第 1 章 气体放点的物理过程

1.电离是指电子脱离原子的束缚而形成自由电子、正离子的过程．电离是需要能量的，所需 能量称为电离能 Wi(用电子伏 eV 表示，也可用电离电位 Ui=Wi/e 表示)

2.根据外界给予原子或分子的能量形式的不同，电离方式可分为热电离、光电离、碰撞电离 （最重要）和分级电离。

3.阴极表面的电子溢出：

（1）正离子撞击阴极：正离子位能大于 2 倍金属表面逸出功。

（2）光电子发射：用能量大于金属逸出功的光照射阴极板。光子的能量大于金属逸出功。

（3）强场发射：阴极表面场强达到 106V/cm（高真空中决定性）

（4）热电子发射：阴极高温

4.气体中负离子的形成：

电子与气体分子或原子碰撞时，也有可能发生电子附着过程而形成负离子，并释放出能量（电 子亲合能）。电子亲合能的大小可用来衡量原子捕获一个电子的难易，越大则越易形成负离 子。

负离子的形成使自由电子数减少，因而对放电发展起抑制作用。SF6气体含 F，其分子俘获 电子的能力很强，属强电负性气体，因而具有很高的电气强度。

5.带点质点的消失：

（1）带电质点的扩散：带电质点从浓度较大的区域向浓度较小的区域的移动，使带电质点 浓度变得均匀。电子的热运动速度高、自由行程大，所以其扩散比离子的扩散快得多。

（2）带电质点的复合：带异号电荷的质点相遇，发生电荷的传递和中和而还原为中性质点 的过程，称为复合。带电质点复合时会以光辐射的形式将电离时获得的能量释放出来，这种 光辐射在一定条件下能导致间隙中其他中性原子或分子的电离。

6.气体间隙中电流与外施电压的关系：

第一阶段：电流随外施电压的提高而增大，因为带

电质点向电极运动的速度加快复合率减小

第二阶段：电流饱和，带电质点全部进入电极，电

流仅取决于外电离因素的强弱（良好的绝缘状态）

第三阶段：电流开始增大，由于电子碰撞电离引起

的电子崩

第四阶段自持放电：电流急剧上升放电过程进入了一个新的阶段（击穿）

外施电压小于 U0时的放电是非自持放电。

电压到达 U0后，电流剧增，间隙中电离过程只靠外施电压已能维持，不再需要外电离因素。 自持放电

7.

电子碰撞电离系数α：代表一个电子沿电力线方向行经1cm时平均发生的碰撞电离次数。

8. 自持放电的条件：必须在气隙内初始电子崩消失之前产生新的电子（二次电子）来取代 外电离因素产生的初始电子；实验表明：二次电子的产生与气压气隙长度的乘积（pd）有关: Pd 较小，自持放电可由汤逊理论(和巴申定律) 解释; Pd 较大，自持放电可由流注理论解释。 汤逊理论认为二次电子的来源是正离子碰撞阴极表面发生的电子逸出。 ad ≈ ln

pd 值较大时，放电也是从电子崩开始的，但当电子崩发展到一定阶段后，会产生电离特强、 发展速度更快的空间的光电离，形成流注（等离子体）。流注的发展速度比电子崩的快一个 数量级，且出现曲折分支。

流注理论认为，二次电子的主要来源是空间的光电离。一旦出现流注，放电就可以由空间光 电离

空间光

电离自持维持；若电场均匀，间隙将被击穿。ad = ln

流注理论可以解释汤逊理论无法说明的 pd 值大时的放电现象。两种理论各适用于一定条件 的放电过程，不能用一种理论取代另一种理论。两种理论的自持放电条件具有完全相同的形 式，但两者维持放电的过程不同。（书上的这一段话要好好看，三种现象以后好像考研面试 有用）

9.稍不均匀电场中放电的特点与均匀电场中相似，在间隙击穿千看不到有什么放电的迹象， 极不均匀电场中放电则不同，当所加电压达到某一临界值时，曲率半径较小的电极附近空间 的电场强度首先达到了起始场强 E0，在这个局部区域出现蓝紫色的晕光，并伴随有“滋滋” 声、电磁辐射和能量损耗。这种仅仅发生在强场区的电晕放电是一种自持放电。

10.电场不均匀系数：f =

/

，即间隙中最大场强与平均场强的比值。通常 f<2 时为

稍不均匀电场，f>4 时为极不均匀电场。

11.

极不均匀电场间隙中自持放电条件即是电晕起始的条件。

在

12. 在极不均匀电场中，放电一定从曲率半径较小的那个电极表面开始，与该电极极性无 关。但后来的发展过程、气隙的电气强度、击穿电压等都与该电极的极性有密切的关系。极 不均匀电场中的放电存在着明显的极性效应。同一间隙在不同电压极性下的电晕起始电压不 同，击穿电压也不同，这就是放电的极性效应。

13. 正极性(棒)电晕放电

棒极带正电位时，电子崩头部的电子到达棒极后即被中和，

棒极附近空间留下许多正离子。

这些正离子虽朝板极移动，但速度很慢而暂留在棒极附近。

这些正空间电荷削弱了棒极附近的电场强度，而加强了正离

子群外部空间的电场。

第 3 章 气体间隙的击穿场强

1.均匀电场中的击穿：（特点）

1）均匀电场中电极布置对称，击穿无极性效应；

2）均匀场间隙中各处电场强度 U 相等，击穿所需时间极短，直流击穿电压、工频击穿电压 峰值、50%冲击击穿电压相同；

3）击穿电压的分散性很小。

间距 1－10cm 均匀电场击穿场强为 30kV/cm。

2.冲击电压的标准波形：（这个图

很重要，各点的意义要知道）

雷电冲击电压与系统电压无关。

避雷器动作后，作用在系统上的

为避雷器的残压。

标准雷电波的波形：

=1.2μs±

30％，

=50μs±20 ％

对于不同极性:

