高电压技术

doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 绪 论 学科地位 本课程性质、任务和要求 本课程内容 教材及主要参考书 课程导引 一 学科地位 日本小崎正光教授把最高品质能量形态的电能有关知识和技术体系称为电气－电子工程学， 它 可理解为图示的三柱组成的体系：

对高电压与绝缘技术可这样理解：电能与人类的生存、发展有密切关系，而高电压与绝缘技术 是其中一个很重要的知识体系，它是支撑电能应用的一根有力的支柱。 高电压绝缘技术将抓住成为梦之能源的核聚变发电、超导应用、间送电、直流系统、电能 储藏、高性能蓄电池等大量课题进一步发展下去。 二 本课程性质、任务和要求 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。 高电压技术 本课程是一门重要的专业技术基础课 专业技术基础课，主要内容包括： 专业技术基础课 高压电气绝缘 高压电气试验 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 理论性、实践性 理论性 实践性的应用价值。 通过本课程的学习，学生应达到以下要求： 获得各种电介质的绝缘特性知识 提高抗电强度的方法 了解高电压试验设备原理、试验方法

掌握波过程的基本理论 具有分析计算供电系统中大气过电压、操作过电压的能力 学会各种过电压的措施 理解供电系统中绝缘配合的原则 三 本课程内容 包括课堂、习题、实验三大部分 四 教材及主要参考 教材：赵智大，高电压技术，中国电力出版社， 1999 参考书目 小崎正光，高电压与绝缘技术，科学出版社，2001 邱毓昌等，高电压工程，西安交大出版社，1995 肖如泉，高电压试验工程，清华大学出版社，2001 文远芳，高电压技术，华中科技大学出版社，2001 张纬钹，何金良等，过电压防护与绝缘配合，2002 五 课程导引 电能与电力系统 电能是现代社会中最重要、最方便的能源。电能具有许多优点，如： 可以方便地转化为其他形式的能量。 如：机械能、热能、光能、化学能等； 输送和分配易于实现； 应用规模灵活。 动力系统、电力系统和电力网示意图如下图所示：

图 0-1 动力系统、电力系统和电力网示意图 10 英国出现从 Deptford 到伦敦长达 45km 的 10kV 输电线路 11 德国出现从 Lauffen 到法兰克福长达 170km 的 15kV 三相输电线路 电力工业作为能源工业的主力而受到极大重视，在发达家的能源消费比例中，电能占一多半 一多半。 一多半 电力的大容量和远距离传输， 促使电压等级的不断提高。 年来世界上的输电电压提高了 100 100 倍。目前我国最高电压等级为 750kV。 在高压输电行业中，习惯上称：

低 压 35kV 以下 高 压 35kV-100kV 超高压 100kV-1000kV 特高压 1000kV 以上 直流输电 直流电压因为不能利用变压器，所以交流输电最先得到迅速发展 20 世纪 50 年代中期以来，随着各方面的技术的进步，直流输电的优越性逐步得到体现，许多 国家又逐步开始发展直流输电。我国多条远距离的西电东送 西电东送线路即为直流输电线路。 西电东送 中国电力工业的现状与发展 1980 年以来我国发电量平均以 9%的年增长率增长。 2002 年我国年发电量已达 16000 亿千瓦时。 1996 年底我国发电设备装机容量已达 2.3 亿 kW，居世界第二位，2002 年达 3.53 亿 kW 我国各大电网现有的变电及配电电压等级为 交流：500kV，220kV，110kV，(66kV)35kV，10kV 直流：正负 500kV 西北电网电压等级为 330kV，220kV，100kV，35kV，10kV 目前正在着手西北地区 750kV 输变电工程的设计、实施 高电压、高场强下的特殊问题 绝缘问题 没有可靠的绝缘，高电压高场强甚至无法实现。在一定的电压形式 电压形式下，必须选择合理的绝缘 电压形式 绝缘 材料，设计合理的绝缘结构 材料 绝缘结构 高电压实验问题 高电压技术是一门工程性很强的学科，实验是必不可少的 高电压试验面临诸如以下问题： 如何产生高压？ 如何对电气设备进行高压试验？ 如何测量高压？ 过电压保护问题 电力系统运行过程中，经常会导致比工作电压高得多的电压产生，如：自然

界的雷击、电力系 统本身操作导致的操作过电压等 为了保护电力系统中的电力设备，必须研究： 各种过电压的特点及形成条件 各种保护装置及其保护特性 电压、绝缘、保护三者之间的绝缘配合 电磁环境问题 电磁兼容：高电压高场强下各种电磁干扰信号更强，电磁兼容问题也更加突出。 电磁兼容 生态效应：研究强电场、强磁场下对生物生活环境 生态效应 高电压下特殊现象及其应用 高电压学科的特有现象可以举出很多，其中一些已得到应用，并有很好的发展前景，已成为国 内外广泛开展研究的方向 静电技术及应用 利用静电技术人们制成静电除尘器，其除尘效率达 99%以上 液电效应及应用 液电效应是液体电介质在高电压、大电流放电时伴随产生的力、声、光、热等效应的总称。 液电效应 利用此原理可以制成碎石机、铸件清砂装置等，已得到广泛应用

线爆技术及应用 强大的电流通过金属线时，会使金属线熔化、气化、爆炸，可以对难熔金属、难镀材料喷涂， 也可用线爆来模拟高空核爆炸或地下核爆炸 脉冲功率技术及应用 脉冲功率技术在许多高科技领域、 尖端武器领域得到广泛应用， 目前脉冲功率技术正向着高电 压、大电流、窄脉冲、高重复率的方向发展。 小 结 高电压技术是一门重要的专业技术基础课； 随着电力行业的发展，高压输电问题越来越得到 人们的重视； 高电压、高场强下存在着一些特殊的物理现象； 高电压试验在高电压工程中起着重要的作用。 第一篇电介质的电气强度

电介质在电气设备中作为绝缘材料使用，按其物质形态，可分为 气体介质 液体介质 固体介质 在电气设备中 外绝缘一般由气体介质(空气)和固体介质(绝缘子)联合构成 内绝缘 一般由固体介质和液体介质联合构成 在电气作用下，电介质中出现的电气现象可分为两大类 弱电场—电场强度比击穿场强小得多 极化、电导、介质损耗等 强电场—电场强度等于或大于放电起始场强或击穿场强 放电、闪络、击穿等 第一章 气体放电的基本物理过程

研究气体放电的目的 了解气体在高电压（强电场）作用下逐步由电介 掌握气体介质的电气强度及其提高方法 电气设备中常用气体介质 空气、压缩的高电气强度气体（如 SF6） 第一节 带电粒子的产生和消失 带电粒子在气体中的运动 带电粒子的产生 负离子的形成 带电粒子的消失 一、 带电粒子在气体中的运动 （一） 自由行程长度 当气体中存在电场时，粒子进行热运动和沿电场定向运动（如图 1-1 所示 质演变成导体的物理过程

各种粒子在气体中运动时不断地互相碰撞， 任一粒子在 1cm 的行程中所遭遇的碰撞次数与气体 分子的半径和密度有关。 单位行程中的碰撞次数 Z 的倒数 即为该粒子的平均自由行程长度。 粒子的自由行程等于或大于某一距离 x 的概率为 粒子的自由行程等于或大于某一距离 x 的概率为 P (x) = e λ x (1-1)

