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高電壓技術知識點總結
導語：關于高電壓技術知識點總結，同學必須認真預習實驗內容，教師要提問檢查，不預習者不得參加實驗，實驗前應交前次實驗報告。下面由小編為您整理出的相關內容，一起來看看吧。
為什么要有高電壓：提高輸送容量，降低線路損耗，減少工程投資，提高單位走廊輸電能力，節(jié)省走廊面積，改善電網結構，降低短路電流，加強聯網能力。
電介質：在其中可建立穩(wěn)定電場而幾乎沒有電流通過的物質。 極化：在外電場作用下，電介質內部產生宏觀不為零的電偶極矩。
電介質極化的四種基本類型：電子位移極化，離子位移極化，轉向極化，空間電荷極化。
介電常數：用來衡量絕緣體儲存電能的能力，代表電介質的極化程度（對電荷的束縛能力）
液體電介質的相對介電常數影響因素(頻率)：頻率較低時，偶極分子來得及跟隨電場交變轉向，介電常數較大，接近直流情況下的εd；頻率超過臨界值，偶極分子轉向跟不上電場的變化，介電常數開始減小，介電常數最終接近于僅由電子位移極化引起的介電常數εz。
電介質的電導與金屬的電導有本質上的區(qū)別：金屬電導是由金屬中固有存在的自由電子造成的。電介質的電導是帶電質點在電場作用下移動造成的。氣體：由電離出來的自由電子、正離子和負離子在電場作用下移動而造成的。液體：分子發(fā)生化學分解形成的帶點質點沿電場方向移動而造成的。固體：分子發(fā)生熱離解形成的帶電質點沿電場方向移動而造成的。
介質損耗：在電場作用下，電介質由于電導引起的損耗和有損極化損耗，總稱為介質損耗。
電介質的等效電路：電容支路：由真空和無損極化所引起的電流為純容性。
阻容支路：由有損極化所引起的電流分為有功和容性無功兩部分。/純阻支路：由漏導引起的電流，為純阻性的。 介質損耗因數tgδ的意義：若tgδ過大會引起嚴重發(fā)熱，使材料劣化，甚至可能導致熱擊穿。/用于沖擊測量的連接電纜，要求tgδ必須小，否則會影響到測量精度/用做絕緣材料的介質，希望tgδ。在其他場合，可利用tgδ引起的介質發(fā)熱，如電瓷泥胚的陰干/在絕緣試驗中，tgδ的測量是一項基本測量項目 激勵：電子從近軌道向遠軌道躍遷時，需要一定能量，這個過程叫激勵。 電離：當外界給予的能量很大時，電子可以跳出原子軌道成為自由電子。原來的中性原子變成一個自由電子和一個帶正電荷的離子，這個過程叫電離。
反激勵：電子從遠軌道向近軌道躍遷時，原子發(fā)射單色光的過程稱為反激勵。 平均自由程：一個質點兩次碰撞之間的平均距離，其與密度呈反比。 電離形式：撞擊電離，光電離，熱電離，表面電離。
氣體帶電質點的消失：中和(發(fā)生在電極處)：帶電質點在電場力的作用下，宏觀上沿電場做定向運動。帶電質點受電場力作用而流入電極，中和電量。/擴散：擴散指質點從濃度較大的區(qū)域擴散到濃度較小的的區(qū)域，從而使帶電質點在空間各處濃度趨于平均的過程。/復合(發(fā)生在內部)：帶有異號電荷質點相遇，還原為中性質點的過程稱為復合。
電子崩：當外加電場強度足夠大時，帶電粒子兩次碰撞間積聚的動能足夠發(fā)生碰撞電離。電離出來的電子和離子在場強作用下又加入新的撞擊電離，電離過程像雪崩一樣增長起來，稱為電子崩。 自持放電：當外加場強足夠強大時，電子崩不依賴外界因素，外界因素消失后，電子崩仍能夠保持。
放電形式：輝光放電，電暈放電，刷狀放電，火花擊穿，電弧擊穿。 湯森德氣體放電理論的三個影響因素：系數α：1個自由電子在走到陽極的1cm
