高电压技术(第二版)吴广宁电子教案解读

高电压技术(第二版)吴广宁电子教案解读内容摘要：

液体介质的介质损耗与粘度有关。 极性分子在粘性媒质中作热运动，在交变电场作用下，电场力矩将使极性分子作趋向于外场方向的转动，在定向转动过程中，因摩擦发热而引起能量的损耗。 液体电介质的电导 液体电介质的离子电导 1. 液体电介质中离子的来源 离子电导可分 为本征离子电导和杂质离子电导。 液体分子之间的距离远小于气体而与固体相接近，其微观结构与非晶态固体类似，液体分子的结构具有短程有序性。 另一方面，液体分子的热运动比固体强，分子有强烈的迁移现象。 3. 液体电介质电导率与温度的关系 液体电介质在强电场下的电导 液体电介质在强电场下电导有电子碰撞电离的特点。 强极性液体电介质的加入可以使弱电场下的离子电导增加，使电子电导下降。 液体电介质的击穿 高度纯净去气液体电介质的电击穿理论 1. 碰撞电离开始作为击穿条件 电子在相邻两次碰撞间从电场中得到的能量大于 hυ 时，电子就能在运动过程中逐渐积累能量，至电子能量达到一定值时，电子与液体相互作用时便导致碰撞电离。 а 为液体介质上一个电子沿电场方向行径单位距离平均发生的碰撞电离次数，则 а 正比于碰撞总数 1/λ 乘以电离几率 eChv/(eEλ ) 含气纯净液体电介质的气泡击穿理论 气泡击穿理论：不论由于何种原因使液体中存在气泡时，由于在交变电压下两串联介质中电场强度与介质介电常数成反比，气泡中的电场 强度比液体介质高，而气体的击穿场强又比液体介质低得多。 所以总是气泡先发生电离，这又使气泡的温度升高，体积膨胀，电离将进一步发展；而气泡电离产生的高能电子又碰撞液体分子，使液体分子电离生成更多的气体，扩大气体通道，当气泡在两极间形成“气桥”时，液体介质就能在此通道中发生击穿。 当液体得到的能量（转化为热量）等于电极附近液体气化所需的热量时，便产生气泡。 以产0( 2 )20 2e6auukTNqkT生气泡条件作为液体击穿条件。 2. 电离化气击穿 当液体介质中电场很强，致使有高能电子出现时，也会发生上述类似的过程，液体放气， 这就是电离化气的观点。 放电时产生的气体并不是蒸气，而是氢气。 对绝缘油击穿时的气体进行光谱分析，证明了不存在残留的空气及油的蒸气，主要存在的是氢气。 工程纯液体电介质的杂质击穿 工程用液体介质或多或少含有一些杂质，在工程纯液体介质的击穿中，这些杂质起决定性作用。 杂质大致主要有以下两种：水分 固体杂质  水分溶解于液体介质中，对击穿电压影响不大  水分悬浮状态，击穿电压明显下降  水与纤维杂质共存时，影响更为严重 2. 固体杂质的影响 当液体介质中有悬浮固体杂质微粒时，也会使 液体介质击穿场强降低。 一般固体悬浮粒子的介电常数比液体的大，在电场力作用下，这些粒子在电极表面电场集中处逐渐积聚起来。 考克（ Kok）根据这种现象提出液体介质杂质小桥击穿模型 电场越均匀，杂质对击穿电压的影响越大，击穿电压的分散性也越大，而在不均匀电场中，杂质对击穿电压的影响较小 作业布置： 审批： 小结： 液体电解质的极化与损耗 液体电解质的电导 液体电解质的击穿 后记： 周次： 时间： 课题： 绝缘电阻、吸收比与泄漏电流的测量 介质损耗角正切的 测量 课时： 2 课时 教学目标： 掌握 绝缘电阻、吸收比与泄漏电流的测量方法 了解 介质损耗角正切测量的电磁干扰和其他影响因素 掌握 介质损耗角正切测量的基本原理 重点、难点： 介质损耗角正切测量的基本原理 教具：教材 粉笔 教学方法：讲授法 时间分配：回顾 10 分钟 授课 65 分钟 小结 10 分钟 作业布置 5 分钟 教学过程： 绝缘电阻、吸收比与泄漏电流的测量 绝缘电阻与吸收比的测量 绝缘电阻是反映绝缘性能的最基本的指标之一，通 常都用兆欧表来测量绝缘电阻。 用兆欧表来测量电气设备的绝缘电阻被广泛的运用在常规绝缘试验中。 