《清華大學電氣工程系列教材:高電壓試驗技術》

《清華大學電氣工程系列教材:高電壓試驗技術》

《高電壓試驗技術(第3版)》可作為高電壓及絕緣技術專業的專業教材,還可供電力系統和電工製造部門的工程技術人員和研究人員參考。高電壓試驗技術又與脈衝功率技術、雷射技術、高壓加速器和高能物理等技術密切相關。

基本信息

內容簡介

為此在《高電壓試驗技術(第3版)》的編寫中,作者儘量做到取材豐富,內容翔實。《高電壓試驗技術(第3版)》前8章講述高電壓試驗設備及相應的測量裝置,內容包括交流高壓、直流高壓、雷電衝擊電壓、操作衝擊電壓和衝擊電流的測試。第9,10兩章分別敘述介質損耗和介質內部局部放電的測量。第11章專門討論高電壓實驗室設計中的一些技術問題。《高電壓試驗技術(第3版)》著重講清試驗設備和測量裝置的工作原理,並提供設計和選擇這些設備與裝置的方法,同時還介紹了最新的國家標準和IEC的有關規定。

作者簡介

張仁豫,清華大學教授,博士生導師。1949年畢業於清華大學電機工程系。清華大學建立高電壓專業和高電壓實驗室主要領導人之一。與北京電錶廠協作研製成500kV靜電電壓表和0.1級自校式直流電阻分壓器,分別獲得1986、1987年北京市科技進步三等獎。與大連電瓷廠協作,研製成小尺寸、高強度懸式瓷絕緣子,解決了國內超高壓線路之急需。20世紀80年代首先研製成棒型懸式矽橡膠合成絕緣子系列產品,轉讓技術後產品在國內線路大量套用,成果優異,獲1997年國家科技進步二等獎。對沿污染介質表面放電過程進行全面研究,在理論上有新發現,在實踐上有好效果,獲1992年國家教委科研進步甲類一等獎,1993年國家自然科學三等獎,1992年國家科技進步三等獎。1992年獲國務院特殊津貼,1997年獲北京市普通高校教學成果一等獎及國家級教學成果特等獎。1999年獲何梁何利基金科學與技術進步獎。在國內外期刊上發表學術論文50餘篇。除主編《高電壓試驗技術》外,還主編了《絕緣污穢放電》教材。
陳昌漁,清華大學教授。1955年畢業於清華大學電機系。曾兩屆擔任清華大學教材委員會委員。1989年訪問荷蘭Eindhoven大學,1994-1995年在美國南加州大學訪問工作。合作的科研項目於1987年獲北京市科技進步三等獎,1991年獲部委級科技進步一等獎。曾五次獲校級科技及教學獎。2000年主編《中國電力百科全書(第二版) 電工基礎卷》。2003年合編教材《高電壓工程》
王昌長,清華大學教授。1954年畢業於清華大學電機系。長期從事高電壓技術,電力設備線上監測,可靠性評估的教學和科研工作。主編《電力設備線上監測與故障診斷》教材,參編專著《電氣設備狀態監測與故障診斷技術》和《電絕緣診斷技術》等4本。兩次訪問美國南加州大學並參加合作研究。發表論文50餘篇。曾獲部委級科技獎等10餘項。

