高电技术总结1-5ppt课件

1、l电介质的电气性能电介质的电气性能n电介质电气性能的划分电介质电气性能的划分l电介质的极化及介电常数电介质的极化及介电常数电介质的构造电介质的构造n电介质的分类根据化学构造：分子及各聚集态电介质的分类根据化学构造：分子及各聚集态气、液、固态的性质和它的键的方式亲密有关气、液、固态的性质和它的键的方式亲密有关l电介质极化根本类型电介质极化根本类型电介质的极化有五种根本方式电介质的极化有五种根本方式建立时间：极短，建立时间：极短，10-1410-14 10-15s ;10-15s ;弹性弹性极化、无损极化、无损; ;影响要素：影响要素： 电场强度有电场强度有关；电源频关；电源频 率无关；温度无关率

2、无关；温度无关n电子位移极化电子位移极化非极性和弱极性固体电介质非极性和弱极性固体电介质 如聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、如聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、石蜡、石棉、无机玻璃等聚苯乙烯、石蜡、石棉、无机玻璃等 电介质只需电子式极化和离子式极电介质只需电子式极化和离子式极化，化，r r 在在2.02.0 2.72.7范围范围 r r与温度的关系类似单位体积内的与温度的关系类似单位体积内的分子数与温度的关系分子数与温度的关系( (密度与温度密度与温度) )n固体电介质的介电常数固体电介质的介电常数极性固体电介质极性固体电介质 树脂、纤维、橡胶、虫胶、有机玻树脂、纤维、橡胶、虫胶、有机玻璃、聚

3、氯乙烯和涤纶等璃、聚氯乙烯和涤纶等 r r 较大，普通为较大，普通为3636，r r和和T T及及f f 的关系和极性液体的类似的关系和极性液体的类似离子性电介质离子性电介质 如陶瓷，云母等，相对介电常如陶瓷，云母等，相对介电常数数r r 普通在普通在5858左右左右l电介质的电导特性电介质的电导特性n电介质中的传导电流电介质中的传导电流n电介质中的电导特性电介质中的电导特性n电介质传导电流的丈量电介质传导电流的丈量n电介质的电导电介质的电导n讨论电介质电导的意义讨论电介质电导的意义电介质中的传导电流电介质中的传导电流n导线中的传导电流的组成导线中的传导电流的组成n 电介质中的电流含漏导电流和

4、位移电介质中的电流含漏导电流和位移电流两个分量电流两个分量n漏导电流：由介质中自在的或联络漏导电流：由介质中自在的或联络弱的带电质点在电场作用下运动呵斥弱的带电质点在电场作用下运动呵斥的，又称走漏电流的，又称走漏电流n位移电流：由电介质极化呵斥的电位移电流：由电介质极化呵斥的电流流icic：快速极化呵斥的充电电流：快速极化呵斥的充电电流iaia：空间电荷极化等缓慢极化：空间电荷极化等缓慢极化构成的，又称吸收电流构成的，又称吸收电流igig：趋向稳定值的漏导电流，：趋向稳定值的漏导电流，又称走漏电流又称走漏电流介质中的电流与时间的关系介质中的电流与时间的关系气体中无吸收电流气体中无吸收电流n气体

5、电介质的电导气体电介质的电导变压器油在温度为变压器油在温度为80o80o时的相对介电常数、电导率时的相对介电常数、电导率TBAe中性分子电介质的电导主要是杂质离中性分子电介质的电导主要是杂质离子引起的，高温时，中性分子能够发子引起的，高温时，中性分子能够发生分解产生自在离子，构成电导生分解产生自在离子，构成电导 纯真介质的电导率可达纯真介质的电导率可达10-1710-19 /cm极性电介质，因本身能解离，此外还极性电介质，因本身能解离，此外还有杂质离子共同决议电导，故电导较有杂质离子共同决议电导，故电导较大，较大的可达大，较大的可达10-1510-16 /cmn固体电介质的电导固体电介质的电导

6、离子式电介质的电导主要是由离子离子式电介质的电导主要是由离子脱离晶格而挪动，电导的大小和离脱离晶格而挪动，电导的大小和离子本身的性质有关，也与杂质离子子本身的性质有关，也与杂质离子有关有关固体电介质的电导与资料的宏观构固体电介质的电导与资料的宏观构造有关，如纤维性资料或多孔性资造有关，如纤维性资料或多孔性资料因易吸水，普通电阻率较小料因易吸水，普通电阻率较小固体介质中电流的吸收景象比较明固体介质中电流的吸收景象比较明显显n固体介质的外表电导固体介质的外表电导n绝缘预防性实验的实际根据，预防性实绝缘预防性实验的实际根据，预防性实验时，利用绝缘电阻、走漏电流及吸收验时，利用绝缘电阻、走漏电流及吸收

7、比判别设备的绝缘情况比判别设备的绝缘情况n直流电压下分层绝缘时，各层电压分布直流电压下分层绝缘时，各层电压分布与电阻成正比，选择适宜的电阻率，实与电阻成正比，选择适宜的电阻率，实现各层之间的合理分压现各层之间的合理分压n留意环境湿度对固体介质外表电阻的影留意环境湿度对固体介质外表电阻的影响，留意亲水性资料的外表防水处置响，留意亲水性资料的外表防水处置 讨论电导的意义讨论电导的意义l电介质能量损耗及介质损失角正切电介质能量损耗及介质损失角正切n介质损耗和介质损失角正切介质损耗和介质损失角正切 n工程介质的介质损耗工程介质的介质损耗n讨论介质损耗的意义讨论介质损耗的意义n损耗损耗Ig：真空极化和无

8、损极化引起的电流，纯电容性的，：真空极化和无损极化引起的电流，纯电容性的，CgIp：有损极化引起的电流，有功和无功分量，：有损极化引起的电流，有功和无功分量，Rp、CpIlk：漏导引起的电流，纯电阻性，：漏导引起的电流，纯电阻性，Rlk电介质的等效电路电介质的等效电路 电介质中的电流和电压矢量电介质中的电流和电压矢量 RCItgI工程电介质的介质损耗工程电介质的介质损耗n气体电介质中的损耗气体电介质中的损耗在固体介质中含有气泡时，气泡在高电压下在固体介质中含有气泡时，气泡在高电压下会发生电离，并使固体介质逐渐劣化，常用会发生电离，并使固体介质逐渐劣化，常用浸油、充胶等措施来消除固体介质中的气泡

