前言 设备在运行中可能承受的过电压 电介质 本课程的主要内容 本课程的主要任务

设备在运行中可能承受的过电压 雷电过电压 短时过电压 操作过电压

雷电过电压的产生 雷电过电压也称大气过电压，是由雷电直击电气设备或输电线路，雷电流流过设备或线路 引起的过电压，这个过电压称为直击雷过电压；也可能雷落在输电线路附近，由于电磁场的突然变化，在设备或线路上产生的感应电压，这个过电压称为感应雷过电压。

雷电过电压的特点 作用时间短 峰值高 是电力系统特别是110kV及以下系统的最危险的过电压。

短时过电压 这是由单相接地、突然甩负荷及由谐振引起的电力系统内部过电压。其特点是过电压的数值一般不太高，由于110kV及以下的电力系统绝缘裕度高，一般不会造成电气设备的损坏，这种过电压却是过电压保护装置动作条件的重要依据，在系统设计时应对这种过电压加以限制。

操作过电压 由系统操作或故障引起的过渡性质的过电压。过电压时间短，衰减快，过电压辐值一般不超过电气设备额定电压的3.5倍。这种过电压一般不会对电气设备的绝缘造成危害，但对绝缘较弱的电气设备及直配电机的绝缘威胁较大，必须予以重视。

电介质 一、导体和绝缘体 二、电介质的概念 三、电介质的物质形态 四、电介质的电导

本课程的主要内容 高电压绝缘理论：研究如何利用电介质的电气性能为电力系统服务，预防事故的发生； 高电压试验技术：研究如何应用通过给设备绝缘施加较高电压的方法来检查设备是否有安全隐患的技术； 过电压及其防护技术：讨论电力系统过电压的产生，发展机理，及其如何限制其发展和限制其产生的措施。

本课程的主要任务 使学习者通过本课程的学习，基本掌握各种绝缘介质的基本特性，如何正确的利用它的基本方法；基本掌握应用高电压试验技术对电气设备的绝缘进行预防性试验的基本方法；能在通过工程设计，预防和保护电气设备免受过电压的危害。为从事有关方面的工作奠定必要的理论基础。

第一章 气体电介质的电气性能 2.1 气体中带电质点的产生和消失 2.2 均匀电场小气隙的放电 2.3 均匀电场大气隙的放电 2.4 不均匀电场气隙的击穿 2.5 冲击电压下空气的击穿特性 2.6 提高气隙抗电强度的措施 2.7 沿面放电

第一节 气体中带电质点的产生与消失 一．带电质点的产生 碰撞游离 光游离 热游离 表面游离 二. 带电质点的消失 质点的扩散 质点的复合

1 碰撞游离 运动的质点（可以是带电的，也可以是中性质点）撞击另一个质点，且使其分解成为 两个带电质点的现象称为碰撞游离。 发生碰撞游离的条件：撞击质点的总能量（动能＋位能）大于被撞击质点的游离能；有一定的相互作用时间。 特点：可以一次完成，也可以分级完成。

游离能：质点游离所需的最小能量称为游离能。 激励：当撞击质点的能量小于被撞质点的游离能时，使电子跃迁到更高的能级的现象称为质点的激励。处于激励状态的质点易游离。 反激励：处于激励状态的质点如果没有其它质点撞击时，恢复到原来的运行状态的现象称为质点的反激励。反激励将把激励时所吸收的能量以光的状态释放出来。

2. 光游离 短波射线的光子具有很大的能量，它以光的速度运动，当它射到中性介质的分子或原子上时，所产生的游离称为光游离。 光子的能量： 紫外线，X射线，是引起光游离的主要因素。

3. 热游离 在高温下，气体的质点热运动加剧，相互碰撞而产生的游离称为热游离。 只有在5000～10000K的高温下才能产生热游离。

4.表面游离 金属表面的电子受外界能量的作用后逸出金属表面而成为自由电子的现象称为表面游离。 表面游离的条件：外界能量大于金属的逸出功。

二．带电质点的消失 去游离：带电质点从游离区消失或游离的作用被削弱的现象称为带电去游离。 带电质点的消失是由于游离作用小于去游离的作用。

带电质点的消失的形式： 1、带电质点的扩散：由于不同区域种的带电质点的浓度不同，电荷从浓度高的区域向浓度低的区域运动的现象称为带电质点的扩散。 2、电质点的复合：正离子与负离子相遇发生电荷的传递，而相互综合还原成中性质点的现象称为带电质点的复合。

第二节 均匀电场小气隙的放电 一．气隙放电的伏安特性曲线 二．气隙击穿电压的理论计算 三．巴申曲线

一．气隙放电的伏安特性曲线： 十九世纪九十年代，英国物理学家汤深德（Townsend）采用图1 的实验装置测出了气体小间隙的伏安特性曲线如图2所示。

汤深德放电理论 o～a段 外加电压上升，导致气隙的电场强度上升，在自由行程内，电子的加速度增加，使移动电子的速度加快，所以电流增大。 a~b段 虽然外加电压上升，但由于电子在运动中与其它中性质点相碰撞，使电子损失能量，导致电子的移动速度趋于饱和，所以电流几乎不随电压的变化而变化。 b~c段 带电质点在外界电场的作用下，获得很大的加速度，以致在与中性质点碰撞时，具有很高的速度，使电子的动能较大，可以使部分中性质点产生碰撞游离，使气隙中移动的带电质点增多，所以电流随外加电压的增高而急剧增大。 C～ 外电场使移动的电荷（主要是指电子）具有很大的动能，是所撞击的中性质点产生剧烈的碰撞游离，气隙电荷急剧增多，导致其失去绝缘性能而击穿。

二．气隙击穿电压的理论计算 均匀电场小气隙击穿电压的计算公式为： ——气体的相对密度； ——电子所在点的气体的电场强度。 S ——极板之间的距离(cm)。 ——汤申德第三游离系数 A、B——均为与气体性质有关的常数，对空气： A=109．61／kPa，B＝2738.40kV／kPa；

