高電壓技術(shù)復(fù)習(xí)

高電壓技術(shù)復(fù)習(xí)《高電壓技術(shù)》復(fù)習(xí)一.氣體的絕緣強度了解氣體放電的一般現(xiàn)象和概念；理解持續(xù)電壓作用下均勻電場氣體放電理論、不均勻電場中的氣體放電特性；理解沖擊電壓下的氣體放電特性；了解大氣條件對氣隙擊穿電壓的影響，把握提高氣隙擊穿電壓的具體措施。1.根本概念自持放電:不需其它任何外加電離因素而僅由電場的作用就能維持的放電稱為自持放電。非自持放電:必需借助外加電離因素才能維持的放電則稱之為非自持放電。電暈放電:當(dāng)所加電壓到達某一臨界值時，在靠近兩個球極的外表消滅藍紫色的暈頭，并發(fā)出“咝咝”的響聲，這種局部放電現(xiàn)象稱為電暈放電。極性效應(yīng)：在極不均勻電場中，高場強電極的不同，空間電荷的極性也不同，對放電進展的影響也不同，這就造成了不同極性的高場強電極的電暈起始電壓的不同，以及間隙擊穿電壓的不同，稱為極性效應(yīng)。50%沖擊擊穿電壓〔U50%〕：50％的電壓值來反映間隙的耐受沖擊電壓的特性。湯遜放電理論和流柱理論的異同以及各自的適用范圍：湯遜放電理論：當(dāng)外施電壓足夠高時，一個電子從陰極動身向陽極運動，由于碰撞游離形成電子崩，則到達陽極并進入陽極的電子數(shù)為ea(α一個電子在電場作用下移動單位行程所發(fā)生的碰撞游離數(shù)；為間隙距離)。因碰撞游離而產(chǎn)生的的電子數(shù)或正離子數(shù)為(ea-1)個。這些正離子在電1放r個(r為正離子的外表游離系數(shù))有效電子，則(ea-1)個正離子撞擊陰極外表時，至少能從陰極外表釋放出一個有效電子，以彌補原來那個產(chǎn)生電子崩并進入陽極的電子，則放電到達自持放電。即湯遜理論的自持放電條件可表達為r(ea-1)=1。它的適用范圍：湯遜理論是在低氣壓、Pd較小的條件下在放電試驗的根底上建立的。Pd現(xiàn)變化，湯遜理論就不再適用了。通常認(rèn)為，Pd>200cm·mmHg過程將發(fā)生變化，湯遜理論的計算結(jié)果不再適用，但其碰撞電離的根本原理仍是普遍有效的。流注形成的條件氣隙中一旦消滅流注，放電就可以由放電本身所產(chǎn)生的空間光電離而自行維持，因此自持放電條件就是流注形成的條件。而形成流注的條件是需要初始電子崩頭部的電荷到達肯定的數(shù)量，使電場得到足夠的畸變和加強，造成足夠的空間光電離，轉(zhuǎn)入流注。所以流注形成的條件為：eαd≥常數(shù)一般認(rèn)為當(dāng)αd≈20〔或eαd≥108〕便可滿足上述條件，使流注得以形成。均勻電場和不均勻電場氣體間隙放電的差異：〔1〕極不均勻電場的擊穿電壓比均勻電場低；〔2〕極不均勻電場假設(shè)是不對稱電極，則放電有極性效應(yīng)；〔3〕極不均勻電場具有特別的放電形式——電暈放電。不同電壓作用下間隙擊穿的特點5.提高氣體間隙擊穿電壓的措施：一、改善電場分布電場分布越均勻，間隙的平均擊穿場強越高。因此，改善電場分布可以有效地提高間隙的擊穿電壓。改善電場分布可從以下三個方面著手:〔1〕改進電極外形以改善電場分布〔2〕利用空間電荷改善電場分布〔3〕極不均勻電場中承受屏障改善電場分布。1．承受高氣壓；2．承受強電負性氣體；3．承受高真空。二.固體和液體介質(zhì)的擊穿理解電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和損耗的概念；了解液體和固體介質(zhì)的擊穿擊穿理論，把握提高液體和固體介質(zhì)擊穿電壓的措施；了解局部放電的概念和改善措施；理解多層絕緣的電壓分布和電場分布；了解電介質(zhì)在高電壓作用下的累積效應(yīng)和其他性能。1.根本概念極化：電介質(zhì)中正負電荷在電場作用下沿電場方向做有效位移，形成電矩的現(xiàn)象叫做電介質(zhì)的極化。