高电压技术重点复习大纲.doc

汤逊理论三个过程:过程:起始电子形成电子崩的过程。过程：造成离子崩的过程。过程：离子崩到达阴极后，引起阴极发射二次电子的过程。自持放电条件：总结：1. 将电子崩和阴极上的过程作为气体自持放电的决定因素是汤逊理论的基础。2. 汤逊理论的实质是电子碰撞电离是气体放电的主要原因，二次电子来源于正离子撞击阴极表面使阴极表面逸出电子，逸出电子是维持气体放电的必要条件。3. 阴极逸出电子能否接替起始电子的作用是自持放电的判据。汤逊理论的适用范围 汤逊理论是在低气压pd较小条件下建立起来的， pd过大，汤逊理论就不再适用。 pd过大时（气压高、距离大）汤逊理论无法解释：v 放电时间：很短；v 放电外形：具有分支的细通道；v 击穿电压：与理论计算不一致；v 阴极材料：无关； 汤逊理论适用于pd26.66kPa cm。巴申定律： 当气体成份和电极材料一定时，气体间隙击穿电压(ub)是气压(p)和极间距离(d)乘积的函数。气体放电流注理论：它考虑了高气压、长气隙情况下不容忽视的若干因素对气体放电的影响，主要有以下两方面 空间电荷对原有电场的影响； 空间光电离的作用。四个过程：a) 起始电子发生碰撞电离形成初始电子崩；初崩发展到阳极，正离子作为空间电荷畸变原电场，加强正离子与阴极间电场，放射出大量光子；b) 光电离产生二次电子，在加强的局部电场下形成二次崩；c) 二次崩电子与正空间电荷汇合成流注通道，其端部有二次崩留下的正电荷，加强局部电场产生新电子崩使其发展； 流注头部电离迅速发展，放射出大量光子，引起空间光电离，流注前方出现新的二次崩，延长流注通道；d)流注通道贯通，气隙击穿。注：流注速度为108109cm/s，而电子崩速度为107cm/s。流注条件：必要条件是电子崩发展到足够的程度，电子崩中的空间电荷足以使原电场明显畸变，加强电子崩崩头和崩尾处的电场；另一方面电子崩中电荷密度很大，所以复合频繁，放射出的光子在这部分很强，电场区很容易成为引发新的空间光电离的辐射源，二次电子主要来源于空间光电离；气隙中一旦形成流注，放电就可由空间光电离自行维持。流注自持放电条件：初崩头部电子数要达到10的8次方时，放电才能转为自持，出现流注。小 结1.汤逊理论只适用于pd值较小的范围，流注理论只适用于pd值较大的范围，二者过渡值为pd=26.66kPacm；(1)汤逊理论的基本观点：电子碰撞电离是气体放电时电流倍增的主要过程，而阴极表面的电子发射是维持放电的必要条件。(2)流注理论的基本观点： 以汤逊理论的碰撞电离为基础，强调空间电荷对电场的畸变作用，着重于用气体空间光电离来解释气体放电通道的发展过程； 放电从起始到击穿并非碰撞电离连续量变的过程，当初始电子崩中离子数达10的8次方以上时，引起空间光电离质变，电子崩汇合成流注； 流注一旦形成，放电转入自持。2. 引起气体放电的外部原因有两个，其一是电场作用，其二是外电离因素。把去掉外界因素作用后，放电立即停止的放电形式称为非自持放电；把由电场作用就能维持的放电称为自持放电。3. 汤逊理论和流注理论自持放电条件的比较(1)汤逊理论：自持放电由阴极过程来维持； 流注理论：依赖于空间光电离。(2) 系数的物理意义不同。电场不均匀程度的划分 电场越不均匀，击穿电压和电晕起始电压之间的差别越大； 从放电观点看：电场的不均匀程度可以根据是否存在稳定的电晕放电来区分； 从电场均匀程度看：可用电场的不均匀系数划分；f4时为极不均匀电场。 稍不均匀电场中的放电过程与均匀电场相似，属于流注击穿，击穿条件就是自持放电条件，无电晕产生。 但稍不均匀电场中场强并非处处相等.电晕放电 定义：由于电场强度沿气隙的分布极不均匀，因而当所加电压达到某一临界值时，曲率半径较小的电极附近空间的电场强度首先达到了起始场强E0，因而在这个局部区域出现碰撞电离和电子崩，甚至出现流注，这种仅仅发生在强场区（小曲率半径电极附近空间）的局部放电称为电晕放电 ，开始出现电晕放电的电压成为电晕起始电压。 特点：电晕放电是极不均匀电场特有的自持放电形式，电晕起始电压低于击穿电压，电场越不均匀其差值越大。极性效应极不均匀电场中的放电存在着明显的极性效应。极性决定于表面电场较强的电极所具有的电位符号：v 在两个电极几何形状不同时，极性取决于曲率半径较小的那个电极的电位符号，如“棒-板”气隙。