1、l設備在運行中可能承受的過電壓設備在運行中可能承受的過電壓l電介質電介質 l本課程的主要內容本課程的主要內容l本課程的主要任務本課程的主要任務l雷電過電壓 l短時過電壓 l操作過電壓l雷電過電壓也稱大氣過電壓，是由雷電直擊電氣設備或輸電線路，雷電流流過設備或線路 引起的過電壓，這個過電壓稱為直擊雷過電壓；也可能雷落在輸電線路附近，由于電磁場的突然變化，在設備或線路上產生的感應電壓，這個過電壓稱為感應雷過電壓。l作用時間短l峰值高l是電力系統特別是110kV及以下系統的最危險的過電壓。l這是由單相接地、突然甩負荷及由諧振引起的電力系統內部過電壓。其特點是過電壓的數值一般不太高，由于110kV及以

2、下的電力系統絕緣裕度高，一般不會造成電氣設備的損壞，這種過電壓卻是過電壓保護裝置動作條件的重要依據，在系統設計時應對這種過電壓加以限制。l由系統操作或故障引起的過渡性質的過電壓。過電壓時間短，衰減快，過電壓輻值一般不超過電氣設備額定電壓的3.5倍。這種過電壓一般不會對電氣設備的絕緣造成危害，但對絕緣較弱的電氣設備及直配電機的絕緣威脅較大，必須予以重視。一、導體和絕緣體二、電介質的概念三、電介質的物質形態四、電介質的電導高電壓絕緣理論高電壓絕緣理論：研究如何利用電介質的電氣性能為電力系統服務，預防事故的發生；高電壓試驗技術高電壓試驗技術：研究如何應用通過給設備絕緣施加較高電壓的方法來檢查設備是否

3、有安全隱患的技術；過電壓及其防護技術過電壓及其防護技術：討論電力系統過電壓的產生，發展機理，及其如何限制其發展和限制其產生的措施。l使學習者通過本課程的學習，基本掌握各種絕緣介質的基本特性，如何正確的利用它的基本方法；基本掌握應用高電壓試驗技術對電氣設備的絕緣進行預防性試驗的基本方法；能在通過工程設計，預防和保護電氣設備免受過電壓的危害。為從事有關方面的工作奠定必要的理論基礎。 l2.1 氣體中帶電質點的產生和消失l2.2 均勻電場小氣隙的放電l2.3 均勻電場大氣隙的放電l2.4 不均勻電場氣隙的擊穿l2.5 沖擊電壓下空氣的擊穿特性l2.6 提高氣隙抗電強度的措施 l2.7 沿面放電 一帶

4、電質點的產生一帶電質點的產生 l碰撞游離 l光游離 l熱游離l表面游離 二. 帶電質點的消失l質點的擴散l質點的復合 l運動的質點（可以是帶電的，也可以是中性質點）撞擊另一個質點，且使其分解成為 兩個帶電質點的現象稱為碰撞游離。l發生碰撞游離的條件：撞擊質點的總能量（動能位能）大于被撞擊質點的游離能；有一定的相互作用時間。l特點：可以一次完成，也可以分級完成。1.游離能：質點游離所需的最小能量稱為游離能。2.激勵：當撞擊質點的能量小于被撞質點的游離能時，使電子躍遷到更高的能級的現象稱為質點的激勵。處于激勵狀態的質點易游離。3.反激勵：處于激勵狀態的質點如果沒有其它質點撞擊時，恢復到原來的運行狀

5、態的現象稱為質點的反激勵。反激勵將把激勵時所吸收的能量以光的狀態釋放出來。l短波射線的光子具有很大的能量，它以光的速度運動，當它射到中性介質的分子或原子上時，所產生的游離稱為光游離。l光子的能量：l紫外線，X射線，是引起光游離的主要因素。）光的頻率（普朗克常數，等于式中Hzs .106260755. 634JhhWl在高溫下，氣體的質點熱運動加劇，相互碰撞而產生的游離稱為熱游離。l只有在500010000K的高溫下才能產生熱游離。l金屬表面的電子受外界能量的作用后逸出金屬表面而成為自由電子的現象稱為表面游離。l表面游離的條件：外界能量大于金屬的逸出功。l去游離：帶電質點從游離區消失或游離的作用

6、被削弱的現象稱為帶電去游離。l帶電質點的消失是由于游離作用小于去游離的作用。1、帶電質點的擴散：由于不同區域種的帶電質點的濃度不同，電荷從濃度高的區域向濃度低的區域運動的現象稱為帶電質點的擴散。2、電質點的復合：正離子與負離子相遇發生電荷的傳遞，而相互綜合還原成中性質點的現象稱為帶電質點的復合。一氣隙放電的伏安特性曲線一氣隙放電的伏安特性曲線二氣隙擊穿電壓的理論計算二氣隙擊穿電壓的理論計算三巴申曲線三巴申曲線 l十九世紀九十年代，英國物理學家湯深德（Townsend）采用圖1 的實驗裝置測出了氣體小間隙的伏安特性曲線如圖2所示。loa段 外加電壓上升，導致氣隙的電場強度上升，在自由行程內，電子

