1、高壓電氣試驗高壓電氣試驗理實一體課程理實一體課程本課程的教學標準本課程的教學標準學期授課計劃學期授課計劃1 1、研究對象、研究對象（1 1）絕緣又稱為電介質，分氣體、液體和固體三類。）絕緣又稱為電介質，分氣體、液體和固體三類。它的作用是將不同電位的導體分開；絕緣在運行中要承受各種電壓的作用，電壓它的作用是將不同電位的導體分開；絕緣在運行中要承受各種電壓的作用，電壓較低時會發生極化、電導和損耗現象，電壓超出臨界值時會發生擊穿現象。較低時會發生極化、電導和損耗現象，電壓超出臨界值時會發生擊穿現象。 一、本課程研究的對象及特點一、本課程研究的對象及特點絕緣技術；絕緣的試驗技術及設備；絕緣技術；絕緣的

2、試驗技術及設備；模塊一模塊一 絕緣電阻測量絕緣電阻測量情境一情境一 電介質的極化和電導電介質的極化和電導（1 1）抽象性、多學科性、邊緣性、不完善性；）抽象性、多學科性、邊緣性、不完善性；2、本課程的特點、本課程的特點（2 2）實踐性、危險性、工程性；）實踐性、危險性、工程性；（2 2）研究擊穿特性需要做高壓試驗，涉及到試驗電源、測）研究擊穿特性需要做高壓試驗，涉及到試驗電源、測量儀器、手段方法（在線、離線、智能化）等。量儀器、手段方法（在線、離線、智能化）等。 在設計、生產、試驗、運行時要研究各種電介質在電壓下在設計、生產、試驗、運行時要研究各種電介質在電壓下的電氣物理性能，特別是在高壓下的

3、擊穿特性。的電氣物理性能，特別是在高壓下的擊穿特性。(1) (1) 裝機容量、發電量迅速增長裝機容量、發電量迅速增長建國后到建國后到1960年，裝機容量突破年，裝機容量突破1000萬萬kW，居世界第，居世界第9位；位；1987年突破年突破1億億kW，居世界第，居世界第4位；位；1996年裝機容量達到年裝機容量達到2.37億億kW，躍居世界第，躍居世界第2位，實現位，實現了全國電力供需基本平衡；了全國電力供需基本平衡；2000年突破年突破3億億kW，仍居世界第，仍居世界第2位；位；2004年，年，總裝機容量達到總裝機容量達到4.4億億KW，居世界第，居世界第1位；位；2010年，總裝機容量達到年

4、，總裝機容量達到9億億KW。二、本次課程主要內容（二、本次課程主要內容（9個方面）個方面）1 1、我國電力發展的概況、我國電力發展的概況(2) (2) 用電量迅速增長用電量迅速增長2004年全國用電量是年全國用電量是1981年的年的7.08倍，其間用電量年均增長倍，其間用電量年均增長8.88，20002004年用電量年均增長年用電量年均增長12。根據預測，。根據預測，20042020年我國用電需求仍將年我國用電需求仍將保持較高的增長率，保持較高的增長率，20052010年年均用電增長率在年年均用電增長率在6以上，預計以上，預計20112020年年均用電增長率年年均用電增長率5。(3) (3)

5、電網的建設有較大發展電網的建設有較大發展建國后，建國后，1952年建設了年建設了110kV輸電線路，逐漸形成京津唐輸電線路，逐漸形成京津唐110kV輸電網；輸電網；1954年建成豐滿李石寨年建成豐滿李石寨220kV輸電線，逐漸形成東北電網輸電線，逐漸形成東北電網220kV骨干網架；骨干網架；1972年建成年建成330kV劉家峽關中輸電線路，以后逐漸形成西北電網劉家峽關中輸電線路，以后逐漸形成西北電網330kV骨干骨干網架；網架；1981年建成年建成500kV姚孟武昌輸電線路，姚孟武昌輸電線路，1983年又建成葛洲壩武昌和葛洲年又建成葛洲壩武昌和葛洲壩雙河兩回壩雙河兩回500kV線路，開始形成華