電導(dǎo)：在電介質(zhì)內(nèi)部或多或少存在帶電粒子，它們在電場作用下會不同程度地作定向移動而形成電流，這就是電介質(zhì)的電導(dǎo)。損耗：電介質(zhì)的的能量損耗簡稱損耗。損耗對應(yīng)特征參數(shù)：介質(zhì)損耗角正切tanIRU/R1UIcoPICU/CCRUICtgU2Ctg吸取現(xiàn)象：電介質(zhì)中電流隨時間的增加而趨于一個穩(wěn)定值?？梢杂^看到回路中流過一個微小的電流i，它隨時間漸漸衰減，最終到達某個穩(wěn)定值，這個現(xiàn)象稱為吸取現(xiàn)象。如下圖：提高液體介質(zhì)擊穿電壓的措施：〔1〕去除雜質(zhì)；〔2〕防潮；〔3〕脫氣；〔4〕承受油和固體電介質(zhì)組合。固體電介質(zhì)的擊穿形式：熱擊穿、電擊穿、電化學(xué)擊穿等4.液體電介質(zhì)的擊穿形式：電擊穿、氣泡擊穿〔小橋〕等三.防污閃理解沿面放電的概念，把握提高污閃放電電壓的方法。1.根本概念沿面放電：電力系統(tǒng)中使用各類絕緣支持以固定帶電體，這些絕緣支持大多數(shù)工作在空氣中，當(dāng)外加電壓超過某一數(shù)值時，常常在固體絕緣與空氣的交界面上產(chǎn)生放電。這種放電可能溝通兩極，造成沿面放電。污閃：由于絕緣子外表絕緣力量的降低引，在運行電壓下輸變電設(shè)備瓷絕緣子的污穢閃絡(luò)事故，即污閃。沿面閃絡(luò)電壓明顯低于純空氣間隙的擊穿電壓的緣由：當(dāng)兩電極間的電壓漸漸升高時，放電總是發(fā)生在沿固體介質(zhì)的外表上，此時的沿面閃絡(luò)電壓已比純空氣間隙的擊穿電壓低很多，其緣由是原先的均勻電場發(fā)生了畸變。產(chǎn)生這種狀況的緣由有：固體介質(zhì)外表不是確定光滑，存在肯定的粗糙程度，這使得外表電場分布發(fā)生畸變。固體介質(zhì)外表電阻不行能完全均勻，各處外表電阻不一樣?！?〕固體介質(zhì)與空氣有接觸的狀況。KAU〔4〕固體介質(zhì)與電極有接觸的狀況。3.防污閃的措施：一、加強絕緣；二、清掃；三、憎水涂料；四、合成絕緣子。四.電氣設(shè)備的絕緣預(yù)防性試驗理解電氣設(shè)備絕緣電阻和吸取比或極化指數(shù)測量、泄漏電流測量、介質(zhì)損耗角正切值tg的試驗設(shè)備，把握溝通和直流高電壓的測量方法。1.根本概念吸取比，極化指數(shù)介質(zhì)損耗角正切:介質(zhì)損耗有IR,IR故稱為介質(zhì)損失角，其正切值為：tanIRU/R1ICU/CCR2.介質(zhì)損耗角正切值tg答：使用西林電橋的正接線時，高壓西林電橋的高壓橋臂的阻抗比對應(yīng)的低壓臂阻抗大得多，所以電橋上施加的電壓絕大局部都降落在高壓橋臂上，只要把試品和標(biāo)準(zhǔn)電容器放在高壓保護區(qū)，用屏蔽線從其低壓端連接到低壓橋臂上，則在低壓橋臂上調(diào)整R3和C4要求被試品凹凸壓端均對地絕緣。使用反接線時，馬上R3和C4，由于R3和C4如正接線?，F(xiàn)場試驗通常承受反接線試驗方法。測試電容量較大的被試品的絕緣電阻時如何防止被試品反放電燒壞兆歐表？為什么要對被試品充分放電？答：測試電容量較大的被試品的絕緣電阻時肯定要在停頓搖動兆歐表之前，先解開被試品的接線。電容量較大的被試品在測完接地電阻時，依據(jù)電容充放電的原理，往往會帶上大量的電荷，所以必需對其充分放電。測量某某某能覺察什么缺陷，不能覺察什么缺陷？測量絕緣材料的泄露電流為什么用直流電壓而不用溝通電壓？答：由于直流電壓作用下的介質(zhì)損失僅有漏導(dǎo)損失，而溝通作用下的介質(zhì)損失不僅有漏導(dǎo)損失還有極化損失。所以在直流電壓下，更簡潔測量出泄漏電流。五.i2qi1qi1f2i1q動方程及其解的物理意義、行波的折射與反射；理解行波通過串聯(lián)電感和并聯(lián)電容時電壓波時間和空間陡度的變化；了解變壓器繞組中的波過程。