+1.2/50μs 或‐1.2/50μs

操作冲击波的波形：

/

=250( ±20 ％) / 2500( ±60％) μs

3.放电时延（要理解）：要使气体间隙击穿，除了足够场强、引起电子崩并导致流注的有效 电子外，气隙击穿还需要一定的时间，让放电得以逐步发展并完成击穿。

4. 50％击穿电压：多次施加电压时有半数会导致击穿的电压值

低概率击穿电压：

=

‐ 3ζ

5.冲击系数：同一间隙 50％冲击击穿电压

与稳态击穿电压

之比，称为击穿系数 β。

均匀和稍不均匀电场：β≈1 放电时延短，分散性小；极不均匀电场：β>1 放电时延长，击

穿常一般发生在波尾。

6. 伏－秒特性：在同一冲击电压波形下，击穿电压值与放电时延（或电压作用时间）有关 的特性。50%击穿电压只是 50%伏‐秒特性曲线上的一个点，即在冲击全波作用下的 50%击穿

电压。

7.大气密度和湿度对击穿的影响：

在极不均匀电场中，空气中的水分（湿度增大）能使间隙的击穿电压有所提高。 随着海拔高度增加，外绝缘的放电电压将下降。

8.

是理想的气体绝缘介质和灭弧介质，在均匀电场中

气体的绝缘强度约为空气的 2.5

倍，其灭弧能力是空气的 100 以上。 （设备的几种要记住）

气体的液化温度较低，一般可满足工程实际的应用，如 0.75MPa（7 个大气压，作为断 路器的绝缘）的液化温度是 －25℃，0.45MPa（4 个大气压，作为 GIS 绝缘）的液化温度不

高于－40℃。

气体的应用可大大降低设备尺寸，与空气介质相比，500kV 的 GIS 是敞开式的 1/50。 气体广泛应用于高压断路器、GIS、充气管道电缆，充

气体的变压器和开关柜也在发展中。

只有在均匀电场和稍不均匀电场，

气体才能发挥其优异的绝缘性能，因而一般应用

气

体做绝缘时，应尽量保证其电场的均匀性。此外，

气体中水含量的增加，将会大大降低

其绝缘性能，因而使用中应定期检测其微水含量。

气体价格高，温室效应相当于

的 23900 倍，且

气体不会自然分解，在大气中寿

命长达 3200 年。

气体在极不均匀电场中击穿的异常现象：一是击穿电压随气压的变化出现驼峰现象；二 是在驼峰气压范围内，雷击冲击击穿电压明显低于稳态击穿电压。

9.提高气隙击穿电压的措施：

改善电场分布的措施：改善电极形状；利用空间电荷对原电场的畸变作用；极不均匀电场中 屏蔽的采用。

削弱电离过程的措施：高气压的采用；强电负性气体的应用；高真空的采用。

第 2 章 气体中沿固体绝缘表面的放电

1

沿

.

1

沿

.

2. 沿面放电：均匀电场中固体介质的引入并不影响电极间的电场分布，但放电总是发生在 界面，且闪络电压比空气间隙的击穿电压要低得多。说明电场畸变严重。（特点） 面闪络：指沿气体介质与固体介质交界面上发展的放电现象。

1）沿面闪络电压与固体绝缘材料特性有关

2）固体介质与电极接触紧密程度对闪络电压有影响

3）介质表面粗糙，也会使电场分布畸变，从而使闪络

电压降低

）介质表面粗糙，也会使电场分布畸变，从而使闪络

电压降低

4）上述影响因素在高气压时表现得更为明显

3.具有强垂直分量时的沿面放电：（电晕放电—细线状

辉光放电

细线状

辉光放电—滑闪放电—闪络）

随着外施电压升高，首先在接地法兰处出现电晕放电形

成的光环，这是因为该处的电场强度最高。随着电压的

升高，放电区逐渐形成由许多平行的火花细长线组成的光带。当外施电压超过某一临界值 后，放电性质发生变化，个别细线开始迅速增长，转变为树枝状有分叉的明亮的火花通道， 称为滑闪放电。滑闪放电通道中电流密度较大，压降较小，其伏

随着外施电压升高，首先在接地法兰处出现电晕放电形

成的光环，这是因为该处的电场强度最高。随着电压的

升高，放电区逐渐形成由许多平行的火花细长线组成的光带。当外施电压超过某一临界值 后，放电性质发生变化，个别细线开始迅速增长，转变为树枝状有分叉的明亮的火花通道， 称为滑闪放电。滑闪放电通道中电流密度较大，压降较小，其伏—秒特性具有下降特性， 故滑闪放电是以介质表面放电通道中发生了热电离为特征的。