路程中撞擊電離產生的平均自由電子。/系數β：1個正離子在走到陰極的1cm路程中撞擊電離產生的平均自由電子。/系數γ：1個正離子撞擊陰極表面，逸出的平均自由電子數。
流注:由初崩輻射出的光子，在崩頭、崩尾外圍空間局部強場中衍生出二次電子崩并匯合到主崩通道中來，使主崩通道不斷高速向前、后延伸的過程稱為流注。 流注的形成：電子崩頭部接近陽極；崩頭和崩尾處電場增強，激勵和反激勵放射出大量光子，崩中復合也放射出光子；一些光子射到崩尾，造成空間光電離，形成衍生電子崩；衍生電子崩頭部移動速度快，與主崩匯合；新的衍生電子崩在崩尾出現，一個一個向陰極發(fā)展，形成正流注。
電暈：在極不均勻的電場中，當外加電壓及平均場強還較低時，電極曲率半徑較小處，附近空間的局部場強已很大。在這局部場強處，產生強烈的電離，伴隨著電離而存在復合和反激勵，輻射出大量光子，使在黑暗中可以看到在該電極附近空間有藍色的暈光，稱為電暈。
電暈的極性效應:對于電極形狀不對稱的極不均勻電場間隙，間隙的起暈電壓和擊穿電壓各不相同，稱為極性效應。
電暈的效應：有聲、色、熱等效應，表現為發(fā)出“咝咝”的聲音，藍色的暈光以及使周圍氣體溫度升高等。|產生人可聽到的噪聲，對人生理、心理產生影響。|形成“電風”導致電力設備的振動和擺動。|產生高頻脈沖電流，對無線電干擾。|產生能量損耗。|產生某些化學反映，加速絕緣老化。 雷電放電過程：先導放電，主放電(劇烈電離，劇烈中和，主放電通道向上延伸，徑向放電)，余光放電。
雷電的破壞因素:最大電流、電流增長最大陡度、余光電流熱效應。
氣隙沿面放電：沿氣體與固體（或液體）介質的分界面發(fā)展的放電現象。 閃絡：沿面放電發(fā)展到貫穿兩級，使整個氣隙沿面擊穿的現象。 氣隙的擊穿時間：升壓時間t0，統計時延ts，放電發(fā)展時間tf。
伏秒特性：氣隙的擊穿電壓要用電壓峰值和延續(xù)時間二者共同表示，這就是該氣隙在電壓波形下的伏秒特性。
氣隙的電氣強度影響因素：氣隙的擊穿時間、氣隙的伏秒特性、大氣條件對氣隙擊穿電壓的影響、電場均勻程度對氣隙擊穿電壓的影響。
影響統計時延的因素：電極材料、外施電壓、電場情況、短波光照射。 影響放電發(fā)展時間的因素：外施電壓、電廠情況、間隙長度。
平均伏秒特性：同一氣隙在同一電壓作用下，每次擊穿的時間并不完全相同，具有分散性。所以一個氣隙的伏秒特性，不是一條簡單的曲線，而是一組曲線族。某些場合，用擊穿概率50％的曲線來表示氣隙的伏秒特性，稱為平均伏秒特性。 50％擊穿電壓：指氣隙被擊穿的概率為50％的沖擊電壓峰值，反映了該氣隙地基本耐電強度。
2μS沖擊擊穿電壓：氣壓擊穿時，擊穿前時間小于和大于2μS的概率各為50％的沖擊電壓。
標準大氣參考條件：溫度θ=20℃，壓強P0=101.3Pa，濕度h0=11g/M3。大氣壓下空氣電氣強度約30KV/cm
大氣條件對氣隙擊穿電壓的影響因素：溫度↓、壓強↑：密度↑，平均自由程↓，
Ub（耐受電壓）↑。濕度↑：負離子↑，Ub（耐受電壓）↑。
極不均勻電場特點：有顯著的極性效應/擊穿電壓分散性大/擊穿電壓與間隙距離有關/外加電壓低于擊穿電壓時局部有穩(wěn)定的電暈放電。