由此看出，气隙的击穿电压不仅与气隙的大小有关，还与气隙的中性质点的密度有关，且是二者乘积的函数，这个规律称为巴申定律。 因为它的曲线与在此公式推导出（1890年）的前一年（1889年）由巴申通过实验得出，所以此规律被命名为巴申定律。同时气隙的击穿电压还与阴极材料有关。

三．巴申曲线

放电机理：气隙的击穿取决于从阴极出发的电子在向阳极移动过程中与中性质点的碰撞次数和使其游离的概率。假设δ保持不变，S很大时，则必须增大外施电压提高场强才能使电子获得足够的能量以产生碰撞游离。但是当S值很小时，则由于电子与中性质点碰撞次数的减少，反而使气隙移动的带电质点减少，所以必须升高外施电压才能保持气隙的击穿。所以，总有一个S对气隙中的带电质点的产生最有利,使击穿电压最低。同理，当S保持不变，气体分子相对密度δ增大时，电子的自由行程缩短了，相邻两次碰撞之间积聚到足够动能的概率减小了，故Ub必然升高，这就是谷点的右侧。反之，当δ减小到很小数值后，质点的碰撞次数减少了，所以为了保持一定数量的带电质点，必须升高外施电压，即Ub升高，这就是谷点的左侧。在这两者之间。总有一个δ值对造成碰撞游离最有利，此时Ub最小，这就是谷点。

第三节均匀电场大气隙的放电 一、汤申德理论的不足 二、流注放电理论 没有考虑到空间电荷对电场的畸变作用 没有考虑到光子在放电过程中的作用 正流注 负流注

空间电荷对电场的畸变作用：

正流注的形成 如果外施电压为气隙的最低击穿电压，当初崩发展到阳极时，正负电荷复合和反激励发出光子。由于受空间电荷的畸变作用，崩尾的电场较高，光子到达这里时，形成二次电子崩。二次电子崩头部的电子与初崩的正空间电荷汇合成为充满正负带电质点的混合通道。这个正电荷多于负电荷的混合通道称为流注通道，简称为流注。 由正极向负极发展，所以称为正流注。

负流注的形成 电压较低时，电子崩需经过整个间隙才形成流注，电压较高时，电子崩不需经过整个间隙，其头部电离程度已足以形成流注 。 阳极 阴极 电压较低时，电子崩需经过整个间隙才形成流注，电压较高时，电子崩不需经过整个间隙，其头部电离程度已足以形成流注 。 主电子崩头部的电离很强烈，光子射到主崩前方，在前方产生新的电子崩，主崩头部的电子和二次崩尾的正离子形成混合通道，形成向阳极推进的流注，称为负流注 间隙中的正、负流注可以同时向两极发展。

第四节 不均匀电场气隙的击穿 一．不均匀电场的模拟 二．短间隙的击穿 三、棒板电极的极性效应 四、长间隙的击穿

一．不均匀电场的模拟 不均匀电场的分类 电极的不同导致电场的分布有所不同，但可以分为两类：对称电场和不对称电场两种。 不均匀电场的分类 电极的不同导致电场的分布有所不同，但可以分为两类：对称电场和不对称电场两种。 对称电场 棒——棒电极来模拟; 不对称电场 棒——板电极来模拟。

二.短间隙的击穿 棒为正极性时，电子崩是从场强低的区域向场强高的区域发展。此外，初崩的电子很快进入棒极，在棒极前方留下的正离子大大加强了气隙深处的电场，极易使气隙深处的电子产生二次电子崩而形成正流注。由于流注所产生的空间电荷总是加强前方的电场，所以它的发展是连续的，速度很快，与棒为负极性时相比，击穿同一间隙所需电压要低得多 。 当棒为负极性时，初崩直接由棒极向外发展。先经过强场区，后来的路程中场强愈来愈弱，这就使电子崩的发展比棒为正极性时不利得多。初崩留下的正空间电荷显然增强了负棒极附近的电场，却削弱了气隙深处的空间电场，使负流注的向前发展受到抑制。击穿同一间隙所需的电压要高得多。

三、棒板电极的极性效应 综上所述，对棒一板电极，在棒为不同极性时，由于空间电荷对气隙的电场影响不同，从而将导致其击穿电压和电晕起始电压不同，这种现象称为棒一板电极的极性效应。棒正板负时的击穿电压低于同间隙棒负板正时的击穿电压，而电晕起始电压则相反。

二、长间隙的击穿 实践表明，当气隙较大(约1m以上)时，存在某种新的，不同性质的被称为先导放电的放电过程。不同极性的先导放电过程有不同的特性。目前，对这些问题的研究还很不够，只是对这些事物的现象、参数、影响因素及变化规律等作了一些实测，而对这些放电过程的机理并没有完全研究清楚。

第五节 冲击电压下空气的击穿特性 冲击电压的标准波形 伏秒特性

一、冲击电压的标准波形 作用时间短暂的电压称为冲击电压，在冲击电压作用下空气间隙的击穿具有新的特性。 雷电在电力系统中造成的过电压是一种冲击电压，这是电力系统发生事故的重要因素。为了模拟雷电压，各国规定了试验用雷电冲击电压的标准波形，分为全波和截波两种。

二、伏秒特性 在冲击电压作用下，间隙的击穿电压比静态击穿电压(直流或工频交流持续作用下的击穿电压)高。这是因为整个间隙击穿放电的发展过程不仅需要足够高的作用电压，还需要一定作用时间的缘故。 同一个气隙，在峰值较低但延续时间较长的冲击电压作用下可能击穿，而在峰值较高但延续时间较短的冲击电压作用下可能不击穿。 对非持续作用的电压来说，一个气隙的耐电压性能就不能单一地用“击穿电压”值来表达了，而必须用电压峰值和击穿时间这两者来共同表达才行，这就是该气隙在该电压波形下的伏秒特性。