7、的加速度增加，使移動電子的速度加快，所以電流增大。lab段 雖然外加電壓上升，但由于電子在運動中與其它中性質點相碰撞，使電子損失能量，導致電子的移動速度趨于飽和，所以電流幾乎不隨電壓的變化而變化。lbc段 帶電質點在外界電場的作用下，獲得很大的加速度，以致在與中性質點碰撞時，具有很高的速度，使電子的動能較大，可以使部分中性質點產生碰撞游離，使氣隙中移動的帶電質點增多，所以電流隨外加電壓的增高而急劇增大。lC 外電場使移動的電荷（主要是指電子）具有很大的動能，是所撞擊的中性質點產生劇烈的碰撞游離，氣隙電荷急劇增多，導致其失去絕緣性能而擊穿。 氣體的相對密度； 電子所在點的氣體的電場強度。S 極板

8、之間的距離(cm)。 湯申德第三游離系數A、B均為與氣體性質有關的常數，對空氣：A=10961kPa，B2738.40kVkPa； )()11ln(lnsfsAsBUjcE均勻電場小氣隙擊穿電壓的計算公式為：l由此看出，氣隙的擊穿電壓不僅與氣隙的大小有關，還與氣隙的中性質點的密度有關，且是二者乘積的函數，這個規律稱為巴申定律。l因 為 它 的 曲 線 與 在 此 公 式 推 導 出（1890年）的前一年（1889年）由巴申通過實驗得出，所以此規律被命名為巴申定律。同時氣隙的擊穿電壓還與陰極材料有關。 放電機理：氣隙的擊穿取決于從陰極出發的電子在向陽極移動過程中與中性質點的碰撞次數和使其游離的概

9、率。假設保持不變，S很大時，則必須增大外施電壓提高場強才能使電子獲得足夠的能量以產生碰撞游離。但是當S值很小時，則由于電子與中性質點碰撞次數的減少，反而使氣隙移動的帶電質點減少，所以必須升高外施電壓才能保持氣隙的擊穿。所以，總有一個S對氣隙中的帶電質點的產生最有利,使擊穿電壓最低。同理，當S保持不變，氣體分子相對密度增大時，電子的自由行程縮短了，相鄰兩次碰撞之間積聚到足夠動能的概率減小了，故Ub必然升高，這就是谷點的右側。反之，當減小到很小數值后，質點的碰撞次數減少了，所以為了保持一定數量的帶電質點，必須升高外施電壓，即Ub升高，這就是谷點的左側。在這兩者之間。總有一個值對造成碰撞游離最有利，

10、此時Ub最小，這就是谷點。 一、湯申德理論的不足l沒有考慮到空間電荷對電場的畸變作用l沒有考慮到光子在放電過程中的作用二、流注放電理論1.正流注2.負流注空間電荷對電場的畸變作用：+-+ +-+ +-+-+-+-a）b）c）d）如果外施電壓為氣隙的最低擊穿電壓，當初崩發展到陽極時，正負電荷復合和反激勵發出光子。由于受空間電荷的畸變作用，崩尾的電場較高，光子到達這里時，形成二次電子崩。二次電子崩頭部的電子與初崩的正空間電荷匯合成為充滿正負帶電質點的混合通道。這個正電荷多于負電荷的混合通道稱為流注通道，簡稱為流注。 由正極向負極發展，所以稱為正流注。l電壓較低時，電子崩需經過整個間隙才形成流注，電

11、壓較高時，電子崩不需經過整個間隙，其頭部電離程度已足以形成流注 。l主電子崩頭部的電離很強烈，光子射到主崩前方，在前方產生新的電子崩，主崩頭部的電子和二次崩尾的正離子形成混合通道，形成向陽極推進的流注，稱為負流注 l間隙中的正、負流注可以同時向兩極發展。 陽極陰極陽極陰極+-+-+-+-vvv二次崩二次崩初崩l一不均勻電場的模擬一不均勻電場的模擬l二短間隙的擊穿二短間隙的擊穿l三、棒板電極的極性效應三、棒板電極的極性效應l四、長間隙的擊穿四、長間隙的擊穿l不均勻電場的分類不均勻電場的分類 電極的不同導致電場的分布有所不同，但可以分為兩類：對稱電場和不對稱電場兩種。l對稱電場對稱電場 棒棒電極來

12、模擬;l不對稱電場不對稱電場 棒板電極來模擬。 棒為正極性時，電子崩是從場強低的區域向場強高的區域發展。此外，初崩的電子很快進入棒極，在棒極前方留下的正離子大大加強了氣隙深處的電場，極易使氣隙深處的電子產生二次電子崩而形成正流注。由于流注所產生的空間電荷總是加強前方的電場，所以它的發展是連續的，速度很快，與棒為負極性時相比，擊穿同一間隙所需電壓要低得多 。當棒為負極性時，初崩直接由棒極向外發展。先經過強場區，后來的路程中場強愈來愈弱，這就使電子崩的發展比棒為正極性時不利得多。初崩留下的正空間電荷顯然增強了負棒極附近的電場，卻削弱了氣隙深處的空間電場，使負流注的向前發展受到抑制。擊穿同一間隙所需

13、的電壓要高得多。l綜上所述，對棒一板電極，在棒為不同極性時，由于空間電荷對氣隙的電場影響不同，從而將導致其擊穿電壓和電暈起始電壓不同，這種現象稱為棒一板電極的極性效應。棒正板負時的擊穿電壓低于同間隙棒負板正時的擊穿電壓，而電暈起始電壓則相反。l實踐表明，當氣隙較大(約1m以上)時，存在某種新的，不同性質的被稱為先導放電的放電過程。不同極性的先導放電過程有不同的特性。目前，對這些問題的研究還很不夠，只是對這些事物的現象、參數、影響因素及變化規律等作了一些實測，而對這些放電過程的機理并沒有完全研究清楚。 l沖擊電壓的標準波形 l伏秒特性作用時間短暫的電壓稱為沖擊電壓，在沖擊電壓作用下空氣間隙的擊穿

