高电压技术教案_secret

课 题：第一章 高电压绝缘

教学目的：使学生对气体放电有一个基本的认识、培养专业兴趣。 重 点：介质的绝缘性能。 难 点：对介质绝缘性能的理解。 组织教学：点名。 复习旧课：

引入新课：基本概念

§1—1 概述 一、电介质的极化

极化的基本形式有：电子式极化、离子式极化、偶极子极化 1、电子式极化： 可以存在于液体 、固体、气体中。 E=0时（对称的）对外不显电性， E不等于0时（对称的）对外显电性。

特点：（1）极化过程快，10-15s且介电系数与电源无关。 （2）极化过程属于弹性，无损耗。 （3）其介电系数有负的温度系数。 2、离子式极化

（1）极化过程快，10 -13s，且介电系数与频率无关。 （2）极化过程属于弹性，无损耗。 （3）其介电系数有正的温度系数。 3、偶极子极化

极性电介质━由偶极子分子构成

特点：（1）极化过程长，10-10～10-2s，且介电系数与频率有关。 （2）极化过程属于非弹性，有损耗。 （3）其介电系数有关。 综述：

1）、气体的介电系数很小通常实践中介电系数约等于1，

2）、液体 ：a、极性（3~6)，如：蓖麻油 b、非极性（1.8~2.5)，如变压器油 c、强极性（>10) ，如水、酒精 4、夹层式极化

组成：设备的绝缘由几种不同的材料组成 特点：1、进行过程特别长， 2、有明显的损耗。 等效图如右所示，过程分析：

U1C2在合闸瞬间： t0U2C1到达稳态时：

U1U2tg2 g1若介质是均匀的，则C1/C2=g1/g2,可得即合闸后两层电荷不会发生重新分配。

U1U2t0U1U2t，

若介质不均匀，则合闸后C1、C2上的电荷要重新分配。设C1>C2,g1U1，t=∞时，U1>U2，电荷要重新分配，称为吸收电荷，相当于电容增大称为夹层电介质极化。

电介质极化的意义：

１、对于电容器而言希望εr大，这样单位容量的体积和重量可减小。但其它绝缘希望εr小，可减小充电电流。

2、高压设备在使用时应注意各材料εr的配合，介电系数小的材料承受较大的电场强度；介电系数大的材料承受较小的电场强度。

3、夹层介质极化现象在绝缘试验中，可用于判断绝缘受潮的情况。

4、材料的介质损耗与极化形式有关。 二、 电介质的电导

U I──泄漏电流，也即电导电流 I绝缘电阻对固体介质来说包括：绝缘电阻的体积绝缘和表面绝

1、绝缘电阻R

缘电阻。

介质的绝缘电阻决定着介质中的泄漏电流，它将引起介质发热，加速绝缘老化。

2、电介质电导与电金属电导的区别

电介质电导──离子，电导小，电阻大，电导与温度成正比；金属电导──自由电子， 电导很大，电阻很小，电导与温度成反比 3、直流电压下介质电流的变化 （1）i1 电容电流

（2）i2吸收电流，夹层式极化引起，过程长，衰减慢。 （3） I 泄漏电流，电介质电导引起。 介质电流 i＝i1+i2+I 4、气体介质电导。

在oa段可视为常数，通常气体绝缘工作在ab段，只要工作在场强低于其击穿值时，可不必考虑。

5、液体介质电导

构成液体介质电导的因素主要有两种：一是由液体本身的分子和杂质的分子离解为离子；另一种是液体中的胶体质点，吸附电荷后变成带电质点。

影响液体介质电导的因素主要是杂质和温度。 6、固体介质的电导。

分体积电导和表面电导。体积电导由本身离子和杂质离子构成。 与受潮及温度有关。 三、电介质的损耗 四、讨论绝缘电阻的作用

1、在预防性试验中的应用，以绝缘电阻值判断绝缘的优劣或是否受潮。

2、介质中的电压分布与电导成反比，设计时应合理使用绝缘材料

3、绝缘的使用环境，特是对湿度的要求。

4、并非所有场合需R很大。如半导体高压套管上的法兰附近的半导体釉，是为了改善电压分布，使电场更均匀。 小结新课：电介质的极化；电介质的电导；电介质的损耗 布置作业

P24页 练习题 1-1 1-2

板书设计：

课 题：第一章 高电压绝缘

教学目的：使学生对气体放电有一个基本的认识、培养专业兴趣。 重 点：介质的绝缘性能 难 点：对介质绝缘性能的理解 组织教学：点名

复习旧课：绝缘材料在电场的作用下会产生许多物理现象，如极化、

电导电离、损耗和击穿放电等现象，本次课将介绍电介质的极化；电介质的电导；电介质的损耗等内容

引入新课：

§1—2 气体的绝缘性能

一、气体原子的激发与游离

激发：当原子由外界获得能量时，其电子可跃至能级较高的轨道。 游离：由外部获得的能量足够大，以致使原子的一个或几个电子脱离原子核束缚而成为自由电子与正离子 1、带电质点的产生

（1）碰撞游离 （2）光游离 （3）热游离 （4）负离子的形成 2、气体品带电质点的消失

（1）扩散 （2）复合 （3）定向运动 3、自持放电与非自持放电

（1）非自持放电 需要外界游离因素的作用。

（2）自持放电 无需外界游离因素的作用 ，放电仅靠电场作用得以连续下去。

起始放电电压：由非自持放电转入自持放电的电压

U＝U＝UB (击穿电压）（均匀电场，击穿场强约为30kV/cm） U ＝U （极不均匀电场中）＜＜U 二、汤逊放电理论

1、条件：低气压、小间隙。 2、理论实质：

非自持的三个阶段：o—a、a—b、b—c。 c 以后－－自持 阴极表面产生游离（聚积）。 3、非自持→自持放电条件。 4、巴申定律： U＝f(pd)

压力增大，气体密度δ随之增大，电子在运动过程易与气体分子相碰撞，平均自由行程缩短，每次碰撞，由电子积聚的能量不足以引起气体分子的游离，因而击穿电压升高，反之，压力减小，δ减小，电子在运动过程中不易与气体分子碰撞。

5、汤逊理论的适用范围：低气压小间隙的放电现象。 6、汤逊放电理论解释大气压下放电的不符之处。 〈1〉放电时间 ：

以汤逊理论计算出的击穿时间与实际的击穿时间有很大不同，

〈2〉阴极材料的作用。

以汤逊理论，阴极性质在击穿过程中起重要作用，然而在大气压力下的空气中，间隙击穿电压与阴极性质无多大关系。

〈3〉放电形式。

以汤逊理论放电沿整个间隙是均匀放连续发展的，但在大气中气体击穿时，会出现有分枝的明亮细通道。 三、流注理论

以电子崩为基础发展的结果为基础 1、空间电荷对电场畸变作用。 2、光游离的作用。 3、正流注的形成。

4、负流注的形成。

5、用流注理论解释，大气中的放电。 （1）放电时间短。 （2）与阴极材料无关。 （3）放电形成。

四、极不均匀电场的放电过程。 （一）电晕放电

1、性质：极不均匀电场中所特有的自持放电现象。

2、定义：在曲率半径小的电极附近，电场强度将先达到引起游离过程的数值，间隙在这一局域形成的自持放电。 开始发生电晕时的电压称为电晕起始电压，电极表面的电场强度称为电晕起始电场强度。

3、现象：光、咝咝的放电声

4、危害：能量损耗，产生臭氧及氧化氮，引起电磁干扰 a、电能损耗 b、腐蚀电器材料 c、对通信线路产生干拢 (二）极性效应

1、棒为负－－板为正：

易形成电晕放电，自持放电易电形成，间隙击穿难形成（放电难形成）

UB电晕－低、放电电压UB－高 。 2、棒为正－－板为负：

电晕放电难实现，不易形成自持放电，易形成放电 。 UB电晕－高 放电压UB－低。

棒极为正极性放电电压较棒为负极性时的放电电压为低。 3、棒－棒：

UB棒－棒＜ UB棒－－板＋ （三）工频电压下的击穿

UB＝UB棒＋（直流）：击穿总是在棒为极性为正、电压达到

幅值时发生。

棒――棒间隙的平均击穿场强约为3.8Kv/cm（有效值）或5.36kVcm

棒――板间隙的平均击穿场强约为3.35Kv/cm（有效值）或4.8kVcm

五、冲击电压作用下的空气击穿 1、冲击电压的定义

作用时间短暂的电压 2、冲击电压的标准波形

冲击波波形可由波头长度τ1及波长τ2加以确定，现用的波形参数为1.2/50μS

3、雷电冲击电压下50％击穿电压

由于完成击穿过程需要一定时间，所以间隙的冲击击穿特性和外施电压波形有关。

在实际工程中用50％冲击击穿电压，即在多次施加电压时，其中半数导致击穿的电压，以反映间隙的耐受冲击电压特性。

4、伏秒特性

用间隙上出现的电压最大值和放电时间的关系来表征间隙在冲击电压下的击穿特性，称为伏秒特性。

伏秒特性曲线和间隙电场的均匀程度有关。对于不均匀电场，平均击穿场强低，放电时延长，分散性亦大；对于均匀电场，平均击穿场强较高，流注发展较快，放电时延较短，其伏秒特性平坦。

伏秒特性对比较不同绝缘设备的冲击击穿特性有重要意义。单是50％冲击击穿电压不能充分说明间隙的冲击击穿特性，在考虑不同间隙绝缘配合时，为更全面反映间隙的冲击特性，就必须采用间隙的伏秒特性进行配合。

小结新课：气体非自持放电和自持放电；气体放电的汤逊理论、流注理论。

布置作业：

P24页 练习题 1-3

板书设计：

课 题：第一章 高电压绝缘

教学目的：使学生对气体放电有一个基本的认识、培养专业兴趣。 重 点：介质的绝缘性能。 难 点：对介质绝缘性能的理解。 组织教学：点名。

复习旧课：气体非自持放电和自持放电；气体放电的汤逊理论、流

注理论；熟练掌握汤逊理论、流注理论的适用条件，流注理论和汤逊理论在解释大气压下气体放电现象的区别。

引入新课：

§1—3 液体的绝缘性能

一、讨论液体介质的击穿过程 1、对纯净油┈┈碰撞游离理论 油中少量杂质在电场的作用下碰撞原子、导致液体介质的击穿。 击穿过程UB 很高

2、含杂质（水份）油——“小桥”理论

由于水分或杂质的介电系数大，在电场作用下易沿电场方向排列，形成杂质小桥，当杂质小桥接通后电极后，将使泄漏电流增大，发热增多，因而又使水分汽化，气泡扩大，游离加强，最后可能在气体通道中形成击穿。

二、影响液体介质击穿因素 1、水份含量、温度等。

2、压力↑水份变为溶解状，击穿电压升高 3、纤维和其他杂质 4、电场均匀程度

a、纯净油改善电场均匀程度，击穿电压变化明显。 影响小。

b、含杂质的油：时间↓，击穿电压提高，受电场

5、电压作用时间油间隙的击穿电压随电压的作用时间的增大而减小。

油的耐压实验加压1分钟，杂质的聚 集，介质的发热所需时间。 油的净度及温度提高，电压作用时间对油的击穿电压影响减小。 三、提高液体介质击穿电压的措施。 1、过滤与干燥