秒特性具有下降特性，

故滑闪放电是以介质表面放电通道中发生了热电离为特征的。

4. 要提高套管的电晕起始电压和滑闪放电电压可以采取：一减小比电容：增大固体介质 厚度，加大法兰处外套管的外径，采用瓷

要提高套管的电晕起始电压和滑闪放电电压可以采取：一减小比电容：增大固体介质

厚度，加大法兰处外套管的外径，采用瓷‐油绝缘代替纯瓷介质；二减小绝缘表面电阻：套

管附近靠近法兰处涂半导体釉。

油绝缘代替纯瓷介质；二减小绝缘表面电阻：套

管附近靠近法兰处涂半导体釉。

5.湿闪络路径：

1）沿湿表面 AB 和干表面 BCA’发展,绝缘子湿闪电压为干闪时

的

绝缘子湿闪电压为干闪时

的 40～50％。

2）沿湿表面 AB 和空气间隙 BA’发展，绝缘子湿闪电压不会

下降很多。

’发展，绝缘子湿闪电压不会

下降很多。

3）沿湿表面 AB 和水流 BB’发展，湿闪电压降低到很低的数

值。

’发展，湿闪电压降低到很低的数

值。

6. 污闪： 户外绝缘子常会受到工业污秽或自然界盐碱、飞尘

等污染。干燥情况下，对闪络电压没多大影响。但当绝缘子表

面污层被湿润，其表面电导剧增使绝缘子泄漏电流急剧增加。

绝缘子的闪络电压（污闪电压）大大降低，甚至有可能在工作电压下发生闪络。 户外绝缘子常会受到工业污秽或自然界盐碱、飞尘

等污染。干燥情况下，对闪络电压没多大影响。但当绝缘子表

面污层被湿润，其表面电导剧增使绝缘子泄漏电流急剧增加。

绝缘子的闪络电压（污闪电压）大大降低，甚至有可能在工作电压下发生闪络。

7. 污 闪 的 发 展 过 程 （ 施 加 恒 定 的 工 频 电 压 ， 使 污 层 受 潮 ）： （a） 污层刚受潮时，介质表面有明显的泄漏电流流过，电压分布是较均匀；

（b） 出现高电阻的“干燥带”，使污层的泄漏电流减小，并在干燥带形成很大的电压降； （a） 污层刚受潮时，介质表面有明显的泄漏电流流过，电压分布是较均匀；

（b） 出现高电阻的“干燥带”，使污层的泄漏电流减小，并在干燥带形成很大的电压降； （c） 当干燥带的电位梯度超过沿面闪络场强时，干燥带发生放电，放电具有电弧特性， 这就是出现局部电弧的阶段；

（d） 局部电弧发展成为闪络。（爬电）

（c） 当干燥带的电位梯度超过沿面闪络场强时，干燥带发生放电，放电具有电弧特性， 这就是出现局部电弧的阶段；

（d） 局部电弧发展成为闪络。（爬电）

8.影响污闪电压的因素：污秽的性质和污染程度；湿润的方式；泄露距离；外施电压的形式。

9. 污秽等值附盐密度（mg/

）：与绝缘子表面单位面积上污秽物导电性相当的等值盐

(NaCl)量。同时表征污秽性质及污秽量，以描述的污秽严重程度。

10.等值附灰密度（mg/

）: 与绝缘子表面单位面积上污秽物中不容于水的惰性物质的含

量。

与绝缘子表面单位面积上污秽物中不容于水的惰性物质的含

量。

11. 单位泄漏距离 （泄漏比距或爬电比距）：绝缘子每千伏额定线电压的平均泄漏距离， cm/kV。（表 4‐1 要认真看一下）

12.防止污闪的措施：

1）定期或不定期的清扫；

2）防污闪涂料进行表面处理；

3）加强绝缘和采用耐污绝缘子；

4）使用其他材质的绝缘子。

第 3 章 液体和固体介质的电气特性

电气特性的四个参数

1.电介质极化的形式：电子式、离子式、偶极式、夹层极化。

2. 电介质的能量损耗简称介质损耗（P = Qtanδ =

），包括由电导引起的损耗和

由极化引起的损耗。（直流电压作用下无极化损耗，电阻率（或电导率）即可反映其损耗的 大小）。

3. 纯净的液体介质的电击穿理论：击穿过程与气体击穿的过程很相似：碰撞电离、电子崩， 导致液体介质击穿。由于液体密度比气体密度大得多，电子的平均自由行程很小，其击穿场 强高（很小的均匀场间隙中可达到 1MV/cm）。

4. 含气纯净液体介质的气泡击穿理论。气泡与液体介质串连，在交流电压下，其电场强度 的分布与介质的εr 成反比。气泡εr 最小，且其电气强度又比液体介质低很多，气泡先发 生电离。气泡电离后温度上升、体积膨胀、密度减小，电离发展。电离使油分解出气体，气 体通道扩大。气泡在电场中排列成气体小桥，击穿。

5. 工程用的液体介质的小桥击穿理论：工程液体介质的击穿是由液体中的气泡或杂质等引 起的，水和纤维的εr 很大，易沿电场方向极化定向，并排列成杂质小桥。即气泡或杂质在 电场作用下在电极间排成“小桥”，引起击穿，即“小桥理论”。

