氣體的絕緣特性第一章1.空氣在強電場下放電特性一.氣體電介質的放電特性

氣體在正常狀態下是良好的絕緣體,在一個立方釐米體積內僅含幾千個帶電粒子,但在高電壓下,氣體從少量電符會突然產生大量的電符,從而失去絕緣能力而發生放電現象.一旦電壓解除後,氣體電介質能自動恢復絕緣狀態

輸電線路以氣體作為絕緣材料

變壓器相間絕緣以氣體作為絕緣材料2.帶電質點的產生與消失(1)激發原子在外界因素作用下,其電子躍遷到能量較高的狀態(2)游離原子在外界因素作用下,使其一個或幾個電子脫離原子核的束博而形成自由電子和正離子(3)游離的方式a.碰撞游離b.光游離c.熱游離d.金屬表面游離碰撞游離

當帶電質點具有的動能積累到一定數值後，在與氣體原子（或分子）發生碰撞時，可以使後者產生游離，這種由碰撞而引起的游離稱為碰撞游離引起碰撞游離的條件：：氣體原子（或分子）的游離能光游離

由光輻射引起氣體原子（或分子）的游離稱為光游離產生光游離的條件：h:普朗克常數ν:光的頻率熱游離氣體在熱狀態下引起的游離過程稱為熱游離產生熱游離的條件：K:波茨曼常數T:絕對溫度金屬表面游離電子從金屬電極表面逸出來的過程稱為表面游離(4)去游離a.擴散帶電質點從高濃度區域向低濃度區域運動.b.複合正離子與負離子相遇而互相中和還原成中性原子c.附著效應電子與原子碰撞時,電子附著原子形成負離子二.氣體放電的兩個理論1.湯遜放電理論.適用條件:均勻電場,低氣壓,短間隙實驗裝置均勻電場中氣體的伏安特性分析：oa段:隨著電壓升高，到達陽極的帶電質點數量和速度也隨之增大ab段：電流不再隨電壓的增大而增大bc段：電流又再隨電壓的增大而增大c點:電流急劇突增(1).電子崩在電場作用下電子從陰極向陽極推進而形成的一群電子(2).非自持放電去掉外界游離因素的作用後,放電隨即停止(3).自持放電不需要外界游離因素存在,放電也能維持下去(4).自持放電條件a.電子的空間碰撞係數α

一個電子在電場作用下在單位行程裏所發生的碰撞游離數

b.正離子的表面游離係數γ一個正離子到達陰極,撞擊陰極表面產生游離的電子數自持放電條件可表達為:(5)巴申定律a.運算式:P:氣體壓力S:極間距離b.均勻電場中幾種氣體的擊穿電壓與ps的關係2.流注理論(1).在ps乘積較大時,用湯遜理論無法解釋的幾種現象a.擊穿過程所需時間,實測值比理論值小10--100倍b.按湯遜理論,擊穿過程與陰極材料有關,然而在大氣壓力下的空氣隙中擊穿電壓與陰極材料無關.c.按湯遜理論,氣體放電應在整個間隙中均勻連續地發展,但在大氣中擊穿會出現有分枝的明亮細通道(2).理論要點:

認為電子碰撞游離及空間光游離是維持自持放電的主要因素,流注形成便達到了自持放電條件,它強調了空間電符畸變電場的作用和熱游離的作用.(3)放電簡單流程圖:有效電子(經碰撞游離)-----電子崩(畸變電場)-----發射光子(在強電場作用下)-----產生新的電子崩(二次崩)-----形成混質通道(流注)-----由陽極向陰極(陽極流注)或由陰極向陽極(陰極流注)擊穿.三.不均勻電場中氣隙的放電特性1.電暈放電

一定電壓作用下,在曲率半徑小的電極附近發生局部游離,併發出大量光輻射,有些像日月的暈光,稱為電暈放電.電暈起始場強開始出現電暈時電極表面的場強電暈起始電壓開始出現電暈時的電壓電暈放電是極不均勻電場所特有的一種自持放電形式2.極性效應(1).正棒---負板分析：a.由於捧極附近積聚起正空間電荷，削弱了電離，使電暈放電難以形成，造成電暈起始電壓提高。b.由於捧極附近積聚起正空間電荷在間隙深處產生電場加強了朝向板極的電場，有利於流注發展，故降低了擊穿電壓。(2).負棒---正板分析：a.捧附近正空間電荷產生附加電場加強了朝向棒端的電場強度，容易形成自持放電，所以其電暈起始電壓較低。b.在間隙深處，正空間電荷產生的附加電場與原電場方向相反，使放電的發展比較困難，因而擊穿電壓較高。結論：在相同間隙下正捧-----負板負捧-----正板電暈起始電壓間隙擊穿電壓

高低

低高四.雷電衝擊電壓下氣隙的擊穿特性1.標準波形幾個參數波頭時間T1：T1=(1.230%)μs波長時間T2:T2=(5020%)μs標準波形通常用符號表示2.放電時延(1).間隙擊穿要滿足二個條件a.一定的電壓幅值b.一定的電壓作用時間(2).統計時延ts

通常把電壓達間隙的靜態擊穿電壓開始到間隙中出現第一個有效電子為止所需的時間(3).放電形成時延tf從第一個有效電子到間隙完成擊穿所需的時間(4).放電時延tLtL=ts+tf氣體間隙在衝擊電壓作用下擊穿所需全部時間：t=t1+ts+tf其中：ts+tf

就是放電時延tL3.50%衝擊放電電壓U50%放電概率為50%時的衝擊放電電壓50%衝擊放電電壓與靜態放電壓的比值稱為絕緣的衝擊係數βpu擊u50%50%4.伏秒特性(1)定義同一波形、不同幅值的衝擊電壓下，間隙上出現的電壓最大值和放電時間的關係曲線(2)曲線求取方法(3)電場均勻程度對曲線的影響

不均勻電場由於平均擊穿電場強度較低,而且流注總是從強場區向弱場區發展,放電速度受到電場分布的影響,所以放電時延長,分散性大,其伏秒特性曲線在放電時間還相當大時,便隨時間之減小而明顯地上翹,曲線比較陡.