6、中電網線路，開始形成華中電網500kV骨干網架。骨干網架。1989年建成年建成500kV葛洲壩上海超高壓直流輸電線路，實現了華中華東兩大區的直流葛洲壩上海超高壓直流輸電線路，實現了華中華東兩大區的直流聯網。聯網。我國上世紀我國上世紀80年代開始了更高電壓等級的論證、研究、試驗等，并于年代開始了更高電壓等級的論證、研究、試驗等，并于2005年年9月在西北網建成投產了月在西北網建成投產了750kV輸電線路（官亭蘭州）。輸電線路（官亭蘭州）。2009年年1月，我國電壓等級最高的月，我國電壓等級最高的1000kV特高壓輸電線路開始試運行（晉東南特高壓輸電線路開始試運行（晉東南-南陽南陽-荊門）。荊門）

7、。800KV云云廣特高壓直流輸電工程廣特高壓直流輸電工程2009年投產。年投產。 電力發展為何需要越來越高的電壓？電力發展為何需要越來越高的電壓？理論上輸電線路的輸電能力與輸電電壓的平方成正比，電理論上輸電線路的輸電能力與輸電電壓的平方成正比，電壓提高壓提高1倍，輸送功率將提高倍，輸送功率將提高4倍；倍；大容量輸電的需求：大容量輸電的需求：高效率的大型、特大型發電機組的建造投運，以其為基礎高效率的大型、特大型發電機組的建造投運，以其為基礎建設的特大容量規模發電基地，需要更高電壓的輸電網。建設的特大容量規模發電基地，需要更高電壓的輸電網。 資源配置要求：資源中心在西部，能源負荷中心在東部，特高壓

8、輸電實現更資源配置要求：資源中心在西部，能源負荷中心在東部，特高壓輸電實現更大范圍的資源優化配置。大范圍的資源優化配置。2 2、高壓的分類、高壓的分類輸電電壓一般分輸電電壓一般分高壓高壓、超高壓超高壓和和特高壓特高壓。國際上，高壓（國際上，高壓（HV）通常指）通常指35220kV的電壓；的電壓；超高壓（超高壓（EHV）通常指）通常指330kV及以上、及以上、750kV及及以下電壓；以下電壓；特高壓（特高壓（UHV）指）指1000kV及以上的電壓。及以上的電壓。高壓直流（高壓直流（HVDC）通常指的是）通常指的是600kV及以下的直流及以下的直流輸電電壓；輸電電壓；600kV以上的電壓稱為特高壓

9、直流（以上的電壓稱為特高壓直流（UHVDC）。）。前蘇聯前蘇聯1150kV輸電線于輸電線于19851985年建成兩段，到年建成兩段，到1992年經過了年經過了6年的商業運行考驗；年的商業運行考驗；日本于上世紀日本于上世紀80年代建設東西和南北兩條年代建設東西和南北兩條1000V輸電主干線，輸電主干線，將位于東太平洋沿岸的福島核電站和柏崎核電站的電力輸送將位于東太平洋沿岸的福島核電站和柏崎核電站的電力輸送到東京。這兩條線目前降壓至到東京。這兩條線目前降壓至500kV運行。運行。液體和固體介質廣泛用作電氣設備的內絕緣。液體和固體介質廣泛用作電氣設備的內絕緣。常用的常用的：變壓器油、電容器油、電纜油

10、變壓器油、電容器油、電纜油 常用的常用的：絕緣紙、紙板、云母、塑料、電瓷、玻璃、硅橡膠等絕緣紙、紙板、云母、塑料、電瓷、玻璃、硅橡膠等 3、電介質的種類和應用、電介質的種類和應用 按狀態分氣體、液體和固體三類按狀態分氣體、液體和固體三類 氣體介質廣泛用作電氣設備的外絕緣；氣體介質廣泛用作電氣設備的外絕緣；4、電介質的極化和介電常數、電介質的極化和介電常數（1）極化定義）極化定義 電介質在電場作用下，其束縛電荷相應于電場方向產生彈性電介質在電場作用下，其束縛電荷相應于電場方向產生彈性位移現象和偶極子的取向現象。位移現象和偶極子的取向現象。（2）介電常數）介電常數 表示極化強弱程度的一個物理量。表

11、示極化強弱程度的一個物理量。以真空平板電容器為例分析：以真空平板電容器為例分析：極化前：極化前： dAUQC000極化后：極化后： dAUQQUQC000000/dAdAQQQCCr引入相對介電常數表示引入相對介電常數表示各種介質與真空的比較：各種介質與真空的比較： 是反映電介質極化特性的一個物理量。是反映電介質極化特性的一個物理量。r氣體氣體 接近于接近于1 1，因密度小、極化率低；液體和固體多在，因密度小、極化率低；液體和固體多在2 26 6之間。之間。 用于電容器的絕緣材料，希望選用用于電容器的絕緣材料，希望選用 大的介質，可使單位電容的體積和重量減大的介質，可使單位電容的體積和重量減小

