高电压绝缘技术讲义

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1、高电压绝缘技术邓立林2011.121什么是绝缘绝缘的功能是将具有不同电位的导体隔开，从而使电气设备能处于安全状态。绪论变压器故障部位变压器电压等级/kV110220330～500合计线圈1668420270主绝缘或引线198431分接开关2010232套管1591034其他64212变压器故障台数/台22611538379统计的变压器在役台数/台5582120733382980383变压器故障台率(故障台数/在役台数)/%0.410.550.990.47表11995-2001年变压器故障台数统计故障类型击穿故障

2、放电故障(1)随着变压器电压等级的提高，故障台率明显升高，330～500kV变压器故障台率是110kV的两倍以上；(2)变压器线圈故障占故障总数的71.2％，线圈故障对变压器危害很大。其中，因变压器抗短路能力不够的线圈故障占线圈故障的58.1％，应更加注意。2与绝缘相关的问题绝缘材料气体放电液体介质的性能固体介质的性能不同介质的交界面研究对象电介质的击穿过程及其规律典型电气设备的绝缘问题绝缘试验及检测3.高压电器中的绝缘绝缘子电力电容器电力电缆高压套管电流互感器变压器4.绝缘试验绝缘特性试验绝缘耐压试验5.为什

3、么要掌握高电压绝缘公司盈利降低电器产品绝缘性能不良通过型式试验与否在运行中发生故障公司成本上升，市场信誉降低裁员公司盈利增长电器产品绝缘性能良好通过型式试验稳定运行公司成本下降，市场信誉上升升职1.1基本概念气体放电:将气体中流通电流的各种形式称作气体放电。击穿与闪络:当气体间隙上的电压达到一定数值时，电流突然剧增，使气体失去绝缘性能。气体由绝缘状态突变为良导电状态的过程，称为击穿。当击穿过程发生在气体与液体或气体与固体的交界面上时，称为沿面闪络。1.气体放电介电强度均匀电场与不均匀电场(1)采用电场不均匀系数

4、来描述电场的不均匀程度，f=1为均匀电场，f<2为稍不均匀电场；f>4为极不均匀电场。式中，Emax为最大场强；Eav=；U为间隙上的电压；d为电极间最短的绝缘距离。(2)根据能否维持电晕放电来区分。若不均匀到能维持电晕放电，则是极不均匀电场；若不能维持稳定的电晕放电，一旦放电达到自持，则整个间隙立即击穿，就称为稍不均匀电场或均匀电场。表1-1气体放电的主要外在形式低气压高气压(1个大气压及以上)均匀电场辉光放电火花放电、电弧放电不均匀电场辉光放电电晕放电、刷状放电、火花放电、电弧放电辉光放电:放电光辉充满整个

5、电极空间，电流密度在1-5A/cm2之间，整个间隙呈绝缘状态。电晕放电:高场强电极附近出现发光的薄层，伴随着咝咝的声音和臭氧的气味，整个间隙呈绝缘状态。刷状放电:由电晕电极伸出的明亮而细的断续的放电通道，电流增大，间隙仍未被击穿。火花放电:贯通两电极的明亮而细的断续的放电通道，火花放电间歇地击穿间隙。电弧放电:持续贯通放电通道，间隙被完全击穿。1.2带电质点的产生和消失途径：气体分子的电离和金属的表面电离能级－原子具有一系列可取的确定的能量状态，称为能级。电子伏－电子行经1V电位差的电场所获得的能量，是能量单位

6、。这点与距离单位－光年类似。激励－原子的电子在外界因素作用下，跃迁到能量较高的状态。当原子由较高能级跃迁到较低能级时，将以光子的形式释放出激励能。电离－原子在外界因素作用下，一个或几个电子脱离原子核的束缚而形成自由电子和正离子的过程。电子的尺寸和质量远小于离子。表1-2带电质点的产生电离方式气体碰撞电离光电离热电离金属表面正离子碰撞阴极光电效应场致发射热电子放射带电质点的消失有三种方式：扩散复合消失于电极1.3均匀电场中的气体击穿汤逊放电理论和巴申定律适用于气压较低、pd值较小的情况。过程过程相对密度标准大气条

7、件－p0=0.101325MPa，T0=293K，绝对湿度=11g/m3。击穿电压适用范围流注理论：适用于压力较高气体的击穿，认为电子碰撞电离及空间光电离是维持自持放电的主要因素，同时考虑了空间电荷对电场的影响。正流注：电子崩先从阴极到阳极，在阳极附近形成正、负带电质点构成的等离子体，然后再从阳极贯穿阴极，整个间隙击穿。负流注：电子崩尚未贯穿间隙即形成流注，流注再贯穿气隙。流注理论与汤逊理论的比较1.4不均匀电场中的气体击穿放电特征电晕放电：在极不均匀电场中，高场强电极周围出现的薄薄的发光层。电晕放电是极不均匀

8、电场所特有的一种自持放电形式。电晕放电的脉冲现象：在电晕放电的起始阶段及向击穿过渡的阶段，会出现放电的脉冲现象，并造成对外界的电磁干扰。电晕放电的起始场强和起始电压棒－板间隙的气体放电(1)正棒－负板的电晕起始电压大于负棒－正板的电晕起始电压(2)正棒－负板的击穿电压小于负棒－正板的击穿电压极性效应稍不均匀电场的极性效应：在稍不均匀电场中，不能形成稳定的电晕放电，电晕起始电压就是其击穿