提高氣隙擊穿電壓的方法：改善電場分布：氣隙電場分布越均勻，氣隙擊穿電壓越高，故適當改進電極形狀，增大電極曲率半徑（屏蔽），改善電場分布，能提高氣隙的擊穿電壓和預放電電壓。采用高度真空：以削弱氣隙中的撞擊電離過程，也能提高氣隙的擊穿電壓。增高氣壓：可以減小電子的平均自由程，阻礙撞擊電離的發(fā)展，從而提高氣隙的擊穿電壓。④采用高耐電強度氣體：鹵族元素氣體（SF6等）。 ·SF6氣體的特點：較高的耐電程度，很強的滅弧性能，無色無味無毒，非燃性的惰性化合物，對金屬和其他絕緣材料沒有腐蝕作用，中等壓力下可以液化，容易儲藏和運輸。
污閃：在化工廠、冶金廠附近或沿海地帶，沉積在絕緣上的塵污，因其含有高導率的溶質，當遇到霧，毛毛雨等天氣條件，有可能產生沿面閃絡。
電擊穿:由電場的作用使介質中的某些帶點質點積累的數量和運動的速度達到一定程度，使介質失去了絕緣性能，形成導電通道。
熱擊穿：由電場作用下，介質內的損耗發(fā)出的熱量多于散逸的熱量，使介質溫度不斷上升，最終造成介質本身的破壞，形成導電通道。
影響固體電介質擊穿電壓的因素：1.電壓作用時間的影響：存在臨界點，即熱擊穿和電擊穿的分界點。2.電場均勻度和介質厚度的影響：均勻電場：電擊穿與厚度無關，熱擊穿厚度愈大擊穿場強俞弱。不均勻電場：厚度越大擊穿場強越小。3.電壓頻率的影響：電擊穿：Ub與f無關，熱擊穿Ub↓，1↑。4.溫度的影響：f存在臨界點。θ<θcr時：ub與θ無關，屬于電擊穿性質。θ>θcr時：Ub隨θ的升高迅速下降，屬于熱擊穿性質。5.受潮度的影響：對于某些具有吸水性的固體介質來說，含水量增大時，擊穿電壓迅速下降。6.機械力的影響：均勻固體在彈性限度內:擊穿電壓與機械力無關。固體有孔隙：機械力↑，擊穿電壓↑。固體有裂隙：機械力↑，擊穿電壓↓。7.多層性的影響：注意各層介質電特性的適當配合。8.累積效應的影響：在不均勻電場中，固體介質在脈沖電壓作用下，存在不完全擊穿的現象。不完全擊穿具有累積效應，即擊穿電壓隨不完全擊穿次數的增加而降低。
提高固體電介質擊穿電壓的方法：改進絕緣設計(改善電極形狀及表面光潔度，使電場盡可能地均勻分布)，改進制造工藝(盡可能地清除介質中的雜質、氣泡、水分等)，改善運行條件(注意防潮，防止塵污和有害氣體的侵蝕)。 老化:電氣設備中的絕緣材料在運行過程中，由于受到各種因素的長期作用，會發(fā)生一系列不可逆的變化，從而導致其物理、化學、電和機械等性能的劣化。這種不可逆的變化稱為老化。
促進老化的因素：電老化，熱老化，環(huán)境老化。
固體介質的電老化：電離性老化，電導性老化，電解性老化。
小橋理論：存在雜質：不純、接觸大氣、固體脫落、液體老化。/形成小橋：在電場作用下這些雜質被拉長，被定向，沿電場方向排列成雜質的小橋。/形成氣泡：如小橋貫穿兩極，由于組成小橋的雜質的電導較大，使泄漏電流增大，發(fā)熱
增多，促使水分汽化，形成水泡。/氣泡中發(fā)生電離：氣泡中的場強大，但其耐電強度小，故電離過程首先發(fā)生在氣泡中。擊穿：小橋中氣泡的增多，將導致小橋通道被電離擊穿。這種擊穿屬于熱擊穿性質。
影響液體電介質擊穿電壓的因素：1.電壓作用的時間，2.電場情況的影響，3.液體介質本身品質的影響，4.溫度的影響，5.壓強的影響。
提高液體電介質擊穿電壓的方法：1.提高并保持油的品質，2.覆蓋(薄)：緊貼在金屬電極的固體絕緣薄層，阻止小橋與電極接觸，3.絕緣層：包在較小曲率半徑的電極上，改變電場，防止發(fā)生電暈，4.極間障：放在電極間油隙中的固體絕緣板，機械阻隔雜質小橋成串。
變壓器油老化的主要原因是油的氧化。影響變壓器油老化的因素:溫度，光照，電場，觸媒（催化劑）