6.影响液体介质击穿的因素：杂质、温度、油体积、电压形式。

油的击穿场强随间隙中油体积的增加而明显下降，这是因为间隙中缺陷（即杂质）出现的概 率随油体积的增加而增大的缘故。

7.减小杂质影响的措施：过滤、防潮、祛气、用固体介质减小油中杂质的影响。

8.固体介质击穿的形式：电击穿、热击穿、电化学击穿。

电击穿：

固体介质电击穿与气体相似，碰撞电离形成

电子崩，当电子崩足够强时破坏介质晶格结

构导致击穿。击穿场强高达 105～106kV/m。

体积效应：加大式样的面积或体积，使材料

弱点出现的概率增大，会使击穿场强降低。

累积效应：不均匀电场中，在幅值不很高的

过电压、特别是雷电冲击电压作用下，固体

介质内部可能出现局部损伤，留下局部碳化、

烧焦或裂缝等痕迹。固体介质为非自恢复绝缘。则多次作用下部分损伤会扩大而导致击穿。 热击穿：

绝缘介质在电场作用下，电导电流和介质极化引起介质损耗，使介质发热。如果介质中产生 的热量总是大于散热，则温度不断上升，造成材料的热破坏而导致击穿。

特点：

1）击穿所需时间较长，常常需要几个小时，即使在提高试验电压时也常需要好几分钟。

2）直流电压作用下，正常未受潮绝缘很少发生热击穿。

电化学击穿：

对绝缘施加电压几个月甚至几年后，击穿场强仍在下降，这是由于介质长期加电压引起介质 劣化。绝缘劣化的主要原因往往是介质内气隙的局部放电造成的。

介质中可长期存在局部放电而并不击穿。局部放电产生的活性气体如 O3，NO，NO2等对介

质将产生氧化和腐蚀作用，此外由于带电粒子对介质表面的撞击，也会使介质受到机械的损 伤和局部的过热

机械的损

伤和局部的过热，导致介质的劣化。

理解局部放电的过程及

其等效电路和发生局部

放电时气隙上的电压变

化图。

9.介质中气隙两端的电压变化与气隙电容的乘积为气隙局部放电的真实放电量；气隙放电时 试品上的电压变化与试品电容的乘积为局部放电的视在放电量。进行局部放电测量的是视在 放电量。

10. 电气设备的绝缘在运行中，受到各种因素的长期作用，会发生一系列不可逆的变化， 导致其物理、化学、电和机械等性能的劣化，如机械强度降低，介质损耗及电导增大。将这 种现象称为绝缘老化。

11. 绝缘老化的原因很多，主要有热的作用、电的作用、机械的作用以及水分、氧化、射 线及微生物的作用。

第 4 章 电气设备绝缘的预防性试验

1. 电气设备绝缘缺陷的分类：

a.

集中性缺陷（例如悬式绝缘子的瓷质开裂；发电机绝缘局部磨损、挤压破裂；电缆绝缘 逐渐损坏等）

b. 分布式缺陷（电气设备整体绝缘性能下降，如电机、变压器、套管中有机绝缘材料的受 潮、老化、变质）

2. 预防性试验方法的分类：

a. 破坏性试验（耐压试验）。能揭露危险性大的集中性缺陷

b. 非破坏性试验（在较低的电压下或用其它不会损伤绝缘的办法来测量绝缘的各种特性， 从而判断绝缘的内部缺陷）

3.吸收现象：

阴影部分面积为绝缘在充电过程中逐渐“吸收”的电荷。

“吸收现象” 对应的电流称为吸收电流 Ia。由介质中

偶极子逐渐转向，并沿电场方向排列而产生的。

当绝缘受潮或有缺陷时，电流的吸收现象不明显，总电

流随时间下降较缓慢。根据其变化，可初步判断绝缘的

状况。

：

=

/

4.吸收比

=/

，

为加压 15s 时的电流和对应的绝缘电阻；? ?

其中，

如果绝缘状况良好，则吸收现象明显，吸收比值远大于 1(一般取 1.3)，如果受潮严重，由于

大增，

迅速衰减，

值接近于 1。

5.

测量绝缘电阻时，其值是不断变化的；稳态时，等

所加电压 60s（稳态）后测得的数值为绝缘电阻值。

6. 绝缘电阻和吸收比是反映绝缘性能的最基本的指标之

于两层介质绝缘电阻的串联值。规定

一，通常用兆欧表（俗称摇表）进

阻

坏或弱点。

应注意的事项：电压的稳定性；测量仪表的保护；杂散电流造成的误差；

功率损耗 P 与介质损耗角正切值成正比，反映的是电介

行。规定所加电压 60s 后测得的数值为试品的绝缘电

7. 泄漏电流指外加直流电压时绝缘上流过的电流

泄

电流的测量不仅可反映绝缘电阻大小，还可反映兆欧表所不能反映的绝缘损

漏

泄漏电流的测量除关注电流值之外，还特别关注电流随外加电压变化的曲线。

8.

测量泄漏电流

被试品的接地。

9. 介质损失角正切 tgδ （重要）： 交流电压作用下电介质中电流的有功分量和无功分量 的比值，是一个无量纲的数。介质的

质内单位体积中能量损耗的大小。

10. 测量 tgδ值，最常用的方法是采用西林电桥：（原理，画出西林电桥原理接线图）（原理 接线图要会画，以及反接法和旁边的文字说明）

正接法：试品高、低压端对地绝缘（被试品的一端 C 接地，D 点和屏蔽网接高压，调节臂、 检流计和屏蔽网处于高电位，注意测试人员的安全）。但设备一般都是外壳接地的，也就是 定接地，无法实现正接法，应采用反接法。

部放电强度与变化规律，能预示设备的绝缘状态，也是

，平均放电电流、平均放电功率、局

、

也将油的气相色普分析归为局部放电检测的方法。

脉冲电流法测量局部放电的检测回路：

试品往往一端固

11.局部放电：

危害：局部放电将加速绝缘物的老化和破坏，发展到一定程度时，可能导致整个绝缘的击穿。

所以，测定电气设备在不同电压下局

估计绝缘电老化速度的重要依据。

局部放电的检测量：视在放电量Δq、放电能量 W 。

衡量局部放电强度的参量：放电的重复率（放电频率）

部放电的起始电压与熄灭电压等。

检测方法有：脉冲电流法、超声检测法、光测法、化学检测方法、红外热像法、超高频法 射频检测法以及数字化局放的检测。

目前采用电脉冲法测量局部放电。

检测原理：耦合电容器为被试品和测量阻抗之间提供一个低阻抗的通道。被试品一发生局部 放电，因被试品 Cx、耦合电容 Ck和检测阻抗 Zm构成的回路内有电流流过，就可由检出阻抗

