高电压与绝缘技术研究什么（高电压与绝缘技术的主要内容）

高电压与绝缘技术研究什么（高电压与绝缘技术的主要内容）高电压的产生高电压与绝缘技术是一门实践性很强的学科，因此各种类别例如冲击（包括雷电冲击和过电压冲击）、直流和工频交流等的高电压、大电流发生装置的研究及其测试技术也是本学科的基本内容之一。当前，我国已拥有北京、西安和武汉等高电压试验研究中心。其一是由雷电和雷击电力系统所引起的.称为大气过电压。研究大气过电压的成因及限制措施是高电压技术研究的主要内容之一，虽然人们对雷电的研究已有几十年的历史，但到目前为止，对雷电的成因、机理及其参数的认识还远未达到完善的境界。系统的另一类过电压是由系统内部的电磁能量转换所引起的.例如切合空载线路和系统参数配合不当而引起的谐振等，称为内部过电压，其幅值随输电电压的提高而上升，一般约为 2.0~4.5倍相电压，因此，随着输电电压的提高，内部过电压已逐渐成为具有决定意义的因素，对超高压电力系统尤为突出。研究内部过电压的成因及限制内部过电压的措施，研究新型的能够限制内

高电压与绝缘技术的主要内容

高电压与绝缘技术学科研究高电压的产生，在高电压下绝缘介质及其系统的特性，电气设备及绝缘，电气系统过电压及其限制措施，高电压试验技术，电磁环境及电磁污染防护，以及高电压技术的应用等，其主要内容可分为四部分;各类电介质在高电场下的特性，电气设备绝缘试验技术.电力系统过电压与绝缘配合，高电压技术在各个领域的应用等。

随着输电电压的提高，需要生产相应的高压电气设备，这就需要对各类绝缘电介质的特性及其放电机理进行研究，而其中对气体放电机理的研究是研究其他材料放电机理的基础。设备额定电压的提高使绝缘材料和绝缘结构的研空成为很重要的问题。当前，各种高抗电强度气体如六氟化硫（SF。）和各类有机高分子合成材料等新型绝缘材料的出现为制造高压电气设备提供了广阔的前途。再如利用SF。气体作为绝缘的变电所（GIS），已可使体积缩小至空气绝缘时的1/20。另外，用高性能的电力电缆向大城市进行地下送电已成为可能。

除设备以外，建设高压输电系统还面临着许多高电压技术课题，诸如高压输电线路的电举、不对称故障及输中线路电晕对通信的干扰、高压电磁场对周围环境和人体的影响，电力系统的过电压等。由力系统过电压是危害电力系统安全运行的主要因素之一，系统的过电压来自两个方面。

其一是由雷电和雷击电力系统所引起的.称为大气过电压。研究大气过电压的成因及限制措施是高电压技术研究的主要内容之一，虽然人们对雷电的研究已有几十年的历史，但到目前为止，对雷电的成因、机理及其参数的认识还远未达到完善的境界。系统的另一类过电压是由系统内部的电磁能量转换所引起的.例如切合空载线路和系统参数配合不当而引起的谐振等，称为内部过电压，其幅值随输电电压的提高而上升，一般约为 2.0~4.5倍相电压，因此，随着输电电压的提高，内部过电压已逐渐成为具有决定意义的因素，对超高压电力系统尤为突出。研究内部过电压的成因及限制内部过电压的措施，研究新型的能够限制内部过电压的避雷器（例如氧化锌避雷器）已成为建设超高压电力系统中面临的主要课题。

为了保证电力系统的安全运行，需对电气设备绝缘在过电压作用下的性能进行研究，以及对各类绝缘试验（包括耐压试验）技术进行研究。在高电压技术中，作用电压（包括各种电压和过电压）和绝缘是对立统一的。高电压靠绝缘支撑，电压过高又会使绝缘破坏，绝缘的破坏性放电使高电压消失。因而，对作用电压的研究和绝缘特性的研究是同时进行的，过电压和绝缘这对矛盾需要用技术经济的综合观点来处理。

电力系统的设计、建设和运行都要求工程技术人员在各种电介质和绝缘结构的电气特性、电力系统中的过电压及其防护措施、绝缘的高电压试验等方面具有必要的知识。事实上，有关绝缘的研究，包括在各种电压，不同条件下的绝缘性能，破坏性放电的过程、机理和影响因素，绝缘设计，绝缘结构。电场分析等已成为高电压技术领域丰富的内容和高电压与绝缘技术中主要理论建立的基础。