第六节 提高气隙抗电强度的措施 一 改善电场分布 二 高气压的采用 三 高真空的采用 四 高抗电气体的采用

一 改善电场分布 1、改变电极形状 在交流电压作用下，尽量避免使用棒一板电极，尽量增大电极的曲率半径，尽量降低电极表面粗糙度，以消除局部强场

一 改善电场分布 2、采用极间障

二、高气压的采用 气体压力提高后，气体的密度加大，减少了电子的平均自由行程，从而削弱了碰撞游离的过程。 如高压空气断路器和高压标准电容器等。

三、高真空的采用 气体间隙中压力很低时，电子的平均自由行程已增大到极间空间很难产生碰撞游离的程度。如真空电容器、真空断路器等。

四、高抗电强度气体的采用 某些气体，主要是含卤族元素的气体，如六氟化硫(SF6)、氟里昂(CCl2F2)、四氯化碳(CCl4)等，在同样压力下，其耐电压强度比空气高得多，称为高抗电强度气体。采用这类气体，或在其它气体中混入一定比例的这类气体，可以大大提高气隙的击穿电压。

第七节 沿面放电 均匀电场中的沿面放电 绝缘子的污闪 怎样防止绝缘子的污闪

一 均匀电场中的沿面放电 沿面的闪络电压比纯空气击穿电压低。 为了提高均匀电场气隙的沿面闪络电压，应使固体介质表面光滑，保持干燥。 实际绝缘结构中常会遇到介质处于稍不均匀电场中的情况，它的放电特性与均匀电场很相似。

二 绝缘子的污闪 户外绝缘子，会受到工业污秽或自然界盐碱、飞尘等污染，在干燥时，由于污秽尘埃电阻很大，绝缘子表面泄漏电流很小，对绝缘子安全运行无危险；在大气湿度较高，或在毛毛雨、雾等气候下，污秽尘埃被润湿，表面电导剧增，使绝缘子的泄漏电流剧增，降低闪络电压。

三 防止绝缘子污闪需采取的措施 对污秽绝缘子定期或不定期进行清洗。 绝缘子表面涂一层憎水性防尘材料。 加强绝缘和采用防污绝缘子。 采用半导体釉绝缘子。

第二章 液体固体电介质的电气性能 2.1 电介质的极化 2.2 电介质的电导 2.3 电介质的损耗 2.4 液体电介质的击穿特性 第二章 液体固体电介质的电气性能 2.1 电介质的极化 2.2 电介质的电导 2.3 电介质的损耗 2.4 液体电介质的击穿特性 2.5 固体电介质的击穿特性 2.6 电介质的老化

与空气相对比，液，固体电介质有如下特点： 1）  绝缘强度高。 液体：105v/cm数量级 固体：106 v/cm数量级 2）  自恢复性能：固体无，液体差 3）  液，固体会老化。 4）  介电常数比空气大。

第一节 电介质的极化 一.极化现象 在极间距离及电极表面积不变情况下，当极间由真空变为固体介质时极板上电荷增多。

二.物理现象的解释 由于固体介质的引入，使极间固体介质在与两个极板接触的界面上感应出与极板电荷极性相反的束缚电荷，形成了一个与外施电场方向反方向的内部电场，电介质有了明显的极性，即极化。 极化的结果是使极间合成电场减弱，但由于外施电压不变，所以极间电场不能变化，必须在极板上增加电荷来抵消内电场的作用。

三.极化的分类 1. 电子式极化 特点： ①极化快，约为10-14~10-15s ②弹性极化，无能耗。 ③受温度影响小

第三节 电介质的损耗 电介质的损耗的基本概念 电介质损耗的分类

1 介质的等效电路 在相量图中φ为电流电压间的相位角，即功率因数角，θ为其余角，称为介质的功率损耗角。电介质的功率损耗P可用统一的公式：

2.电介质损耗的分类 电导损耗 极化损耗

第四节 液体电介质的击穿特性 变压器油的击穿机理 影响变压器油击穿电压的因素 提高变压器油击穿电压的措施

1 变压器油的击穿机理 纯净的变压器油：电击穿；机理与气体介质击穿类似。 含有杂质的变压器油：杂质击穿；“小桥理论”

2 影响变压器油击穿电压的因素 电压形成和电压作用时间 杂质和湿度 电场均匀度 压力

3 提高变压器油击穿电压的措施 提高油的品质 1）过滤与干燥 2）祛气 采用组合绝缘 1）覆盖层 2）绝缘层 3）极间障

第五节 固体电介质的击穿特性 一 固体电介质的热击穿 二 固体电介质的电击穿 三 影响固体电介质击穿电压的因素 四 提高固体电介质击穿电压的措施

一 固体电介质的热击穿 热击穿是由于固体介质内部的热不稳定性所造成的 。 热击穿的特点： (1)热击穿电压随环境温度的升高按指数下降。 一 固体电介质的热击穿 热击穿是由于固体介质内部的热不稳定性所造成的 。 热击穿的特点： (1)热击穿电压随环境温度的升高按指数下降。 (2)当介质厚度增大时，介质的平均击穿场强减弱。 (3)当电压频率升高时，热击穿电压下降。 (4)热积累需要一定的时间，当电压上升快，或加压时间短时，热击穿电压升高。

二 固体电介质的电击穿 击穿机理与气体介质的击穿机理相同，属碰撞游离。 特点： 二 固体电介质的电击穿 击穿机理与气体介质的击穿机理相同，属碰撞游离。 特点： (1)击穿场强高，一般约为106～107V／cm，而热击穿仅为104～105V／cm。 (2)击穿电压与环境温度无关。 (3)当电压作用时间很短时，作用时间越短，击穿电压越高。 (4)电场的均匀度对击穿电压有显著影响。

三影响固体电介质击穿电压的因素 电压作用时间 电场均匀度与介质厚度 电压种类 累积效应 受潮

四 提高固体电介质击穿电压的方法 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。 改进绝缘设计:尽可能使电场均匀 改善运行条件:注意防潮、尘污，加强散热冷却

第六节 电介质的老化 一、 什么是电介质的老化 二、 电介质老化的形式

一、 什么是电介质的老化 老化： 电气设备在长期运行中，其介质不可避免的要承受热的、电的、化学的和机械力的作用。在这些因素的作用下，介质的物理性能逐渐劣化，如变酥、变脆、起层等，电气性能逐渐降低，如电导变大、损耗增加和绝缘强度下降。这种现象称为电介质的老化。

