高电压技能重要常识点

高电压技能各章

知识点

第一篇 电介质的电气强度

第1章 气体的绝缘特性与介质的电气强度

1、气体中带电质点产生的办法

热电离、光电离、碰撞电离、表面电离

2、气体中带电质点消逝的办法

流入电极、逸出气体空间、复合

3、电子崩与汤逊理论

电子崩的形成、汤逊理论的基本过程及适用范围

4、巴申定律及实在用范围

击穿电压与气体相对密度和极间间隔乘积之间的关系。
两者乘历年夜于0.26cm时,不再适用

5、流注理论

考虑了空间电荷对原有电场的影响和空间光电离的浸染，适用两者乘历年夜于0.26cm时的情形

6、均匀电场与不屈均电场的划分

以最大场强与均匀场强之最近划分。

7、极不屈均电场中的电晕放电

电晕放电的过程、起始场强、放电的极性效应

8、冲击电压浸染下气隙的击穿特性

雷电和操作过电压波的波形

冲击电压浸染下的放电延时与伏秒特性

50%击穿电压的观点

9、电场形式对放电电压的影响

均匀电场无极性效应、各种电压形式放电电压基本相同、分散性小

极不屈均电场中极间间隔为紧张影响成分、极性效应明显。

10、电压波形对放电电压的影响

电压波形对均匀和稍不屈均电场影响不大

对极不屈均电场影响相称大

完备对称的极不屈均场： 棒棒间隙

极大不对称的极不屈均场：棒板间隙

11、气体的状态对放电电压的影响

湿度、密度、海拔高度的影响

12、气体的性子对放电电压的影响

在间隙中加入高电强度气体,可大大提高击穿电压，紧张指 一些含卤族元素的强电负性气体，如SF6

13、提高气体放电电压的方法

电极形状的改进

空间电荷对原电场的畸变浸染

极不屈均场中樊篱的采取

提高气体压力的浸染

高真空

高电气强度气体SF6的采取

第2章 液体和固体介质的绝缘的电气强度

1、电介质的极化

极化：

在电场的浸染下，电荷质点会沿电场方向产生有限的位移征象，并产生电矩（偶极矩）。

介电常数：

电介质极化的强弱可用介电常数的大小来表示，与电介质分子的极性强弱有关。

极性电介质和非极性电介质：

具有极性分子的电介质称为极性电介质。

由中性分子构成的电介质。

极化的基本形式

电子式、离子式（不产生能量丢失）

转向、夹层介质界面极化（有能量丢失）

2、电介质的电导

泄露电流和绝缘电阻

气体的电导:

紧张来自于外界射线使分子发生电离和强电场浸染下气体电子的碰撞电离

液体的电导:

离子电导和电泳电导

固体的电导：

离子电导和电子电导

3、电介质的损耗

介质损耗针对的是互换电压浸染下介质的有功功率损耗

电介质的并联与串联等效回路

介质损耗一样平常用介损角的正切值来表示

气体、液体和固体电介质的损耗

液体电介质损耗和温度、频率之间的关系

4、液体电介质的击穿

纯净液体介质的电击穿理论

纯净液体介质的气泡击穿理论

工程用变压器油的击穿理论

5、影响液体电介质击穿的成分

油品质、温度、电压浸染韶光、电场均匀程度、压力

6、提高液体电介质击穿电压的方法

提高油品质，采取覆盖、绝缘层、极樊篱等方法

7、固体电介质的击穿

电击穿、热击穿、电化学击穿的击穿机理及特点

8、 影响固体电介质击穿电压的紧张成分

电压浸染韶光 温度 电场均匀程度

受潮 累积效应 机器负荷

9、组合绝缘的电气强度

“油-樊篱”式绝缘

油纸绝缘

第二篇 电气设备绝缘试验

第3章 绝缘的预防性试验

1、绝缘电阻与接管比的丈量

用兆欧表来丈量电气设备的绝缘电阻

接管比K定义为加压60s时的绝缘电阻与15s时的绝缘电阻比值。

K恒大于1，且越大表示绝缘性能越好。

大容量电气设备中，接管征象延续很永劫光，接管比不能很好地反响绝缘的真实状态，可用极化指数再判断。

丈量绝缘电阻能有效地创造总体绝缘质量欠佳；绝缘受潮；两极间有贯穿性的导电通道；绝缘表面情形不良。

2、泄露电流的丈量

丈量泄露电流从事理上来说，与丈量绝缘电阻是相似的，能创造一些尚未完备贯通的集中性毛病，缘故原由在于:

在试品上的直流电压要比兆欧表的事情电压高得多，故能创造兆欧表所不能创造的某些毛病

加在试品上的直流电压是逐渐增大的，可以在升压过程中监视泄露电流的增长动向。

3、介质损耗角正切的丈量

tan能反响绝缘的整体性毛病(例如全面老化)和小电容试品中的严重局部性毛病。
根据tan随电压而变革的曲线，可判断绝缘是否受潮、含有气泡及老化的程度。

西林电桥法丈量的基本事理影响西林电桥丈量的成分

外界电磁场的滋扰

温度的影响

试验电压的影响

试品电容量的影响

试品表面泄露的影响

4、局部放电的丈量

局部放电：

高压电气设备的绝缘内部总是存在一些毛病,如气泡空隙、杂质等。
由于这些异物的电导和介电常数不同于绝缘物，故在外加电场浸染下，这些异物附近将具有比周围更高的场强，有可能引起该处物质产生电离放电征象，称为局部放电。

局部放电的影响：

放电产生的带电粒子不断撞击绝缘，有可能毁坏绝缘高分子的构造，造成裂解

放电能量产生的热能使绝缘内部温度升高而引起热裂解

在局部放电区，强烈的离子复合会产生高能辐射线，引起材料分解，例如使高分子材料的分子构造断裂

气隙中如含有氧和氮，放电可产生臭氧和硝酸等强烈的氧化剂和堕落剂，使纤维、树脂、浸渍剂等材料发生化学毁坏

局部放电的丈量方法

当电气设备内部绝缘发生局部放电时，将伴随着涌现许多征象。
有些属于电的，例如电脉冲、介质损耗的增大和电磁波辐射，有些属于非电的，如光、热、噪音、气体压力的变革和化学变革。
这些征象都可以用来判断局部放电是否存在，因此检测的方法也可以分为电的和非电的两类。

