高电压工程基础概念总结

1、第一章 电介质的基本电气特性1、 绝缘材料：即在高电压工程中所用的各种电介质，又称绝缘介质。绝缘的作用：是将不同电位的导体 以及导体与地之间分隔开来，从而保持各自的电位。2、 电介质的基本电气特性：极化特性，电导特性，损耗特性，击穿特性。它们的基本参数分别是相对介电常数£，电导率丫，介质损耗因数tg 6，击穿电场强度 Eb。3、 电介质的极化：在外电场的作用下，电介质中的正、负电荷将沿着电场方向作有限的位移或者转向， 从而形成电矩的现象。4、 极化的基本形式：电子式极化，离子式极化，偶极子式极化，空间电荷极化，夹层极化。5、 吸收现象：直流电压U加在固体电介质时，通过电介质中的电流将

2、随着时间而衰减，最终达到某一稳 定值的现象。6、电介质的电导是离子式电导，其电导随着温度的上升而上升；金属的电导是电子式电导，其电导随着 温度的上升而下降。7、 电介质的电导在工程实际中的意义：（1）在绝缘预防性试验中，通过测量绝缘电阻和泄露电流来反映绝缘的电导特性，以判断绝缘是否受潮或存在其他劣化现象。（2）对于串联的多层电介质的绝缘结构，在直流电压下的稳态电压分布与各层介质的电导成反比。（3）表面电阻对绝缘电阻的影响使人们注意到如何合理地利用表面电阻。8、 电介质的损耗：分电导损耗和极化损耗。极性液体介质tg a随温度和频率变化的曲线就从这两个损耗 上说。总趋势：先增大，后减小，最后再增大

3、。其中电导损耗一直增大， 极化损耗先增大，最后一直减小。第二章 气体放电的基本理论1、 气体中带电粒子产生和消失的形式：碰撞电离，光电离，热电离，表面电离。2、 气体去电离的基本形式：（1）带电粒子向电极定向运动并进入电极形成回路电流，从而减少了气体中的带电离子。（2）带电粒子的扩散。（3）带电粒子的复合。（4）吸附效应。将吸附效应也看做是一种去电离 的因素是因为：吸附效应能有效地减少气体中的自由电子数目，从而对碰撞电离中最活跃的电子起到强烈的束缚作用，大大抑制了电离因素的发展。3、 汤逊放电实验的过程：（1）线性段oa 饱和段ab（3）电离段bc（4）自持放电段c点以后。4、电子崩：指电子在

4、电场作用下从阴极奔向阳极的过程中与中性分子碰撞发生电离，电离的结果产生出新的电子，新生电子又与初始电子一起继续参加碰撞电离，从而使气体中的电子数目由1变2,又由2变4急剧增加，这种迅猛的发展的碰撞电离过程犹如高山上发生的雪崩，因此被形象的称之为电子崩。5、 自持放电条件：丫（e® ） A1；巴申定律：Ub=f（pd），假设d或者p任意一个不变，改变另外一个 因素p或者d,都会导致气隙的击穿电压 Ub增大。6、 流注理论与汤逊理论的不同：流注理论认为电子的碰撞电离和空间光电离是形成自持放电的主要因素，并特别强调空间电荷对电场的畸变作用；而汤逊理论则没有考虑放电本身所引发的空间光电离对放

5、电过程的重要作用。7、 形成流注放电的条件：初始电子崩头部的空间电荷数量必须达到某一临界值，才能使电场得到足够的畸变和加强，并造成足够的空间光电离，一般认为当ad- 20即可满足条件。8、 极不均匀电场中气隙放电的重要特征：电场越不均匀，其电晕起始电压越低，击穿电压也越低。不均 匀电场气隙的电晕起始电压低于其击穿电压。9、 极不均匀电场中气隙的极性效应：（1）正极性：电晕起始电压相对较高，击穿电压较低。（2）电晕起始电压相对较低，击穿电压较高。第三章气体电介质的击穿特性1、 常见的电压类型： 工频交流电压、直流电压、雷电冲击电压、操作冲击电压。2、 50%穿电压：在气隙上加 N次同一波形及峰值