目錄

前言
第1章交流高電壓試驗設備
1.1概述
1.2高電壓試驗變壓器的結構型式及主要參數
1.3串級高壓試驗變壓器
1.4高電壓試驗變壓器的調壓裝置
1.5試驗變壓器輸出電壓的升高及波形畸變
1.6交流高壓串聯諧振試驗設備
1.7用高壓試驗變壓器產生操作衝擊波的方法
思考題
習題
參考文獻
第2章交流高電壓的測量
2.1概述
2.2測量球隙
2.3靜電電壓表
2.4高壓交流分壓器及充氣標準電容器
2.5峰值電壓表
思考題
習題
參考文獻
第3章直流高電壓試驗設備
3.1概述
3.2高壓矽堆
3.3矽堆的電壓分布和均壓措施
3.4倍壓電路
3.5直流高壓串級發生器
3.6小型化的直流高壓串級發生器
思考題
習題
參考文獻
第4章直流高電壓的測量
4.1概述
4.2電阻分壓器
4.3橋式電阻分壓器
4.4測量系統的比對和校準
思考題
習題
參考文獻
第5章衝擊電壓發生器
5.1發生器的功用和衝擊電壓波形
5.2衝擊電壓發生器的基本原理
5.3發生器放電迴路的數學分析
5.3.1基本迴路的分析
5.3.2簡化迴路的近似計算分析.,
5.3.3考慮電感作用後的簡化迴路分析
5.3.4通過電腦程式計算發生器放電迴路
5.4衝擊電壓發生器的充電迴路
5.5衝擊電壓發生器的同步
5.5.1中間球隙過電壓狀態分析
5.5.2改善發生器同步性能的措施
5.6衝擊電壓發生器的波形振盪
5.6.1阻尼條件的分析
5.6.2尋求發生器電感L和雜散電容C.的方法
5.7衝擊電壓發生器的結構
5.8衝擊電壓發生器設計計算舉例
5.9產生截斷波的方法
5.10產生操作衝擊波的方法
5.11陡波前衝擊電壓的產生
思考題
習題
參考文獻
第6章衝擊高電壓的測量
6.1概述
6.2用球隙測量衝擊電壓的特點
6.3衝擊高電壓分壓器
6.3.1衝擊高壓分壓系統的構成
6.3.2衝擊測量系統的轉移特性
6.3.3各類衝擊分壓器概述
6.3.4電阻分壓器
6.3.5電容分壓器
6.3.6阻容串聯分壓器
6.3.7微分積分測量系統
6.3.8衝擊測量系統的性能試驗和校準
6.4高壓示波器
6.5數字存儲示波器
6.5.1發展及套用
6.5.2基本原理
6.5.3主要技術指標
6.5.4DSO套用於高電壓測試申的基本技術指標和注意事項
6.6高電壓測試的抗干擾措施
6.6.1電磁干擾的主要來源和防止措施
6.6.2抗干擾綜合措施實例
6.6.3衝擊測量系統的干擾試驗
6.7光電測量系統
思考題
習題
參考文獻
第7章衝擊電流發生器
7.1概述
7.2衝擊電流發生器的基本原理
7.3衝擊電流發生器的結構
7.4衝擊電流發生器的電流幅值和波形的調節
7.4.1線性阻抗元件的電路
7.4.2含有非線性電阻元件的電路
7.5衝擊電流方波發生器
7.6衝擊電流發生器的恆流充電
7.6.1採用恆流源充電的必要性
7.6.2LC恆流源的基本原理
7.6.3恆流充電裝置的實例
思考題
習題
參考文獻
第8章衝擊電流的測量
8.1概述
8.2分流器
8.2.1對分流器的性能要求
8.2.2分流器的幾種結構形式
8.3羅戈夫斯基線圈
8.3.1羅戈夫斯基線圈測量電流的原理和特點
8.3.2兩種積分方式的羅戈夫斯基線圈
8.3.3羅戈夫斯基線圈的結構
8.4衝擊電流測量系統的性能試驗
思考題
……
第9章高電壓下介質損耗和電容的測量
第10章局部放電測量
第11章高電壓實驗室
附錄A附表
附錄B3-5階衝擊放電迴路的電壓象函式表達式
附錄C衝擊電壓發生器的放電迴路計算程式
附錄D衝擊電流發生器的放電迴路計算程式
附錄E衝擊電流發生器放電迴路中包含有非線性電阻的計算程式
習題答案
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前言

