定 價(jià):30 元
叢書名:普通高等教育創(chuàng)新型人才培養(yǎng)規(guī)劃教材
- 作者:于永進(jìn),陳爾奎,趙彤 著
- 出版時(shí)間:2016/5/1
- ISBN:9787512421073
- 出 版 社:北京航空航天大學(xué)出版社
- 中圖法分類:TM8
- 頁碼:
- 紙張:銅版紙
- 版次:1
- 開本:16K
高電壓技術(shù)是電氣技術(shù)領(lǐng)域通用性較強(qiáng)的學(xué)科,是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)必修的專業(yè)課。本書重點(diǎn)介紹高電壓技術(shù)基本的概念、理論和方法,主要內(nèi)容包括:電介質(zhì)的電氣強(qiáng)度、電氣絕緣與高壓試驗(yàn)、電力系統(tǒng)過電壓與絕緣配合、電力設(shè)備的在線監(jiān)測與故障診斷。
本書可以作為普通高等學(xué)校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)和其他電類專業(yè)的教學(xué)用書,也可以作為職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣類專業(yè)教材,還可供電力系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)人員參考。
“高電壓技術(shù)”是電工學(xué)科的一個(gè)重要分支,也是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)重要的專業(yè)課。該課程是由過去高電壓技術(shù)專業(yè)的三門必修課“高電壓絕緣”“高電壓試驗(yàn)技術(shù)”“電力系統(tǒng)過電壓與絕緣配合”演變而來,其主要任務(wù)在于研究高電壓、高場強(qiáng)下的各種電氣物理問題。對于電氣專業(yè)的學(xué)生來說,學(xué)習(xí)本課程的目的是學(xué)會(huì)正確認(rèn)識和處理電力系統(tǒng)中絕緣與電壓這一對矛盾。
在編寫過程中,編者力求做到通俗易懂、精選夠用、適當(dāng)拓寬,編寫時(shí)兼顧傳統(tǒng)內(nèi)容,將基本物理概念及物理過程解釋清楚,并融進(jìn)國內(nèi)外新技術(shù)與發(fā)展,便于學(xué)生閱讀和自學(xué)。為擴(kuò)大適用面,按照教學(xué)總學(xué)時(shí)為40~50學(xué)時(shí)編寫,編寫時(shí)注重深入淺出,說理清楚。本書是編者多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié),精選內(nèi)容,刪繁就簡,既加強(qiáng)基礎(chǔ)教學(xué),又使其具有廣泛適用性,兼顧不同讀者需求,滿足作為教材及教學(xué)參考書兩方面的要求,教師可按照不同教學(xué)學(xué)時(shí)選擇教學(xué)內(nèi)容。
全書圍繞絕緣、試驗(yàn)、防護(hù)、監(jiān)測等問題逐步展開闡述,分為4大部分共10章。其中,第1章至第3章介紹氣體、液體、固體的放電過程、發(fā)展機(jī)理及絕緣特性,并分析影響這些特性的因素;第4章介紹交流、直流高電壓和沖擊高電壓的產(chǎn)生方法、原理、基本裝置以及測量手段和相關(guān)的絕緣試驗(yàn)技術(shù);第5章至第9章介紹電磁暫態(tài)分析的理論基礎(chǔ)、電力系統(tǒng)雷電過電壓與內(nèi)部過電壓產(chǎn)生的物理過程及其防護(hù)措施,電力系統(tǒng)絕緣配合的基本概念和方法;第10章介紹電力設(shè)備在線監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的基本原理及其在電力設(shè)備(變壓器、斷路器、GIS等)中的具體應(yīng)用,該技術(shù)是當(dāng)前電力行業(yè)最具活力的技術(shù)領(lǐng)域之一,也是對傳統(tǒng)的離線預(yù)防性試驗(yàn)的重大補(bǔ)充和拓展。
本教材由山東科技大學(xué)于永進(jìn)、陳爾奎和山東大學(xué)趙彤編著,公茂法教授主審。參與本書編寫工作的還有趙興民、李清泉、馮知海、苗全堂等,本教材在編寫過程中,得到了本單位領(lǐng)導(dǎo)和老師的大力支持,在此一并表示感謝!由于編者的水平有限,書中的疏漏或不當(dāng)之處懇請廣大讀者批評指正。
編者
2015年12月
第1章 氣體放電的基本物理過程…………………………………………………… 1
1.1 氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生和消失…………………………………………… 1
1.1.1 氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生…………………………………………… 1
1.1.2 負(fù)離子的形成……………………………………………………… 4
1.1.3 氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的消失…………………………………………… 4
1.2 氣體放電機(jī)理……………………………………………………………… 5
1.2.1 湯遜氣體放電理論………………………………………………… 5
1.2.2 巴申定律…………………………………………………………… 9
1.2.3 湯遜放電理論的適用范圍………………………………………… 11
1.2.4 氣體放電的流注理論……………………………………………… 11
1.3 不均勻電場的放電過程…………………………………………………… 14