令 x= λ ，可见粒子实际自由行程长度大于或等于平均自由行程长度的概率是 36.8%。 由气体动力学可知，电子平均自由行程长度 λ：

粒子平均自由行程 λe =

式中： r：气体分子半径 N：气体分子密度 1 πr N 2

(1-2) 由于 p N = kT

代入(1-2)得到下式： kT λe = πr 2 p

式中： p：气压 T：气温 k：波尔兹曼常数 (1-3)

大气压和常温下平均自由行程长度数量级为 10-5cm （二）带电粒子的迁移率 设 μ E

：带电粒子运动的速度 ：电场强度 k =μ/E k

比例系数 (1-4)

称为迁移率，它表示单位场强下（1V/m)带电粒子沿电场方向的漂移速度。 电子与离子的迁移率相比较：

电子的平均自由行程长度比离子大得多

而电子的质量比离子小得多 因此电子更易加速，电子的迁移率远大于离子。 （三）扩散 热运动中，粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小的区域，从而使分布均匀化，这种过程 称为扩散。 气压越低 温度越高 扩散进行得越快 电子的热运动速度大、自由行程长度大，所以其扩散速度比离子快得多。 二、带电粒子的产生 产生带电粒子的物理过程称为电离，是气体放电的首要前提。 激励 当原子获得外部能量，一个或若干个电子有可能转移到离核较远的轨 道上去，该现象称为激励 电离能 使基态原子或分子中结合最松弛的那个电子电离出来所需要的最小 一）光电离 当满足以下条件时，产生光电离 λ ≤ 式中： 。 hc Wi (1-5

：光的波长； λ

：光速； ：气体的电离

光子来源 外界高能辐射线 气体放电本身 i （二）热电离 常温下，气体分子发生热电离的概率极小 气体中发生电离的分子数与总分子数的比值 m 称为该气体的电离度。 下图为空气的电离度 m 与温度 T 的关系： c能 W 。

外界高能辐射线

由图所示： 当 t>10000K 时，才需考虑热电离； 当 t>20000K 时，几乎全部的分子都处于热 电离状态 三）碰撞电离 电子获得加速后和气体分子碰撞时，把动能传给后者引起碰撞电离。 电子在场强为 E 的电场中移过 x 距离时获得的动能为： 1 2 W = mv = qe Ex 2 如果

式

大于或等于气体分子的电离能 ，该电子就有足够的能量完成碰撞电离。 由此可得碰撞电离时应满足以下条件 m qe

：电子的质量 ：电子的电荷量 qe Ex ≥ Wi 式中：

q e ：电子的电荷量； 电子为造成碰撞电离而必须飞越的最小距离为： E ：外电场强度； x ：电子移动的距离U Wi xi = = i qe E E U

的大小取决于场强 E，增大气体中的场强将使 值减少。可见提高外加电压将使碰撞电离的概 式中 为气体的电离电位，在数值上与以 eV 为单位的 相等 率和强度增大。 i （四）电极表面的电离 当逸出功<<电离能时，阴极表面电离可在下列情况下发生： Wi

正离子撞击阴极表面 光电子发射 热电子发射 强场发射 二、 负离子的形成 附着：当电子与气体分子碰撞时，不但有可能引起碰撞电离而产生出正离子和新电子，而且也 可能会发生电子与中性分子相结合形成负离子的情况。 负离子的形成并未使气体中带电粒子的数目改变， 但却能使自由电子数减少， 因而对气体放电 的发展起抑制作用。 四、带电粒子的消失 带电粒子的消失可能有以下几种情况： 带电粒子在电场的驱动下做定向运动，在到达 电极时，消失于电极上而形成外 电路中的电流； 带电粒子因扩散而逸出气体放电空间； 带电粒子的复合。 复合：当气体中带异号电荷的粒子相遇时，有可能发生电荷的传递与中和，这种现象称为复 复合 合 复合可能发生在电子和正离子之间，称为电子复合，其结果是产生一个中性分子； 复合也可能发生在正离子和负离子之间，称为离子复合，其结果是产生两个中性分子 小 结 带电粒子在空气中运动的表征 o 自由行程长度 o 带电离子的迁移率 o 扩散 带电粒子产生和消失的物理过程 光电离 o 热电离 o 碰撞电离 o 电极表面的电离 负离子的形成 电子的附着形成负离子 带电离子的消失 第二篇

电气设备绝缘试验 必要性： 电气设备进行绝缘试验的必要性 电气设备进行绝缘试验的必要性：

电力系统的规模、容量不断地扩大，停电造成的损失越来越严重。 我国电力短缺，这就需要提高发电设备可靠性，使其满负荷运转，增加发电量。 绝缘往往是电力系统中的薄弱环节，绝缘故障通常是引发电力系统事故的首要原因。 电介质理论仍远未完善，须借助于各种绝缘试验来检验和掌握绝缘的状态和性能 本篇主要内容 本篇主要阐述电气设备绝缘试验的试验设备、试验方法和测量技术。 绝缘试验分为非破坏性试验和破坏性试验两大类。 破坏性试验检验绝缘的电气强度，非破坏性试验检验其他电气性能。 第四章 电气设备绝缘预防性试验 绝缘预防性试验的目的是什么？ 绝缘故障大多因内部存在缺陷而引起，我们通过测量电气特性的变化来发现隐藏着 的缺陷。 绝缘缺陷类型 集中性缺陷：裂缝、局部破损、气泡等 分散性缺陷：内绝缘受潮、老化、变质等

常见试验项目：测量绝缘电阻，吸收比，泄漏电 流，介质损耗角正切，局部放电，电压分布等 ▼

TE571（ 测量局部 （ 放电） 放电）

绝缘电阻测试仪

主要电气设备的绝缘预防性试验项目 序 号 电气 设备

测 量 绝 缘 电阻 测量绝 缘电阻 和吸收 比 测 量 泄 漏 电流 直流耐 压试验 并测泄 漏电流 试

测 量 介 质 损 耗 角 正 切 验 项 目

油 的 介 质 损 耗 角 正 切 油 中 含 水 量 分 析 油 中 溶 解 气 体 分析 油 的 电 气 强度 测 量 电 压 分布 交 流 耐 压 试 验 测 量 局 部 放电 1

同步发 电机和 调相机 V V V V V 2 3 4

交流电 动机 油浸变 压器 电磁式 电压互 感器 V V V V

V V V V V V V V V V V V V V V V 5 6 7

电流互 感器 油断路 器 悬式和 支柱式 绝缘子 V V V V V V V V V V V V V V V V V V 8

电力电 缆 V V V V

第一节 绝缘的老化 什么叫绝缘的老化 绝缘老化的原因有哪些 电介质的热老化 电介质的电老化 其他影响因素 什么叫绝缘的老化？ 电气设备的绝缘在长期运行过程中会发生一系列物理变化和化学变化，致使其电气、机械 及其他性能逐渐劣化，这种现象统称为绝缘的老化。 老化的原因有哪些 热、电、机械力、水分、氧化、各种射线、微生物等因素的作