高电压与绝缘技术是一门实践性很强的学科，因此各种类别例如冲击（包括雷电冲击和过电压冲击）、直流和工频交流等的高电压、大电流发生装置的研究及其测试技术也是本学科的基本内容之一。当前，我国已拥有北京、西安和武汉等高电压试验研究中心。

高电压的产生

高电压可由一些物理现象自然形成，如雷电、静电等;也可以是为达到某种目的而人为产生，如高压静电起电机。图5-4所示是某户外式高电压发生装置。电力系统一般通过高电压变压器、高压电路瞬态过程变化等产生高电压。

一、雷电

雷闪是自然界中的大气火花放电现象。当带电的雷云之间或雷云与大地之间出现很高的电位差时，就会发生放电，放电会产生强烈的光和热，通道温度高达15 000~20 000℃，使空气急剧膨胀、震动，发出降隆声响，形成雷闪（雷击）。

雷击的电功率极大，雷电电流达100 kA.雷雨云电压达V左右，功率为kW。但是，雷的能量所持续的时间非常短，平均电能在300 kW·h左右。因此，把雷电转化为可利用能源的价值并不大。

1.雷电特性

对雷云生成和气体放电来说.有各种各样的影响因素，所以闪电放电是一种随机现象表征其特征的参数也具有随机性。人们用雷暴日数——平均每年有雷闪的天数来表示雷闪放电的频繁程度;用地面落雷密度表示每一雷暴日每平方千米地面的落雷次数;用雷电流峰值表示雷电的强烈程度;用雷电流脉冲的波前时间、半峰值时间——脉冲从零开始升到峰值再降到半峰值的时间表示雷电流的变化快慢。

2.雷电过电压

雷闪直接击中设备的带电导体或接地金属部分时产生的过电压称为直击雷过电压。雷闪击中带电导体（如架空输电线）称为直接雷击，它可能使带电导体对接地部分产生放电。雷闪击中接地部分（如输电线路铁塔）时，强大的雷电流流经地的部分的电阻、电感，使其地电位升至很高.同时有可能反过来对设备地带电部分放电.这种雷击称为反击。

雷闪击中设备附近地面，雷云中电荷与大地中积聚的电荷中和放电时，由于空间电磁场急剧变化而使设备感应出的过电压称为感应雷过电压。感应雷过电压主要发生在架空输电线路上，其峰值一般不超过300~400 kV。

3.雷电的危害

雷电可能危害人及家畜，损坏建筑物、设备和电气系统，因此需采取防护对策。

雷由对人备的危害来自雷电直击或"跨步电压"。当雷击中地面物体时，强大的电流使地面不同位置的电位有明显的差别.人行走时两腿间将会有电压作用.这就是跨步电压。跨步电压过高时将会危及人身安全。

雷电过电压会损坏电气系统，影响系统的正常运行。雷电还会危害高建筑物、通信线路、天线、飞机、船舶、油库等的安全。

二、静电

1.静电充电

当两种物质（其中至少一种是绝缘材料）发生直接接触，特别是发生相互摩擦时，在其界面会产生电荷转移，正、负电荷相对排列形成双电层。这时若将两种物质分离，会使它们分别带有异号、等量的电荷。与此同时，尽管因传导或泄漏会使电荷减少.但两种物质上总会积聚或强或弱的静电，这种现象称为静电充电。不仅人体活动（包括行走、坐在椅子上的人起立 、人穿脱化纤衣服等）时会发生静电充电现象.加工塑料零件时，纸卷或剪料薄膜卷转动时，绝缘液体在管道中流动时，粉体输送，过筛时，油漆略雾时，火箭喷气时，飞行物体与空气摩擦时，甚至在超市推购物车时都会出现静电充电现象。

2.静电放电

静电充电的人体或物体与大地之间，或物体相互之间将出现电位差，并可能引起放电。静电放电脉冲电流的脉冲上升时间约1~5ns，脉宽约150 ns.电流峰值约1~50A。

3.静电的危害

当充有静电的人体或物体产生脉冲放电时，放电火花可能引起火灾或爆炸。静电放电时，极快的电压、电流变化及相应的电场、磁场的变化，还会使电气设备性能下降，或出现非期望响应，而且有可能损坏电子器件，组件。防护措施是穿用导电性纤维或用防静电剂处理的防静电工作服、工作鞋、佩带人体接地腕带，必要时地面作导电化处理。