1.根本概念耦合系數(shù)波的折射與反射幾種特別條件下的折反射波：1．線路末端開路〔Z2〕u1fu1q；線u2q2u1q，反射波電壓此時，＝2，＝1。線路末端電壓u1fu1qii1q11fi2q＝0，反射波電流ZZ11射，線路末端的電壓上升到入射電壓的兩倍；隨著反射波的逆向傳播，所到之處線路電壓也加倍，而由于電流波負的全反射，線路的電流下降到零。i1fu1f=U0u1q=U0i1qU0Z1U0Z1Z1u1q=U0u1f=U0AZ1Z1Ai1fAU0Z1Ui1q0Z1Z1A2．末端短路u2q0，反射波電壓u1fu1q；線此時，＝0，＝－1。線路末端電壓u1fu1qi1fi1q2ZZ11射波u1q端電壓下降為零，并逐步向首端進展；電流波i1q24.彼得遜法則貝杰龍等值法耦合系數(shù)：給定電路中,電磁量(通常是電壓或電流)從一個規(guī)定位置耦合到另一規(guī)定位置,目標(biāo)位置與源位置相應(yīng)電磁量之比即為耦合系數(shù)。簡要解釋小橋理論：工程實際中使用的液體電介質(zhì)不行能是純潔的，不行避開地混入氣體〔即氣泡〕、水分、纖維等雜質(zhì)。這些雜質(zhì)的介電常數(shù)小于液體的介電常數(shù)，在溝通電場作用下，雜質(zhì)中的場強與液體介質(zhì)中的場強按各自的介電常數(shù)成反比安排，雜質(zhì)中場強較高，且氣泡的擊穿場強低，因此雜質(zhì)中首先發(fā)生放電，放電產(chǎn)生的帶電粒子撞擊液體分子，使液體介質(zhì)分解，又產(chǎn)生氣體，使氣泡數(shù)量增多，漸漸形成易發(fā)生放電的氣泡通道，并逐步貫穿兩極，形成“小橋”，最終導(dǎo)致?lián)舸┰诖送ǖ乐邪l(fā)生。六.雷電、防雷設(shè)備了解雷電放電過程和雷電參數(shù)；理解避雷針〔線〕和避雷器的工作原理；1.根本概念雷電活動強度幾個概念：雷電活動強度以雷暴日或雷暴小時來估量。在一天或者一小時內(nèi)只要聽到雷聲就算一個雷暴日〔雷暴小時〕，據(jù)估量，每一雷暴日大致折合為三個雷暴小時。接地：將電氣設(shè)備導(dǎo)電局部和非導(dǎo)電局部〔例如電纜外皮〕的某一節(jié)點通過導(dǎo)體與大地進展人為連接，使該設(shè)備與大地保持等電位的方法，稱為接地?！?〕接地電阻：當(dāng)有電流流過的時候，大地就不再保持等電位。當(dāng)通過接地裝置的電流注入大地時，電流以電流場的形式向四周遠處集中。設(shè)土壤電阻率為ρ，地中電流密度為δ，則大地中存在相應(yīng)的電場分布，其值為E=ρδ。離注入點越遠，地中電流的密度就越小，電場越弱。因此可以認(rèn)為在相當(dāng)遠〔或稱為無窮遠〕處，電流密度已近似為零，電場E流入大地時，該點相對于無窮遠處的零電位有精準(zhǔn)的電位上升。我們把接UMIR，R=UM/I。2.雷電放電過程：一般一次雷擊分先導(dǎo)、主發(fā)電、余暉三階段。先導(dǎo)階段：雷云下部伸出微弱發(fā)光的放電通道向地面的進展現(xiàn)分級推動25～50m30～90，下行的平0.1～0.8m/。主放電和迎面流注階段：領(lǐng)先導(dǎo)接近地面時，因四周電場強度到達了使空氣電離的程度，在地面或突出的接地體形成向上的迎面先導(dǎo)。當(dāng)它與下行先導(dǎo)相遇時，進入了其次個階段也就是主放電階段，消滅了猛烈的電荷中和過程，50～100，放電進展速度為50～100m/。電流幅值高達數(shù)十甚至數(shù)百千安。余暉階段：主放電完成之后，云中剩余電荷沿著導(dǎo)電通道開頭流向大地。這一階段稱為放電的余暉階段，電流為數(shù)百安。持續(xù)時間0.03～0.15，云中電荷主要在這一階段泄入大地。