目前得到广泛运用而且比较成功的方法是电的方法，即丈量绝缘中的气隙发生放电时的电脉冲。
它不仅可以判断局部放电的有无，还可以剖断放电的强弱。

表征局部放电的三个基本参数

视在放电量

q≈Ca△Ua

个中Ca为试品电容，△Ua为气隙放电时，试品两端的压降。

既是发生局部放电时试品Ca所放掉的电荷，也是电容Cb上的电荷增量。

放电重复率（ N ）

在选定的韶光间隔内测得的每秒发生放电脉冲的均匀次数

放电能量（ W ）

指一次局部放电所花费的能量。

W=1/2qUi

个中q为视在放电量，Ui为局部放电起始电压。

局部放电丈量的脉冲电流法

三种回路的基本目的都是使在一定电压浸染下的被试品中产生的局部放电电流脉冲流过检测阻抗，然后把检测阻抗上的电压或电压差（桥式）加以放大后送到检测仪器P（示波器、峰值电压表、脉冲计数器）中。

所测得的脉冲电压峰值与试品的视在放电量成正比，经由适当的校准，就能直接读出视在放电量（pC)。

局部放电丈量的非电检测法

噪声检测法

光检测法

5 电压分布的丈量

l 在事情电压的浸染下，沿着绝缘构造的表面会有一定的电压分布。

l 表面比较清洁时，其分布规律取决于绝缘构造本身的电容和杂散电容

l 表面染污受潮时，分布规律取决于表面电导。

l 通过丈量绝缘表面上的电压分布亦能创造某些绝缘毛病。

l 丈量电压分布最适用于那些由一系列元件串联组成的绝缘构造。
（悬式绝缘子串，支柱绝缘子柱）

6 绝缘状态的综合判断

l 绝缘预防性试验中的各类非毁坏试验项目，对揭示绝缘中的毛病和节制绝缘性能的变革趋势，各具有一定的功能，也各有自己的局限性。

l 同一项目用于不同设备时的的效果也不尽相同。

l 不能孤立地根据某一项试验结果对绝缘状态下结论，必须将各项试验结果联系起来综合剖析，并考虑被试品的特点和分外哀求，方能作出精确的判断

l 若某一试品的各项试验均顺利通过，一样平常可认为绝缘状态良好。

三比较方法

若个别试验项目不合格，达不到规程的哀求，可利用三比较方法。

l 与同类型设备作比较

同类型设备在同样条件下所得的试验结果该当大致相同,若差别很大就可能存在问题

l 在同一设备的三相试验结果之间进行比较

若有一相结果相差达50%以上,该相很可能存在毛病

l 与该设备技能档案中的历年试验数据进行比较

若性能指标有明显低落情形,即可能涌现新的毛病

第4章 电气绝缘高电压试验

绝缘的高电压试验

在高压试验室用工频互换高压、直流高压、雷电冲击高压、操作冲击高压等仿照电气设备的绝缘在运行中受到的事情电压，用以磨练各种绝缘耐受这些高电压浸染的能力。

特点

l 具有毁坏性试验的性子。

l 一样平常放在非毁坏性试验项目合格通过之后 进行，以避免或减少不必要的丢失。

1 工频高电压试验

l 工频高电压试验不仅仅为了考验绝缘在工频互换事情电压下的性能，也用来等效地考验绝缘对操作过电压和雷电过电压地耐受能力。

l 在试验中可能会导致绝缘内部的累积效应,在一定程度上损伤绝缘

l 试验电压数值的确定是关键,过高对设备绝缘造成损伤大,考察过于严格;过低不敷以创造设备毛病

工频高电压的产生

l 常日采取高压试验变压器或其串级装置来产生。

l 对电缆、电容器等电容量较大的被试品，可采取串联谐振回路来得到试验用的工频高电压。

l 工频高压装置是高压试验室中最基本的设备，也是产生其他类型高电压的设备根本部件。

高压试验变压器的特点

l 试验变压器本身应有很好的绝缘，但绝缘裕度小，试验过程中要严格限定过电压。

l 试验变压器容量一样平常不大

l 外不雅观上的特点：油箱本体不大而其高压套管又长又大。

l 试验变压器与连续运行韶光不长，发热较轻，因而不须要繁芜的冷却系统。

l 漏抗大，短路电流较小，可降落机器强度方面的哀求,节省制造用度。

l 输出电压波形很难做到是正负半波对称的正弦波形，须要采纳方法加以改动。

试验变压器串级装置

l 变压器的体积和重量近似地与其额定电压的三次方成比例。

l 随着体积和重量的增加, 试验变压器的绝缘难度和制造价格增加得更多。

l 电压超过1000kV时，需采取多少台试验变压器组成串级装置来知足哀求。

绝缘的工频耐压试验

l 工频互换耐压试验是考验电气设备绝缘强度的最有效和最直接的方法。

l 工频耐压试验可用来确定电气设备绝缘耐受电压的水平，判断电气设备能否连续运行，是避免其在运行中发生绝缘事件的主要手段。

l 工频耐压试验时，对电气设备绝缘施加比事情电压高得多的试验电压，这些试验电压反响了电气设备的绝缘水平。

工频高压试验的基本接线图

以试验变压器或其串级装置作为主设备的工频高压试验（包括耐压试验）的基本接线如下图所示。
试验变压器的输出电压必须能在很大的范围内均匀地加以调节，以是它的低压绕组应由一调压器来供电。

