《高电压与绝缘技术》PPT课件.pptx

高电压与绝缘技术,国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司,二零一一年五月,张召亮,基本概念,电压：是指电路中两点A、B之间的电位差。 方向：规定为从高电位指向低电位的方向。 单位：国际单位制为伏特(V)，常用的单位还有毫伏(mV)、微伏(V)、千伏(kV)等。 分类：直流电压和交流电压。通常没有特别说明，交流电压指正弦交流电压。 输电电压等级： 高压（HV）：10220KV 超高压（EHV）：330750KV 特高压（UHV）：1000KV及以上,基本概念,电流：指单位时间内通过导体横截面的电荷量。 方向：物理上规定电流的方向，是正电荷定向移动的方向。 单位：安培（A）。 分类：电流分直流和交流两种，电流的方向不随时间的变化的叫做直流，电流的大小和方向随时间变化的叫交流。,基本概念,绝缘：是指使用不导电的物质将电位不等的导体分隔开来，从而保持不同的电位。 绝缘分类：绝缘通常可分为气体绝缘、液体绝缘和固体绝缘三类。在实际中，研究最多的是气体绝缘，使用最多的且最为可靠的是固体绝缘。 绝缘要解决的问题主要是如何选择合适的绝缘距离以及如何提高绝缘体的耐压。,气体放电,气体中流通电流的各种形式统称为气体放电。 气体由绝缘状态突变为良导电态的过程，称为击穿。当击穿过程发生在气体与液体或者气体与固体的交界面上时，称为沿面闪络。 在实际中，很多设备采用空气绝缘，有可能发生电晕放电、火花放电和电弧放电。 两大理论：汤逊放电理论（需要巴申定律的补充）和流注理论。,一次分别为闪电（大气火花放电）、电晕放电和电弧放电。,气体放电形式,两种击穿电压,均匀电场中的击穿电压 标准的试验环境，即温度t0=20， 压力p0=0.1013MPa，绝对湿度h0=11g/m3，均匀电场（电极间隙1cm）中空气的介电强度大致等于：30kV/cm。 极不均匀电场中的击穿电压 空气的介电强度则远小于30kV/cm，如工频电压下，棒-棒间隙平均击穿场强约为5.36kV/cm,沿面放电,在绝缘子和空气的分界面上发生的放电现象，称为沿面放电。 实际中的几种放电 1、干闪络电压（户内绝缘子） 2、湿闪络电压（户外绝缘子） 3、污秽闪络电压（户外绝缘子） 4、击穿电压,沿面闪络的几种形式,沿面闪络,绝缘子,按照绝缘和固定连接形式的不同，可将高压绝缘子分为三类。 绝缘子：用作导电体和接地体之间的绝缘和固定连接。 瓷套：用作电器内绝缘的容器，并使绝缘免遭周围环境因素的影响。 套管：用作导电体穿过电器外壳、接地隔板或墙壁的绝缘部件。,用作导电体和接地体之间的绝缘和固定连接,绝缘子,用作电器内绝缘的容器，并使绝缘免遭周围环境因素的影响,瓷套,简介,套管,支柱绝缘子,支柱绝缘子：是指支撑高压配电装置母线和高压电器带电部分（如触头）的绝缘支柱，它由瓷柱和上、下金属附件通过水泥胶装而成。 分类：按外形结构和工作条件的不同，分为户外支柱绝缘子和户内支柱绝缘子两大类。 当电压等级过高时，常用几个支柱绝缘子组装成绝缘子柱。但这会带来绝缘子柱的机械性能减弱和电压分布不均的问题。,户外装置的支柱绝缘子大量采用棒形结构带伞的实心圆瓷柱。,户外支柱绝缘子,户内支柱绝缘子有空心或实心的圆柱形瓷件和金属附件组成。按照金属附件和胶装方式的不同，可分为外胶装、内胶装和内外联合胶装三种结构。