不同固体接触、分离过程中产生的静电，还会引起生产过程中的胶片感光，纤维缠结。印刷纸张不齐等问题。为降低这些不利影响，应尽量减少接触面积和接触压力，分离速度要小，接触状态不要急剧变化。

三、高电压发生装置

高电压发生装置是能够产生高电压的设备，通常有发电机、电力变压器以及专门的高电压发生装置。

1.交流高电压发生装置

交流高电压发生装置包括工频试验装置、串联谐振试验装置和超低频试验装置。2.直流高电压发生装置

直流高电压发生装置的应用广泛，除用于电气设备的试验、研究外，还可用作带电粒子加速器、电子显微镜、X射线机、静电除尘器等的直流高电压电源。

直流高电压通常是由交流电压整流而来，所以直流高电压设备的主要部件是高压变压器T、硅整流器V和电容器C，采用半波、全波或桥式整流电路获得直流高电压。

3.冲击电压电流发生装置

冲击发生装置包括冲击电压装置和冲击电流装置。

冲击电压装置用于产生人工模拟的雷电冲击或操作冲击电压。常用的冲击电流装置以电容器为储能元件，可用于试验避雷器等电气设备，还可用于产生等离子体、进行受控核聚变研究、产生液电效应等。

高电压绝缘与电气设备

对电气设备，如发电机、变压器、断路器、电容型设备、架空输电线路、电缆、气体绝缘金属封闭组合电器（GIS）的绝缘结构，要考虑材料选用、结构设计和工艺过程三个方面。这就需要根据材料科学、高电压技术物理基础理论、电磁场计算试验技术、绝缘特性、力学、绝缘材料工艺技术等多方面的知识，合理解决电气设备的绝缘结构问题，确保电气设备的经济合理和安全运行。

绝缘的作用是将电位不等的导体分隔开，从而都能保持各自的电位。因此绝缘是电气设备结构中的重要组成部分，具有绝缘作用的材料称为电介质（绝缘材料），这些材料构成了电气设备的绝缘结构。绝缘常常是电气设备的薄弱环节，是运行中不少设备事故的发源地，当作用电压超过临界值时，绝缘将被破坏而失去绝缘作用。工作电压越高，绝缘的费用在设备成本中所占比例将越大，设备的体积和质量也越大，如不采用新技术，甚至将无法构成设备绝缘。研究绝缘，改善绝缘，不仅是经济问题，更是安全问题，因而努力采用先进技术，既经济合理又安全可靠地解决各种高压电气设备的绝缘问题显得十分重要。

电气设备绝缘除应能耐受正常工作电压的长期作用以外，还必须能耐受过电压的作用。为确保电气设备能安全可靠地运行，一方面应分析过电压的幅值、波形等参数，采取有效措施降低或限制作用于设备的过电压；另一方面应设法保证及提高绝缘结构的耐受电压。这两方面构成高电压与绝缘技术的主要内容，而后一方面，包括如何提高设备绝缘的耐受电压、设计出先进的绝缘结构、引用新型绝缘材料、改进制造工艺等是高电压绝缘研究的主要内容。

一、绝缘材料及其发展

绝缘材料用于使不同电位的导电部分隔离，其电导率约在10~S/m以下。不同的电气设备中，根据需要，绝缘材料往往还起着储能、散热、冷却、灭弧、防潮、防霉、防腐蚀、防辐照、机械支承和固定、保护导体等作用。

1.绝缘材料的分类和性能

绝缘材料种类很多，可分为气体、液体、固体三大类。常用的气体绝缘材料有空气、氮气、六氟化硫等。液体绝缘材料主要有矿物绝缘油、合成绝缘油（硅油、十二烷基苯、聚异丁烯、异丙基联苯、二芳基乙烷等）两类。固体绝缘材料可分有机、无机两类。有机固体绝缘材料包括绝缘漆、绝缘胶、绝缘纸、绝缘纤维制品、塑料、橡胶、漆布漆管及绝缘浸渍纤维制品、电工用薄膜、复合制品和黏带、电工用层压制品等；无机固体绝缘材料主要有云母、玻璃、陶瓷及其制品。相比之下，固体绝缘材料品种多样，也最为重要。

不同的电气设备对绝缘材料性能的要求各有侧重。高压电气装置如高压电机、高压电缆等用的绝缘材料要求有高的击穿强度和低的介质损耗；低压电器则以机械强度、断裂伸长率、耐热等级等作为主要要求。