6、的冲击电压，可能只有几次发生击穿，这时的击穿概率P=n/N,如果增大或减小外施电压的峰值，则击穿电压也随之增加或减小，当击穿概率等于50%寸电压即称为气隙的50%击穿电压。3、伏秒特性：工程上用气隙击穿期间出现的冲击电压的最大值和放电时间的关系来表征气隙在冲击电压下的击穿特性，称为伏秒特性。把这种表示击穿电压和放电时间关系的“电压-时间”曲线称为伏秒特性曲线。伏秒特性在绝缘配合中有重要的实用意义，如用作过电压保护的设备（避雷器或间隙），则要求其伏秒特性尽可能平坦， 并位于被保护设备的伏秒特性之下，且二者永不相交，只有这样保护设备才能做到保护可靠，被保护设备才能免遭冲击过电压的侵害。4、 操作冲

7、击电压下气隙击穿的特点：（1）操作冲击电压波形对气隙击穿电压的影响。（2）气隙操作冲击电压有可能低于工频击穿电压。（3）长间隙操作冲击击穿特性的饱和效应。（4）操作冲击击穿电压的分散性大。5、 均匀电场气隙在稳态电压下的击穿特性：直流、工频交流和冲击电压作用下的击穿电压相同，放电分 散性也很小，击穿电压与电压作用时间基本无关。6、 在大气条件下，气隙的击穿电压随6的增大而升高，U" Uo （适用条件：间隙 d< 1m的电场均适用）< 温度升高，海拔高度升高，均会导致气隙击穿电压升高。7、提高气隙击穿电压的方法：（1）改善电场分布（2）采用绝缘屏障（3）采用高气压（4）采用

8、高抗电强度气体 （5）采用高真空。8、 SF6优异的绝缘性能只有在比较均匀的电场中才能得到充分的发挥，因此，在进行充SF6气体的绝缘结构设计时应尽可能设法避免极不均匀电场情况。SF6气体绝缘结构的绝缘水平是由负极性电压决定的。9、电晕放电：是极不均匀电场中特有的一种气体自持放电形式，当高幅值的冲击电压波作用于导线时， 使得导线周围的电场强度超过空气的击穿场强时导线周围空气会发生局部击穿的现象。电晕放电取决于电极外气体空间的电导，即外加电压、电极形状、极间距离、气体的性质和密度等。电晕放电的作用：增大了导线间的耦合系数，削弱了来波的幅值和陡度。10、 电晕放电的效应：（1）具有声、光、热等效应。

9、 （2）在尖端或电极的某些凸起处，电子和离子在局部 强电场的驱动下高速运动并与气体分子交换动量，形成所谓的电风，引起电极或导线的振动。（3）电晕产生的高频脉冲电流会造成对无线电的干扰。（4）在空气中产生臭氧及 Ng,在其他气体中也会产生许多化学反应。所以电晕是促使有机绝缘老化的重要因素之一。（5）上述电晕的某些效应也有可利用的一面。11、 降低导线表面场强的方法：（1）增大线间距离D（2）增大导线半径r ,通用办法是采用分裂导线。12、 现代紧凑型输电线路的基本原理：采用分裂导线在保持同样截面条件下，导线表面积比单导线时增大，但导线的电容和电荷都增加的很少，这就使导线表面场强得以降低；同时通过

10、对分裂导线的合理布置，还可以有效改善线路参数，增大线路电容，减小线路电感，视线阻抗匹配，达到提高线路输送功率的目的。13、 污秽闪络：当大气湿度较高时，绝缘子表面污秽尘埃被湿润，表面电导剧增，使绝缘子在工频和操 作冲击电压下的闪络电压大大降低，甚至可以在其工作电压下发生的闪络。14、 防止绝缘子污秽闪络的措施：（1）采用适当的爬电比距。（2）选用新型的合成绝缘子。（3）定期对绝缘子进行清扫，或采取带电水清洗的方法。（4）在绝缘子表面涂憎水性的防污涂料，使绝缘子表面不易形成连续的水膜。（5）采用半导体釉绝缘子。（6）加强绝缘或使用大爬电距离的所谓的防污绝缘子。第四章 固体电介质和液体电介质的击穿