均勻或稍不均勻電場則相反,由於擊穿時平均場強較高,流注發展較快,放電時延較短,其伏秒特性曲線較平坦.(4)實際意義S1被保護設備的伏秒特性曲線，S2保護設備的伏秒特性曲線為了使被保護設備得到可靠的保護,被保護設備絕緣的伏秒特性曲線的下包線必須始終高於保護設備的伏秒特性曲線的上包線.五.大氣條件對氣體間隙擊穿電壓的影響1.標準大氣條件大氣壓力P0=101.3kpa溫度濕度f0=11g/m32.相對密度的影響相對密度

p=0.289----

T當

在0.95到1.05之間時,空氣間隙的擊穿電壓U與

成正比U=U03.濕度的影響(1).均勻或稍不均勻電場濕度的增加而略有增加,但程度極微,可以不校正(2).極不均勻電場由於平均場強較低,濕度增加後,水分子易吸附電子而形成品質較大的負離子,運動速度,減慢游離能力大大降低,使擊穿電壓增大.因此需要校正.4.高度的影響隨著高度增加,空氣逐漸稀薄,大氣壓力及空氣相對密度下降,間隙的擊穿電壓也隨之下降.U=ka

U0

六.提高氣體間隙絕緣強度的方法有兩個途徑:一個是改善電場分佈,使之儘量均勻;另一個是削弱氣體間隙中的游離因素.1.改善電場分佈的措施(1).改變電極形狀(2).利用空間電荷對電場的畸變作用(3).極不均勻電場中採用屏障當屏障與棒極之間的距離約等於間隙的距離的15%-----20%時，間隙的擊穿電壓提高得最多，可達到無屏障時的2---3倍2.削弱游離因素的措施(1).採用高氣壓

氣體壓力提高後，氣體的密度加大，減少了電子的平均自由行程，從而削弱了碰撞游離的過程。如高壓空氣斷路器和高壓標準電容器等10kv高壓標準介損器(2).採用高真空

氣體間隙中壓力很低時，電子的平均自由行程已增大到極間空間很難產生碰撞游離的程度。如真空電容器、真空斷路器等真空電容器真空斷路器(3).採用高強度氣體SF6氣體屬強電負性氣體,容易吸附電子成為負離子,從而削弱了游離過程.提高壓力後可相當於一般液體或固體絕緣的絕緣強度.它是一種無色、無味、無臭、無毒、不燃的不活潑氣體，化學性能非常穩定，無腐蝕作用。它具有優良的滅弧性能，其滅弧能力是空氣的100倍，故極適用於高壓斷路器中。七.氣體中的沿面放電1.什麼叫沿面放電沿著固體介質表面的氣體發生的放電沿面放電電壓通常比純空氣間隙的擊穿電壓要低2.介面電場分佈的三種典型情況氣體介質與固體介質的交界稱為介面(1).固體介質處於均勻電場中,且介面與電力線平行;(2).固體介質處於極不均勻電場中,且電力線垂直於介面的分量比平行於介面的分量大得多;類似套管瓷套管變壓器用電容套管(3).固體介質處於極不均勻電場中,且電力線平行於介面的分量以垂直於介面的分量大得多.類似支持絕緣子複合支持絕緣子戶外高壓支持絕緣子3.均勻電場中的沿面放電其放電特點:(1).放電發生在沿著固體介質表面,且放電電壓比純空氣間隙的放電電壓要低.其原因a.固體介質與電極表面沒有完全密合而存在微小氣隙,或者介面有裂紋.b.介質表面不可能絕對光滑,使表面電場不均勻.c.介質表面電阻不均勻使電場分佈不均勻d.介質表面易吸收水分,形成一層很薄的膜,水膜中的離子在電場作用下向兩極移動,易在電極附近積聚電荷,使電場不均勻4.極不均勻電場具有強法線分量時的沿面放電(套管型)(1)放電發展特點:a.電暈放電b.線狀火花放電c.滑閃放電d.閃絡放電(2)影響沿面放電因素分析等值電路圖a.固體介質厚度越小，則體積電容越大，沿介質表面電壓分佈越不均勻，其沿面閃絡電壓越低；b.同理，固體介質的體積電阻越小，沿面閃絡電壓越低c.固體介質表面電阻減少，可降低沿面的最大電場強度，從而提高沿面閃絡電壓(3).提高沿面閃絡電壓措施a.減少套管的體積電容。如增大固體介質厚度，加大法蘭處套管的外經b.減少絕緣的表面電阻。如在套管近法蘭處塗半導體漆或半導體釉5.極不均勻電場具有強切線分量時的沿面放電(支柱絕緣子型)