延緩變壓器油老化的方法：油擴張器，隔離膠囊，與強觸媒物質隔離，滲入抗氧化劑。
電氣設備絕緣試驗種類：耐壓試驗、檢查性試驗
吸收比：時間為60s與15s時所測得的絕緣電阻之比。
極化指數：絕緣在加壓后10min和1min所測得的絕緣電阻之比。
微安表電路圖：放電管P：過電流時，放電管放電，短路，從而保護微安表。/開關K：一般情況下閉合，打開時微安表讀數。/電阻R：與微安表串聯、分壓、，使微安表滿值時放電管能動作。/電感L：突然短路時，放電管來不及動作時，限制微安表的沖擊電流。/濾波電容C：降低微安表電流陡度，保證放電管動作。 測定介質損耗因數的方法：電橋法、瓦特表法、不平衡電橋法。電橋法準確度最高，最通用的是西林電橋。
局部放電：常用的固體絕緣物總會不同程度的包含一些分散性的異物，這些異物的電導和介電常數不同于絕緣物，在外施電壓作用下，這些異物附近將具有比周圍更高的場強。當場強超過了該處物質的電力場強，該處物質就產生電力放電，稱之為局部放電。
局部放電意義：局部放電的測試，能預防絕緣的情況，也是估計絕緣電老化速度的重要依據。
局部放電測試方法：串連法、并聯法、平衡法
絕緣油中溶解氣體的色譜分析：浸絕緣油的氣體設備中，如果存在局部過熱、局部放電或其他內部故障時，會產生較大量的各種烴類氣體和氫氣、一氧化碳、二氧化碳等氣體，稱為故障特征氣體。因此，分析油中溶解氣體的成分、含量及其隨時間而增長的規(guī)律，就可以鑒別故障的性質、程度及其發(fā)展情況。
實驗步驟：將油中溶解的氣體脫出；送入氣相色譜儀；對不同氣體進行分離和定量。
工頻高壓試驗變壓器（工頻高壓的獲得）的特點：一般為單相；額定電壓安全裕度較小,工作電壓一般不允許超過額定值；通常為間歇工作方式，工作時間短，不用加強的冷卻系統；一二次繞組電壓變比高，絕緣間距大，漏抗大；要求較好的輸出電壓波形；要求變壓器局部放電電壓足夠高。
工頻高壓試驗變壓器的常用調壓方式：自耦變壓器、移圈調壓器、電動發(fā)電機組
暫態(tài)的過電壓現象：調壓器未歸零時合電源：出現頻率較高的震蕩過程，產生過電壓；在較高電壓時切斷電源：嚴禁切空變過電壓；被試品突然擊穿，相當于作用于反向電壓產生危險的過電壓，應串保護電阻。
保護電阻作用：降低擊穿時的過電壓，保護變壓器/限制短路電流/阻尼振蕩作用。 工頻電壓的直接測量：測量球隙：不同的間隙距離對應不同的擊穿電壓。靜電電壓表：應用廣泛，最高量程200KV。分壓器配用低壓儀表。高壓電容器配用整流裝置;通過測電流間接測電壓。
直流高壓的測量:棒隙或球隙，靜電電壓表，電阻分壓器配合低壓儀表，用高值電阻與直流電流表串聯。
波速：行波沿導線傳播的過程，就是平面電磁場的傳播過程，其傳播速度稱為波速。
波阻抗：其值取決于線路單位長度的電感和電容，與線路長度無關。 雷電流參數:電流峰值、波前時間、半峰值時間。 雷暴日:一年中有雷暴的日數。 雷暴小時：一年中有雷電的小時數。 一個雷暴日折算三個雷暴小時
地面落雷密度：每一雷暴日，每平方千米地面遭受雷擊的次數。 輸電線路落雷次數:每100KM的輸電線路每年遭受雷擊的次數，
保護角：避雷線和邊相導線的連線與經過避雷線的垂直線之間的夾角。通常在15度到30度之間。
避雷器類型：保護間隙、管型避雷器：主要用于限制大氣過電壓，一般用于配電系統線路和進線段保護。閾型避雷器、氧化鋅避雷器：常用于變電所、發(fā)電廠的保護。
氧化鋅避雷器的特點：無間隙，無續(xù)流，保護性能優(yōu)越，通流容量大。
