高电压工程.docx
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高电压工程
第2-3章习题
1气体放电过程中产生带电质点最重要的方式是什么，为什么？
答：
碰撞电离是气体放电过程中产生带电质点最重要的方式。
这是因为电子体积小，其自由行程（两次碰撞间质点经过的距离）比离子大得多，所以在电场中获得的动能比离子大得多。
其次.由于电子的质量远小于原子或分子，因此当电子的动能不足以使中性质点电离时，电子会遭到弹射而几乎不损失其动能；而离子因其质量与被碰撞的中性质点相近，每次碰撞都会使其速度减小，影响其动能的积累。
2简要论述汤逊放电理论。
答：
设外界光电离因素在阴极表面产生了一个自由电子，此电子到达阳极表面时由于过程，
电子总数增至e：
d个。
假设每次电离撞出一个正离子，故电极空间共有（e：
d—1）个正离子。
这些正离子在电场作用下向阴极运动，并撞击阴极•按照系数的定义，此（e：
d—1）个正离
子在到达阴极表面时可撞出（e：
d—1）个新电子，则（e：
d-l）个正离子撞击阴极表面时，至少能从阴极表面释放出一个有效电子，以弥补原来那个产生电子崩并进入阳极的电子，则放
电达到自持放电。
即汤逊理论的自持放电条件可表达为r（e：
d-1）=1或r=1。
3为什么棒一板间隙中棒为正极性时电晕起始电压比负极性时略高？
答：
（1）当棒具有正极性时，间隙中出现的电子向棒运动，进入强电场区，开始引起电离现
象而形成电子崩。
随着电压的逐渐上升，到放电达到自持、爆发电晕之前，在间隙中形成相
当多的电子崩。
当电子崩达到棒极后，其中的电子就进入棒极，而正离子仍留在空间，相对
来说缓慢地向板极移动。
于是在棒极附近，积聚起正空间电荷，从而减少了紧贴棒极附近的电场，而略为加强了外部空间的电场。
这样，棒极附近的电场被削弱，难以造成流注，这就使得自持放电也即电晕放电难以形成。
（2）当棒具有负极性时，阴极表面形成的电子立即进
入强电场区，造成电子崩。
当电子崩中的电子离开强电场区后，电子就不再能引起电离，而以越来越慢的速度向阳极运动。
一部份电子直接消失于阳极，其余的可为氧原子所吸附形成负离子。
电子崩中的正离子逐渐向棒极运动而消失于棒极，但由于其运动速度较慢，所以在
棒极附近总是存在着正空间电荷。
结果在棒极附近出现了比较集中的正空间电荷，而在其后
则是非常分散的负空间电荷。
负空间电荷由于浓度小，对外电场的影响不大，而正空间电荷
将使电场畸变。
棒极附近的电场得到增强，因而自持放电条件易于得到满足、易于转入流注
而形成电晕放电。
4雷电冲击电压的标准波形的波前和波长时间是如何确定的？
答：
图1表示雷电冲击电压的标准波形和确定其波前和波长时间的方法（波长指冲击波衰减
至半峰值的时间）。
图中0为原点，P点为波峰。
国际上都用图示的方法求得名义零点。
图中虚线所示，连接P点与0.3倍峰值点作虚线交横轴于点，这样波前时间、和波长都从算起。
目前国际上大多数国家对于标准雷电波的波形规定是：
「叮.2七一30%
—波前时间
—半峰值时间
---冲击电压峰值
5操作冲击放电电压的特点是什么？
答：
操作冲击放电电压的特点：
（1）U形曲线，其击穿电压与波前时间有关而与波尾时间无
关；
（2）极性效应，正极性操作冲击的50%击穿电压都比负极性的低；（3）饱和现象；（4）
分散性大；（5）邻近效应，接地物体靠近放电间隙会显著降低正极性击穿电压。
6*某距离4m的棒-极间隙。
在夏季某日干球温度=30C,湿球温度=25C，气压=99.8kPa的
大气条件下，问其正极性50%操作冲击击穿电压为多少kV?