由於電極本身的形狀和佈置己使電場很不均勻，故介質表面積聚電荷使電壓重新分佈不會顯著降低沿面閃絡電壓，為了提高沿面閃絡電壓，一般從改進電極形狀，如採用遮罩罩和均壓環。6.絕緣子串的電壓分佈分析結果：a.絕緣子片數越多，電壓分佈越不均勻b.靠近導線端第一個絕緣子電壓降最高，易產生電暈放電。在工作電壓下不允許產生電暈，故對330kv及以上電壓等級考慮使用均壓環7.絕緣子表面污穢時的沿面放電

戶外絕緣子，會受到工業污穢或自然界鹽鹼、飛塵等污染，在乾燥時，由於污穢塵埃電阻很大，絕緣子表面洩漏電流很小，對絕緣子安全運行無危險；但下雨時，絕緣子表面容易沖掉，而大氣濕度較高，或在毛毛雨、霧等氣候下，污穢塵埃被潤濕，表面電導劇增，使絕緣子的洩漏電流劇增，降低閃絡電壓。8.防止絕緣子的汙閃，應採取措施(1).對污穢絕緣子定期或不定期進行清洗(2).絕緣子表面塗一層憎水性防塵材料(3).加強絕緣和採用防汙絕緣子(4).採用半導體釉絕緣子對瓷柱進行清洗

液體和固體電介質的絕緣特性

第二章一.電介質的極化1.定義電介質中的帶電質點在電場作用下沿電場方向作有限位移Qo=CoU2.相對介電係數εr表徵電介質在電場作用下的極化程度3.極化的基本形式(1)電子式極化其特點:a.極化所需時間極短b.極化時沒有能量損耗c.溫度對極化影響極小(2).離子式極化其特點:a.極化過程極短b.極化過程無能量損耗c.溫度對極化有影響,極化隨溫度升高而增強(3).偶極子式極化其特點a.極化所需時間較長,因而與頻率有關b.極化過程有能量損耗c.溫度對極化影響很大,溫度很高和很低時,極化均減弱(4).夾層式極化其特點在兩層電介質的介面上發生電荷的移動和積累,極化過程緩慢,並有損耗二.電介質的電導1.定義介質在電場作用下,使其內部聯繫較弱的帶電粒子作有規律的運動形成電流,即洩漏電流.這種物理現象稱為電導.表徵電導過程強弱程度的物理量為電導率γ，或它的倒數電阻率ρo2.介質中的電流(1).電容電流ic在加壓初瞬間介質中的電子式極化和離子式極化過程所引起的電流,無損耗,存在時間極短(2).吸收電流ia有損極化所對應的電流,即夾層極化和偶極子極化時的電流,它隨時間而衰減.(3)洩漏電流絕緣介質中少量離子定向移動所形成的電導電流,它不隨時間而變化.流過介質的電流i由三個分量組成：3.吸收現象固體電介質在直流電壓作用下,觀察到電路中的電流從大到小隨時間衰減,最終穩定於某一數值,稱為“吸收現象”介質乾燥和嘲濕,吸收現象不一樣,據此可判斷絕緣性能的好壞.三.電介質的損耗1.損耗的形式(1).電導損耗由洩漏電流引起的損耗.交直流下都存在.(2).極化損耗由偶極子與夾層極化引起,交流電壓下極明顯(3).游離損耗指氣體間隙的電暈放電以及液固體介質內部氣泡中局部放電所造成的損耗.2.用介質損耗角的正切tgδ來表示介損的意義

在交流電壓作用下,由於存在三種形式的損耗,需引入一個新的物理量來表徵介損的特性.經推導,介質損耗P為

經推導,介質損耗P為由於:(1).P值與試驗電壓U的高低等因素有關;(2).tgδ是與電壓、頻率、絕緣尺寸無關的量，而僅取決於電介質的損耗特性。

(3)tgδ可以用高壓電橋等儀器直接測量.所以表徵介損用介質損失角的正切tgδ來表示,而不是用有功損耗P來表示.3.影響tgδ的因素（1）溫度的影響（2）頻率的影響（3）電壓的影響在電場強度不很高時，tgδ不變；在電場強度較高時，tgδ隨電場強度升高而迅速增大四.液體電介質的擊穿特性1.“小橋”理論(即:“氣泡”擊穿理論)變壓器油的擊穿主要原因,在於雜質的影響,而雜質是水分、受潮的纖維和被游離了的氣泡等構成，它們在電場的作用下，在電極間逐漸排列成為小橋，從而導致擊穿。2.影響液體電介質擊穿電壓的因素（1）自身品質因素：雜質的多少（含水量、纖維量、氣量）通過標準油杯中變壓器油的工頻擊穿電壓來衡量油的品質（2）溫度（3）電壓作用時間加壓後短至幾個微秒時，表現為電擊穿，擊穿電壓很高當電壓作用時間大於毫秒級時，表現為熱擊穿，擊穿電壓隨作用時間增加而降低（4）電場均勻程度電場愈均勻，雜質對擊穿電壓的影響愈大分散性也愈大，擊穿電壓也愈高5.提高液體電介質擊穿電壓的措施（1）過濾（2）防潮（3）脫氣（4）覆蓋層（5）絕緣層（6）屏障五.固體電介質的擊穿1.擊穿形式(1).電擊穿(2).熱擊穿(3).電化學擊穿2.影響因素(1).電壓作用時間(2).電場均勻程度與介質厚度(3).電壓種類(4).電壓作用的累積效應(5).受潮3.提高擊穿電壓的措施(1).改進製造工藝:盡可能清除介質中的雜質,可以通過精選材料、改善工藝、真空乾燥、加強浸漬等方法。(2).改進絕緣設計:盡可能使電場均勻(3).改善運行條件:注意防潮、塵汙，加強散熱冷卻變壓器排風散熱六.電介質的老化老化的主要形式：電老化和熱老化絕緣材料的耐熱等級七.描寫電介質電性能的四個物理量與對應的四個物理現象1.電介質的極化相對介電係數2.電介質的電導電導率γ3.電介質的損耗介質損失角正切tgδ4.電介質的擊穿電場強度E第三章電氣設備的絕緣試驗絕緣中的缺陷可分為兩類:一類是局部性或集中性的缺陷另一類是整體性或分佈性的缺陷:整體絕緣老化、變質、受潮、絕緣性能下降試驗也可分成兩大類：一類是非破壞性試驗另一類是耐壓試驗一.絕緣電阻和吸收比測量(一).絕緣電阻的測量1.兆歐表的工作原理2.作用能發現絕緣受潮或有集中性的導電通道3.接線4.方法規定以加電壓後60秒測得的數值為該試品的絕緣電阻值.5.注意事項(1)先拆除被試品的電源和對外一切連線,將其接地並放電(2)待手搖發電機穩定以後,再將兩端子接在試品上(3)60秒後再讀數(4)對大容量試品,測好以後先斷兩端子接線,後停手搖發電機(5)注意溫度和濕度的較正(二).吸收比的測量1.吸收比k