12、。小。 其他電氣設備中總是選其他電氣設備中總是選 較小的介質，因介質損耗較小。較小的介質，因介質損耗較小。 采用采用 較小絕緣材料可減小電纜的充電電流、提高套管的沿面放電電壓等。較小絕緣材料可減小電纜的充電電流、提高套管的沿面放電電壓等。采用組合絕緣時應注意采用組合絕緣時應注意各種材料各種材料 值之間的配合，在值之間的配合，在交流電壓下，串聯多層介交流電壓下，串聯多層介質的場強分布與質的場強分布與介質的介質的 成反比。成反比。rrrrrr5、極化的種類、極化的種類（1）無損極化：）無損極化： 電子式和離子式電子式和離子式 電子式極化電子式極化特點：極化時間很短；特點：極化時間很短； 各種頻率下

13、均可發生，各種頻率下均可發生， 與外加頻率無關；與外加頻率無關； 具有彈性，無損耗；具有彈性，無損耗； 溫度影響不大。溫度影響不大。 特點：極化時間稍長；特點：極化時間稍長； 與頻率無關；與頻率無關； 彈性極化，無損；彈性極化，無損； r具具正的溫度系數；正的溫度系數；溫度較低時，溫度較低時，TT分子間作用力分子間作用力轉向容易轉向容易極化極化； 偶極子極化偶極子極化（2）有損極化：）有損極化： 偶極子和夾層極化偶極子和夾層極化 特點：特點：極化時間較長；極化時間較長； 有能耗；有能耗；頻率對極化有影響；頻率對極化有影響； 夾層極化夾層極化12021CCUUt合閘瞬間：合閘瞬間：溫度較高時溫度

14、較高時熱運動加劇熱運動加劇阻礙轉向阻礙轉向極化極化非彈性極化；非彈性極化；一般介質不均勻，初始與穩一般介質不均勻，初始與穩態值不同，于是兩層介質上態值不同，于是兩層介質上有一電壓重新分配過程，亦有一電壓重新分配過程，亦即即C1C1、C2C2上電荷重新分配，上電荷重新分配，在此過程中，分界面上將集在此過程中，分界面上將集聚起多余的電荷，從而對外聚起多余的電荷，從而對外顯出極性來。顯出極性來。122121GGRRUUt：等值電容增大；夾層界面堆積電荷產生極性。等值電容增大；夾層界面堆積電荷產生極性。極化特點：極化特點： 與分子結構無關；與分子結構無關；極化時間長（極化時間長（R很大時）；很大時）；

15、有能耗；有能耗；穩定后：穩定后：各種極化類型的比較各種極化類型的比較極化類型極化類型產生場合產生場合極化時間極化時間(s)(s)極化原因極化原因能量損耗能量損耗電子式電子式任何電介質任何電介質1010-15-15 束縛電荷的位移束縛電荷的位移無無離子式離子式離子式結構電介離子式結構電介質質1010-13-13 離子的相對偏移離子的相對偏移幾乎無幾乎無偶極子式偶極子式極性電介質極性電介質1010-10-101010-2-2 偶極子的定向排列偶極子的定向排列有有夾層介質界夾層介質界面面多層介質多層介質 交界面交界面1010-1-1數小時數小時自由電荷的移動自由電荷的移動有有空間電荷空間電荷電極附近

16、電極附近6、電導的概念及分類、電導的概念及分類電介質電導分為離子電導、電子電導等，主要表現為前者。電介質電導分為離子電導、電子電導等，主要表現為前者。（1）概念：表征電介質導電性能的物理量，其倒數稱為）概念：表征電介質導電性能的物理量，其倒數稱為電阻；又常用電導率衡量，其倒數為電阻率。電阻；又常用電導率衡量，其倒數為電阻率。（2）電導的分類：）電導的分類：電子電導：一般很微弱，因為介質中自由電子數極少；電子電導：一般很微弱，因為介質中自由電子數極少；如果電子電流較大，則介質已被擊穿。如果電子電流較大，則介質已被擊穿。離子電導：離子電導：本征離子電導：極性電介質本身離解所呈現的電導；本征離子電導