9、浸油、充胶等措施来消除固体介质中的气泡对于固体介质与金属电极接触处的空气隙，对于固体介质与金属电极接触处的空气隙，那么经常用适中的方法，使气隙内场强为零那么经常用适中的方法，使气隙内场强为零 如如35kV35kV瓷套内壁上涂半导体釉，经过弹瓷套内壁上涂半导体釉，经过弹性铜片与导电杆相连性铜片与导电杆相连 高压电机定子线圈槽内绝缘外包半导高压电机定子线圈槽内绝缘外包半导体层后，再嵌入槽内等体层后，再嵌入槽内等 n液体电介质中的损耗液体电介质中的损耗中性液体或中性固体电介质中性液体或中性固体电介质的的tg与温度的关系表示图与温度的关系表示图 中性液体或中性固体电介质中性液体或中性固体电介质的的tg

10、与电场的关系表示图与电场的关系表示图 n固体电介质中的损耗固体电介质中的损耗讨论介质损耗的意义讨论介质损耗的意义 n设计绝缘构造时，应留意到绝缘设计绝缘构造时，应留意到绝缘资料的资料的tgtg 值。假设值。假设tgtg 过大会过大会引起严重发热，使资料劣化，甚引起严重发热，使资料劣化，甚至能够导致热击穿至能够导致热击穿n对冲击丈量的衔接电缆，其对冲击丈量的衔接电缆，其tgtg 必需求小，否那么冲击电压波在必需求小，否那么冲击电压波在其中传播时将发生畸变，影响丈其中传播时将发生畸变，影响丈量精度量精度1 1受潮受潮2 2穿透性导电通道穿透性导电通道5 5绝缘油脏污、劣化等绝缘油脏污、劣化等3 3

11、？绝缘内含气泡的电离，绝缘分层、？绝缘内含气泡的电离，绝缘分层、脱壳脱壳4 4？绝缘老化劣化，绕组上附积油泥？绝缘老化劣化，绕组上附积油泥第第1 1章章 气体放电的物理过程气体放电的物理过程l气体中带电质点的产生和消逝气体中带电质点的产生和消逝 n气体中带电质点的产生气体中带电质点的产生 n 一气体分子本身的电离，可由以下要素引一气体分子本身的电离，可由以下要素引起：起：n 1 1电子或正离子与气体分子的碰撞电离电子或正离子与气体分子的碰撞电离n 2 2各种光辐射光电离各种光辐射光电离n 3 3高温下气体中的热能热电离高温下气体中的热能热电离n 4 4负离子的构成负离子的构成 二气体中的固体或

12、液体二气体中的固体或液体( (金属金属) )的外表电离的外表电离iWh01234 1240() nmiiihceUUU()njun热电离本质上是热形状下碰撞电离热电离本质上是热形状下碰撞电离和光电离的综合。例如：发生电弧和光电离的综合。例如：发生电弧放电时，气体温度可达数千度，气放电时，气体温度可达数千度，气体分子动能就足以导致发生明显的体分子动能就足以导致发生明显的碰撞电离碰撞电离 ，高温下高能热辐射光子，高温下高能热辐射光子也能呵斥气体的电离也能呵斥气体的电离 KTWm23金属阴极的外表电离金属阴极的外表电离正离子碰撞阴极正离子碰撞阴极 二次发射，光电效二次发射，光电效应应 ，强场放射冷放

13、射，热电子发射，强场放射冷放射，热电子发射n由非自持放电转入自持放电的电场强称为临界由非自持放电转入自持放电的电场强称为临界场强场强( Ecr )( Ecr )，相应的电压称为临界电压，相应的电压称为临界电压( Ucr )( Ucr )非自持放电和自持放电非自持放电和自持放电气体放电的主要方式气体放电的主要方式n辉光放电辉光放电n火花放电火花放电n电弧放电电弧放电n电晕放电电晕放电n刷状放电刷状放电辉光放电辉光放电 电弧放电电弧放电 电晕放电电晕放电 刷状放电刷状放电 气体放电实际气体放电实际 n汤森德汤森德Townsend放电实际放电实际n流注流注Streamer放电实际放电实际汤森德气体放

14、电实际汤森德气体放电实际n 过程电子崩的构成过程电子崩的构成 n 过程过程n自持放电条件自持放电条件n 过程和过程和 过程同时作用产生的电流过程同时作用产生的电流n击穿电压、帕邢定律击穿电压、帕邢定律n汤森德放电实际的适用范围汤森德放电实际的适用范围n 过程电子崩的构成过程电子崩的构成 xenn0seII0) 1(0senn1) 1(se)11ln(ln(SASBUbSfUb1)(2SpfUb温度不变时，均匀电场中气体的击穿电压温度不变时，均匀电场中气体的击穿电压UbUb是气体压力和电极间间隔的乘积是气体压力和电极间间隔的乘积pSpS的函数的函数u帕邢帕邢Paschen定律定律n汤森德放电实际

15、的适用范围汤森德放电实际的适用范围u汤逊气体放电模型只适用于汤逊气体放电模型只适用于 S S较小的情况较小的情况u当当 S S过小或过大时，放电机理睬出现变化过小或过大时，放电机理睬出现变化u 例如例如 S S极小时气压极低时，电子极小时气压极低时，电子的自在程远大于间隙间隔，碰撞电离不能够发生，的自在程远大于间隙间隔，碰撞电离不能够发生，按汤逊实际击穿电压应无限大。现实上场致发射按汤逊实际击穿电压应无限大。现实上场致发射在真空中起作用在真空中起作用u 例如例如 电力工程上经常接触到的是气压较电力工程上经常接触到的是气压较高的情况从一个大气压到数十个大气压，间高的情况从一个大气压到数十个大气压