,户内支柱绝缘子,瓷套管,瓷套管是将载流导体引入变压器或断路器等电气设备的金属箱内或母线穿墙时的引线绝缘。 套管是一种典型的电场具有强垂直介质表面分量的绝缘结构，表面电压分布很不均匀，在中间法兰边缘处电场十分集中，很容易从此处开始电晕及滑闪放电。 纯瓷套管以电瓷为绝缘，结构简单、维护方便，目前广泛用作35kV及以下的穿墙套管和10kV及以下的电器套管（如变压器、断路器等）,瓷套管,高压套管按结构及材料的分类,线路绝缘子,线路绝缘子是输配电线路固定导线用的绝缘部件，也用在户外配电装置中。 线路绝缘子按结构不同可分为：针式绝缘子、悬式绝缘子和瓷横担。,广泛应用于610kV配电线路。它的瓷件和针式支柱绝缘子基本相同，不同的是顶部有一线槽，导线可用绑线固定在线槽内。2035kV的线路也有用针式绝缘子的，但由于结构尺寸和老化率高，已逐渐被悬式绝缘子取代,针式绝缘子,35kV及以上高压线路都使用悬式绝缘子或悬式绝缘子串。按结构外形，分为盘形和棒形两种。盘形悬式绝缘子由铁帽（可锻铸铁）、钢脚和瓷件（或钢化玻璃）组成，金具和绝缘件用水泥胶合。该绝缘子结构简单，机械强度高，老化率低，串接后可在任意电压等级的输电线路上使用，是高压线路中使用最广的一种绝缘子。,悬式绝缘子（盘形）,棒形悬式绝缘子分为瓷质和复合绝缘子两类。瓷质绝缘子具有不击穿、节约金属材料等优点。棒形复合绝缘子由芯棒、伞盘和护套、上下铁帽组成。与瓷质绝缘子相比，具有：抗拉性能好；重量轻，体积小，弹性好；防污闪性能好；工艺简单，成型温度低等优点。,悬式绝缘子（棒形）,当工作电压增高时，可将多个悬式绝缘子串接起来，提高闪络电压，而机械强度不会改变。绝缘子串个个数则有线路的绝缘水平决定。,悬式绝缘子串,悬式绝缘子串片数,根据线路绝缘子串在工作电压下发生闪络的运行经验，直线杆中每串绝缘子片数 可确定为： 式中， 为线路的额定电压，kV；为每片绝缘子的爬电距离，cm（对于xp-70绝缘子可取28cm）； 根据运行经验得来，可取1.6。在实际运行中，不能排除存在零值绝缘子的可能性，因此需要对上述结果进行修正，一般来说，对于直线杆，35220kV电压等级增加1片；220kV及以上增加12片。耐张串在此基础上再增加12片。,瓷横担绝缘子是棒形的瓷件，安装在电杆上支承导线，它既起了输电线路对地绝缘的作用，又起了横担作用，保证电杆间导线摆动时，有足够的绝缘距离。35kV以下的瓷横担绝缘子制造方便，采用瓷横担绝缘子的线路结构简单。,瓷横担绝缘子,复合绝缘子,20世纪60年代开始出现由环氧树脂玻璃纤维芯棒和硅橡胶伞盘、护套组成的线路复合绝缘子。进入90年代，复合绝缘子的设计、材料配方和制造工艺已趋成熟，使用量也日益增加。 复合绝缘子不仅有线路悬式、耐张、横担等，还发展到支柱、穿墙套管、电器外套、绝缘拉杆等。 突出优点：与瓷质或玻璃绝缘子相比，耐污闪、湿闪性能优异；运行维护费用低。 缺点：老化或损坏。特别的，鸟类或鼠类咬伤伞裙护套、绝缘子表面有微生物或菌类生长。,关于防雷保护,几个概念,雷害：指由雷云放电引起的自然界普遍存在的一种自然灾害。它可以引发森林火灾、使石油库或炸药库等易燃易爆设施起火、使建筑物及其内部的各种现代设施（主要是各种弱点和微电子设备）受到损坏。 雷电过电压：是由雷云放电引起的电力系统供电线路以及发、变电站的电气设备上出现远高于其正常工作电压的电压升高，亦称为大气过电压。它不仅会危害供电线路以及各种电气设备，还会导致大面积停电，引起重大经济损失。