高电压技术第一章

1、高电压技术高电压技术电气与信息工程学院电气与信息工程学院宋玲芳宋玲芳绪论n课程地位：电气工程专业平台课之一课程地位：电气工程专业平台课之一n课程学时安排：讲课课程学时安排：讲课4040学时学时n成绩评定：考试成绩评定：考试7070平时平时3030 n教材：教材：高电压技术高电压技术（第四版）沈其工等主编（第四版）沈其工等主编n参考书：参考书： n高电压绝缘技术，中国电力，严璋，朱德恒n电网过电压教程，中国电力，陈维贤n高电压工程，清华，梁曦东n高电压技术，中国电力，赵智大一输电电压等级的划分：n高压（HV）： 10220KVn超高压（EHV）：330750KVn特高压（UHV）：1000KV及

2、以上 线路输送的容量：3SUI 功率损耗：222()()PQSRjXU 电压降落：(P)(P)RQXXQRUjUU 电压等级升高的原因：（远距离、大容量、降低损耗）二.高电压、高场强下的特殊问题（1）绝缘问题）绝缘问题 绝缘材料 绝缘结构（电场结构） 电压形式（2）高电压试验问题）高电压试验问题（3）过电压防护问题）过电压防护问题（4）电磁环境问题）电磁环境问题 电磁兼容 生态效应（电气设备：导电、导磁、绝缘）（1）静电技术及其应用（2）液电效应及其应用（3）线爆技术及其应用（2）脉冲功率技术及其应用三三. .高电压下的特殊现象及其应用高电压下的特殊现象及其应用四高电压技术的研究对象：n高电压

3、绝缘与试验： 1.绝缘材料的电气物理性能和击穿的理论、规律（实践到理论）。 2.高压试验：判断、监视绝缘质量的主要试验方法。n电力系统的过电压： 3.过电压的成因与限制措施。 第一篇：高电压绝缘及试验n第一章第一章 电介质的极化、电导和损耗电介质的极化、电导和损耗n第二章第二章 气体放电的物理过程气体放电的物理过程n第三章第三章 气隙的电气强度气隙的电气强度n第四章第四章 固体液体和组合绝缘的电气强度固体液体和组合绝缘的电气强度1-2 电介质的极化1.电介质电介质 电工中一般认为电阻率超过10欧/厘米的物质便归于电介质。在电工技术中，电介质主要用作为电气绝缘材料，故电介质亦称为电绝缘材料。2.

4、电介质的分类：电介质的分类：根据聚集态分为3类（1）气体电介质： 如空气、氮气、SF6气体（2）液体电介质：如变压器油、电容器油、电缆油、水、蓖麻油、酒精（3）固体电介质：如玻璃、树脂、云母、胶木、石英、塑料、绝缘纸、纸板、松香、石蜡 根据化学结构分为3类（1）非极性及弱极性电介质：如变压器油、苯、石蜡、松香、沥青（2）偶极性电介质：如蓖麻油、氯化联苯、SO2、树脂、有机玻璃、纤维（3）离子性电介质：如陶瓷、云母、酒精、水3.电介质极化基本类型电介质的极化有电介质的极化有四四种基本形式：种基本形式：电子位移极化离子位移极化转向极化空间电荷极化 极化机理：电子偏离轨道极化机理：电子偏离轨道介质类

5、型：所有介质介质类型：所有介质建立极化时间：极短，建立极化时间：极短，10-14 10-15s极化程度影响因素：极化程度影响因素：电场强度（有关）电场强度（有关）电源频率（无关）电源频率（无关）温度（无关）温度（无关）极化弹性：弹性极化弹性：弹性消耗能量：无消耗能量：无 1）电子位移极化qRRi-qOOE2）离子位移极化极化机理：正负离子位移极化机理：正负离子位移介质类型：离子性介质介质类型：离子性介质建立极化时间：极短，建立极化时间：极短，10-1210-13 s极化程度影响因素：极化程度影响因素：电场强度（有关）电场强度（有关）电源频率（无关）电源频率（无关）温度（随温度升高而增加）温度（