若高压静电电压表PV2量程不足,可改为球隙、高值电阻串接微安表或高阻值直接分压器来丈量高压

直流高压试验的特点

最常见的直流高压试验为某些互换电气设备（油纸绝缘高压电缆、电力电容器、旋转电机等）的绝缘预防性试验。

和互换耐压试验比较紧张有以下一些特点：

l 只有微安级泄露电流，试验设备不须要供给试品的电容电流，试验设备的容量较小，可以做的很轻巧，便于现场试验。

l 试验时可同时丈量泄露电流，由所得得“电压－电流”曲线能有效地显示绝缘内部的集中性毛病或受潮。

l 用于旋转电机时，能使电机定子绕组的端部绝缘也受到较高电压的浸染，创造端部绝缘中的毛病。

l 在直流高压下，局部放电较弱，不会加快有采购绝缘材料的分解或老化变质，一定程度具有非毁坏性试验的性子。

l 直流电压下，绝缘内的电压分布由电导决定，因而与互换运行电压下的电压分布不同，以是互换电气设备的绝缘磨练不如互换耐压试验那样靠近实际。

3 冲击高电压试验

l 研究电气设备在运行中遭受雷电过电压和操作过电压的浸染时的绝缘性能。

l 许多高压试验室中都装设了冲击电压发生器，用来产生试验用的雷电冲击电压波和操作冲击电压波。

高压电气设备在出厂试验、型式试验时或大修后都必须进行冲击高压试验。

冲击高电压的产生

R11为阻尼电阻

放电回路的利用系数

多级冲击电压发生器

单级冲击电压发生器能产生的最高电压一样平常不超过200～300kV。

因而采取多级叠加的方法来产生波形和幅值都能知足须要的冲击高电压波。

多级冲击电压发生器事理接线图

基本事理:并联充电，串联放电

操作冲击试验电压的产生

额定电压大于220kV的超高压电气设备在出厂试验、型式试验中，不能象220kV及以下的高压电气设备那样以工频耐压试验来等效取代操作冲击耐压试验。

国家标准规定的标准波形为250/2500us。
应特殊考虑以下两个问题：

l 为大大拉长波前，又使发生器的利用系数降落不是很多，需采取高效率回路。

l 需考虑充电电阻R对波形和发生器效率的影响

内绝缘冲击耐压试验

l 电气设备内绝缘的雷电冲击耐压试验采取三次冲击法，即对被试品施加三次正极性和三次负极性雷电冲击试验电压。
（1.2/50us全波）。

l 对变压器和电抗器类设备的内绝缘，还要进行雷电冲击截波（1.2/2～/2-5us)耐压试验,其对绕组绝缘(特殊是纵绝缘)的磨练每每更加严格。

l 内绝缘冲击全波耐压试验应在被试品上并联球隙，并将它的放电电压整定得比试验电压高 15％～20％,防止试验过程中无见地涌现的过高冲击电压而破坏产品。

外绝缘冲击耐压试验

l 可采取15次冲击法，即对被测试品施加正、负极性冲击全波试验电压各16次，相邻两次冲击的韶光间隔应不小于1min。
在每组15次冲击的试验中，如果击穿或闪络的闪数不超过2次，即可认为该外绝缘试验合格。

l 内、外绝缘的操作冲击高压试验的方法与雷电冲击全波试验完备相同。

4 高电压的丈量技能

l 高电压试验除了要有产生各种试验电压的高压设备，还必须要有能丈量这些高电压的仪器和设备。

l 电力系统中，广泛运用电压互感器配上低电压表来丈量高电压；但此法在试验室中用得很少。
试验室条件下广泛运用高压静电电压表、峰值电压表、球隙测压器、高压分压器等仪器丈量高电压。

l 国标规定，高电压的丈量偏差一样平常应掌握在3％以内。

高压静电电压表的事情事理

两个特制的电极间加上电压U，电极间就会受到静电力f的浸染，而且f的大小与U的数值有固定关系，设法丈量f的大小就确定所加电压U的大小。
利用这一事理制成的仪表即为静电电压表，它可以用来丈量低电压，也可以在高压丈量中得到运用。

静电电压表的范例特点

l 电场浸染力与电压平方成正比，以是它的偏转方向与被测电压的极性无关。

l 静电电压表测互换时为其电压有效值,测带脉动的直流时近似为其均匀值。

l 静电电压表不能用于丈量冲击电压。

l 静电电压表的内阻很高，在丈量时险些不会改变被测试样上的电压

l 大气中事情的高压静电电压表量程上限在50-250kV;SF6气体中可达500-600kV。
更高的电压需合营分压器利用

峰值电压表

峰值电压表的制成事理常日有两种，一种是利用整流电容电流丈量，另一种是利用整流充电电压丈量。

峰值电压表可分为互换峰值电压表和冲击峰值电压表。

把稳事变：

l 选用冲击峰值电压表时，要把稳其相应韶光是否得当于被测波形的哀求，并应使其输入阻抗尽可能大。

l 利用峰值电压表，可直接读出冲击电压的峰值，与用球隙测压器测峰值比较，可大大简化丈量过程。

l 被测电压波形必须是平滑上升的，否则就会产生偏差。

l 指示仪表可以是指针式表计，也可以是具有存储功能的数字式电压表。

球隙测压器

l 丈量球隙由一对相同直径的金属球构成，丈量偏差2%-3%,知足大多数工程测试的哀求。

l 当球隙间隔d与直径D之比不大时，球隙间的电场为稍不屈均电场，其击穿电压决定于球隙间的间隔。

l 能直接丈量高达数兆伏的各种高电压峰值。

球隙的优点

l 击穿时延小，放电电压分散性小，具有比较稳定的放电电压值和较高的丈量精度

l 50%冲击放电电压与静态（互换或直流）放电电压的幅值险些相等。

l 由于湿度对稍不屈均场的影响较小，可不必对湿度进行校正。

球隙丈量的把稳事变

l 用球隙丈量冲击电压时，应通过调节极距来达到50％放电概率，此时被测电压即即是球隙在这一间隔时的50％冲击放电电压。

l 确定50%的放电概率常用10次加压法，即对球隙加上10次同样的冲击电压，如有4～6次发生了放电，即可认为已达到50％放电概率。

高压分压器

被测电压很高时，采取高压分压器来分出一小部分电压，然后利用静电电压表、峰值电压表、高压示波器等来丈量。

对分压器的技能哀求

l 哀求分压比具有一定的准确度和稳定性(幅值偏差要小);

每一个分压器均由高压臂和低压臂组成，在低压臂上得到的便是分给丈量仪器的低电压，总电压与该低电压之比称为分压比K

l 分出的电压与被测高电压波形的相似性 (波形畸变要小);