氧化鋅避雷器的基本電氣參數：最高持續(xù)運行電壓，額定電壓，參考電壓，殘壓。
評價氧化鋅避雷器性能優(yōu)劣的指標：1.保護水平：雷電保護水平為雷電沖擊殘壓和陡坡沖擊殘壓除以1.15中的較大者；操作沖擊電壓等于操作沖擊殘壓。2.壓比3.荷電率。
接地裝置：保護接地，工作接地，防雷接地。
輸電線路防雷性能的評價指標：1.耐雷水平：雷擊線路時線路絕緣不發(fā)生閃絡的最大雷電流幅值。2.雷擊跳閘率：每100KM線路每年由于雷擊引起的跳閘次數。 靜電分量：由于先導通道中電荷所產生的靜電場突然消失而引起的感應電壓。 電磁分量：由于先導通道中雷電流所產生的磁場變化而引起的感應電壓。
過電壓影響因素：雷電流幅值，導線懸掛的平均高度，雷擊點離線路的距離。 雷擊桿塔的耐雷水平有哪些因素：U50％：50％沖擊閃絡電壓/K：電壓耦合系數/ β：分流系數/Rch：桿塔沖擊接地電阻/Lgt：桿塔等值電感/hd:導線懸掛的平均高度。
反擊：雷擊桿塔塔頂并在絕緣子串發(fā)生閃絡時，桿塔電位比導線電位高，稱為反擊。
繞擊率：裝設避雷線的線路，雷電仍有繞過避雷線擊于導線的可能性，其概率稱為繞擊率。
輸電線路防雷措施：架設避雷線/裝設管型避雷器/加強絕緣/降低桿塔絕緣電阻/架設耦合地線/采用消弧線圈接地方式/采用不平衡絕緣方式/裝設自動重合閘 變電所的變壓器和各設備距離避雷器的電氣距離皆應小于最大允許電氣距離1m。
進線段保護：對35~110KV無避雷器的線路，在靠近變電所的一段進線上必須架設避雷線，這段進線稱為進線保護段，其長度一般取1~3KM.對于全線有避雷線的線路，將變電所附近2KM長的一段進線列為進線保護段。
進線段保護的作用：進線段內發(fā)生繞擊、反擊的機會很小；進線段外落雷時，進線段導線本身阻抗限制了流經避雷器的雷電流；進線段外落雷時，進線段導線的沖擊電暈使入侵波陡度和幅值下降。變電所內設備距避雷器的最大允許電氣距離就是根據進線段外落雷的情況求得的。
直配電機的防雷保護措施：
1.發(fā)電機出線母線處裝設避雷器，
2.發(fā)電機母線裝設電容器，
3.進線段保護。
內部過電壓：在電力系統中，由于斷路器操作，故障或是其他原因，使系統參數發(fā)生變化，引起系統內部電磁能量的震蕩轉化或傳送所造成的電壓升高。 內部過電壓倍數Kn:內部過電壓幅值與系統最高運行相電壓幅值之比。
非線性諧振的產生條件：
1.電感和電容的兩條特性曲線有交點，
2.回路中損耗電阻小于臨界值。
操作過電壓：系統中操作或故障使其工作狀態(tài)發(fā)生變化時，會產生電磁能量震蕩的過渡過程，電感元件儲存的磁場會在某一瞬間轉換為電場能儲存于電容元件中，產生數倍于電源電壓的過渡過程過電壓，稱為操作過電壓。
常見的操作過電壓（限制措施）:間歇電弧接地過電壓(中性點直接接地，避免中性點偏移；中性點經消弧線圈接地，避免斷路器頻繁動作；若線路過長，可采用分網運行，減小接地電流)；空載變壓器分閘過電壓(采用加裝氧化鋅避雷器)；空載線路分閘過電壓(改善斷路器結構，提高介質滅弧能力，避免重燃；降低斷路器觸頭間恢復電壓，斷路器觸頭間并聯電阻，斷路器線路側接電磁式電壓互感器，斷路器線路側并聯電抗器)；空載線路合閘過電壓(降低工頻穩(wěn)態(tài)電壓；消除和削減線路殘余電壓；采用帶有合閘電阻的斷路器；同步合閘；采用性能良好的避雷器)；解列過電壓(采用加裝氧化鋅避雷器)。
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