用 一、电介质的热老化 什么是电介质的热老化？

在高温的作用下，电介质在短时间内就会发生明显的劣化；即使温度不太高，但如作用时 间很长，绝缘性能也会发生不可逆的劣化，这就是电介质的热老化。 温度越高，绝缘老化得越快，寿命越短。 绝缘材料的耐热等级划分 耐热等级 O A

极限温度（℃） 90 105 绝缘材料

木材、纸；聚乙烯、聚氯乙稀；天然橡胶 油性树脂漆及其漆包线；矿物油 E B F

120 130 155

酚醛树脂塑料；胶纸板；聚酯薄膜 聚酯漆；环氧树脂 聚酯亚胺漆及其漆包线 H C

180 >180

聚酰胺亚胺漆及其漆包线；硅橡胶 聚酰亚胺漆及薄膜；云母；陶瓷；聚四氟乙烯 热老化规则： 热老化 8℃规则：对 A 级绝缘介质，如果它们的工作温度超过规定值 8℃时，寿命约缩短一 半。 相应的对 B 级绝缘和 H 级绝缘则分别适用 10℃和 12℃规则。 介质的老化过程 ? 固体介质的热老化过程 受热→带电粒子热运动加剧→载流子增多→载流子迁移→电导和极化损耗增大→ 受热→带电粒子热运动加剧→载流子增多→载流子迁移→电导和极化损耗增大→介质损耗 增大→介质温升→ 增大→介质温升→加速老化 液体介质的热老化过程 油温升高→氧化加速→油裂解→分解出多种能溶于油的微量气体→ 油温升高→氧化加速→油裂解→分解出多种能溶于油的微量气体→绝缘破坏 三、 电介质的电老化 什么是电老化？ 电老化系指在外加高电压或强电场作用下的老化。 介质电老化的主要原因是什么？ 介质中出现局部放电。 局部放电引起固体介质腐蚀、老化、损坏的原因有： 破坏高分子的结构，造成裂解； 转化为热能，不易散出，引起热裂解，气隙膨胀；

在局部放电区，产生高能辐射线，引起材料分解； 气隙中如含有氧和氮，放电可产生臭氧和，是强烈的氧化剂和腐蚀剂，能使材料发 生化学破坏。 各种绝缘材料耐局部放电的性能有很大差别： 云母、玻璃纤维等无机材料有很好的耐局部放电能力 旋转电机采用云母、树脂作为绝缘材料 有机高分子聚合物等绝缘材料的耐局部放电的性能比较差 绝缘油的老化原因： 油温升高而导致油的裂解，产生出一系列微量气体； 油中的局部放电还可能产生聚合蜡状物，影响散热，加速固体介质的热老化。 三、其他影响因素 机械应力：对绝缘老化的速度有很大的影响，产生裂缝，导致局部放电； 机械应力：对绝缘老化的速度有很大的影响，产生裂缝，导致局部放电； 环境条件：紫外线，日晒雨淋，湿热等也对绝缘的老化有明显的影响。 环境条件：紫外线，日晒雨淋，湿热等也对绝缘的老化有明显的影响。 小 结

电气设备的使用寿命一般取决其绝缘的寿命，后者与老化过程密切相关。 通过绝缘试验判别其老化程度是十分重要的。 绝缘老化的原因主要有热、电和机械力的作用 ，此外还有水分、氧化、各种射线、微 生物等因素的作用。 各种原因同时存在、彼此影响、相互加强，加速老化过程。 第二节 绝缘电阻、吸收比、泄漏电流的测量 绝缘电阻 最基本的综合性特性参数。 组合绝缘和层式结构， 在直流电压下均有明显得吸收现象， 使外电路中有一个随时间而衰减 的吸收电流。 吸收比 检验绝缘是否严重受潮或存在局部缺陷。 泄漏电流 所加直流电压高得多 一、双层介质的吸收现象 为了分析方便，改用电阻 R1 和 R2 代替上图中的电导 G1 和

G2。 1＝1/G1, R2=1 /G2) （R

讨论因吸收现象而出现的过渡过程 开关 S 合闸作为时间 的起点，在 t 2

的极短时间内，层间电压按下式分布 U 10 = U

C2 C1 + C U 20 = U

C1 C1 + C 2

达到稳态时（ t ），层间电压按电阻分配 →∞ U 1∞ = U

R1 R1 + R 2 U 2∞

R2 = U R1 + R 2

稳态电流将为电导电流 I g = R 1 U + R 2

由于存在吸收象， 10 ≠ U1∞ U20 ≠ U，在这个过程中的层间电压按下式变化 ， U 2∞

? ? ? τt ? R1 C2 R1 u1 = U ? +? ? C + C ? R + R ?e ? ? R1 + R 2 ? 1 2 1 2 ? ? ? R2 ? C1 R2 u2 = U ? +? ? ? ? R1 + R 2 ? C 1 + C 2 R 1 + R 2 流过双层介质的电流为 ? τt ? ?e ? ? ? ? i

i = i R1 + iC1

上式中第一个分量为电导电流 如选用第一个方程式，则 i = i R2 + iC2

U (R2C2 ? R1C1 ) U i= + eτ R1 + R2 (C1 + C2 )2 (R1 + R2 )R1 R2 2 t ，第二个分量为吸收电流 。

τ = (C1 + C 2 ) R1 R 2 R1 + R 2

当绝缘严重受潮或出现导电性缺陷时，阻值 R1、R2 或两者之和显著减小， 大大增加，而 速衰减。 二、绝缘电阻和吸收比的测量 绝缘电阻的表达式 迅

R(t ) =

(C1 + C2 )2 ( R1 + R2 ) R1 R2 (C1 + C2 ) 2

R1 R2 + (R2 C 2 ? R1C1 ) e 2 τ t

测量绝缘电阻时 其值是不断变化的； 无穷时刻，等于两层介质绝缘电阻的串联值。 测量绝缘电阻时，其值是不断变化的；t 无穷时刻，等于两层介质绝缘电阻的串联值。 通常所说的绝缘电阻均指吸收电流衰减完毕后的稳态电阻值。 通常所说的绝缘电阻均指吸收电流衰减完毕后的稳态电阻值。 受潮时，绝缘电阻显著降低， 显著增大， 迅速衰减。因此，能揭示绝缘整体受潮、 受潮时，绝缘电阻显著降低， 显著增大， 迅速衰减。因此，能揭示绝缘整体受潮、 局部严重受潮、存在贯穿性缺陷等情况。但有局限性。 局部严重受潮、存在贯穿性缺陷等情况。但有局限性。

对于某些大型被试品，用测 吸收比 吸收比”的方法来替代 对于某些大型被试品，用测“吸收比 的方法来替代 原理：令 t = 15 s 和t = 60s 瞬间的两个电流值的 和 I 60比值。 K 1 =

R 60 R 15 =

I 15 I 60 K1

R60 经接近于稳态绝缘电阻值 R∞ 大于 1,越大表示吸收现 象越显著，绝缘性能越好

吸收比是同一试品在两个不同时刻的绝缘电阻的比值，所以排除了绝缘结构和体积尺寸的影响。 一般以 K1 ≥ 1.3 作为设备绝缘状态良好的标准亦不尽合适， 有些变压器的 但 值却很低；有些 1.3 ，但 值却很高。 K < 1 K1