实际的电容分压器

分布式电容分压器

高压臂由多个电容器元件串联组装而成，哀求每个元件尽可能为纯电容，介质损耗和电感尽可能小

集中式电容分压器

高压臂仅利用一只气体绝缘高压标准电容器，气体介质常采取N,CO2,SF6及其稠浊气体，目前我国已能生产1200kV的高压标准电容器。

静电电压表可测互换和直流,但不能测冲击电压。

峰值电压表可用来测互换电压和冲击电压峰值。

球隙可用来测高达数兆伏的互换、冲击峰值和直流电压。

电压特殊高时，需合营分压器利用。
直流高压丈量只能利用电阻分压器。
互换和冲击高压可利用电阻、电容和阻容分压器。

第5章 电气绝缘在线检测

离线检测的缺陷

离线电气绝缘预防性试验和高电压试验具有如下缺陷：

l 须要停电进行，而不少主要的电力设备不能轻易地停滞运行；

l 检测间隔周期较长，不能及时创造绝缘故障；

l 停电后的设备状态与运行时的设备状态不符合，影响诊断的精确性。

在线检测的优点

l 在线检测是在电力设备运行的状态下连续或周期性检测绝缘的状况，可避免以上缺陷；

l 建立电气绝缘在线检测系统也是履行电力设备状态维修和培植无人值守变电站的根本。

在线检测和状态维修带来的经济效益是十分显著的。

1 变压器油中溶解气体的检测

绝缘故障与油中溶解气体

o 过热故障

o 放电故障

o 绝缘受潮

油中溶解气体的在线监测

o 脱气

o 稠浊气体分离

o 气体检测

油中气体剖析与故障诊断

o 特色气体法

o 三比值法

2 局部放电的在线监测系统

l 局部放电的在线检测分为电测法和非电测法两大类。

l 电测法中的脉冲电流法是离线条件下丈量电气设备局部放电的基本方法，也是目前在局部放电在线检测的紧张手段，其优点是灵敏度高。

l 电测法的缺陷是由于现场存在着严重的电磁滋扰，将大大降落检测灵敏度和信噪比。

变压器的局部放电情形

l 变压器绝缘体系中的放电类型很多，不同的放电类型对绝缘的毁坏浸染有很大差异，因此有必要对各种放电类型加以区分。

l 变压器绝缘构造中发生的局部放电类型紧张有五种：油中尖板放电、纸或纸板内部放电、油中气泡放电、纸或纸板沿面放电和悬浮放电。

l 模式识别结果的精确与否关键在于放电旗子暗记特色的提取。

3 介质损耗角正切的检测

高压电桥法

o 事理

o 优点

o 缺陷

相位差法

o 事理

o 偏差

全数字丈量法

第三篇 过电压防护与绝缘合营

第六章 过电压的观点与分类

• 过电压的观点：指电力系统中涌现的对绝缘有危险的电压升高和电位差升高。

• 过电压的分类：

第6章 输电线路和绕组中的波过程

1 无损耗单导线上的波过程

波传播的物理观点：电压波和电流波沿线路的传播过程本色上便是电磁波沿线路传播的过程。

颠簸方程解，波速和波阻抗打算

线路中传播的任意波形的电压和电流传播的前行波和反方向传播的反行波，知足算术叠加定理。

2 行波的折射和反射

线路末端的折射、反射

o 末端开路反射，在反射波所到之处电压提高1倍，而电流降为0。

o 末端短路反射在反射波所到之处电流提高1倍，而电压降为0。

o 末端接集中负载时的折反射当R和z1不相等时，来波将在集中负载上发生折反射。

集中参数等效电路(彼德逊法则)