16、，间隙间隔通常也很大隙间隔通常也很大 ，气体击穿的很多实验景象，气体击穿的很多实验景象和电压值都无法在汤森德实际中得到解释和电压值都无法在汤森德实际中得到解释流注放电实际流注放电实际 对象：工程上感兴趣的压力较高的气对象：工程上感兴趣的压力较高的气体击穿，如大气压力下空气的击穿体击穿，如大气压力下空气的击穿特点：以为电子碰撞电离及空间光电特点：以为电子碰撞电离及空间光电离是维持自持放电的主要要素，并强离是维持自持放电的主要要素，并强调了空间电荷畸变电场的作用调了空间电荷畸变电场的作用 经过大量的实验研讨主要在电离室经过大量的实验研讨主要在电离室中进展的阐明放电开展的机理中进展的阐明放电开展的机

17、理 u正流注的构成正流注的构成电压较低时，电子崩需经过整个间隙才构成电压较低时，电子崩需经过整个间隙才构成流注，电压较高时，电子崩不需经过整个间流注，电压较高时，电子崩不需经过整个间隙，其头部电离程度已足以构成流注隙，其头部电离程度已足以构成流注主电子崩头部的电离很剧烈，光子射到主崩主电子崩头部的电离很剧烈，光子射到主崩前方，在前方产生新的电子崩，主崩头部的前方，在前方产生新的电子崩，主崩头部的电子和二次崩尾的正离子构成混合通道，构电子和二次崩尾的正离子构成混合通道，构成向阳极推进的流注，称为负流注成向阳极推进的流注，称为负流注间隙中的正、负流注可以同时向两极开展。间隙中的正、负流注可以同时向

18、两极开展。在较高电压下，正流注的开展能够出现分支在较高电压下，正流注的开展能够出现分支均匀电场中构成流注的机制：初始电子崩头均匀电场中构成流注的机制：初始电子崩头部的电荷必需积累到一定的程度，使电场畸部的电荷必需积累到一定的程度，使电场畸变并加强到一定程度，已呵斥足够的空间光变并加强到一定程度，已呵斥足够的空间光电离电离实验丈量结果实验丈量结果n自持放电条件自持放电条件一旦构成流注，放电就进入了新的阶段，放电可以一旦构成流注，放电就进入了新的阶段，放电可以由本身产生的空间光电离而自行维持，即转入自持由本身产生的空间光电离而自行维持，即转入自持放电了放电了假设电场均匀，间隙就将被击穿。所以流注构

19、成的假设电场均匀，间隙就将被击穿。所以流注构成的条件就是自持放电条件，在均匀电场中也就是导致条件就是自持放电条件，在均匀电场中也就是导致击穿的条件击穿的条件n流注实际对流注实际对 S S很大时放电景象的解释很大时放电景象的解释 u放电时间放电时间流注实际现存的问题流注实际现存的问题n只需放电的定性描画，没有定量描画只需放电的定性描画，没有定量描画n短少数学模型短少数学模型n太依赖于实验太依赖于实验n电场不均匀程度添加但仍比较均匀的情况电场不均匀程度添加但仍比较均匀的情况 n 大曲率电极附近大曲率电极附近 到达足够数值，间隙中很到达足够数值，间隙中很大一部分区域大一部分区域 也都已达相当数值，流

20、注一经也都已达相当数值，流注一经产生，随即开展至贯穿整个间隙，导致间隙完全击产生，随即开展至贯穿整个间隙，导致间隙完全击穿穿 电晕放电的效应电晕放电的效应n对工程实际有重要意义对工程实际有重要意义n 不利影响不利影响 ：能量损失；放电脉冲：能量损失；放电脉冲 引起的高频引起的高频电磁波干扰；电磁波干扰；n化学反响引起的腐蚀作用等化学反响引起的腐蚀作用等 n 有利方面：电晕可减弱输电线上雷电冲击电压有利方面：电晕可减弱输电线上雷电冲击电压波的幅值及陡度；利用电晕放电改善电场分布，提波的幅值及陡度；利用电晕放电改善电场分布，提高击穿电压高击穿电压 ；利用电晕放电除尘等；利用电晕放电除尘等不均匀电场

21、中气体击穿的开展过程不均匀电场中气体击穿的开展过程n 流注开展阶段流注开展阶段放电进一步开展放电进一步开展n外电压较低时，流注通道深化间隙一段间隔后，外电压较低时，流注通道深化间隙一段间隔后，就停顿不前了，构成电晕放电或刷状放电就停顿不前了，构成电晕放电或刷状放电n外电压足够高时，流注通道将不断到达另一电极，外电压足够高时，流注通道将不断到达另一电极，从而导致间隙完全击穿从而导致间隙完全击穿先导通道先导通道-热电离热电离正先导正先导流注根部流注根部温度升高温度升高热电离热电离过程过程先导先导通道通道电离加强，更为亮堂电离加强，更为亮堂电导增大电导增大轴向场强更低轴向场强更低开展速度更快开展速度

22、更快长空气间隙的平均击穿场强远低于短间隙！长空气间隙的平均击穿场强远低于短间隙！ n负棒负棒正板，正空间电荷大大加强棒极附近原已很正板，正空间电荷大大加强棒极附近原已很强的电场，该区域发生剧烈的电离，高场强和大电强的电场，该区域发生剧烈的电离，高场强和大电流密度，使棒极附近产生热电离，构成负先导流密度，使棒极附近产生热电离，构成负先导n负空间电荷在通道前端构成反向电场负空间电荷在通道前端构成反向电场电场屏蔽，电场屏蔽，屏蔽减弱后，开展新负流注、新负先导，因此，负屏蔽减弱后，开展新负流注、新负先导，因此，负先导具有分级的特性先导具有分级的特性n前伸的平均速度是正先导的前伸的平均速度是正先导的1/

23、51/31/51/3迎面先导迎面先导n条件：条件：n上电极为正先导，下电极的几何构造能提供部上电极为正先导，下电极的几何构造能提供部分强场分强场n上电极为负先导，下电极的几何构造无特殊要上电极为负先导，下电极的几何构造无特殊要求，平板、尖端求，平板、尖端n雷电放电多为负先导，接地的建筑物上可产生雷电放电多为负先导，接地的建筑物上可产生向上的迎面先导，其影响到下行先导的开展道向上的迎面先导，其影响到下行先导的开展道路及雷击点路及雷击点n主放电主放电雷电放电雷电放电n雷电放电主要研讨雷云对大地放电雷电放电主要研讨雷云对大地放电n 外表空间电场强度外表空间电场强度2530kV/cm2530kV/cm