绝缘材料的宏观性能如电性能、热性能、力学性能、耐化学药品、耐气候变化.耐腐蚀等性能与它的化学组成，分隔结构等有密切关系。无机固体绝续材料主要是由矿，硼及多种金属氧化物组成，以离子型结构为主，主要特点为耐热性高，工作温度一般大于180℃，稳定性好，耐大气老化性、耐化学药品性及长期在电场作用下的老化性能好;但脆性高.耐冲击强度低，耐压高而抗张强度低，工艺性差。有机材料般为聚合物，平均分子量在10'~10°之间. 其耐热性通常低于无机材料，含有芳环、杂环和硅、钛、氟等元素的材料其耐热性则高于一般线链形高分子材料。

影响绝缘材料介电性能的重要因素是分子极性的强弱和极性组分的含量。极性材料的介电常数、介质损耗均高于非极性材料，并且容易吸附杂质离子增加电导而降低其介电性能，故在绝缘材料制造过程中要注意清洁，防止污染。电容器用电介质要求有高的介电常数以提高其比特性。

2.绝缘技术的发展

最早使用的绝缘材料为棉布，丝绸。云母、橡胶等天然制品。在 20世纪初.工业合成塑料酚醛树脂首先问世，其电性能好，耐热性高。以后又相继出现了性能更好的脲醛树脂、醇酸树脂。三氯联苯合成绝缘油的出现使电力电容器的比特性出现了一次飞跃（但因有害人体健康，后已停止使用）。同期还合成了六氟化硫。

20世纪30年代以来人工合成绝缘材料得到了迅速发展，主要有缩醛树脂.氯工橡胶聚氯乙烯、丁苯橡胶、聚酰洗胺、三聚氰胺、聚乙烯及性能优异称之为塑料王的聚四氟乙烯等。这些合成材料的出现对电工技术的发展起了重大作用。如.缩醛漆包线用于电机.使其工作温度和可靠性提高，而电机的体积和重量大大降低;玻璃纤维及其编织带的研制成功及有机硅树脂的合成又为电机绝缘增加了H 级这个耐热等级。

20世纪 40年代以后不饱和聚酯、环氧树脂问世。粉云母纸的出现使人们摆脱了片云母资源伤多的困境。20世红50年代L以来，L以合成树脂为基的新材料很到l了广泛应用 如不饱和聚酯和环氧树脂等绝缘胶可供高压电机线圈浸渍用。聚酯系列产品在电机槽衬绝缘。漆包线及浸渍漆中的使用，发展了E级和 B级低压电机绝缘，使电机的体积和重量进一步下降。六氟化硫开始用干高压电器，并何习向大容量小型化发展.新略器的空气年绝缘及变压器的油和纸绝缘部分地被六氟化硫所取代。

20世纪 60年代含杂环和芳环的耐热树脂得到了大发展，如聚酰亚胺、聚芳酰胺、聚芳砜、聚苯硫醚等属 H级及更高耐热等级的材料。这些耐热材料的合成为以后发展F级、H级电机创造了有利条件。聚丙烯薄膜在这一时期也成功地用于电力电容器。

20世纪70年代以后.主要是对已有绝缘材料进行各种改件性及打大应用范。对矿"物绝缘油采用新方法精制以降低其损耗;环氧云母绝缘在提高其机械性能和实现无气隙以提高其电性能方面做了很多改进。电力电容器由纸膜复合结构向全膜结构过渡;1 000 kV级特高压申力电缆开始研究用合成纸绝缘取代传统的天然纤维纸。无公害绝缘材料自 20世纪 70年代以来也发展很快，如以无毒介质异丙基联苯、酯类油取代有毒介质氯化联苯、无溶剂漆的扩大应用等。随着家用电器的普及，因绝缘材料着火而导致重大火灾事故屡有发生，所以对阻燃材料的研究引起了重视。

绝缘材料的研制和开发的水平是影响和制约高电压技术发展的关键因素之一。从今后趋势来看，要求发展耐高压，耐热，无溶剂无公害绝缘，复合绝缘，耐腐蚀、耐水、耐油、耐深冷、耐辐照及阻燃材料.发展节能材料。重点是发展用于高压大容量发电机的环氧云母绝缘体系;中小型电机用的F、H级绝缘系列;高压输变电设备用的六氟化硫气态介质;取代氯化联苯的新型无毒合成介质;高性能绝缘油;合成纸复合绝缘;阻燃性橡塑材料和表面防护材料等，同时要积极加速传统电工设备用绝缘材料的更新换代。