吸收比大小可反映絕緣乾燥或受潮k值大(大於或等於1.3)絕緣良好,吸收現象明顯;反之,絕緣受潮,吸收現象不明顯2.方法按測絕緣電阻的方法測15秒和60秒時的電阻再按公式可求得k二.介質損耗角正切的測量1.作用能有效地測出絕緣受潮、老化等分布性缺陷。對集中性缺陷不靈敏,體積越大也越不靈敏2.接線方法3.使用方法

調節R3、C4，使電橋平衡，即檢流計中的電流為零tgδ=C4(μF)4.注意事項a.電橋本體必須加以遮罩b.被試品和標準無損電容器連到電橋本體的引線也要使用遮罩導線5.誤差分析6.消除干擾措施a.儘量遠離干擾源或加設遮罩b.採用移相電源c.採用倒相法4.注意事項(1)電橋本體接地良好(2)反接法時,三根引線處於高壓,必須懸空(3)能分開測的試品儘量分開測(4)應保持試品表面乾燥(5)試品設備有繞阻時,應首尾短接起來三.局部放電的測量1.作用能測出絕緣內部是否存在氣泡、空隙、雜質等缺陷2.測量原理3.測量回路4.注意事項(1)試品的絕緣表面應清潔乾燥(2)儘量避免外界的干擾源(3)測試設備的地線應連成一體,高壓引線應遠離地線(4)試品相連的線要短,周圍物體應良好接地四.工頻交流耐壓試驗1.作用：能確定電氣設備絕緣的耐受水準2.接線及設備單相接觸式調壓器各種接觸式調壓器試驗變壓器球隙測量器保護電阻3.工頻試驗變壓器(1).工頻試驗變壓器與電力變壓器的比較工頻試驗變壓器電力變壓器

試驗變壓器與電力變壓器的比較

試驗變壓器電力變壓器電壓等級更高、容量不大，僅單相電壓等級高、容量大，分單相、三相工作在電容性負荷下工作在電感性負荷下允許發生短時短路不允許發生短路工作時間短工作時間長漏磁通較大漏磁通較小溫度比較低、無散熱要求溫度比較高、有散熱要求絕緣裕度小絕緣裕度大(2)串接式工頻試驗變壓器n級串接裝置容量的利用係數移卷調壓器4.移卷式調壓器調壓原理電容效應5.測量測量方法(1)低壓側測量(2)高電側測量a.用靜電電壓表測量工頻電壓的有效值b.用球隙進行測量工頻電壓的幅值c.用電容分壓器配用低壓儀錶d.用電壓互感器測量10kv電壓互感器五.直流洩漏電流的測量1.洩漏電流測量的特點（1）能更有效地發現一些尚未完全貫通的集中性缺陷（2）在試驗升壓過程中，可以隨時監視微安表指示，瞭解絕緣情況2.直流洩漏試驗接線(1)被試品不接地(2)被試品一極接地3.試驗方法被試品額定電壓35kv及以下施加10—30kv直流電壓被試品額定電壓110kv及以上施加40kv直流電壓試驗時按每級0.5倍試驗電壓分階段升高每階段停留1min，讀微安表讀數即為洩漏電流繪製洩漏電流與加壓時間、洩漏電流與試驗電壓關係曲線後進行分析4.微安表的保護六.直流耐壓試驗1.方法與測量直流洩漏電流一致，但它是檢查絕緣情況，試驗電壓較低2.直流高壓的獲得3.直流高壓的測量七、衝擊高壓試驗1.作用

用來檢驗高壓電氣設備在雷電過電壓和操作過電壓作用下的絕緣性能和保護性能2.衝擊電壓發生器的基本回路3.回路元件與輸出衝擊電壓波形的關係4.多級衝擊電壓發生器的基本電路5.測量方法（1）測量球隙（2）分壓器—峰值電壓表（3）分壓器—示波器