（空气相对密度=0.95）
答：
距离为4m的棒-极间隙，其标准参考大气条件下的正极性50%操作冲击击穿电压
U50标准=i300kv。
查表可得空气绝对湿度h=20g/m3。
从而h/：
=21,再由图表求得参数K=1.1。
求得参数
g二Ub.1=1300/（500>4>0.95K.1）=0.62，于是由图表得指数m=W=034
~500L、.K
o
空气密度校正因数Kd=二O.950.34二0.9827
湿度校正因数心=Kw=1.10.34=1.033
所以在这种大气条件下，距离为4m的棒-极间隙的正极性50%操作冲击击穿电压为：
U50夏=U50标准・K2=13000.98271.033=1320kV
第4-5章习题1影响套管沿面闪络电压的主要因素有哪些？
答：
影响套管沿面闪络电压的主要因素有
（1）电场分布情况和作用电压波形的影响
（2）电介质材料的影响
（3）气体条件的影响
（4）雨水的影响
2具有强垂直分量时的沿面放电和具有弱垂直分量时的沿面放电，哪个对绝缘的危害比较大，为什么？
答：
具有强垂直分量时的沿面放电对绝缘的危害比较大。
电场具有弱垂直分量的情况下，电
极形状和布置已使电场很不均匀，因而介质表面积聚电荷使电压重新分布所造成的电场畸
变，不会显著降低沿面放电电压。
另外这种情况下电场垂直分量较小.沿表面也没有较大的
电容电流流过，放电过程中不会出现热电离现象，故没有明显的滑闪放电，因而垂直于放电发展方向的介质厚度对放电电压实际上没有影响。
其沿面闪络电压与空气击穿电压的差别相
比强垂直分量时要小得多。
*3*某母线支柱绝缘子拟用于海拔4500m的高原地区的35kV变电站，问平原地区的制造厂
在标准参考大气条件下进行1min工频耐受电压试验时，其试验电压应为多少kV?
（3）离子式极化5非极性和极性液体电介质中主要极化形式有什么区别？
偶极子极化对极
答：
非极性液体和弱极性液体电介质极化中起主要作用的是电子位移极化,
化的贡献甚微；极性液体介质包括中极性和强极性液体介质，这类介质在电场作用下，除了电子位移极化外，还有偶极子极化，对于强极性液体介质，偶极子的转向极化往往起主要作用。
6极性液体的介电常数与温度、电压、频率有什么样的关系？
答：
（1）温度对极性液体电介质的值的影响
当温度很低时，由于分子间的联系紧密，液体电介质黏度很大，偶极子转动困难，所以；r很
小；随着温度的升高，液体电介质黏度减小，偶极子转动幅度变大，zr随之变大；温度继续
升高，分子热运动加剧，阻碍极性分子沿电场取向，使极化减弱，务又开始减小。
（2）频率对极性液体电介质的；r值的影响
频率太高时偶极子来不及转动，因而；r值变小。
其中相当于直流电场下的介电常数，f>f1
以后偶极子越来越跟不上电场的交变，召值不断下降；当频率f=f2时，偶极子已经完全跟
不上电场转动了，这时只存在电子式极化，减小到；r0，常温下，极性液体电介质的；r~3〜
6。
7液体电介质的电导是如何形成的？
电场强度对其有何影响？
答：
液体电介质电导的形成：
（1）离子电导——分为本征离子电导和杂质离子电导。
设离子为正离子，它们处于势能最
低的位置上作振动，其振动频率为U当离子的热振动能超过邻近分子对它的束缚势垒
时，离子即能离开其稳定位置而迁移。
（2）电泳电导——在工程中，为了改善液体介质的某些理化性能，往往在液体介质中加入
一定量的树脂，这些树脂在液体介质中部分呈溶解状态，部分可能呈胶粒状悬浮在液体介质
中，形成胶体溶液，此外，水分进入某些液体介质也可能造成乳化状态的胶体溶液。
这些胶粒均带有一定的电荷，当胶粒的介电常数大于液体的介电常数时，胶粒带正电；反之，胶粒带负电。
胶粒相对于液体的电位一般是恒定的，在电场作用下定向的迁移构成龟
