现代电气工程基础七详解.ppt

第七章 高电压技术 高电压技术是电工学科的一个重要分支，它主要研究高电压、强电场下各种电气物理问题。 本章内容 高电压绝缘的基本理论(重点) 预防性绝缘诊断的基本方法 各种过电压产生的原因 及预防和消除措施(重点) 高电压技术研究的三个基本问题 高压电气绝缘 电绝缘诊断技术 电力系统过电压及其保护 在电气工程及自动化工程中具有较强的理论性、实践性的应用价值。 7.1 概 述 电介质的极化正常情况下，电介质呈中性，处于电场中时，其电荷质点顺电场方向产生位移的现象。 极化现象的特点： 1.电介质内部电荷总和仍为零 2.内电场与外电场方向相反 7.2 高电压绝缘的基本理论 7.2.1 电介质的极化、电导与损耗 相对介电常数： ε0---真空的介电常数 ε ---介质的介电常数 εr---介质的相对介电常数 A ---极板面积，cm2 d ---极间距离，cm 介质为真空时平行板电容： 由介质材料的性质决定的，表明极板间置入某种绝缘材料后电容量增大的倍数 εr是反映电介质极化特性的一个物理量 表9.1列出了常用电介质的εr值（20°C时） 可见，气体εr接近于1，液体和固体多在2～6之间 用于电容器的绝缘材料，显然希望选用εr大的电介质，因为这样可使单位电容的体积减小和重量减轻。 其他电气设备中往往希望选用εr较小的电介质，这是因为较大的εr往往和较大的电导率相联系，因而介质损耗也较大。 采用εr较小的绝缘材料作缆芯和外皮间，还可减小电缆的充电电流、提高套管的沿面放电电压等 极化现象的物理意义： 在高压电气设备中常常将几种绝缘材料组合在一起使用，这时应注意各种材料的εr值之间的配合，因为在工频交流电压和冲击电压下，串联的多层电介质中的电场强度分布与串联各层电介质的εr成反比(图9.2) 具此可以改善组合介质的电场分布，提高整体的耐电强度 电介质的电导 电导率表征电介质导电性能的主要物理量，其倒数为电阻率。 有损介质等值电路如上图所示，电介质中流过的是电容电流 ，吸收电流 和电导电流 。三个分量叠加在一起为总电流 介质的绝缘电阻 吸收比： 一般 时绝缘状况良好， 越小泄漏电流越大，绝缘受潮越严重 分别为加压15s和60s时对应的绝缘电阻 用来判定绝缘性能的优劣 分别为加压15s和60s时对应的泄漏电流 介质损耗 介质损耗：在电场作用下电介质中总有一定的能量损耗，包括由电导引起的损耗和某些有损极化引起的损耗，总称介质损耗。 流过电介质的电流 此时介质的功率损耗： 式中： —电源角频率； －功率因数角； －介质损耗角 判断介质的优劣 （损耗因数） 右图表示实验所得平板电极(均匀电场)气体中的电流I与所加电压的关系：即伏安特性。 7.2.2 气体放电规律 在曲线 段， 随 的提高而增大，这是由于电极空间的带电粒子向电极运动加速而导致复合数的减少所致。 当电压提高到 时，电流开始随电压的升高而增大，这是由于气隙中出现碰撞电离和电子崩。 当电压达到 时，电流剧增，气体击穿或放电,并伴有声、光、热、气味等现象 bc段—非自持放电 后，自持放电 由于均匀电场气隙的击穿电压 等于它的自持放电起始电压 ，均匀电场气隙的击穿电压满足下式： 上式所示规律在汤逊理论提出之前就由物理学家巴申从实验中得出，称为巴申定律。 上图所绘出的曲线，称为巴申曲线。 巴申曲线表明，改变极间距离d的同时，也相应改变气压p而使pd的乘积不变，则极间距离不等的气隙击穿电压却彼此相等。 由巴申曲线可知，当极间距离d不变时提高气压或降低气压到真空，都可以提高气隙的击穿电压，这一概念具有十分重要的实用意义 为了缩小电力设施的尺寸，总希望将气隙长度或绝缘距离尽可能取得小一些，为此就应采取措施来提高气体介质的电气强度。从实用角度出发，要提高气隙的击穿电压可以采用如下途径： 改进电极形状以改善电场分布 采用高气压 采用高电气强度气体 采用高真空 削弱电离的过程 图9.7为不同气压的空气和SF6气体、变压器油、高真空等的电气强度比较。从图上可以看出：2.8MPa的压缩空气具有很高的击穿电压 但采用高气压会对电气设备外壳的密封性和机械强度提出很高的要求，往往难以实现。如果用SF6来代替空