把与脉冲电流成比例的脉冲电压检测出来，检测到的信号通过放大器送到测量仪器上。 法所不能发现的局部性缺陷（如局部过热、局部放

的气体压缩至常压，用注射器抽取试样后送入气相色普仪，对不同气体进行分离 果固体绝缘过热，气体中 CO 和 CO2含量加大；存在局部放电时，乙炔和 H2 量较大。

1. 波将以速度 v 传播。波速与导线周围媒质的性质有关，而与导线半径、对地高度、铅包 半径等几何尺寸无关。架空线路的波速，v≈3×

12. 绝缘油的气相色谱分析：

绝缘油在不同性质的故障下受热分解，产生不同成分、不同含量的烃类气体。通过气相色普 分析可以发现充油设备中某些用 tgδ等方

电），迅速简便，不需要设备停电。

取出运行中电气设备的油样，将油样经喷嘴喷入真空罐内，使油中溶解的气体迅速释放出来。 然后将脱出

和定量。

变压器内部存在裸金属部分局部过热，变压器油色谱分析的主要特征是总烃含量较高，甲烷、 乙烯较多；如

含

第 4 章 分布参数的波过程

m/s,为光速;电缆线路的波速 v≈1.5×

m/s，为光速一半。

2.波阻抗 Z（定义）表示电压波与电流波的比值，大小取决于导线单位长度的电感和电容。 1

C

L

v ±

=

波阻抗表示电压波与电流波的比值，大小取决于导线单位长度的电感和电容。架空线路的波 阻抗约 300～500Ω，电缆线路的波阻抗约 10～100Ω。（）

C

L

Z =

2.

介质获得或存储电磁能的大小，并不消耗；波阻抗具有正负号，表示不同方向

与电流的比值，大小与导线长度和导线材质有关；吸收并转变为热能消耗掉；

4.前行波和反行波：

3. 波阻抗与电阻的物理含义比较：

波阻抗：表示电压波与电流波的比值，大小取决于导线单位长度的电感和电容，与长度无关； 表征导线周围

的流动波。

电阻：表示电压

没有正负号。

5. 行波在均匀无损单根导线上传播的基本规律（4 个方程）的物

理

意义是：

导线上任一点的电压或电流等于通过该点的前行波与反行波之

和；

前行波电压与电流之比等于+Z；反行波电压与电流之比等于‐Z。

6 折射系数和反射系数：

其中：电压波折射系数

2

1

2

2

Z

Z

Z

+

=

α

； 电压波反射系数：

2

1

1

2

Z

Z

Z

Z

+

?

=

β

。1+β=α

7. 彼德逊法则：

8.降低

上前行电压波

陡度的有效措施是增加电感 L，电感越大，陡度越小。所以在电

力系统中，有时用电感来限制侵入波的陡度。

9.行波的多次折反射：（理解网格法计算行波的多次折反射）

在实际电网中，线路总是有限长的，若在两根无限长线路中间接入有限长的线段时，会出现 波的多次折射、反射现象。通常用网格法研究行波的多次折反射。

11. 电晕对线路波过程的影响：

冲击电晕的产生：当导线或避雷线受到雷击或线路操作时，将产生幅值较高的冲击电压。当 它超过导线的起始电晕电压时，导线周围会产生强烈的冲击电晕。

冲击电晕的效应：

1） 耦合系数增大（冲击电晕使导线的有效半径增大，自波阻抗减小，而互波阻抗并不改变， 所以线间的耦合系数增大。）

2） 波速下降，波形衰减变形（导线出现电晕后，导线对地电容（

）增大，电感基本不变。

般情况下，波阻抗降低约 20 ~ 30 %，传播速度为光速的 0.75 倍左右。）

一

12. 无论中性点接地方式如何，变压器初始最大电位梯度均出现在绕组首端，其值为: 。变压器的入口电容：

13. 变压器绕组末端接地，最大电压出现在绕组首端附近，其值可达 1.4U0；末端不接地， 最大电压出现在中性点附近,其值可达 1.9U0

CK

CT=

14.变压器绕组间波的传递中，静电耦合分量的大小决定与高低压绕组间的电容 C12、低压绕

组及入射波的陡度对地电容 C20。

15. 若在低压绕组开路后还接有一段电缆，相当于增大了 C20则对低压绕组没有危险，可 以不加避雷器保护）

20

12

12

20

U

C

C

C

U

+

=

20

12

C

C >>

16. 旋转电机绕组可忽略纵向电容 K0的作用，其波过程与输电线路相似。

第 9 章 防雷和接地技术

1.雷电参数：

雷电活动强度——雷暴日及雷暴小时：

雷暴日（小时）：每年中有雷电的天数（小时数）。

年平均雷暴日不超过 15 的地区为少雷区；超过 40 的为多雷区；超过 90 及根据运行经验 雷害特别严重地区为强雷区。

落雷密度γ：每一个雷暴日、每平方公里对地面落雷次数。电力行业标准 DL/T620‐1997 建 议取γ= 0.07 次／平方公里. 雷电日。避雷线引雷范围：避雷线间距 b+4h