泳电导”。
电场强度的影响：
（1）弱电场区：
在通常条件下，当外加电场强度远小于击穿场强时，液体介质的离子电导率是与电场强度无关的常数，其导电规律遵从欧姆定律。
（2）强电
场区：
在E>107V/m的强电场区，电流随电场强度呈指数关系增长，除极纯净的液体介质外，
一般不存在明显的饱和电流区。
液体电介质在强电场下的电导具有电子碰撞电离的特点。
8目前液体电介质的击穿理论主要有哪些？
答：
液体介质的击穿理论主要有三类：
（1）高度纯净去气液体电介质的电击穿理论。
（2）含气纯净液体电介质的气泡击穿理论。
（3）工程纯液体电介质的杂质击穿理论。
9液体电介质中气体对其电击穿有何影响？
由于交变电压下两串联介
答：
气泡击穿观点认为，不论由于何种原因使液体中存在气泡时，
质中电场强度与介质介电常数成反比，气泡中的电场强度比液体介质高，而气体的击穿场强
又比液体介质低得多，所以总是气泡先发生电离，这又使气泡温度升高，体积膨胀，电离将
进一步发展；而气泡电离产生的高能电子又碰撞液体分子，使液体分子电离生成更多的气体，
扩大气体通道，当气泡在两极间形成气桥”时，液体介质就能在此通道中发生击穿。
10水分、固体杂质对液体电介质的绝缘性能有何影响？
答：
（1）水分的影响
当水分在液体中呈悬浮状态存在时，由于表面张力的作用，水分呈圆球状（即胶粒），均匀
悬浮在液体中，一般水球的直径约为10-2〜10-4cm。
在外电场作用下，由于水的介电常数
很大，水球容易极化而沿电场方向伸长成为椭圆球，如果定向排列的椭圆水球贯穿于电极间
形成连续水桥，则液体介质在较低的电压下发生击穿。
（2）固体杂质的影响
一般固体悬浮粒子的介电常数比液体的大，在电场力作用下，这些粒子向电场强度最大的区
域运动，在电极表面电场集中处逐渐积聚起来，使液体介质击穿场强降低。
11如何提高液体电介质的击穿电压？
答：
工程应用上经常对液体介质进行过滤、吸附等处理，除去粗大的杂质粒子，以提高液体
介质的击穿电压。
12什么叫电介质的极化？
极化强度是怎么定义的？
答：
电介质的极化是电介质在电场作用下，其束缚电荷相应于电场方向产生弹性位移现象和
偶极子的取向现象。
电介质的极化强度可用介电常数的大小来表示，它与该介质分子的极性
强弱有关，还受到温度、外加电场频率等因素的影响。
13固体无机电介质中，无机晶体、无机玻璃和陶瓷介质的损耗主要由哪些损耗组成？
答：
（1）无机晶体介质只有位移极化，其介质损耗主要来源于电导；
（2）无机玻璃的介质损耗可以认为主要由三部分组成：
电导损耗、松弛损耗和结构损耗；
（3）陶瓷介质可分为含有玻璃相和几乎不含玻璃相两类，第一类陶瓷是含有大量玻璃相和
少量微晶的结构，其介质损耗主要由三部分组成：
玻璃相中离子电导损耗、结构较松的多晶
点阵结构引起的松弛损耗以及气隙中含水引起的界面附加损耗，tan相当大。
第二类是由
大量的微晶晶粒所组成，仅含有极少量或不含玻璃相，通常结晶相结构紧密，tan比第一
类陶瓷小得多。
14固体介质的表面电导率除了介质的性质之外，还与哪些因素有关？
它们各有什么影响？
答：
介质的表面电导率不仅与介质的性质有关，而且强烈地受到周围环境的湿度、温度、
表面的结构和形状以及表面粘污情况的影响。
（1）电介质表面吸附的水膜对表面电导率的影响
由于湿空气中的水分子被吸附于介质的表面，形成一层很薄的水膜。
因为水本身为半导体
（P。
=1050■m）,所以介质表面的水膜将引起较大的表面电流，使»增加。
（2）电介质的分子结构对表面电导率的影响
电介质按水在介质表面分布状态的不同，可分为亲水电介质和疏水电介质两大类。
亲水电介质：
这种介质表面所吸附的水易于形成连续水膜，故表面电导率大，特别是一些含