测量绝缘电阻 能有效地发现 下列缺陷：总体绝缘质量欠佳；绝缘介质受潮；两极间有贯穿性的导电通道；绝缘介质表面情况不良。 测量绝缘电阻 不能发现 下列缺陷：绝缘介质中的局部缺陷，如非贯穿性的局部损伤、含有气泡、分层脱开等；绝缘介质的老化。 泄漏电流的测量 测量泄漏电流可使用较高的电压 (10kV 及以上 ), 测量泄漏电流能够发现一些尚未完全贯通的集中性缺陷。 目前常用的绝缘电阻 测试方法 目前数字兆欧表已经基本上取代了手摇式的兆欧表。 数字兆欧表由高压发生器、测量桥路和自动量程切换显示电路等三大部分组成。 介质损耗角正切的测量 tanδ 能反映绝缘的整体性缺陷 (例如整体老化 )和小电容试品中的严重局部性缺陷。 由tanδ 随电压而变化的曲线，可判断绝缘介质是否受潮、含有气泡及老化的程度。 西林电桥测量法的基本原理 图中 Cx， Rx 为被测试样的等效并联电容与电阻， R R4 表示电阻比例臂， Cn 为平衡试样电容 Cx 的标准电容， C4 为平衡损耗角正切的可变电容。 西林电桥测量法的电磁干扰 消除或减小由于电场干扰引起的误差，可以采取下列措施 ： （ 1）加设屏蔽，用金属屏蔽罩或网把试品与干扰源隔开 （ 2）采用移相电源（ 3）倒相法 西林电桥测量法的其他影响因素 温度对 tanδ 值的影响很大，具体的影响程度随绝缘材料和结构的不同而异。 一般来说， tanδ 随温度的增高而增大。 现场试验时的绝缘温度是不一定的，所以为了便于比较，应将在各种温度下测得的tanδ 值换算到 20℃时的值。 2. 试验电压的影响 对于电容量较小的 被试品 (例如套管、互感器等 )，测量 tanδ 能有效地发现局部集中性缺陷43xNRCCR和整体分布性缺陷。 但对电容量较大的试品 (例如大中型发电机、变压器、电力电缆、电力电容器等 )测量 tanδ 只能发现整体分布性缺陷。 试品表面泄漏电阻总是与试品等值电阻 Rx 并联，显然会影响所测得的 tanδ 值，这在试品的 Cx 较小时尤需注意。 作业布置： 审批： 小结： 绝缘电阻、吸收比与泄漏电流的测量方法 介质损耗角正切测量的电磁干扰和其他影响因素 介质损耗角正切测量的基本原理 后记： 周次： 时间： 课题： 局部放电的测量 绝缘油性能测量 课时： 2 课时 教学目标： 了解局部放电测量的基础 掌握局部放电的测量方法和绝缘油的分析检测 了解绝缘油的电气试验 重点、难点：测量方法 教具：教材 粉笔 教学方法：讲授法 时间分配：回顾 10 分钟 授课 65 分钟 小结 10 分钟 作业布置 5 分钟 教学过程： 局部放电的测量 局部放电测量的基础 局部放电 测量的脉冲电流法 当发生局部放电时，试品两端会出现一个几乎是瞬时的电压变化，在检测回路中引起一高频脉冲电流，将它变换成电压脉冲后就可以用示波器等测量其波形或幅值，由于其大小与视在放电量成正比，通过校准就能得出视在放电量 (一般单位用 pC)。 此法灵敏度高、应用广泛。 局部放电测量的非电检测法 当绝缘介质中发生局部放电时，其瞬时释放的能量将放电源周围的介质加热使其蒸发，效果就像一个小爆炸。 此时放电源如同一个声源，向外发出声波。 由于放电持续时间很短，所发射的声波频谱很宽，可 达数 MHz。 绝缘介质内部发生局部放电时当然会释放光子而产生光辐射放电所发出的光量。 不过只有在透明介质的情况下，才能实现。 有时可用光电倍增器或影像亮化器等辅助仪器来增加检测灵敏度。 用气相色谱仪对绝缘油中溶解的气体进行气相色谱分析，是 20 世纪 70 年代发展起来的试验方法  优点 能够发现充油气体设备中一些用其他试验方法不易发现的局部性缺陷（包括局部放电）。 绝缘油的电气试验 电气强度试验是变压器油的一项常规试验。 它是用来阐明变压 器油被水分和其他悬浮物质物理污染的程度。 