雷电通道波阻抗：雷电通道如同一个导体，雷电流在导体中流动，对电流波呈现一定的阻抗， 该阻抗叫做雷电通道波阻抗（规程建议取 300Ω）

雷电流的极性：实测表明负极性雷约占 75 ~ 90 %。

雷电流幅值：与被击物的波阻抗有关。规程规定雷电流指雷击于波阻抗小于 30Ω的接地电 阻时，流过该物体的电流。雷电流幅值与气象、自然条件有关。

雷电流的波头、陡度及波长（统计结果）：

波头：1 ~ 5 μs 范围内变化，多为 2.5 ~ 2.6 μs，规程规定取 2.6 μs；

波长：20 ~ 100 μs ，多数为 50 μs 左右。为简化计算，视为无限长；

陡度：雷电流的上升速度，陡度α与幅值 I 有线性的关系，幅值愈大陡度愈大。 α＝I/2.6kA/ μs

雷电流的波形：

a） 与实际雷电流波形最相近的双指数波

b） 防雷计算简化的斜角平顶波

c） 与

2. 在线路防雷计算时，我国规程规定雷电流波头时间为 2.6us。我国标准雷电冲击波形的 波头、波长分别为 1.2/50us。

标准波波头接近的半余弦波

3. 现代电力系统中实际采用的防雷保护装置主要有：避雷针、

避雷线、各种避雷器、防雷接地等等。

4. 保护范围：表示避雷装置的保护效能。保护范围是相对的

每一个保护范围都有规定的绕击（概）率。

绕击：是指雷电绕过避雷装置而击中被保护物体的现象。我

国有关规程所推荐的保护范围对应于 0.1％的绕击率。

联合保护范围大于各自保护范围的和。外侧

保护范围由单根避雷针的保护半径确定。两

针间的保护保护范围增大，范围按照上部边

缘最低点 O 的圆弧确定。

等高三针联合保护范围可以两针两针地分别

计算其保护范围。

避雷线比避雷针的保护范围要小。

5. 当雷电侵入波或操作波超过某一电压值后，避雷器将先于被保护电力设备放电，从而限

制了过电压，使与其并联的电力设备得到保护。避雷器放电时，强大的冲击电流泄入大地， 大电流过后，工频电流将沿原冲击电流的通道继续流过，此电流称为工频续流。

6. 避雷器的技术要求：

1）过电压作用时，避雷器先于被保护电力设备放电，当然这要由两者的全伏秒特性的配合 来保证；

2）避雷器应具有一定的熄弧能力，以可靠地切断在第一次过零时的工频续流。

7. 避雷器的种类：保护间隙，管式避雷器，阀式避雷器（包括氧化锌避雷器）。

8. 金属氧化锌避雷器具有以下优点：

1）可省去串联火花间隙，结构大大简单；

2）具有极好的非线性伏安特性，保护性能优越；

3）无续流、动作负载轻、能重复动作实施保护；

4）流通容量大，能制成重载避雷器；

5）耐污性好。

由于金属氧化锌避雷器保护性能优于碳化硅避雷器，已在逐步取代碳化硅避雷器，广泛用于 交、直流系统，保护发电、变电设备的绝缘，尤其适合于中性点有效接地(见电力系统中性 点接地方式)的 110 千伏及以上电网。

9. 避雷器的灭弧电压是由安装点可能出现的工频电压升高值决定的，它必须大于这个升高 值。我国有关规程规定，阀式避雷器的灭弧电压，在中性点直接接地的系统中，应取设备最 高运行线电压的 80%，而在中性点非直接接地系统中，取值不应低于设备最高运行线电压的

100%。

10. 残压：流过避雷器的冲击电流一定幅值、一定波形，在避雷器两端上产生的最大压降。

11. 把残压与灭弧电压的比值叫做保护比，该值越小越好。

12. 接地电阻：把接地点处的电位与接地电流的比值定义为该点的接地电阻。它是大地电阻 效应的总和。（接地电阻不是接地导体的电阻，接地电阻实质上是接地电流在地中流散时土 壤所呈现的电阻，与土壤电阻率和接地体形状有关。由于金属的电阻率远小于土壤的电阻率， 所以接地体本身的电阻在接地电阻中可以忽略不计。）

13. 接地装置：埋入地中的金属接地体称为接地装置。

14. 接触电压：当人触及漏电外壳，加于人手脚之间的电压。

15. 跨步电压：当人在分布电位区域跨开一步，两脚（水平 0.8m）的电位差。

第 10 章 输电线路的防雷保护

1. 雷击架空输电线路有四种可能：

1） 雷击线路附近地面

2）

雷击塔顶及附近避雷线（雷击塔顶）

3）

雷击档距中央避雷线（雷击避雷线）

4

2. 输电线路防雷的任务：采用技术上与经济上

的合理措施，使系统雷害降低到运行部门能够接受的程度，保证系统安全可靠运行。 ） 雷击导线

3. 输电线路防雷的措施（“四道防线”）：还有耐雷水平，反击等定义。

防止雷直击导线；防止雷击塔顶或避雷线后引起绝缘闪络（或称反击）；防止雷击闪络后转 化为稳定的工频电弧（建弧率）；防止线路中断供电。

绝缘闪络（或称反击）；防止雷击闪络后转

化为稳定的工频电弧（建弧率）；防止线路中断供电。

4. 衡量输电线路防雷性能的两个指标：

耐压水平：承受雷电流幅值的能力。

雷击跳闸率（单位：次/ l00km?40 雷电日）：雷击跳闸率是指折算为统一的条件下，因雷击 而引起的线路跳闸的次数。此统一条件规定为每年 40 个雷电日和 l00km 的线路长度。 线路的耐雷水平较高，就能承受较高幅值的雷电流，线路绝缘发生闪络的机会就较小，雷击 跳闸率就较小。