11、特性1、 固体电介质的击穿方式：电击穿、热击穿、电化学击穿。2、电击穿的特点 是击穿电压与周围环境温度无关，与电压作用时间关系不大，介质发热不显著，而电场 均匀程度对击穿电压影响很大，电击穿所需的电场强度比较高。3、热击穿的特点：击穿电压随环境温度的升高呈指数规律下降，击穿电压直接与介质的散热条件相关。加压时间短，热击穿电压降升高。4、 影响固体电介质击穿电压因素：电压作用时间、电场均匀程度、温度、受潮、累积效应。5、 固体电介质的老化：（1）电老化。分电离性老化、电导性老化、电解性老化。（2）热老化。6、 影响液体电介质击穿电压因素：水分及其它杂质、电压作用时间、电压均匀程度、温度的影响、压

12、力 的影响、绝缘油的老化。7、 延缓绝缘油老化的方法：（1）装设扩张器。（2）在油呼吸器通道中装设吸收氧气和水分的过滤器。（3）用氮气来排挤出油内吸收的空气。（4）掺入抗氧化剂，以提高油的稳定性。（5）将已老化的变压器油进行再生处理。8、 提高变压器油击穿电压的措施： 设法减少油中杂质、提高油的品质是首要措施。通常方法有（1）通过过滤提高油的品质。（2）在绝缘结构设计中采用对金属电极覆盖一层很薄的固体绝缘层。（3）包绝缘层。（4）采用绝缘屏障。9、 采用组合绝缘的组合原则：（1）由多种介质构成的层叠绝缘，应尽可能使组合绝缘中各层介质所分配到的电场强度与其抗电强度成正比。（2）要注意温度差异对各

13、层介质的电气特性和电压分布的影响，温度升高，介质电导增大。（3）应尽可能使他们各自的优缺点进行互补，从而使总体的电气强度得到加强。（4）采用合理工艺，处理好每层介质的接缝及介质与电极界面的过渡处理。10、小桥理论：在电场力的作用下，液体油中的杂质很容易沿着电场方向极化定向，并排列成杂质小桥，如果杂质小桥贯穿于两电极之间，由于组成小桥的纤维及水分的电导较大，发热增加，促使水分汽化，形成气泡小桥连通两极，导致油的击穿。11、在直流电压下，各层介质承受的电压与其电导成反比；在交流和冲击电压下，各层介质所分到的电 压则与其介电常数成反比。第五章电气设备绝缘特性的测试1、 绝缘缺陷：分为（1）集中性的缺

14、陷，如绝缘子瓷质开裂、发电机挤压破裂；（2）分布性的缺陷，如绝缘 材料老化、受潮。2、测量介质损耗角正切用交流电源，测量吸收比用直流电源。3、 测量介质损耗因数tg a的值是判断电气设备绝缘状态的一种灵敏有效的方法，tg a的数值能够反映绝 缘的整体劣质或受潮以及小电容试品中的严重局部缺陷，但对大型设备绝缘中的局部缺陷却不能灵敏发现，此时应对其进行分解实验，分别测量各部分的值。第八章线路和绕组的波过程1、过电压：超过设备最高运行电压而对绝缘有危害的电压升高。分为雷电过电压和内部过电压。2、 彼德逊法则：将阻抗Z1和Z2作为集中参数处理后，可画出与之相应的等值集中参数电路如图所示，等值电路图中电

15、源电动势为入射电压Uq1的两倍，等值集中参数电路的内阻为入射波所经过的波阻抗Z1,Z2作为负载电阻。一 _ 2Z2a 3、 彼德逊法则的条件：（1）波沿分布参数的线路射入。（2）波在该节点只有一次折、反射过程。乙+乙Z。一Z.4、 串联电感起到削弱来波陡度的作用，串联电感后的的陡度为2*Uo*Z2/L臼=尹凌Z1 Z25、 并联电容起到削弱来波陡度的作用，并联电容后的的陡度为2*Uo/（C*Z1）妇 + g6、 改善变压器绕组的起始电压分布的方法：（1）增加电容环（2）采用纠结式绕组（3）在线饼之间插入附加 导线的纵向补偿法。7、 变压器绕组的内部保护：即是在变压器的内部结构上采取保护措施，减