虽大于 1.3， R

所以应将 K 1 值和 R 值结合起来考虑，方能作出比较准确的判断。 容量电气设备中，吸收现象延续很长时间，吸收比不能很好地反映绝缘的真实状态， 容量电气设备中，吸收现象延续很长时间，吸收比不能很好地反映绝缘的真实状态，用极化指数再判 断。 极化指数 K2 =

R 10 min R 1 min （4－13） 13）

某些集中性缺陷已相当严重，以致在耐压试验时被击穿，但在此前测得的绝缘电阻、吸

收比、 某些集中性缺陷已相当严重，以致在耐压试验时被击穿，但在此前测得的绝缘电阻、吸收比、极化指 数却并不低，因为缺陷未贯穿绝缘。可见仅凭上述试验结果判断绝缘状态是不够的。 数却并不低，因为缺陷未贯穿绝缘。可见仅凭上述试验结果判断绝缘状态是不够的。 测量绝缘电阻最常用的仪表为手摇式兆欧表

图 4-1 是利用手摇式兆欧表测量三芯电力电缆绝缘电阻的接线图，也表示了它的测量原理

兆欧表有三个接线端子：线路端子（L） 、接地端子（E）和保护（屏蔽）端子（G） 。 被试绝缘接在端子 L 和 E 之间，而保护端子 G 的作用是使绝缘表面泄漏电流不要流过线圈 LA 测得的绝缘体积电阻不受绝缘表面状态的影响。 四、 泄漏电流的测量 反映绝缘电阻值，但有一些特点： 加在试品上的直流电压比兆欧表的工作电压高得多。 故能发现兆欧表所不能发现的缺陷。 施加在试品上的直流电压是逐渐增大的，这样就可以在升压过程中监视泄漏电流的增长动向。 在电压升到规定的试验电压值后，要保持 1min 再读出最后的泄漏电流值。当绝缘良好时，泄 漏电流应保持稳定，且其值很小

图 4－2 是发电机的几种不同的泄漏电流变化曲线。 泄漏电流试验接线图如图 4-3 所示 。

其中 V 为高压整流元件，C 为稳压电容，PV2 为高压静电电压表，TO 为被试品 注意 ：测量泄漏电流用的微安表需用并联放电管 V 进行保护。

小 结 绝缘电阻是一切电介质和绝缘结构的绝缘状态最基本的综合特性参数。 电气设备中大多采用组合绝缘和层式结构，故在直流电压下均有明显的吸收现象，测量吸 收比可检验绝缘是否严重受潮或存在局部缺陷。 测量泄漏电流从原理上来说，与测量绝缘电阻是相似的，但它所加的直流电压要高得多， 能发现用兆欧表所不能显示的某些缺陷，具有自己的某些特点。

第三节 介质损耗角正切的测量 P 介质的功率损耗 与介质损耗角正切 tg δ 成正比,所以后者是绝缘品质的重要指标， 测量 值是判断

电气设备绝缘状态地一项灵敏有效的方法。 tg δ 能反映绝缘的整体性缺陷（如全面老化）和小电容试品中的严重局部性缺陷。 tg δ 测量 能不能灵敏地反映大容量发电机、 变压器和电力电缆绝缘中的局部性缺陷， 应尽可能将这些 设备分解成几个部分，然后分别测量它们的 。

一、西林电桥基本原理

其中被试品的等值电容和电阻分别为 Cx 和 Rx;R3 为可调的无感电阻；CN 为高压标准电容器的电 容；C4 为可调电容；R4 为定值无感电阻；P 为交 流检流计。 在交流电压 的作用下，调节 R 和 U 3

，使电桥达到平衡，即通过检流计 P 的电流为零，因而 U AD = U BD 可得

由式（4-15）可写出 U CA = U CB U U Z2 = Z4 CA ? AD = U U CB ? BD

Z1 Z3 式中 Z1 =

1 1 + jω C x Rx Z 3 = R3 Z2

1 = jω C N Z4 =

1 1 + jω C 4 R4 可求得试品电容 Cx 和等值电阻 R x

R4C N Cx = R 3 (1 + ω 2 C 42 R 42 ) 介质并联等值电路的介质损耗角正切

R 3 (1 + ω 2 C 42 R 42 ) Rx = ω 2 C 4 R 42 C N 1 = ωC 4 R 4 tg δ = ωC x R x 因为 并取 C

ω = 2πf = 100π 4

，如取 μF ，则简化为 的单位为 R4 =

10000 ?， π

tg δ = C 4 试品电容

R4CN R4 Cx = ≈ CN 2 R3 (1 + tg δ ) R3

西林电桥反接线原理 电桥平衡的过程与正接线时无异，所不同者在于各个调节元件、检流计和屏蔽网均处于高电位，故必须 保证足够的绝缘水平和采取可靠的保护措施。 二、 tg δ

测量的影响因素

（一）外界电磁场的干扰影响 干扰包括高压电源和试验现场高压带电体引起的电场干扰。 在现场测试条件下，电桥往往处于一个相当显著的交变磁场中，这时电桥接线内也会感应出一个干 扰电势，对电桥的平衡产生影响，也将导致测量误差。

消除干扰的方法：金属屏蔽网和屏蔽电缆 （二）温度的影响 tg 一般来说， 随温度的增高而增大。 为了便于比较，应将在各种温度下测得的 值换算到 20℃时的值。 （三)试验电压的影响 δ

（四）试品电容量的影响 对电容量较大的试品（例如大中型发电机、变压器、电力电缆、电力电容器等）,测量 只 能发现整体分不性缺陷，因而用测量介质损耗角正切的方法来判断绝缘状态就不很灵敏了。 （五）试品表面泄漏电流的影响 测试前应清除绝缘表面的积污和水分，必要时还可以在绝缘表面上装设屏蔽极。 小 结 δ 测量 tg 值是判断电气设备绝缘状态地一项灵敏有效的方法。 tg δ 值的测量，最常用的是西林电桥。 tg δ 的测量受一系列外界因素的影响。试验中应尽可能采用屏蔽，除污等方法消除这些影响

第四节 局部放电的测量

绝缘中的局部放电是引起电介质老化的重要原因之一。 测定电气设备在不同电压下的局部放电强度和发展趋势，就能判断绝缘内是否存在局部缺陷以及介 质老化的速度和目前的状态。 局部放电的基本概念，表征局部放电的重要参数。 局部放电检测发展历史及测量方法综述。 脉冲电流法的测量原理。 一些局部放电测量仪器。 一、局部放电基本概念 绝缘内部气隙局部放电的等值电路如图 4-9 所示。

电容上分到的电压 ，气隙放电电压U r ，熄灭电压（剩余电压） ， g 局部放电的电流变化曲线见图 4-10 u

表征局部放电的参数 视在放电量 q

（4-28）

q ≈ C a ?U a

其中C a 为试品电容， ? a为气隙放电时，试品两端的压降。 U q 既是发生局部放电时试品 Ca 所放掉的电荷，也是电容 Cb 上的电荷增量。 （比真实放电量小得多） 放电重复率（ N ） 在选定的时间间隔内测得的每秒发生放电脉冲的平均次数 放电能量（ ） W 指一次局部放电所消耗的能量。 W = 1 qU 2 i

（4－32） 其中 Q 为视在放电量， U 为局部放电起始电压。 其他参数 ? ? ? ?

