第二章 液体和固体电介质的绝缘特性

电子式极化:电介质中的带电质点在电场作用下沿电场方向作有限位移。

夹层式极化：由两层或多层不同材料组成的不均匀电介质，叫做夹层电介质。

电介质的电导:介质在电场作用下,使其内部联系较弱的带电粒子作有规律的运动形成电流，即泄漏电流.这种物理现象称为电导。

“吸收现象”:固体电介质在直流电压作用下，观察到电路中的电流从大到小随时间衰减,最终稳定于某一数值,称为“吸收现象”。

吸收电流:有损极化所对应的电流，即夹层极化和偶极子极化时的电流，它随时间而衰减。

泄漏电流:绝缘介质中少量离子定向移动所形成的电导电流,它不随时间而变化.

绝缘电阻:介质的电阻R=U/I是随时间而变化的。通常以到达稳定的泄漏电流的电阻作为介质的绝缘电阻。 介质损耗角正切tgδ? 衡量材料本身在电场损耗能量并转变为热能的一个宏观的物理参数称之为介质损耗角正切。

绝缘的老化：固体和液体介质在长期运行过程中会发生一些物理和化学变化，导致其机械和电气性能的劣化。

一、提高液体电介质击穿电压的措施

（1）过滤（2）防潮（3）脱气（4）覆盖层（5）绝缘层（6）屏障

二、2.固体电介质的击穿影响因素

(1).电压作用时间(2).电场均匀程度与介质厚度(3).电压种类(4).电压作用的累积效应(5).受潮

三、提高固体电介质击穿电压的措施

(1).改进制造工艺:尽可能清除介质中的杂质,可以通过精选材料、改善工艺、真空干燥、加强浸渍等方法。

(2).改进绝缘设计:尽可能使电场均匀

(3).改善运行条件:注意防潮、尘污，加强散热冷却

四、电介质绝缘老化的原因

(1)局部放电老化 (2)热老化 (3)机械力的作用 (4)环境的影响

五、为什么用介质损耗角的正切tgδ来表示介损

答：由于:

(1).P值与试验电压U的高低等因素有关;

(2).tgδ是与电压、频率、绝缘尺寸无关的量，而仅取决于电介质的损耗特性。

(3)tgδ可以用高压电桥等仪器直接测量.

所以表征介损用介质损失角的正切tgδ来表示，而不是用有功损耗P来表示.

第三章 电气设备绝缘试验

耐压试验(破坏性试验):试验所加电压等价于或高于设备运行中可能受到的各种电压.