17、：極性電介質本身離解所呈現的電導；雜質離子電導：在中性和弱極性電介質中，主要是雜質離解呈現的電導。雜質離子電導：在中性和弱極性電介質中，主要是雜質離解呈現的電導。電泳電導：載流子為帶電的分子團，通常是乳化態的膠體粒子（如絕緣油中懸電泳電導：載流子為帶電的分子團，通常是乳化態的膠體粒子（如絕緣油中懸浮膠粒或細小水珠）吸附電荷變成了帶電粒子。浮膠粒或細小水珠）吸附電荷變成了帶電粒子。表面電導：表面電導：對固體介質，由于表面吸附水分和污穢存在表面電導，受對固體介質，由于表面吸附水分和污穢存在表面電導，受外界因素的影響很大。所以，在測量體積電阻外界因素的影響很大。所以，在測量體積電阻時，應盡時，應盡量

18、排除表面電導的影響，清除表面污穢、烘干水分、在測量排除表面電導的影響，清除表面污穢、烘干水分、在測量電極上采取一定的措施。量電極上采取一定的措施。7、絕緣電阻和吸收現象、絕緣電阻和吸收現象電介質的電阻通常稱為絕緣電阻。對于絕緣材料，人們關電介質的電阻通常稱為絕緣電阻。對于絕緣材料，人們關注的多是其絕緣性能，而絕緣電阻的高低在一定程度上反注的多是其絕緣性能，而絕緣電阻的高低在一定程度上反映了絕緣性能的好壞，所以對絕緣材料，我們常討論其絕映了絕緣性能的好壞，所以對絕緣材料，我們常討論其絕緣電阻，這是與對導體我們常關注其電導不同的。緣電阻，這是與對導體我們常關注其電導不同的。（2）流過電介質的電流及

19、吸收現象：）流過電介質的電流及吸收現象：（1）絕緣電阻的一般概念：）絕緣電阻的一般概念：i=i1+i2+Ig以施加直流為例，流過介質內以施加直流為例，流過介質內部的電流：部的電流：i1充電電流：無損極化對應的純電容電流，又稱快極化電流；充電電流：無損極化對應的純電容電流，又稱快極化電流；Ig電導電導：介質中少量離子或電子移動形成的電流，即俗稱的：介質中少量離子或電子移動形成的電流，即俗稱的電流。電流。i2：為有損極化對應的電流：為有損極化對應的電流(主要為夾層極化主要為夾層極化)，又稱慢極化電流；又稱慢極化電流；根據內部物理根據內部物理過程，總電流過程，總電流i可分解為三部可分解為三部分：分：

20、與此穩定電流值與此穩定電流值的比值，即的比值，即gIUR而在施加直流電壓一段時間后，電介質中的電流逐漸減小，而在施加直流電壓一段時間后，電介質中的電流逐漸減小，像是被像是被“吸收吸收”掉了一樣的現象，就是常說的掉了一樣的現象，就是常說的“吸收現象吸收現象”。1、吸收現象的本質是什么？對電介質的絕緣電阻有何影響？、吸收現象的本質是什么？對電介質的絕緣電阻有何影響？ 8、影響電介質電導的因素、影響電介質電導的因素（1）電壓（電場強度）：）電壓（電場強度）： 電導電流隨電壓增大而增大電導電流隨電壓增大而增大 （2）雜質：）雜質： 雜質是液體介質中帶電質點的重要來源。雜質是液體介質中帶電質點的重要來源

21、。中性液體離子主要來源于雜質分子的離解；中性液體離子主要來源于雜質分子的離解；極性液體除雜質外本身分子也易離解，所以同等條件下，極性液體除雜質外本身分子也易離解，所以同等條件下，其電導率比中性液體要大。其電導率比中性液體要大。液體介質：液體介質：固體介質：固體介質： 雜質也是固體電介質體積電導的重要來源，雜質也是固體電介質體積電導的重要來源，雜質含量增大時，體積電導會明顯增大。雜質含量增大時，體積電導會明顯增大。 固體、液體介質的電導率與溫度固體、液體介質的電導率與溫度T 的關系：的關系：式中：式中：A、B 為與介質有關的常數。為與介質有關的常數。T為絕對溫度，單位為為絕對溫度，單位為K。該式表明。該式表明, , 介質的電導隨溫