雷云放電往往是多重的，即有重復(fù)雷擊和箭狀先導(dǎo)發(fā)生。3.避雷針的保護范圍：單支避雷針的保護范圍如圖所示，它是一個旋轉(zhuǎn)的圓錐體。設(shè)避雷針的高度為h(m)，被保護物體的高h(mhh0hrhh1.5hhD7phhr(hh某)p2hhr(1.5h2h)p245oh/2工程上多承受兩根或多根避雷針以擴大保護范圍。兩支等高避雷針相距不太遠時，由于兩針的聯(lián)合屏蔽作用，使兩針中間局部的保護范圍比單針時要大，避雷針外側(cè)的保護范圍與單根避雷針時一樣，保護范圍如圖8－2O的圓弧確定。Oh0D〔m〕其最小寬度b某為b=1.5(ho-h離與針高之比D/h5。當(dāng)兩支避雷針不等高時，兩外側(cè)的保護范圍仍按單針方法求出21f3。兩針之間的保護范圍可按如下方法〔如下圖〕確定：首先按1h1h2D”D2332~34.閥式避雷器原理：ZnO的保護性能?！?〕無間隙。在正常工作電壓下，ZnO作電壓不會使ZnO無間隙，因此其構(gòu)造簡潔，體積縮小，重量輕〔SiC50%〕，而且避開了SiC避雷器由于瓷套外污穢、內(nèi)部氣壓變化等因素而使串聯(lián)火花間隙電壓分布不均、放電電壓不穩(wěn)的缺點。同時，無間隙構(gòu)造也大大改善了陡波響應(yīng)特性，不存在間隙放電電壓隨雷電波陡度增大而增大的問題，提高了保護的牢靠性，特別適合于伏秒特性平坦的SF6緣變電站〔GIS〕的保護?！?〕無續(xù)流。當(dāng)電網(wǎng)中消滅過電壓時，通過避雷器的電流增大，ZnO電壓作用完畢后，ZnO上可認(rèn)為無續(xù)流。所以在雷電或內(nèi)部過電壓作用下，只需吸取過電壓的能量，而不需吸取續(xù)流能量，因而動作負載輕；再加上ZnO遠大于SiCZnO電壓的力量。10kA壓值ZnO避雷器與SiC才有電流流過，而前者在整個過電壓過程中都有電流流過，因此降低了作500kV150kA〔2/70μ〕6%~13%；當(dāng)雷電流是100kA6%~110.8μ，過電壓可下降13%~20%。通流容量大。ZnO傷的制約，僅與閥片本身的通流力量有關(guān)。實測說明：ZnO積的通流力量要比SiC4~4.5。還可很簡潔地承受多閥片柱并聯(lián)的方法進一步增大通流容量，制造出用于特別保護對象的重載避雷器，解決長電纜系統(tǒng)、大容量電容器組等的保護問題。易于制成直流避雷器。由于直流續(xù)流不象工頻續(xù)流一樣存在自ZnO間隙，所以易于制成直流避雷器。各種防雷裝置應(yīng)用場所七.電力系統(tǒng)防雷理解輸電線路感應(yīng)雷過電壓和雷擊桿塔塔頂時導(dǎo)線的過電壓及耐雷水平，把握提高線路耐雷水平的措施和輸電線路防雷的根本原則和具體措施；把握發(fā)變電所及進線保護段的防雷措施、變壓器與旋轉(zhuǎn)電機防雷措施。1.根本概念輸電線路感應(yīng)雷過電壓：當(dāng)雷擊線路四周大地時，由于電磁感應(yīng)，在線路上的導(dǎo)線會產(chǎn)生感應(yīng)過電壓，線路正處于雷云與先導(dǎo)通道的電場中，由于靜電感應(yīng)，沿導(dǎo)線方向的電場強度重量E成。還擊：雷擊線路桿塔頂部時，由于塔頂電位與電線電位相差很大，可能引起絕緣子串的閃絡(luò)，即發(fā)生還擊。繞擊：由于雷電流小于所選滾求半徑對應(yīng)的最小雷電流而產(chǎn)生的一種雷擊現(xiàn)象，雷擊導(dǎo)線即繞擊。耐雷水平：雷擊線路時，其絕緣尚不至于發(fā)生閃絡(luò)的最大電流幅值或能引起絕緣閃絡(luò)的最小雷電流幅值為耐雷水平，單位為kA。建弧率：沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的工頻電弧的概率，稱為建弧率。