一、西林电桥测量时的两种接线

正接线适用：体积小，重量轻

反接线适用：体积大，重量大，外壳接地

二、西林电桥测量时防止外界电磁场对电桥的干扰措施有哪些？

（1）加设屏蔽(消除电容的影响) （2）采用移相电源 （3）倒相法

三、西林电桥测量时注意事项有哪些

(1)电桥本体必须加以屏蔽

(2)被试品和标准无损电容器连到电桥本体的引线也要使用屏蔽导线

(3)电桥本体接地良好

(4)反接法时,三根引线处于高压,必须悬空

(5)能分开测的试品尽量分开测

(6)应保持试品表面干燥

(7)试品设备有绕阻时,应首尾短接起来

试验变压器得特点

电压等级比电力变压器更高、容量不大，仅单相；工作在电容性负荷下；允许发生短时短路；工作时间短；漏磁通较大；温度比较低、无散热要求；绝缘裕度小

工频高电压的测试方法有哪些

用静电电压表测量工频电压的有效值

用球隙进行测量工频电压的幅值

用电容分压器配用低压仪表

用电压互感器测量

.直流高压的获得有：半波整流回路，倍压整流回路，串接直流发生器。

直流耐压试验的特点：

1、直流下没有电容电流，要求电源容量很小，加上可以用串级的方法产生高压直流， 所试验设备可以做得比较轻巧，适合于现场预防性试验的要求；

2、在直流耐压试验时，可以同时测量泄漏电流，并根据其随电压变化的特性，判断绝缘状况，发现缺陷。

3、直流耐压实验比交流耐压实验更能发现电机端部的绝缘缺陷；

4、直流耐压试验对绝缘的损伤程度比交流耐压小。

5、由于直流电压作用下在绝缘内部的电压分布和交流电压作用下的电压分布不同，直流耐压试验对交流设备绝缘的考验不如交流耐压试验接近实际运行情况。

6、直流耐压试验时，试验电压值的选择是一个重要的问题。

直流高压的测量

(1)用电压电阻串联微安表或高值电压分压器。

(2)(2)用高压静电电压表测量直流高压的平均值

(3)用球----球间隙测量直流高压的峰值

冲击电压发生器的基本原理：冲击电压发生器由一组并联的储能高压电容器，自直流高压源充电几十秒钟后，通过铜球突然经电阻串联放电，在试品上形成陡峭上升前沿的冲击电压波形。冲击波持续时间以微秒计，电压峰值一般为几十kV至几MV

冲击电压的测量方法有哪些

（1）测量球隙（2）分压器—峰值电压表（3）分压器—示波器

对在线监测系统的基本要求

1、监测系统应具有较强的抗干扰能力。

2、监测系统应具有较强的对环境变化的耐受性。

3 、监测系统不应影响一次设备的正常运行。

4、监测系统的寿命应长于被监测设备的预期寿命。

第四章 线路和绕组的波过程

称冲击电晕 当线路受到雷击或出现操作过电压时，若导线上的冲击电压幅值超过起始电晕电压时，则在导线上发生电晕，称冲击电晕。

2.电晕对导线上波过程的影响

(1).使导线的耦合系数增大：当导线上出现电晕以后，相当于增大了导线的半径，因而与其他导线间的耦合系数增大了

(2).使导线的波阻抗和波速减小：出现电晕后导线对地电容增大，导线的波阻抗和波速将下降。

(3).使波在传播过程中幅值衰减，波形畸变

三相绕组中的波过程

(1).中性点接地的星形接线

当变压器高压绕组是中性点接地的星形接线时，都可看作与单相绕组的波过程相同。

(2).中性点不接地的星形接线

当冲击电压波单相入侵时，因为绕组对冲击波的阻抗远大于线路波阻抗，故可认为在冲击波作用下另外两相绕组的端点是接地的。

(3).三角形接线

三角形接线的三相变压器，当冲击电压波沿单相入侵时，同样因为绕组对冲击波的阻抗远大于线路波阻抗，故其它两相两端点相当于接地。

冲击电压在绕组间的传递

当单击电压开始回到一次绕组时，因电感中电流不能突变，一、二次绕组向低压绕组传播的途径有两个：一个是通过静电感应的途径；另一个是通过电磁感应的途径。

第六章 输电线路的防雷保护

雷击架空线路的四种可能

1塔顶及塔顶附近避雷线 ,2档距中央的避雷线, 3导线, 4线路附近地面

雷过电压的种类

1 直击雷过电压 ,2 感应雷过电压

雷击输电线路的后果

1短路接地故障, 2 雷电波侵入变电所，破坏设备绝缘，造成停电事故

衡量输电线路防雷性能的两个指标：

1 耐雷水平, 2 雷击跳闸率

感应过电压的两个主要组成部分

1 静电分量 2 电磁分量

线路雷电事故的形成过程

1 雷电流过电压作用下，线路绝缘发生闪络；

2 冲击闪络转变为稳定的工频电弧，引起跳闸。

输电线路的防雷措施

1.架设避雷线

作用： 防止雷直击于导线；

对雷电流有分流作用，使塔顶电位下降；

对导线有耦合作用，降低雷击杆塔时绝缘子串 上电压；

对导线有屏蔽作用，可降低导线上感应电压

2、降低杆塔接地电阻

土壤电阻率低的地区，应充分利用铁塔、钢筋混凝土杆的自然接地电阻

土壤电阻率高的地区，可采用多根放射形接地体或连续伸长接地体以及垂直接地电极等措施

3、架设耦合地线： 在降低杆塔接地电阻有困难时，在导线下方架设一条接地线。它具有分流作用，又加强了避雷线对导线的耦合。运行经验表明，该措施可降低雷击跳闸率50％左右

4、采用不平衡绝缘方式：针对同杆并架双回线路，一回普通绝缘，一回加强绝缘

5、采用消弧线圈接地方式：适用110kV及以下电压等级电网，可使大多数雷击单相闪络接地故障被消弧线圈消除，不至发展为持续工频电弧。我国的运行经验表明，该措施可使雷击跳闸率降低1/3左右