有碱金属离子的介质，介质中的碱金属离子还会进入水膜，降低水的电阻率，使表面电导率
进一步上升，甚至丧失其绝缘性能。
疏水电介质：
这些介质分子为非极性分子所组成，它们对水的吸引力小于水分子的内聚力，
所以吸附在这类介质表面的水往往成为孤立的水滴，其接触角-.90，不能形成连续的水
膜，故s很小，且大气湿度的影响较小。
（3）电介质表面清洁度对表面电导率的影响
表面沾污特别是含有电解质的沾污，将会引起介质表面导电水膜的电阻率下降，从而
使s升高。
15固体介质的击穿主要有哪几种形式？
它们各有什么特征？
答：
固体电介质的击穿中，常见的有热击穿、电击穿和不均匀介质局部放电引起击穿等形式。
（1）热击穿
热击穿的主要特征是：
不仅与材料的性能有关，还在很大程度上与绝缘结构（电极的配置与
散热条件）及电压种类、环境温度等有关，因此热击穿强度不能看作是电介质材料的本征特性参数。
（2）电击穿
电击穿的主要特征是：
击穿场强高，实用绝缘系统不可能达到；在一定温度范围内，击穿场强随温度升高而增大，或变化不大。
均匀电场中电击穿场强反映了固体介质耐受电场作用能力的最大限度，它仅与材料的化学组成及性质有关，是材料的特性参数之一。
（3）不均匀电介质的击穿
击穿从耐电强度低的气体开始，表现为局部放电，然后或快或慢地随时间发展至固体介质劣
化损伤逐步扩大，致使介质击穿。
16局部放电引起电介质劣化、损伤的主要原因有哪些？
答：
局部放电引起电介质劣化损伤的机理是多方面的，但主要有如下三个方面：
（1）电的作用：
带电粒子对电介质表面的直接轰击作用，使有机电介质的分子主链断裂；
（2）热的作用：
带电粒子的轰击作用引起电介质局部的温度上升，发生热熔解或热降解；
（3）化学作用：
局部放电产生的受激分子或二次生成物的作用，使电介质受到的侵蚀可能
比电、热作用的危害更大。
17聚合物电介质的树枝化形式主要有哪几种？
它们各是什么原因形成的？
答：
引起聚合物电介质树枝化的原因是多方面的，所产生的树枝亦不同。
（1）电树枝
树枝因介质中间歇性的局部放电而缓慢地扩展，或在脉冲电压作用下迅速发展，或在无任何
局部放电的情况下，由于介质中局部电场集中而发生。
（2）水树枝
树枝因存在水分而缓慢发生，如在水下运行的200〜700V低压电缆中也发现有树枝，一般
称为水树枝，即直流电压下也能促进树枝化。
（3）电化学树枝
因环境污染或绝缘中存在杂质而引起，如电缆中由于腐蚀性气体在线芯处扩散，与铜发生反
应就形成电化学树枝。
18试比较气体、液体和固体介质击穿过程的异同。
答：
（1）气体介质的击穿过程
气体放电都有从电子碰撞电离开始发展到电子崩的阶段。
由于外电离因素的作用，在阴极附近出现一个初始电子，这一电子在向阳极运动时，如电场
强度足够大，则会发生碰撞电离，产生1个新电子。
新电子与初始电子在向阳极的行进过程中还会发生碰撞电离，产生两个新电子，电子总数增加到4个。
第三次电离后电子数将增至8个，即按几何级数不断增加。
电子数如雪崩式的增长，即出现电子崩。
（2）液体介质的击穿过程
a电击穿理论以碰撞电离开始为击穿条件
液体介质中由于阴极的场强发射或热发射的电子在电场中被加速而获得动能，在它碰撞液体
分子时又把能量传递给液体分子，电子损失的能量都用于激发液体分子的热振动。
当电子在
相邻两次碰撞间从电场中得到的能量大于hu时，电子就能在运动过程中逐渐积累能量，至
电子能量大到一定值时，电子与液体相互作用时便导致碰撞电离。
b气泡击穿理论
液体中存在气泡时，由于交变电压下两串联介质中电场强度与介质介电常数成反比，气泡中
的电场强度比液体介质高，而气体的击穿场强又比液体介质低得多，所以气泡先发生电离，使气泡温度升高，体积膨胀，电离进一步发展；而气泡电离产生的高能电子又碰撞液体分子，使液体分子电离生成更多的气体，扩大气体通道，当气泡在两极间形成气桥”时，液体介质