第四章

線路和繞組的波過程過電壓的概念超過額定的最高運行電壓稱為過電壓過電壓大氣過電壓內部過電壓直擊雷過電壓感應雷過電壓操作過電壓諧振過電壓一.波過程的一些物理概念1.什麼是波過程2.波是怎樣沿著導線傳佈的3.波阻抗5.波速二.波動方程線路上點在時間的電壓和電流的波動方程波動方程的通解1.波動方程通解的物理意義(1).電壓和電流均有兩個部分組成：前行波和反行波(2).電壓與電流的方向的規定(3).關於波阻抗的特點a.表示同一方向電壓波與電流波大小的比值，電磁波通過Z時，以電磁波的形式儲存在周圍介質中；b.導線上既有前行波又有反行波時，Z≠U/Ic.Z的數值與線路長度無關三.行波的折射與反射1.折射與反射(1).折射波與反射波電壓波折射係數電壓波反射係數與之間的關係(2).幾種特殊條件下的折、反射波a.線路末端開路b.線路末端短路c.線路末端接負截電阻R2.彼德遜法則要計算分佈參數線路上節點的電壓可用集中參數等值電路計算：a.線路波阻抗用數值相等的集中參數等值電阻代替b.把線路上的入射電壓波的兩倍作為等值電壓源例題

一變電所母線上接有n條線路，每條線路波阻抗為Z，當一條線路落雷，電壓u(t)入侵變電所，求母線上電壓。四.行波通過串聯電感和並聯電容1.通過串聯電感回路方程：解得：於是：它有二個部分組成：一部分是與時間無關的強制分量；另一部分為隨時間而衰減的自由分量當t=0時

時通過電感後折射波的陡度：最大陡度出現在t=0時：最大空間陡度：折射波電壓、電流隨時間變化在A點反射波電壓和電流因為可得當t=0此時波到達電感瞬間，線上圈首端的電壓將上升到入射波電壓兩倍當t→∞此時時間很長以後，達到穩定值反射波電流t=0t→∞反射波電壓、電流隨時間變化2.通過並聯電容回路方程解得：當t=0時：時：經過並聯電容時，折射波的陡度：最大陡度出現在t=0時：最大空間陡度：折射波電壓、電流隨時間變化反射波電壓、電流當t=0時當t→∞時反射波電壓、電流隨時間變化例題：假定發電機的波阻抗為800，如果電機前面與電纜相接，電纜波阻抗為50，波在電機內的傳播速度為，其匝間耐壓為600v，每匝長度為3m。若沿電纜有100kv的無限長直角波入侵，求為保護發電機匝間絕緣所需串聯的電感或並聯的電容的數值。五.行波的多次折、反射1.用網格法計算波的折、反射2.串聯三導線典型參數配合時波過程的特點(1).(2).(3).(4).例題：

長150m的電纜兩端串聯波阻抗為400的架空線，一無限長短形波入侵於架空線上（如圖），已知：波在電纜中的傳播速度為，在架空線中的傳播速度為若以波到達A點為起算時間，求：(1).距B點60m處的C點在t=1.5,t=3.5時的電壓與電流；(2).AB中點D處在時t=2的電壓與電流；(3)時間很長以後，B點的電壓與電流；(4).畫出B點電壓隨時間變化曲線

為限制侵入發電機的波的陡度，在發電機與架空線之間加入一段長度為300m的電纜，設架空線、電纜、發電機的波阻抗分別為350Ω、50Ω、750Ω，波在電纜和發電機中的傳播速度分別為150m/μs和60m/μs，電機繞組每匝長3m，匝間耐壓為600v。若沿架空線有一幅值為Uo=100kv的無限長矩形波入侵，波傳到A點，作為時間的起點，如圖所示，試求：（1）經過1μs時發電機上的電壓和電流？（2）經過6.5μs時發電機上的電壓和電流？（3）穩定以後，發電機上的電壓和電流？（4）為保護發電機的匝間絕緣不損壞，在B點應並多大的電容？（5）為保護發電機的匝間絕緣不損壞，電纜長度至少為多少m？六.行波在平行多導線系統中的傳播1.多導線系統的電壓、電流方程自電位係數互電位係數自波阻抗互波阻抗2.耦合係數k(1)兩導線系統(2)多導線系統七.線路上行波的衰減和變形1.衝擊電暈的形成和特點2.電暈對導線上波過程的影響(1).使導線的耦合係數增大(2).使導線的波阻抗和波速減小(3).使波在傳播過程中幅值衰減，波形畸變八.變壓器繞組中的波過程1.簡化等值電路2.繞組中初始電壓分佈(1).繞組末端接地(2).繞組末端開路繞組首端處：u=U0繞組末端處：(3).變壓器的入口電容3.繞組中的穩態電壓分佈(1).繞組末端接地(2).繞組末端開路4.三相繞組中的波過程(1).中性點接地的星形接線(2).中性點不接地的星形接線(3).三角形接線三相同時進波5.衝擊電壓在繞組間的傳遞

第五章雷電及防雷設備雷電現象一.雷電的電氣參數1.雷電流i(1).幅值(2).波頭、陡度及波長標準衝擊波：鈄角平頂波：等值余弦波：2.雷暴日與雷暴小時雷暴日：每年中有雷電的日數雷暴小時：每年中有雷電的小時數3.地面落雷密度和輸電線路落雷次數地面落雷密度中：每一雷暴日、每平方公里地面遭受雷擊的次數，以表示輸電線路落雷次數：N=0.28(b+4h)h：避雷線或導線對地平均高度b:兩根避雷線之間的距離雷暴日為40二.避雷針和避雷線1.保護作用的原理

