高电压技术 沈诗佳程航 主编 2012年版.pdf

书 书 书内 容 提 要本书为普通高等教育“十二五”规划教材（高职高专教育）。本书主要内容包括电介质的电气性能、电气设备绝缘试验、高压电气设备绝缘结构及其绝缘试验、过电压及其防护、特高压输电系统的高电压技术等，重点介绍高电压技术中最基本的理论概念和工程应用中的关键问题，力求内容精简、加强基础、突出适用性，并适度反映现代高电压技术领域的新进展。本书主要作为高职高专院校电力技术类相关专业的教材，也可作为成人函授和自考辅导教材，同时还可作为电力行业工程技术人员的培训教材和参考用书。图书在版编目（C I P）数据 高电压技术/沈诗佳，程航主编.北京：中国电力出版社，2 0 1 1.1 2 普通高等教育“十二五”规划教材.高职高专教育 I SBN9 7 8-7-5 1 2 3-2 5 6 2-3.高.沈程.高电压-技术-高等职业教育-教材.TM8 中国版本图书馆C I P数据核字（2 0 1 1）第2 8 1 7 4 2号中国电力出版社出版、发行（北京市东城区北京站西街1 9号 1 0 0 0 0 5 h t t p：/www.c e p p.s g c c.c om.c n）航远印刷有限公司印刷各地新华书店经售*2 0 1 2年2月第一版 2 0 1 2年2月北京第一次印刷7 8 7毫米1 0 9 2毫米 1 6开本 2 5.5印张 6 2 5千字定价4 5.0 0元敬 告 读 者本书封面贴有防伪标签，加热后中心图案消失本书如有印装质量问题，我社发行部负责退换版 权 专 有 翻 印 必 究高电压技术是电工学科的一个重要分支，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。本书是根据全国电力高等职业教育教材建设指导委员会审定的教材编写大纲编写。编者根据高职高专教育培养目标的要求，在总结长期教学经验的基础上，参考了国内外大量教材和资料，力求做到深入浅出、通俗易懂，便于学生阅读和自学。在精选内容方面，充分吸收同类教材的经验并充分考虑高职高专教学的特点，力求适合高电压技术课程的需要，着重介绍本领域基础理论，简化数学分析，对电介质的电气性能、电气设备绝缘试验、高压电气设备绝缘结构及其绝缘试验、过电压及其防护等内容做了较为完整的阐述，并对近年来高电压领域的新发展 特高压输电系统的高电压技术做了一定的介绍。本书每章都配有教学要求、学习指导、思考题与习题，启发读者思考和帮助读者总结。限于篇幅，本书对电介质击穿的详细过程、电气设备的具体绝缘结构、高电压试验的实际操作等方面内容作了一定压缩，主要是为了腾出篇幅着重介绍有关的基础理论和基本物理概念，并适当兼顾工程应用中的关键问题。本书共分为五篇二十章，其中第一至三、八章由兰州工业高等专科学校程航编写，第四至七章由兰州工业高等专科学校吴宁编写，第九至十二章由兰州工业高等专科学校边玉国编写，第十三、十四章由安徽电气工程职业技术学院冯春祥编写，第十五至十八章由安徽电气工程职业技术学院沈诗佳编写，第十九、二十章和附录由安徽电气工程职业技术学院程琳编写，全书由安徽电气工程职业技术学院沈诗佳统稿。山西大学工程学院常美生教授担任本书主审，为提高书稿质量付出了大量精力，提出了很多宝贵意见和建议，在此表示衷心的感谢。由于编者水平有限，书中难免有不妥和疏漏之处，恳请读者给予批评指正。编 者2 0 1 1年1 0月于合肥前言第一篇 电介质的电气性能第一章 电介质的极化、电导和损耗1 第一节 电介质极化1 第二节 电介质电导5 第三节 电介质损耗8 思考题与习题9第二章 气体电介质的放电1 1 第一节 气体中带电质点的产生与消失1 1 第二节 均匀电场和不均匀电场中气体的击穿1 3 第三节 空气的击穿电压1 8 第四节 提高气体间隙击穿电压的措施2 6 第五节 气体中沿固体介质表面的放电2 7 第六节 SF6气体特性3 3 第七节 均匀及稍不均匀和极不均匀电场中SF6气体的击穿4 0 第八节 