5. 感应过电压的两个主要组成部分：

6. 有避雷线时雷击塔顶线路的过电压及耐雷水平：（计算题）

流经被击杆塔的入地电流为：

杆塔电位为：

避雷线电位与杆塔电位相同，避雷线与导线间存在耦合，极性与雷电流相同，作用在绝缘子 串的这部分电压为：(

雷击塔顶时的感应过电压为：αhd＝Ihd/2.6，避雷线的存在，感应过电压为 Ihd/2.6(1‐Kc) 此时，绝缘子串上的过电压为：(P170 10‐24)

耐雷水平为：(P170 10‐25)

7. 反击跳闸率 n1（次/ 100km?40 雷电日 ）;绕击跳闸率 n2（次/ 100km?40 雷电日 ）

反击包括两部分：一是雷击塔顶及杆塔附近的避雷线，雷电流经杆塔入地，造成塔顶较高点 位，使绝缘子闪络；一部分是雷击避雷线档距中央，一般不会发生闪络，当然不会引起反击 跳闸。

第 5 章 发电厂和变电站的防雷保护

1. 发电厂、变电所的雷电过电压有两个来源：

1） 雷直击发电厂、变电所；一般采取避雷针或避雷线。

2） 雷击输电线路产生的雷电波沿线路侵入发电厂和变电所。

2. 对入侵波防护的主要措施是发电厂、变电所内安装避雷器以限制电气设备上的过电压幅 值；同时在发电厂、变电所的进线保护段上采取相应措施，以限制流过避雷器的雷电流 和降低侵入波的陡度；对于直配电机，在母线上装设电容器以降低来波陡度，保护电机 匝绝缘和中性点绝缘。

3. 发电厂、变电所防止直击雷的措施：采用避雷针、避雷线及良好的接地网。

4. 110kV 及以上配电装置，由于绝缘较强，一般可将避雷针装设在构架上。但因构架离电 气设备较近，必须保证不发生反击，装避雷针的构架接地体与变压器接地体间保持 15m 以上。 但土壤电阻率大于 2000 Ωm 地区，宜装独立避雷针 。主变的门形构架上不装 避雷针。35kV 及以下配电装置的绝缘较弱，需要装设独立避雷针。发电厂厂房一般不 装避雷针，以免发生感应或反击使继电保护误动作，甚至造成绝缘损坏。

5. 我国有关规程规定：

① 110kV 及以上的配电装置 （设备绝缘水平高不易反击）可将线路的避雷线引接到出 线门型构架上；但土壤电阻率大于 1000 Ω·m 地区，应加装 3 ~ 5 根接地极。

②35 ~ 60kV 配电装置（设备绝缘水平低）在 ρ不大于 500 Ω·m 的地区，允许将线 路的避雷线引接到出线门型构架上，但应装设 3 ~ 5 根接地极；当 ρ>500 Ω·m 时， 避雷线应终止于线路终端杆塔，进变电所一档线路可装设避雷针保护。

6. 线路的冲击耐压比变电所设备的冲击耐压要高得多，若无避雷线，靠近变电所线路上受 到雷击时，不但流过避雷器的雷电流幅值可能超过规定值，而且陡度也会高于允许值。

在靠近变电所的一段进线上必须加装避雷线，使其绕击和反击率都非常小，以减少变电 所的雷害事故。

7. 变电所的进线保护作用（以限制流过阀式避雷器的雷电流和降低侵入波的陡度）。

8. 不要求 35~110kV 线路全线架设避雷线，但在靠近变电所 1 ~ 2km 范围内应装设避雷线、

避雷针或其它防雷装置，通常称此线段为进线段。

9. 自耦变压器除有高、中压自耦绕组外有三角形接线的低压绕组，有可能只有两个绕组运 行，另一个绕组开断的情况。

10. 配电变压器的防雷保护：3～10kV 线

路一般不沿线架设避雷线，其绝缘水

平低，直击雷常使线路绝缘闪络。但

大部分雷电流入地，限制了侵入波的

幅值以及变电站母线上避雷器的雷电

流幅值。且避雷器与变压器距离很近，

两者间电位差小。因而 3～10kV 配电

站一般不设进线保护。但 3～10kV 配

电站应在配电变压器每个绕组与地之间加装避雷器。

11. GIS 变电所雷电过电压保护的特点：

① GIS 绝缘全伏秒特性比较平坦，冲击系数小，约为 1.2 ~ 1.3。它的绝缘水平主要 决定于雷电冲击电压。

② GIS 波阻抗在 60 ~ 100 Ω之间，当雷电波沿架空线入侵时，其折射系数小侵入 GIS 的波小，对 GIS 保护有利。

③ GIS 变电所结构紧凑，设备之间的电气距离小，避雷器离被保护设备较近，可将雷 电过电压限值在更低的水平。

④ GIS 绝缘（稍不均匀电场）完全不允许电晕，一旦发生电晕，将立即击穿。要求 GIS 过电压保护有足够的可靠性。

⑤ SF6 气体的纯度、水分对的电气强度影响很大。

12. 直配电机的防雷保护：

① 每组发电机母线上都装一组 FCD 型磁吹避雷器，以限制入侵波过电压的幅值。 ② 在发电机电压母线上装设一组并联电容器（电容量为 0.25 ~ 0.5 μF），以限制侵 入波陡度。