能使雷雲電場發生突變，使雷電先導的發展沿著避雷針的方向發展，直擊於其上，雷電流通過避雷針（線）及接地裝置泄入大地而防止避雷針（線）周圍的設備受到雷擊獨立避雷針構架避雷針消雷器2.保護範圍(1).單支避雷針h:避雷針高度,m被保護物高度,mP:高度影響係數(2).兩支等高避雷針a.定出保護範圍上部邊緣最低點ob.二針間被保護物高度水平面上保護範圍的一側寬度(3).兩支不等高避雷針(4).多支等高避雷針(5).避雷線例題：

圖示一露天變電所和高為80米的煙囪的位置，在煙囪上裝了一支避雷針，要求確定變電所的防護情況（變電所構架高10米）

為了保護110kv露天配電裝置，在如圖所示三角形區域放置三根避雷針，避雷針裝在11米高的門型架上，內部保護物高為10米，為了使該區錢免受直擊雷，避雷針應多高？若A處有一門型架其高度為8米，問該門型架是否在保護範圍之內？40m45m49mA4.5m123三.避雷器1.基本要求(1).能暫態動作(2).能自行迅速截斷工頻續流工頻續流:避雷器在衝擊電壓作用後流經間隙的工頻電弧(3).具有平直的伏秒特性曲線(4).具有一定的通流容量，其殘壓應低於被保護物的衝擊耐用殘壓：衝擊電壓通過閥式避雷器時，在避雷器上產生的最大壓降2.保護間隙作用原理：當雷電侵入波要危及它所保護的電氣設備的絕緣時，間隙首先擊穿，工作母線接地，避免了被保護設備上的電壓升高，從而保護了設備。優缺點：優點：結構簡單、製造方便缺點：伏秒特性曲線比較陡，絕緣配合不理想；間隙動作後會形成截波；熄弧能力低3.排氣式避雷器結構作用原理

當排氣式避雷器受到雷電波入侵時，內外間隙同時擊穿，雷電流經間隙流入大地；過電壓消失後，在工作電壓作用下，流經間隙的工頻續流電弧的高溫使管內產氣材料分解出大量氣體，管內壓力升高，氣體從開口孔噴出，從而使工頻續流在第一次經過零值時就熄滅。特點

其熄弧能力與工頻續流大小有關，續流太大，產氣過多，易使管子炸裂；續流太小，產氣不足以熄弧，故對工頻續流有上下限的規定。優缺點

熄弧能力比保護間隙要強，但伏秒特性較陡且放電分散性大，且會形成截波，並受大氣條件影響較大，所只用線上路保護和變電所進線段保護4.閥式避雷器(1).普通型閥式避雷器a.結構與元件的作用：火花間隙：作用原理：根據火花間隙的結構，使間隙的放電時間縮短，由於其伏秒特性曲線平緩，放電分散性也較小，由於火花間隙由若干個小間隙組合串聯，易於切斷工頻續流，且不易重燃。具有分路電阻的火花間隙：為什麼要在間隙兩端並聯電阻：

由於間隙各電極對地和對高壓端有寄生電容存在，使電壓在各間隙上的分佈不均勻，從而使每個火花間隙的作用得不到充分發揮，減弱了避雷器的熄弧能力，也降低了工頻放電電壓。作用原理：

在工頻和恢復電壓作用下，間隙電容的阻抗很大，而分路電阻阻值較小，故間隙上的電壓分佈主要由分路電阻決定，而分路電阻組值相等，使間隙上的電壓分佈均勻，從而提高了熄弧電壓和工頻放電電壓。在衝擊電壓作用下，由於其等值頻率很高，電容的阻抗小於分路電阻，間隙上的電壓分佈取決於電容分佈，由於間隙對地和瓷套寄生電容存在，使電壓分佈不均勻，其衝擊放電電壓較低，改善了避雷器的性能。非線性電阻α:非線性係數b.工作原理