平均放电电流 放电的均方率 放电功率 局部放电起始电压 局部放电熄灭电压 二、局部放电检测方法综述

电检测法，声测法，光测法，化学法，其它法 声检测法

介质中发生局部放电时，其瞬时释放的能量将放电源周围的介质加热使其蒸发， 介质中发生局部放电时，其瞬时释放的能量将放电源周围的介质加热使其蒸发，效果就像一 个小爆炸。此时放电源如同一个声源，向外发出声波。由于放电持续时间很短 间很短， 个小爆炸。此时放电源如同一个声源，向外发出声波。由于放电持续时间很短，所发射的声 波频谱很宽， MHz。 波频谱很宽，可达到数 MHz。

固体中常用传感器为测震仪（ 固体中常用传感器为测震仪（accelerometer）和声发射（Acoustic Emission）传感 ）和声发射（ ） 测震仪有着平滑的频率特性， 以上。 器。测震仪有着平滑的频率特性，测试频率可达 50kHz 以上。声发射传感器有多个频段 ，该传感器有很强的方向性 个特定方向的声信号。 （30k~1MHz） 该传感器有很强的方向性，一般来说只能测试某个特定方向的声信号。 ） 该传感器有很强的方向性，一般来说只能测试某个特定方向的声信号 ，

Senaco AS100 声传感器 北京亚捷隆测控技术有限公司

噪声检测法的特点 抗电磁干扰能力强 灵敏度不受试品电容的影响 能进行复杂设备放电源定位 在传播途径中衰减、畸变严重 基本不能反映放电量的大小 实际中一般不使用声测法，而将声测法和电测法结合起来使用。 光检测法 采用光纤传感器，局部放电产生的声波压迫使得光纤性质改变，导致光纤输出信号改变， 从而可以测得放电。 光测法只能测试表面放电和电晕放电 ，在现场中光测法基本上没有直接应用。 将光纤技术和声测法相结合提出了声-光测法。

光纤传感器应用

化学分析法 膜 纸 绝 缘 介 质 中 ， 常 用 高 性 能 液 体 色 谱 分 析 法 （ HP LC） 判 断 介 质 老 化 情 况 。 在 电 力 变 压 器 中 ， 油 色 谱 分 析 （ DG A） 方 法 是 一 种 简单 、经济 、有 效的 变压器 在线 监测方 法。

电气检测法 脉冲电流法 介质损耗法 电气检测法 脉冲电流法 介质损耗法 脉冲电流法测量原理

测量视在放电量 西林电桥 测量视在放电量 西林电桥 电气检测法的发展 1925 年，Schwaiger 发现电晕放电的射频特性，由此 发展出 RIV 局部放电检测法； 1928 年，基于电子束示波器技术，Lioyd 和 Starr 等人设计出平行四边形检测法； 平 1954 年，首台商用便携式局部放电检测仪由 Mole 等人研制成功； 便 1960 年，基于平行四边形检测原理，Dakin 等人设计出

1975 年，Lemke 博士等人设计出商用宽频局放测试仪，测试带宽达到 10MHz; 商 1978 年，Tanaka Okamoto 等人采用计算机技术建立数字化局部放电检测仪； 数 1981 年，Boggs、Fujimoto、Stone 等人设计出 1GHz 超高频局放检测仪；

目前局部放电电检测方法 脉冲电流法 无线电干扰电压法（RIV） 射频检测法（RF） 介质损耗分析法（DLA） 超高频（UHF）检测法 局部放电测试仪

TWPD-4 多通道数字式局部放电综合分析仪 天威新域科技发展有限公司 小 结

局部放电的检测已成为确定产品质量和进行绝缘预防性试验的重要项目之一。 试验内容包括测量视在放电量、放电重复率、局部放电起始电压和熄灭电压、放电的具体部位。 表征局部放电的参数主要有：视在放电量、放电重复率、放电能量等。 伴随局部放电会出现多种现象：包括电、光、噪声、气压变化、化学变化等。 局部放电的检测方法很多，包括非电检测和电气检测两大类。

主要介绍了脉冲电流法的测量原理，另外介绍了噪声检测法、光检测法、化学分析法、超高频检测 法等。

第五节 电压分布的测量

在工作电压的作用下，沿着绝缘结构的表面会有一定的电压分布。 表面比较清洁时，其分布规律取决于绝缘结构本身的电容和杂散电容 表面染污受潮时，分布规律取决于表面电导。 通过测量绝缘表面上的电压分布亦能发现某些绝缘缺陷。 测量电压分布最适用于那些由一系列元件串联组成的绝缘结构。 以表面比较清洁的悬式绝缘子为例，分析电压分布状况。 其中C 为各元件对地电容， 为各元件与高压 导线之间的电容。 C 1 C 的影响是造成一定的分流，使最靠近高压导线的那片绝缘子流过的电流最大，因而分到的电压 也最大。 C2 的影响使最靠近接地端的那片绝缘子流过的电流最大，因而电压也最高，其余各片上的电压依 次减小。 由于 C >>C，所以 C 1 的影响更大。 2 1 1 2

为使绝缘子串上的电压分布均匀一些，可采用： 在绝缘子串与导线连接处装设均压金具，它能增大 C1 值 ，有利于补偿 C2 的影响，所以能有效地改善沿串电压分布。 什么是劣化绝缘子或零值绝缘子？ 若某一片绝缘子的实测电压低于标准值的一半时，可认定该片为劣化绝缘子。 小 结 本节以表面清洁的悬式绝缘子串为例， 分析了其电压分布状况， 分析了对地电容和杂散电 容的影响。

测量线路绝缘子串电压分布或检出串中的零值绝缘子， 可使用短路叉、 可调火花间隙

测 杆、自爬式检零工具等。 第六节 绝缘状态的综合判断 种种非破坏性试验项目，各具功能，也各有局限性。 必须将各项试验结果联系起来进行综合分析。 当有个别试验项目不合格时，宜用“三比较”办法来处理： 与同类型设备比较 在同一设备的三相试验结果之间进行比较 与该设备技术档案中的历年试验所得数据作比较 第五章 绝缘的高电压试验 什么是绝缘的高电压试验？ 在高压试验室用工频交流高压、直流高压、雷电冲击高压、操作冲击高压等模拟电气设 备的绝缘在运行中受到的工作电压，用以考验各种绝缘耐受这些高电压作用的能力。 特点： 具有破坏性试验的性质。 一般放在非破坏性试验项目合格通过之后 进行，以避免或减少不必要的损失。 难点问题： 由于输电电压和相应的试验电压在不断提高，要获得各种符合要求的试验用高电压 越来越困难，这是高电压试验技术发展中首先需要解决的问题。 本章主要内容： 本章介绍产生各种试验电压的高电压设备、 各种高电压的测量方法以及绝缘高电压试验 的接线和实施方法。 第一节 工频高电压试验 工频高电压试验不仅仅为了检验绝缘在工频交流工作电压下的性能， 也用来等效地检验绝缘对 操作过电压和雷电过电压地耐受能力。 本节主要介绍工频高电压的产生原理和工频高压试验的基本接线图。 一、工频高电压的产生 通常采用高压试验变压器或其串级装置来产生。 对电缆、 电容器等电容量较大的被试品， 可采用串联谐振回路来获得试验用的工频高电压。 工频高压装置是高压试验室中最基本的设备，也是产生其他类型高电压的设备基础部件。 （一） 高压试验变压器——6 特点 试验变压器本身应有很好的绝缘，但绝缘裕度小，试验过程中要严格过电压。 例如：500～ 10％～15％。 ％～15 例如：500～750kV 试验变压器的绝缘五分钟试验电压仅比其额定电压高 10％～15％。