6、随温度升高而增加）极化弹性：弹性极化弹性：弹性消耗能量：极微消耗能量：极微 2）离子位移极化3）转向极化UU电极电介质E极化机理：极化机理：极性分子转向介质类型：介质类型：偶极性及有离子弛豫性极化的离子性介质建立极化时间：建立极化时间：需时较长，10-610-2 s极化程度影响因素：极化程度影响因素：电场强度（有关）电源频率（有关）温度（温度较高时降低，低温段随温度增加）极化弹性：极化弹性：非弹性消耗能量：消耗能量：有3）转向极化4）空间电荷极化（夹层极化）极化机理：极化机理：电子、正负离子移动介质类型：介质类型：含离子和杂质离子的介质建立极化时间：建立极化时间：很长，几秒、几分钟、几小时极化

7、程度影响因素：极化程度影响因素：电场强度（有关）电源频率（低频下存在）温度（有关）极化弹性：极化弹性：非弹性消耗能量：消耗能量：有当当t=0: 当当t=: A C1 U B P G2 G1 C2 1221CCUU1221GGUU C1 U G2 G1 C2 变压器、电容器、电机、电缆等的绝缘都由多层介质构成。一般有一般有 电荷重新分配，在两层介质的交界面处有积累电荷，称为夹层极化夹层极化。 夹层界面上电荷的堆积是通过介质电导G完成的，高压绝缘介质的电导通常都很小，这种性质的极化只有在低频时才有意义 。 1212GGCC 为便于比较，将上述各种极化列为下表极化种类产生场合所需时间能量损耗产生原因

8、电子式极化任何电介质10-15 s无束缚电子运行轨道偏移离子式极化离子式结构电介质10-13 s几乎没有离子的相对偏移偶极子极化极性电介质10-1010-2 s有偶极子的定向排列夹层极化多层介质的交界面10-1 s数小时有自由电荷的移动1-2 电介质的介电常数相对介电常数及其物理意义相对介电常数及其物理意义相对介电常数是反映电介质极化程度的物理量相对介电常数是反映电介质极化程度的物理量n气体分子间的距离很大，密度很小，气体气体分子间的距离很大，密度很小，气体的极化率很小，一切气体的相对介电常数的极化率很小，一切气体的相对介电常数都接近都接近1 1n气体的介电常数随温度的升高略有减小，气体的介电

9、常数随温度的升高略有减小，随压力的增大略有增加，但变化很小随压力的增大略有增加，但变化很小气体电介质的介电常数部分气体的相对介电常数（环境条件部分气体的相对介电常数（环境条件 20, 1 atm20, 1 atm） 气体种类气体种类相对介电常数相对介电常数氦氦1.000072氢氢1.000027氧氧1.00055氮氮1.00060甲烷甲烷1.00095二氧化碳二氧化碳1.00096乙烯乙烯1.00138空气空气1.00059非极性和弱极性电介质：非极性和弱极性电介质：如石油、苯、四氯化碳、硅油等 r数值不大，在1.82.5范围内。介电常数和温度的关系和单位体积中的分子数与温度的关系相似极性电介

10、质：极性电介质：如蓖麻油、氯化联苯等 r数值在26范围内。还能用作绝缘介质强极性电介质：强极性电介质：如酒精、水等 r10，此类液体电介质用作电容器浸渍剂，可使电容器的比电容增大，但通常损耗都较大液体电介质的介电常数转向极化对介电常数随温度及频变化的关系： （1）T不变 f增大，r 减小 （2）f不变 T升高，r先增（分子间黏附力 ）后减（热运动 ）0246-30-10103050温度T ()相对介电常数f1f3f2频率频率 f1f2f3介电常数同温度和频率的关系（氯化联苯）非极性和弱极性固体电介质：非极性和弱极性固体电介质： 聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、石蜡、石棉、无机玻璃等都属此