14、具有新的特性。雷電在電力系統中造成的過電壓是一種沖擊電壓，這是電力系統發生事故的重要因素。為了模擬雷電壓，各國規定了試驗用雷電沖擊電壓的標準波形，分為全波和截波兩種。 l在沖擊電壓作用下，間隙的擊穿電壓比靜態擊穿電壓(直流或工頻交流持續作用下的擊穿電壓)高。這是因為整個間隙擊穿放電的發展過程不僅需要足夠高的作用電壓，還需要一定作用時間的緣故。l同一個氣隙，在峰值較低但延續時間較長的沖擊電壓作用下可能擊穿，而在峰值較高但延續時間較短的沖擊電壓作用下可能不擊穿。 對非持續作用的電壓來說，一個氣隙的耐電壓性能就不能單一地用“擊穿電壓”值來表達了，而必須用電壓峰值和擊穿時間這兩者來共同表達才行，這就是

15、該氣隙在該電壓波形下的伏秒特性。 l一一 改善電場分布改善電場分布l二二 高氣壓的采用高氣壓的采用 l三三 高真空的采用高真空的采用l四四 高抗電氣體的采用高抗電氣體的采用1、改變電極形狀 在交流電壓作用下，盡量避免使用棒一板電極，盡量增大電極的曲率半徑，盡量降低電極表面粗糙度，以消除局部強場 2、采用極間障l氣體壓力提高后，氣體的密度加大，減少了電子的平均自由行程，從而削弱了碰撞游離的過程。 如高壓空氣斷路器和高壓標準電容器等。氣體間隙中壓力很低時，電子的平均自由行程已增大到極間空間很難產生碰撞游離的程度。如真空電容器、真空斷路器等。l某些氣體，主要是含鹵族元素的氣體，如六氟化硫(SF6)、

16、氟里昂(CCl2F2)、四氯化碳(CCl4)等，在同樣壓力下，其耐電壓強度比空氣高得多，稱為高抗電強度氣體。采用這類氣體，或在其它氣體中混入一定比例的這類氣體，可以大大提高氣隙的擊穿電壓。l均勻電場中的沿面放電l絕緣子的污閃l怎樣防止絕緣子的污閃l沿面的閃絡電壓比純空氣擊穿電壓低。l為了提高均勻電場氣隙的沿面閃絡電壓，應使固體介質表面光滑，保持干燥。l實際絕緣結構中常會遇到介質處于稍不均勻電場中的情況，它的放電特性與均勻電場很相似。l戶外絕緣子，會受到工業污穢或自然界鹽堿、飛塵等污染，在干燥時，由于污穢塵埃電阻很大，絕緣子表面泄漏電流很小，對絕緣子安全運行無危險；在大氣濕度較高，或在毛毛雨、霧

17、等氣候下，污穢塵埃被潤濕，表面電導劇增，使絕緣子的泄漏電流劇增，降低閃絡電壓。l對污穢絕緣子定期或不定期進行清洗。l絕緣子表面涂一層憎水性防塵材料。l加強絕緣和采用防污絕緣子。l采用半導體釉絕緣子。2.1 電介質的極化2.2 電介質的電導2.3 電介質的損耗2.4 液體電介質的擊穿特性 2.5 固體電介質的擊穿特性 2.6 電介質的老化l與空氣相對比，液，固體電介質有如下特點：1） 絕緣強度高。 液體：105v/cm數量級 固體：106 v/cm數量級2） 自恢復性能：固體無，液體差3） 液，固體會老化。4） 介電常數比空氣大。一一. .極化現象極化現象 在極間距離及電極表面積不變情況下，當極

18、間由真空變為固體介質時極板上電荷增多。l由于固體介質的引入，使極間固體介質在與兩個極板接觸的界面上感應出與極板電荷極性相反的束縛電荷，形成了一個與外施電場方向反方向的內部電場，電介質有了明顯的極性，即極化。l極化的結果是使極間合成電場減弱，但由于外施電壓不變，所以極間電場不能變化，必須在極板上增加電荷來抵消內電場的作用。1. 電子式極化特點：極化快，約為10-1410-15s彈性極化，無能耗。受溫度影響小l電介質的損耗的基本概念電介質的損耗的基本概念l電介質損耗的分類2tgPUC在相量圖中為電流電壓間的相位角，即功率因數角，為其余角，稱為介質的功率損耗角。電介質的功率損耗P可用統一的公式：l電

19、導損耗l極化損耗1.變壓器油的擊穿機理2.影響變壓器油擊穿電壓的因素3.提高變壓器油擊穿電壓的措施 l 純凈的變壓器油：電擊穿；機理與氣體介質擊穿類似。l含有雜質的變壓器油：雜質擊穿；“小橋理論”電壓形成和電壓作用時間雜質和濕度電場均勻度壓力提高油的品質l1）過濾與干燥 l2）祛氣采用組合絕緣l1）覆蓋層 l2）絕緣層l3）極間障一一 固體電介質的熱擊穿固體電介質的熱擊穿 二二 固體電介質的電擊穿固體電介質的電擊穿 三三 影響固體電介質擊穿電壓的因素影響固體電介質擊穿電壓的因素四四 提高固體電介質擊穿電壓的措施提高固體電介質擊穿電壓的措施 l熱擊穿是由于固體介質內部的熱不穩定性所造成的 。l