v 在两个电极几何形状相同时，极性取决于不接地的那个电极上的电位，如“棒-棒”气隙。正极性（1）自持放电前阶段 正空间电荷削弱棒极附近场强而加强外部电场，阻止棒极附近流注形成使电晕起始电压提高；（2）自持放电阶段 空间电荷加强放电区外部空间的电场，因此当电压进一步提高时，强场区将逐渐向极板推进至击穿。负极性（1）自持放电前阶段：正空间电荷加强棒极附近场强而削弱外部电场，促进棒极附近流注形成使电晕起始电压降低。（2）自持放电阶段：空间电荷削弱放电区外部空间的电场，因此当电压进一步提高时，电晕区不易向外扩展，气隙击穿将不顺利，因此负极性击穿电压比正极性高很多，完成击穿所需时间也长得多。因此：冲击电压：冲击电压就是作用时间极为短暂的电压，一般之雷电冲击电压和操作冲击电压冲击放电时延 实验表明：对气隙施加冲击电压使其击穿不仅需要足够幅值的电压，有引起电子崩并导致流注和主放电的有效电子，而且需要一定的电压作用时间。冲击放电的总时间为： 短气隙中（1cm以下），特别是电场均匀时，tf1，K1值越大，表示吸收现象越显著，绝缘的性能越好反之，则表明绝缘受潮严重或者有贯穿性缺陷极化指数：测试功效 :可有效地发现：（1）两极间有穿透性的导电通道 （2）整体受潮或局部严重受潮 （3）表面污秽 不能发现的缺陷： (1) 绝缘中的局部缺陷 (2) 绝缘的老化 判断方法：将所测电阻值与标准及以往历史数据比 较二. 介质损耗角正切 的测量测试功效有效： 整体受潮、全面老化 b小电容试品的严重局部缺陷 c绕组上附积油泥 d绝缘油脏污劣化等 很少有效：大容量设备的局部缺陷西林电桥通常施加510kV交流电压西林电桥接线正接线：点接地，点接高压，试品两端不能接地。电桥可调部分处于低电位，调试方便安全，主要用于实验室试验 反接线：点接高压，点接地，试品一端直接接地。电桥本体应有高绝缘强度，有可靠的接地线 ，适用于现场试验 测量的影响因素（1）外界电磁场干扰屏蔽（2）温度的影响尽可能在1030的条件下测量（3）试验电压的影响测量 与 的关系，有助（一般510kV) 于判断绝缘的状态和缺陷的类型，图3-11（4）试品表面泄漏的影响将试品擦拭干净，必要时加屏蔽（5）试品电容量的影响对电容量大的试品，测 不灵敏，应分别测量各部分的工频交流耐压试验 工频交流耐压试验是用来检验绝缘在工频交流电压下的性能，在有些场合也用来等效地检验绝缘对操作过电压和雷电过电压的耐受能力。工频高压试验的基本接线 AVkVTMT高压实验变压器特点l 电压高 击穿电压比正常工作电压高很多l 容量小 在击穿前只需要提供电容电流；击穿后，切断 电源，出现短路时间短。一般试品的电容量小 故容量小l 体积小 容量小，故体积小；电压高，套管大而长l 绝缘裕度小 实验条件下，产生的过电压小，绝缘裕度小l 连续运行时间短 运行时间短，发热较轻l 漏抗大 串级实验变压器 实验电压超过500KV时，一般采用串级试变。l 增加累接绕组，累接绕组电压与低压侧电压相同；l 累接绕组的低端和高压绕组高端相连；l 各台变压器高压绕组的容量相同。N级装置容量利用率为：级数越多利用率越低，一般串级数不大于3工频高电压的测量1、球隙测压器 根据球的直径和被测电压类型查找放电电压表2、静电电压表 利用静电力的效应制成的，让外力与静电力平衡，外力 的大小反应外加电压的大小3、峰值电压表4、分压器配低压表计电阻分压器和电容分压器直流高电压的产生 半波整流 TV 倍压整流 TV1123V2额定直流电压额定直流电流电压脉动系数串级直流高压发生器 空载输出电压：Uo2nUmUm电源交流电压幅值n级数直流高电压测量： 1、棒棒间隙测压器 2、静电电压表 3、高值电阻串接微安表 4、高值电阻分压器配低压仪表冲击高电压试验 冲击高电压试验是用来检验各种高压电气设备在雷电过电压和操作过电压作用下的绝缘性能或保护性能。多级 冲击电压发生器(Marx回路） T123456789接被试品工作原理：并联充电、串联放电电阻R的作用： 充电过程看，R可以取为零；放电过程，要求R足够大 可减小附加放电的不利影响。 阻尼电阻Rd的作用：阻尼寄生振荡。 n级冲击电压发生器的等效关系操作冲击高压波的产生： 1、利用冲击电压发生器产生 2、利用变压器产生操作冲击电压波冲击高压波的测量： 1、球隙测压 2、冲击分压器测压 3、冲击电压数字测量系统 4、峰值电压表线路和绕组中的波过程实际电路中参数具有分布性，必须考虑参数分布性的电路，称为分布参数电路。