电气强度试验方法是：将变压器油倒入专门设备油杯中，以一定速率上升的交流电压加在油杯上，直至变压器油击穿，变压器油击穿时的电压，即为此次变压器油的击穿电压。 2. 绝缘油的电阻率 绝缘油的电阻率即体积电阻率，可看成在一个单位立方体积内的体积电阻，用其电场强度与稳态电流密度之商来度量。 油中溶解气体的气相色谱分析 当电器中存在局部过热、电弧放电或某些内部故障时绝缘油或固体绝缘材料会发生裂解，就会产生较大量的各种烃类气体和 H CO 、 CO2 等气体，因而 把这类气体称为故障特征气体。 具体步骤为： 先将油中溶解的气体脱出，再送入气相色谱仪，对不同气体进行分离和定量。 绝缘油的高效液相色谱分析 高效液相色谱法是以液体作为流动相的一种色谱分析法，它的基本概念及理论基础与气相色谱是一致的，但又有不同之处。 与气相色谱相比，高效液相色谱同样具有高灵敏、高效能和高速度的特点，但它的应用范围更加广泛。 在充油电气设备中，由于构成固体绝缘的纤维质材料的老化 导致纤维素的分解而产生几种化合物，如糠醛和呋喃衍生物，呋喃衍生物大部分被吸附在纸上，而小部分溶于油中。 这些物质的存在可以作为运行设备固体绝缘老化程度的诊断依据，也可以作为对溶解气体分析的补充。 糠醛化合物是纤维性绝缘材料绝缘裂化的特有产物，其来源具有唯一性、其浓度高低代表了变压器老化的最佳指标。 变压器在投运初期，因不会涉及到绝缘油的处理问题，可以通过测量油中糠醛含量值作为判断变压器绝缘状况的原始依据。 作业布置： 审批： 小结： 局部放电测量的基础 局部放电的测量方法和绝缘油的分析检测 绝缘油的电气试验 后记： 周次： 时间： 课题： 工频高电压实验 课时： 2 课时 教学目标： 了解工频高压的产生 掌握工频高压的测量方法 掌握绝缘的工频耐压试验 重点、难点：工频高压的测量方法 教具：教材 粉笔 教学方法：讲授法 时间分配：回顾 10 分钟 授课 65 分钟 小结 10 分钟 作业布置 5 分钟 教学过程： 工频高电压实验 工频高电压的产生 高压试验变压器是高压试验 室最基本的、不可缺少的主要设备之一，它被当作电源，并且是交流、直流和冲击电压试验设备的组成部分。 高压试验室中的工频高电压通常采用高压试验变压器或其串级装置来产生，但对电容量较大的被试样，可采用串联谐振回路来获得工频高电压。 高压试验变压器大多数为油浸式，有金属壳及绝缘壳两类。 金属壳变压器又可分为单套管和双套管两种 2. 试验变压器串级装置 由于受到体积 重 量的 限制，单个试验变压器的额定电压不可能做得太高。 但所需工频电压很高，往往采用串级线路把几台试验变压器串接起来。 3. 试验变压器的调压 试验变压器的电压必须从零调节到指定值，这是其运行方式的特点 ,要靠连到变压器初级绕组电路中的调压器来进行。 4. 串联谐振电路 交流高压可以通过由电动机带动的发电机或电池供电的振荡器产生，但是最常用的试验装置是由 110V 或 240V、50/60Hz 的电源供电。 工频高电压的测量 试品上工频高压的测量目前最常用的测量方法有： 用测量球隙或峰值电压表测量交流电压的峰值，用静电电压表测量交流电压的有效值 2. 峰值电压表 峰值电压表的制成原理通常有两种，一种 是利用整流电容电流测量交流高压，另一种利用整流充电电压测量交流高压。 3. 静电电压表 4. 分压器 在被测电压高于 200kV 时，直接用指示仪表测量高压比较困难，通常采用电容分压器配用低压仪表测量高压。 实际的电容分压器有两种主要形式：一种称为分布式电容分压器，它的高压臂由多个电容器元件串联组装而成，要求每个元件尽可能为纯电容，介质损耗和电感尽可能小； 绝缘的工频耐压试验 工频交流耐压试验是检验电气设备绝缘强度的最有效和最直接的方法。 1. 工频高压试验的基本接线图 2. 试验中需注意的问题 (1)防止工频高压试验中可能出现的过电压 (2) 试验电压的波形畸变与改善措施。