雷电过电压事故在电力系统事故中占有很大的比例。,几个概念,雷暴日：在一天中只要听到雷声就算作是一个雷暴日。在我国大部分地区一个雷暴日约为3个雷暴小时（即在一个小时内听到雷声就算一个雷暴小时）。 雷区分类：少雷区（平均雷暴日不超过15的地区）；中雷区（超过15单不超过40的地区）；多雷区（超过40但不超过90的地区）；强雷区（超过90的地区或者根据运行经验雷害特别严重的地区）。如海南省及雷州半岛雷电活动频繁而强烈，年平均雷暴日高达100133。 落雷密度：每平方公里每雷暴日的地面落雷次数。我国电力行业标准中，落雷密度去0.07。,几个概念,直击雷、感应雷过电压：雷云对地放电时，不但会使受雷电直击的线路或设备上产生过电压，也会在雷击点附近未受雷击的线路或设备上形成过电压，前者称为直击雷过电压，后者称为感应雷过电压。 雷区分类：少雷区（平均雷暴日不超过15的地区）；中雷区（超过15单不超过40的地区）；多雷区（超过40但不超过90的地区）；强雷区（超过90的地区或者根据运行经验雷害特别严重的地区）。如海南省及雷州半岛雷电活动频繁而强烈，年平均雷暴日高达100133。 地面落雷密度：每平方公里每雷暴日的地面落雷次数。我国电力行业标准中，落雷密度去0.07。,几个概念,流动波过电压：当架空线在直击雷或感应雷作用下出现过电压时，过电压波将沿导线向两侧传播，并伴有电流的传播。一般来说，这些流动波过电压的幅值可达到几千千伏，当它沿导线传播到电气设备时，必将危及电设备的绝缘。,防雷装置,常用的防直接雷的装置是：避雷针和避雷线。它们是由导体制成，比被保护设备为高，且具有良好的接地装置。避雷针（线）的作用是将雷吸引到自己身上并安全导入地中。 常用的防进行波过电压的装置是避雷器。避雷器与被保护设备并联，其作用是释放过电压能量，限制过电压水平，从而保护设备的绝缘。目前使用最广泛的避雷器是氧化锌避雷器。,避雷针包括：接闪器、引下线和接地体。接闪器可以用1012mm的圆钢，引下线可用6mm的圆钢，接地体一般采用互距5m的3根2.5m长40mm*40mm*4mm的角钢打入地下再并联后与引下线做可靠连接。,避雷针,避雷线由悬挂在空中的水平接地导线、接地引下线和接地体（接地电极）组成。避雷线主要用来保护线路。其吸雷作用及保护宽度均比避雷针要小，但避雷线的保护长度是与线等长的，故特别适合保护架空线路或大型建筑物。,避雷线,避雷线,避雷器是一种过电压限制装置。使用时安装在被保护设备附近，接在被保护设备相线与地之间。,避雷器,架空输电线路防雷,在线路防雷设计中把线路绝缘不发生闪络的的最大雷电流幅值叫耐雷水平。我国规程规定的各级电压线路的耐雷水平值见表。由表可以看出线路防雷只要求有相对的安全，即可以允许有一部分雷击引起绝缘闪络。,架空输电线路防雷,为了降低雷绕击导线的概率，通常330500kV线路采用双避雷线（保护角不同）；山区的220kV线路也采用双避雷线；平原的220kV及110kV线路可用单避雷线。 35kV及以下的线路，因其绝缘很弱，装避雷线对限制感应雷过电压的效果不大，所以一般不沿全线装设避雷线。 增加绝缘子片数亦可提高线路的防雷水平，但这会增加费用（包括绝缘子和杆塔），一般不会采取这种办法。 降低杆塔的接地电阻是提高线路耐雷水平的最经济的办法。,电力系统接地,电力系统接地主要分为三种：防雷接地，工作接地和保护接地。 防雷接地：以把强大的雷电流安全导入大地为目的的接地。防雷接地要求接地