二、 电介质老化的形式 电老化（局部放电老化、电导性老化、电解性质老化） 热老化 受潮老化

1 电老化 局部放电老化： 由介质内部局部放电产生。 (1)带电粒子撞击气泡(或气隙)表面的介质，特别是对有机绝缘物，能使主链断裂，高分子解聚或部分变为低分子，介质的物理性能变差； (2)局部温度升高，气泡膨胀，使介质开裂、分层、变酥、高温同时能使材料产生化学分解，使该部分电导和损耗变大。 (3)局部放电产生的O3和NO2等气体对有机物产生氧化侵蚀，使介质逐渐劣化。特别是介质受潮后，NO2还可能与潮气结合生成亚硝酸或硝酸，对介质及金属电极都产生腐蚀。 (4)电场的局部畸变改变了介质的原有电场分布，使局部介质承受过高的场强。

电导性老化： 在交流电压作用下，在某些高分子有机合成的固体介质中，存在另外一种性质的老化，是由液态的导电物质所引起的。如果在两电极的绝缘层中或在固体介质与电极的交界面处存在某些液态的导电物质，如水或某些电解质溶液，当该处电场强度超过某一临界值时，这些溶液便会在电场力的作用下沿着电场的方向逐渐深入到绝缘层中去，形成近似树状的导电泄痕，称为“水树枝”，最终导致绝缘层的击穿。

电解性老化: 由于介质内部进行着电化学过程，介质也会逐渐老化，最终导致击穿。介质中往往存在某些金属和非金属离子。荷正电的金属离子到达阴极被中和电量后，形成金属原子沉积在阴极表面，逐渐形成从阴极向阳极延伸的金属性导电通道。这个过程对电介质层很薄的电容器绝缘危害尤大。介质中的非金属性离子如H+、O―2、Cl－等迁移到电极被中和电量后，形成活性极高的该类物质原子。它们或是再与介质分子起化学反应，形成新的有害化合物，使介质受到破坏；或是与金属电极起化学反应，形成对金属电极的腐蚀；或是以分子的形式存在，形成小气泡。

2 热老化 电介质长期工作在较高温度下，由于受热使固体介质变硬，失去弹性，变脆，发生龟裂，机械强度降低，受震动时易剥落、磨损，甚至变成粉状；也有些固体介质变软、发粘、丧失机械强度；变压器油的酸价上升，颜色加重等使电气性能逐渐劣化，称为电介质的热老化。

3 受潮老化 介质受潮将导致其电导和损耗增大，因而会使绝缘材料进一步发热，导致热老化速度加快。此外，水分的存在使化学反应更加活跃，产生气体，形成气泡，引起局部放电。

第三章 雷电放电及防雷设备 3.1 雷电放电过程 3.2 避雷针和避雷线 3.3 避雷器 3.4 接地装置 3.5 架空线路的防雷措施

第一节 雷电放电过程 雷电放电就其物理本质而言，属于一种特长气隙的火花放电。雷电放电的一些不同之处皆由于雷电放电的两极(一极为云层，另一极为电阻率相当大的土地，且其表面有大量凸出的物体)并非金属电极所致。 雷电放电的过程：电导放电、主放电、余光放电

第二节 避雷针及避雷线 一、 避雷针的作用原理 由金属制成，高于被保护的物体，具有良好接地的装置，其作用是吸引雷电击向自身，并将雷电流迅速泄入大地，减低雷击点的过电压，从而使避雷针（线）附近比它低的物体得到保护。

二 避雷针的保护范围 单支避雷针： 图4-6 单支避雷针的保护范围 h ——避雷针高度,m P ——高度影响系数 ——被保护物高度,m

三、避雷线及其保护范围的确定 避雷线又称架空地线，其作用原理与避雷针相同。主要用于输电线路的保护，也可用来保护发电厂和变电所。 避雷线保护范围的长度与其本身的长度相同，但两端各有一个受到保护的半个圆锥体空间。 避雷线保护范围的计算与避雷针基本相同。单根避雷线的保护范围如图所示：

第三节 避雷器 一、避雷器的保护原理 二、对避雷器的基本要求 三、保护间隙 四、管形避雷器 五、阀形避雷器

一、避雷器的保护原理 避雷器实质上是一种放电器，并联连接在被保护设备附近。避雷器的击穿电压要比被保护设备的低，当过电压波沿线路入侵并超过避雷器的放电电压时，避雷器首先放电把入侵波导入大地，限制了作用于设备上的过电压数值，从而保护了设备绝缘免遭击穿破坏。 图4-14 避雷器保护作用原理示意图 1－避雷器；2－被保护设备

二、对避雷器的基本要求 (1) 具有较强的绝缘自恢复能力 (2)具有平直的伏秒特性曲线 (3)具有一定通流容量，且其残压应低于被保护物的冲击耐压。

三、保护间隙 优点：结构简单；造价低。 缺点：放电分散性大；伏秒特性曲线较陡；灭弧能力差。 常与自动重合闸装置配合使用。 图4-16 角形保护间隙 1－主间隙；2－辅助间隙； 3－绝缘子；4－电弧 优点：结构简单；造价低。 缺点：放电分散性大；伏秒特性曲线较陡；灭弧能力差。 常与自动重合闸装置配合使用。

四、管形避雷器 缺点：放电分散性大；伏秒特性曲线较陡；动作后会产生截波。 优点：灭弧能力较保护间隙强。 熄弧能力与工频续流大小有关。 只用于输电线路个别地段的保护。 图4-17 管型避雷器 1－产气管；2－棒形电极；3－环形电极； S1－内间隙； S2－外间隙；

五、阀形避雷器 由火花间隙和非线性电阻组成。 优点：伏秒特性曲线较平，放电分散性较小，能与被保护设备很好的配合；熄弧能力强。 图4-18 阀型避雷器原理示意图 1－间隙；2－阀片电阻 由火花间隙和非线性电阻组成。 优点：伏秒特性曲线较平，放电分散性较小，能与被保护设备很好的配合；熄弧能力强。