20、熱擊穿的特點： (1)熱擊穿電壓隨環境溫度的升高按指數下降。 (2)當介質厚度增大時，介質的平均擊穿場強減弱。 (3)當電壓頻率升高時，熱擊穿電壓下降。 (4)熱積累需要一定的時間，當電壓上升快，或加壓時間短時，熱擊穿電壓升高。 l擊穿機理與氣體介質的擊穿機理相同，屬碰撞游離。l特點： (1)擊穿場強高，一般約為106107Vcm，而熱擊穿僅為104105Vcm。 (2)擊穿電壓與環境溫度無關。 (3)當電壓作用時間很短時，作用時間越短，擊穿電壓越高。 (4)電場的均勻度對擊穿電壓有顯著影響。電壓作用時間電場均勻度與介質厚度電壓種類累積效應受潮改進制造工藝:盡可能清除介質中的雜質,可以通過精選

21、材料、改善工藝、真空干燥、加強浸漬等方法。改進絕緣設計:盡可能使電場均勻改善運行條件:注意防潮、塵污，加強散熱冷卻一、 什么是電介質的老化二、 電介質老化的形式老化： 電氣設備在長期運行中，其介質不可避免的要承受熱的、電的、化學的和機械力的作用。在這些因素的作用下，介質的物理性能逐漸劣化，如變酥、變脆、起層等，電氣性能逐漸降低，如電導變大、損耗增加和絕緣強度下降。這種現象稱為電介質的老化。 1.電老化（局部放電老化、電導性老化、電解性質老化）2.熱老化3.受潮老化局部放電老化：由介質內部局部放電產生。l(1)帶電粒子撞擊氣泡(或氣隙)表面的介質，特別是對有機絕緣物，能使主鏈斷裂，高分子解聚或部

22、分變為低分子，介質的物理性能變差；l(2)局部溫度升高，氣泡膨脹，使介質開裂、分層、變酥、高溫同時能使材料產生化學分解，使該部分電導和損耗變大。l(3)局部放電產生的O3和NO2等氣體對有機物產生氧化侵蝕，使介質逐漸劣化。特別是介質受潮后，NO2還可能與潮氣結合生成亞硝酸或硝酸，對介質及金屬電極都產生腐蝕。l(4)電場的局部畸變改變了介質的原有電場分布，使局部介質承受過高的場強。 電導性老化：l在交流電壓作用下，在某些高分子有機合成的固體介質中，存在另外一種性質的老化，是由液態的導電物質所引起的。如果在兩電極的絕緣層中或在固體介質與電極的交界面處存在某些液態的導電物質，如水或某些電解質溶液，當

23、該處電場強度超過某一臨界值時，這些溶液便會在電場力的作用下沿著電場的方向逐漸深入到絕緣層中去，形成近似樹狀的導電泄痕，稱為“水樹枝”，最終導致絕緣層的擊穿。電解性老化:l由于介質內部進行著電化學過程，介質也會逐漸老化，最終導致擊穿。介質中往往存在某些金屬和非金屬離子。荷正電的金屬離子到達陰極被中和電量后，形成金屬原子沉積在陰極表面，逐漸形成從陰極向陽極延伸的金屬性導電通道。這個過程對電介質層很薄的電容器絕緣危害尤大。介質中的非金屬性離子如H+、O2、Cl等遷移到電極被中和電量后，形成活性極高的該類物質原子。它們或是再與介質分子起化學反應，形成新的有害化合物，使介質受到破壞；或是與金屬電極起化學

24、反應，形成對金屬電極的腐蝕；或是以分子的形式存在，形成小氣泡。l電介質長期工作在較高溫度下，由于受熱使固體介質變硬，失去彈性，變脆，發生龜裂，機械強度降低，受震動時易剝落、磨損，甚至變成粉狀；也有些固體介質變軟、發粘、喪失機械強度；變壓器油的酸價上升，顏色加重等使電氣性能逐漸劣化，稱為電介質的熱老化。 l介質受潮將導致其電導和損耗增大，因而會使絕緣材料進一步發熱，導致熱老化速度加快。此外，水分的存在使化學反應更加活躍，產生氣體，形成氣泡，引起局部放電。 3.1 雷電放電過程雷電放電過程 3.2 避雷針和避雷線避雷針和避雷線 3.3 避雷器避雷器 3.4 接地裝置接地裝置 3.5 架空線路的防雷

25、措施架空線路的防雷措施 l雷電放電就其物理本質而言，屬于一種特長氣隙的火花放電。雷電放電的一些不同之處皆由于雷電放電的兩極(一極為云層，另一極為電阻率相當大的土地，且其表面有大量凸出的物體)并非金屬電極所致。l雷電放電的過程：電導放電、主放電、余光放電由金屬制成，高于被保護的物體，具有良好接地的裝置，其作用是吸引雷電擊向自身，并將雷電流迅速泄入大地，減低雷擊點的過電壓，從而使避雷針（線）附近比它低的物體得到保護。 phhrhhxxX)(2時，phhrhhxxX)0 . 25 . 1 (2時，單支避雷針：h 避雷針高度,m P 高度影響系數xh被保護物高度,mhPmhmPmh5 . 5,1203