额定电压高而容量不大 试验变压器高压侧电流 I 和额定容量 P 都主要取决于被试品的电容。

I = 2πfCU × 10 3

P = 2πfCU 2 ×10?3

外观上的特点：油箱本体不大而其高压套管又长又大。 ? 单套管式试验变压器：额定电压一般不超过 250～300kV ? 双套管式试验变压器：最高额定电压达 750kV 试验变压器与连续运行时间不长，发热较轻，因而不需要复杂的冷却系统。 漏抗大，短路电流较小，可降低机械强度方面的要求。 输出电压波形很难完美，需要采取措施加以修正。 试验变压器的接线与结构示意图如 5－1。

(二)试验变压器串级装置 变压器的体积和重量近似地与其额定电压的三次方成比例。 当所需的工频试验电压很高（例如超过 750kV）时，再采用单台试验变压器来产生在技 术和经济上不合理。 U≥1000 kV 时，采用若干台试验变压器组成串级装 置来满足要求 由两台单套管试验变压器组成的串级装置示意图如图 5-2 所示。 T2 的容量为 T1 的容量为 P2 = U3 I3 = U2 I 2

P =U1I1 =U2I2 +U3I3 = 2U2I2 1

显然，虽然这两台试验变压器地初级电压相同，次级电压也相同，但它们的容量和高压绕组结构

都不同，因而不能互换位置。 整套串级装置的制造容量为 P = P + P = 3 2 I2 U 1 2 串级装置的输出容量却只有 P ' = 2U 2 I 2

P' 2U 2 I 2 2 η= = = P 3U 2 I 2 3 因而装置的容量利用率 n

级串级装置的容量利用率 2 η = n +1

试验变压器的台数越多，容量利用率越低。这是串级装置的固有缺点。因而通常很少采用 n >3 的方案。

二、工频高压试验的基本接线图 工频耐压试验的实施方法： 按规定的升压速度提升作用在被试品 TO 上的电压，直到它等于所需的试验电压 U2 为 止。保持 1 分钟，没有发现绝缘击穿或局部损伤，可认为合格通过。 小 结 本节主要介绍了工频高电压的产生方法及其装置。 高压试验变压器的六大特点。 当所需试验电压很高时，常采用串级装置来产生所需高压。 工频高电压试验的基本接线图和实施方法。 第三节 直流高电压试验 被试品的电容量很大的场合（例如长电缆段、电力电容器等），用工频给交流高电压进行绝缘 试验时会出现很大的电容电流，要求试验装置具有很大的容量，很难做到。这时用直流高电压 试验来代替工频高电压试验。 直流输电工程的增多促使直流高电压试验的广泛应用。 一、直流高电压的产生 将工频高电压经高压整流器而变换成直流高电压。 利用倍压整流原理制成的直流高压 串级装置（或称串级直流高压发生器)能产生出更高的直流试验电压。 （一）高压整流器 （二）主要技术参数 （三）额定整流电流 通过整流器的正向电流在一个周期内的平均值。 额定反峰电压 当整流器阻断时，其两端容许出现的最高反向电压峰值。 电路空载时整流器两端承受的反向电压 u d = U c + U m sin ωt = U m (1 + 最大反向电压 U d = 2U

sin ω t ) m

当接有负载时（ R L

，电容 ≠ ∞）

C 上的电压出现脉动现象， 如图 5-6 所示。

整流回路的基本技术参数： 额定平均输出电压： 额定平均输出电流： U av av ≈ U max + U 2 min I =

U av RL

电压脉动系数（纹波系数） ： 对半波整流回路 S

= δ U U av δU =

U av δU = 2 fR L C U max ? U min 2 (二) 倍压整流回路 前两种可获得等于 2UM

的直流电压，而后一种可以获得等于 3UM 的直流电压。

（三）串级直流高压发生器

利用图 5-7（b）中的倍压整流电路作为基本单元，多级串联起来即可组成一台串级直流高压 发生器，如图 5-8 所示。 + E

串级装置的充电过程可利用图 5-9 所示的直流电源 和 ? E经切换开关 S 给各台电容器充电的过程来加以说明。 2Um

二、直流高电压试验的特点和应用范围 特点： 只有微安级泄漏电流，试验设备的容量较小。 试验时可同时测量泄漏电流，由所得得“电压－电 流”曲线能有效地显示绝缘内部的 集中性缺陷或受潮。 用于旋转电机时， 能使电机定子绕组的端部绝缘也受到较高电压的作用， 发现端部绝缘中的 缺陷。 非破坏性试验的性质。 直流电压下，绝缘内的电压分布由电导决定，因而与交流运行电压下的电压分布不同， 所以交流电气设备的绝缘考验不如交流耐压试验那样接近实际。

直流高电压的广泛应用 直流耐压试验 各种输电设备的直流高压试验 ? 典型气隙的直流击穿特性 ? 超高压直流输电线上的直流电晕及其各种派生效应。 ? 各种绝缘材料和绝缘结构在直流高压下的电气性能。 ? 各种直流输电设备的直流耐压试验。 小 结 获得直流高电压的方法有高压整流器和串级 直流高压发生器。本小节介绍了用这两种方 法产生直流高压的原理。

直流高压试验的特点。 直流高电压在各领域获得越来越广泛的应用。 第四节 冲击高电压试验 研究电气设备在运行中遭受雷电过电压和操作过电压的作用时的绝缘性能 。 许多高压试验室中都装设了冲击电压发生器， 用来产生试验用的雷电冲击电压波和操作 冲击电压波。 高压电气设备在出厂试验、型式试验时或大修后都必须进行冲击高压试验。 第三节

冲击高电压试验 冲击电压发生器

一）基本回路 二） 标准雷电冲击全波采用的是非周期性双指数波。 标准雷电冲击全波采用的是非周期性双指数波 采用的是非周期性双指数波。 u(t ) = A(e τ1 t τ1 e t

τ2 )

（5-5） τ2

——波尾时间常数 波尾时间常数 ——波前时间常数 波前时间常数 波前 u(t) ≈ A(1 ? e?τ ) 2 t 波尾

u (t ) ≈ Ae t τ1

的回路。 实际冲击电压发生器采用图 5-19 的回路。 放电回路的利用系数 η=

U 2m C1 R2 ≈ × U0 C1 + C 2 R11 + R2

（二）多级冲击电压发生器的工作原理 200～300kV。 单级冲击电压发生器能产生的最高电压一般不超过 200～300kV。 因而采用多级叠加的方法来产生波形和幅值都能满足需要的冲击高电压波。 多级叠加的方法来产生波形和幅值都能满足需要的冲击高电压波 因而采用多级叠加的方法来产生波形和幅值都能满足需要的冲击高电压波。 多级冲击电压发生器原理接线图

