气工程概论 第五章 高电压与绝缘技术

高电压与绝缘技术

第5章 高电压与绝缘技术 章

电气工程概论

高电压与绝缘技术

5.1 高电压与绝缘技术的发展 .高电压与绝缘技术是以试验研究为基础的应 用技术，主要研究在高电压作用下各种绝缘介质 的性能和不同类型的放电现象、高电压设备的绝 缘结构设计、高电压试验和测量的设备及方法、 电力系统的过电压、高电压或大电流产生的强电 场、强磁场或电磁波对环境的影响和防护措施， 以及高电压、大电流的应用等。高电压技术对电 力工业、电工制造业以及近代物理的发展(如X 射线装置、粒子加速器、大功率脉冲发生器等) 都有重大影响。电气工程概论 2

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范德格拉夫高压静电起电机

巨型起电机(MIT Institute Archives)电气工程概论

小型起电机3

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1kV以上至220kV称为高压(HV); 220kV至800kV称为超高压(EHV); 1000kV以上称为特高压(UHV)。 电压等级的技术与高电压技术密切相关，高 电压技术是因输电工程和高电压设备的需要而蓬 勃发展起来的。电气绝缘担负着维持高电压长期 安全的作用，支持着电力技术的发展。

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1891年，在德国建造了从腊芬(Lauffen)到法兰克福长 175公里、电压为15.2kV的三相交流输电线路，虽然 输送功率只有200kW,但这却是高电压技术在输电工 程中实际应用之先河。 电视机、霓虹灯、复印、废水废气处理、人体内结石 破碎、静电防护等，无不应用了高电压技术的成果。 绝缘技术是电气领域安全、稳定、可靠运行的基础， 高电压下绝缘材料的开发、绝缘结构的设计和绝缘性 能的试验等都是维持电力运行的基础技术，支持着电 力技术的发展。 高电压与绝缘技术已成为电气工程及其自动化的一个 重要分支。电气工程概论 5

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交流发电机发出的6—10kV的电压，经变压器升压， 通过主干输电线送到需求地附近的高压或超高压变电站， 再经过降压，送到二级高压变电站或特别高压用户变电站 中，然后通过二级输电线送到配电变电站中，经过配电变 压器降压，为适应这一要求，必须尽可能提高输电电压， 以降低损耗。电气工程概论 6

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输电电压等级经历了交流6、10、20、35、60、110、 150、220kV的高压(HV),287、330、400、500、 735~765kV的超高压(EHV),直至1150kV的特高压 (UHV)(工业试验线路)。 高压直流输电电压由+100、+250、+400、+500 发展至+750kV。 地下高压输电由220、275、345千伏发展到400、 500千伏电缆和六氟化硫管道线路。 当 前 ， 我 国 的 交 、 直 流 输 电 电 压 已 达 750kV 和 + 500kV。 “西电东送”和“南北互供”必然成为我国21世纪的 送电格局，因此我国必将成为世界上少数几个发展 1000kV及以上特高压(UHV)输电

技术的国家之一。

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5.2 高电压与绝缘技术的主要内容高电压与绝缘技术学科领域研究高电压的 产生，在高电压下绝缘介质及其系统的特性，电 气设备及绝缘，电气系统过电压及其限制措施， 高电压试验技术，电磁环境及电磁污染防护，以 及高电压在技术的应用等。 其主要内容可分为四部分：1各类电介质在 高电场下的特性，2电气设备绝缘试验技术，3电 力系统过电压与绝缘配合，4高电压技术在各个 领域的应用等。电气工程概论 8

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5.2.1 高电压的产生 . .高电压可由一些物理 现象自然形成，如雷 电、静电等；也可以 是为达到某种目的而 人为产生，如高压静 电起电机。电力系统 一般通过高电压变压 器、高压电路瞬态过 程变化等产生高电压。