26、01,30圖4-6 單支避雷針的保護范圍45 rxhx水平面上保護范圍的截面1.5hhhahx l避雷線又稱架空地線，其作用原理與避雷針相同。主要用于輸電線路的保護，也可用來保護發電廠和變電所。l避雷線保護范圍的長度與其本身的長度相同，但兩端各有一個受到保護的半個圓錐體空間。l避雷線保護范圍的計算與避雷針基本相同。單根避雷線的保護范圍如圖所示：式中各符號意義同前時，當時，當phhrhhphhrhhxxxxxx)53. 1(2)(47. 0225 hhhahx hrxh/2在hx 水平面上的保護截面rxrxl一、避雷器的保護原理一、避雷器的保護原理l二、對避雷器的基本要求二、對避雷器的基本要求l

27、三、保護間隙三、保護間隙l四、管形避雷器四、管形避雷器l五、閥形避雷器五、閥形避雷器l避雷器實質上是一種放電器，并聯連接在被保護設備附近。避雷器的擊穿電壓要比被保護設備的低，當過電壓波沿線路入侵并超過避雷器的放電電壓時，避雷器首先放電把入侵波導入大地，限制了作用于設備上的過電壓數值，從而保護了設備絕緣免遭擊穿破壞。圖4-14 避雷器保護作用原理示意圖1避雷器；2被保護設備21FB過電壓波二、對避雷器的基本要求l(1) 具有較強的絕緣自恢復能力 l(2)具有平直的伏秒特性曲線 l(3)具有一定通流容量，且其殘壓應低于被保護物的沖擊耐壓。 優點：結構簡單；造價低。缺點：放電分散性大；伏秒特性曲線較

28、陡；滅弧能力差。常與自動重合閘裝置配合使用。 圖4-16 角形保護間隙1主間隙；2輔助間隙；3絕緣子；4電弧1234接母線l缺點：放電分散性大；伏秒特性曲線較陡；動作后會產生截波。l優點：滅弧能力較保護間隙強。l熄弧能力與工頻續流大小有關。l只用于輸電線路個別地段的保護。圖4-17 管型避雷器1產氣管；2棒形電極；3環形電極；S1內間隙； S2外間隙；123S2 S1工 作 母 線l由火花間隙和非線性電阻組成。l優點：伏秒特性曲線較平，放電分散性較小，能與被保護設備很好的配合；熄弧能力強。 圖4-18 閥型避雷器原理示意圖1間隙；2閥片電阻工作母線1 2l一、接地和接地電阻l二、保護接地l三、

29、工作接地l四、防雷接地 接地定義：將地面上的金屬物體或電氣回路的某一節點通過導體與大地相連，使該物體或節點與大地保持等電位。 接地的類型：保護，工作，防雷。 接地電阻：把接地點處的電位UM與接地電流I的比值定義為接地電阻R 圖4-30 接地裝置原理圖UM接地點電位； I接地電流；Uj接觸電壓；Uk跨步電壓l所謂保護接地，就是將電氣設備在故障情況下可能出現危險對地電壓的金屬部分（如外殼等）用導線與大地做電氣連接。 l工作接地是根據電力系統正常運行方式的需要而采取的接地方式。l防雷接地是針對防雷保護的要求而設置的，目的是減小雷電流通過接地裝置時的電位升高。l輸電線路的防雷接地 l發電廠和變電所的防

30、雷接地一、防雷要求：主要應從線路的重要程度、系統的運行方式，輸電線路經過地區雷電活動的強弱、地形地貌的特點、土壤電阻率等條件，結合當地原有線路的運行經驗，根據技術經濟比較的結果，因地制宜，全面考慮。二、防雷措施：架設避雷線架設耦合地線 降低桿塔的沖擊接地電阻 采用不平衡絕緣方式 采用中性點非直接接地系統 加強線路絕緣 裝設自動重合閘 裝設管型避雷器 l5.1發電廠和變電所的直擊雷保護發電廠和變電所的直擊雷保護l5.2發電廠和變電所對侵入波的防護發電廠和變電所對侵入波的防護 l5.3配電變壓器的防雷保護配電變壓器的防雷保護 l5.4旋轉電機的防雷保護 發電廠和變電所裝設避雷針的原則發電廠和變電所

31、裝設避雷針的原則l發電廠和變電所所有被保護設備都應處于避雷針（線）的保護范圍之內。l避雷針與電氣設備之間應保持足夠的安全距離。l對于35kV(60kV)及以下的變電所，必須裝設獨立的避雷針，并應與電氣設備之間保持足夠的距離，以免發生反擊。一對侵入波防護的要求二未沿全線架設避雷線的35110kV變電所的進線段保護接線 三沿全線架設避雷線的變電所的進線段保護接線 四35kV小容量變電所的進線段保護接線 五高土壤電阻率地區變電所的進線段保護接線 0ll對于35及以上無避雷線的架空輸電線路，對靠近變電所的一段進線必須加強防雷保護。l發電廠和變電所對侵入波防護的主要措施是在其進線（或母線上）裝設閥型避雷