波的多次折射、反射

3 行波通过串联电感和并联电容

• 电感使折射波波头陡度降落

– 由于电感电流不能突变，因此当波浸染在电感初瞬，电感相称于开路，它将波完备反射回去，此时折射波为0，此后折射波电压随折射波电流增加而增加

• 电容使折射波波头陡度降落

– 由于电容电压不能突变，波通过电容初瞬，电容相称于短路

• 电压波穿过电感和旁过电容时折射波波头陡度都降落，但由它们各自觉生的电压反射波却完备相反

• 波穿过电感初瞬，在电感前发生电压正的全反射，使电感前电压提高1倍

• 波旁过电容初瞬，则在电容前发生电压负的全反射，使电容前的电压低落为0

• 由于反射波会使电感前电压提高，可能危及绝缘，以是常用并联电容降落波陡度

4 波在多导线系统中的传播

l 自波阻抗、互波阻抗的观点

l 多导线中电压、电流之间的关系方程

l 耦合系数的主要观点

5 波在传播中的衰减与畸变

线路电阻和绝缘电导的影响

冲击电晕的影响

线路参数知足下列条件时,波在线路中传播只有衰减，不会变形

电阻R0和电导G0的存在不致引起波传播过程中电能与磁能的相互交流，电磁波只是逐渐衰减而不至于变形。

冲击电晕的影响

l 形成的电晕套使导线有效半径增大，对地电容增大，因此自波阻抗减小；

l 轴引导电性能较差，电流基本上在导体内流动，线路电感参数不变，互波阻抗不变

l 导线对地电容增大，电感不变，从而使波速减小

l 多导线间耦合系数增大

l 使行波衰减和变形

6 绕组中的波过程

l 变压器在雷电冲击波浸染瞬间，可等值为一个电容，称为入口电容

l 在末端接地的单相绕组中，最大电压将涌如今绕组首端附近，其值可达1.4U0

l 在末端不接地的单相绕组中，最大电压将涌如今中性点附近，其值可达1.9U0

l 通过在绕组首端部位加一些电容环和电容匝以及增大纵向电容可降落电位梯度

l 三相变压器多相进波时的最大电位

l 变压器绕组之间的波过程通过静电耦合和电磁耦合通报

l 旋转电机匝间绝缘上的电压与入侵波陡度成正比

第7章 雷电过电压及期防护

研究雷电过电压的必要性：

雷电征象极为频繁，产生的雷电过电压可达数千kV，足以使电气设备绝缘发生闪络和破坏，引起停电事件。

有必要理解雷电产生的缘故原由、过程及参数，以理解防雷事理及设计防雷设备。

有必要对输电线路、发电厂和变电所的电气装置的采纳防雷保护方法。

1 雷电放电和雷电过电压

雷电的放电过程：

先导放电阶段 主放电阶段 余辉放电阶段

紧张的雷电参数有：

雷暴日及雷暴小时、地面落雷密度、主放电通道波阻抗、雷电流极性、雷电流幅值、雷电流等值波形、雷电流陡度等。

雷电过电压的形成

• 直击雷过电压

• 感应雷过电压

2 防雷保护设备

目前人们紧张是设法去躲避和限定雷电的毁坏性，基本方法便是加装避雷针、避雷线、避雷器、防雷接地、电抗线圈、电容器组、消弧线圈、自动重合闸等防雷保护装置。

l 避雷针、避雷线用于防止直击雷过电压

l 避雷器用于防止沿输电线路侵入变电所的感应雷过电压。

避雷针防雷事理及保护范围

l 避雷针是明显赶过被保护物体的金属支柱，其针头采取圆钢或钢牵制成

l 浸染是吸引雷电击于自身，并将雷电流迅速泄入大地，从而使被保护物体免遭直接雷击。

l 避雷针需有足够截面的接地引下线和良好的接地装置，以便将雷电流安全可靠地引入大地。

l 单根和双根等高避雷针的保护范围

避雷线（地线）防雷事理及保护范围

l 避雷线的防雷事理与避雷针相同，紧张用于输电线路的保护

l 可用来保护发电厂和变电所，近年来许多国家采取避雷线保护500kV大型超高压变电所。

l 用于输电线路时，避雷线除了防止雷电直击导线外，同时还有分流浸染，以减少流经杆塔入地的雷电流从而降落塔顶电位

l 避雷线对导线的耦合浸染还可以降落导线上的感应雷过电压。

l 单根及双根避雷线的保护事理

避雷器事情事理及常用种类

l 避雷针(线)不能完备避免设备不受雷击;从输电线路上也可能有危及设备绝缘的过电压波传入发电厂和变电所。

l 避雷器本色上是一种过电压限定器，与被保护的电气设备并联连接，当过电压涌现并超过避雷器的放电电压时，避雷器先放电，从而限定了过电压的发展，使电气设备免遭过电压破坏。

l 避雷器的常用类型有：保护间隙、管型避雷器、阀式避雷器和金属氧化物避雷器。

对避雷器的基本哀求

l 绝缘强度的合理合营

避雷器与被保护设备的伏秒特性应有合理的合营。
在绝缘强度的合营中，哀求避雷器的伏秒特性比较平直、分散性小。

l 绝缘强度的自规复能力

避雷器一旦在冲击电压浸染下放电，就造成对地短路。
随之工频短路电流（工频续流）要流过此间隙，避雷器应该具有自行截断工频续流，规复绝缘强度的能力，使电力系统得以连续正常事情

l 各种避雷器的保护事理及优缺陷

l 阀式避雷器和氧化锌避雷器的技能指标

3 输电线路的防雷保护

l 在全体电力系统的防雷中，输电线路的防雷问题最为突出。

l 雷击线路时,自线路入侵变电所的雷电所也威胁设备安全。

l 输电线路上的雷电过电压可分为直击雷过电压和感应雷过电压两种

输电线路落雷次数:

每100km线路每年的雷击次数

耐雷水平：

雷击线路绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值,以KA为单位。

雷击跳闸率：

每100km线路每年由雷击引起跳闸次数。
这是衡量线路防雷性能的综合指标。

输电线路的直击雷过电压和耐雷水平

有避雷线线路直击雷的三种情形

我国110kV及以上线路一样平常全线都装设避雷线，而35kV及以下线路一样平常不装设避雷线，中性点直接接地系统有避雷线的线路遭受直击雷一样平常有三种情形：

l 雷击杆塔塔顶；

l 雷击避雷线档距中心；

l 雷电绕过避雷线击于导线

线路跳闸需知足的条件：

l 线路落雷

l 雷电流超过线路耐雷水平，线路绝缘发生冲击闪络，雷电流沿闪络通道流入大地，但浸染韶光很短，线路开关来不及动作

l 当闪络通道流过的工频短路电流的电弧持续燃烧时，才会跳闸停电

雷击跳闸率打算

架设避雷线、降落杆塔接地电阻、架设耦合地线、采取不平衡绝缘、装设自动重合闸、采撤消弧线圈、装设避雷器、加强绝缘是紧张的防雷办法

确定输电线路防雷办法时，还应全面考虑线路综称身分，因时制宜地采纳合理的保护方法。

4 发电厂和变电所的防雷保护

发电厂、变电所遭受雷害的两个方面：

l 雷直击于发电厂、变电所

防护方法是采取避雷针或避雷线

l 雷击输电线后产生的雷电波侵入发电厂、变电所

防护方法是装设避雷器，同时还应限定流过避雷器的雷电流幅值和陡度。

发电厂、变电所的直击雷保护

l 110kV及以上的配电装置,一样平常将避雷针装在构架上.但在土壤电阻率 的地区,仍宜装设独立避雷针,以免发生反击

l 35kV及以下的配电装置仍宜采取独立避雷针

l 60kV的配电装置,在 地区宜采取独立避雷针, 的地区采取构架避雷针

阀式避雷器的保护浸染

变压器承受雷电波能力

变电所的进线段保护

l 为使变电所内避雷器能可靠地保护电气设备，必须限定流经避雷器的电流幅值不超过5kA（330kV-500kV为10kA)、限定侵入波陡度不超过一定的许可值。

l 35-110kV无避雷线线路,雷击变电所附近导线时,两者都有可能超过。

l 进线段保护是指在附近变电所1-2km的一段线路上加强防雷保护方法，从而使避雷器雷电流的幅值和陡度都降落到合理范围内。

35kV及以上变电所的进线段保护

变压器的防雷保护

（1) 三绕组变压器的防雷保护

（2）自耦变压器的防雷保护

（3）变压器中性点的防雷保护

旋转电机的防雷保护

（1）旋转电机的防雷保护特点

l 旋转电机主绝缘的冲击耐压值远低于同级变压器的冲击耐压值

l 运行中的旋转电机主绝缘低于出厂时的核定值

l 保护旋转电机用的磁吹避雷器的保护性能与电机绝缘水平的合营裕度很小（主绝缘)

l 由于电机绕组匝间电容较小，匝间承受电压正比于陡度，哀求来波陡度较小(匝间绝缘)