白土、硅胶处理或压滤机过滤 2、祛气

将油中气体赶出来，密封性好

3、油和固体绝缘组合，防止小桥的形成，还可以改善电场分布 a、覆盖层

b、绝缘层，有耐电强度，阴止小桥形成更好的作用。 c、屏障：改善电场均匀程度，阻止小桥形成，也能提高油的Ub。

d、 设多重屏障，长油道（长间隙）→短油道（短间隙）。击穿电压Ub↑小桥不易形成，缩小变压器的体积、造价。

小结新课：电介质的击穿的过程、影响因素。 布置作业： 板书设计：

课 题：第一章 高电压绝缘

教学目的：使学生对气体放电有一个基本的认识、培养专业兴趣。

通过学习应了解双层介质的电场分布；局部放电；应掌

握沿面放电的有关内容。

重 点：固体介质的击穿；沿面放电的有关内容。

难 点：固体介质的击穿；双层介质的电场分布；局部放电；沿

面放电。

组织教学：点名。

复习旧课：液体的电击穿、气泡击穿、悬浮粒子产生的击穿理论

电介质的击穿的过程、影响因素 引入新课：

§1—4 固体的绝缘性能

一、固体介质的击穿

1、电击穿，固体介质在强电场作用下，碰撞游离，导致击穿。 特点：击穿过程快，击穿电压值高，介质温度没升高，击穿与环境温度 无关。

2、热击穿，受电压作用，介质内部温度的吸热比发热快，最终丧失绝缘性能。

特点：与环境温度有关，击穿电压较低。 3、老化定义

设备运行时间很长以后，运行中其绝缘受到热、化学、机械作用，绝缘性能逐渐变坏，在电压去除后，介质不再恢复它原来特性，这过程称为老化。

造成老化原因，介质过热，放电发生气体腐蚀、机械撞击及不同温度系数的应力引起的损伤；或介质不均匀及电场边缘场强集中引起局部过电压。

4、电化学击穿：介质在电场作用下，又受介质发热、化学腐蚀、机械同时作用最终导致击穿。

二、影响液体介质击穿的因素及提高其电气强度的措 施。

1、电压作用时间：图2-19 时间较长→热击穿 2、温度：温度↑，Ub ↓强度大，时短→电击穿

图2-20 电瓷t=900C以前，与温度基本无关，直线关系 t>900C，Ub↓ 不同材料 相同材料，不同厚度 3、电场均匀程度，图2-21

均匀致密材料，均匀电场击穿电压随温度斜线上升。 固体介质本身含杂质，不均匀电场，温度的变化增加 Ub 效果小

4、电压种类，交、直、冲击电压下 冲击电压>直流耐压>交流耐压

冲击系数，冲击击穿电压与工频击穿电压值比>1。 5、累积效应：

交流电压作用下，介质中含局部缺陷，下次再加电压便会击穿，击穿电压下降

6、受潮：Ub下降

7、机械负荷：Ub 由于介质出现裂纹而下降

电介质的其它性能

一、电介质的热性能

温度每升高8°C平均寿命减少一半 1、耐寒性， 2、耐热性， 3、耐弧性，

4、脆性材料──耐冲击稳定性 绝缘材料的耐热等级：

耐热等级 允许最高温度 O A E B F H C 90 105 120 130 155 180 >180 二、电介质的机械性能、吸潮、生化性能

1、机械性能 2、吸潮性 3、生化性能

§1—5 复合绝缘体的绝缘性能

一、介绍双层介质的电场分布 二、气体中的沿面放电 1.什么叫沿面放电

沿着固体介质表面的气体发生的放电

沿面放电电压通常比纯空气间隙的击穿电压要低 2.界面电场分布的三种典型情况 气体介质与固体介质的交界称为界面

(1).固体介质处于均匀电场中,且界面与电力线平行;

(2).固体介质处于极不均匀电场中,且电力线垂直于界面的分量比平行于界面的分量大得多; 类似套管 (3).固体介质处于极不均匀电场中,且电力线平行于界面的分量以垂直于界面的分量大得多。类似支持绝缘子 3.均匀电场中的沿面放电 其放电特点:

(1).放电发生在沿着固体介质表面,且放电电压比纯空气间隙的放电电压要低.

其原因：a.固体介质与电极表面没有完全密合而存在微小气隙,或者介面有裂纹.

b.介质表面不可能绝对光滑,使表面电场不均匀. c.介质表面电阻不均匀使电场分布不均匀

d.介质表面易吸收水分,形成一层很薄的膜,水膜中的离子在电场作用下向两极移动,易在电极附近积聚电荷,使电场不均匀 4. 极不均匀电场具有强法线分量时的沿面放电(套管型) (1) 放电发展特点:

a.电晕放电 b.线状火花放电 c.滑闪放电 d.闪络放电 (2) 影响沿面放电因素分析 等值电路图如图1-17所示

a.固体介质厚度越小，则体积电容越大，沿介质表面电压分布越不均匀，其沿面闪络电压越低；

b.同理，固体介质的体积电阻越小，沿面闪络电压越低

c.固体介质表面电阻减少，可降低沿面的最大电场强度，从而提高沿面闪络电压

(3).提高沿面闪络电压措施

a.减少套管的体积电容。如增大固体介质厚度，加大法兰处套管的外经

b.减少绝缘的表面电阻。如在套管近法兰处涂半导体漆或半导体釉 5.极不均匀电场具有强切线分量时的沿面放电(支柱绝缘子型) 由于电极本身的形状和布置己使电场很不均匀，故介质表面积聚电荷使电压重新分布不会显著降低沿面闪络电压，为了提高沿面闪络电压，一般从改进电极形状，如采用屏蔽罩和均压环。 6.绝缘子串的电压分布；如图1-18所示，分析如下： a.绝缘子片数越多，电压分布越不均匀

b.靠近导线端第一个绝缘子电压降最高，易产生电晕放电。在工作电压下不允许产生电晕，故对330kv及以上电压等级考虑使用均压环

7.绝缘子表面污秽时的沿面放电

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；但下雨时，绝缘子表面容易冲掉，而大气湿度较高，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。 8.防止绝缘子的污闪，应采取措施 (1).对污秽绝缘子定期或不定期进行清洗

(2).绝缘子表面涂一层憎水性防尘材料 (3).加强绝缘和采用防污绝缘子 (4).采用半导体釉绝缘子

小结新课：固体介质的击穿和电介质的其它性能；固体绝缘材料的

电击穿理论；热击穿理论；电化学击穿理论；双层介质的电场分布；局部放电；沿面放电

布置作业：

P50页 练习题 1-4 板书设计：

课 题： 第2章 高电压下的绝缘评估及试验方法 第1节 绝缘评估 第2节 绝缘劣化

教学目的：通过学习应了解机械性能的要求；温度和热稳定的要求；

化学稳定性；掌握高压设备的绝缘水平。通过学习还应了解设备绝缘故障的分类；掌握老化（电老化、热老化、机械老化、环境老化）

重 点：高压设备的绝缘水平；老化（电老化、热老化、机械老化、环境老化） 难 点：高压设备的绝缘水平 组织教学：点名

复习旧课：双层介质的电场分布；局部放电；沿面放电 引入新课：

§2—1绝缘评估 一.高压设备的绝缘水平

绝缘水平:设备耐受电压能力的大小称为绝缘水平,应保证绝缘在最大工作电压的持续作用下和过电压短时作用下都能安全工作.

在实际运行中应注意的事项:长期工作不得超过其最大工作电压 检验手段:用短时工频过电压等效进行试验,判断其绝缘水平的高低.

二.机械性能的要求 三.温度和热稳定的要求 四.化学稳定性

§2—2 绝缘的劣化

一、电力设备的组成:导电材料\\导磁材料\\结构材料\\绝缘材料组成. 二、绝缘缺陷

集中性缺陷:缺陷集中于绝缘的某一个或几个部分.

分布性缺陷:指由于受潮,过热,动力负荷及长时间过电压作用导致

的电气设备整体绝缘性能下降.

三、老化:绝缘在各种因素的长期作用下发生一系列的化学,物理变化,导致绝缘性能和机械性能等不断下降,最终导致电力设备绝缘击穿.

老化可分为:电老化,热老化,机械老化,环境老化 四、表征绝缘劣化的特征量:

直接表征绝缘剩余寿命的特征量如耐电强度,机械强度等 间接表征绝缘剩余寿命的特征量,如绝缘电阻,介质损失角正切,泄漏电流,局部放电量,油中气体含量/水分含量.

小结新课：机械性能的要求；温度和热稳定的要求；化学稳定性；

掌握高压设备的绝缘水平；设备绝缘故障的分类；老化（电老化、热老化、机械老化、环境老化）

布置作业：

P44页 练习题 2-1

板书设计：

课 题： 第2章 高电压下的绝缘评估及试验方法 第3节 绝缘评估的试验方法 第4节 电气设备状态监测与故障诊断

教学目的：通过学习应掌握绝缘电阻的测量；泄漏电流的试验；介

质损失角正切值的测量；耐压试验；（试验原理试验 操作、测量方法及注意事项）。通过学习应了解电气设备状态监测与故障诊断

重 点：绝缘电阻的测量；泄漏电流的试验；介质损失角正切值

的测量；耐压试验（试验原理） 1、实验目的 2、实验所需器材 3、实验内容 4、实验原理 5、实验接线图 6、实验步骤

7、实验电压的测量 8、实验注意事项

（本试验内容见高压试验指导书）

难 点：绝缘电阻的测量；泄漏电流的试验；介质损失角正切值

的测量；耐压试验（试验原理）

组织教学：点名

复习旧课：设备绝缘故障的分类；老化（电老化、热老化、机械老

化、环境老化）

引入新课：

§2—3

一、试验作用：

发现电气设备绝缘内部隐藏的缺陷，以便在进行设备检修时加以消除。

缺陷的分类：一类为集中性的缺陷；另一类为分布性缺陷（指电气设备整体绝缘老化、变质、受潮能力下降） 二、设备（试品）缺陷原因：

⑴、厂家生产制造所致。 ⑵、长期运行。 三、试验分类：

⑴、破坏性试验：试验电压大于正常额定电压，有积累效应。 ⑵、非破坏性试验：试验电小于正常额定电压 。对设备的考验不够严格，无积累效应。特点是在较低的电压下或者是用其他不会损伤绝缘的办法来测量绝缘的各种特性，从而判断绝缘内部的缺陷。四、预防性试验的常测项目： ⑴、绝缘电阻的测量及吸收试验。 ⑵、tgδ值的测定。 ⑶、局部放电实验。 ⑷ 、油的色谱分析。 ⑸、交流耐压实验。 ⑹、直流泄漏及耐压试验。 ⑺、接地电阻的测量。 一、绝缘电阻的测量

做为最简单最常用的非破坏性试验。 直流电压作用介质时，通过它的电流可包含三部分：泄漏电流、电容电流和吸收电流。用兆欧表去测量绝缘电阻变化：兆欧表内直流电压一定，故绝缘电阻与电流成反比。

当被试品有贯穿性缺陷时，反映泄漏电流的绝缘电阻明显下降。 对于电容量大设备，可利用吸收现象来测量它们的绝缘电阻随时间的变化，以判断绝缘状况。 一.绝缘电阻和吸收比测量 (一).绝缘电阻的测量

1.兆欧表的工作原理如图2-2所示 2.作用

能发现绝缘受潮或有集中性的导电通道 3.接线

4.方法

规定以加电压后60秒测得的数值为该试品的绝缘电阻值. 5.注意事项

(1)先拆除被试品的电源和对外一切连线,将其接地并放电 (2)待手摇发电机稳定以后,再将两端子接在试品上 (3)60秒后再读数

(4)对大容量试品,测好以后先断两端子接线, 后停手摇发电机 (5)注意温度和湿度的较正 (二).吸收比的测量 1.吸收比k

\"R60K\"R15吸收比大小可反映绝缘干燥或受潮k值大(大于或等于1.3)绝缘良好,吸收现象明显;反之,绝缘受潮,吸收现象不明显。 吸收比：由于吸收比是两个绝缘电阻的比值，故与尺寸无关；若设备受潮严重，则绝缘电阻值显著降低，传导电流增加，吸收电流衰减迅速，使吸收比下降。