24、n上行雷、下行雷上行雷、下行雷n9090是负极性雷，即雷云流入大地电荷为负是负极性雷，即雷云流入大地电荷为负n下行负极性雷分三个阶段：下行负极性雷分三个阶段：n先导放电、主放电、余光放电先导放电、主放电、余光放电n雷电放电有后续分量，几个到十几个雷电放电有后续分量，几个到十几个雷电的主放电过程雷电的主放电过程n先导头部对地极大的电位差作用在剩余短间隙先导头部对地极大的电位差作用在剩余短间隙流注上，剧烈的电离：流注上，剧烈的电离：n 电子迅速流入大地，构成雷电流的波前电子迅速流入大地，构成雷电流的波前部分部分n 正离子与先导通道中的负电荷中和正离子与先导通道中的负电荷中和n主放电通道温度达主放电

25、通道温度达(23)(23)104K104K，压力初期达几，压力初期达几十个大气压，开展速度约为十个大气压，开展速度约为(0.050.5)c(0.050.5)cn主放电过程中通道亮堂，发出宏大的雷声，产主放电过程中通道亮堂，发出宏大的雷声，产生幅值很大几十至几百千安、近百微秒生幅值很大几十至几百千安、近百微秒不超越不超越5010050100s s的冲击电流的冲击电流雷电的后续分量雷电的后续分量n雷云中存在多个电荷聚集中心雷云中存在多个电荷聚集中心n主放电后，临近的电荷中心对第一电荷中心放主放电后，临近的电荷中心对第一电荷中心放电，并沿老通道继续向地开展，构成后续分量电，并沿老通道继续向地开展，构

26、成后续分量n电流幅值为第一分量的电流幅值为第一分量的1/21/31/21/3，2100KA2100KA；电；电流波前时间平均为流波前时间平均为0.510.51s s陡度上升，电陡度上升，电流波尾平均约为流波尾平均约为4040s s较短较短n分量数多达分量数多达10301030个，平均个，平均3434个，间隔时间约个，间隔时间约为几十毫秒，平均约为为几十毫秒，平均约为4065ms4065ms第第2 2章章 气隙的电气强度击穿特性气隙的电气强度击穿特性气隙的击穿时间气隙的击穿时间 n继续作用电压继续作用电压n伏秒特性的运用伏秒特性的运用n气隙击穿电压的概率分布气隙击穿电压的概率分布n无论何种作用电

27、压，气隙的击穿电压都无论何种作用电压，气隙的击穿电压都有分散性，但分散程度不同有分散性，但分散程度不同n接近正态分布：用接近正态分布：用50%击穿电压击穿电压U50和和相对规范偏向相对规范偏向 来表示，表来表示，表3-2-1n耐受电压：工程中将很高耐受概率耐受电压：工程中将很高耐受概率99%以上的电压作为耐受电压以上的电压作为耐受电压 n U50(1-3 ) 耐受概率耐受概率99.86%大气条件对气隙击穿电压的影响大气条件对气隙击穿电压的影响hdtKKUKUU00kV 08. 622.24SSUb较均匀电场气隙的击穿电压较均匀电场气隙的击穿电压n稍不均匀电场中的击穿电压稍不均匀电场中的击穿电压

28、n 球球球间隙球间隙 球球板间隙板间隙 圆柱圆柱 板板 同同轴圆柱间隙轴圆柱间隙 直接丈量高电压峰值的最简单又有直接丈量高电压峰值的最简单又有一定准确度的手段一定准确度的手段球球球间隙的极性效应：电场最强的电极为球间隙的极性效应：电场最强的电极为负极性时的击穿电压略低于正极性时的数值负极性时的击穿电压略低于正极性时的数值fSEU/maxkV /30/0fdfdEUbn工频电压下的击穿电压工频电压下的击穿电压 棒棒板间隙有明显的极性效应，棒板间隙有明显的极性效应，棒棒间隙也有棒间隙也有不大的极性效应不大的极性效应波形的影响波形的影响 工频击穿电压比临界波前操工频击穿电压比临界波前操作冲击击穿电压

29、操作冲击作冲击击穿电压操作冲击系数小于系数小于1 1高高P60 P60 图图3-5-83-5-850击穿电压极小值的阅历公式击穿电压极小值的阅历公式 对于对于1 20m的长间隙计算结果和实验结果很的长间隙计算结果和实验结果很好地符合好地符合MV 814 . 3min50SU利用空间电荷畸变电场的作用利用空间电荷畸变电场的作用 n不均匀电场中的击穿电压不均匀电场中的击穿电压提高气压后在一定范围内，间隙的击穿电压将高提高气压后在一定范围内，间隙的击穿电压将高于大气压力下的数值，但其提高程度不如均匀电场于大气压力下的数值，但其提高程度不如均匀电场电场均匀程度对击穿电压的影响比在常压下要显著得电场均匀

30、程度对击穿电压的影响比在常压下要显著得多，电场均匀程度下降，击穿电压将猛烈降低多，电场均匀程度下降，击穿电压将猛烈降低在设计充有高气压气体的电气设备，应尽量提高其在设计充有高气压气体的电气设备，应尽量提高其电场的均匀度电场的均匀度n含卤族元素的气体化合物，如六氟化硫含卤族元素的气体化合物，如六氟化硫SF6SF6、氟利昂氟利昂CCl2F2CCl2F2等，其电气强度比空气的要高等，其电气强度比空气的要高很多。称为高电气强度气体很多。称为高电气强度气体 高电气强度气体的采用高电气强度气体的采用n对高电气强度气体的要求对高电气强度气体的要求第第4 4章固体、液体和组合绝缘的电气强度章固体、液体和组合绝