第四节 接地装置 一、接地和接地电阻 二、保护接地 三、工作接地 四、防雷接地

一接地和接地电阻 接地定义：将地面上的金属物体或电气回路的某一节点通过导体与大地相连，使该物体或节点与大地保持等电位。 接地的类型：保护，工作，防雷。 接地电阻：把接地点处的电位UM与接地电流I的比值定义为接地电阻R 图4-30 接地装置原理图 UM－接地点电位； I－接地电流； Uj－接触电压；Uk－跨步电压

二保护接地 所谓保护接地，就是将电气设备在故障情况下可能出现危险对地电压的金属部分（如外壳等）用导线与大地做电气连接。

三工作接地 工作接地是根据电力系统正常运行方式的需要而采取的接地方式。

四防雷接地 防雷接地是针对防雷保护的要求而设置的，目的是减小雷电流通过接地装置时的电位升高。 输电线路的防雷接地 发电厂和变电所的防雷接地

第五节 输电线路的防雷措施 一、防雷要求：主要应从线路的重要程度、系统的运行方式，输电线路经过地区雷电活动的强弱、地形地貌的特点、土壤电阻率等条件，结合当地原有线路的运行经验，根据技术经济比较的结果，因地制宜，全面考虑。

二、防雷措施： 架设避雷线 架设耦合地线 降低杆塔的冲击接地电阻 采用不平衡绝缘方式 采用中性点非直接接地系统 加强线路绝缘 装设自动重合闸 装设管型避雷器

第五章 发电厂和变电所的防雷保护 5.1发电厂和变电所的直击雷保护 5.2发电厂和变电所对侵入波的防护 5.3配电变压器的防雷保护 第五章 发电厂和变电所的防雷保护 5.1发电厂和变电所的直击雷保护 5.2发电厂和变电所对侵入波的防护 5.3配电变压器的防雷保护 5.4旋转电机的防雷保护

第一节发电厂和变电所的直击雷保护 发电厂和变电所装设避雷针的原则 发电厂和变电所所有被保护设备都应处于避雷针（线）的保护范围之内。 避雷针与电气设备之间应保持足够的安全距离。 对于35kV(60kV)及以下的变电所，必须装设独立的避雷针，并应与电气设备之间保持足够的距离，以免发生反击。

第二节 发电厂和变电所对侵入波的防护 对侵入波防护的要求 未沿全线架设避雷线的35～110kV变电所的进线段保护接线 第二节 发电厂和变电所对侵入波的防护 对侵入波防护的要求 未沿全线架设避雷线的35～110kV变电所的进线段保护接线 沿全线架设避雷线的变电所的进线段保护接线 35kV小容量变电所的进线段保护接线 高土壤电阻率地区变电所的进线段保护接线

一、对侵入波防护的要求 对于35及以上无避雷线的架空输电线路，对靠近变电所的一段进线必须加强防雷保护。 发电厂和变电所对侵入波防护的主要措施是在其进线（或母线上）装设阀型避雷器。 进线段保护的作用：一方面进入变电所的雷电过电压波将来自进线段以外的线路，利用进线段导线的波阻抗可限制流过避雷器的雷电流幅值；另一方面侵入波流过进线段时，导线上冲击电晕可使沿导线的侵入波陡度降低。

一、 未沿全线架设避雷线的35～110kV变电所的进线段保护接线 进线段保护的作用: 1) 制流过BLQ动作电流小于5kA 2) 限制侵入波陡度a<5kV/us  要求: 1) 进线段内不能发生绕击,保护角 2) 绝缘子串不发生闪络。 无避雷线线路的35～110kV变电所进线段保护接线

各元件的作用： GB1是对木横担,瓷横担线路用以限制强雷进入变电所；GB2为保护进线侧DL或G免受雷害的管型避雷器；FZ为变电所侵入波主保护避雷器，冲放电压低于GB2的冲放电压；BLX:限制侵入波的幅值和陡度。

二、 沿全线架设避雷线的变电所的进线段保护接线 对于沿全线已架设避雷线的线路，也将变电所附近的2km长的一段列为进线保护段，接线如图6-12所示。对这一进线应加强防雷保护，如采用减小避雷器的保护角及杆塔接地电阻的方法来提高进线段的耐雷水平，减小在进线段内发生绕击和反击的概率。 图6-12　全线有避雷线线路的变电所进线段保护接线

二、35KV小容量变电所的进线段保护 适用S<5000kVA 的35kV变电所 BLQ距主变压器之间距离小于10m，接线形式与本节图8－10相同,仅BLX长度为500~600m

四、 高土壤电阻率地区变电所的进线段保护接线 35～110kV变电所，如进线段装设避雷线有困难或处在土壤电阻率ρ>500Ω·m的地区，进线段难以达到表6-5所要求的耐雷水平时，可在进线段的终端杆上装设一组电抗线圈L以代替进线段的避雷线。接线如图6-14所示。电抗线圈的电感可采用1000μH左右，此电抗器既能限制侵入波的陡度又能限制流过避雷器电流的幅值。

第三节 配电变压器的防雷保护 一、保护特点： 第三节 配电变压器的防雷保护 一、保护特点： 保护配电变压器的避雷器应尽量靠近变压器，以防止从线路入侵的雷电波损坏绝缘。因为3～10kV配电线路绝缘低，直击雷常使线路绝缘闪络，大部分雷电流被导入大地，从而限制了侵入波以及通过避雷器的雷电流幅值；又由于避雷器就装设在变压器近旁，两者之间的电压差很小，所以配电变压器可以不用加装进线保护。

二、保护接线： 配电变压器的防雷保护接线如图6-17所示。避雷器应尽量靠近变压器装设，并应尽量减小连接线的长度，以减小雷电流在连接线上的电压降。避雷器的接地线应与变压器的金属外壳以及低压侧中性点连在一起接地（三点联合接地），这样在入侵波使避雷器动作时，作用在高压侧主绝缘上的电压就只是避雷器的残压，而不包括接地电阻上的电压降。

第四节 旋转电机的防雷保护 旋转电机的特点及防雷保护 直配电机的防雷保护接线 经变压器连接到架空线路的电机防雷保护接线

一、旋转电机的特点及防雷保护 1.过电压的来源: （1）感应过电压. （2）侵入波 a.作用于变压器高压侧经变压器耦合到旋转电机上 b.直配电机引线上引来的雷电波. 2特点： 1.绝缘裕度小 2.下线时易损伤绝缘 3.电场不均匀 4.纵电容小,绝缘冲击系数小 5.电机工作条件差. 6.避雷器不配合.