l 电机绕组中性点一样平常不接地，三相进波时，中性点电压可达进波电压的两倍(中性点绝缘）

（2） 直配电机的防雷方法

a) 避雷器保护

b) 电容器保护

c) 电缆段保护

d) 电抗器保护

5 接地的基本观点及事理

接地

接地便是指将电力系统中电气装置和举动步伐的某些导电部分，经接地线连接至接地极，使其与大地保持等电位。

接地装置

接地极：埋入地中并直接与大地打仗的金属导体

接地线：电气装置、举动步伐的接地端子与接地极连接用的金属导电部分。

接地的分类

l 事情接地

根据电力系统正常运行的须要而设置的接地，比如三相系统的中性点接地

l 保护接地

为了人身安全将电气设备的金属外壳接地，以担保金属外壳固定为地电位，若发生设备绝缘破坏而使外壳不致有危险的电位升高而引起事情职员触电。

l 防雷接地

减小雷电流利过接地装置时引起的电位升高

土壤中的电场强度

：土壤电阻率 ：大地内的电流密度

零电位

靠近接地极处，电流密度和电场强度最大，离电流注入点愈远，地中电流密度和电场强度就愈小，在约20～40m处，电位基本上为零。

打仗电压

当人触及泄电外壳，加于人手脚之间的电压。

跨步电压

当人在分布电位区域内跨开一步，两脚间（水平间隔0.8m）的电位差。

冲击系数

同一接地装置在冲击和工频浸染下,将具有不同的电阻值,其比值为冲击系数。

冲击系数的大小

l 雷电流的幅值很大,会使地中电流密度增大而提高电场强度，若超过土壤击穿场强，在接地体周围的土壤中会发生局部火花放电，使土壤导电性增强而使冲击接地电阻小于工频接地电阻

l 由于雷电流的等值频率很高，接地体自身电感增大，阻碍电流向接地体远端流利。
从而使冲击接地电阻大于工频接地电阻。

一样平常情形下，火花效应大于电感影响，冲击系数小于1；电感影响明显时,也可能大于1

接地电阻

L:接地体的长度

h:接地体的埋设深度

A:表示因受屏蔽影响而使接地电阻增加的系数

(4)发电厂接地网的接地电阻

第8章 电力系统稳态过电压

l 内部过电压:电力系统中,除了雷电过电压外,还存在由于自己内部缘故原由而引起的过电压,包括稳态过电压和操作过电压

l 操作过电压:当开关操作或事件状态时引起系统拓扑构造发生改变时,各储能元件的能量重新分配时发生振荡,从而涌现的电压升高的征象，持续韶光0.1s以内

l 稳态过电压：由工频电压升高和谐振征象引起，持续韶光比操作过电压长得多，有些乃至长期存在

内部过电压的能量来自电网本身,一样平常用最大运行相电压的倍数表示

1 工频过电压的特点

（1)工频电压升高的大小会直接影响操作过电压的实际幅值。

操作过电压是叠加在工频电压升高之上的，从而达到很高的幅值。

（2）它的大小会影响保护电器的事情条件和保护效果

避雷器的最大许可事情电压是由避雷器安装处工频过电压值来决定的。
如工频电压过高，避雷器的最大许可事情电压也越高，避雷器的冲击放电电压和残压也将提高，相应被保护设备的绝缘水平要随之提高