31、缘的电气强度电击穿电击穿热击穿热击穿电化学击穿电化学击穿 电老化电老化电击穿电击穿作用时间作用时间 电压作用时间短，击穿电压高电压作用时间短，击穿电压高介质特性介质特性 介质内含气孔或其它缺陷，对电场呵斥介质内含气孔或其它缺陷，对电场呵斥畸畸 变，导致介质击穿电压降低变，导致介质击穿电压降低 电场均匀：电场的均匀程度影响极大电场均匀：电场的均匀程度影响极大 累积效应累积效应 在极不均匀电场中、冲击电压作用下，在极不均匀电场中、冲击电压作用下，介质有明显的不完全击穿景象，导致绝介质有明显的不完全击穿景象，导致绝缘性能逐渐下降，称为累积效应。介质缘性能逐渐下降，称为累积效应。介质击穿电压会随冲击电

32、压施加次数的增多击穿电压会随冲击电压施加次数的增多而下降而下降无关要素：击穿电压和介质温度、散热条件、介质无关要素：击穿电压和介质温度、散热条件、介质厚度、频率等要素都无关厚度、频率等要素都无关n电击穿的特点电击穿的特点 电介质不断发热升温过程：介质损耗电介质不断发热升温过程：介质损耗-介介质逐渐发热升温质逐渐发热升温-介质电阻的下降，使电流进介质电阻的下降，使电流进一步增大一步增大-损耗发热也随之增大损耗发热也随之增大 同一时间内发热超越散热，那么介质温度会不同一时间内发热超越散热，那么介质温度会不断上升，以致引起电介质分解炭化，最终击穿，这断上升，以致引起电介质分解炭化，最终击穿，这一过程

33、称电介质的热击穿过程一过程称电介质的热击穿过程 热击穿热击穿) 2+ (tg )( 000hftthrk ：散热系数：散热系数 ：导热系数：导热系数热击穿电压热击穿电压Ub与各种发、散热要素的关系与各种发、散热要素的关系Ub = 0.342在发生热击穿时，采取加厚绝缘的在发生热击穿时，采取加厚绝缘的方法并不一定能起到提高电介质击方法并不一定能起到提高电介质击穿电压的作用，因此是不经济的穿电压的作用，因此是不经济的l临界温度临界温度固体的最低击穿电压与试品的温度有固体的最低击穿电压与试品的温度有显著的关系，固体的击穿电压存在一显著的关系，固体的击穿电压存在一个临界温度，温度超越某临界值后，个临界

34、温度，温度超越某临界值后，击穿电压随介质温度的添加而下降，击穿电压随介质温度的添加而下降，阐明击穿已涉及到明显的热过程阐明击穿已涉及到明显的热过程概念：在电场的长时间作用下逐渐使介质的物理、概念：在电场的长时间作用下逐渐使介质的物理、化学性能发生不可逆的劣化，最终导致击穿，这化学性能发生不可逆的劣化，最终导致击穿，这过程称电老化过程称电老化电化学击穿电化学击穿 电老化电老化* *直流电压下，固体电介质因离子电导而发生电解过程，结直流电压下，固体电介质因离子电导而发生电解过程，结果在电极附近构成导电的金属树枝状物果在电极附近构成导电的金属树枝状物 ；交流下，固体；交流下，固体电介质内部地气泡中，

35、或不同固体电介质之间地气体或油电介质内部地气泡中，或不同固体电介质之间地气体或油隙中，会发生局放。隙中，会发生局放。有机绝缘资料的树老化有机绝缘资料的树老化树老化类型树老化类型树枝树枝Tree-like树枝状树枝状Bush-like灌木丛状灌木丛状chestnut-like栗子状栗子状树枝老化的普通外形树枝老化的普通外形影响固体介质击穿电压主要要素影响固体介质击穿电压主要要素电压作用时间电压作用时间温度温度电场均匀程度电场均匀程度电压种类电压种类累积效应累积效应受潮受潮机械负荷机械负荷二次效应如空间电荷等二次效应如空间电荷等电压种类电压种类受潮受潮机械负荷机械负荷电介质击穿过程的空间电荷效应电

36、介质击穿过程的空间电荷效应耐热性：指保证电介质可靠平安运转的最高允许耐热性：指保证电介质可靠平安运转的最高允许温度温度热劣化：电介质在稍高的温度下，长时间后发生热劣化：电介质在稍高的温度下，长时间后发生绝缘性能的不可逆变化绝缘性能的不可逆变化寿命：在一定温度下，电介质不产生热损坏的时寿命：在一定温度下，电介质不产生热损坏的时间称为寿命间称为寿命短时耐热性：短时耐热性：长期耐热性：给定寿命下，电介质不产生热损坏长期耐热性：给定寿命下，电介质不产生热损坏的最高允许温度的最高允许温度热性能热性能电介质的耐寒性电介质的耐寒性化学性能及抗生物性化学性能及抗生物性化学性能指资料的化学稳定性化学性能指资料的

37、化学稳定性如耐腐蚀性气体、液体溶剂等如耐腐蚀性气体、液体溶剂等抗生物性指资料抗霉菌、昆虫抗生物性指资料抗霉菌、昆虫的性能，在湿热地域尤为重要的性能，在湿热地域尤为重要提高电介质击穿电压的方法提高电介质击穿电压的方法主要内容主要内容n液体电介质的击穿实际液体电介质的击穿实际n影响液体电介质击穿电压的要素影响液体电介质击穿电压的要素n提高液体电介质击穿电压的方法提高液体电介质击穿电压的方法/22各种缘由产生气泡：各种缘由产生气泡： 电子电流加热液体，分解出气体电子电流加热液体，分解出气体电子碰撞液体分子，使之解离产出气体电子碰撞液体分子，使之解离产出气体静电斥力，电极外表吸附的气泡外表积累电静电斥

38、力，电极外表吸附的气泡外表积累电荷，当静电斥力大于液体外表张力时，气泡体荷，当静电斥力大于液体外表张力时，气泡体积变大积变大 电极凸起处的电晕引起液体气化电极凸起处的电晕引起液体气化/22n 纯真液体电介质的气泡击穿实际纯真液体电介质的气泡击穿实际/22与热过程亲密相关与热过程亲密相关-热击穿热击穿含含0.01%的水分，油的击穿电压降到枯燥时的的水分，油的击穿电压降到枯燥时的15%30% /22含纤维量含纤维量含气量含气量油中气体析出后，危害：油中气体析出后，危害：成为气泡，导致部分放电，使油老化，降低击穿成为气泡，导致部分放电，使油老化，降低击穿电压电压 ，氧气与油分子发生化学结合，使油氧化