1.3.1 稍不均勻電場和極不均勻電場的放電特征……………………… 14
1.3.2 極不均勻電場中的電暈放電……………………………………… 14
1.3.3 極不均勻電場氣隙的擊穿和極性效應(yīng)…………………………… 16
1.3.4 長氣隙的擊穿……………………………………………………… 17
第2章 氣體介質(zhì)的電氣強(qiáng)度……………………………………………………… 18
2.1 氣隙的擊穿時(shí)間和伏秒特性……………………………………………… 18
2.1.1 氣隙的擊穿時(shí)間…………………………………………………… 18
2.1.2 氣隙的伏秒特性…………………………………………………… 19
2.2 均勻和極不均勻電場氣隙的擊穿特性…………………………………… 24
2.2.1 均勻電場氣隙的擊穿特性………………………………………… 24
2.2.2 極不均勻電場氣隙的擊穿電壓…………………………………… 25
2.3 大氣條件對氣隙擊穿電壓的影響………………………………………… 26
2.3.1 對空氣密度的校正………………………………………………… 26
2.3.2 對空氣濕度的校正………………………………………………… 27
2.3.3 對海拔高度的校正………………………………………………… 28
2.4 提高氣隙擊穿電壓的方法………………………………………………… 28
2.4.1 改善電場分布……………………………………………………… 28
2.4.2 采用高度真空……………………………………………………… 30
2.4.3 增高氣壓…………………………………………………………… 31
2.4.4 采用高耐電強(qiáng)度氣體……………………………………………… 31
2.5 氣隙的沿面放電…………………………………………………………… 32
2.5.1 均勻和稍不均勻電場中的沿面放電……………………………… 32
2.5.2 極不均勻電場且具有強(qiáng)垂直分量時(shí)的沿面放電………………… 33
2.5.3 極不均勻電場中垂直分量很弱時(shí)的沿面放電…………………… 34
2.5.4 固體介質(zhì)表面有水膜時(shí)的沿面放電……………………………… 34
2.5.5 絕緣子染污狀態(tài)下的沿面放電…………………………………… 35
2.5.6 提高氣隙沿面放電電壓的方法…………………………………… 38
第3章 液體和固體介質(zhì)的電氣強(qiáng)度……………………………………………… 39
3.1 液體和固體介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和損耗…………………………………… 39
3.1.1 相對介電常數(shù)……………………………………………………… 39
3.1.2 電介質(zhì)的極化……………………………………………………… 40
3.1.3 電介質(zhì)的電導(dǎo)……………………………………………………… 43
3.1.4 電介質(zhì)的損耗……………………………………………………… 44
3.2 液體介質(zhì)的擊穿…………………………………………………………… 50
3.2.1 純凈液體介質(zhì)的擊穿理論………………………………………… 50
3.2.2 工程用液體介質(zhì)的擊穿…………………………………………… 51
3.2.3 影響液體介質(zhì)擊穿電壓的因素及其提高方法…………………… 51
3.3 固體介質(zhì)的擊穿…………………………………………………………… 54
3.3.1 固體介質(zhì)的擊穿機(jī)理……………………………………………… 54
3.3.2 影響固體介質(zhì)擊穿電壓的主要因素……………………………… 56
3.4 組合絕緣的電氣強(qiáng)度……………………………………………………… 58
3.4.1 組合絕緣中的電場強(qiáng)度配合……………………………………… 58
3.4.2 “油屏障”式絕緣………………………………………………… 59
3.4.3 油紙絕緣…………………………………………………………… 60
第4章 電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)………………………………………………………… 61
4.1 絕緣電阻及吸收比的測量………………………………………………… 61
4.2 泄漏電流的測量…………………………………………………………… 64
4.3 介質(zhì)損失角正切的測量…………………………………………………… 66
4.3.1 測量電路…………………………………………………………… 67
4.3.2 測試功效…………………………………………………………… 69
4.3.3 測試時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)……………………………………………… 70
4.4 局部放電的測量…………………………………………………………… 71
4.4.1 局部放電基本概念………………………………………………… 71
4.4.2 局部放電檢測方法綜述…………………………………………… 74
4.4.3 脈沖電流法的測量原理…………………………………………… 75
4.5 工頻交流耐壓試驗(yàn)………………………………………………………… 76
4.5.1 工頻高電壓的產(chǎn)生………………………………………………… 76
4.5.2 絕緣的工頻耐壓試驗(yàn)……………………………………………… 79
4.6 直流耐壓試驗(yàn)……………………………………………………………… 81
4.6.1 直流高電壓的產(chǎn)生………………………………………………… 81