2.方法：按测绝缘电阻的方法测15秒和60秒时的电阻

\"R60再按公式 可求得k K\"R15注意事项：

1)、被试品的电源及对外连线应拆除，并充分放电 2)、在接地端应串联刀闸开关，待转速稳定时，开始读数。 3)、对大容量试品，在测量结束前，必须把兆欧表从测量回路断开，以免损坏兆欧表。

4、兆欧表的线路端与接地端的引出线不要靠在一起。接高压端的导线不可放在地上。

5、记录测量时的气压、温度和湿度，以便校正。 二、泄漏电流的试验

1、试验原理：绝缘设备施加直流高压时，会流过泄漏电流，对于良好的绝缘，泄漏电流随试验电压U成直线上升，且数值较小（如图

曲线1），当绝缘受潮时，电流数值如曲线2所示。如绝缘中有集中性缺陷时，则泄漏电流在超过一定试验电压时将剧烈增加，缺陷越，泄漏电流值发生剧增的试验电压值愈低。 2.泄漏电流测量的特点

（1）能更有效地发现一些尚未完全贯通的集中性缺陷

（2）在试验升压过程中，可以随时监视微安表指示，了解绝缘情况 3、试验接线：如图2-5所示 4.试验方法

被试品额定电压35kv及以下施加10—30kv直流电压 被试品额定电压110kv及以上施加40kv直流电压 试验时按每级0.5倍试验电压分阶段升高 每阶段停留1min，读微安表读数即为泄漏电流

绘制泄漏电流与加压时间、泄漏电流与试验电压关系曲线后进行分析。 注意事项：

1）、用一开关将微安表短路

2）、试验完毕，必须先将被试品上的剩余电荷放掉 3）、试验小容量试品时，需接入滤波电容以减小电压脉动 三、介质损失角正切值的测量

内容：用于反映绝缘内功率损失大小的参数，反映单位体积介质的介质损失。通过测tgδ可反映出整个绝缘的分布性缺陷。 作用：能有效地测出绝缘受潮、老化等分布性缺陷。对集中性缺陷不灵敏,体积越大也越不灵敏

如果绝缘内的缺陷不是分布性而是集中性的，则测tgδ就不灵敏，且被测试品的体积越大，就越不灵敏。原因：

222由 CUtgC1Utg1C2Utg2得： tgC1tg1C2tg2C2C1C2tgtgtg2若V2<在预防性试验中，常用西林电桥法试验，其中CN是无损标准空气电容器，C4是可变十进位电容箱，P是检流计；R3是可变无感电阻，ZX是被试物阻抗。

西林电桥法：正接和反接 如图2-8所示 1.

2.接线方法：如图2-7所示： 4.注意事项 5.注意事项

(1)电桥本体接地良好

(2)反接法时,三根引线处于高压,必须悬空 (3)能分开测的试品尽量分开测 (4)应保持试品表面干燥

(5)试品设备有绕阻时,应首尾短接起来

总结：非破坏性试验方法对不同故障的有效性：

1、测绝缘电阻：可发现贯穿性受潮、脏污及导电通道等缺陷。 2、测泄漏电流：比1更灵敏

3、测介损角正切值：能发现绝缘整体普遍劣化及大面积受潮 四、耐压试验 1、交流耐压试验

作用：能确定电气设备绝缘的耐受水平

试验电压：工频耐压试验的优点是可准确地考验绝缘的裕度，能有效地发现较危险的集中性缺陷。但是交流耐压试验有重要缺点：即对于固体有机绝缘，在较高的交流电压作用时，会使绝缘中一些弱点更加发.

大修前发电机定子绕组的试验电压取1.3～1.5倍额定电压，对

电桥平衡时：ZX/Z3=ZN/Z4

依电桥平衡条件可得：

11jCXRX.111(jC4)R3R4jCN1C4R4CxRx由等式两边实部与虚部分别相等，得：tg 3.使用方法：调节R3、C4，使电桥平衡，即检流计中的电流为零

于运行20年以上的发电机，取1.3倍额定电压做试验，对与架空线路有直接连接的发电机要求用1.5倍额定电压做耐压试验。 变压器和互感器取出厂试验电压的0.85，其他高压电器按出厂试验电压的0.9，绝缘子直接按出厂试验电压做耐压试验。 耐压时间一般不超过1分钟 试验接线图：如图2-9

容升效应：进行交流耐压试验时，被试品一般均属于电容性，试验变压器在电容性负载下，由于电容电流在线圈上会产生漏抗压降，使变压器高压侧电压发生升高现象。 注意事项：

①、球隙的选择和布置，要求S/D≤0.75 ②、大气条件对放电的影响 2、直流耐压试验

特点：试验设备轻小，在绝缘进行直流耐压试验的同时，可通过测量泄漏电流来观察绝缘内部集中性缺陷。接线同泄漏电流试验相同。 试验时间：一般采用5～10分钟。

不足：对绝缘的考验不如交流下接近实际和准确。 试验电压值：发电机定子绕组取2～2.5倍额定电压

电力电缆10kV及以下取5～6倍额定电压，35kV取4～5倍额定电压。

§2—4 电气设备状态监测与故障诊断

组成：传感器系统、数据采集和预处理系统、数据处理系统，诊断决策系统组成。

分类：集中式实时在线监测系统，便携式在线监测系统。保护性监测，维护性监测。

目前成熟的在线监测方法有：电流在线监测，tgδ在线监测，局部放电在线监测，油中气体含量在线监测等。

小结新课：绝缘电阻的测量；泄漏电流的试验；介质损失角正切值

的测量；耐压试验；（试验原理试验的操作、测量方法及注意事项）。电力设备的在线监测技术；电力设备的在线监测仪器的组成

布置作业：

P44页 练习题

2-1；2-2；2-3；2-4；2-5 2-6；2-7

板书设计：

课 题： 第3章 电力系统过电压及绝缘 第1节 电力系统的过电压

第2节 高压设备的绝缘

教学目的：通过学习应掌握电力系统的外部过电压、内部过电压的

基本概念；了解旋转电机的绝缘特点、变压器的绝缘。

重 点：电力系统的外部过电压、内部过电压的基本概念。 难 点：电力系统的外部过电压、内部过电压。 组织教学：点名

复习旧课：绝缘电阻的测量；泄漏电流的试验；介质损失角正切值的测量；耐压试验；（试验原理试验的操作、测量方法及注意事项）。电力设备的在线监测技术；电力设备的在线监测仪器的组成。

引入新课：

第一节 电力系统的过电压

一.过电压的分类

过 外部过电压（也称大气过电压）

电 压 操作过电压 内部过电压

暂时过电压 暂时过电压包括谐振过电压及工频过电压 （一）外部过电压

外部过电压亦指大气过电压，是指雷电引起的电力系统过电压， 既雷云放电时电气设备由于外部的影响产生过电压。 可分为直击雷过电压和感应雷过电压两种。

直击雷过电压是由于流经被击物的很大的雷电流所造成的。 直击雷过电压的数值是雷电流在被击物阻抗（包括接地电阻）上 的压降值。此值取决于：被击物阻抗的性质、参数；雷电流的幅值、上升速度、波形。外部过电压对电气设备绝缘是有害的，所以对直击雷过电压必须给予防护措施。

感应雷过电压：当雷击线路附近大地时，由于电磁感应，在线路 的导线上会产生感应过电压。

35kv及以下的输电线路一般不设避雷线； 110kv及以上的输电线路一般全线设避雷线

原因是感应雷过电压对35kv及以下的设备会构成危害， 对110kv及以上的设备不构成危害。 （二）内部过电压

当电力系统中进行某些操作，在设备或线路上会有过电压出 现。这些能量均来自系统内部，为与前面的电压相区别，称其为内部过电压。可分为操作过电压、谐振过电压

操作过电压：操作、故障时过渡过程中出现的持续时间较短的 过电压；

谐振过电压：在某些情况下，操作（正常或故障后的操作）后形成的回路的自振荡频率与电源的频率相等或接近时，会发生谐振现象而且持续时间长，波形有周期性重复。

第二节 高压设备的绝缘 一、旋转电机的绝缘 1、工作条件 槽满率:槽内铜导线的截面与整个线槽截面之比 2、绝缘材料

云母制品、绝缘漆和漆布 3、绝缘结构

套筒式绝缘、连续式绝缘 4、防电晕的措施

5、新技术、新产品简介 二、变压器的绝缘 1、工作条件

1）电气性能方面的要求 2）机械性能方面的要求 3）热性能方面的要求

4）其他性能方面的要求（必须考虑老化性能和环境的问题） 2、绝缘材料

1）变压器油； 2）绝缘纸；3）油一屏障绝缘 3、绝缘结构 1．概述

油浸式电力变压器主要由下述几部分组成：铁芯、绕组、套管、 油箱以及附件。附件有分接开关、散热器、气体继电器、温度计等。 图3－2为油浸式电力变压器的一般结构。

按照铁芯和绕组的相对位置，电力变压器可分为芯式和壳式两 种。

绕组包在铁芯外面的称为芯式变压器；铁芯包在绕组外面的为壳式 变压器。铁芯一般由0.35~0.5mm厚的硅钢片叠装而成，片与片之 间有很薄的绝缘层。

电力变压器绕组按高低压相互位置的不同分为两种基本形式:

（1）同心式绕组:由于芯式电力变压器采用同心式绕组结构，安装比较简单、性能良好。

（2）交叠式绕组:绕组基本上用于壳式电力变压器，其优点是漏抗小、短路电流大。机械强度好、引出线方便。电弧炉变压器常采用这种结构。

2．油浸式电力变压器的主绝缘

电力变压器绝缘可分为内绝缘和外绝缘两类:

通常将电力变压器油箱以外的空气绝缘称为外绝缘，直接受到外界气候条件的影响。 在油箱以内的绝缘，包括绝缘油以及浸在油里的纸及纸板等都属于内绝缘

内绝缘又常分为主绝缘及纵绝缘两种:

主绝缘:是指绕组对地间（包括相间）以及与其他绕组间的绝缘 纵绝缘:是指同一绕组内部各部分间的绝缘。 处于绕组以外，连接绕组的各部分及绕组与套管的那些连接线的绝缘，称为引线绝缘

油浸式电力变压器的主绝缘主要采用油一屏障绝缘。油屏障结构包括绕组的绝缘筒、角环及相间隔板等 主要有俩种型式：

1）厚纸筒大油道结构。一般35kV及以下变压器常采用这种结构。 2）薄纸筒小油道结构。在110kV及以上电压等级电力 变压器中几乎无例外地采用这种主绝缘结构。

油浸式电力变压器的主绝缘主要采用油一屏障绝缘。油屏障结构包括绕组的绝缘筒、角环及相间隔板等 主要有俩种型式：

1）厚纸筒大油道结构。一般35kV及以下变压器常采用这种结构。 2）薄纸筒小油道结构。在110kV及以上电压等级电力 变压器中几乎无例外地采用这种主绝缘结构。 3．油浸式电力变压器的纵绝缘