32、器。l進線段保護的作用：一方面進入變電所的雷電過電壓波將來自進線段以外的線路，利用進線段導線的波阻抗可限制流過避雷器的雷電流幅值；另一方面侵入波流過進線段時，導線上沖擊電暈可使沿導線的侵入波陡度降低。l進線段保護的作用: l 1) 制流過BLQ動作電流小于5kAl 2) 限制侵入波陡度a5kV/usl 要求:l 1) 進線段內不能發生繞擊,保護角l 2) 絕緣子串不發生閃絡。無避雷線線路的35110kV變電所進線段保護接線l對于沿全線已架設避雷線的線路，也將變電所附近的2km長的一段列為進線保護段，接線如圖6-12所示。對這一進線應加強防雷保護，如采用減小避雷器的保護角及桿塔接地電阻的方法來提

33、高進線段的耐雷水平，減小在進線段內發生繞擊和反擊的概率。圖6-12全線有避雷線線路的變電所進線段保護接線二、二、35KV小容量變電所的進線段小容量變電所的進線段保護保護l適用S500m的地區，進線段難以達到表6-5所要求的耐雷水平時，可在進線段的終端桿上裝設一組電抗線圈L以代替進線段的避雷線。接線如圖6-14所示。電抗線圈的電感可采用1000H左右，此電抗器既能限制侵入波的陡度又能限制流過避雷器電流的幅值。一、保護特點：保護配電變壓器的避雷器應盡量靠近變壓器，以防止從線路入侵的雷電波損壞絕緣。因為310kV配電線路絕緣低，直擊雷常使線路絕緣閃絡，大部分雷電流被導入大地，從而限制了侵入波以及通過

34、避雷器的雷電流幅值；又由于避雷器就裝設在變壓器近旁，兩者之間的電壓差很小，所以配電變壓器可以不用加裝進線保護。二、保護接線：配電變壓器的防雷保護接線如圖6-17所示。避雷器應盡量靠近變壓器裝設，并應盡量減小連接線的長度，以減小雷電流在連接線上的電壓降。避雷器的接地線應與變壓器的金屬外殼以及低壓側中性點連在一起接地（三點聯合接地），這樣在入侵波使避雷器動作時，作用在高壓側主絕緣上的電壓就只是避雷器的殘壓，而不包括接地電阻上的電壓降。一旋轉電機的特點及防雷保護二直配電機的防雷保護接線 三經變壓器連接到架空線路的電機防雷保護接線 1.過電壓的來源:l（1）感應過電壓.l（2）侵入波 a.作用于變壓器

35、高壓側經變壓器耦合到旋轉電機上 b.直配電機引線上引來的雷電波.2特點：l1.絕緣裕度小l2.下線時易損傷絕緣l3.電場不均勻l4.縱電容小,絕緣沖擊系數小l5.電機工作條件差.l6.避雷器不配合.l（一）主絕緣的保護l在電機母線上裝設FCD型避雷器，以限制侵入波幅值；同時配合保護進線，以限制通過避雷器的電流，使之小于3kA。l（二） 縱絕緣的保護l在每相母線上裝設與避雷器并聯的電容器可以保護電機匝間絕緣 ，還可降低侵入波的陡度。l（三）電機中性點的防雷保護l如果直配電機的中性點能引出且未接地，應在中性點上裝設避雷器，且避雷器的額定電壓不應低于電機最高運行相電壓；對于中性點不能引出的電機，則應

36、把母線上的電容加大到1.52F，以進一步降低侵入波的陡度來限制中性點絕緣上的電壓。1.有電纜段的防雷保護接線三三.直配電機的防雷接線直配電機的防雷接線2、無電纜段的電機防雷保護接線四四.經變壓器連接到架空線路的電機防雷保護經變壓器連接到架空線路的電機防雷保護經變壓器耦合到電機繞組上的雷電過電壓對電機絕緣的危險性較小，一般可以不考慮增設保護措施。但對于在多雷區，經升壓變壓器送電的特別重要的發電機，在其出線上宜裝設一組磁吹避雷器，以保安全。交流耐壓試驗直流耐壓試驗沖擊耐壓試驗絕緣電阻和吸收比的測量泄漏電流的測量介質損耗角正切值 的測量局部放電的測量tg耐壓試驗（破壞性試驗）檢查性試驗（非破壞性試驗

37、） 高電壓實驗技術l6.1絕緣電阻及吸收比的測量l6.2泄露電流的測量l6.3介質損耗角正切值的測量l6.4局部放電的測量l6.5工頻交流耐壓實驗l6.6直流耐壓實驗l6.7沖擊耐壓實驗l一、絕緣電阻l絕緣電阻是指在絕緣體的臨界電壓以下。施加的直流電壓U-時，測量其所含的離子沿電場方向移動形成的電導電流Ig，應用歐姆定律所確定的比值。 即：giIURl高壓設備的內絕緣，大部分是夾層絕緣，在直流電壓作用下，都有吸收現象存在，即電流逐漸減小而趨于某一恒定值（泄漏電流）。而被試品的絕緣狀況越好，吸收過程進行得越慢，反之，吸收過程越快，因此，可以用絕緣電阻隨時間而變化的關系來反映絕緣的狀況。通常將用時