6、装设自动重合闸装置：我国110kV及以上线路重合闸成功率达75～95％

7、加强绝缘：对个别大跨越、高杆塔，落雷机会多等情况，可增加绝缘子片数

8、安装线路避雷器

第七章 发电厂和变电所的防雷保护

发电厂、变电所遭受雷害的两个方面：

一是雷直击于发电厂、变电所

二是雷击输电线后产生的雷电波侵入发电厂、变电所

反击 避雷针与被保护的配电构架或设备之间空气间隙被击穿

发电厂、变电所的直击雷保护

1.独立避雷针

2.构架避雷针：适用110kv及以上变电所

构架避雷针注意事项

1为确保主变压器的绝缘免受反击的威胁，要求在装置避雷针的构架附近埋设辅助集中接地装置，且避雷针与主接地网的地下连接点到变压器接地线到主接地网的地下连接点，沿接地体的距离不得小于15米； 2 .在变压器的门型构架上，不允许装避雷针

变电所的进线段保护保护目的

为使变电所内避雷器能可靠地保护电气设备，限制流经避雷器的电流幅值不超过5kA、限制侵入波陡度α不超过一定的允许值

直配电机的防雷措施

(1).避雷器保护 降低侵入波幅值

(2).电容器保护 限制侵入波陡度α和降低感应雷过电压

(3).电缆段保护（进线段保护）限制流经FCD型避雷器中的雷电流使之小于3kA

(4).电抗器保护 在雷电波侵入时抬高首端冲击电压，使安装在电缆首端的避雷器放电

第八章 电力系统的工频过电压

内部过电压的定义 电力系统中由于断路器操作、故障发生及消失或其它原因，使系统参数发生变化，引起电网内部电磁能量转化或传递所造成的电压升高

内部过电压的特点

1过电压的能量来源于系统本身，其幅值与系统标称电压成正比，用Kn表征过电压的高低

2影响因数有系统结构、中性点运行方式、元件的性能参数、故障性质及操作过程等

3系统参数变化的原因是多种多样的，因此内部过电压的幅值、振荡频率、持续时间不相同

内部过电压的分类

1 操作过电压 因操作或故障引起的暂态电压升高

2 暂时过电压 暂态电压后出现的持续时间较长的工频电压升高或谐振现象，过电压具有稳态性质

3 工频过电压 在正常或故障时出现幅值超过最大工作相电压、频率为工频或接近工频的电压升高，或称工频电压升高

4谐振过电压 由于操作或故障使系统电感元件与电容元件参数匹配时，发生谐振，产生过电压

工频过电压 在正常或故障时，电力系统中所出现的幅值超过最大工作相电压、频率为工频（50Hz）的过电压称为工频过电压

工频过电压的分类

1 空载长线路的电容效应 当首端的输入阻抗为容性，计及电源内阻抗的影响(感性)时，不仅使线路末端电压高于首端，而且使线路首、末端电压高于电源电动势

2 不对称接地故障 以单相接地故障最为常见，且引起的工频电压升高也最严重

3 负荷突变 断路器跳闸前输送负荷的大小、空载长线路的电容效应、发电机励磁系统及电压调整器的特性、原动机调速器及制动设备的惰性

工频过电压特点

（1)它的大小会直接影响操作过电压的实际幅值

（2）它的大小会影响保护电器的工作条件和保护效果

（3）持续时间长，对设备绝缘及其运行性能有重大影响

分析结论

（1）工频过电压就其过电压倍数的大小来讲，对系统中正常绝缘的电气设备一般不够成危险

（2）对于超高压系统，决定电气设备的绝缘水平将起愈来愈大的作用

讨论工频过电压的意义

1 直接影响操作过电压的幅值

2 持续时间长的工频电压升高仍可能危及设备的安全运行（油纸绝缘局放、绝缘子污闪、电晕等）

3 在超高压系统中，为降低电气设备绝缘水平，不但要对工频电压升高的数值予以限制，对持续时间也给予规定 母线侧1.3p.u. 线路侧1.4p.u. 500kV空载变压器1.3p.u.允许持续1min