电力变压器绕组纵绝缘击穿是变压器试验和运行中常见的绝缘损坏之一。

原因：在冲击电压作用下，层间、饼间、匝向等纵绝缘上的电压分

布很不均匀，即使采取了一些改善措施，仍有一定程度不均匀。 采用内部措施 1）纠结式绕组 2）电容插入式绕组 4、干式电力变压器 特点：1）无局部放电

2）阻燃、防爆、无污染。

3）绕组不吸潮、不吸尘，适应于恶劣环境中运行 4）损耗小、体积小、重量轻，节省安装空间 5）抗短路、耐雷电冲击性能好，过载能力大

6）经济性能好 新技术、新产品简介 三、电容器的绝缘

1、电力电容器的用途及分类

1）移相电容器：并联于电力线路上，以补偿感性无功功率提高功 率因数，因此又称余弦或并联电容器。

2）串联电容器：串联电容器和输配电线路串联运行，用以补偿输 配电线路的感抗，从而减少线路压降，提高线路稳定度，改进电压 调整率。

3）耦合电容器：直接接在高压输电线与地之间，以进行通讯、测 量、保护之用

4）脉冲电容器：常用于各种科学技术的试验装置中，例如冲击电 压（或冲击电流）发生器、振荡回路等 2、电力电容器常用的绝缘材料 1．液体介质 2．固体介质

在电容器中用的固体介质主要是电容器纸及塑料薄膜。 3．组合绝缘

新技术、新产品简介 全膜电容器 四、电缆的绝缘

优点：受外界环境等的影响少、安全可靠、隐蔽、耐用； 缺点：成本高

电缆的三头比较容易出故障。 目前最常用的交联聚乙烯电缆 1、电缆的种类与特点

（一）按绝缘材料分类 油纸类绝缘

– 粘性浸渍纸绝缘电缆 – 不滴流浸渍绝缘电缆 塑料类绝缘

– 聚氯乙烯电缆 – 聚乙烯绝缘电缆 – 交联聚乙烯绝缘电缆 橡胶类绝缘

（二）按结构特征分类

统包型；分相型；钢管型；自容型；扁平型 （三）按敷设环境分类 地下直埋 地下管道 水低 矿井

（四）按电压等级分类 高压电缆 低压电缆

（五）按芯数分类 单芯电缆 多芯电缆

2、电力电缆常用的绝缘材料

35kV及以下，国内广泛采用的是粘性浸渍的油纸绝缘、橡皮绝缘、塑料（聚氯乙烯、聚乙烯等）绝缘。

更高电压时，大多改用充油电缆、钢管油压电缆、充气电缆等 3、电缆故障产生的原因（一） 机械损伤

电缆外皮的电腐蚀 化学腐蚀 地面下沉

电缆绝缘物的流失

电缆故障产生的原因（二） 长期过荷运行 震动破坏

中间接头和终端头的设计和制作问题

绝缘受潮 材料缺陷 4、电缆接线盒

5、新技术、新产品简介

小结新课：电力系统的外部过电压、内部过电压的基本概念；旋转

电机的绝缘特点、变压器的绝缘

布置作业：

P93页 练习题

3-1、3-2、3-3、3-4 3-5、3-6、3-7、3-8 3-9 板书设计：

课 题： 第3章 电力系统过电压及绝缘 第3节 高压线路绝缘

第4节 高压保护电气设备

教学目的：通过学习应了解绝缘子、套管的各种类型组成及结构特

点；掌握气体间隙；避雷器的保护原理、分类及结构原理

重 点：避雷器的保护原理、分类及结构原理 难 点：避雷器的保护原理、分类及结构原理 组织教学：点名

复习旧课：电力系统的外部过电压、内部过电压的基本概念；旋转电机的绝缘特点、变压器的绝缘

引入新课：

第三节 高压线路的绝缘

绝缘子作用:是将处于不同电位的导电体在机械上相互连接,而在电

气上则相互绝缘。

电瓷产品分类：

1)绝缘子:用作导电体和接地体之间的绝缘和固定连接，如隔离开关

安装触头的支柱绝缘子。

2)瓷套:用作电器内绝缘的容器。如电流互感器的瓷套等 3)套管:用作导电体穿过接地隔板、电器外壳和墙壁的绝缘部件，如

变压器的出线套管、配电装置的穿墙套管等。

一、绝缘子分类

分为支柱绝缘子和线路绝缘子两类

1、支柱绝缘子包括棒形支柱绝缘子和针式支柱绝缘子两种。支柱绝 缘子按外形结构和工作条件的不同，分为户外和户内。

（1） 户外支柱绝缘子。如图3－14户外棒形支柱绝缘子示意图所

示，棒形支柱绝缘子是一个实心带伞的圆瓷柱。

（2） 户内支柱绝缘子。户内支柱绝缘子由空心或实心的圆柱形瓷

件和金属附件组成，按照金属附件和胶装方式的不同，户内支柱绝缘子分为外交装，内胶装和内外联合胶装三种结构形式，分别如图3-15所示。

2、线路绝缘子分为针式、悬挂式，瓷横担绝缘子

3、新技术、新产品简介

有机复合绝缘子、玻璃绝缘子 二、套管

1、用途：高压套管是将载流导体引入电力变压器、断路器等电气设备的金属箱内或母线穿过墙壁时的引线绝缘。 2、分类

按使用电介质和内部绝缘结构可分为三类：纯瓷套管、充油套管及电容套管

3、新技术、新产品介绍

环氧树脂和玻璃丝纤维制造成的玻璃钢绝缘套管 第4节 高压保护电气设备

避雷器的两个基本要求： 1、可靠动作——限制过电压

当过电压超过一定值时，避雷器发生放电（动作），将导线直接或 经电阻接地，以限制过电压。 2、可靠灭弧——截制工频续流

在过电压作用过后，能迅速截断在工频电压作用下的电弧，使系统 恢复正常运行，避免供电中断。避雷器分为：管型、阀型及氧化锌 避雷器。

一、保护间隙与管型避雷器

保护间隙：伏秒特性陡（差）灭弧能力差。

特点：极间电场很不均匀，放电时间减小时，放电电压增加较多， 即伏秒特性陡，且分散性大。 优点：结构简单，价廉

缺点：保护效果差，和被保护设备的伏秒特性不易配合，动作后产 生截波。

解决办法：与重合闸、重合熔丝相配合。

1. 保护间隙(10KV以下配电网中)如图3-19所示

当雷电侵入波要危及它所保护的电气设备的绝缘时，间隙首先击 穿，工作母线接地，避免了被保护设备上的电压升高，从而保护了 设备

2.管型避雷器（GB） 特点：（吹弧）

工频续流：间隙击穿后，在系统工频电压的作用下，流过短路电流。

35上限电流10kA，下限电流 可切断续流上、下限 如， GXS2~10

2kA

注意：GB熄弧电流的上下限应分别大于和小于其安装点的最大与最小短路电流，安装时应注意。

缺点：伏秒特性较陡，放电电压分散性小，不能与伏秒特性平 直的变压器绝缘的绝缘配合，动作后产生截波，对变压器绝缘不利。

用途：线路的大跨和交叉档距处及发、变电站的进线保护。 3、管式避雷器(排气式避雷器,适用于输电线路) 它实质上是一只具有较强灭弧能力的保护间隙。保护的原理与上者类似。不过这因两者在伏秒特性难以配合和产生大幅值截波方面的缺点，不宜大量安装。 二、阀型避雷器： 1、特点：

要求有平坦的伏秒特性，放电电压分散性小，能与变压器绝缘冲 击放电特性配合，阀片有良好的非线性电阻。 2、火花间隙：

要求有平坦的伏秒特性，放电电压分散性小，并能在规定时间内 切断电弧。 3、作用于间隙的恢复电压，并联电阻的作用

避雷器的灭弧电压应大于系统可能出现的最大正常电压由于单 个间隙的恢复强度为700V，需多个间隙串联，会使电压分布不均，原因是寄生电容的存在。 解决办法：并联电阻

存在问题：分路电阻长期有电流流过，造成损耗

4、阀片电阻的作用：限制工频续流，保证火花间隙可靠熄弧；当 雷电过电压击穿时，电压不至于突然下降形成截断波 采用非线性电阻 5、FZ、FS型避雷器

FZ与FS型避雷器相比区别在于FZ型间隙采用了并联电阻，可 提高工频放电压。

FS型：没有并联电阻，冲放电压较高，伏秒特性陡，残压也较 高，用于保护小容量配电装置。 三、磁吹避雷器

为了减小阀式避雷器的切断比和保护比之值，即为了改进阀式避雷器的性能，又发展一种新的带磁吹间隙的阀式避雷器，简称磁吹避雷器。它的主要区别在于采用了灭弧能力较强的磁吹火花间隙和通流能力较大的高温阀片。

原理：利用磁场对电弧的电动力作用，使电弧运动，提高灭弧能力，续流值高，可达450kA。

目前各国制造的磁吹避雷器主要有以下两种： FCD型----保护旋转电机 电压一般2-15KV FCZ型----保护高压设备 电压一般35-500KV 四、氧化锌避雷器

优点：保护特性优异、运行性能良好、实用性好。

概述： 金属氧化物避雷器是当前限制过电压最先进的一种保护 电器，被广泛地用于发电、输变、变电、配电系统中，使电气设备的绝缘免受过电压的损害。有机外套金属氧化物避雷器是有机绝缘材料和传统的瓷套式金属氧化物避雷器技术优点相结合的科研成果，它不仅具有瓷套式金属氧化物避雷器的优点，还具有电气绝缘性能好，介电强度高、抗漏痕、抗电蚀、耐热、耐寒、耐老化、防爆、憎水性、密封性等优点。 特点：当所加电压较低时，其近于绝缘状态，而当电压增加时，其电阻率骤然下降进入低阻状态，使流过避雷器的电流急剧增加，从而使电力设备得到了可靠的保护。 使用条件：

a.适用于户内、外；

b.环境温度-40℃～+40℃；

c.海拔高度不超过3000m（瓷套式不超过1000m）； d.电源频率不小于48Hz，不超过62Hz；

e.长期施加在避雷器端子间的工频电压应不超过避雷器的持续运行电压；

f.地震烈度8度及以下地区； g.最大风速不超过35m/s 五、电气参数

1、额定电压:必须与其安装点的电力系统的电压等级相同。 2、灭弧电压:避雷器耐受不发生电弧重燃的最高工频电压。

3、工频放电压:工频放电电压的上限与下限必须与被保护对象相 配合。

4、冲放电电压:指在预放电时间为1.5～20μs的冲放电电压。 5、残压:220kV及以下的避雷大器以5kA的残压作为避雷器的最大 残压，对330kiV以10kA的冲击电流为准。 产品型号说明：

依据JB/T 8459-1996《避雷器产品型号编制方法》，金属氧化物避

雷器产品型号说明如下：

产品型式：Y—表示瓷套式金属氧化物避雷器

YH（HY）—表示复合外套金属氧化物避雷器

结构特征：W—表示无间隙 C—表示串联间隙

使用场所：S—表示配电型 Z—表示电站型 R—表示并联补偿电容器用 D—表示电机用 T—表示电气化铁道用

附加特性：W—表示防污型 G—表示高原型 TH—表示湿热带地区用

六、断路器 1. 开关电器中电弧的形成和熄灭 电弧:实际上是由于中性质点游离而引起的一种气体放电现象。 从电弧形成过程来看，游离放电可分为以下四个阶段:

(1)强电场发射:强电场作用下阴极表面发射出电子.在电弧形成中提供自由电子。

(2)碰撞游离.电弧由碰撞游离产生

(3)热游离.是电弧得以维持燃烧的主要原因 (4) 热电子发射.在电弧形成中提供自由电子

从上分析可以看出：电弧由碰撞游离产生，由热游离维持，而阴极则通过强电场发射或热电子发射提供自由电子去游离的主要方式有复合和扩散两种 2 .交流电弧的特性

1）在交流电路中，电流瞬时值随时间不断地变化，每半周要过零 一次。交流电弧变化很快，且弧柱具有很大的热惯性，所以交流电 弧的伏安特性都是动态特性，如图3－27（a）所示。如果电流按正 弦波形变化，根据伏安特性，可得到如图3—27）所示的电弧电压

波形图。图中的A点是产生电弧的电压称为燃弧电压，而B点是电 弧熄灭的电压称为熄弧电压。由于是动态的原因，熄弧电压总是低 于燃弧电压

2）交流电弧的熄灭。交流电流过零时，电弧将自然暂时熄灭。如果此时采取一些措施，加强去游离过程。使其大于游离过程，则在下半周电弧就不会重燃而最终熄灭.弧隙介质强度的恢复过程，主要与弧隙的冷却条件有关，而弧隙电压的恢复过程，主要与线路参数有关。交流电弧熄灭的条件为:

3）介质强度的恢复。介质强度的恢复与弧隙的冷却条件、电弧电流强度、介质特性、触头分断速度等因素有关. 3.灭交流电弧的基本方法:

1)吹弧。用气体或液体介质进行吹弧，既能起到对流换热、强烈冷却弧隙，又可部分取代原弧隙中游离气体或高温气体。吹动电弧的方法有纵吹和横吹。 2）采用多断口熄弧。 3）利用短弧原理熄弧。 4）采用新介质。利用灭弧性能优越的新介质作为断路器的绝缘和灭弧介质，SF6气体、压缩空气或真空等

4、断路器：是由开断元件、支撑绝缘件、传动元件基座及操动机构五个基本部分组成。

第一单元—代表产品名称，用下列字母表示：S一少油断路器；D一多油断路器；K—空气断路器；L一六氮化硫断路器；H一真空断路器；C一磁吹断路器。

第二单元代表安装场所，用下列字母表示：N户内式；W户外式。 第三单元——代表设计系列序号，用数字表示。 第四单元一一代表额定电压（kV）。

第五单-元代表补充工作特性，用字母表示：G一改进型；P一分相操作。

第六单元一一代表额定电流（A）。 第七单元——代表额定断流容量（MVA）。

例如：SN 10—10／3000－750型，即指 10kV，3000A，750MVA，10型户内式高压少油断路器。 5、几种常见的断路器 1.少油断路器：优缺点 2. 压缩空气断路器 3．真空断路器

4.新技术、新产品

六氟化硫断路器是利用SF6气体作为绝缘和灭弧的断路器 七、隔离开关及其操动机构

1.隔离开关又称隔离刀闸，是高压开关的一种。因为它没有专门的灭弧结构，所以不能用来切断和接通负载电流及短路电流，使用时应与断路器配合，只有在断路器断开后才能进行操作。 2.隔离开关的用途：

1)隔离电源。用隔离开关将需要检修的电气设备与带电的电网可靠地隔离，以保证被隔离的电气设备能安全地进行检修。

2）倒换母线操作。在双母线制接线的电路中，利用隔离开关将电气设备或供电线路从一组母线切换到另一组母线上去，即倒闸操作。 3）接通和切断小电流电路。分合电压互感器和避雷器以及系统为无接地电网中的消弧线圈；接通和断开电压为35kV、长 10 km以内，以及电压为 10kV、长5 km以内的空载输电线路 3.对隔离开关的基本要求 4.隔离开关的类型及型号 隔离开关可进行如下分类：

（1）按绝缘支柱的数目、可分为单桂式、双柱式和三柱式三种。 （2）按闸刀的动作方向，可分为水平旋转式、垂直旋转式、摆动式和插人式四种。

（3）按装设地点，可分为户内式和户外式两种。

（4）按有无接地闸刀，可分为有接地闸刀和无接地刀闸两种。 （5）按隔离开关配用的操动机构可分为手动、电动和气动操作等类型

5.几种常见隔离开关 1）GN1型隔离开关 2）GN2型隔离开关 3)GW1-6型隔离开关 6.隔离开关的操动机构

操动机构来操作隔离开关可以提高工作的安全性，并使操作简化和省力。当实现隔离开关操动机构和断路器操动机构之间的互相联锁后，还可以防止误操作

隔离开关的操动机构类型较多，大致可分为手动杠杆操动机构，手动蜗轮操动机构，电动操动机构和气动操作机构 7.新产品，新技术

阿尔斯通公司意大利 CEME厂生产的 SPOL/2T系列隔离开关，是双

柱折臂伸缩式水平开断的结构型式，在我国500 kV输变电系统中，已有很多变电站安装了该类设备。

小结新课：绝缘子、套管的各种类型组成及结构特点；掌握气体间

隙；避雷器的保护原理、分类及结构原理；断路器和隔离开关介绍

布置作业：

P93页 练习题 3-12、3-13 3-14、3-15

板书设计：

课 题： 第4章 电力系统大气过电压及防护 第1节 雷闪过电压

教学目的：通过学习应掌握雷闪放电及雷电参数；雷电冲击波过电

压和伏秒特性。

重 点：雷闪放电及雷电参数；雷电冲击波过电压和伏秒特性 难 点：雷电冲击波过电压和伏秒特性 组织教学：点名

复习旧课：绝缘子、套管的各种类型组成及结构特点；掌握气体间

隙；避雷器的保护原理、分类及结构原理

4.1雷闪过电压

一、雷闪过电压

大气过电压，也叫雷闪过电压： 是由于雷电引起的电力系统过电压。

雷闪过电压可分为直击雷过电压和感应雷过电压两种 直击雷过电压：是由于流经被击物很大的雷电流造成的 感应雷过电压：是由于电磁场剧烈改变而产生的过电压 二、 雷闪放电及雷电参数 1、雷闪放电

雷电放电包括雷云对大地放电和云间放电两种情况

按其发展的方向，雷电可分为下行雷和上行雷两种。下行雷是在雷云中产生并向大地发展的；上行雷则是由接地物体顶部激发起，并向雷云方向发展的。雷电的极性是按照从雷云流入大地的电荷的符号决定的，大量的实测表明，不论地质情况如何，90％左右的雷电是负极性的。

下行的负极性雷对地放电可分为三个主要阶段，即先导放电、主放电和余辉放电阶段： 2、 雷电参数 （1）、雷电通道波阻抗

主放电时，雷闪通道是一导体，故可看作和普通导线一样，对电流

u0u0与电流波 i0的比值 波呈一定的阻抗，沿闪击通道运动的电压波

i0Z0（取300~400 ） 就叫雷电通道波阻抗

（2）雷电流的波形 （波头、陡度及波长） 标准冲击波：

f1.2s

t50s

iI0(etet)

斜角平顶波：

f2.6s

II/2.6kA/s f

等值余弦波： Ii(1cost) 2 /f

Idi max2dtmax

Zj时，流经被击物体的电流 iL：当 =0（3）.雷电流

1).幅值

2U0IILlgPL

Z0108

IL雷电流幅值，KA

P雷电流超过 IL 的概率4.雷暴日与雷暴小时

雷暴日：每年中有雷电的日数 雷暴小时：每年中有雷电的小时数 5.地面落雷密度和输电线路落雷次数 地面落雷密度中：每一雷暴日、每平方公里地面遭受雷击的次数，表示.有关规程建议 r为 0.015次/( 以 km2·雷暴日） 对于架空线路来说，由于其高出地面有引雷作用，根据模拟试验和运行经验，一般高度的线路，其等值受雷面的宽度为10h(h为线路的平均高度，m），也就是说线路两侧各5h宽的地带为等值受雷面积。显然，线路愈长则受雷面积愈大。若线路经过地区的平均雷暴日数为T，则每年每100km一般高度的线路的落雷次数为: N=

10h100T1000

h---避雷线或导线对地平均高度 N—落雷次数，次/（100km·年）

若平均雷暴日T取为40， =0.015，则N=0.6h 三.雷电冲击波过电压和伏秒特性

1.标准波形:是根据电力系统中大量实测得到的雷电过电压波形制订的. 几个参数

1： =(1.2 30%)波头时间 μs 1波长时间 : =(50 20%)μs 22标准波形通常用符号 1.2/50s表示 2.放电时延

(1).间隙击穿要满足二个条件 a.一定的电压幅值

b.一定的电压作用时间 (2).统计时延

(3).放电形成时延tf

气体间隙在冲击电压作用下击穿所需全部时间： t=t1+ts+tf

其中：ts+tf 就是放电时延tL 3. 50%冲击放电电压U50% 放电概率为50%时的冲击放电电压 50%冲击放电电压与静态放电压的比值称为绝缘的冲击系数β U0——工频静态击穿电压的幅值

U

50% U0

4. 伏秒特性 (1) 定义 同一波形、不同幅值的冲击电压下，间隙上出现的电压最大值和放电时间的关系曲线 （2）曲线求法

(3) 电场均匀程度对曲线的影响

不均匀电场由于平均击穿电场强度较低,而且流注总是从强场区向弱场区发展,放电速度受到电场分布的影响,所以放电时延长,分散性大,其伏秒特性曲线在放电时间还相当大时,便随时间之减小而明显地上翘,曲线比较陡.

均匀或稍不均匀电场则相反,由于击穿时平均场强较高,流注发展较快,放电时延较短,其伏秒特性曲线较平坦.

伏秒特性是防雷设计中实现保护设备和被保护设备间绝缘配合的依据。为了使被保护设备得到可靠的保护,被保护设备绝缘的伏秒特性曲线的下包线必须始终高于保护设备的伏秒特性曲线的上包线.

小结新课：雷闪放电及雷电参数；雷电冲击波过电压和伏秒特性

布置作业：

P122页 练习题 4-1 4-2 4-3 4-4

板书设计：

课 题： 第4章 电力系统大气过电压及防护 第2节 输电线路的雷闪过电压及其防护

教学目的：通过学习应了解输电线路的感应雷击过电压；输电线路

的直击雷过电压；重点掌握输电线路的防雷措施。

重 点：输电线路的防雷措施

难 点：分析输电线路的感应雷击过电压；分析输电线路的直击

雷过电压

组织教学：点名

复习旧课：雷闪放电及雷电参数；雷电冲击波过电压和伏秒特性 引入新课：

衡量输电线路防雷性能的两个指标：

耐雷水平：雷击线路绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值,以KA为单位。

雷击跳闸率：每100km线路每年由雷击引起跳闸次数。这是衡量线路防雷性能的综合指标。 一.输电线路的感应雷过电压 1.感应过电压的计算 (1).导线上方无避雷线

当雷击点离开线路的距离大于６５米时，导线上的感应雷过电压最

Ih大值按下式计算：

Ug25Ld S感应电压一般不超过500kV，对35kV及其以下的水泥杆线路可能会引起闪络事故，对110kV及其以上线路，由于线路绝缘水平较高，所以一般不会引起闪络事故。 (2).导线上方挂有避雷线

hb 'UgUKUU(1K)Ug.d(1K').dg.dg.bg.d hdK为避雷线与导线间的耦合系数，线间距离愈近，耦合系数K就愈大。

由于避雷线的屏蔽作用，可使导线上的感应电压降低。 (3).雷击线路杆塔时，导线上的感应过电压

Ugdhd无避雷线

I:感应过电压系数 L2.6

h'Ugdhd(1k0b)有避雷线： hd二.输电线路的直击雷过电压和耐雷水平 1.雷直击导线时的过电压

I。 作用于线路绝缘上的电压最大值Ug=100

用绝缘的50%冲击闪络电压U50%代替Ug，那么 IL就能代表引起绝缘闪络的雷电流幅值，通常称为线路在这情况下的耐雷水平。 = U50%/100 IL绕击率： ahlgPa3.9对平原地区： ah86lgPa3.35对山区地区： 86山区的绕击率为平原的3倍，或保护角增大8度 减少绕击率：减小保护角，降低杆塔高度 2.雷击杆塔塔顶 雷电流的分布 流经杆塔的电流：

gtβ：分流系数 塔顶电位 digtdiUgtRchigtLgtRchiLgt dtdt横坦高度处杆塔电位的幅值

Lgthh UgtIRch2.6hd导线电位的幅值

hbUkUh1kdgtd0 hd线路绝缘上的电压幅值

UjUgtUd hhLgthbhd I(1k)Rchk1k0hg2.6hd2.6 雷击杆顶的耐雷水平：

U50%I

Lh (1K)[(Rchgt)d]2.62.62.雷击避雷线档距中央

雷电流的分布（图4-10）所示 雷击点A的电压

ii

Z0Zb

UAi 2Z0Zb

3.雷绕过避雷线击于导线或直接击于导线 等值电路图（图4-10b）所示 雷击点的电压

Z0Zd Udi2Z0Zd

或 d耐雷水平：

50%

2

三.输电线路的雷击跳闸率 1.建弧率：

U100iUI1000.754.5E14

U中性点直接接地系统：E N3lj

UN

E中性点非直接接地系统： 2ljlm2.有避雷线线路雷击跳闸率的计算

雷击杆塔时的跳闸率：n 1NgP1n绕击跳闸率： 2NPP2绕击率

h对平原地区： lgP3.986

h对高原地区： lgP3.3586

nn1n2输电线路雷击跳闸率：

N(gP1PP2)

