《高电压技术》刘建英，贺敬主编；赵双双，张彬，张桂荣副主编|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《高电压技术》

【作　者】刘建英，贺敬主编；赵双双，张彬，张桂荣副主编

【页 数】 298

【出版社】 北京：北京理工大学出版社 , 2020.06

【ISBN号】978-7-5682-8611-4

【价 格】40.00

【分 类】高电压-高等职业教育-教材

【参考文献】 刘建英，贺敬主编；赵双双，张彬，张桂荣副主编. 高电压技术. 北京：北京理工大学出版社, 2020.06.

图书封面：

图书目录：

《高电压技术》内容提要：

本书以“电气试验工”的电力行业职业技能标准为要求，与企业骨干成员进行教学设计，在教学模式、教学内容、教学方法等关键的教学环节上进行了“基于工作过程”的项目化教学改革，并将改革成果融入本书。全书共分九章，包括气体电介质的击穿特性分析，液体、固体电介质的击穿特性分析，绝缘的预防性试验，电力系统主要电气设备电气试验，输电线路和绕组中的波过程分析，电力系统防雷保护设计，内部过电压分析，电力系统绝缘配合。同时配有习题，视频教程。为方便读者使用，本书配套有国家职业教育电力系统自动化技术专业教学资源库相关资源。本书可作为高职高专电力系统自动化技术、供用电技术等专业作为教学用书，也可作为电力行业从业者的参考用书。

《高电压技术》内容试读

绪盖论

一、高电压技术的研究对象

高电压技术研究的对象主要是电力系统中的绝缘和过电压问题。

所谓绝缘，就是将不同电位的导体分隔开，从而使其保持各自的电位。具有绝缘作用的材料称为电介质或绝缘材料。按物质形态划分，电介质可分为气体、液体和固体三类。与导体不同，电介质在正常情况下的导电能力极其微弱，电阻率很大，一般在10°2·m以上。

在现代电力网中，由于电压等级高、装机容量大、输电距离远等原因，高电压条件下绝缘问题越来越突出。

电力网的组成：如图0-1所示。

发电厂

变电所

变电所

用户

水轮机发电机

升压变压器

输电线路

降压变压器

用电设备

水库

G

电力网

99&⑧

电力系统

动力系统

图0-1电力网的组成

电力网：电力系统中各种电压的变电所及输配电线路组成的统一体。其主要作用是变换电压、传送电能。

电力系统：由发电厂中的电气部分、各类变电所及输电、配电线路及各种类型的用电设备组成的统一体。电力系统的具体组成如图0-2所示。

发电厂：生产电能。

配电系统：将系统的电能传输给电力用户。

电力用户：高压用户额定电压在1kV以上，低压用户额定电压在1kV以下。用电设备：消耗电能。

动力系统：在电力系统的基础上，把发电厂的动力部分（例如火力发电厂的锅炉、汽轮机和水力发电厂的水库、水轮机以及核动力发电厂的反应堆等)包含在内的系统。

1

高电压技术

电网调度

应用服务器

发电◆输电◆变电◆配电

用电

图0-2电力系统的具体组成

通常，将发电厂电能送到负荷中心的线路叫输电线路。负荷中心至各用户的线路叫配电线路。负荷中心一般设有变电站

电力系统中的绝缘包括输电线路的绝缘和变电站电气设备的绝缘两大部分。电气设备的绝缘又分内绝缘和外绝缘两部分。电气设备外壳内的绝缘称为内绝缘，内绝缘通常由固体和液体介质的组合或固体和气体介质的组合构成，其电气强度基本上不受大气条件的影响，但其电气性能在运行过程中会逐渐劣化，表现出明显的老化现象。电气设备外壳外的绝缘称为外绝缘，外绝缘主要由空气间隙和绝缘子表面构成，其电气强度不仅与大气条件有关，还会受到恶劣天气情况的影响，如户外绝缘子的电气强度在表面污秽和雨、雾等的共同作用下会显著降低。

输电线路的绝缘和电气设备的外绝缘均属自恢复绝缘，即空气间隙击穿或绝缘子闪络后，经切断电源短时间内可恢复绝缘性能。电气设备的内绝缘大多属于非自恢复绝缘，即

一旦发生击穿，即使去除外加电压，绝缘性能也无法恢复。

绝缘在运行过程中要承受各种电压的作用，在电压相对较低时，绝缘（主要是内绝缘)中会发生极化、电导和损耗现象，它们对绝缘的电气性能会产生重要的影响。当作用到绝缘上的电压超过临界值时，绝缘会失去绝缘能力而转变为导体，即发生击穿或闪络现象。因此，需要研究各种电介质在电压作用下的电气物理性能，特别是其在高电压作用下的击穿特性，以选择合适的电介质和设计合理的绝缘结构。

对空气间隙或绝缘子来说，由于空气是自恢复绝缘，故其电气强度可用击穿电压或闪络电压来衡量；对电气设备来说，由于其内绝缘为非自恢复绝缘，故其电气强度只能用耐受电压来表示。研究绝缘的击穿或耐受电压特性需要进行各种高压试验，运行过程中绝缘中出现的缺陷也需要通过高压试验才能检出，因此高电压试验设备、试验方法以及测量技术在高电压技术中占有格外重要的地位，也是高电压技术所研究的基本内容之一。

电气设备的绝缘在设备运行过程中不仅要受到工作电压的持续作用，还会受到各种过电压的作用。所谓过电压是指超过设备最大运行电压的那些电压。电力系统中的过电压来自两个方面，其一是由雷电放电引起的，称为雷电过电压或大气过电压。雷电过电压又可分为直击雷过电压和感应雷过电压两种，前者由雷击输电线路或发电厂、变电站的配电装置所引起，后者则由雷击这些设备附近的地面或其他物体所引起。12