就能在此通道中发生击穿。
（3）固体介质的击穿过程
固体电介质的击穿中，常见的有热击穿、电击穿和不均匀介质局部放电引起击穿等形式。
a热击穿
当固体电介质加上电场时，电介质中发生的损耗将引起发热，使介质温度升高，最终导致热
b电击穿
在较低温度下，采用了消除边缘效应的电极装置等严格控制的条件下，进行击穿试验时出现
的一种击穿现象。
c不均匀介质局部放电引起击穿
从耐电强度低的气体开始，表现为局部放电，然后或快或慢地随时间发展至固体介质劣化损
伤逐步扩大，致使介质击穿。
第六章电气设备绝缘预防性试验
一、选择题
1）下面的选项中，非破坏性试验包括，破坏性实验包括。
A.绝缘电阻试验B.交流耐压试验C.直流耐压试验D.局部放电试验E.绝缘油的气相色谱分析F.操作冲击耐压试验G.介质损耗角正切试
验H.雷电冲击耐压试验
1、ADEGBCFH
二、填空题
2）根据绝缘特征的诊断规则的不同，可将诊断方法可以分为;
3）当绝缘良好时，稳定的绝缘值,吸收过程相对;绝缘不良或受
潮时，稳定的绝缘电阻值，吸收过程相对。
2、逻辑诊断模糊诊断统计诊断
3、较高较慢较低较快
4、微安表直读法光电法光电法安全，可靠，准确度高
5、绝缘油的气相色谱分析超声波探测法脉冲电流法
6视在放电量三电容模型里总电容上的放电量
4）测量泄漏电流的方法有和。
其中测量泄漏电流更好，因
为。
5）目前实用的局部放电测量的方法，使用得最多的测量方法是>、
6）在局部放电测量中，Aq称为，是指。
7、串联法并联法并联法防止试样上很大的放电电流通过阻抗Z
用阻抗法进行局部放电测量，阻抗Z的位置很重要，根据Z位置不同，可以分
为和。
如果试样电容很大的话，这里应该使用，因为<
8、直流交流雷电过电压操作冲击波
7）在对电力设备绝缘进行高电压耐压试验时，所采用的电压波形有、
三、计算问答题
8）正接法和反接法西林电桥各应用在什么条件下？
9）如图所示，介质的三电容模型，试推导说明视在放电电荷量q与介质中真实
放电电荷qr之间的关系，要求写出推导过程。
国匚“脅质内郛代隙故电的三电容模申
第六章电气设备绝缘预防性试验
一、选择题
1、ADEGBCFH
二、填空题
2、逻辑诊断模糊诊断统计诊断
3、较高较慢较低较快
4、微安表直读法光电法光电法安全，可靠，准确度高
5、绝缘油的气相色谱分析超声波探测法脉冲电流法
6视在放电量三电容模型里总电容上的放电量
7、串联法并联法并联法防止试样上很大的放电电流通过阻抗Z
8、直流交流雷电过电压操作冲击波
三、计算问答题
9、答：
正接法一般应用于实验室内的测试材料及小设备，实现样品的对地绝缘。
实际上，绝大多数电气设备的金属外壳是直接放在接地底座上的，换句话说，就
是试品的一极是固定接地的，这时就要用反接法。
10、（过程略）q=qrCb/（CgCb）
第七章绝缘的高压试验
一、选择题
1）用铜球间隙测量高电压，需满足那些条件才能保证国家标准规定的测量不确
定度？
A铜球距离与铜球直径之比不大于0.5
B结构和使用条件必须符合IEC的规定
C需进行气压和温度的校正
D应去除灰尘和纤维的影响
2）交流峰值电压表的类型有：
A电容电流整流测量电压峰值
B整流的充电电压测量电压峰值
C有源数字式峰值电压表
D无源数字式峰值电压表
3）关于以下对测量不确定度的要求，说法正确的是：
A对交流电压的测量，有效值的总不确定度应在土3%范围内
B对直流电压的测量，一般要求测量系统测量试验电压算术平均值的测量总不确定度应不超过土4%
C测量直流电压的纹波幅值时，要求其总不确定度不超过土8%的纹波幅值D测量直流电压的纹波幅值时，要求其总不确定度不超过土2%的直流电压平均值。
