是油的氧化。影响变压器油老化的因素:温度，光照，电场，触媒（催化剂）延缓变压器油老化的方法：油扩张器，隔离胶囊，与强触媒物质隔离，渗入抗氧化剂。电气设备绝缘试验种类：耐压试验、检查性试验吸收比：时间为60s与15s时所测得的绝缘电阻之比。极化指数：绝缘在加压后10min和1min所测得的绝缘电阻之比。微安表电路图：放电管P：过电流时，放电管放电，短路，从而保护微安表。/开关K：一般情况下闭合，打开时微安表读数。/电阻R：与微安表串联、分压、，使微安表满值时放电管能动作。/电感L：突然短路时，放电管来不及动作时，限制微安表的冲击电流。/滤波电容C：降低微安表电流陡度，保证放电管动作。测定介质损耗因数的方法：电桥法、瓦特表法、不平衡电桥法。电桥法准确度最高，最通用的是西林电桥。局部放电：常用的固体绝缘物总会不同程度的包含一些分散性的异物，这些异物的电导和介电常数不同于绝缘物，在外施电压作用下，这些异物附近将具有比周围更高的场强。当场强超过了该处物质的电力场强，该处物质就产生电力放电，称之为局部放电。局部放电意义：局部放电的测试，能预防绝缘的情况，也是估计绝缘电老化速度的重要依据。局部放电测试方法：串连法、并联法、平衡法绝缘油中溶解气体的色谱分析：浸绝缘油的气体设备中，如果存在局部过热、局部放电或其他内部故障时，会产生较大量的各种烃类气体和氢气、一氧化碳、二氧化碳等气体，称为故障特征气体。因此，分析油中溶解气体的成分、含量及其随时间而增长的规律，就可以鉴别故障的性质、程度及其发展情况。实验步骤：将油中溶解的气体脱出；送入气相色谱仪；对不同气体进行分离和定量。工频高压试验变压器（工频高压的获得）的特点：一般为单相；额定电压安全裕度较小,工作电压一般不允许超过额定值；通常为间歇工作方式，工作时间短，不用加强的冷却系统；一二次绕组电压变比高，绝缘间距大，漏抗大；要求较好的输出电压波形；要求变压器局部放电电压足够高。工频高压试验变压器的常用调压方式：自耦变压器、移圈调压器、电动发电机组暂态的过电压现象：调压器未归零时合电源：出现频率较高的震荡过程，产生过电压；在较高电压时切断电源：严禁切空变过电压；被试品突然击穿，相当于作用于反向电压产生危险的过电压，应串保护电阻。保护电阻作用：降低击穿时的过电压，保护变压器/限制短路电流/阻尼振荡作用。工频电压的直接测量：测量球隙：不同的间隙距离对应不同的击穿电压。静电电压表：应用广泛，最高量程200KV。分压器配用低压仪表。高压电容器配用整流装置;通过测电流间接测电压。直流高压的测量:棒隙或球隙，静电电压表，电阻分压器配合低压仪表，用高值电阻与直流电流表串联。波速：行波沿导线传播的过程，就是平面电磁场的传播过程，其传播速度称为波速。波阻抗：其值取决于线路单位长度的电感和电容，与线路长度无关。雷电流参数:电流峰值、波前时间、半峰值时间。雷暴日:一年中有雷暴的日数。 雷暴小时：一年中有雷电的小时数。 一个雷暴日折算三个雷暴小时地面落雷密度：每一雷暴日，每平方千米地面遭受雷击的次数。输电线路落雷次数:每100KM的输电线路每年遭受雷击的次数，保护角：避雷线和边相导线的连线与经过避雷线的垂直线之间的夹角。通常在15度到30度之间。避雷器类型：保护间隙、管型避雷器：主要用于限制大气过电压，一般用于配电系统线路和进线段保护。阈型避雷器、氧化锌避雷器：常用于变电所、发电厂的保护。氧化锌避雷器的特点：无间隙，无续流，保护性能优越，通流容量大。氧化锌避雷器的基本电气参数：最高持续运行电压，额定电压，参考电压，残压。评价氧化锌避雷器性能优劣的指标：1.保护水平：雷电保护水平为雷电冲击残压和陡坡冲击残压除以1.15中的较大者；操作冲击电压等于操作冲击残压。2.压比3.荷电率。接地装置：保护接地，工作接地，防雷接地。输电线路防雷性能的评价指标：1.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。2.雷击跳闸率：每100KM线路每年由于雷击引起的跳闸次数。静电分量：由于先导通道中电荷所产生的静电场突然消失而引起的感应电压。电磁分量：由于先导通道中雷电流所产生的磁场变化而引起的感应电压。过电压影响因素：雷电流幅值，导线悬挂的平均高度，雷击点离线路的距离。雷击杆塔的耐雷水平有哪些因素：U50：50冲击闪络电压/K：电压耦合系数/ ：分流系数/Rch：杆塔冲击接地电阻/Lgt：杆塔等值电感/hd:导线悬挂的平均高度。反击：雷击杆塔塔顶并在绝缘子串发生闪络时，杆塔电位比导线电位高，称为反击。绕击率：装设避雷线的线路，雷电仍有绕过避雷线击于导线的可能性，其概率称为绕击率。输电线路防雷措施：架设避雷线/装设管型避雷器/加强绝缘/降低杆塔绝缘电阻/架设耦合地线/采用消弧线圈接地方式/采用不平衡绝缘方式/装设自动重合闸变电所的变压器和各设备距离避雷器的电气距离皆应小于最大允许电气距离1m。进线段保护：对35110KV无避雷器的线路，在靠近变电所的一段进线上必须架设避雷线，这段进线称为进线保护段，其长度一般取13KM.对于全线有避雷线的线路，将变电所附近2KM长的一段进线列为进线保护段。进线段保护