35~110kv1~2km2km路導(dǎo)線或四周地面時，雷電波將會沿著線路向變電所傳播，利用進線段導(dǎo)線的波阻抗限制雷電流的幅值，并利用導(dǎo)線上產(chǎn)生的沖擊電暈降低侵入波〔7〕雷擊跳閘率：輸電線路的防雷措施：〔1〕架設(shè)避雷線〔2〕降低桿塔接地電阻〔3〕架設(shè)耦合地線〔4〕承受不平衡絕緣方式〔5〕裝設(shè)自動重合閘〔6〕承受消弧線圈接地方式〔7〕裝設(shè)側(cè)向避雷線〔8〕加強絕緣〔9〕安裝線路避雷器。發(fā)電廠、變電站直擊雷防護：對直擊雷的防護一般承受避雷針，應(yīng)當(dāng)使全部設(shè)備都處于避雷針保護范圍之內(nèi)，此外，還應(yīng)當(dāng)實行措施，防止110kV平較高，可以將避雷針裝設(shè)在配電裝置的構(gòu)架上。裝設(shè)避雷針的構(gòu)架應(yīng)就近裝設(shè)關(guān)心接地裝置，該裝置與變電站接地網(wǎng)的連接點離主變壓器與接地15m，其目的是使雷擊時在避雷針接地裝置上產(chǎn)生的高電位，在沿地網(wǎng)向變壓器接地點傳播的過程中漸漸衰減，以避開對變壓器造成還擊。由于變壓器是變電站中最重要的設(shè)備，且其絕緣較弱，因此在變壓器門型構(gòu)架上不應(yīng)裝設(shè)避雷35kV針裝設(shè)在配電構(gòu)架上，應(yīng)架設(shè)獨立避雷針，其接地電阻一般不超過10W，以免消滅還擊事故。發(fā)電廠廠房一般不裝設(shè)避雷針，以免發(fā)生還擊事故和引起繼電保護的誤動作。變電站侵入波保護：12km路上加強防雷保護措施。變壓器保護：當(dāng)三繞組變壓器的高壓側(cè)或中壓側(cè)有雷電過電壓波襲來時，通過繞組間的靜電耦合和電磁耦合，在低壓繞組上也會消滅肯定的過電壓。最不利的狀況是低壓繞組處于開路狀態(tài)，對地電容很小，這時靜電感應(yīng)重量可能很大而危及絕緣。考慮到靜電重量將使低壓繞組的三相導(dǎo)線電位同時上升，所以只要在任一相低壓繞組出線端加裝一只該電壓等級的避雷器，就能保護好三相低壓繞組。中壓繞組雖也有開路運行的可能，但因其絕緣水平較高，一般不需加裝避雷器來保護。旋轉(zhuǎn)電機防雷保護：在同一電壓等級的電氣設(shè)備中，旋轉(zhuǎn)電機的沖擊絕緣強度最低。(2)保護旋轉(zhuǎn)電機用的FCDZnO沖擊耐壓值很接近，裕度很小。因此發(fā)電機只靠避雷器保護是不夠的，還必需與電容器、電抗器、電纜段等協(xié)作起來進展保護。(3)匝間絕緣要求侵入波陡度受到嚴(yán)格限制?？傊?，旋轉(zhuǎn)電機的防雷保護要求高、困難大，需要全面考慮繞組的主絕緣、匝間絕緣和中性點絕緣的保護要求。[從防雷的觀點來看，發(fā)電機可分為兩大類，一類是經(jīng)過變壓器再接到架空線上去的電機，簡稱非直配電機；另一類是直接與架空線相連〔包括經(jīng)過電纜段、電抗器等元件與架空線相連〕的電機，簡稱直配電機。因線路上的雷電波可以直接傳入直配電機，故直配電機的防雷保護顯得特別突出。]八電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓工頻過電壓系統(tǒng)中在操作或接地故障時發(fā)生的頻率等于工頻〔50Hz〕或接近工頻的高于系統(tǒng)最高工作電壓的過電壓。工頻過電壓的幅值不高，對系統(tǒng)中具有正常絕緣的電氣設(shè)備沒有危急，但在超高壓系統(tǒng)的絕緣協(xié)作中，工頻過電壓具有重要作用。因為它和操作過電壓常常同時發(fā)生，因此其大小直接影響操作過電壓的幅值；同時，工頻過電壓的大小也是打算避雷器額定電壓的重要依據(jù)。另外，如果持續(xù)時間很長，工頻過電壓對設(shè)備絕緣及其運行性能也有重大影響。2.諧振過電壓因系統(tǒng)的電感電容參數(shù)協(xié)作不當(dāng)，消滅各種持續(xù)時間很長的諧振現(xiàn)