均匀无损单导线系统：磁通的增加量波阻抗波速由电磁场理论可知：导线单位长度所具有的磁场能量等于电场能量比较波阻抗Z和R：1.二者量纲相同，并且都和电源频率或 波形无关，可见波阻抗是阻性的；2.波阻抗是一个比例常数，其数值只与导线单位长度的电感和电容有关，与线路长度无关；而线路的电阻与线路长度成正比；3.波阻抗是储能元件，它从电源吸收能量，以电磁波的形式沿导线向前传播，能量以电磁能的形式储存在导线周围的介质中；电阻是耗能元件，它从电源吸收的能量转换成热能而散失。均匀无损单导线的波动方程：前行电压波（入射波）反行电压波（反射波）前行电流波反行电流波 注意：行波计算的基本方程：例题1：沿高度10m，半径为10mm的单根架空线有一个幅值700kV的过电压波运动，求电流波的幅值。解题：导线的波阻抗为：电流波幅值为：例题2：如还有一个幅值为500kV的过电压波反向运动，求两波叠加范围内导线上的电压和电流反行波电流导线电压：导线电流： I=1.561.11=0.45kA 雷电及防雷保护装置雷电过程与雷电参数当电荷密集中心处场强达2530KV/cm时，就引发雷电放电。绝大多数电力系统事故是云-地之间的线状雷电造成的 雷电放电过程1.先导阶段微弱的放电通道，分级推进，每级平均长度2550m，下行的平均速度0.10.8m/us.电流不大数十至数百安2.主放电和迎面流注阶段下行先导场强高，使周围空气电离，在地面或突起的物体上形成向上的迎面先导，当下行先导与迎面先导相遇，进入主放电阶段，出现强烈电荷中和过程，出现雷鸣和闪光。主放电时间短，50100us;速度快，50100m/us;电流大，数十至数百千安3. 余辉阶段主放电之后，云层中剩余电荷沿导电通道流向大地，持续时间0.030.15s，电流为数百安雷电参数1. 雷暴日(Td)：一年中发生雷电的天数(30-40)。 雷暴小时(Th)：一年中发生雷电的小时数(100)。 地面落雷密度( ) :每平方公里地面在一个雷暴日 中受到的平均雷击次数。2. 雷道波阻抗：雷电流幅值（I）：雷电流指雷击于低接地电阻（ ）的物体时流过雷击点的电流。经验公式：一般地区：少雷地区：I雷电流幅值（kA)P幅值大于I的雷电流出现的概率防雷保护装置：指能使被保护物体避免雷击，而引雷于本身，并顺利地泄入大地的装置避雷针和避雷线保护原理：当雷云放电时使地面电场畸变，在避雷针的顶端形成局部场强集中的空间以影响雷电先导放电的发展方向，使雷电对避雷针放电，再经过接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物体免遭雷击保护范围、绕击率绕击率：指雷电绕过避雷装置而击中被保护物体的概率。我国有关规程推荐的保护范围对应于0.1%的绕击率。适用范围避雷针适宜于象变电所、发电厂那样相对集中的保护对象；避雷线主要用于架空线路那样伸展很广的保护对象。避雷器避雷器是一种过电压限制器，它与被保护设备并联运行，当作用电压超过一定幅值以后避雷器总是先动作，泄放大量能量，限制过电压，保护电气设备。避雷器保护间隙管式避雷器阀式避雷器普通阀式避雷器（FS/FZ)磁吹阀式避雷器(FCZ/FCD)金属氧化物避雷器(MOA)保护间隙：结构简单、价格低廉；熄弧能力弱、伏秒特性陡峭、难以与被保护设备配合，动作产生截波、不能保护带绕组的设备，主要用于10kV以下配电网线路的保护，往往与自动重合闸装置配合使用。管式避雷器：管型避雷器利用电弧燃烧时产生的热量使产气管里的产气材料（纤维、塑料、橡胶等）产生气体纵吹电弧，使电弧熄灭。伏秒特性陡峭、动作产生截波、放电分散性大，主要用于输电线路上绝缘比较薄弱的地方。阀式避雷器阀式避雷器分带间隙和无间隙阀式避雷器两种。防雷接地接地与分类接地：指将地面上的金属物体或电气回路中的某一节点通过导体与大地保持等电位。(1).工作接地：根据电力系统正常运行需要而设置的接地。(2).保护接地：为了人身安全而将电气设备的金属外壳等加以接地，它在故障条件下才发挥作用。(3).防雷接地：用来将雷电流顺利泄入大地，以减小它引起的过电压，是防雷保护装置不可缺少的组成部分(4).静电接地：防止由静电引起的爆炸