系統正常工作時，間隙將電阻閥片與工作母線隔離，以免由工作電壓在閥片電阻中產生電流使閥片燒壞。當系統中出現過電壓且其幅值超過間隙放電電壓時，間隙擊穿，衝擊電流通過閥片流入大地，從而使設備得到保護。由於閥片的非線性特性，其電阻在流過大的衝擊電流時變得很小，故閥片上產生的殘壓將得到限制，使其低於被保護設備的衝擊耐壓，設備得到保護；當過電壓消失後，間隙能在工頻續流第一次過零時就將電弧切斷，從而保護了被保護設備。c.電氣參數(1).額定電壓：避雷器兩端子間允許的最大工頻電壓的有效值(2).滅弧電壓：保證能夠在工頻續流第一次經過零值時滅弧的條件下允許加在避雷器上的最高工頻電壓。滅弧電壓應當大於避雷器工作母線上可能出現的最高工頻電壓，否則將不能保證續流滅弧而使閥片燒壞。(3).工頻放電電壓：在工頻電壓下，避雷器將發生放電的電壓值(4).衝擊放電電壓：指預放電時間為1.5-20微秒的衝擊放電電壓(5).殘壓：指雷電流通過避雷器時在閥片電阻上產生的壓降(6).保護比：指避雷器殘壓與滅弧電壓之比保護比愈小，說明殘壓愈低或滅弧電壓愈高，顯示保護性能愈好。(2).磁吹型閥式避雷器結構原理：5.金屬氧化物（氧化鋅）避雷器(1).氧化鋅閥片的伏安特性(2).金屬氧化物避雷器的特點a.保護性能好；b.無續流和通流容量大c.無間隙四.接地裝置1.接地與防雷接地(1).接地定義：把設備與電位參照點的地球作電氣上的連接，使其對地保持一個低的電位差。(2).接地的分類：a.工作接地b.保護接地c.靜電接地d.防雷接地2.衝擊電流流經接地裝置入地時的基本現象R：接地體的接地電阻u：接地點電位i:接地電流U=Ri(1).土壤中的電位分佈(2).土壤中的電場強度Eδ：衝擊電流在土壤中的密度ρ：土壤電阻率(3).接地裝置的電感效應及利用率接地裝置的衝擊係數：衝擊接地電阻：工頻接地電阻3.接地電阻估算公式(1).單個垂直接地體的工頻接地電阻ΩL>>d(2).水準接地體的工頻接地電阻(3).鋼筋混凝土的自然接地電阻(4).n根等長水準放射形接地體組成的接線裝置每根水準放射形接地體的衝擊接地電阻衝擊利用係數(5).由水準接地體連接的n根垂直接地體組成的接地網裝置(6).發電廠和變電所的接地裝置L:接地體總長度S:接地網的總面積第六章輸電線路的防雷保護衡量輸電線路防雷性能的兩個指標：耐雷水準：雷擊線路絕緣不發生閃絡的最大雷電流幅值雷擊跳閘率：每100km線路每年由雷擊引起的跳閘次數一.輸電線路的感應雷過電壓1.感應過電壓的計算(1).導線上方無避雷線S:雷擊點與線路的垂直距離I:雷電流幅值:導線懸掛的平均高度(2).導線上方掛有避雷線(3).雷擊線路桿塔時，導線上的感應過電壓無避雷線：有避雷線：二.輸電線路的直擊雷過電壓和耐雷水準1.雷擊桿塔塔頂雷電流的分佈等值電路圖流經桿塔的電流β：分流係數塔頂電位橫坦高度處桿塔電位的幅值導線電位的幅值線路絕緣上的電壓幅值耐雷水準2.雷擊避雷線檔距中央雷電流的分佈雷擊點A的電壓雷擊點的最高電位雷擊處避雷線與導線間的空氣隙S上承受最大電壓不會出現擊穿的經驗公式3.雷繞過避雷線擊於導線或直接擊於導線等值電路圖雷擊點的電壓或耐雷水準三.輸電線路的雷擊跳閘率1.建弧率中性點直接接地系統：中性點非直接接地系統：2.有避雷線線路雷擊跳閘率的計算雷擊桿塔時的跳閘率繞擊跳閘率繞擊率對平原地區對地區輸電線路雷擊跳閘率例題四.輸電線路的防雷措施1.架設避雷線作用：防止雷直擊於導線；對雷電流有分流作用，使塔頂電位下降；對導線有耦合作用，降低雷擊桿塔時絕緣子串上電壓；對導線有遮罩作用，可降低導線上感應電壓330kv及以上：全線架設雙避雷線α在20度左右220kv：宜全線架設雙避雷線α在20度左右110kv：一般全線架設避雷線35kv及以下：一般不沿全線架設避雷線

α取20到30度之間2.降低桿塔接地電阻3.架設耦合地線作用：增加避雷線與導線間的耦合以降低絕緣子串上的電壓；增加對雷電流的分流作用4.採用不平衡絕緣方式5.採用消弧線圈接地方式6.裝設自動重合閘7.裝避雷器8.加強絕緣第七章

發電廠和變電所的防雷保護發電廠、變電所遭受雷害的兩個方面：一是雷直擊於發電廠、變電所二是雷擊輸電線後產生的雷電波侵入發電廠、變電所一.發電廠、變電所的直擊雷保護1.獨立避雷針適用範圍：35kv及以下變電所示意圖高為h的避雷針受雷擊時出現的電位：避雷針的接地裝置上出現的電位取：於是：