38、間為60s與15s時所測定的絕緣電阻值之比稱之為吸收比，用K 來表示：l如果絕緣良好，則此比值應大于一定值（一般為1.31.5） 1560RRK l通常是用絕緣電阻表（兆歐表，俗稱搖表）來測量絕緣電阻。 l絕緣電阻表根據“流比計”的原理制成。l優點：不受電壓波動影響。 0 LXRVREGARVIAIVIAILALVG圖9-1絕緣電阻表原理電路圖l（1）斷開被試品的電源，拆除或斷開對外的一切連線，并將其對地放電。對電容量較大的被試品（如發電機、電纜、大中型變壓器和電容器等）更應充分放電。此項操作應利用絕緣工具（如絕緣棒、絕緣鉗等）進行，不得用手直接接觸放電導線。l（2）用干燥清潔柔軟的布擦去被試

39、品表面的污垢，必要時可先用汽油或其他適當的去垢劑洗凈套管表面的積污。l（3）將絕緣電阻表放置平穩，驅動絕緣電阻表達到額定轉速，此時絕緣電阻表的指針應指向“”，再用導線短接絕緣電阻表的“火線”與“地線”端子，其指針應該指零（瞬間低速旋轉以免損壞絕緣電阻表）。然后將被試品的接地端接于絕緣電阻表的的接地端子“E”上，測量端接于“L”端子上。如遇被試品表面的泄漏電流較大時，或對重要的被試品，如發電機、變壓器等，為避免表面泄漏電流的影響，必須加以屏蔽。屏蔽線應接在”G”端子上。接好線后，火線暫時不接被試品，驅動絕緣電阻表至額定轉速，其指針應指“”，然后使絕緣電阻表停止轉動，將火線接至被試品。l（4）驅動

40、絕緣電阻表達額定轉速，待指針穩定后，讀取絕緣電阻的數值。l（5）測量吸收比或極化指數時，先驅動絕緣電阻表達額定轉速，待指針指“”時，用絕緣工具將火線立即接至被試品上，同時記錄時間，分別讀取15s和60s或10min時的絕緣電阻值。l（1）試驗前應將被試品接地放電一定時間（對電容量較大的試品，一般要求達510min），避免被試品上可能存留殘余電荷而造成測量誤差。試驗后也應這樣做，保證安全，此項操作應利用絕緣工具（如絕緣棒或絕緣鉗等）進行，不得用手直接接觸放電導線。l（2）高壓測試線盡量保持架空，確需使用支撐時，要確認支撐物的絕緣對被試品絕緣測量結果的影響極小。l（3）測量吸收比和極化指數時，待電

41、源電壓穩定后再接入被試品，并開始計時。l（4）讀取絕緣電阻值后，先斷開接至被試品的火線，然后再將絕緣電阻表停止運轉，以免被試品電容在測量時所充的電荷經絕緣電阻表放電而損壞絕緣電阻表。l（5）對帶有繞組的被試品，應先將被測繞組首尾短接再接到L端子；其他非被測繞組也應先首尾短接后再接到應接端子上。l（6）絕緣電阻與溫度有十分顯著的關系。絕緣溫度升高，絕緣電阻大致按指數規律降低，吸收比和極化指數也會有所改變，所以測量絕緣電阻時，應準確記錄當時絕緣的溫度，而在比較時，也應按相應的溫度來比較。l（7）在濕度較大的條件下進行測量時，可在被試品表面加等電位屏蔽。此時在接線上要注意，被試品上的屏蔽環應接近加壓

42、的火線而遠離接地部分，減少屏蔽對地的表面泄漏，以免造成絕緣電阻表過載。l（8）若測得的絕緣電阻值過低或三相不平衡時，應進行解體試驗，查明絕緣不良部分。l測量絕緣電阻和吸收比可以有效的發現下列缺陷：l（1）總體絕緣質量欠佳；l（2）絕緣受潮；l（3）兩極間有穿透性的導電通道；l（4）絕緣表面污垢（可以通過比較有無屏蔽環極所測得的值判斷得知）。l一.直流高壓的獲得1.交流高壓經高壓硅堆整流獲得直流高壓2.高壓直流電壓發生器1被試品不接地時的試驗接線l當被試品能與地分開時，宜采用圖9-4的接線。這種接線微安表處在低電位，具有讀數安全，切換量程方便的優點。 UTRTTVRCXCAPA圖9-4被試品不接

43、地的試驗原理接線l（二）微安表的保護l保護電阻的值應該這樣選取：微安表滿量程電流在上的壓降應稍大于放電管P的起始放電電壓（一般為50100V）。l并聯電容的作用不僅可以濾掉泄漏電流中的脈動分量，使微安表的讀數穩定，更重要的是當被試品萬一被擊穿時，作用在放電管P上的沖擊電壓陡波前能有足夠的平緩，使放電管P來得及動作，故其電容值應較大（1F）。電流表平時被旁路開關K短接，只有在需要讀數時才將K打開。2交流高壓和被試品均直接接地時的試驗接線l特點是微安表處在高壓端，不受高壓對地雜散電流的影響，測量的泄漏電流較準確。但微安表及從微安表至被試品的引線應加屏蔽。由于微安表處于高壓，故給讀數及切換量程帶來不