二、电气设备的绝缘

电气设备中使用的绝缘有气体、液体和固体绝缘，或把它们构成组合绝缘使用。金属导体加高电压在长时间通电流使用时性能几乎不劣化。但带高压的绝缘体多为高分子材料，随着加压时间延长，绝缘性能有下降倾向。因此，高电压系统对提高绝缘材料的长期特性、绝缘设计合理化和运行中电机电器的绝缘诊断等理论和技术都有很高的要求。

1.发电机

发电机是将机械能转变成电能的机械，发电机绕组通常采用环氧粉云母带作绝缘。

2.变压器

变压器是根据电磁感应定律.将交流电变换为同频率不同电压交流电的电气设备。电力变压器主要采用油-纸绝缘，近年来也开始发展树脂固体绝缘和六氟化硫其他绝缘的变压器。

3.断路器

断路器是能接通、分断线路正常工作电流，并在电路异常时分断故障电流的机械式开关电器。按灭弧介质的不同，可将断路器分为油断路器、空气断路器、六氟化硫断路器和真空断路器等。

4.电容型设备

为了将处于高电压位的导体从电气设备或建筑物中引出，需要采用套管。对较高电压（例如110 kV以上）的套管必须采取均压措施，即在绝缘体内增设一些均压极板，这种套管称为电容套管。这些设备以及电力电容器通常称为电容型绝缘设备，它们主要采用油-纸绝缘。

5.架空输电线路

架空输电线路是用绝缘子将输电导线固定在立于地面杆塔上的一种输电线路。对电压等级较高的输电线路，因导线表面电场强度较高，容易产生电晕，增加能量损耗，并形成电磁污染。这时须采用分裂导线.即将一根导线用几根电位相等 但相互间有，一定间隙的导线代替，这样可以提高输电线路的电晕起始电压。

6.地下输电线路

敷设在地下、用于传输电能的导线称地下输电线路，多用于城市居民区或需要跨越河流、海峡等架设架空输电线路有困难的地区。实用的地下输电线路是电力电缆，电力电缆是将绝缘的导电线芯置于密封护套中构成的绝缘导线。

7.气体绝缘金属封闭组合电器

气体绝缘金属封闭组合电器是按照变电所的主接线要求，将包括断路器、隔离开关、互感器 避雷器，母线 出线套管等在内的电器元件，组装在接地金属外壳内的组合电器上。外壳内充有表压为0.4~0.5 MPa 的六氟化硫气体.作为绝缘和灭弧介质。

高电压试验技术

随着电力系统电压等级的不断提高，绝缘成为电气设备中的薄弱环节。当由于某一部分设备绝缘遭到损坏而引起事故时，电力系统就不能安全可靠运行，给国民经济造成巨大损失。电气设备只有具有经济可靠的绝缘结构.才能够可靠地工作。首先必须掌握各类绝缘材料在电场作用下的电气性能，尤其是在强电场中的击穿特性及其规律，而对气体放电机理的研究是研究其他绝缘材料放电机理的基础。另外，电气设备耐受电压的能力将决定其是否能宏全可靠地运行。高电压试验是研究击穿机理、影响因素、电气强度以及检验电气设备耐受水平的最好方法，应对电气设备的绝缘进行试验，消除隐患，防患于未然。为此，就必须掌握电力系统绝缘常规试验的原理和方法以及产生交直流冲击高电压的基本方法和设备及测量手段。

一、液体和固体介质的绝缘强度

绝缘介质除气体外，还有液体、固体。液体绝缘介质，除了做绝缘外，还常做载流导体或磁导体（铁心）的冷却剂，在开关电器中可用作灭弧材料。固体介质可作为载流导体的支撑或作为极间屏障，以提高气体或液体间隙的绝缘强度。因此，对液体、固体物质结构以及它们在电场作用下所产生的物理现象进行研究，能使我们了解并确定它们的电气强度及其他性能。在今后的学习中，高电压技术将通过介绍液体、固体介质的电气性能和击穿机理以及影响其绝缘强度的因素，使学生了解判断其绝缘老化或损坏程度，合理地选择和使用绝缘材料。研究绝缘材料在电场作用下的物理现象是高压电气设备绝缘的基础知识。