4.6.2 直流高壓試驗(yàn)的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍………………………………… 83
4.7 沖擊高壓試驗(yàn)……………………………………………………………… 85
4.7.1 沖擊電壓發(fā)生器的原理…………………………………………… 85
4.7.2 沖擊高電壓的測量………………………………………………… 91
4.7.3 絕緣的沖擊耐壓試驗(yàn)……………………………………………… 93
第5章 線路和繞組中的波過程…………………………………………………… 95
5.1 無損耗單導(dǎo)線中的波過程………………………………………………… 95
5.1.1 波傳播的物理概念………………………………………………… 95
5.1.2 波動(dòng)方程及其解…………………………………………………… 95
5.1.3 波速及波阻抗……………………………………………………… 97
5.2 行波的折射與反射………………………………………………………… 98
5.2.1 行波的折射、反射規(guī)律…………………………………………… 98
5.2.2 彼德遜法則……………………………………………………… 102
5.3 行波通過串聯(lián)電感和并聯(lián)電容………………………………………… 103
5.3.1 無限長直角波通過串聯(lián)電感…………………………………… 103
5.3.2 無限長直角波通過并聯(lián)電容…………………………………… 104
5.4 行波的多次折、反射……………………………………………………… 105
5.5 無損耗平行多導(dǎo)線中的波過程………………………………………… 107
5.6 沖擊電暈對線路波過程的影響………………………………………… 111
5.6.1 對導(dǎo)線耦合系數(shù)的影響………………………………………… 111
5.6.2 對波阻抗和波速的影響………………………………………… 111
5.6.3 對波形的影響…………………………………………………… 112
5.7 變壓器繞組中的波過程………………………………………………… 112
5.7.1 單相繞組中的波過程…………………………………………… 113
5.7.2 三相繞組中的波過程…………………………………………… 116
5.7.3 變壓器繞組之間的波過程……………………………………… 118
第6章 雷電及防雷裝置…………………………………………………………… 119
6.1 雷電放電和雷電過電壓………………………………………………… 119
6.1.1 雷云的形成……………………………………………………… 119
6.1.2 雷電放電過程…………………………………………………… 120
6.1.3 雷電參數(shù)………………………………………………………… 121
6.1.4 雷電過電壓的形成……………………………………………… 125
6.2 避雷針和避雷線的保護(hù)范圍…………………………………………… 128
6.2.1 概 述…………………………………………………………… 128
6.2.2 避雷針…………………………………………………………… 129
6.2.3 避雷線…………………………………………………………… 132
6.3 避雷器…………………………………………………………………… 133
6.3.1 保護(hù)間隙………………………………………………………… 133
6.3.2 管式避雷器……………………………………………………… 134
6.3.3 普通閥式避雷器………………………………………………… 135
6.3.4 磁吹避雷器……………………………………………………… 138
6.3.5 金屬氧化物避雷器(MOA)……………………………………… 140
6.4 防雷接地裝置…………………………………………………………… 144
6.4.1 接地裝置一般概念……………………………………………… 144
6.4.2 防雷接地及有關(guān)計(jì)算…………………………………………… 147
第7章 電力系統(tǒng)雷電過電壓及其防護(hù)…………………………………………… 149
7.1 輸電線路的感應(yīng)雷過電壓……………………………………………… 149
7.1.1 無避雷線時(shí)的感應(yīng)過電壓……………………………………… 149
7.1.2 有避雷線時(shí)的感應(yīng)過電壓……………………………………… 150
7.1.3 雷擊線路桿塔時(shí)線路上的感應(yīng)電壓…………………………… 150
7.2 架空輸電線路的直擊雷過電壓和耐雷水平…………………………… 151
7.2.1 雷擊塔頂時(shí)的過電壓和耐雷水平……………………………… 151
7.2.2 雷擊避雷線檔距中央時(shí)的過電壓……………………………… 154
7.2.3 繞擊時(shí)的過電壓和耐雷水平…………………………………… 155
7.3 架空輸電線路的雷擊跳閘率及防雷措施……………………………… 156
7.3.1 建弧率…………………………………………………………… 156
7.3.2 有避雷線輸電線路雷擊跳閘率的計(jì)算………………………… 157
7.3.3 輸電線路防雷的具體措施……………………………………… 157
7.4 發(fā)電廠和變電所的直擊雷保護(hù)………………………………………… 159
7.4.1 發(fā)電廠和變電所裝設(shè)避雷針的原則…………………………… 160
7.4.2 避雷針與電氣設(shè)備之間防雷的最小距離的確定……………… 160
7.4.3 裝設(shè)避雷針(線)的有關(guān)規(guī)定…………………………………… 161