39、，氧气与油分子发生化学结合，使油氧化，加速老化加速老化作用时间小于毫秒级：作用时间小于毫秒级： 电击穿性质，规律与气体的伏秒特性类似电击穿性质，规律与气体的伏秒特性类似作用时间超越临界值：作用时间超越临界值： 热击穿性质，显著下降后，几分钟后到达稳定值热击穿性质，显著下降后，几分钟后到达稳定值油的冲击系数大，特别在均匀场油的冲击系数大，特别在均匀场n电场均匀程度电场均匀程度电场较均匀时电场较均匀时 油的质量对工频或直流电压油的质量对工频或直流电压下的击穿电压影响较大下的击穿电压影响较大电场极不均匀时，油的质量对工频或直流电电场极不均匀时，油的质量对工频或直流电压下的击穿电压影响很小，剧烈的电离

40、使油压下的击穿电压影响很小，剧烈的电离使油扰动，杂质的聚集和陈列很困难扰动，杂质的聚集和陈列很困难 无论电场均匀与否，油的质量对冲击击无论电场均匀与否，油的质量对冲击击穿电压均无显著影响穿电压均无显著影响液体电介质击穿电压的分散性和电场的均匀程液体电介质击穿电压的分散性和电场的均匀程度有关度有关 工频击穿电压的分散性在极不均匀电场中工频击穿电压的分散性在极不均匀电场中不超越不超越5，而在均匀电场中可达，而在均匀电场中可达30 40/22n温度温度较均匀电场：水的形状与温度有关，击穿电压变化复杂较均匀电场：水的形状与温度有关，击穿电压变化复杂 固态：介电常数与油接近固态：介电常数与油接近 液态：

41、悬浮状、溶解状气态液态：悬浮状、溶解状气态极不均匀电场：电离及扰动使极不均匀电场：电离及扰动使“电桥不易构成，影响很电桥不易构成，影响很小小工频电压作用下工频电压作用下冲击电压作用下冲击电压作用下电场、质量：击穿电压受温度影响很小电场、质量：击穿电压受温度影响很小n压力压力变压器油工程电介质，工频击穿电压与压力变压器油工程电介质，工频击穿电压与压力的关系的关系 /22n工频电压提高的缘由：工频电压提高的缘由：n 油中气体的形状与压力有关，压力增大，油中气体的形状与压力有关，压力增大，气体在油中的溶解量增大气体在油中的溶解量增大n 气泡的放电起始电压也提高气泡的放电起始电压也提高n升高程度不及气

42、体间隙升高程度不及气体间隙提高液体电介质击穿电压的方法提高液体电介质击穿电压的方法n提高以及坚持油的质量提高以及坚持油的质量n覆盖层覆盖层n绝缘层绝缘层n屏障屏障n沿面放电时改善电场分布沿面放电时改善电场分布n覆盖层覆盖层资料：资料：1mm的固体绝缘薄层。漆膜、胶纸带、漆的固体绝缘薄层。漆膜、胶纸带、漆布带布带n极间障极间障屏障或隔板屏障或隔板资料：厚度为资料：厚度为27mm27mm的固体绝缘的固体绝缘 板，板， 纸板、胶纸板、胶 纸、胶布层压板纸、胶布层压板第第5 5章章 电气设备绝缘实验一电气设备绝缘实验一n绝缘监测和诊断的根本概念绝缘监测和诊断的根本概念n绝缘电阻和走漏电流的丈量绝缘电阻

43、和走漏电流的丈量n介质损耗角正切的丈量介质损耗角正切的丈量n部分放电的丈量部分放电的丈量n耐压实验耐压实验n预防性实验方法的特点总结预防性实验方法的特点总结n绝缘的在线监测绝缘的在线监测n绝缘的监测和诊断技术概念绝缘的监测和诊断技术概念破坏性实验，即耐压实验破坏性实验，即耐压实验破坏性实验，即耐压实验破坏性实验，即耐压实验包含的种类包含的种类包含的种类：包含的种类：在线：在被试设备处于带电运转的条件下，对设在线：在被试设备处于带电运转的条件下，对设备的绝缘情况进展延续或定时的监测，通备的绝缘情况进展延续或定时的监测，通常是自动进展的常是自动进展的绝缘预防性实验概念：为了对绝缘形状作绝缘预防性实

44、验概念：为了对绝缘形状作出判别，需对绝缘进展各种实验和监测，出判别，需对绝缘进展各种实验和监测，通称为绝缘预防性实验通称为绝缘预防性实验传感器与丈量方法：传感器与丈量方法：数据处置：数据处置：绝缘电阻和走漏电流的丈量绝缘电阻和走漏电流的丈量n丈量绝缘电阻与吸收比的任务原理丈量绝缘电阻与吸收比的任务原理n丈量绝缘电阻与吸收比的方法丈量绝缘电阻与吸收比的方法n走漏电流的丈量走漏电流的丈量n丈量绝缘电阻与吸收比的任务原理丈量绝缘电阻与吸收比的任务原理双层介质等值电路图双层介质等值电路图 吸收和走漏电流及吸收和走漏电流及绝缘电阻的变化曲线绝缘电阻的变化曲线 22211/212121212tR CRCU

45、Ui teRRCCRRR R212121/RRRRCC吸收和走漏电流及吸收和走漏电流及绝缘电阻的变化曲线绝缘电阻的变化曲线 /212122121122 /ttaKeeRRRRCCCRCRUi /21212212112221/teRRRRCCCRCRURRUti定义极化指数定义极化指数P P：为加压：为加压1010分钟时的绝缘电阻与分钟时的绝缘电阻与1 1分分钟时电阻之比值钟时电阻之比值1560/ RRK 110/ RRP 绝缘形状的断定绝缘形状的断定某变压器的绝缘电阻与时间关系曲线某变压器的绝缘电阻与时间关系曲线1 1受潮时；受潮时；2 2 经枯燥后经枯燥后吸收比吸收比K K及极化指数及极化指