四.输电线路的防雷措施 1.架设避雷线 作用：

防止雷直击于导线；

对雷电流有分流作用，使塔顶电位下降；

对导线有耦合作用，降低雷击杆塔时绝缘子串上电压； 对导线有屏蔽作用，可降低导线上感应电压 330kv及以上：全线架设双避雷线 α在20度左右 220kv： 宜全线架设双避雷线 α在20左右 110kv： 一般全线架设避雷线

35kv及以下： 一般不沿全线架设避雷线 α取20到30度之间 （1）、3~10kV线路防雷保护

不架设避雷线，可利用水泥杆的自然接地，为提高供电可靠性可投入自动重合闸。在雷电特别强烈地区可因地制宜采用高一电压等级的绝缘子，或顶相用针式两边改用两片悬式绝缘子，也用采用瓷横担，以提高线路的绝缘水平。对特殊用户应用用环形供电或不同杆双回路供电，必要时改为电缆供电。 （2）、35kV线路防雷保护

一般不装设避雷线，进变电站（电站）1~2km设置避雷线为进线段保护。采用小接地系统运行，若线路长电容电流大则 经消弧线圈接地。装设自动重合闸，环网供电。 （3）、110~500kV线路防雷保护

110kV线路一般沿全线架设避雷线，在雷电活动特别强烈地区，宜架设双避雷线，其保护角取20；在少雷区或运行经验证明雷电活动轻微的地区，可不全线架设避雷线，但应装设自动重合闸装置。 2.降低杆塔接地电阻 3.架设耦合地线

作用：增加避雷线与导线间的耦合以降低绝缘子串上的电压； 增加对雷电流的分流作用。 4.采用不平衡绝缘方式 5.采用消弧线圈接地方式 6.装设自动重合闸 7.装避雷器 8.加强绝缘

小结新课：输电线路的感应雷击过电压；输电线路的直击雷过电压；

重点掌握输电线路的防雷措施

布置作业：

P122页 练习题 4-5 4-6 4-7 4-8

板书设计：

课 题： 第4章 电力系统大气过电压及防护

第3节 发电厂、变电所雷闪过电压及其保护

教学目的：通过学习应了解三绕组变压器和自耦变压器的雷闪过电

压及保护；重点掌握发电厂、变电所的直击雷保护；变电所的进线保护；旋转电机的防雷保

重 点：发电厂、变电所的直击雷保护；变电所的进线保护；旋

转电机的防雷保护

难 点：变电所的进线保护；旋转电机的防雷保护 组织教学：点名 复习旧课：输电线路的感应雷击过电压；输电线路的直击雷过电压；重点掌握输电线路的防雷措施

引入新课：

发电厂、变电所遭受雷害的两个方面： 一是:雷直击于发电厂、变电所 防护措施是采用避雷针或避雷线

二是:雷击输电线后产生的雷电波侵入发电厂、变电所

防护措施是装设氧化锌避雷器，以限制流过避雷器的雷电流和限制入侵雷电波的陡度。

一.发电厂、变电所的直击雷保护

原则：所有的被保护设备均应处于避雷针的保护范围之内，以免遭受雷击。当雷击避雷针时，雷电流通过避雷针入地，使避雷针对地电位升高，此时应防止避雷针至被保护设备发生反击。 1.独立避雷针

适用范围：35kv及以下变电所 示意图：如图4-12

高为h的避雷针受雷击时出现的电位：

di

ukLLiLRch dtudRchiL避雷针的接地装置上出现的电位：

取： iL150kA diL30kA/s dt于是： L1.7hHuk150Rch50h

ud150Rch

为防止避雷针与被保护的配电构架或设备之间空气间隙被击穿而造成反击事故，若取空气的平均耐压强度为500kv/m，则

150Rch50h

SK 500 SK0.3Rch0.1h一般情况下：

SK5m

为防止避雷针接地装置和被保护设备接地装置之间土壤中的间隙被击穿，取土壤的平均耐电强度为300kv/m，则

Sd0.3Rch

一般情况下： Sd3m2.构架避雷针

适用范围：110kv及以上变电所 注意事项：

a.为确保变电站中最重要而绝缘较弱的主变压器的绝缘免受反击的威胁，要求在装置避雷针的构架附近埋设辅助集中接地装置，且避雷针与主接地网的地下连接点到变压器接地线到主接地网的地下连接点，沿接地体的距离不得小于15米； b.在变压器的门型构架上，不允许装避雷针

线路终端杆塔上的避雷线能否与变电所构架相连的问题： 110kv及以上 可以相连，若ρ>1000Ω·m 应 加集中接地装置

35—60kv 当ρ<=500Ω·m 允许相连，但应 加集中接地装置 当ρ>500Ω·m 不允许相连 二.变电所的进线段保护 保护目的：

为使变电所内避雷器能可靠地保护电气设备，限制流经避雷器的电流幅值不超过5kv、限制侵入波陡度α不超过一定的允许值 1.进线段首端落雷，流经避雷器电流的计算 计算条件：

进线段1---2公里

雷电侵入波最大幅值为线路绝缘50%冲击闪络电压 2、原理接线和等值电路图

3. 35kv及以上变电所的进线段保护（如图4-13） 计算方程：

2.进入变电所的雷电波陡度α的计算

uu

0.008u l0.5hd

令v=300m/us,陡度化为kv/m单位

三.变电器防雷保护的几个具体问题 1. 三绕组变压器的防雷保护 措施：

在低压绕组三相出线上加装阀式避雷器 2.自耦变压器的防雷保护

(1).高、低压绕组运行，中压开路

考虑各种运行方式下：如高低绕组运行，中压开路，这时中压侧套管与断路器之间装设一组避雷器。高压侧开路时，中压侧来波，高压侧感应kU电压，这时高压侧套管与断路器之间也应加装一组避雷器。

(2).中、低压绕组运行，高压开路 安装避雷器的自耦变压器 3. 变压器中性点保护 (1).中性点绝缘水平 60kv及以下 全绝缘 110kv及以上 分级绝缘

（2）.不同电压等级的中性点保护

60kv及以下的电网中的变压器:一般不需要保护

多雷地区或装有消弧线圈的变压器：宜在中性点加装避雷器 110kv及以上电网中变压器

变压器中性点宜选金属氧化物避雷器 （3）、变压器中性点保护

三相同时进波时，中性点不接地的变压器中性点电位可能达到绕组端电压的2倍，所以中性点需保护。

110kV及上变压器中性点加装Y1W或Y1.5W系列的氧化锌避雷器保护中性点绝缘。

4、配变变压器的防雷保护

三点共同接地：避雷器的接地引下线、配变外壳、低压绕组的中性点连接在一起。

逆变换，解决方法：低压侧某一相装设一只避雷器 五.旋转电机的防雷保护 1.旋转电机的防雷保护特点

(1).旋转电机主绝缘的冲击耐压值远低于同级变压器的冲击耐压值 (2).运行中的旋转电机主绝缘更低于出厂时的核定值

(3).保护旋转电机用的磁吹避雷器的保护性能与电机绝缘水平的配合裕度很小

(4).由于电机绕组匝间电容较小，要求来波陡度较小

(5).电机绕组中性点一般不接地，当侵入波入侵时，会引起中性点电压升高

由此特点，旋转电机（直配电机）的防雷保护应包括： 主绝缘、匝间绝缘和中性点绝缘的保护 2.直配电机的防雷措施 (1).避雷器保护

功能：降低侵入波幅值 (2).电容器保护

功能：限制侵入波陡度α和降低感应雷过电压 (3).电缆段保护（进线段保护）

功能：限制流经FCD型避雷器中的雷电流使之小于3kA (4).电抗器保护

功能：在雷电波侵入时抬高首端冲击电压，使安装在电缆首端的避雷器放电

保护接线图（如图4-16所示，4-17，4-18）

小结新课：重点掌握发电厂、变电所的直击雷保护；变电所的进线

保护；旋转电机的防雷保护；三绕组变压器和自耦变压器的雷闪过电压及保护。

布置作业：

P122页 练习题 4-9、4-10、4-11 4-12、4-13

板书设计：

课 题： 第4章 电力系统大气过电压及防护

第4节 避雷针和避雷线保护范围（补充）

教学目的：通过学习应掌握避雷针和避雷线的保护原理，及保护范

围的计算

重 点：避雷线和避雷针保护范围的计算和保护原理 难 点：避雷线和避雷针保护范围的计算 组织教学：点名

复习旧课：重点掌握发电厂、变电所的直击雷保护；变电所的进线保护；旋转电机的防雷保护；三绕组变压器和自耦变压器的雷闪过电压及保护。 引入新课： 避雷针

保护原理：当雷云放电时使地面电场畸变，在避雷针顶端形成局部场强集中的空间以影响雷电先导放电的发展方向，使雷电对避雷针放电，再经过接地装置将雷电流引入大地从而使被保护物体免遭雷击

保护范围：由模拟试验确定，它只有相对的意义，不能认为在保护范围内的物体就完全不受雷直击，在保护范围外的物体就完全不受保护

绕击率：雷电绕过避雷装置而击于被保护物体的现象，规程推荐的保护范围是对应0.1%绕击率而言

避雷针保护第一要对直击雷屏蔽，第二要防止反击 设备遭雷击受损通常有四种情况： 一是：直接遭受雷击而损坏； 二是：雷电脉冲沿着与设备相连的信号线、电源线或其他金属管线侵入使设备受损； 三是：设备接地体在雷击时产生瞬间高电位形成地电位“反击”而损坏； 四是：设备安装的方法或安装位置不当，受雷电在空间分布的电场、磁场影响而损坏。

在电力系统中实际采用的防雷保护装置主要有：避雷针、避雷线、保护间隙与各种避雷器、防雷接地、电抗线圈、电容器组、消弧线圈、自动重合闸等等 一、避雷针保护范围

(一)单支避雷线

它的保护范围是一个以其本体为轴线的曲线圆锥体，如图所示

hx ha 当 hx≥h/2 rx=(h-hx)P hx≤h/2 rx=(1.5h-2hx)P h—避雷器的高度 P—高度修正系数 当h ≤30m时 P=1

当30m这时的保护范围不是两支避雷针的保护范围简单相加而是有所扩大。

两针之间的保护范围可利用下式求得

h0h7D P bx1.5(h0hx)式中h—避雷针的高度； h0—两针间联合保护范围上部边缘的最低点的高度；

2bx—在在高度hx的水平面上，保护范围的最低宽度；一般两

h h/2 1.5h hx 水平面上保护 范围的截面

针间的距离D不宜大于5h。

h0为两针间保护范围上部边缘最低点的高度(m) h0=h-D/7p 当D=7p 时，bx=0

(三)两支不等高避雷针

俩针外侧的保护范围仍按单针的方法确定。俩针内侧的保护范围见下图所示，按下列方法确定：先作出较高针的保护范围的边界，之后由较低针的针的顶部作一条与地面平行线，这两者的交点对地面作垂线，将此垂线看作一假想避雷针，再作它与较低针的保护范围，这样2和3就是相当于俩根等高避雷针的保护范围。