③ 在直配线进线处加装电缆段和管形避雷器等，以限制流过避雷器的雷电流不超过 3kA。

④ 发电机中性点有引出线，在中性点加装一只避雷器保护，或者将母线并联电容加大 到 1.5 ~ 2.0 μF，以进一步降低入侵波陡度。

第 12 章 电力系统过电压

1. 工频电压升高的原因：

1） 空载长线的电容效应

2） 不对称短路引起的工频电压升高

3） 突然甩负荷引起的工频电压升高

2. 理解空载长线开路时电压传递系数；理解线路末端接电抗器时的电压传递系数 |

3. 对中性点绝缘的 3～10kV 系统，X0 主要由线路容抗决定。单相接地时，健全相的工频电

压升高约为线电压的 1.1 倍。因此，在选择避雷器灭弧电压时，取 110％的线电压，这时避

雷器称为 110％避雷器。

4. 对中性点经消弧线圈接地的 35～ 60kV 系统，在过补偿状态运行时 X0 为很大的正值。单

相接地时，健全相上电压接近线电压。因此，在选择避雷器灭弧电压时，取 100％的线电压， 这时避雷器称为 100％避雷器。

5. 对中性点直接接地的 110～ 220kV 系统，X0 为不大的正值。由于继电保护、系统稳定等

方面的要求，需要对不对称短路电流加以限制，故而选用了较大的 X0/X1 值，一般<＝3。因

此，健全相上电压升高不大于 1.4 倍相电压，约为 80％的线电压，故采用 80％避雷器。

6.谐振的类型：线性谐振、铁磁谐振、参数谐振。

7.铁磁谐振的特点：

1）产生串联铁磁谐振的必要条件是：电感和电容的伏安特性必须相交，即 ωL>1/ωC。因而，

铁磁谐振可以在较大范围内产生。

2）对铁磁谐振电路，在同一电源电动势作用下，回路可能有不只一种稳定工作状态。在外 界激发下，回路可能从非谐振工作状态跃变带谐振工作状态，电路从感性变为容性，发生相 位反倾，同时产生过电压及过电流。

3）铁磁原件的非线性是产生铁磁谐振的根本原因，但其饱和特性本身又限制了过电压的幅 值。

第 6 章 操作过电压

补充：常见的操作过电压，

1. 限制操作过电压的方法：（消除间歇性电弧）

消弧线圈的基本作用：

① 补偿流过故障点的短路电流，使电弧能自行熄灭，系统自行恢复到正常工作状态。 ② 降低故障相上的恢复电压上升的速度，减小电弧重燃的可能性。

2. 中性点不接地系统电弧接地过电压的原因：间歇性电弧。

3. 若 A 相发生单相接地，电弧熄灭后不再重燃，则健全相上的过电压不会超过 2.5 倍电压

最大值。

4. 限制中性点不接地系统电弧接地过电压的措施：中性点直接接地和经消弧线圈接地。

5. 理解消弧线圈的消弧原理和作用。

6. 空载线路合闸时，产生过电压的根本原因是电容、电感的振荡，其振荡电压叠加在稳态 电压上所致。

7. 在超高压系统中，

＝1.5～3.0ω，电容效应使得 Ucm>Em。线路上电压要超过 2 倍电

源电势。

8. 在重合闸的情况下，线路上的过电压最大值可达 3Ucm。

9. 限制空载线路过电压的措施

1） 采用不重燃断路器

2） 在断路器装设分闸电阻

3） 线路上装设泄流设备

4） 装设避雷器

10. 在切断小电感电流（空载变压器的激磁电流很小，是额定电流 0.5％～5％，约数安到 数十安）时，能量小，通常弧道中电离并不强烈，电弧很不稳定；加之断路器去电离作 用很强，可能在工频电流过零前使电弧电流截断而强制熄弧。弧道中电流被突然截断的 现象称为“截流”（切除大电流一般工频过零时息弧，不出现截流）。

11. 切除空载变压器产生过电压的根本能原因是由于截流留在电感中的磁场能量转化为电 容上的电场能量。

12. 切除空载线路过电压的幅值：3 倍、5 倍、7 倍??，一般不会超过 3 倍电压最大值。

13. 限制空载变压器过电压的措施：

切断空载变压器过电压的特点是：幅值高、频率高，但持续时间短、能量小。

只要在变压器任一侧装上普通阀式避雷器就可以有效限制这种过电压。

计算表明：普通阀型避雷在雷电过电压下动作后所吸收的能量，要比变压器线圈中贮藏 的能量大一个数量级。实际运行中也未发现因切空载变压器而引起避雷器损坏的情况。 由于这种避雷器安装的目的是用来限制切除空载变压器过电压的，所以在非雷雨季节也 不应退出运行。

14. 合闸空载线路过电压的限制措施：

1）降低工频电压升高

2）断路器装设并联电阻

3）控制合闸相位

4）消除线路上的残余电荷

5）装设避雷器

第 7 章 电力系统的绝缘配合

1. 绝缘配合：综合考虑电气设备在系统中可能承受各种电压（工作电压、各种过电压）、 保护装置的特性、和设备绝缘对各种作用电压的耐受特性，合理地确定设备必要的绝缘 水平，使设备造价、维修费用和设备绝缘故障引起的事故损失，达到经济上和安全运行 上效益最高的目的。

2. 技术上处理好各种作用电压、限压措施及设备绝缘耐受能力三者之间的相互配合关系； 经济上协调投资费用、维护费用及事故损失费用三者的关系。

3. 绝缘配合的最终目的是合理的确定电气设备的绝缘水平。绝缘水平指电气设备能承受的 试验电压值。

4. 某电压等级下电气设备绝缘水平，就是指该设备应该可以承受（不发生闪络、击穿、或 损坏）的标准试验电压。

5. 绝缘配合的方法有：惯用法（广泛使用）、统计法和简化统计法。

6. 输电线路的空气间隙主要有：导线对大地、导线对导线、导线对架空地线、导线对杆塔 及横担。