為防止避雷針與被保護的配電構架或設備之間空氣間隙被擊穿而造成反擊事故，若取空氣的平均耐壓強度為500kv/m，則一般情況下：

為防止避雷針接地裝置和被保護設備接地裝置之間土壤中的間隙被擊穿，取土壤的平均耐電強度為300kv/m，則一般情況下：2.構架避雷針適用範圍：110kv及以上變電所注意事項：a.為確保變電站中最重要而絕緣較弱的主變壓器的絕緣免受反擊的威脅，要求在裝置避雷針的構架附近埋設輔助集中接地裝置，且避雷針與主接地網的地下連接點到變壓器接地線到主接地網的地下連接點，沿接地體的距離不得小於15米；b.在變壓器的門型構架上，不允許裝避雷針線路終端桿塔上的避雷線能否與變電所構架相連的問題：110kv及以上可以相連，若ρ>1000Ω·m應加集中接地裝置35—60kv當ρ<=500Ω·m允許相連，但應加集中接地裝置當ρ>500Ω·m不允許相連二.變電所的侵入波保護1.閥式避雷器的保護作用分析(1).變壓器與避雷器之間的距離為零接線圖動作前等值電路動作後等值電路列出方程：用圖解法求解避雷器電壓有兩個峰值：分析避雷器衝擊放電電壓，由於閥式避雷器的伏的特性較平，可認為是一個定值避雷器最高的殘壓，由於流經避雷器的雷電流一般不超過5kA，因此其值取為5kA下的殘壓(2).變壓器和避雷器之間有一定的電器距離接線圖分析用圖避雷器上的電壓變壓器上的電壓波形變壓器承受雷電波能力變電所中變壓器距避雷器的最大允許電氣距離三.變電所的進線段保護保護目的：為使變電所內避雷器能可靠地保護電氣設備，限制流經避雷器的電流幅值不超過5kv、限制侵入波陡度α不超過一定的允許值1.進線段首端落雷，流經避雷器電流的計算計算條件：進線段1---2公里雷電侵入波最大幅值為線路絕緣50%衝擊閃絡電壓原理接線和等值電路圖計算方程：2.進入變電所的雷電波陡度α的計算陡度化為kv/m單位3.35kv及以上變電所的進線段保護四.變電器防雷保護的幾個具體問題1.三繞組變壓器的防雷保護措施：在低壓繞組三相出線上加裝閥式避雷器2.自耦變壓器的防雷保護(1).高、低壓繞組運行，中壓開路線路圖電壓分佈圖(2).中、低壓繞組運行，高壓開路電壓分佈圖安裝避雷器的自耦變壓器3.變壓器中性點保護(1).中性點絕緣水準全絕緣分級絕緣60kv及以下110kv及以上(2).不同電壓等級的中性點保護60kv及以下的電網中的變壓器一般不需要保護多雷地區或裝有消弧線圈的變壓器：宜在中性點加裝避雷器110kv及以上電網中變壓器變壓器中性點宜選金屬氧化物避雷器五.旋轉電機的防雷保護1.旋轉電機的防雷保護特點(1).旋轉電機主絕緣的衝擊耐壓值遠低於同級變壓器的衝擊耐壓值(2).運行中的旋轉電機主絕緣更低於出廠時的核定值(3).保護旋轉電機用的磁吹避雷器的保護性能與電機絕緣水準的配合裕度很小(4).由於電機繞組匝間電容較小，要求來波陡度較小(5).電機繞組中性點一般不接地，當侵入波入侵時，會引起中性點電壓升高由此特點，旋轉電機（直配電機）的防雷保護應包括：主絕緣、匝間絕緣和中性點絕緣的保護2.直配電機的防雷措施(1).避雷器保護功能：降低侵入波幅值(2).電容器保護功能：限制侵入波陡度α和降低感應雷過電壓(3).電纜段保護（進線段保護）功能：限制流經FCD型避雷器中的雷電流使之小於3kA(4).電抗器保護功能：在雷電波侵入時抬高首端衝擊電壓，使安裝在電纜首端的避雷器放電保護接線圖使用排氣式避雷器FE使用FS型避雷器笫八章電力系統的工頻過電壓一.過電壓的分類過電壓大氣過電壓內部過電壓操作過電壓暫時過電壓暫時過電壓包括諧振過電壓及工頻過電壓二、工頻過電壓1、定義在正常或故障時，電力系統中所出現的幅值超過最大工作相電壓、頻率為工頻（50Hz）的過電壓稱為工頻過電壓2、特點（1)它的大小會直接影響操作過電壓的實際幅值（2）它的大小會影響保護電器的工作條件和保護效果（3）持續時間長，對設備絕緣及其運行性能有重大影響3、分析結論（1）工頻過電壓就其過電壓倍數的大小來講，對系統中正常絕緣的電氣設備一般不夠成危險（2）對於超高壓系統，決定電氣設備的絕緣水準將起愈來愈大的作用三、空載線路電容效應引起的工頻過電壓1、線路較短時（1）等值電路圖和相量圖從相量圖看出：由於空載線路的電容效應，空載線路末端電壓較線路首端電壓有較大的升高2、線路較長時（1）等值電路圖（2）線路距末端X處電壓分佈線路末端電壓最高線路長度L越長，末端電壓升得越高。但由於受線路電阻和電暈損耗的限制，一般不會超過2.9倍（4）沿線電壓分佈（5）工頻電壓及其影響因素a.與電源容量有關，電源容量越小工頻電壓升高越嚴重b.通過補償電容電流，可削弱電容效應以降低工頻過電壓笫九章操作過電壓一、一般特徵1、持續時間比較短2、其幅值與系統相電壓幅值有一定倍數關係3、其幅值與系統的各種因素有關，有強烈的統計性4、依據系統的電壓等級不同，顯示重要性也不同5、在超高壓系統中，它是決定系統絕緣水準依據之一二、間隙電弧接地過電壓1、產生原因

在中心點不接地系統中，當一相發生故障時，故障點的電弧熄滅和重燃（稱之為間隙性電弧）引起電磁暫態的振盪過渡過程而引起的過電壓。（稱之為間隙電弧接地過電壓）2.單相接地電路圖及相量圖3、分析注意幾點（1）應假設某故障相達到最大值時電弧接地，這是最嚴重情況（2）掌握某一狀態、某一時間下電壓初始值、穩態值（3）過電壓的最大幅值可用下麵公式估算過電壓幅值=穩態值+（穩態值-初始值）4、影響因素（1）電弧熄滅與重燃時的相位（2）系統的相關參數（3）中性點接地方式5、限制措施：中性點安裝消弧線圈6、消弧線圈及其對限制電弧接地過電壓的作用（1）消弧線圈

是一個鐵芯有氣隙的消弧線圈，它接在中性點與地之間(2)中性點經消弧線圈接地後的電路圖及相量圖（3）作用

當故障相接地，非故障相電流應包括原先通過的電容電流加上流過消弧線圈上電流，兩者相位反向，使接地點電流（稱經消弧線圈補償後的殘流）減少到足夠少，使接地電弧很快熄滅且不易重燃。（4）消弧線圈的補償度

是消弧線圈電感電流補償系統對地電容電流的百分數有三種運行狀態：欠補償全補償過補償三、空載線路分閘過電壓1、產生原