SF6气体的冲击击穿特性4 2 第九节 SF6气体中沿固体介质表面的放电4 4 思考题与习题4 7第三章 液体和固体电介质的绝缘性能4 8 第一节 液体电介质的击穿特性4 8 第二节 固体电介质的击穿特性5 3 第三节 电介质的老化5 6 第四节 组合绝缘5 7 第五节 对电介质性能的全面要求6 0 思考题与习题6 3第二篇 电气设备绝缘试验第四章 电气设备非破坏性试验6 4 第一节 绝缘电阻和吸收比测量6 4 第二节 泄漏电流的测量6 8 第三节 介质损失角正切的测量6 9 第四节 局部放电的测量7 2 思考题与习题7 4第五章 电气设备绝缘耐压试验7 5 第一节 工频耐压试验7 5 第二节 直流耐压试验8 0 第三节 感应耐压试验8 4 思考题与习题8 5第六章 绝缘油的电气试验和气相色谱分析8 6 第一节 绝缘油的电气试验8 6 第二节 绝缘油的气相色谱分析8 9 思考题与习题9 3第七章 绝缘在线监测9 4 第一节 电流的在线监测9 4 第二节 t a n的在线监测9 5 第三节 局部放电的在线监测9 6 第四节 油中气体含量的在线监测9 7 第五节 红外技术用于在线监测9 8 第六节 绝缘状态的综合分析和判断9 9 思考题与习题9 9第三篇 高压电气设备绝缘结构及其绝缘试验第八章 高压绝缘子1 0 0 第一节 绝缘子的性能要求和材料1 0 0 第二节 各种绝缘子及其绝缘试验1 0 2 第三节 大气条件和海拔高度对外绝缘放电电压的影响1 1 3 思考题与习题1 1 7第九章 电力电容器和电力电缆绝缘1 1 8 第一节 电力电容器绝缘及其试验1 1 8 第二节 电力电缆绝缘及其试验1 2 2 思考题与习题1 2 7第十章 高压套管和高压互感器绝缘1 2 8 第一节 高压套管及其绝缘试验1 2 8 第二节 高压互感器绝缘及其试验1 3 2 思考题与习题1 4 5第十一章 电力变压器和高压电机绝缘1 4 6 第一节 电力变压器绝缘及其试验1 4 6 第二节 高压电机绝缘及其试验1 6 1 思考题与习题1 6 9第四篇 过 电 压 及 其 防 护第十二章 线路和绕组中的波过程1 7 0 第一节 无损耗单导线线路中的波过程1 7 0 第二节 行波的折射与反射1 7 4 第三节 行波通过串联电感和并联电容1 7 8 第四节 行波的多次折、反射1 8 1 第五节 无损耗平行多导线系统中的波过程1 8 3 第六节 冲击电晕对线路波过程的影响1 8 6 第七节 变压器绕组中的波过程1 8 8 第八节 旋转电机绕组中的波过程1 9 6 思考题与习题1 9 8第十三章 雷电及防雷设备1 9 9 第一节 雷电放电和雷电过电压1 9 9 第二节 雷电放电的计算模型和雷电参数2 0 2 第三节 避雷针和避雷线的保护范围2 0 5 第四节 避雷器2 1 5 思考题与习题2 2 8第十四章 架空输电线路的防雷保护2 2 9 第一节 输电线路耐雷性能的若干指标2 2 9 第二节 输电线路耐雷性能的分析计算2 3 1 第三节 输电线路防雷措施2 3 8 思考题与习题2 4 2第十五章 发电厂和变电站的防雷保护2 4 3 第一节 概述2 4 3 第二节 直击雷保护2 4 4 第三节 阀式避雷器保护作用分析2 4 9 第四节 变电站进线段保护2 5 5 第五节 变电站防雷的几个具体问题2 6 0 第六节 旋转电机的防雷保护2 7 0 思考题与习题2 7 7第十六章 暂时过电压2 7 8 第一节 概述2 7 8 第二节 空载长线路的电容效应2 8 0 第三节 接地故障引起的工频电压升高2 8 3 第四节 甩负荷引起的工频电压升高2 8 5 第五节 谐振过电压2 8 8 第六节 暂时过电压保护2 9 5 思考题与习题3 0 0第十七章 操作过电压3 0 1 第一节 空载线路分闸过电压3 0 1 第二节 空载线路合闸过电压3 0 5 第三节 空载变压器分闸过电压3 0 9 第四节 间歇电弧接地过电压3 1 2 第五节 解列过电压3 