二、直配电机防雷保护的任务与措施 （一）主绝缘的保护 在电机母线上装设FCD型避雷器，以限制侵入波幅值；同时配合保护进线，以限制通过避雷器的电流，使之小于3kA。 （二） 纵绝缘的保护 在每相母线上装设与避雷器并联的电容器可以保护电机匝间绝缘 ，还可降低侵入波的陡度。

（三）电机中性点的防雷保护 如果直配电机的中性点能引出且未接地，应在中性点上装设避雷器，且避雷器的额定电压不应低于电机最高运行相电压；对于中性点不能引出的电机，则应把母线上的电容加大到1.5～2μF，以进一步降低侵入波的陡度来限制中性点绝缘上的电压。

三.直配电机的防雷接线 1.有电缆段的防雷保护接线

2、无电缆段的电机防雷保护接线

四.经变压器连接到架空线路的电机防雷保护 经变压器耦合到电机绕组上的雷电过电压对电机绝缘的危险性较小，一般可以不考虑增设保护措施。但对于在多雷区，经升压变压器送电的特别重要的发电机，在其出线上宜装设一组磁吹避雷器，以保安全。

第六章 高电压试验技术 交流耐压试验 直流耐压试验 耐压试验 冲击耐压试验 （破坏性试验） 高电压实验技术 绝缘电阻和吸收比的测量 泄漏电流的测量 介质损耗角正切值 的测量 局部放电的测量 耐压试验 （破坏性试验） 检查性试验 （非破坏性试验） 高电压实验技术

6.1绝缘电阻及吸收比的测量 6.2泄露电流的测量 6.3介质损耗角正切值的测量 6.4局部放电的测量 6.5工频交流耐压实验 6.6直流耐压实验 6.7冲击耐压实验

第一节 绝缘电阻及吸收比K的测量 一、绝缘电阻 绝缘电阻是指在绝缘体的临界电压以下。施加的直流电压U-时，测量其所含的离子沿电场方向移动形成的电导电流Ig，应用欧姆定律所确定的比值。 即：

二 吸收比： 高压设备的内绝缘，大部分是夹层绝缘，在直流电压作用下，都有吸收现象存在，即电流逐渐减小而趋于某一恒定值（泄漏电流）。而被试品的绝缘状况越好，吸收过程进行得越慢，反之，吸收过程越快，因此，可以用绝缘电阻随时间而变化的关系来反映绝缘的状况。通常将用时间为60s与15s时所测定的绝缘电阻值之比称之为吸收比，用K 来表示： 如果绝缘良好，则此比值应大于一定值（一般为1.3～1.5）

三、测量工具 通常是用绝缘电阻表（兆欧表，俗称摇表）来测量绝缘电阻。 绝缘电阻表根据“流比计”的原理制成。 优点：不受电压波动影响。 图9-1绝缘电阻表原理电路图 通常是用绝缘电阻表（兆欧表，俗称摇表）来测量绝缘电阻。 绝缘电阻表根据“流比计”的原理制成。 优点：不受电压波动影响。

四、测量方法 （1）断开被试品的电源，拆除或断开对外的一切连线，并将其对地放电。对电容量较大的被试品（如发电机、电缆、大中型变压器和电容器等）更应充分放电。此项操作应利用绝缘工具（如绝缘棒、绝缘钳等）进行，不得用手直接接触放电导线。 （2）用干燥清洁柔软的布擦去被试品表面的污垢，必要时可先用汽油或其他适当的去垢剂洗净套管表面的积污。 （3）将绝缘电阻表放置平稳，驱动绝缘电阻表达到额定转速，此时绝缘电阻表的指针应指向“”，再用导线短接绝缘电阻表的“火线”与“地线”端子，其指针应该指零（瞬间低速旋转以免损坏绝缘电阻表）。然后将被试品的接地端接于绝缘电阻表的的接地端子“E”上，测量端接于“L”端子上。如遇被试品表面的泄漏电流较大时，或对重要的被试品，如发电机、变压器等，为避免表面泄漏电流的影响，必须加以屏蔽。屏蔽线应接在”G”端子上。接好线后，火线暂时不接被试品，驱动绝缘电阻表至额定转速，其指针应指“”，然后使绝缘电阻表停止转动，将火线接至被试品。 （4）驱动绝缘电阻表达额定转速，待指针稳定后，读取绝缘电阻的数值。 （5）测量吸收比或极化指数时，先驱动绝缘电阻表达额定转速，待指针指“”时，用绝缘工具将火线立即接至被试品上，同时记录时间，分别读取15s和60s或10min时的绝缘电阻值。

五、注意事项 （1）试验前应将被试品接地放电一定时间（对电容量较大的试品，一般要求达5～10min），避免被试品上可能存留残余电荷而造成测量误差。试验后也应这样做，保证安全，此项操作应利用绝缘工具（如绝缘棒或绝缘钳等）进行，不得用手直接接触放电导线。 （2）高压测试线尽量保持架空，确需使用支撑时，要确认支撑物的绝缘对被试品绝缘测量结果的影响极小。 （3）测量吸收比和极化指数时，待电源电压稳定后再接入被试品，并开始计时。 （4）读取绝缘电阻值后，先断开接至被试品的火线，然后再将绝缘电阻表停止运转，以免被试品电容在测量时所充的电荷经绝缘电阻表放电而损坏绝缘电阻表。 （5）对带有绕组的被试品，应先将被测绕组首尾短接再接到L端子；其他非被测绕组也应先首尾短接后再接到应接端子上。 （6）绝缘电阻与温度有十分显著的关系。绝缘温度升高，绝缘电阻大致按指数规律降低，吸收比和极化指数也会有所改变，所以测量绝缘电阻时，应准确记录当时绝缘的温度，而在比较时，也应按相应的温度来比较。 （7）在湿度较大的条件下进行测量时，可在被试品表面加等电位屏蔽。此时在接线上要注意，被试品上的屏蔽环应接近加压的火线而远离接地部分，减少屏蔽对地的表面泄漏，以免造成绝缘电阻表过载。 （8）若测得的绝缘电阻值过低或三相不平衡时，应进行解体试验，查明绝缘不良部分。