44、便。 TRTTVRACPV1VPV2XCPAU2U 圖9-5 交流高壓和被試品均直接接地的試驗原理接線1. 高壓西林電橋測量的工作原理。2.電橋平衡時，為計算方便通常取：如 以 計，則在數值上， ABFDHEXGXCNC4C4R3R)10(44R4CF4xtgC圖9-9西林電橋（正接線）基本原理電路圖l由圖9-10，這種測試電路要求被試品兩端都不接地，這在許多場合是做不到的。此時，可將電橋顛倒過來，令被試品的一端F點接地，D點接高壓電源。這種接線稱為顛倒電橋接線，或稱反接線。此時，橋臂R3、R4、檢流計G均處于高電位，故必須采取可靠的措施以保證試驗人員的安全。 圖9-10西林電橋反接線原理電路

45、圖1、分布參數的影響。l措施：屏蔽2、電場的干擾。l措施：屏蔽，倒相，移相3、磁場干擾 l措施：遠離干擾源；取檢流計開關在兩種極性（“接通”和“接通”）下所測結果的平均值。 ABFDHEXGXCNC4C4R3R1C2Ci3Ci4C圖9-11 西林電橋誤差因素示意圖 測量 可以有效的發現絕緣的以下缺陷：l（1）整體受潮；l（2）穿透性的導電通道；l（3）絕緣內含有氣泡、絕緣分層、脫殼；l（4）絕緣老化劣化，繞組上附有油泥；l（5）絕緣油臟污、老化劣化等。tgl一、測量方法一、測量方法l局部放電的電測試法中以脈沖電流法應用最廣，它是將被試品兩端的電壓突變轉化為檢測回路中的脈沖電流。l1.串聯測量電

46、路 2.并聯測量電路 l理論上兩者的靈敏度是相等的；但實用上并聯法的優點為： （1）允許被試品一端接地。（2）對值較大的被試品，可以避免較大的工頻電容電流流過。（3）萬一被試品被擊穿時，不會危及人身和測試系統。由于局部放電測試時所加電壓一般均高于絕緣的正常工作電壓，所以，被試品有可能被擊穿。 TZKCXCmZAM TZXCKCmZAM1.1.工頻耐壓實驗的特點工頻耐壓實驗的特點2.2.工頻耐壓實驗接線及各元件（設備）的作用工頻耐壓實驗接線及各元件（設備）的作用3.3.調壓器的要求、分類及特點調壓器的要求、分類及特點4.4.高壓工頻實驗變壓器高壓工頻實驗變壓器5.5.工頻高壓的測量工頻高壓的測量

47、6.6.實驗電壓的選擇和加壓方法實驗電壓的選擇和加壓方法7.7.注意事項注意事項l工頻交流（以下簡稱交流）耐壓試驗是考驗被試品絕緣承受各種過電壓能力的有效方法，對保證設備安全運行具有重要意義。l原理接線如圖9-15所示。lT1調壓器lT2高壓工頻實驗變壓器lR 保護電阻lCX 被試品lM 測壓系統TTRCxM12圖9-15 工頻高壓測量試驗原理接線圖l調壓器應能從零開始平滑的調節電壓，以滿足試驗所需的任意電壓。調壓器的輸出波形，應盡可能地接近正弦波，容量也應滿足試驗變壓器的要求，通常與試驗變壓器容量相同。l常用的調壓器有自耦調壓器、移圈調壓器和感應調壓器等。調壓器的輸出波形，應盡可能地接近正弦

48、波，容量也應滿足試驗變壓器的要求，通常與試驗變壓器容量相同。l自耦調壓器的應用廣泛，它具有體積小、質量輕、效率高、波形好等優點。由于自耦調壓器是用移動碳刷接觸調壓，所以容量受到限制（單臺可做到30kVA，最大可達到100kVA），電壓在500以下，適用于小容量調壓。l移圈調壓器的調壓范圍寬，目前國內生產的容量為252250kVA，并與試驗變壓器配套，電壓可達10kV。其主要缺點是效率低空載電流大，在低壓和接近額定電壓下使用易發生波形畸變l調壓方便，波形好，價高，僅用于實驗室。1、高壓實驗變壓器的特點：l（1）一般都是單相的，需要三相時，常將三個單相變壓器接成三相變壓器組。l（2）不會受到大氣過

49、電壓及電力系統操作過電壓的侵襲，其絕緣強度相對其額定電壓的安全裕度較小，故其平時工作電壓一般不允許超過其額定電壓。l（3）通常為間歇工作方式，每次工作持續時間較短，不必采用加強的冷卻系統。為此，對應于不同的電壓和電流負荷，有不同的允許持續工作時間。l（4）一、二次繞組的變比高，其高壓繞組由于電壓高，需用較厚的絕緣層和較寬的油隙距，兩繞組間的絕緣間距較大，故其漏抗（百分比）較大。l（5）要求有較好的輸出電壓波形，為此應采用優質的鐵芯和較低的磁通密度。l（6）為了減少對局部放電試驗的干擾，要求試驗變壓器自身的局部放電電壓應足夠高。1.球隙2.靜電電壓表3.電容分壓器4.高精度電壓互感器配低壓儀表5.電容器與整流裝置串聯TTRCx12被試品AGRgS.V.C1C2圖9-18 工頻高壓試驗電壓的測量原理接線T2試驗變壓器；R保護電阻；S.V.靜電電壓表；G球隙；Rg球隙電阻l國產單個高壓工頻試驗變壓器的額定電壓（kV）有下列等級：l5、10、25、35、50、100、150、250、300、500、750。l根據被試品對試驗電壓的要求，選用電壓合適的試驗變壓器，還應考慮試驗變壓器低壓側電壓是否和