基本原理 并联充电， 串联放电 冲击电压发生器的起动方式：

自起动方式：只要将点火球隙 F1 的极间距离调节到使其击穿电压等于所需的充电电压 只要将点火球隙 即自行击穿，起动整套装置。 UC ，当 F1 上的电压上升到等于 UC 时，F1 即自行击穿，起动整套装置。 方式二：使各级电容器充电到一个略低于 F1 击穿电压的水平上，处于准备动作的状态，然后 使各级电容器充电到一个略低于 击穿电压的水平上，处于准备动作的状态， 利用点火装置产生一点火脉冲， 利用点火装置产生一点火脉冲，送到点火球隙 F1 中的一个 辅助间隙上使之击穿并引起 F1 的 主间隙击穿，以起动整套装置。 主间隙击穿，以起动整套装置。 （三）冲击电压发生器的近似计算 波前

u 2 (t ) ≈ U 2 m (1 ? e t τ2 )

C1C2 C1 + C2 式中波前时间常数

τ 2 ≈ (R11 + R12 ) ×

根据冲击视在波前时间 T1 的定义 0.3U2m = U2m (1? e ) 0 . 9 U τ2 t2 2m

= U 2 m (1 ? e τ t2 2 )

由以上两式可以解得 t2 ?t1 =τ2 ln7

冲击电压视在波前时间 T1 =

t 2 ? t1 τ 2 ln 7 = ≈ 3( R11 + R12 )C 2 0 .6 0 .6 C2 上的电压 u2 可近似用下式表示 u 2 (t ) ≈ U 2 m e t τ1

式中波尾时间常数 视在半峰时间 τ1 ≈ R2 (C1 +C2 )

T2 = τ1 ln 2 ≈ 0.7R2 (C1 + C2 ) s）求出各个回路参数值：

利用所要求的试验电压波形（例如 1.2/50 通常取 C1 ≥ (5 ~ 10 )C 2 R11

的阻值应尽可能取小一些，高效率回路的情 况下，R11 = 0 计算只能作为参考，真正的波形还得依靠实测， 并以其结果为依据进一步调整回路参数，直到获 得所需的试验电压波形为止。 产生雷电冲击截波的原理： 试品上并联一个适当的截断间隙，让它在雷电冲击全波的作用下击穿，作用在试品上的就是一个 截波。 截断装置的要求实放电分散性小和能准确控制截断时间。 二、操作冲击试验电压的产生

国家标准规定：额定电压大于 220kV 的超高压电气设备在出厂试验、型式试验中，不能象 220kV 及以 下的高压电气设备那样以工频耐压试验来等效取代操作冲击耐压试验。（ 一）非周期性双指数冲击长波 国家标准规定的标准波形为 250/2500 。应注意一下两个问题： （1） 为大大拉长波前，又使发生器的利用系数降低不是很多，需采用高效率回路。 （2） 计算操作波回路参数时，不能用前面介绍的雷电波时的近似计算法来计算操作波回路参数；要考虑 充电电阻 R 对波形和发生器效率的影响。

（二） 衰减振荡波 所推荐的一种操作波发生装置。 采用图 5-25 中 IEC 所推荐的一种操作波发生装置。

三、绝缘的冲击高压试验方法 电气设备内绝缘的雷电冲击耐压试验采用三次冲击法 三次冲击法， 电气设备内绝缘的雷电冲击耐压试验采用三次冲击法，即对被试品施加三次 正极性和三次负极性雷电冲击试验电压。 （1.2/50 全波） 正极性和三次负极性雷电冲击试验电压。 1.2/50 μs全波） （ 。 对变压器和电抗器类设备的内绝缘，还要进行雷电冲击截波（1.2/2～ 对变压器和电抗器类设备的内绝缘，还要进行雷电冲击截波（1.2/2～5 ) 耐压试验。 耐压试验。 内绝缘冲击全波耐压试验应在被试品上并联球隙， 内绝缘冲击全波耐压试验应在被试品上并联球隙，并将它的放电电压整定得 比试验电压高 15％～20％。 ％～20

15％～20％。 发现绝缘内的局部损伤或故障， 发现绝缘内的局部损伤或故障，目前用得最多得监测方法是拍摄变压器中性点处得 电流示波图。 电流示波图。 次冲击法， 电力系统外绝缘的冲击高压试验通常采用 15 次冲击法，若击穿或闪络的闪数不超过 2 即可认为改外绝缘试验合格。 次，即可认为改外绝缘试验合格。 小 结 冲击高压发生器用来产生试验用的雷电冲击电压波和操作冲击电压波。 μs

本节介绍了获得雷电冲击电压全波、 雷电冲击截波、 操作冲击试验电压的原理及其参数 的近似计算。 绝缘的冲击高电压试验方法，重点介绍了三次冲击法和 15 次冲击法。 第四节 高电压测量技术 高电压试验除了要有产生各种试验电压的高压设备， 还必须要有能测量这些高电压的仪 器和设备。 电力系统中， 广泛应用电压互感器配上低电压表来测量高电压； 但此法在试验室中用得 很少。试验室条件下广泛应用高压静电电压表、峰值电压表、球隙测压器、高压分压器 等仪器测量高电压。 国标规定，高电压的测量误差一般应控制在±3％以内。 第四节

高电压测量技术 高电压试验除了要有产生各种试验电压的高压设备， 还必须要有能测量这些高电压的仪 器和设备。 电力系统中， 广泛应用电压互感器配上低电压表来测量高电压； 但此法在试验室中用得 很少。试验室条件下广泛应用高压静电电压表、峰值电压表、球隙测压器、高压分压器 等仪器测量高电压。 国标规定，高电压的测量误差一般应控制在±3％以内。 若采用的是消除了边缘效应的平板电极，那么由 静电场理论，易求得 f ∝ u2

但仪表不可能反映力的瞬时值 f ，而只能反映其平 均值 F。 U∝ F

为了尽可能减少极间距离和仪表体积， 极间应采用均匀电场， 所以高压静电电压表的电极均采 用消除了边缘效应的平板电极，如图 5-26 所示

静电电压表的优点 内阻抗特别大，几乎不消耗什么能量 能测量相当高的交流和直流电压

二、峰值电压表

（一）利用整流电容电流来测量交流高压 利用整流电容电流来测量交流高压 整流电容电流 U m

I av = 2 Cf

图 5-27（a） 利用整流电容电流来测 量交 流高压的峰值电压表原理

(二)利用电容器充电电压来测量交流电压（5-27b) 利用电容器充电电压来测量交流电压（ 电容器充电电压来测量交流电压 U m = U d

T 1? 2 RC

图 5-27（b）利用电容器充电电压 来测量交流高压的峰值电压表原理 注意事项： 选用冲击峰值电压表时， 要注意其响应时间是否合适于被测波形的要求， 并

应使其输入 阻抗尽可能大。 利用峰值电压表，可直接读出冲击电压的峰值，与用球隙测压器测峰值相比，可大大简 化测量过程。 但是被测电压波形必须是平滑上升的，否则就会产生误差。 指示仪表可以是指针式表计，也可以是具有存储功能的数字式电压表。 三、球隙测压器 唯一能直接测量高达数兆伏的各类高压峰值 的测量装置。 由一对直径相同的金属球构成，测量误差约 2％～3％ 工作原理基于一定直径（ D）的球隙在一定极间距离（ ）时的放电（击穿）电压为一定值。 （一）球隙的优点 击穿时延小，具有比较稳定的放电电压值和较高的测量精度 50%冲击放电电压与静态（交流或直流）放电电压的幅值几乎相等。 不必对湿度进行校正。 (二)球隙的放电电压 国际电工委员会综合比较了各国高压试验室所得 实验数据编制成标准球隙放电电压表。 d