500kV并联电抗器1.4p.u.允许持续1min

4决定避雷器额定电压（灭弧电压）的重要依据

3、6、l0kV系统 工频电压升高可达系统最高运行线电压的1.1倍，避雷器额定电压规定为系统最高运行线电压的1.1倍，称为110％避雷器

35~60kV系统，工频电压升高可达系统最高运行线电压，避雷器额定电压规定为系统最高运行电压的100％，称为100％避雷器

110、220kV系统，工频电压升高可达系统最高电压的0.8倍，避雷器额定电压按系统最高电压的80％确定，称为80％避雷器

330kV及以上系统，输送距离较长，计及长线路的电容效应时，线路末端工频电压升高可能超过系统最高电压的80％，则根据安装位置的不同分为：电站型避雷器（即80％避雷器）及线路型避雷器（即90％避雷器）两种

空载线路的电容效应线路末端电压最高

线路长度L越长，末端电压升得越高。但由于受线路电阻和电晕损耗的限制，一般不会超过2.9倍

工频电压及其影响因素

1 与电源容量有关，电源容量越小工频电压升高越严重

2 通过补偿电容电流，可削弱电容效应以降低工频过电压,加装并联电抗器

第九章 操作过电压

操作过电压一般特征

1、持续时间比较短 2、其幅值与系统相电压幅值有一定倍数关系 3、其幅值与系统的各种因素有关，有强烈的统计性 4、依据系统的电压等级不同，显示重要性也不同 5、在超高压系统中，它是决定系统绝缘水平依据之一

间隙电弧接地过电压

产生原因 在中性点不接地系统中，当一相发生故障时，故障点的电弧熄灭和重燃（称之为间隙性电弧）引起电磁暂态的振荡过渡过程而引起的过电压。（称之为间隙电弧接地过电压）

影响因素 ( 1 )电弧熄灭与重燃时的相位（2）系统的相关参数 （3）中性点接地方式

限制措施 中性点安装消弧线圈 当故障相接地，非故障相电流应包括原先通过的电容电流加上流过消弧线圈上电流，两者相位反向，使接地点电流（称经消弧线圈补偿后的残流）减少到足够少，使接地电弧很快熄灭且不易重燃

消弧线圈的补偿度 是消弧线圈电感电流补偿系统对地电容电流的百分数

有三种运行状态：欠补偿 全补偿 过补偿

空载线路分闸过电压

产生原因 在切除空载线路时，断路器触头间的电弧重燃

影响因素 （1）断路器的性能 （2）母线出线数 （3）线路负载及电磁式电压互感器 （4）中性点接地方式 限制措施 （1）提高断路器灭弧性能 （2）采用带并联电阻的断路器

空载线路合闸过电压

产生原因 在计划性合闸或自动重合闸时，由于系统中储能元件存在，状态的改变将引起振荡型的过渡过程。 产生的物理过程 （1）计划性合闸 （2）自动重合闸

影响因素 （1）合闸相位 （2）线路残余电压的大小与极性

限制措施 （1）采用带并联电阻的断路器 (2) 消除和削弱线路残余电压 （3）同步合闸 （4）安装避雷器

切除空载变压器过电压

产生原因 空载变压器切除前流过空载变压器的电流很小，当断路器在切除相对很小的空载励磁电流时，使空载电流未到零之前就发生熄弧（称为空载电流的突然“截断”），由于这一“载断”，使载断前的磁场能量全部转变为电场能量，从而产生空载变压器过电压

物理过程 可用能量守恒原理分析

影响因素 1 与空载电流截断值以及变压器自振频率有关 2与断路器灭弧性能有关

3 与变压器引线电容大小有关

限压措施 主要采用阀型避雷器

第十章 铁磁谐振过电压

谐振过电压

定义 具有电感电容等元件的电力系统可以构成一系列不同自振频率的振荡回路，当系统进行操作或发生故障时，某些振荡回路就有可能与外加电源发生谐振现象，导致系统中某些部分(或设备)上出现过电压，这就是谐振过电压。

特点 1 谐振是一种周期性或准周期性的运行状态，直到破坏谐振的条件出现

2 谐振过电压的严重性既取决于它的幅值，也取决于它的持续时间

3谐振过电压危及电气设备的绝缘持续的过电流烧毁小容量的电感元件;

4还影响保护装置的工作条件，如避雷器的灭弧条件

5系统中的有功负荷是阻尼振荡和限制谐振过电压的有利因素

6对应三种电感参数，在一定的电容参数和其他条件的配合下，可能产生三种不同性质的谐振现象 分类 1线性电感 线性谐振 2参数谐振 铁磁谐振 3周期性变化的电感 非线性电感