六、测试功效 测量绝缘电阻和吸收比可以有效的发现下列缺陷： （1）总体绝缘质量欠佳； （2）绝缘受潮； （3）两极间有穿透性的导电通道； （4）绝缘表面污垢（可以通过比较有无屏蔽环极所测得的值判断得知）。

用绝缘电阻表测套管绝缘的接线图

第二节 泄漏电流的测量 一.直流高压的获得 1.交流高压经高压硅堆整流获得直流高压 2.高压直流电压发生器

二、测量接线及其特点 1．被试品不接地时的试验接线 当被试品能与地分开时，宜采用图9-4的接线。这种接线微安表处在低电位，具有读数安全，切换量程方便的优点。 图9-4被试品不接地的试验原理接线

（二）微安表的保护 保护电阻的值应该这样选取：微安表满量程电流在上的压降应稍大于放电管P的起始放电电压（一般为50～100V）。 并联电容的作用不仅可以滤掉泄漏电流中的脉动分量，使微安表的读数稳定，更重要的是当被试品万一被击穿时，作用在放电管P上的冲击电压陡波前能有足够的平缓，使放电管P来得及动作，故其电容值应较大（>1F）。电流表平时被旁路开关K短接，只有在需要读数时才将K打开。

图9-5 交流高压和被试品均直接接地的试验原理接线 2．交流高压和被试品均直接接地时的试验接线 特点是微安表处在高压端，不受高压对地杂散电流的影响，测量的泄漏电流较准确。但微安表及从微安表至被试品的引线应加屏蔽。由于微安表处于高压，故给读数及切换量程带来不便。 图9-5 交流高压和被试品均直接接地的试验原理接线

第三节 介质损耗角正切值的测量 一、测试设备和测试原理 第三节 介质损耗角正切值的测量 一、测试设备和测试原理 1.  高压西林电桥测量的工作原理。 2.电桥平衡时，为计算方便通常取： 如 以 计，则在数值上， 图9-9西林电桥（正接线）基本原理电路图

二、正接线和反接线的对比 由图9-10，这种测试电路要求被试品两端都不接地，这在许多场合是做不到的。此时，可将电桥颠倒过来，令被试品的一端F点接地，D点接高压电源。这种接线称为颠倒电桥接线，或称反接线。此时，桥臂R3、R4、检流计G均处于高电位，故必须采取可靠的措施以保证试验人员的安全。 图9-10西林电桥反接线原理电路图

三. 影响测试准确度的因素及提高精度的措施 1、分布参数的影响。 措施：屏蔽 2、电场的干扰。 措施：屏蔽，倒相，移相 3、磁场干扰 措施：远离干扰源；取检流计开关在两种极性（“接通Ⅰ”和“接通Ⅱ”）下所测结果的平均值。 图9-11 西林电桥误差因素示意图

四、测试功效 测量 可以有效的发现绝缘的以下缺陷： （1）整体受潮； （2）穿透性的导电通道； （3）绝缘内含有气泡、绝缘分层、脱壳； 测量 可以有效的发现绝缘的以下缺陷： （1）整体受潮； （2）穿透性的导电通道； （3）绝缘内含有气泡、绝缘分层、脱壳； （4）绝缘老化劣化，绕组上附有油泥； （5）绝缘油脏污、老化劣化等。

第四节 局部放电测量 一、测量方法 局部放电的电测试法中以脉冲电流法应用最广，它是将被试品两端的电压突变转化为检测回路中的脉冲电流。

二、典型的局部放电测量电路 1.串联测量电路 2.并联测量电路 理论上两者的灵敏度是相等的；但实用上并联法的优点为： 1.串联测量电路 2.并联测量电路 理论上两者的灵敏度是相等的；但实用上并联法的优点为： （1）允许被试品一端接地。 （2）对值较大的被试品，可以避免较大的工频电容电流流过。 （3）万一被试品被击穿时，不会危及人身和测试系统。由于局部放电测试时所加电压一般均高于绝缘的正常工作电压，所以，被试品有可能被击穿。

第五节 工频交流耐压试验 工频耐压实验的特点 工频耐压实验接线及各元件（设备）的作用 调压器的要求、分类及特点 高压工频实验变压器 第五节 工频交流耐压试验 工频耐压实验的特点 工频耐压实验接线及各元件（设备）的作用 调压器的要求、分类及特点 高压工频实验变压器 工频高压的测量 实验电压的选择和加压方法 注意事项

工频耐压实验的特点 工频交流（以下简称交流）耐压试验是考验被试品绝缘承受各种过电压能力的有效方法，对保证设备安全运行具有重要意义。

二、工频耐压试验接线及各设备的作用 原理接线如图9-15所示。 T1——调压器 T2——高压工频实验变压器 R ——保护电阻 CX ——被试品 M ——测压系统 图9-15 工频高压测量试验原理接线图

三、调压器的要求、分类及特点 调压器应能从零开始平滑的调节电压，以满足试验所需的任意电压。调压器的输出波形，应尽可能地接近正弦波，容量也应满足试验变压器的要求，通常与试验变压器容量相同。 常用的调压器有自耦调压器、移圈调压器和感应调压器等。调压器的输出波形，应尽可能地接近正弦波，容量也应满足试验变压器的要求，通常与试验变压器容量相同。

1.自耦调压器 自耦调压器的应用广泛，它具有体积小、质量轻、效率高、波形好等优点。由于自耦调压器是用移动碳刷接触调压，所以容量受到限制（单台可做到30kVA，最大可达到100kVA），电压在500以下，适用于小容量调压。

2.移圈式调压器 移圈调压器的调压范围宽，目前国内生产的容量为25～2250kVA，并与试验变压器配套，电压可达10kV。其主要缺点是效率低空载电流大，在低压和接近额定电压下使用易发生波形畸变

