高电压技术

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。

简介

内容(电力系统过电压及其限制 高电压绝缘特性研究 高电压试验设备、方法和测量技术)

试验方法

发展动态

图书信息1(出版信息 图书目录 内容简介)

图书信息2(基本信息 内容简介 图书目录)

简介

工程上把 1000伏及以上的交流供电电压称为高电压。高电压技术所涉及的高电压类型有直流电压、工频交流电压和持续时间为毫秒级的操作过电压、微秒级的雷电过电压、纳秒级的核致电磁脉冲(NEMP)等。

20世纪以来，随着电能应用的日益广泛，电力系统所覆盖的范围越来越大，传输的电能也越来越多，这就要求电力系统的输电电压等级不断提高。就世界范围而言，输电线路经历了 110、150、230千伏的高压，287、400、500、735～765千伏的超高压和 1150千伏的特高压（工业试验线路）的发展。直流输电也经历了100、250、400、450、500以及750千伏的发展。这几个阶段都与高电压技术解决了输电线路的电晕现象、过电压的防护和限制以及静电场、电磁场对环境的影响等问题密切相关。这一发展过程以及物理学中各种高电压装置的研制又促进了高电压技术的进步。60年代以来，为了适应大城市电力负荷日益增长的需要，以及克服城市架空输电线路走廊用地的困难，地下高压电缆输电发展迅速（由220、275 、345千伏发展到70年代的400、500千伏电缆线路）；同时，为减少变电所占地面积和保护城市环境，全封闭气体绝缘组合电器(GIS)得到越来越广泛的应用。这些都提出许多高电压技术的新问题。

内容

电力系统过电压及其限制

研究电力系统中各种过电压，以便合理确定其绝缘水平是高电压技术的重要内容。电力系统的过电压包括雷电过电压（又称大气过电压、外部过电压）和内部过电压。其中雷电过电压由雷云直接或间接对变电所或输电线路 (避雷线、杆塔或导线)放电造成。一般雷电过电压幅值较高，超过系统的额定工作电压，但作用时间较短，波头时间大多数为1.5～2微秒，平均波长时间为30微秒，大于50微秒的很少。雷击除了会威胁输电线路和电工设备的绝缘外，还会危害高建筑物、通信线路、天线、飞机、船舶、油库等设备的安全。因此，这些方面的防雷也属于高电压技术的研究对象。

电力系统内部过电压是因正常操作或故障等原因使电磁状态发生变化，引起电磁能量振荡而产生的。其中衰减较快、持续时间较短的称为操作过电压；无阻尼或弱阻尼、持续时间长的称为暂态过电压。对110～220千伏电力系统，内部过电压水平一般取 3倍最大工作电压；对330～500千伏电力系统，需要采取一些限制措施，取2～2.5倍。对特高压电力系统，进一步限制内部过电压具有巨大的经济价值，从前景来看限制到1.5～1.8倍最大工作电压是完全可能的。

高电压绝缘特性研究

高压电工设备的绝缘应能承受各种高电压的作用，包括交流和直流工作电压、雷电过电压和内部过电压。研究电介质在各种作用电压下的绝缘特性、介电强度和放电机理，以便合理解决电工设备的绝缘结构问题是高电压技术的重要内容。

雷电过电压和内部过电压对输电线路和电工设备的绝缘是个严重的威胁。因此，研究各种气体、液体和固体绝缘材料在不同电压下的放电特性是高电压技术的重要课题。其中气体包括大气条件下的空气、压缩空气、六氟化硫气体及高真空等常用作输电线路和电工设备绝缘及其他用途的材料。因此，研究如何提高气体绝缘的放电电压，研究影响气体放电的各种因素，如间隙大小、电极形状、作用电压的极性和类型、气体的压力、温度、湿度和杂质等，对确保电工设备的经济合理和安全运行有重要意义。

在采取措施限制雷电过电压和内部过电压的情况下，随着电压等级的提高，工作电压对绝缘特性的影响越来越重要。在工作电压作用下超高压输电线路和电工设备的电晕放电、局部放电、绝缘老化、静电感应、无线电干扰、噪声等现象都是高电压技术研究的课题。