11、类 电介质只有电子式极化和离子式极化， r不大，通常在2.02.7范围 介电常数与温度的关系也与单位体积内的分子数与温度的关系相近极性固体电介质：极性固体电介质： 树脂、纤维、橡胶、虫胶、有机玻璃、聚氯乙烯和涤纶等 r 较大，一般为36，还可能更大。 r和T及f的关系和极性液体的相似离子性电介质：离子性电介质： 如陶瓷，云母等，相对介电常数r 一般在58左右固体电介质的介电常数讨论极化的意义n选择绝缘选择绝缘 在实际选择绝缘时，除了考虑电气强度外，还应考虑介电常数r 对于电容器，若追求同体积条件有较大电容量，要选择r 较大的介质 对于电缆，为减小电容电流，要选择r 较小的介质讨论极化的意义n多

12、层介质的合理配合多层介质的合理配合 对于多层介质，在交流及冲击电压下，各层电压分布与其r 成反比，要注意选择r ，使各层介质的电场分布较均匀，从而达到绝缘的合理应用n研究介质损耗的理论依据研究介质损耗的理论依据 极化形成和介质损失有关，要掌握不同极化类型对介质损失的影响n电气预防性试验：电气预防性试验：项目的理论根据n研发新型材料研发新型材料1.3 电介质的电导电介质的电导电介质的电导与金属的电导有本质上的区别。一一. 表征电介质导电性能的物理量表征电介质导电性能的物理量电导率 （或：电阻率 ） 电导形式电导形式电导率电导率电导与温度电导与温度的关系的关系金属导体（自由电子）电子电导电子电导

13、很大电导有负负的温度系数 气体 液体 固体自由电子、正离子、负离子杂质电导、自身离解 离子离子杂质、离子 电导电导 很小 很大 电导有正正的温度系数 1rr定义：在电场作用下，电介质中的带电质点做定向移动形成电流的现象称为电介质的电导。二、影响液体介质电导的因素二、影响液体介质电导的因素(1)温度温度 式中 A、B常数； T绝对温度 ； 电导率。 温度升高时，液体介质的黏度降低，离子受电场力作用而移动时所受的阻力减小，离子的迁移率增大，使电导增大；另一方面，温度升高时，液体介质分子热离解度增加，这也使电导增大。 所以在测量电介质的电导或绝缘电阻时，必须注意记录温度温度。TBAe(2)电场强度电

14、场强度分成三个区域分成三个区域 区域1：液体电介质的电导在电场比较小的情况下，遵循欧姆定律 区域2：随着场强的增大，有一平坦区域 区域3：场强继续增大超过某一极限，引起电流激增，最终击穿液体电介质中电压电流特性液体电介质中电压电流特性1.4 电介质中的能量损耗电介质中的能量损耗 一一.电介质损耗的基本概念电介质损耗的基本概念 在电场的作用下，电介质由于电导引起的损耗和有损极化（如偶极子极化、夹层极化等）引起的损耗，总称为电介质的损耗。二二. 等效电路与相量图等效电路与相量图R3C1R2C2 i=i1+i2+i3i1i2i3uICI2RI23IU2I1I图中C1 代表介质的无损极化（电子式和离子

15、式极化），C2 R2 代表各种有损极化，而R3则代表电导损耗。 介质损耗角 为功率因数角 的余角，其正切 tg 又可称为介质损耗因数，常用百分数（%）来表示。三三. 简化等效电路与损耗简化等效电路与损耗UUICRIIIRICIRCPRICIUI P = U I cos = U IR= U IC tg = U2 Cp tg 式中 电源角频率； 功率因数角； 介质损耗角。n定义定义 为介质损失角，是功率因数角为介质损失角，是功率因数角 的的余角余角n介质损失角正切值介质损失角正切值tg ，如同，如同 r 一样，取一样，取决于材料的特性，而与材料尺寸无关，可决于材料的特性，而与材料尺寸无关，可以方便地表示介质的品质以方便地表示介质的品质 CRIItg电介质的并联与串联等值电路并联等值电路并联等值电路RCCURUIItgPPCR1/tgCURUPP22串联等值电路串联等值电路 rCCIIrIItgSScr/222222222211/1tgtgCurCrCUCrrUrIPSSSS四四.讨论介质损耗的意义讨论介质损耗的意义 n设计绝缘结构时，应注意