绪论

二、电压等级的划分

以一千为界，1kV以下的为低压，1kV以上的为高压。高压部分分普通高压、超高压和特高压。普通高压和超高压划分的依据是电晕，超高压和特高压划分的依据是电能污染。高压范围为10~220kV,超高压范围为330~750kV,特高压是指1000kV交流、±800kV直流以上的电压。

三、采用高电压首先要解决的技术问题

采用高电压是大功率远距离输电的要求，要实现大功率远距离输电唯一可行的措施就是采用高电压。作为二次能源，输送电能要较输送一次能源经济、快捷、安全、方便、清洁。

高电压下的绝缘问题。因为在电力系统三大技术材料中绝缘的影响力最大，绝缘限制了设备的温升，也就限制了设备的容量、体积和重量：绝缘限制了设备的寿命：绝缘限制了电力系统的投资。例如，用青壳纸和电缆纸作绝缘的10.5kV、10MW的发电机，改用

粉云母纸作绝缘，其他条件不变时，发电机容量就提高到12.5MW,可见绝缘限制了设备

的容量。

如何解决绝缘问题是高电压等级输电面临的难题，现在有效的解决方案是：①寻找和研制新型绝缘材料；②限制作用在绝缘上的过电压。这也是本课程的两大内容。例如，由于瓷吹避雷器使作用在被保护设备上的残压降低，使原设计额定电压为400kV的输变电系统升压为500kV的系统

四、高电压技术课程的特点

高电压技术是电工学科的一个重要分支，它涉及数学、物理、化学、材料等基础学科，主要研究高电压（强电场）下的各种电气物理问题。20世纪60年代以来，高电压技术一直不断吸收其他学科尤其是新科技领域的成果，促进自身发展；也促进了电力传输大功率脉冲技术、激光技术、核物理等科技领域的发展，显示出强大的活力。其特点是：

(1)历史短，研究不充分，理论很不完整，工程上高电压问题不能用理论来分析，所以只能从试验入手。

(2)研究起来很困难，其所研究的问题与其他学科完全不同。其他学科研究的是电的导通，而高压研究的是绝缘，它所研究的是空间的问题，场的问题，所受的影响因素（温度、湿度、气压、极距)很多。

(3)研究手段难以具备，场地难以满足，问题的重复性小，一次击穿后很难找到完全相同的对象，是暂态问题」

3

第一章

气体电介质的击穿特性分析

学习目标

本章内容主要介绍气体中带电质点的产生与消失，气体放电过程，气体放电形式：汤逊理论、巴申定律、流注理论；大气压力下不均匀电场气隙击穿的发展过程。

案例导入

气体常作为电力系统和电气设备中的绝缘介质，工程上使用最多的是空气和SF。气

体。例如，架空线路中相与相之间、相与地之间就是利用空气来绝缘的；在SF。断路器和

SF。全封闭组合电器中，则以SF。气体来绝缘。正常情况下气体的电导率很小，气体为优

良的绝缘体。但当气体间隙中的电场强度达到一定值后，气体间隙会击穿，气体由绝缘状态转变为导电状态。

第一节气体中带电质点的产生与消失

任务描述

本节重点介绍带电质点产生的原因，带电质点消失的方法。

知识链接

(一)气体中带电质点的产生

气体原子在外界因素（电场、高温等）的作用下，吸收外界能量使其内部能量增加，这时原子核外的电子从离原子核较近的轨道跳到离原子核较远的轨道上去，此过程称为原子的激发，也称激励。被激发的原子称为激发原子，激发原子内部能量比正常原子大。

中性原子从外界获得足够的能量，使原子中的一个或几个电子完全脱离原子核的束缚14

第一章气体电介质的击穿特性分析

而成为自由电子和正离子（即带电质点）的过程称为原子的电离。电离是激发的极限状态，气体分子或原子电离所需要的能量称为电离能。

分子或原子的电离可以一次完成，也可以分级完成，即先经过激发阶段，然后再发生电离，这种电离称为分级电离。分级电离时，一次需要获得的能量较小，但几次获得的总能量应大于或等于其电离能。电离过程如图1-1所示。

能量（电离能）

⊙

①

能量

能量

(⊕

①⊙正离子自由电子

中性原子

激发

电离

图1-1电离过程示意图

气体间隙发生击穿时的最低临界电压称为击穿电压。均匀电场中击穿电压与间隙距离之比称为击穿场强；不均匀电场中平均击穿电压与间隙距离之比称为平均击穿场强。击穿电压或（平均）击穿场强是表征气体间隙绝缘性能的重要参数。心$特别提示心

按照能量来源的不同，电离可分为以下几种形式。气体分子电离因素如图1-2所示。

电子或正离子与气体分子的碰撞电离

气体分子的

电离因素

各种光辐射（光电离）

高温下气体中的热能（热电离》图1-2气体分子电离因素

1.碰撞电离

在电场作用下，电子被加速获得动能，如果其动能大于气体质点的电离能，在和气体质点发生碰撞，当电子的动能满足式(1-1)条件时，就可能使气体质点产生电离，分裂成正离子和自由电子，这种电离称为碰撞电离。

E,入=2mu2≥W

(1-1)

式中W一电离能：

m一电子的质量；

一电子的速度：

电子的自由行程；

E。—单位距离的平均动能。

碰撞电离是气体中带电质点数目增加的重要原因，因为电子的质量小，在电场作用下容易获得较大的速度，累积起足够的动能；碰撞电离的形成与电场强度和平均自由行程的

5

···试读结束···