在工程上经常利用一些气体放电的特性来解决许多高电压技术领域中所遇到的科学技术问题，如利用球隙放电测量高电压；用各种间隙放电来限制过电压；利用电晕放电时产生稳定的电晕层以改善电场分布，从而提高间隙的放电电压等。

高电压试验设备、方法和测量技术

高电压领域的各种实际问题一般都需要经过试验来解决。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。

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。常见的高电压发生装置有：由工频试验变压器及其调压设备等组成的工频试验设备；模拟雷电过电压或操作过电压的冲击电压发生装置；利用高压硅堆等作为整流阀的高压直流发生装置。高电压技术 以上这些高电压试验装置的共同特点是：输出电压高；对输出电压的波形、幅值的调节要求高；输出电流和功率一般不大；试验时持续运行的时间较短。

此外，由于近代科学技术发展的需要，各冲击电流发生装置得到越来越多的应用。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，如用在核物理、加速器、激光等领域的大型冲击电流装置能产生数百万安培的冲击电流。在电力部门，冲击电流发生装置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。在电工制造部门，冲击发电机和振荡回路产生强电流，用以模拟电力系统短路电流，检验开关设备以及高压电缆等在系统短路工况下耐受短路电流的能力。

试验方法

进行高电压试验需要有正确的试验方法，如耐压试验、介质损耗试验、局部放电试验等。高压电工设备外绝缘的介电强度，受气压、温度、湿度、风沙、污秽、雨水、射线等因素的影响，需要有不同条件下的换算法和等效的试验方法。　高电压测量装置和测量技术是正确进行高电压试验的基础。对不同类型的高电压需采用不同的测量装置。如测量直流电压或低频交流电压的有效值用高压静电电压表；测单次短脉冲(微秒或纳秒级)用高压示波器，测高电压下的脉冲大电流一般用罗戈夫斯基线圈。此外常用的高电压测量装置还有各种分压器、分流器、局部放电仪等。60年代以来，光电测试技术引入高电压领域，它将高电位端的量（如高压回路的电流）转变为光信号，通过光纤传送到低电位端的接受仪器，再将光信号转为电信号，避免了高电压传到低电压的测量系统而引起的危险，以及电磁场对低电压测量系统的干扰。

发展动态

60年代后期以来，高电压技术在电工以外的领域得到广泛应用；同时，也不断采用新技术以发展自身。前者主要指高电压技术在粒子加速器、大功率脉冲发生器、受控热核反应研究、航空与航天领域的雷电和静电控制与防护、磁流体发电、激光技术、等离子体切割、电水锤进行海底探油、冲击加工成型、人体内结石的破碎，以及静电除尘、静电除菌、静电喷涂、静电复印等方面的应用。高电压领域中采用的新技术则包括利用电子计算机计算电力系统的暂态过程和变电所的波过程；采用激光技术进行高电压下大电流的测量；采用光纤技术进行高电压的传递和测量；采用信息技术进行数据处理等。这一切构成了高电压技术近年来发展的一个重要方面。

另一方面，高电压技术对于进一步发展超高压、特高压输电继续起着重要的推动作用。一些国家正在沿着传统的“外沿发展模式”，继续开展更高一级电压，例如1500～1800千伏特高压输电的科研工作。而美国和苏联的一些学者，则另辟蹊径，利用电力电子技术的新成就，对现有的超高压电网研究技术改造、扩大传输容量的技术。例如，苏联一些学者，研究利用静止补偿装置，对500千伏输电系统进行全补偿。这种输电系统，只存在回路电阻而无感抗，因而已不存在系统稳定问题，传输容量只决定于电阻值和导线载流能力，因而改造后的500千伏输电系统，其输电能力可达到百万伏级特高压输电系统的水平。这种“内涵发展模式”正在引起科学界的广泛重视。与此相似，美国也正在研究利用静止补偿装置，对存在严重电磁兼容性问题的超高压输电线段施行局部的分段补偿，以解决过去要对全系统进行改造的问题。