1 7 第六节 有关操作过电压若干总的概念与结论3 1 8 思考题与习题3 2 0第十八章 电力系统绝缘配合3 2 1 第一节 概述3 2 1 第二节 绝缘配合的方法3 2 7 第三节 电气设备绝缘水平的确定3 2 9 第四节 架空输电线路绝缘水平的确定3 3 1 思考题与习题3 3 7第五篇 特高压输电系统的高电压技术第十九章 特高压交流输电中的高电压技术3 3 8 第一节 超高压和特高压的特征3 3 8 第二节 国内外特高压交流输电的发展3 4 0 第三节 特高压交流输电的功能、特点与优点3 4 2 第四节 特高压交流输电中的若干高电压技术问题3 4 8 思考题与习题3 5 9第二十章 直流输电中的高电压技术3 6 0 第一节 直流输电系统概述3 6 0 第二节 直流输电工程的电磁环境影响3 7 2 第三节 高压直流架空线路与电缆线路的绝缘3 7 5 第四节 直流输电系统中的过电压及其保护3 7 9 第五节 直流输电线路、换流站的绝缘配合3 8 2 思考题与习题3 8 8附录一 标准球隙放电电压表3 8 9附录二 高压输变电设备的绝缘水平及耐受电压3 9 3附录三 阀式避雷器电气特性3 9 6附录四 DL/T6 2 01 9 9 7规定的架空输电线路典型杆塔的耐雷水平和雷击跳闸率数值3 9 9参考文献4 0 0书 书 书第一篇电 介 质 的 电 气 性 能第一章电介质的极化、电导和损耗了解绝缘材料的种类，掌握电介质极化及其分类，掌握电导、击穿、损耗的概念。一、电气绝缘材料的分类绝缘材料又称“电介质”。绝缘材料和导体是电气设备中常用的两种基本材料。绝缘材料的主要作用是用来隔离不同电位的导体，使电流能按一定的方向在导体里流通。另外，在不同的电气设备中，根据产品技术要求的需要，绝缘材料还起着散热、冷却、固定支撑、储能、灭弧、防潮、防霉、改善电位梯度及保护导体等作用；在电气设备中，绝缘材料承受着电、热、各种机械应力等方面的考验。绝缘材料的品种很多，有不同的分类：按化学性质可分为无机绝缘材料、有机绝缘材料、混合绝缘材料，按形态可分为气体绝缘材料、液体绝缘材料、固体绝缘材料，按分子结构可分为非极性电介质、弱极性电介质、极性电介质。绝缘材料的主要性能指标有绝缘强度、抗张强度、密度和膨胀系数。二、电介质的电气性能电介质在外加电场的作用下将会发生极化、电导、击穿和介质损耗等现象，这被称为电介质的电气特性。一般气体电介质的极化、电导和损耗都很微弱，可忽略不计，需要注意的是液体和固体电介质的这些电气特性。第一节电 介 质 极 化一、极化的定义电介质极化是指在外电场的作用下，发生束缚电荷的弹性位移、偶极子的转向或带电质点的移动，在电介质两端出现等量异号电荷而对外呈现电性的现象。二、极化的形式根据电介质的物质结构，电介质极化具有以下四种基本形式，即电子位移极化、离子位移极化、转向极化、空间电荷极化。现分别加以说明。1.电子位移极化如图1-1所示，当不存在外电场时，原子中电子云的中心与原子核重合；在外加电场的作用下，电介质中的原子、分子或离子中的电子，其作用中心脱离原子核而形成感应电距图1-1电子位移极化示意图（a）无外加电场；（b）有外加电场的过程，称为电子位移极化，简称电子式极化。电子位移极化的特点为：（1）存在于一切电介质中。（2）极化过程中没有能量损失，外电场消失，感应电距也随之消失，为弹性极化。（3）极化过程所需的时间很短，为1 0-1 41 0-1 1s，在各种频率的交变电场中均能发生。（4）极化程度取决于电场强度，与温度无关。2.离子位移极化在由离子结合成的电介质内，外电场的作用除促使各个离子内部产生电子位移极化外，还产生正、负离子相对位移而形成的极化，称为离子位移极化，简称离子式极化，如图1-2图1-2离子位移极化示意图（a）极化前；（b）极化后所示。固体无机化合物（如云母、玻璃、陶瓷等）在外加电场的作用下发生的极化为离子位移极化。离子位移极化的特点为：（1）存在于具有离子结构的电介质中。（2）极化完成的时