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一、雷电 当带电的雷云之间或雷云与大地之间出现很 高的电位差时，就会发生放电，放电会产生强烈 的光和热，通道温度高达15000~20000度，使 空气急剧膨胀、震动，发出隆隆声响，形成雷闪 (雷击)。 雷击的电功率极大，雷电电流达100kA,雷 雨云电压达 1×108V 左右，功率为100×108 = 1×1010KW。但是，雷的能量所持续的时间非 常短，平均电能在300kW.h左右。因此，把雷电 转化为可利用能源的价值并不大。电气工程概论 10

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二 雷电的危害 雷电可能危害人及家畜，损坏建筑物， 雷电可能危害人及家畜，损坏建筑物，设备 和电气系统，因此需采取防护对策。 和电气系统，因此需采取防护对策。 雷电对人、畜的危害来自雷电直击或“ 雷电对人、畜的危害来自雷电直击或“跨步 电压” 当雷击中地面物体时， 电压”。当雷击中地面物体时，强大的电流 使地面不同位置的电位由明显的差别， 使地面不同位置的电位由明显的差别，人行 走时两腿间将会有电压作用， 走时两腿间将会有电压作用，这就是跨步电 跨步电压过高时将会危及人身安全。 压。跨步电压过高时将会危及人身安全。 雷电过电压会损坏电气系统， 雷电过电压会损坏电气系统，影响吸引的正 常运行。雷电还会危害高建筑物、通信线路、 常运行。雷电还会危害高建筑物、通信线路、 天线、飞机、船舶、油库等的安全。 天线、飞机、船舶、油库等的安全。电气工程概论 11

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三、静电 1. 静电充电 2. 静电放电 3. 静电的危害

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四、高电压发生装置为了在试验室或现场研究电介质或电工设备的绝缘 特性以及适应于不同科技领域的高电压技术的应用，需 要有各种类型的高电压发生装置。 1.交流高电压发生装置 包括工频试验装置、串联谐振试验装置和超低频试验 装置。 2.直流高

电压发生装置 除用于电气设备的试验，研究外，还可用作带电粒子 加速器、电子显微镜、X射线机、静电除尘器等的直流 高电压电源。 3.冲击电压电流发生装置 冲击电流发生装置要求在很短的时间内产生很大的冲 击电流，主要用于模拟雷电流，检验某些电工设备在雷 电过电压和操作过电压作用下的通流能力。电气工程概论 13

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6000kV冲击电压发生器(中国电力科学院)

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5.2.2 高电压绝缘与电气设备 . .一、绝缘材料及其发展 1、绝缘材料的分类和性能 、 绝缘材料可分气体﹑液体﹑固体三大类。 绝缘材料可分气体﹑液体﹑固体三大类。 常用的气体绝缘材料有空气、氮气、六氟化硫等。 常用的气体绝缘材料有空气、氮气、六氟化硫等。 液体绝缘材料主要有矿物绝缘油、合成绝缘油(硅油 硅油、 液体绝缘材料主要有矿物绝缘油、合成绝缘油 硅油、 十二烷基苯、聚异丁烯、异丙基联苯、二芳基乙烷等) 十二烷基苯、聚异丁烯、异丙基联苯、二芳基乙烷等 两类。 两类。 固体绝缘材料可分有机、无机两类。 固体绝缘材料可分有机、无机两类。有机固体绝缘 材料包括绝缘漆、绝缘胶、绝缘纸、绝缘纤维制品、 材料包括绝缘漆、绝缘胶、绝缘纸、绝缘纤维制品、 塑料、橡胶、漆布漆管及绝缘浸渍纤维制品、 塑料、橡胶、漆布漆管及绝缘浸渍纤维制品、电工用 薄膜、复合制品和黏带、电工用层压制品等。 薄膜、复合制品和黏带、电工用层压制品等。无机固 体绝缘材料主要有云母、玻璃、陶瓷及其制品。 体绝缘材料主要有云母、玻璃、陶瓷及其制品。电气工程概论 15

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