图书信息1

出版信息

书名：高电压技术书号：ISBN 978-7-301-14461-9

作者：马永翔

出版社：北京大学出版社

版次：1

开本：16开

装订：平

字数：390 千字

页数：268

定价：￥28.00

出版日期：2009-01-04

丛书名：21世纪全国本科院校电气信息类创新型应用人才培养规划教材

图书目录

第1章 气体的绝缘强度

第2章 液体和固体介质的绝缘强度

第3章 电气设备的绝缘试验

第4章 线路和绕组中的波过程

第5章 雷电及防雷保护装置

第6章 电力系统防雷

第7章 电力系统弱电系统防雷保护

第8章 操作过电压及其防护

内容简介

本书主要是介绍与高电压有关的气体、液体、固体介质放电过程、绝缘特性及影响放电的因素；高电压下的绝缘特点、绝缘方法及沿面放电；交直流高压等的产生方法、原理、装置及对电压的测量；雷电过电压产生及防护等内容。

同以往的教材相比，本教材与有以下特色：1） 注重新技术的应用，增加实物照片，删减部分理论推导过程，可读性强；2） 兼顾基本概念和实际应用两个方面，尽可能面向不同需求的读者，达到学以致用；3） 易于引导和教学。"

图书信息2

基本信息

作　者：吴广宁　主编

出 版 社：机械工业出版社

出版时间：2007-6-1

版　次：1页　数：263字　数：391000 印刷时间：2007-6-1开　本：纸　张：胶版纸 印　次：I S B N：9787111213611包　装：平装

内容简介

本书为普通高等教育“十一五”国家级规划教材，是国家精品课程“ 高电压技术”的配套教材。全书分为3篇，共9章，除了传统高电压技术内容如气体、液体和固体的绝缘特性以及过电压防护与绝缘配合等内容外，还编入了大量的高压试验与绝缘监测方面的内容，其中包括绝缘的预防性试验、电气绝缘的高电压试验、电气绝缘的在线监测等方面的基础知识，并介绍了特高压方面的最新发展。