二、电气设备绝缘试验

工程上的电介质在电场作用下的主要物理现象如极化、电导、损耗和击穿等现象，不能从理论上得到圆满的解释，这样在很大程度上要依靠试验技术进行解释和判断。同时，为了保证电气设备的安全运行.需对设备进行各种试验。通过试验，掌握电气设备绝缘的情况保证产品的质量或尽早发现绝缘缺陷，从而进行相应的维护与检修，防患于未然，以保证设备的安全运行。电气设备的出厂试验、安装时的交接试验和运行中定期进行的预防性试验，都是为了这一目的。

电气设备的绝缘缺陷一般可分为两类∶第一类是集中性缺陷。这是指电气设备在制造过程中形成的绝缘局部缺损（例如，固体介质中内含气泡、杂质等）;在运输或运行中绝缘受到局部损伤，如电缆中含有气泡发生局部放电而损坏;由机械损伤而受潮等。这一类绝缘缺陷在一定条件下会发展扩大，波及整体。第二类是分布性缺陷。这是指高压电气设备整体绝缘性能下降，如电机、变压器等绝缘全面受潮、老化、变质等。

绝缘内有了缺陷后，其特性往往要发生变化。因此，可以通过试验测量绝缘的特性及其变化，把隐藏的缺陷查出来，以判断绝缘状况。高压绝缘的试验方法很多.可分为两类;一类是非破坏性试验，或称为检查性试验、特性试验。它是指在较低电压下或用其他不损伤绝缘的方法来测定电气设备绝缘的某些特性及其变化情况，如测量绝缘电阻、电容比值、介质损耗因数等参数，以间挖判断绝续状态.从而判断在加工制造过程和运输过程中出现的的缘制陷。

另一类是破坏性试验，或称为耐压试验。它是模拟设备在运行过程中实际可能碰到的危险过电压状况，对绝缘加上与之等价的高电压来进行试验，从而考核绝缘的耐压强度。这类试验对绝缘的考核是严格的，能揭露那些危险性较大的集中性缺陷，它能保证绝缘有一定的水平或裕度，但在试验中可能对绝缘造成损伤或击穿，因而称之为破坏性试验。

为了避免在试验中损坏设备，破坏性试验是在非破坏性试验之后进行的。如果在非破坏性试验时已发现绝缘有不正常情况存在.则须查明原因并消除后.方可进行耐压试验。由于放电理论不够完善.还不能从检查性试验中排导得出绝缘的击穿电压是多少.因此以须进行耐压试验，才能最终判断电气设备能否继续投入运行，所以，两者是相辅相成的。

随着电力系统电压等级的不断提高，各种非破坏性试验如带电试验法、非电量测试法等得到了很快发展。对于综合判断设备的绝缘状况、及时发现绝缘缺陷是极为有利的，可以提高综合判断的可靠性。

非破坏性试验的方法很多，如测量绝缘电阻及泄漏电流，介质损耗，局部放电。色谱分析、X射线及超声波探测绝缘缺陷等。各种方法对不同的绝缘材料和结构形式的有效性各不相同，能够判断的绝缘缺陷也各不相同。在具体判断某一电气设备的绝缘状况时，应根据多种非破坏性试验的结果，注意与历史资料并与同类设备进行比较，才能进行综合判断，才能较为确切地判断绝缘缺陷。电气设备绝缘试验主要包括以下方面;绝缘电阻及吸收比的测量;泄漏电流的测量;介质损失角正切值 tan δ的测量;局部放电的测量;绝缘油的色谱分析;工频交流耐压试验;直流耐压试验;冲击高压试验;电气设备的在线监测技术等。

三、高电压试验设备

为了检验电气设备绝缘在运行中的可靠性，需要有能产生各种类型电压的试验电源，如交流、直流、冲击高电压发生装置等，还要有能测量这些电压数值或波形的装置，如高压电压表、高电压分压器、示波器及数字采集系统等。

为进行断路器遮断电弧能力的实验，需要有大容量的交流电流试验设备，如冲击发电机、振荡电路、合成试验回路等。为研究避雷器在雷电流通过时的特性，需要能产生大电流的冲击（包括方波）电流发生装置，以及相应的测量仪器如分流器、罗戈夫斯基线圈等。

1.高电压分压器

直接测量高电压比较困难，可以设法将高电压转换成低电压，然后由低电压仪器、仪表如静电电压表、峰值电压表或示波器、数字化测量装置测量。高电压分压器是将输入的高电压转换为低电压输出的测量仪器。高电压试验中常用的分压器，分压器是高电压试验中必备的测量设备。