D图中

f1 7p

(四)三支或更多支避雷针 二、避雷线

作用原理同避雷针，主要用于输电线路的保护，也可用于保护发电厂和变电所

保护范围的长度与线路等长，而且两端还有其保护的半个圆锥体空间

在架空输电线路上多采用保护角α来表示避雷线的保护程度

保护角：避雷线的铅垂线与避雷线和边导线连线的夹角， α越小，雷击导线的概率越小，对导线的屏蔽保护越可靠 （1） 单根避雷线

当hx≥h/2 rx=0.47(h-hx)P

当hx原理图如下图所示

(2)两根等高避雷线

这时的保护范围如图所示

两线的外侧保护范围按单线的计算方法确定。

两线之间各横截面的保护范围，应由通过两避雷线点及保护范围上部边缘最低点O的圆弧确定。O点的高度如下式计算：

Dh0h

4P

例题：某厂有两个原油罐，一个高为12米、直径为6米，另一个高10米、直径10米，两油罐的净距为16米。试设计采用单支避雷针保护的最佳方案，并绘出避雷针的平面保护范围。

小结新课：重点掌握避雷针和避雷线的保护范围的计算方法。

布置作业：

习题：某变电站内有两根等高避雷针，高度为25米、针间距离为45米。某被保护物位于两针之间，被保护物高度为11米。试计算避雷针在被保护物高度水平面上的保护范围？

板书设计：

课 题： 第5章 电力系统内部过电压及其限制措施 第1节 电力系统工频过电压

教学目的：通过学习应了解空载长线路电容效应引起的电压升高；

不对称短路引起的工频电压升高；重点掌握工频电压升高的限制措施。

重 点：重点掌握工频电压升高的限制措施

难 点：分析空载长线路电容效应引起的电压升高；分析不对称

短路引起的工频电压升高

组织教学：点名

复习旧课：重点掌握避雷针和避雷线的保护范围的计算方法。 引入新课：

一.过电压的分类

过 外部过电压（也称大气过电压）

电 压 操作过电压 内部过电压

暂时过电压 二、工频过电压 1、定义

在正常或故障时，电力系统中所出现的幅值超过最大工作相电 压、频率为工频（50Hz）或接近工频的过电压称为工频过电压。 2、特点

（1)它的大小会直接影响操作过电压的实际幅值

（2）它的大小会影响保护电器的工作条件和保护效果

(3）工频电压升高使断路器操作时流过其并联电阻的电流增大 （4）持续时间长，对设备绝缘及其运行性能有重大影响 3、分析结论

（1）工频过电压就其过电压倍数的大小来讲，对系统中正常绝缘 的电气设备一般不够成危险

（2） 对于超高压系统，决定电气设备的绝缘水平将起愈来愈大的 作用

4、常见类型：

空载线路电容效应引起的电压高； 不对称短路时正常相上的工频电压升高 甩负荷引起发电机加速而产生的电压升高

三、空载线路电容效应引起的工频过电压 1、线路较短时

（1）等值电路图和相量图（图5-1） 从相量图看出：

由于空载线路的电容效应，空载线路末端电压较线路首端电压有较 大的升高

电容效应：在无负载电流的情况下，回路中流过容性电流，于是线

路末端将有较大的电压升高

2、线路较长时 （1）等值电路图 （2）线路距末端X处电压分布 xEcos

UxcosarcL0 cos()Z

xE式中 ----系统电源电压

vZ ---导线波阻

lxL0 ----系统电源的等效电抗

alv ---光速 vx ---该点到线路终端的距离

a ---电源角频率 vl ---线路长度

（3）线路末端电压最高 ...Ecos U2cos(l)

线路长度L越长，末端电压升得越高。但由于受线路电阻和电晕损耗的限制，一般不会超过2.9倍 （4）升高比 UcoscosK202 Ecos()cos(l)当 xL00,0

U11

K212 Ecoscosl即空载线路末端电压恒比首端电压高，且线路越长，末端电压越高，这种现象称为长输电线路的电容效应，又称为费兰梯效应 （5）工频电压及其影响因素

a.与电源容量有关，电源容量越小工频电压升高越严重 b.通过补偿电容电流，可削弱电容效应以降低工频过电压

双电源的线路中，合闸时电源容量大的一侧先合闸，从电源容量小的一侧先分闸

四、不对称短路引起的工频电压升高 对于中性点不接地系统，当单相接地时，健全相的工频电压升高约为线电压的1.1倍，因此，在选择避雷器时，灭弧电压取110%的线电压，称为110%避雷器

对中性点经消弧线圈接地系统在过补偿时，单相接地时健全相上电压接近线电压，因此在选择避雷器灭弧电压时，取100%的线电压，称为100%避雷器

对中性点直接接地系统单相故障接地时，健全相电压约为0.8倍线电压，对于该系统避雷器的最大灭弧电压取为最大线电压的80%，称为80%避雷器

五、甩负荷时引起的工频电压升高 六、工频电压升高的限制措施

1、利用并联电抗器补偿空载线路的电容效应 2、利用静止补偿装置（SVC)限制工频过电压 3、采用良导体地线降低输电线路的零序阻抗

小结新课：空载长线路电容效应引起的电压升高；不对称短路引起

的工频电压升高；重点掌握工频电压升高的限制措施。

布置作业：

P151页 练习题 5-1、5-2、5-3

5-4、5-5、5-6 板书设计：

课 题： 第5章 电力系统内部过电压及其限制措施 第2节 电力系统操作过电压

教学目的：通过学习应掌握空载线路合闸过电压及其限制措施；切

除空载线路过电压及其限制措施；切除空载变压器过电压；弧光接地过电压及其限制措施。

重 点：掌握空载线路合闸过电压及其限制措施；切除空载线路

过电压及其限制措施；切除空载变压器过电压；弧光接地过电压及其限制措施。 难 点：空载线路合闸过电压及其限制措施；切除空载线路过电压及其限制措施；切除空载变压器过电压；弧光接地过电压及其限制措施的分析。

组织教学：点名

复习旧课：空载长线路电容效应引起的电压升高；不对称短路引起

的工频电压升高；重点掌握工频电压升高的限制措施。

引入新课：

操作过电压：是由系统中断路器操作中各种故障产生的过渡过程引起的。

特点：幅值高、存在高频振荡、强阻尼、持续时间短的特点。 一、一般特征

1、持续时间比较短

2、其幅值与系统相电压幅值有一定倍数关系

3、其幅值与系统的各种因素有关，有强烈的统计性 4、依据系统的电压等级不同，显示重要性也不同 5、在超高压系统中，它是决定系统绝缘水平依据之一 二、常见类型：

空载线路合闸过电压 切空载线路过电压

切空载变压器过电压及中性点不接地系统弧光接地过电压。 三、间隙电弧接地过电压

1、产生原因:在中心点不接地系统中，当一相发生故障时，故障点的电弧熄灭和重燃（称之为间隙性电弧）引起电磁暂态的振荡过渡过程而引起的过电压。（称之为间隙电弧接地过电压） 2.单相接地电路图及相量图

3、分析 注意几点:

（1）应假设某故障相达到最大值时电弧接地，这是最严重情况 （2）掌握某一状态、某一时间下电压初始值、稳态值 （3）过电压的最大幅值可用下面公式估算过电压幅值=稳态值+（稳态值-初始值） 4、影响因素

（1）电弧熄灭与重燃时的相位 （2）系统的相关参数 （3）中性点接地方式 5、限制措施：

中性点安装消弧线圈

6、消弧线圈及其对限制电弧接地过电压的作用 （1）消弧线圈

是一个铁芯有气隙的消弧线圈，它接在中性点与地之间 (2)中性点经消弧线圈接地后的电路图及相量图

（3）作用

当故障相接地，非故障相电流应包括原先通过的电容电流加上流过消弧线圈上电流，两者相位反向，使接地点电流（称经消弧线圈补

偿后的残流）减少到足够少，使接地电弧很快熄灭且不易重燃。 （4）消弧线圈的补偿度

是消弧线圈电感电流补偿系统对地电容电流的百分数 有三种运行状态：  欠补偿  全补偿  过补偿

三、空载线路分闸过电压 1、产生原因

在切除空载线路时，断路器触头间的电弧重燃 2.切除空载线路时的等值电路

3、分析 注意

（1）可从产生过电压最严重的状态下分析 （2）把握好每一状态下起始和稳定值

（3）只须考虑在振荡过程中产生的最大过电压幅值 4、影响因素

（1）断路器的性能 （2）母线出线数

（3）线路负载及电磁式电压互感器 （4）中性点接地方式 5、限制措施

（1）提高断路器灭弧性能 （2）采用带并联电阻的断路器

四、空载线路合闸过电压

1、产生原因:在计划性合闸或自动重合闸时，由于系统中储能元件存在，状态的改变将引起振荡型的过渡过程。 2、产生的物理过程 （1）计划性合闸 （2）自动重合闸 3、影响因素 （1）合闸相位

（2）线路残余电压的大小与极性 4、限制措施

（1）采用带并联电阻的

(2) 消除和削弱线路残余电压 （3）同步合闸 （4）安装避雷器

五、切除空载变压器过电压 1.切除空载变压器等值电路

2、产生原因

空载变压器切除前流过空载变压器的电流很小，当断路器在切除相对很小的空载励磁电流时，使空载电流未到零之前就发生熄弧（称

为空载电流的突然“截断”），由于这一“载断”，使载断前的磁场能量全部转变为电场能量，从而产生空载变压器过电压. 3、物理过程

可用能量守恒原理分析 4、影响因素

与空载电流截断值以及变压器自振频率有关 与断路器灭弧性能有关 与变压器引线电容大小有关 5、限压措施

主要采用阀型避雷器

小结新课：空载线路合闸过电压及其限制措施；切除空载线路过电

压及其限制措施；切除空载变压器过电压；弧光接地过电压及其限制措施。

布置作业：

P151页 练习题 5-7、5-8、5-9

板书设计：

课 题： 第5章 电力系统内部过电压及其限制措施 第3节 电力系统谐振过电压

教学目的：通过学习应掌握线性谐振过电压及其限制措施；参数谐

振过电压及其限制措施；铁磁谐振过电压及其限制措施。

重 点：线性谐振过电压及其限制措施；参数谐振过电压及其限

制措施；铁磁谐振过电压及其限制措施

难 点：线性谐振过电压；参数谐振过电压；铁磁谐振过电压的

分析

组织教学：点名

复习旧课：空载线路合闸过电压及其限制措施；切除空载线路过电

压及其限制措施；切除空载变压器过电压；弧光接地过电压及其限制措施。

引入新课：本节将介绍线性谐振过电压及其限制措施；参数谐振过

电压及其限制措施；铁磁谐振过电压及其限制措施。

一、谐振过电压及其分类

1.谐振过电压定义：具有电感电容等元件的电力系统可以构成一系列不同自振频率的振荡回路，当系统进行操作或发生故障时，某些振荡回路就有可能与外加电源发生谐振现象，导致系统中某些部分(或设备)上出现过电压，这就是谐振过电压。 2.按其性质可分为三类 (1).线性谐振 (2).铁磁谐振 (3).参数谐振

二、铁磁谐振的基本原理 1、铁磁谐振

1产生谐振条件: LC2、物理过程

(1)串联铁磁谐振回路的伏安特性

（2）分析时注意：

产生铁磁谐振的必要条件 正确分析平衡点的稳定性

13.主要特点：

C2L0值当 都可能产生铁磁谐振 （1）对于一定的 L0（2）谐振一旦激发，将发生相位反倾现象，并产生过电压和过电流 （3）铁芯的饱和会限制过电压的幅值 三、几种常见的谐振过电压 1、传递过电压

（1）发生于中性点绝缘或经稍弧线圈接地的电网中 （2）通过静电耦合和电磁耦合，在变压器的不同绕组之间或相邻的

输电线路之间发生电压的传递

（3）耦合回路在不利参数配合下将出现线性或铁磁谐振过电压 2、断线引起的谐振过电压 （1）由于线路故障断线、断路器的不同期切合和熔断器的不同期熔断时而形成

（2）限制断线过电压可采取以下措施：

1)保证断路器的三相同期动作，不采用熔断器 2)加强线路的巡视和检修，预防发生断线

3)断路器操作后有异常情况，可立即复原，并进行检查

4)在中性点接地电网中，操作中性点不接地的负载变压器时，应将变压器中性点临时接地。

3、电磁式电压互感器饱和引起的谐振过电压

（1）在接有Y0接线的电磁式电压互感器的中性点不接地系统中，当出现某些扰动，使电压互感器各相电感的饱和程度不同时，有可能出现较高的中性点位移电压而激发起谐振过电压。