試驗技術對自然科學的重要性是眾所周知的。高電壓技術的研究對象是各種形態的高電壓和各種性能的介質,需要各種高電壓的測試設備來研究各種介質在各種高電壓下的物理現象。儘管幾十年來高電壓技術已有了很大發展,但是,關於介質擊穿的一些機理,還不是很清楚,許多實際問題需要依靠試驗來解決。由於試驗技術對高電壓技術如此重要,以及它所使用的一些手段的特殊、內容的豐富和技術的複雜,它已成為高電壓技術領域中的一個重要方面。
本書內容包括試驗設備和測量技術兩個方面,並介紹了我國高電壓試驗技術最新版的國家標準和國際電工委員會的相關推薦標準。對於某些產品試驗的特殊要求,在工作需要時,可通過學習產品試驗規程來解決。本書內容還涉及電力系統中預防性試驗所用到的重要設備、儀器和試驗方法。至於預防性試驗的具體要求和結果分析,在高電壓絕緣課中講解。
本書在編寫過程中,對測試設備的工作原理力求講解清楚,同時也提供許多生產實際知識,如測試設備的設計和選擇方法,學完本書後,應能掌握高電壓試驗技術的基本原理和一般的試驗方法。並掌握組建高電壓實驗室的一些必要知識。書後附有主要高電壓元件或材料的性能數據,以便查閱。全書分量既考慮適應教學時數,避免繁雜,又考慮生產實際需要略予擴充。本書不僅可作專業教材,亦可供有關技術人員參考閱讀。
本書第1版曾在清華大學,西安交通大學等高校作為教材使用,並於1986年獲得清華大學教材一等獎。該版書出書至今已20餘年,隨著科學技術的快速發展以及高電壓試驗技術國家標準及有關的IEC標準和行業標準的更新,有必要對本書內容進行較大幅度的修訂。在2003年本書第2版的修訂工作中,我們已注意在內容上講清物理概念,精簡數學推導過程;結合編著者的科研成果,增補和更新了書本內容,例如,在衝擊電壓的測量中新增了微分積分測量系統;在刪減講述高電壓示波器內容的同時,新增了數字存儲示波器的內容;在對絕緣的tans測量中新增了線上監測和全數字測量;在絕緣的局部放電測量中,新增了局部放電的定位和其他檢測方法,以及局部放電的現場測試等內容。

精彩書摘

第1章 交流高電壓試驗設備
1.1 概述
交流高電壓試驗設備主要是指高電壓試驗變壓器。本章除介紹高電壓試驗變壓器外,還介紹了高電壓串聯諧振試驗設備。
電力系統中的電氣設備,其絕緣不僅經常受到工作電壓的作用,而且還會受到例如大氣過電壓和內部過電壓的侵襲。高電壓試驗變壓器的功用在於產生工頻高電壓,使之作用於被試電氣設備的絕緣上,以考驗其在長時的工作電壓及瞬時的內過電壓下是否能可靠工作。另外,它也是試驗研究高壓輸電線路的氣體絕緣間隙、電暈損耗、靜電感應、長串絕緣子的閃絡電壓以及帶電作業等項目的必需的高壓電源設備。近年來,由於超高電壓及特高電壓輸電的發展,必須研究內絕緣或外絕緣在操作衝擊波作用下的擊穿規律及擊穿數值。利用高壓試驗變壓器還可以產生“長波前”類型的操作波。因此工頻試驗變壓器除了產生工頻試驗電壓,以及作為直流高壓和衝擊高壓設備的電源變壓器的固有的功用外,還可以用來產生操作波試驗電壓。所以,工頻試驗變壓器是高電壓實驗室內不可缺少的主要設備之一。由於它的電壓值需要滿足內過電壓的要求,故試驗變壓器的工頻輸出電壓將大大超過電力變壓器的標稱電壓值,常達幾百千伏甚至幾千千伏的數值。目前我國和世界上多數工業已開發國家都具有2250kV的試驗變壓器。

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