2.数字化测量装置

数字化测量装置是由计算机程序控制、采集模拟信号，将其量化为数字信号，并具有存储、处理 显示和输出功能的测量装置。将数字化测量装置与高电压分压器配合使用.可以使测量及分析十分方便。

由于采用了计算机和数字化技术，数字化测量装置可具备以下功能∶

①信号存储和记忆;

②信号处理和分析;

③遥控遥测及测试自动化;

④记录触发前过程;

⑤一次记录过程中可改变采样频率。

数字式局部放电检测系统，该系统采用现代电子和计算及综合技术，实现了信号放大、滤波、数据采集、图形显示、图形分析、实验报告的自动生成功能，最终完成对电力设备局部放电的测量和分析。用"红外线传送测试数据"的通用型钳形表，完全绝缘，保证安全，采用独特钳入技术，按压即可钳入，退拔即可退出，使用方便。

四、电气设备诊断及在线监测

对电气设备进行实验和各种特性测量，了解其特征，评估设备状态，及时发现故障，这种技术称为电气设备诊断技术（Diagnostic Technique）。

电气设备诊断过程包括：

①通过传感器及必要的测量手段，检测能表征设备状态的各种特性，得到初始模式;

②对原始信号进行分析处理（数据处理），抑制于扰，去除冗余，提取出能敏感而有效地反映设备运行状态的特征参数，形成待检模式;

③将待检模式与样板模式（根据理论知识 运用经验 试验研究以及积累的故随档案确定）对照.识别故盛模式；

④根据多种特征识别的结果，综合分析，判断设备状态，并对发展趋势进行预测，从而提供故障预警，为下一步设备维修决策提供根据。

诊断的方式可以根据设备的特征来推断设备的状态，由此可分为∶逻辑诊断，，模糊诊断和统计诊断。也可将待检模式与样板模式对比，对电气设备进行判断，给出诊断结论。根据所用样板模式的不|回，回将诊断分为四种方法∶圆值诊断，时域波形诊断，频率特性诊断和指纹诊断。

目前电气设备诊断技术中还可以应用人工神经网络、模糊数学、专家系统等现代计算机控制技术，并可采用在线监测技术，经由传感器、数字采集装置采集信号，并通过计算机分析、储存和判断绝缘状态，及时发出故障预警。

信号检测单元的关键部件是传感器，用来接收反映设备状态的各种量.并转换为电信号.以便于后续的放大，滤波，传输 采集和处理。数据采集是将连续变化的电信号转换为离散的数字信号。数据处理的作用是抑制干扰.提取信号特征。数据处理单元应具有一般（对比较通用的问题）及特殊分析处理能力，并能以文字和/或图形显示。

例如，对大型发电机绝缘，根据在线监测结果进行的诊断主要有;局部放电，局部过热，氢气冷却系统和转子绕组匝间短路等;对变压器绝缘，根据在线监测进行的诊断主要有∶局部放电，油中溶解气体和电容套管介质特性;对电容型绝缘，根据在线监测进行的诊断主要有∶介质损耗因数 tan δ，绝缘电流值的变化 △l/.绝缘电容量的变化AC/C等。

电力系统过电压及其防护

电力系统中各种电气设备的绝缘在运行过程中除了长期受到工作电压的作用（要求它能长期耐受，不损坏、也不会迅速老化）外，由于种种原因还会受到比工作电压高得多的电压的作用.会百接危害到绝缘的正常工作，造成事故。这种对绝缘有危险的电压升高和电位差升高称为"过电压"。

一般地讲，过电压都是由于系统中的电磁场能量发生变化而引起的。究其原因，这种变化可能是由于系统外部突然加入一定的能量（例如雷击导线，设备或导线附近的大地）而引起的;或者是由于电力系统内部，当系统参数发生改变时，电磁场能量发生重新分配而引起的。因此可将过电压做如下分类：

由于电力系统中有电场惯性元件（电容）和磁场惯性元件（电感），当进行开关操作时（包括正常操作和事故操作），电力系统就会由一种稳定状态过渡到另一种稳定状态，系统元件的电磁场能量要进行重新分配，这是振荡过程。当系统参数配合不当时，就会出现很高的过电压，一般称为电力系统的操作过电压或稳态过电压。因此电力系统中除了出现由于大气环境中雷电放电所引起的外部过电压，还会由于自己内部原因引起内部过电压，内部过电压又分暂时过电压和操作过电压，这些也是高电压技术讨论的内容。