46、数P P，下同的下降。当，下同的下降。当K=1K=1或或接近于接近于1 1，那么设备根本丧失绝缘才干，那么设备根本丧失绝缘才干电力设备预防性实验规程等规定：电力设备预防性实验规程等规定：n丈量绝缘电阻与吸收比的方法丈量绝缘电阻与吸收比的方法丈量仪表：为了测准吸收比，需用灵敏度足够高的丈量仪表：为了测准吸收比，需用灵敏度足够高的兆欧表。现场仍较多采用带有手摇直流发电机的兆兆欧表。现场仍较多采用带有手摇直流发电机的兆欧表，俗称摇表欧表，俗称摇表兆欧表的原理构造图兆欧表的原理构造图 0AAXRRR例：用兆欧表丈量电例：用兆欧表丈量电缆绝缘电阻缆绝缘电阻用兆欧表测电缆绝缘电阻用兆欧表测电缆绝缘电阻的接

47、线图，的接线图，1 1铅铠外皮铅铠外皮 2 2绝缘绝缘 3 3导芯导芯 丈量绝缘电阻能有效发现以下缺陷丈量绝缘电阻能有效发现以下缺陷n走漏电流的丈量走漏电流的丈量T.O. 被试品被试品H 高电位电极高电位电极L 低电位电极低电位电极PA 直流微安表直流微安表R 维护电阻维护电阻P 放电管放电管C 缓冲电容缓冲电容K 旁路开关旁路开关S 屏蔽系统屏蔽系统n走漏电流的丈量走漏电流的丈量丈量电力变压器主绝缘走漏电流的接线丈量电力变压器主绝缘走漏电流的接线 T1：调压器；：调压器； T2：高压实验变压器；：高压实验变压器； D：高压硅堆：高压硅堆 R：维护电阻；：维护电阻； C：滤波电容；：滤波电容；

48、 T：被试变压器：被试变压器 走漏电流丈量实验特点走漏电流丈量实验特点n走漏电流的丈量走漏电流的丈量电桥的平衡条件：电桥的平衡条件：电桥原理图电桥原理图 4231/ZZZZ2413241ZZZZ232西林电桥的根本回路西林电桥的根本回路 西林电桥的根本原理西林电桥的根本原理高压臂：代表试品高压臂：代表试品( Cx 、Rx 的的Z1；无损耗的规；无损耗的规范电容范电容CN，它以阻抗，它以阻抗Z2作为代表作为代表低压臂：处在桥箱体内的低压臂：处在桥箱体内的可调无感电阻可调无感电阻R3，以，以Z3来来代表；无感电阻代表；无感电阻R4和可调和可调电容电容C4的并联，以的并联，以Z4来代来代表表 维护：

49、放电管维护：放电管 P电桥平衡：检流计电桥平衡：检流计G 检零检零屏蔽：消除杂散电容的影屏蔽：消除杂散电容的影响响西林电桥的根本回路西林电桥的根本回路 串联等值回路串联等值回路西林电桥的根本回路西林电桥的根本回路 44CRtg34/ RCRCNx44CRtg)1 (234tgRCRCNx tg2 极小，两种等值极小，两种等值电路的电路的Cx 相等相等 100 /1044，R46441010100CCtg4Ctg高压电源对桥体杂散电高压电源对桥体杂散电容的影响容的影响高压引线与低压臂之间高压引线与低压臂之间有电场的影响，可以看有电场的影响，可以看作其间有杂散电容作其间有杂散电容CsCsCxCx和

50、和CNCN值很小，如值很小，如CNCN普普通只需通只需5050 100pF100pF，杂散，杂散电容电容CsCs的引入，会产生的引入，会产生丈量误差丈量误差西林电桥的根本回路西林电桥的根本回路 影响电桥准确度的要素影响电桥准确度的要素屏蔽：将电桥的低压部分，包括被试品和规范电屏蔽：将电桥的低压部分，包括被试品和规范电容器的低压电极在内，用接地的金属网容器的低压电极在内，用接地的金属网屏蔽起来屏蔽起来存在外界电磁场干扰时的丈量存在外界电磁场干扰时的丈量现场的试品：难以实现屏蔽，现场的试品：难以实现屏蔽，故干扰较严重故干扰较严重两次丈量法：倒换实验变压器两次丈量法：倒换实验变压器原边电源线的两头原

51、边电源线的两头 第一次测得第一次测得tg1和和Cx 第二次测得第二次测得tg2和和Cx 准确的准确的tg 和和Cx值计算公式：值计算公式：西林电桥的根本回路西林电桥的根本回路 2/21xxxxxxxCCCCCtgCtgCtg /2/2xxxxxxGGGCCCxxtgC G当检流计正接时测得：当检流计正接时测得：334014441/RRRCCRCCtgx334024442/RRRCCRCCtgx34044/ RRCCRCtgx121212/22/xxxxxtgtgtgCC CCCn耐压实验耐压实验交流耐压交流耐压直流耐压直流耐压雷电冲击耐雷电冲击耐压压操作冲击耐操作冲击耐压压电力变压器交流实验电

52、压值电力变压器交流实验电压值括号内数值适用于不固定接地或经小电抗接地系统括号内数值适用于不固定接地或经小电抗接地系统 直流耐压直流耐压直流耐压：是直流电力设备的根本耐压方直流耐压：是直流电力设备的根本耐压方式。对于交流电网中的长电力电缆等，在式。对于交流电网中的长电力电缆等，在现场进展交流耐压实验常出现困难，由于现场进展交流耐压实验常出现困难，由于长电缆的电容量较大。为了减小实验电源长电缆的电容量较大。为了减小实验电源的实验容量，规程规定采用直流耐压来检的实验容量，规程规定采用直流耐压来检查电缆绝缘的质量。直流耐压根本上不会查电缆绝缘的质量。直流耐压根本上不会对绝缘呵斥残留性损伤对绝缘呵斥残留