(3）持续韶光长，对设备绝缘及其运行性能有重大影响

例如引起油纸绝缘内部电离,腌臜绝缘子闪络,铁心过热,电晕等

2 空载线路电容效应引起的工频过电压

a） 工频电压的升高程度与线路长度有关

线路长度L越长，末端电压升得越高。
但由于受线路电阻和电晕损耗的限定，一样平常不会超过2.9倍

b）工频电压的升高与电源容量有关

电源容量越小（XS越大),工频电压升高越严重。
估计最严重的工频电压升高，应以系统最小电源容量为依据

3 不对称短路引起的工频电压升高

l 不对称短路是电力系统中最常见的故障形式，当发生单相或两相对地短路时，健全相上的电压都会升高，个中单相接地引起的电压升高更大一些。

l 阀式避雷器的灭弧电压常日也便是根据单相接地时的工频电压升高来选定的。

l 单相接地时，故障点各相的电压、电流是不对称的，为了打算健全相上的电压升高，常日采取对称分量法和复合序网进行剖析。

剖析

l 对付中性点不接地系统，当单相接地时，健全相的工频电压升高约为线电压的1.1倍。

在选择避雷器时，灭弧电压取110%的线电压，称为110%避雷器

l 对中性点经消弧线圈接地系统在过补偿时，单相接地时健全相上电压靠近线电压。

在选择避雷器灭弧电压时，取100%的线电压，称为100%避雷器

l 对中性点直接接地系统单相故障接地时，健全相电压约为0.8倍线电压

避雷器的最大灭弧电压取为最大线电压的80%，称为80%避雷器

4 甩负荷时引起的工频电压升高

当输电线路在传输较大容量时，断路器因某种缘故原由而溘然跳闸甩掉负荷时，会在原动机与发电机内引起一系列机电暂态过程，它是造成工频电压升高的又一缘故原由。

5 工频电压升高的限定方法

在考虑线路的工频电压升高时，如果同时计及空载线路的电容效应、单相接地及溘然甩负荷等三种情形，那么工频电压升高可达到相称大的数值。

实际运行履历表明

l 在一样平常情形下，220kV及以下的电网中不须要采纳分外方法来限定工频电压升高

l 在330～500kV超高压电网中，应采取并联电抗器或静止补偿装置等方法，将工频电压升高限定到1.3～1.4倍相电压以下

6 谐振过电压的分类

(1) 线性谐振

电感参数L与电容C、电阻R一样，都是线性参数，不随电流、电压而变革,设计和运行时应设法避开谐振条件

(2) 参数谐振

电感参数周期性变革,设计时应该避开谐振点

(3) 铁磁谐振

带铁心电感的饱和征象

7 铁磁谐振的特点

l L>1/C是产生铁磁谐振的必要条件

l 可能存在两个稳定事情点

l 铁磁元件的非线性是产生铁磁谐振的根本缘故原由，但其饱和特性本身又限定了过电压的幅值。

l 回路中的损耗会使过电压降落，当回路电阻值大到一定数值时，就不会涌现强烈的的谐振征象。

８ 几种铁磁谐振过电压及其限定方法

l 通报过电压

l 断线引起的铁磁谐振过电压

l 电磁式电压互感器饱和引起的谐振过电压

第9章 电力系统操作过电压

1 操作过电压特色

l 持续韶光比较短

l 其幅值与系统相电压幅值有一定倍数关系

l 其幅值与系统的各种成分有关，有强烈的统计性

l 220kV及以下系统，系统绝缘水平一样平常可承受操作过电压的冲击。
但在超高压系统中，它是决定系统绝缘水平依据之一

2 割断空载线途经电压

l 切除空载线路是电网中常见操作之一

l 在切空载线路的过程中，虽然断路器割断的是几十安到几百安的电容电流，比短路电流小的多

l 如果利用的断路器灭弧能力不强，在割断这种电容电流时就可能涌现电弧的重燃，从而引起电磁振荡，造成过电压。

影响成分

① 中性点接地方式

中性点非有效接地电网的中性点电位有可能发生位移,以是某一相的过电压可能特殊高一些.一样平常可估计比中性点有效接地系统的切除空载线途经电压高20%旁边

② 断路器的性能

重燃次数对过电压的最大值有决定性的影响，采取灭弧性能精良的当代断路器，可以防止或减小电弧重燃的次数,可使过电压降落

③ 母线上的出线数

当母线上同时接有几条出线，而只切除个中的一条时，过电压较小

④ 断路器外侧是否接有电磁式电压互感器

电磁式电压互感器的存在将使线路上的剩余电荷有了附加的泄放路子

限定方法

限定切除空载线途经电压的最根本方法是设法肃清断路器的重燃征象

① 采取灭弧性能强的快速动作断路器

② 利用避雷器保护

③ 断路器线路侧接电磁式电压互感器

④ 线路侧接并联电抗器

并联电抗器与线路电容构成振荡回路,使线路上的残余电压转化为互换电压

⑤ 利用带并联电阻的断路器

3 空载线路合闸过电压

l 电力系统中，空载线路合闸过电压也是一种常见的操作过电压。
常日分为两种情形，即正常操作和自动重合闸。

l 由于初始条件的差别，重合闸过电压的情形更为严重。

l 近年来由于采取了各类方法（如采取不重燃断路器、改进变压器铁芯材料等）限定或降落了其他幅值更高的操作过电压，空载线路合闸过电压的问题就显得更加突出。

操持性合闸

由 过电压幅值＝稳态值＋（稳态值－起始量）

=U+U=2U

自动重合闸

最大值为=－U＋[-U-(0.91～.98 )U]

=(-2.91～2.98) U。

影响成分

1.合闸相位

2. 线路损耗

3. 线路上残压的变革

限定方法

l 装设并联合闸电阻

l 同步合闸

l 利用避雷器来保护

l 单相重合闸

4 切除空载变压器过电压

l 正常运行时,空载变压器表现为一励磁电感。

l 切除空载变压器便是开断一个小容量电感负荷，会在变压器和断路器上涌现很高的过电压。

l 开断并联电抗器、电动机等，也属于割断感性小电流的情形。

发展过程

研究表明：

l 割断100A以上的互换电流时，开关触头间的电弧常日是在工频电流自然过零时熄灭的，等值电感中储存的磁场能量为零；

l 当所切除的电流很小时（变压器的空载电流非常小，只有几安到几十安），开关中的去游离浸染又很强，电弧每每提前熄灭，亦即电流会在过零之前就被强行割断，即所谓的截流征象。

l 涌现截流时，等值电感中储存的磁场能量全部转化为电场能量，从而涌现很高的过电压

影响成分

影响成分及对应的限定方法紧张有：

1、断路器性能

割断小电流的电弧时性能越好的断路器，其切空变过电压的幅值越高。

2、变压器特性

优质导磁材料运用日益广泛，变压器的激磁电流减小很多；

变压器绕组改用纠结式绕法以及增加静电屏蔽等方法，使过电压有所降落。

限定方法

1、采取避雷器保护

在断路器的变压器侧装设阀型避雷器,非雷雨时令也不能退出运行。

2、装设并联电阻

在断路器的主触头上并联一线性或非线性电阻，其限值应靠近于被切电感的事情激磁阻抗（数万欧）。

5 断续电弧接地过电压

这种过电压的发展过程和幅值大小都与熄弧韶光有关。
存在两种熄弧韶光：

电弧在过渡过程中的高频振荡电流过零时即可熄灭

电弧的熄灭发生在工频电流过零的时候

按工频电流过零时熄弧的理论剖析得出的结论是：

1）非故障相上的最大过电压为3.5倍；

2）故障相上的最大过电压为2.0倍。

试验表明

l 故障点电弧在工频电流过零时和高频电流过零时熄灭都是可能的。

p 发生在大气中的开放性电弧每每要到工频电流过零时才能熄灭；

p 在强烈去电离的条件下，电弧每每在高频电流过零时就能熄灭。

l 故障相的电弧重燃也不一定在最大规复电压时发生，且具有分散性

l 目前普遍认为：电弧接地过电压的最大值不超过3.5倍,一样平常在3倍以下

影响成分

1、电弧熄灭和重燃时的相位

具有很大的随机性。
上述剖析是最严重情形时的相位

2、导线相间电容的影响

考虑相间电容时的过电压较低

3、电网损耗电阻

电源内阻、线路导线电阻、接地电弧的弧阻等，加强了振荡的衰减

4、对地绝缘的泄露电导

泄露电导使电弧熄灭后电容所贮存的电荷泄露，从而使过电压有所降落

防护方法

1、采取中性点直接接地方式

若中性点接地，单相接地故障将在接地点产生很大的短路电流，断路器将跳闸，从而彻底肃清电弧接地过电压。
目前，110kV及以上电网大多采取中性点直接接地的运行办法。

2、采取中性点经消弧线圈接地方式

采取中性点直接接地方式能够解决议确定续电弧问题，但每次发生单相接地故障都会引起断路器频繁跳闸，严重影响供电的连续性。
以是，我国35kV及以下电压等级的配电网采取中性点经消弧线圈接地的运行办法。