不论哪种过电压，它们持续时间虽较短（谐振过电压有时较长），但其数值较高，可能使电力系统（或电气设备）的正常运行受到破坏，使设备绝缘受到威胁。因此为了保证系统安全、经济地运行，必须研究过电压产生的机理及其发展的物理过程、影响因素，从而提出限制过电压的措施，以保证电气设备能正常运行和得到可靠地保护。

电力系统中各元件都是通过导线连接成一个整体，而电力系统中的过电压绝大多数是发源于输电线路，在发生雷击或进行开关操作时，线路上都可能产生以流动波形式出现的过电压波。因此研究线路及绕组中的波过程、波的折射和反射等，分析高压线路上波的传播引起的冲击电晕对线路波过程的影响，变压器绕组中的波过程.旋转电机绕组的波过程等 是研究电力系统过电压及其防护的基础。

对电力系统的过电压必须采取措施，防止它的产生或限制它的数值。常用的限制措施有∶装雷针、减宣器，调整线路参数，装设并联电抗器，j静 止无功补偿器，在操作断路器触斗上装设并联电阻，以及用快速继电保护减小工频电压的升高及其持续时间等。

防雷及防雷设备

电力系统中的大气过电压主要是由雷电放电所造成的。为了对大气过电压进行计算和采取合理的防护措施，必须掌握雷电的电气参数。多少年来，人们对雷电进行了长期的观察和测量，积累了许多有关雷电参数的资料，但直到现在，对雷电发生发展过程的物理本质尚未完全掌握。不过，随着对雷电活动研究的不断深入，雷电参数必将得到不断的修正和补充。使之更符合客观实际。

一、避雷针

为防止建筑物或设备遭受直接雷击，通常采用装设高于被保护物的避雷针（或避雷线）的办法，其作用是将雷电吸引到避雷针上并安全地将雷电流引入大地，从而遮蔽了被保护建筑物或设备，它的保护范围是个锥体，其半径与避雷针高度有关。通过研究雷击时雷电流的等值电路和计算雷电流的幅值，可计算避雷针和避雷线的保护范围。

二、避雷器

避雷针（线）是防止雷直击电气设备的保护装置，但由于各种原因，如绕击、反击或受条件限制未装避雷针（线）.电气设备仍会有被雷击的可能。此外当雷击线路和线路附近的大地时，在输电线路上有过电压产生，它们将以流动波的形式，沿线路传到变电站内，危及绝缘薄弱的地方或变电站内的贵重设备。因此为了保护电气设备必须安设防止流动过电压的装置，这种保护设备就是避雷器。 当系统中出现过申压时，避雷器的作用是既要限制过申压以保护电气设备不受过电压的损害，又要保证不会跳闸停电保证可靠运行。避雷器的种类有管型避雷器和阀型避雷器。

近年来，由于微机、集成电路等半导体以高密度配置，家用电器和办公电器产品向小型化、高性能化发展，并能够以微弱的电压工作。如果这样的产品受到雷电过电压的危害，轻则工作失灵，重则会被永久性损坏。造成经济损失。雷电冲击波的侵入被认为是从低电压配电线路、电话线、电视天线、信号线 避雷针或接地系统侵入。建筑内信息系统与电气产品为了群雷应安装适当的避雷器或防雷变压器，现代律筑物.特别是智能建筑物均应采取有效的雷电防护措施。

三、输电线路和发电厂、变电所的防雷保护

发电厂、变电所特别是高压大型变电所是多条线路的交汇点和电力系统的枢纽，如果发生雷击事故，将造成大面积停电，严重影响国民经济和人民生活。

由于输电线路长度大，分布面广，地处旷野，易受雷击。据调查统计表明，因雷击线路造成的跳闸事故占电网总事故的60%以上。同时，雷击线路时自线路入侵变电所的雷电波也是威胁变电所的主要因素，所以输电线路的防雷保护，尤其是发电厂和变电所的防雷保护必须是十分可靠的。

输电线路防雷性能的优劣主要由耐雷水平及雷击跳闸率来衡量，线路防雷问题是一个综合技术经济问题，在确定防雷措施时，应根据线路的电压等级、负荷性质、系统运行方式、雷电活动的强弱等经过技术经济比较来确定。