R1 为限流电阻，R2 为球隙测压器的专用保护 电阻。 用球隙测量冲击电压时，应通过调节极距 d 来 达到 50％放电概率，此时被测电压即等于球隙在这一距离时的 50％冲击放电电压。 确定 50%的放电概率常用 10 次加压法，即对球隙 加上 10 次同样的冲击电压，如有 4～6 次发生了放电，即可认为已达到 50％放电概率。 确定球隙或其他自恢复绝缘的 50％冲击放电电压： 多极法 或固定电压值，逐级调节球隙距离； 或固定电压值，逐级调节球隙距离；

或固定球隙距离， 或固定球隙距离，逐级改变所加冲击电压 的幅值。 的幅值。得到放电概率 P 与所加电压 d)的关系曲线 的关系曲线， U（或球隙距 离 d)的关系曲线，从而得 50％ 到 P＝50％时的 U50％ 或 d50%) 50％

升降法 预先估计一个大致 50％击穿电压的 2％～3％作为级差 ，凡是加压引起击穿，则下 次加压比上次高? 的加压次数 U 。反复加压 20～40 次，分别统计各级电压 Ui i U U 50 % =

∑U n ∑n i i n i

四、高压分压器 被测电压很高时，采用高压分压器来分出一小部分电压，然后利用静电电压表、峰值电压 表、高压脉冲示波器等来测量。 技术要求： 分压比的准确度和稳定性 分出的电压与被测高电压波形的相似性 分压比 每一个分压器均由高压臂和低压臂组成，在低压 臂上得到的就是分给测量仪器的低电压 u2 ，总电压 u 1 与u2 之比称为分压比（ N ） 。 （一）电阻分压器 高、低压臂均为电阻， 低压臂均为电阻， 所示。 如图 5－30 所示。 图中的放电管 F 起保护 作用。 作用。 N =

R1 + R 2 R2 高压试验室中，电阻反压器的测量回路如图 5－31 所示，同轴电缆可以避免输出波形在这段 距离内受到周围电磁场的干扰。终端并联匹配电阻 R 以避免冲击波在终端处的反射。 （二）电容分压器 分压比

C1 + C 2 N= C1

电容分压器也存在对 地杂散电容， 地杂散电容，但由于 分压器本身也是电容 ，所以杂散电容只会 引起幅值误差， 引起幅值误差，而不 会引起波形畸变。 会引起波形畸变。

（三）阻容分压器 电容分压器在冲击电压 作用下存在着一些列高频 振荡回路，其中的电磁振 荡将使分压器输出电压波 形发生畸变。阻容分压器 可阻尼各处的振荡。 五、高压脉冲示波器和新型冲击电压数字测量系统 什么是高压脉冲示波器？ 用来测量、记录冲击波的专用仪器。 为什么叫高压脉冲示波器？ “高压”二字并非指需要测量的电压很高，而是指这种示波器的加速电压很高。例如要 10～ 20kV，而普通示波器的加速电压只要 2～3kV 就够了。 高电压数字测量系统 硬件系统 高压分压器、数字示波器、计算机 打印机等。 软件系统 操作、信号处理、存储、显示、 打印等软件。 小 结 进行高电压试验， 除了要有能产生各种试验电压的高压设备之外， 还必须要有能测量这 些高电压的仪器和装置。 试验室条件下高压静电电压表、峰值电压表、球隙测压器、高压分压器等仪器广泛应用 于测高电压。 现代高电压测量技术也向数字测量技术方向发展。 第十章 电力系统绝缘配合

随着电力系统电压等级的提高，电力系统的绝缘配合问题越来越重要。 电力系统的运行可靠 性主要由停电次数及停电时间来衡量。 造成电力系统故障、 停电的原因不外乎电压升高和电压 下降两大类， 因此除了尽可能电力系统出现的过电压外， 还要尽量提高电器设备的绝缘水 平。 第一节 绝缘配合基本概念 绝缘配合的根本任务和核心问题 电力系统中绝缘配合的例子 电力系统绝缘配合的发展过程 电力系统绝缘配合的根本任务是：正确处理过电压和绝缘这一对矛盾，以达到优质、安全、经 济供电的目的。 就绝缘配合算经济帐时，应该全面考虑投资费用、运行维护费用和事故损失等三个方面，以求 优化总的经济指标。 绝缘配合的核心问题是确定各种电气设备的绝缘水平， 它是绝缘设计的首要前提， 往往以各种 耐压试验所用的试验电压值来表示。 电力系统中绝缘配合的例子： 1、架空线路与变电所之间的绝缘配合 2、同杆架设的双回线路之间的绝缘配合 3、电气设备内绝缘与外绝缘之间的绝缘配合 4、各种外绝缘之间的绝缘配合 5、各种保护装置之间的绝缘配合 6、被保护绝缘与保护装置之间的绝缘配合 电力系统绝缘配合大致可分为以下三个阶段： （一）多级配合（1940 以前） 采用多级配合的原则是：价格越昂贵、修复越困难、损坏后果越严重的绝缘结构，其绝缘水平 应越高。 采用多级配合是由于当时所用的避雷器保护性能不够稳定和完善， 因而不能把它的保护特性作 为绝缘配合的基础。 但是采用多级配合必然会把设备内绝缘水平抬得很高，这是特别不利的. （二）两级配合（惯用法） 从二十世纪 40 年代后期开始，越来越多的国家逐渐摒弃多级配合的概念而转为采用两级配合 的原则， 即以阀式避雷器的保护特性作为绝缘配合的基础， 将它的保护水平乘上一个综合考虑 各种影响因素和必要裕度的系数，就能确定绝缘应有的耐压水平。 （三）绝缘配合统计法 “统计法”：规定出某一可以接受的绝缘故障率，容许冒一定的风险。 用统计的观点及方法来处理绝缘配合问题，以获得优化的总经济指标。 小 结 电力系统绝缘配合的根本任务是：正确处理过电压和绝缘这一对矛盾，以达到优质、安全、经 济供电的目的。 绝缘配合的核心问题是确定各种电气设备的绝缘水平， 它是绝缘设计的首要前提， 往往 以各种耐压试验所用的试验电压值来表示。 以两级配合为基本原则的惯用法至今仍在广泛应用。 随着输电电压的提高，绝缘配合统计法的经济效益越来越显著 （ 1