16、少暂态震荡。其关键是改善变压器绕组的起始电压分布，使绕组的始态电位分布尽量接近稳态电位分布，从而降低绕组对地过电压和最大电位梯度。8、 入口电容 Cr:变压器绕组的入口电容 Cr等于绕组单位长度的对地电容Co和单位长度纵向互电容Ko的几何平均值。即 Cr=sqrt（Ko*Co）=根号下（K*C）第九章雷电参数及防雷装置1、 雷电放电三阶段：（1）先导放电阶段（2）主放电阶段 余光放电阶段。2、主放电阶段的特点： 主放电存在的时间极短；电流极大。3、 避雷针和避雷线的作用：将雷电吸引到自身上来，并将其安全导入地中，从而使其附近的建筑和设备 免遭直接雷击。4、 避雷针保护范围：当 hx >

17、h/2 时，rx=（h-hx）P ;当 hx v h/2 时，rx=（1.5h-2hx）P5、避雷器是一种普遍采用的侵入波保护装置，它是一种电压限制器。6、 避雷器保护装置的基本要求：（1）保护装置的冲击放电电压Ub应低于被保护设备绝缘的冲击耐压值。（2）放电间隙应有平坦的伏秒特性曲线和尽可能高的灭弧能力。7、 排气式避雷器的主要缺点：（1）伏秒特性太陡，且放电分散性较大，难以和被保护设备实现合理的绝缘配合。（2）排气式避雷器动作后会产生高幅值的截波，对变压器的纵绝缘不利。8、 氧化锌避雷器的优点：（1）结构简单，并具有优异的保护特性。（2）耐重复动作能力强。（3）通流容量大。（4）造价较低，

18、技术经济效益显著。9、 接地种类：（1）工作接地（2）保护接地（3）防雷接地。10、接地电阻主要是指接地体与零电位之间的土壤的电阻。11、冲击接地电阻的两种效应：（1）火花效应（2）电感效应。第十章 输电线路的防雷保护1、 输电线路防雷性能的重要指标：耐压水平和雷击跳闸率。2、 雷电过电压的两种形式：感应雷过电压，直击雷过电压。3、电压分量：塔顶电位，横担电位，导线电位。4、建弧率Y:由冲击闪络转变为稳定工频电弧的概率。5、 输电线路的防雷措施：（1）架设避雷线（2）降低杆塔接地电阻（3）架设耦合地线（4）采用中性点非有效接 地方式（5）加强线路绝缘（6）采用不平衡绝缘方式（7）架设自动重合闸

19、（8）采用线路用避雷器。6、 架设避雷器的作用：其主要作用是防止雷直击导线；同时在雷击塔顶时起分流作用，可以减小塔顶电位；对导线有耦合作用，可以降低绝缘子串上的电压；对导线有屏蔽作用，可以降低导线上的感应过电压。第十一章发电厂和变电站的防雷保护1、安装避雷针（线）的注意事项：答案一：在发电厂和变电站的建筑物及露天配电装置中，必须加装多跟避雷针（线），并可靠接地，以防止直击雷的危害。同时要注意，雷击避雷针（线）时，高达上百千安的雷电流流经接地线引下线，会在接地电阻Ri和避雷针铁塔本身的电感上产生压降，所以被保护物不能与避雷针靠的太近，以免发生反击现象。答案二：（1）独立避雷针应距道路 3m以上，

20、否则应铺碎石或沥青路面，以保证人身不受跨步电压的危害。（2）严禁将架空照明线、 电话线、广播线及天线等装在避雷针上或其构架上。 （3）发电厂主厂房上一般不装 设避雷针，以免发生感应或反击，使继电保护误动作或者造成绝缘损坏。（4）列车电站的电气设备装在金属车厢内，受到车厢一定程度的屏蔽作用，但因发电机的绝缘较弱，雷击车厢时可能发生反击事故。（5）110KV及以上的配电装置，可以将线路的避雷线引导出线门型构架上，但土壤电阻率大于1000Q - m的地区，应装设集中接地装置。2、 电机防雷的特点：（1）电机的冲击绝缘强度低。（2）保护电机用的磁吹式避雷器 FCD的冲击放电电压及 残压不够低。（3）要求限制来波陡度。3、 直配电机防雷保护措施：（1）发电机出线母线上装一组氧化锌避雷器或FCD避雷器，以限制侵入波幅值，取其3kA下的残压与电机的绝缘水平相配合。（2）在发电机的电压母线上装一组并联电容器C,以限制侵入波陡度a和降低感应过电压。（3）采用进线段保护，限制流经 FCD中的雷电流，使之小于 3kA。（4） 发电机中性点有引出线时，中性点加装避雷器保护，否则需