4）构成冲击电压发生器基本回路的元件有冲击电容C1，负荷电容C2,波头电
阻R1和波尾电阻R2,为了获得一很快由零上升到峰值然后较慢下降的冲击电压，应使。
A.C1>>C2、R1>>R2B.C1>>C2、R1vvR2
C.C1vvC2、R1>>R2D.C1vvC2、R1vvR2
5）用球隙测量交直流电压时，关于串接保护电阻的说法，下面哪些是对的？
A球隙必须串有很大阻值的保护电阻
B串接电阻越大越好
C一般规定串联的电阻不超过500Q
D冲击放电时间很短，不需要保护球面。
6）电容分压器的低压臂的合理结构是o
A低压臂电容的内电感必须很小
B应该用同轴插头，插入低压臂的屏蔽箱
C电缆输入端应尽可能靠近电容C2的两极。
Dabc环路线应该比较长
7）标准规定的认可的冲击电压测量系统的要求是：
A测量冲击全波峰值的总不确定度为土5%范围内
B当截断时间0.5広乞兀：
：
：
2」s时，测量冲击截波的总不确定度在土5%范围内
C当截断时间「-2%时，测量冲击电压截波的总不确定度在土4%范围内
D测量冲击波形时间参数的总不确定度在土15%范围内
8）光电测量系统有哪几种调制方式：
A幅度—光强度调制（AM—IM）
B调频—光强度调制（FM—IM）
C数字脉冲调制
D利用光电效应
二、填空题
9）交流高电压试验设备主要是指。
10）试验变压器的体积和重量都随其额定电压值的增加而急剧增加，试验变压器
的额定容量Pn应按选择。
11）在电压很高时，常采用几个变压器串联的方法，几台试验变压器串联的意思
12）如果串级数为n,串级变压器整套设备的装置总容量W装为随着串
级数的增加，装置的利用率明显下降，一般串级数n兰。
13）串级数为4级试的串级试验变压器的利用率口为。
14）试验变压器容性试品上的电压的电压升高，分为和。
15）利用高压实验变压器产生操作冲击波，而不用冲击电压发生器来产生冲击波，
是因为。
16）电力系统外绝缘的冲击高压试验通常可以采样15次冲击法，即是。
17）用高压静电电压表测量稳态高电压的优点是;缺点是。
18）冲击电压发生器的原理是。
19）在冲击电压发生器的等效电路中，若考虑回路电感效应，为获得非振荡冲击
波的条件是
20）冲击电流的试验设备的功用是。
21）测量冲击大电流的仪器有和。
22）实验室测量冲击高电压的方法有。
23）影响球隙测量电压的可靠性的因素有和。
24）常用的冲击电压分压器有。
25）为了补偿分压器的对地电容，在分压器的高压端安装一个圆伞形。
第七章绝缘的高压试验
、选择题
1、ABCD
2、ABC
3、A
4、B
5、B
6、ACD
7、ABC
8、ABCD
二、填空题
9、高电压试验变压器
10、
11、
Pn-IsUn
使几台变压器咼压绕组的电压相叠加n（n1）
W
12、
2
3〜4
13、
14、稳态性的电压升高瞬态性的电压升高
而且火花间隙中容易出现熄弧
15次，相邻两次冲击时间间隔
15、冲击电压发生器产生长波前操作波时效率低，现象
16、被试品施加正、负极性冲击全波试验电压各应不小于1min
17、吸收功率极小；外界电场对表的影响严重，不宜用于有风的环境。
28、电容器并联充电，串联放电
29、R-2.L/[GC2/（C1C2]
20、研究雷闪电流对绝缘材料和结构以及防雷装置的热能或电动力的破坏作用
21、分流器和罗戈夫斯基线圈
22、球隙法，分压器-峰值电压表法，分压器-示波器法，光电测量法。
23、球面的尘污和球隙间空气游离不充分。
24、电阻分压器、电容分压器、串联阻容分压器、微分积分系统
25、屏蔽环
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