发电机组调压器 调压方便，波形好，价高，仅用于实验室。

四、高压工频实验变压器 1、高压实验变压器的特点： （1）一般都是单相的，需要三相时，常将三个单相变压器接成三相变压器组。 （2）不会受到大气过电压及电力系统操作过电压的侵袭，其绝缘强度相对其额定电压的安全裕度较小，故其平时工作电压一般不允许超过其额定电压。 （3）通常为间歇工作方式，每次工作持续时间较短，不必采用加强的冷却系统。为此，对应于不同的电压和电流负荷，有不同的允许持续工作时间。 （4）一、二次绕组的变比高，其高压绕组由于电压高，需用较厚的绝缘层和较宽的油隙距，两绕组间的绝缘间距较大，故其漏抗（百分比）较大。 （5）要求有较好的输出电压波形，为此应采用优质的铁芯和较低的磁通密度。 （6）为了减少对局部放电试验的干扰，要求试验变压器自身的局部放电电压应足够高。

T2—试验变压器；R—保护电阻；S.V.—静电电压表；G—球隙；Rg—球隙电阻 五、工频交流高压的测量 球隙 静电电压表 电容分压器 高精度电压互感器配低压仪表 电容器与整流装置串联 图9-18 工频高压试验电压的测量原理接线 T2—试验变压器；R—保护电阻；S.V.—静电电压表；G—球隙；Rg—球隙电阻

六、试验电压的选择和加压方法 国产单个高压工频试验变压器的额定电压（kV）有下列等级： 5、10、25、35、50、100、150、250、300、500、750。 根据被试品对试验电压的要求，选用电压合适的试验变压器，还应考虑试验变压器低压侧电压是否和试验现场的电源电压及调压器相符。 升压必须从零开始，不可冲击合闸。升压速度在40％试验电压以内可不受限制，其后应均匀升压，速度约为每秒3％的试验电压。

七、 注意事项 （1）被试品为有机绝缘材料时，试验后应立即触摸，如出现普遍或局部发热，则认为绝缘不良，应即时处理，然后再作试验。 （2）对夹层绝缘或有机绝缘材料的设备，如果耐压试验后的绝缘电阻比耐压试验前下降30％，则检查该试品是否合格。 （3）在试验过程中，若由于空气湿度、温度、表面脏污等影响，引起被试品表面滑闪放电或空气放电，不应认为被试品内绝缘不合格，需要经过清洁、干燥处理之后，再进行试验。 （4）升压必须从零开始，不可冲击合闸。升压速度在40％试验电压以内可不受限制，其后应均匀升压，速度约为每秒3％试验电压。 （5）耐压试验前后均应测量被试品的绝缘电阻。

第六节 直流耐压实验 一．直流耐压的特点 直流耐压试验与直流泄漏电流试验相比，因其采用了较高的试验电压，所以它除了能发现设备受潮及劣化外，对发现绝缘的某些局部缺陷具有特殊作用，而往往这些局部缺陷在交流耐压试验中是不能被发现的 。

二.直流高电压的产生 1．交流高压经整流或倍压整流获得直流高压 1）半波整流

1）倍压整流电路之一 缺点是：被试品两极都不允许接地，必须对地绝缘起来

2）倍压整流电路之二 被试品可以有一级接地，但电源变压器高压绕组两端出线均需对地绝缘起来 ，不能采用一端接地的试验变压器

3）倍压整流电路之三 被试品和试验变压器均允许有一极接地的倍压整流电路如图所示。

三.直流高电压的测量 高电阻串微安表测量 这种测量方法应用很广，能测量数千伏至数万伏的电压。

2.高压电阻分压器配低压仪表测量

3.高压静电电压表直接测量 4.用球隙测量直流高压

第七节 冲击耐压试验 电力系统中的高压电气设备除了承受长期的工作电压作用外，在运行过程中还有可能承受短时的雷电过电压和操作过电压的袭击，为了检验电气设备对这些过电压的耐受能力，需要进行冲击电压下绝缘强度的耐压试验。

C0－主电容；Rf－波前电阻；G－隔离间隙；Rt－波尾电阻； 一、冲击电压的获得 1.冲击电压发生器的原理 C0－主电容；Rf－波前电阻；G－隔离间隙；Rt－波尾电阻； Cf－波前电容；T.O.－被试品

多级冲击电压发生器

二、冲击耐压实验程序 对绝缘结构进行耐冲击电压试验时，先施加一定电压以观察冲击电压的波形是否符合标准波形的要求。在放电后能自恢复绝缘的情况下，如绝缘子、绝缘套管的表面放电，可先施加试验电压的80％左右；在不能自恢复的情况下，要依次施加试验电压的50％、75％左右。如果冲击电压符合标准波形的条件，方可对被试品施加全部电压。在连续三次冲击电压的作用下，如果试品都没有发生放电，则认为试品是合格的。如果三次试验中只有一次发生贯穿性放电，应重复试验六次。如果六次都不发生贯穿性放电，才可认为试品绝缘是合格的。 对于绝缘材料的击穿试验，先要处理好试品，装上电极之后，施加冲击电压于试品，并逐级增高电压的幅值。第一次施加电压的幅值为该试品击穿电压的70％，以后每一级比前一级增加起始电压（即第一次施加的电压）的5％～10％，直到发生击穿为止。每次施加电压的时间间隔不少于30s，在试品击穿之前，必须承受两次以上的电压作用，即击穿必须发生在第三次或第三次以后的施加电压，否则就应降低起始电压，重新试验。 判断试品是否击穿，可以根据下列现象：试品在冲击电压作用下发出闪光或爆炸声；在示波器上看到波形突然降落。但要注意出现上述现象也可能是试品表面闪络。因此，最终还应取出试品，观察是否在试品内部发生了贯穿性击穿。应该说明，由于试验本身的复杂性等原因，目前冲击耐压试验多在实验室内进行，对于电气设备的交接及预防性试验一般不要求作此项试验。

三、冲击电压的测量 对于冲击电压的测量，常用系统有： （1）球隙测电压峰值、 （2）分压器配用示波器、峰值电压表、数字记录仪等测电压峰值及波形。

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