（2）常见的扰动有：电压互感器的突然合闸、由于雷击或其他原因发生瞬间单相弧光接地、传递过电压 （3）限制措施：

1)选用励磁特性较好的电压互感器或改用电容式电压互感器 2)在电磁式电压互感器的开口三角绕组中加阻尼电阻 3)在母线上加装一定的对地电容 4)采取临时的倒闸措施

小结新课：线性谐振过电压及其限制措施；参数谐振过电压及其限制措施；铁磁谐振过电压及其限制措施

布置作业：

P151页 练习题 5-10

5-11 板书设计：

课 题： 第6章 电力系统的绝缘配合 第1节 电力系统的绝缘配合

第2节 第3节

输变电设备绝缘水平的确定 输电线路绝缘水平的确定

教学目的：通过学习应了解电力系统绝缘配合常用的方法：惯用法、

统计法简化统计法及三种绝缘配合方法的比较；重点掌握220KV及以下输变电设备绝缘水平的确定；了解330--500KV输变电设备绝缘水平的确定。通过学习应掌握电力系统绝缘子串中绝缘子个数的确定；了解线路空气间隙距离的确定。 复习旧课：线性谐振过电压及其限制措施；参数谐振过电压及其限制措施；铁磁谐振过电压及其限制措施

重 点：220KV及以下输变电设备绝缘水平的确定

1、基本冲击绝缘水平（BIL）的确定 2、操作冲击绝缘水平（SIL）的确定 3、工频试验电压的确定

4、电力系统绝缘子串中绝缘子个数的确定

难 点：1、220KV及以下输变电设备绝缘水平的确定；

2、电力系统绝缘子串中绝缘子个数的确定

组织教学：点名

引入新课：本节将介绍电力系统绝缘配合常用的方法：惯用法、统

计法简化统计法及三种绝缘配合方法的比较；掌握220KV及以下输变电设备绝缘水平的确定；了解330--500KV输变电设备绝缘水平的确定。以及介绍电力系统绝缘子串中绝缘子个数的确定；了解线路空气间隙距离的确定。

一、什么是绝缘配合

根据设备在电力系统中可能承受的各种电压，并考虑过电压的限制措施和设备的绝缘耐受强度，把作用于电气设备上的各种电压所引起的绝缘损坏降低到经济上和运行上所能接受的水平。 二、绝缘配合的原则

第一，电压等级不同的电力系统，绝缘配合原则也有所不同。在各

种电压等级的系统正常运行条件下的工频电压不会超过系统的最高工作电压，所以系统最高工作电压是绝缘配合的基本参数。然而，其它作用电压在绝缘配合十所起的作用在不同电压等级系统中是不同的，因此在高压电力系统与在超高压电力系统中的绝缘配合具体原则及绝缘耐压试验也有所不同。 对于220kV及以下系统，要求把大气过电压限制到低于内过电压的数值是很不经济的，因此在这些系统中电气设备的绝缘水平主要由大气过电压来决定。也就是说，对于220kv及以下系统，具有正常绝缘水平的电气设备应能承受内过电压的作用，因此一般不专门采用限制内过电压的措施。限制大气过电压的主要装置是避雷器，这样，绝缘配合时以避雷器的保护水平为基础确定设备的绝缘水平，并保证输电线路具有一定的耐雷水平。

在越高压系统中，操作过电压的幅值因电压等级较高而达到更高的数值，逐渐成为要限制的主要对象。在超高压系统中一般都采取了限制内过电压的措施，如并联电抗器、带并联电阻的断路器及氧化锌避雷器。由于对过电压限制措施的要求不同，绝缘配合就有两种不同的原则，一种以前苏联为代表，主要采用复合型避雷器和氧化锌避雷器限制操作过电压，绝缘配合时以避雷器在操作过电压下的保护特性为基础确定设备的绝缘水平。另一种以美国、日本、法国等为代表，通过改进断路器性能(如并联电阻)将操作过电压限制到规定水平，避雷器作为操作过电压的后备保护以免出现避雷器的频繁动作。这样，设备绝缘水平由避雷器在大气过电压下保护特性为基础确定的。我国采用后一种原则。

第二，绝缘配合时在技术上要力求做到作用电压与设备绝缘全伏秒

特性的配合。这可通过避雷器伏秒特性与设备绝缘伏秒特性的配合来实现将过电压限制在设备绝缘耐受强度以下。图8—1是变压器与避雷器全伏秒特性绝缘配合的示意图。实际的绝缘耐压试验只能在某几种波形的电压下进行，因此所谓全伏秒特性配合，实际上是在伏秒特性曲线上的某几点进行协调。 第三，为了兼顾到设备造价、运行费用和停电损失等综合经济效益，绝缘配合的具体实施也要因系统结构、地区、发展阶段的不同而有所差异。过电压的大小与系统结构密切相关，而且同一系统中不同地点的过电压水平亦有差异，造成事故的后果也是不同的。因此，从经济方面考虑，对同一电压等级，不同地点，不同类型的设备，允许选择不同的绝缘水平。不同的发展阶段也允许根据实际情况选择不同的绝缘水平。 第四，对于输电线路的绝缘水平，一般不需要考虑其与变电所绝缘水平的配合。例如降低线路绝缘水平以与变电所绝缘水平相配合则会使线路事故大增。 三、设备绝缘水平

指该设备可以承受（不发生闪络、击穿或其他损坏）的试验电压标准

它是由长期最大工作电压、大气过电压、内过电压三因素中最严格的一个来决定

220kv及以下系统：主要由大气过电压来决定

一般用1min工频耐压试验代替雷电冲击和操作冲击耐压试验 超高压系统：

虽然内过电压成为主要矛盾，但通过内过电压保护措施已限制到一定水平，所以仍由大气过电压来决定

对超高压电气设备规定了操作波试验电压 四、线路绝缘水平的确定

主要确定线路绝缘子串的长度和确定线间及导线与杆塔之间的空气间隙

线路绝缘子串每串的绝缘子个数 n0N

五、电气设备试验电压的确定 1、电气设备绝缘耐受大气过电压(即雷电冲击电压)的能力称为电气设备的基本冲击绝缘水平(BIL)

su

2、电气设备绝缘耐受操作过电压(即操作冲击电压)的能力称为电气设备的操作冲击绝缘水平(SIL)

小结新课：电力系统绝缘配合常用的方法：惯用法、统计法简化统计法及三种绝缘配合方法的比较；重点掌握220KV及以下输变电设备绝缘水平的确定；了解330--500KV输变电设备绝缘水平的确定。电力系统绝缘子串中绝缘子个数的确定；了解线路空气间隙距离的确定。

布置作业：

P160页 练习题 6-1

6-2 6-3

P160页 练习题 6-4

6-5 板书设计：

课 题： 第7章 高电压产生设备与测量技术 第3节 直流高电压的产生

第4节 冲击电流发生器 第5节 高电压测量

教学目的：通过学习应掌握直流高电压的产生原理；冲击电压发生

器的基本原理；高电压的测量方法。

组织教学：点名

复习旧课：冲击电压发生器的组成、作用及型式；试验变压器的组

成。

重 点：高电压的测量方法

难 点：直流高电压的产生原理；冲击电压发生器的基本原理

引入新课：本节将介绍直流高电压的产生原理；冲击电压发生器的

基本原理；高电压的测量方法

小结新课：直流高电压的产生原理；冲击电压发生器的基本原理；

高电压的测量方法

布置作业：

P170页 练习题 7-3

7-4、7-5

课 题： 第8章 高电压技术试验指导 试验1 绝缘电阻、吸收比的测量

一、试验目的：

（1）熟悉绝缘摇表的原理和使用方法。 （2）掌握绝缘电阻测量和吸收比测量的接线和试验中要注意的事项 二、试验接线图及仪表设备：

三、试验内容及步骤： （1）试验项目：

（2）试验步骤：

四、注意事项：

（1）摇表的L及E端的引出线不要靠在一起，要保持一定距离。 （2）对于大容量被试品测量结束前必须先把摇表从测量回路断开，才能停止转动，以免损坏摇表。 （3）在测量结束，停止转动摇表后，要对试品接地放电。

（4）测量电容量较大的试品还应注意，最初充电电流很大，因而摇

表指示值很大，但这并不表示被试品绝缘不好，必须经过较长时间，才能得出它的正确结果。

（5）如果测量绝缘电阻过低，而试品分成几部分，应分别试验，找

出绝缘电阻最低部分。 五、试验报告要求：

（1）分析试验数据，判断试品的绝缘状况。 （2）通过试验数据说明在什么时候测量吸收比来反映绝缘缺陷较有

效。

课 题： 第8章 高电压技术试验指导 试验2 泄漏电流及直流耐压试验

一、试验目的：

（1）学习泄漏电流试验方法和试验中要注意的事项。

（2）加深了解泄漏电流的试验与摇表测量绝缘的不同之处。 （3）会用试验结果（数据）去分析试品的绝缘情况。

二、试验接线图及仪表设备：

三、试验内容及步骤： （1）泄漏电流试验：

（2）直流耐压试验：

四、注意事项：

（1）检查接线及仪表位置是否正确。 （2）选择合适的微安表量程。

（3）升压时打开QS开关，看微安表有无读数。 （4）在升压过程中，应将QS合上。

（5）试验完毕，必须将试品经电阻对地放电。 五、试验报告要求：

（1）绘出泄漏电流随试验电压变化的曲线。 （2）用试验数据和曲线判定试品绝缘情况。

课 题： 第8章 高电压技术试验指导 试验3 介质损失角正切值tgδ的测量

一、试验目的：

（1）学习高电压测量高压设备绝缘介质损失角tgδ与其电容量。 （2）熟识西林电桥试验接线和测试方法。 二、试验接线图及仪表设备：

三、试验内容及步骤：

本次试验是测量YYW-10.5型电力电容的tgδ%和CX （1）测定tgδ：

（2）计算CX ：

（3）试验步骤：

四、注意事项：

（1）使用反接线时，标准电容器外壳带高压电，要注意安全。 （2）使用反接线时，电桥处于高电位，电桥外壳应良好接地。 （3）测量高压设备绝缘介质损失角的试验电压，一般不应高于被试

品的额定电压。

（4）测量的介质损失角tgδ%值，应小于1%，若不合格，则检查原

因，对各部件进行测试。 五、试验报告要求：

（1）记录测试数据，并算出tgδ%和CX 。 （2）用tgδ%值判定试品绝缘情况。

课 题： 第8章 高电压技术试验指导 试验4 交流耐压试验

一、试验目的：

（1）学习工频高电压试验对绝缘的强度的考验及其重要性。 （2）工频交流耐压试验的接线和注意事项。 （3）掌握保护球隙放电间隙的确定方法

二、试验接线图及仪表设备：

三、试验内容及步骤：

（1）试验项目：XP-70型普通悬式绝缘子交流耐压试验

（2）试验标准 ：

（3）试验步骤：

四、注意事项：

（1）升压应缓慢进行，一般以试验电压的确1/3值到满值，历时

15秒为度。。

（2）加压中间如发现表针猛动或其他异常现象时，应立即降压，并

切断电源，查明原因，消除故障。

（3）充油变压器、电压互感器等应在注油静置20h后进行试验，

3-10KV的变压器静置。 （4）耐压试验时击穿的判断：

（5）对大型设备，相应的试验变压器的容量也要求较大。

五、试验报告要求：

（1）填报球隙间隙距离的计算过程 。

（2）测量1min耐压后，判断试品的绝缘水平。