53、性损伤直流耐压特点：直流耐压特点： 无部分放电损伤：对于电缆等油纸绝缘，在交、无部分放电损伤：对于电缆等油纸绝缘，在交、直流电压作用下，在油和纸上的电压分布不一样直流电压作用下，在油和纸上的电压分布不一样交流时电压按介电常数交流时电压按介电常数 分布：电压较多作用分布：电压较多作用在油层上；直流时电压按电阻系数在油层上；直流时电压按电阻系数 分布：电分布：电压较多作用在纸上。纸的耐压强度较高，所以电压较多作用在纸上。纸的耐压强度较高，所以电缆能耐受较高的直流电压缆能耐受较高的直流电压为了加强绝缘的考验，电缆的直流耐压值规定得为了加强绝缘的考验，电缆的直流耐压值规定得较高。虽然如此，对于运用在交

54、流电网中的电缆，较高。虽然如此，对于运用在交流电网中的电缆，进展直流耐压对绝缘的考验不如交流耐压接近实进展直流耐压对绝缘的考验不如交流耐压接近实践践对电力电缆的直流耐压继续时间为对电力电缆的直流耐压继续时间为5分钟，可同时分钟，可同时进展走漏电流的丈量，加压极性为负进展走漏电流的丈量，加压极性为负对电力变压器绝缘的走漏电流测试时所施加的直对电力变压器绝缘的走漏电流测试时所施加的直流电压不很高，可以以为是非破坏性实验流电压不很高，可以以为是非破坏性实验对电机绝缘进展直流耐压，也是发现绝缘缺陷的对电机绝缘进展直流耐压，也是发现绝缘缺陷的重要方法重要方法直流耐压直流耐压雷电冲击耐压雷电冲击耐压雷电冲

55、击耐压用作为考验电力设备接受雷电过电压雷电冲击耐压用作为考验电力设备接受雷电过电压的才干。对电力变压器类试品不仅考验了主绝缘，的才干。对电力变压器类试品不仅考验了主绝缘，而且是考验纵绝缘的主要方法而且是考验纵绝缘的主要方法只在制造厂进展本项实验，由于本项实验会呵斥绝只在制造厂进展本项实验，由于本项实验会呵斥绝缘的积累效应，所以在规定的实验电压下只施加缘的积累效应，所以在规定的实验电压下只施加3 3次次冲击。对小变压器是作为型式实验进展的冲击。对小变压器是作为型式实验进展的国家规范规定额定电压国家规范规定额定电压220kV 220kV ，容量，容量120MVA120MVA的的变压器出厂时应进展本

56、项实验。电力系统中的绝缘变压器出厂时应进展本项实验。电力系统中的绝缘预防性实验，不进展本项实验。对主绝缘的耐受雷预防性实验，不进展本项实验。对主绝缘的耐受雷电过电压的才干，由交流耐压实验等值地承当电过电压的才干，由交流耐压实验等值地承当 操作冲击耐压操作冲击耐压高于高于330kV电力设备的出厂实验应进展本项实电力设备的出厂实验应进展本项实验。对变压器进展出厂实验时，大多采用在高验。对变压器进展出厂实验时，大多采用在高压绕组上直接加压法压绕组上直接加压法IEC76-3IEC76-3和国家规范规定的操作冲击波形和国家规范规定的操作冲击波形 国家规范国家规范GB744987文件对波形的规定，明确文件

57、对波形的规定，明确Tf 应应为为20s250s，反极性的峰值，反极性的峰值U2m0.5Um电力工业部的行业规范电力工业部的行业规范DL/T 5962019规定的波形，规定的波形，根本上符合根本上符合IEC规范，唯规范，唯Tf 规定为不小于规定为不小于20s，未作，未作上限值的规定。由于感应法产生的操作波，其上限值的规定。由于感应法产生的操作波，其Tf常会常会超越超越250s。假设强行规定。假设强行规定Tf不大于不大于250s，波形上所，波形上所迭加的高频振荡的幅值有能够会较高迭加的高频振荡的幅值有能够会较高 不同电压等级三相变压器不同电压等级三相变压器Y/ 接法，采接法，采用感应法产生操作波时

58、的变压器接线图，两用感应法产生操作波时的变压器接线图，两个图中，被试相全励磁，其他两相各半励磁个图中，被试相全励磁，其他两相各半励磁 IEC规定的对规定的对330kV 对对220kV及以下及以下及以上变压器的实验接线及以上变压器的实验接线 变压器的实验接线变压器的实验接线 左图：高压绕组中性点接地，在被试相产生左图：高压绕组中性点接地，在被试相产生额定实验电压；在其他两相产生与它极性相额定实验电压；在其他两相产生与它极性相反、幅值为反、幅值为1/2额定实验电压值的操作波。这额定实验电压值的操作波。这样使被试相的对地绝缘遭到了考核；相间绝样使被试相的对地绝缘遭到了考核；相间绝缘在出线处遭到了缘在

59、出线处遭到了1.5倍额定实验电压的考核倍额定实验电压的考核 IEC规定的对规定的对330kV 对对220kV及以下及以下及以上变压器的实验接线及以上变压器的实验接线 变压器的实验接线变压器的实验接线 IEC规定的对规定的对330kV 对对220kV及以下及以下及以上变压器的实验接线及以上变压器的实验接线 变压器的实验接线变压器的实验接线 35500 kV变压器的操作冲击耐受电压变压器的操作冲击耐受电压DL474.692 注：注：1. 220500kV有两个数值是由于有两种绝有两个数值是由于有两种绝缘程度缘程度 2. 500kV原表列出一个耐受值为原表列出一个耐受值为1300，根据，根据国家规范

60、改列为国家规范改列为 1050及及1175，与，与IEC763值相符值相符 上表的耐受电压值适用于大修全部改换绕组后上表的耐受电压值适用于大修全部改换绕组后实验用，部分改换绕组及交接实验时应取表中值再实验用，部分改换绕组及交接实验时应取表中值再乘以乘以0.85各种预防性实验方法的特点总结各种预防性实验方法的特点总结表中序号表中序号6和和7两项为破坏性实验，其它各项均属于非破坏性实验两项为破坏性实验，其它各项均属于非破坏性实验tgtg的在线监测的在线监测部分放电部分放电PDPD的在线监测的在线监测绝缘的在线监测绝缘的在线监测离线监测的缺陷：绝缘预防性实验方法，都是电力设离线监测的缺陷：绝缘预防性