7.5 變電所雷電侵入波過電壓保護(hù)………………………………………… 162
7.6 變電所進(jìn)線段保護(hù)……………………………………………………… 165
7.6.1 未沿全線架設(shè)避雷線的35kV 以上變電所的進(jìn)線段保護(hù)…… 166
7.6.2 35kV 小容量變電所的進(jìn)線段保護(hù)…………………………… 168
7.6.3 土壤高電阻率地區(qū)變電所的進(jìn)線段保護(hù)……………………… 168
7.6.4 全線有避雷線的變電所的進(jìn)線段保護(hù)接線…………………… 169
第8章 內(nèi)部過電壓………………………………………………………………… 170
8.1 工頻過電壓……………………………………………………………… 171
8.1.1 空載長線路的電容效應(yīng)………………………………………… 171
8.1.2 不對稱短路引起的工頻電壓升高……………………………… 173
8.1.3 甩負(fù)荷引起的工頻電壓升高…………………………………… 174
8.2 諧振過電壓……………………………………………………………… 175
8.2.1 線性諧振過電壓………………………………………………… 175
8.2.2 鐵磁諧振過電壓………………………………………………… 175
8.2.3 參數(shù)諧振過電壓………………………………………………… 177
8.3 切除空載線路過電壓…………………………………………………… 178
8.3.1 物理過程………………………………………………………… 178
8.3.2 影響因素和降壓措施…………………………………………… 180
8.4 合空載線路過電壓……………………………………………………… 181
8.4.1 發(fā)展過程………………………………………………………… 181
8.4.2 影響因素和限制措施…………………………………………… 184
8.5 切除空載變壓器過電壓………………………………………………… 185
8.5.1 發(fā)展過程………………………………………………………… 185
8.5.2 影響因素與限制措施…………………………………………… 187
8.6 斷續(xù)電弧接地過電壓…………………………………………………… 188
8.6.1 發(fā)展過程………………………………………………………… 188
8.6.2 防護(hù)措施………………………………………………………… 191
第9章 電力系統(tǒng)絕緣配合………………………………………………………… 194
9.1 絕緣配合的概念和原則………………………………………………… 194
9.1.1 絕緣配合的概念………………………………………………… 194
9.1.2 絕緣配合的原則………………………………………………… 194
9.2 中性點(diǎn)接地方式對絕緣水平的影響…………………………………… 196
9.3 絕緣配合慣用法………………………………………………………… 197
9.4 架空輸電線路的絕緣配合……………………………………………… 201
9.4.1 絕緣子串的選擇………………………………………………… 201
9.4.2 空氣間距的選擇………………………………………………… 204
第10章 電力設(shè)備的在線監(jiān)測與故障診斷……………………………………… 207
10.1 概 述…………………………………………………………………… 207
10.1.1 電力設(shè)備的絕緣故障及其危害………………………………… 207
10.1.2 在線監(jiān)測與狀態(tài)維修的必要性及意義………………………… 208
10.1.3 在線監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展概況及基本技術(shù)要求…………………… 210
10.2 在線監(jiān)測系統(tǒng)的組成和分類…………………………………………… 212
10.2.1 系統(tǒng)的組成……………………………………………………… 212
10.2.2 系統(tǒng)的分類……………………………………………………… 216
10.2.3 專家系統(tǒng)在故障診斷中的應(yīng)用………………………………… 216
10.3 GIS和高壓斷路器的在線監(jiān)測與故障診斷…………………………… 218
10.3.1 概 述…………………………………………………………… 218
10.3.2 高壓斷路器的監(jiān)測內(nèi)容………………………………………… 220
10.3.3 GIS絕緣故障的監(jiān)測與診斷…………………………………… 222
10.3.4 SF6氣體泄漏的檢測…………………………………………… 223
10.4 變壓器油中溶解氣體的監(jiān)測與診斷…………………………………… 223
10.4.1 油中氣體的產(chǎn)生………………………………………………… 223
10.4.2 油中溶解氣體的在線監(jiān)測……………………………………… 225
10.4.3 油中氣體分析與故障診斷……………………………………… 225
10.5 變壓器局部放電的在線監(jiān)測…………………………………………… 227
10.5.1 局部放電對絕緣劣化的影響…………………………………… 227
10.5.2 局部放電信號的監(jiān)測…………………………………………… 228
10.5.3 局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)………………………………………… 229
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………… 230