线性谐振 谐振回路由不带铁芯的电感元件（如输电线路的电感、变压器的漏感）或励磁特性接近线性的带铁芯的电感元件（如消弧线圈，其铁芯中有气隙）和系统中的电容元件所组成。在正弦电源作用下，系统自振频率与电源频率相等或接近时，可能产生线性谐振

非线性谐振（铁磁谐振） 谐振回路由带铁芯的电感元件（如空载变压器、电压互感器）和系统的电容元件组成。因为铁芯电感元件的饱和现象，使回路的电感参数是非线性的，在满足一定谐振条件时，会产生铁磁谐振

C?

非线性谐振主要特点 （1）对于一定的 L0 值当 1?L2

0 都可能产生铁磁谐振

（2）谐振一旦激发，将发生相位反倾现象，并产生过电压和过电流

（3）铁芯的饱和会限制过电压的幅值

几种常见的谐振过电压

1、传递过电压 1) 当系统中发生不对称接地故障或断路器不同期操作时，可能出现明显的零序工频电压，通过静电和电磁耦合在相邻输电线路之间或变压器绕组之间产生工频传递现象

2)若与接在电源中性点的消弧线圈或电压互感器等铁磁元件组成谐振回路，还可能产生线性谐振或铁磁谐振传递过电压

发生于中性点绝缘或经稍弧线圈接地的电网中 通过静电耦合和电磁耦合，在变压器的不同绕组之间或相邻的输电线路之间发生电压的传递 耦合回路在不利参数配合下将出现线性或铁磁谐振过电压

2、断线引起的铁磁谐振过电压

断线后非全相运行，可能组成多种串联谐振回路，回路中的电感可以是电网中空载或轻载运行的负载变压器的励磁电感以及消弧线圈的电感，回路中的电容可以是导线对地和相间的部分电容，电感线圈对地杂散电容

3、电磁式电压互感器饱和引起的谐振过电压 电网出现某些扰动，如电压互感器的突然合闸、瞬间单相弧光接地使健全相电压突升至线电压、故障相接地消失时可能有电压的突然上升，在这些暂态中的涌流使电压互感器三相电感饱和，且饱和程度不同，电网三相对地阻抗明显不同，此时与设备电容或对地电容构成谐振回路，可能激发起各种谐波谐振

限制断线过电压措施：(1)保证断路器的三相同期动作，不采用熔断器 (2)加强线路的巡视和检修，预防发生断线 (3)断路器操作后有异常情况，可立即复原，并进行检查 (4)在中性点接地电网中，操作中性点不接地的负载变压器时，应将变压器中性点临时接地。

参数谐振 谐振回路由电感参数作周期性变化的电感元件（如凸极发电机的同步电抗在Xd~Xq的周期性变化）和系统的电容元件（如空载长线）组成回路，当参数配合时，通过电感的周期变化，不断向谐振系统输送能量，将会造成参数谐振过电压

第十一章电 力系统的绝缘配合

绝缘配合 根据设备在电力系统中可能承受的各种电压，并考虑过电压的限制措施和设备的绝缘耐受强度，把作用于电气设备上的各种电压所引起的绝缘损坏降低到经济上和运行上所能接受的水平

设备绝缘水平 指该设备可以承受（不发生闪络、击穿或其他损坏）的试验电压标准 它是由长期最大工作电压、大气过电压、内过电压三因素中最严格的一个来决定

设备绝缘水平决定

220kv及以下系统：主要由大气过电压来决定 一般用1min工频耐压试验代替雷电冲击和操作冲击耐压试验 超高压系统： 虽然内过电压成为主要矛盾，但通过内过电压保护措施已限制到一定水平，所以仍由大气过电压来决定 对超高压电气设备规定了操作波试验电压

线路绝缘水平的确定 主要确定线路绝缘子串的长度和确定线间及导线与杆塔之间的空气间隙

BIL电气设备绝缘耐受大气过电压(即雷电冲击电压)的能力称为电气设备的基本冲击绝缘水平(BIL)

SIL电气设备绝缘耐受操作过电压(即操作冲击电压)的能力称为电气设备的操作冲击绝缘水平(SIL)