本书可以作为普通高等学校电气工程及其自动化专业和其他电类专业的教材，还可供电力、电工以及其他领域高电压与绝缘技术工作者参考。

图书目录

前言

绪论

第1篇　电介质的电气强度

第1章　气体的绝缘特性与介质的电气强度

1．1　气体放电的基本物理过程

1．1.1　带电质点的产生

1．1.2　带电质点的消失

1．1.3　电子崩与汤逊理论

1．1.4　巴申定律及其适用范围

1．1.5　不均匀电场中的气体放电

1．2　气体介质的电气强度

1．2.1　持续作用电压下的击穿

1．2.2　雷电冲击电压下的击穿

1．2.3　操作冲击电压下空气的绝缘特性

1．2.4　大气条件对气体击穿的影响

1．2.5　提高气体击穿电压的措施

1.3　固体绝缘表面的气体沿面放电

1．3.1　界面电场的分布

1．3.2　均匀电场中的沿面放电

1．3.3　极不均匀电场中的沿面故电

1．3.4　绝缘子的污秽放电

1．3.5　提高沿面放电电压的措施

习题与思考题

第2章　液体的绝缘特性与介质的电气强度

2．1　液体电介质的极化与损耗

2．1.1　液体电介质的介电常数

2．1.2　液体电介质的损耗

2．2　液体电介质的电导

2．2.1　液体电介质的离子电导

2．2.2　液体电介质的电泳电导与华尔屯定律

2．2.3　液体电介质在强电场下的电导

2．3　液体电介质的击穿

2．3.1　高度纯净去气液体电介质的电击穿理论

2．3.2　含气纯净液体电介质的气泡击穿理论

2．3.3　工程纯液体电介质的杂质击穿

习题与思考题

第3章　固体的绝缘特性与介质的电气强度

3．1　固体电介质的极化与损耗

3．1.1　固体电介质的介电常数

3．1.2　固体电介质的损耗

3．2　固体电介质的电导

3．2.1　固体电介质的离子电导

3．2.2　固体电介质的电子电导

3．2.3　固体电介质的表面电导

3．3　固体电介质的击穿

3．3.1　固体电介质的热击穿

3．3.2　固体电介质的电击穿

3．3.3　不均匀电介质的击穿

习题与思考题

第2篇　电气绝缘与高电压试验

第4章　绝缘的预防性试验

4．1　绝缘电阻、吸收比与泄漏电流的测量

4．1.1　绝缘电阻与吸收比的测量

4．1.2　泄漏电流的测量

4．1.3　目前常用的绝缘电阻测试方法

4．2　介质损耗角正切的测量

4．2.1　西林电桥测量法的基本原理

4．2.2　西林电桥测量法的电磁干扰

4．2.3　西林电桥测量法的其他影响　因素

4．3　局部放电的测量

4．3.1　局部放电测量的基础

4．3.2　局部放电测量的脉冲电流法

4．3.3　局部放电测量的非电检测法

4．4　绝缘油性能检测

4．4.1　绝缘油的电气试验

4．4.2　油中溶解气体的气相色谱分析

4.4.3　绝缘油的高效液相色谱分析

习题与思考题

第5章　电气绝缘高电压试验

5．1　工频高电压试验

5．1.1　工频高电压的产生

5．1.2　工频高电压的测量

5．1.3　绝缘的工频耐压试验

5．2　直流高电压试验

5．2.1　直流高电压的产生

5．2.2　直流工频高电压的测量

5．2.3　绝缘的直流耐压试验

5．3　冲击高电压试验

5．3.1　冲击高电压的产生

5．3.2　冲击高电压的测量

5．3.3　绝缘的冲击耐压试验

习题与思考题

第6章　电气绝缘在线检测

6．1　变压器油中溶解气体的在线检测

6．1.1　绝缘故障与油中溶解气体

6．1.2　油中溶解气体的在线检测

6．1.3　油中气体分析与故障诊断

6．2　局部放电在线检测

6．2.1　局部放电的在线检测系统

6．2.2　局部放电分析与故障诊断

6．3　介质损耗角正切的在线检测

6．3.1　高压电桥法

6．3.2　相位差法

6．3.3　全数字测量法

习题与思考题

第3篇　过电压防护与绝缘配合

第7章　输电线路和绕组中的波过程

7．1　均匀无损单导线上的波过程

7．1.1　波传播的物理概念

7．1.2　波动方程及解

7．1.3　波速和波阻抗

7．1.4　前行波和反行波

7．2　行波的折射和反射

7．2.1　线路末端的折射、反射

7．2.2　集中参数等效电路（彼德逊法则）

7．2.3　波的多次折射、反射

7．3　波在多导线系统中的传播

7．4　波在传播中的衰减与畸变

7．4.1　线路电阻和绝缘电导的影响

7．4.2　冲击电晕的影响

7．5　绕组中的波过程

7．5.1　变压器绕组中的波过程

7．5.2　旋转电机绕组中的波过程

习题与思考题

第8章　雷电过电压及其防护

8．1　雷电放电和雷电过电压

8.1.1　雷云的形成

8．1.2　雷电放电过程

8．1.3　有关的雷电参数

8．1.4　雷电过电压的形成

8．2　防雷保护设备

8．2.1　避雷针防雷原理及保护范围

8．2.2　避雷线防雷原理及保护范围

8．2.3　避雷器工作原理及常用种类

8．3　电力系统防雷保护

8．3.1　输电线路的防雷保护

8．3.2　发电厂和变电所的防雷保护

8．4　接地的基本概念及原理

8．4.1　接地概念及分类

8．4.2　接地电阻、接触电压和跨步电压

8．4.3　接地和接零保护

习题与思考题

第9章　操作过电压与绝缘配合

9．1　切除空载线路过电压

9．1.1　产生原理

9．1.2　影响因素和降压措施

9．2　空载线路合闸过电压

9．2.1　发展过程

9．2.2　影响因素和降压措施

9．3　切除空载变压器过电压

9．3.1　发展过程

9．3.2　影响因素和限制措施

9．4　断续电弧接地过电压

9．4.1　发展过程

9．4.2　防护措施

9．5　绝缘配合

9．5.1　绝缘配合的原则与方法

9．5.2　变电站电气设备绝缘水平的确定

9．5.3　架空输电线路绝缘水平的确定

习题与思考题

附录

附表1　普通阀式避雷器的电气特性

附表2　电站用磁吹阀式避雷器（FCZ系列）的电气特性

附表3　保护旋转电机用磁吹阀式避雷器（FCD系列）的电气特性

附表4　典型交流无间隙金属氧化物避雷器的电气特性（GB　11032-2000）

参考文献