6 有关操作过电压的多少结论

l 电力系统中各种操作过电压的根源为电力系统内部储存的电磁能量发生交流和振荡。
其幅值和波形与电网构造及参数、中性点接地方式、断路器性能、运行接线及操作办法、限压保护装置的性能等多种成分有关。

l 操作过电压具有多种多样的波形和持续韶光，较长的持续韶光对应于线路较长的情形。

l 在断路器内安装并联电阻是降落多种操作过电压的有效方法，但不同操作过电压对并联电阻的阻值提出了不同的哀求。

l 在220kV及以下电网中，常日更多地方向于采取以限定切空线过电压为主的中值电阻；

l 而在500kV电网中，方向于以限定合空线过电压为主的低值电阻。

l 采取当代ZnO避雷器的情形下，是否尚需装用并联合闸电阻，可以通过验算决定。

l 操作过电压的幅值受到许多成分的影响，具有显著的统计性子。
在未采取避雷器对操作过电压幅值进行限定的情形下按操作过电压作绝缘合营时，可采取下表给出的打算倍数。

l 对保护操作过电压用的避雷器有以下一些分外的哀求：

p 有间隙避雷器的火花间隙在操作过电压下的放电电压与工频放电电压不同，而且分散性较大；

p 操作过电压下流过避雷器的电流虽然一样平常均小于雷电流，但持续韶光长，因而对阀片通流容量的哀求较高；

p 在操作过电压的浸染下，避雷器可能多次动作，因而对阀片和火花间隙的哀求都比较苛刻。

第10章 绝缘合营

1 绝缘合营的观点

根据电气设备在系统中可能承受的各种电压,并考虑过电压的限定方法和设备的绝缘性能后来确定电气设备的绝缘水平，以便把浸染于电气设备上的各种电压（正常事情电压及过电压）所引起的绝缘破坏降落到经济上和运行上所能接管的水平。

其核心问题为确定设备的绝缘水平。

从最大长期事情电压、雷电过电压和内部过电压三个方面来进行剖析，有效接地系统的绝缘水平比非有效接地系统低20%旁边。

2 绝缘合营的原则

实际绝缘水平由最大长期事情电压、雷电过电压和内部过电压三成分中最严格的一个来确定

l 220kV及以下系统中，电气设备绝缘水平紧张由雷电过电压决定。
把雷电过电压限定到低于内部过电压是不经济的，具有正常绝缘水平的电力设备，应能承受内部过电压浸染

l 超高压系统中，操作过电压的幅值随电压等级而提高，成为紧张抵牾。
我国通过改进断路器性能将操作过电压限定在一定水平，通过并联电抗器将工频过电压限定在一定水平，再通过避雷器作后备保护。
由于内部过电压被限定在一定水平内，系统绝缘水平仍以雷电过电压来决定

l 严重腌臜地区，由于腌臜使设备绝缘性能大大降落，常发生污闪事件，超过了雷电危害，绝缘水平紧张由系统最大运行电压决定

l 若过电压被限定在1.7-1.8时,事情电压就可能成为决定电网绝缘水平的紧张成分

3 绝缘合营的方法

（1）多级合营（1940以前）

多级合营的原则：价格越昂贵、修复越困难、破坏后果越严重的绝缘构造，其绝缘水平应选的越高。

（2）惯用法

确定电气设备绝缘水平的根本是避雷器的保护水平。
避雷器的保护水平因此避雷器残压为根本确定的。

（3）统计法（20世纪70年代以来）

根据过电压幅值和绝缘闪络电压的概率分布，打算绝缘闪络的概率和线路的跳闸率，精确确定绝缘水平

4 变电站电气设备绝缘水平的确定

避雷器对设备的保护可有以下两种办法:

（1）避雷器只用作雷电过电压的保护,而不用来保护内部过电压.

220kV及以下系统都采取此种办法,内部过电压对正常绝缘无危险

（2）避雷器紧张于雷电过电压的保护,但也用作内部过电压的后备保护

超高压系统中采取，依赖断路器将内部过电压限定在一定水平。
避雷器在内过电压下一样平常不动作，只有很大时才动作。

220kV(最大事情电压为252kV)及以下等级和220kV以上电压等级在过电压保护方法、绝缘耐压试验、最大事情电压倍数、绝缘裕度等方面都存在差异，可分为以下两部分：

范围I：

范围II:

1、雷电过电压下的绝缘合营

2、操作过电压下的绝缘合营

3、工频绝缘水平的确定

4、永劫光工频高压试验

短时工频耐压试验所采取的试验电压值每每要比额定相电压赶过数倍，它的目的和浸染是代替雷电冲击和操作冲击耐压试验、等效地考验绝缘在这两类过电压下的电气强度。

1雷电冲击系数,取1.48

2操作冲击系数，66kV及以下1.3，110kV及以上取1.35

凡是合格通过工频耐压试验的设备绝缘在雷电和操作过电压浸染下均能可靠地运行。
为了更加可靠和直不雅观，国际电工委员会（IEC）规定：

1、对付300kV以下的电气设备

（1）绝缘在工频事情电压、暂时过电压和操作过电压下的性能用短时（1min）工频耐压试验来考验；

（2）绝缘在雷电过电压下的性能用雷电冲击耐压试验来考验。

2、对付300kV及以上的电气设备

（1）绝缘在操作过电压下的性能用操作冲击耐压试验来考验；

（2）绝缘在雷电过电压下的性能用雷电冲击耐压试验来考验。

5、绝缘子串中绝缘子片数的确定

线路绝缘子串应知足三方面的哀求：

a. 在事情电压下不发生污闪；

b. 雨天时在操作过电压下不发生闪络（湿闪）；

c. 具有一定的雷电冲击耐压强度，担保一定的线路耐雷水平。

选事情电压和操作过电压两者哀求的大者作为绝缘子的片数，再按雷电过电压的要法度进行验算即可

6、导线对杆塔的空气间距的确定

输电线路的空气间隙紧张有：

（1）导线对大地：在选择其空气间距时紧张考虑地面车辆和行人等的安全通过、地面电场强度及静电感应等问题。

（2）导线对导线：应考虑相间过电压的浸染、相邻导线在大风中因不同步摆动或舞动而相互靠近等问题。
导线与塔身之间的间隔也决定着导线之间的空气间距。

（3）导线对架空地线：按雷击于档距中心避雷线上时不至于引起导、地线间气隙击穿这一条件来选定。

（4）导线对杆塔及横担

从电压幅值来说，一样平常是雷电过电压最高、操作过电压次之、工频事情电压最低；但从电压浸染韶光来看，情形恰好相反。

由于事情电压长期浸染在导线上，以是在打算它的风偏角 时，应取该线路所在地区的最大设计风速 。

操作过电压持续韶光较短，常日在打算其风偏角

时，取打算风速即是 。

雷电过电压持续韶光最短，而且强风与雷击点同在一处涌现的概率极小，因此常日取其打算风速即是10～15 m/s。

分别按事情电压、操作过电压、雷电过电压求出静间距，再考虑相应的风偏角，末了选三者之中最大者。