高电压习题及解答章节Word下载.docx

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正、负带电粒子复合时，都以光子的形式释放出能量，其他中性原子内的电子吸收此能量后变为自由电子。

这种由于光辐射而产生游离的形式称为光游离。

（3）热游离：

在高温下，气体内的各种粒子动能增加，当动能超过一定值时，粒子相互碰撞而产生游离。

这种由气体热状态引起的游离方式称为热游离。

（4）表面游离

气体中带电粒子的消失有哪几种形式？

答气体中带电粒子的消失有以下几种形式：

（1）在电场驱动下作定向运动，在到达电极时，消失于电极上而形成外电路中的电流；

（2）因扩散现象而逸出气体放电空间；

（3）复合。

气体放电的基本特点是什么？

解释气体放电现象常用的理论有哪两个？

答

（1）气体放电的基本特点是：

在外电场作用下，气体间隙中带电粒子数增加，气隙击穿时，其中带电粒子数剧增，而在撤去外电场后，气体间隙中带电粒子又消失并恢复其原有的绝缘强度。

（2）解释气体放电现象常用的理论是：

汤逊理论和流注理论。

什么叫流注？

流注形成的条件是什么？

答

（1）初始电子崩头部成为辐射源后，就会向气隙空间各处发射光子而引起光电离，如果这时产生的光电子位于崩头前和崩尾附近的强场区内，那么它们所造成的二次电子崩将以大得多的电离强度向阳极发展或汇入崩尾的正离子群中。

这些电离强度和发展速度远大于初始电子崩的新放电区（称为二次电子崩）不断地汇入初崩通道的过程称为流注。

（2）流注形成的条件（即自持放电的条件）为：

出现空间光游离。

什么是电晕放电？

为什么电晕是一种局部放电现象？

电晕会产生哪些效应？

答

（1）在极不均匀的气隙中，当所加电压达到某一临界值时，曲率半径较小的电极附近空间先出现碰撞电离和电子崩，甚至出现流注，这种仅发生在强场区的局部放电现象称为电晕放电。

（2）在极不均匀电场中，由于电晕放电时的起始电压小于气隙击穿电压，气隙总的来说仍保持着绝缘状态，所以电晕放电是一种局部放电现象。

（3）气体中的电晕放电会产生以下几种效应：

1）伴随着游离、复合等过程有声、光、热等效应，表现为发出“丝丝”的声音、蓝色的晕光以及周围气体温度升高等；

2）在尖端或电极的某些突出处，电子和离子在局部强场的驱动下高速运动，与气体分3）产生高频脉冲电流，对无线电会产生干扰；

4）产生许多化学反应，反应产生的氧化物对金属及绝缘体有强烈的腐蚀作用；

5）产生能量消耗。

输电线路上的电晕有什么危害？

常采用什么方法来限制电晕？

答输电线路上的电晕放电所引起的光、声、热等效应都会消耗能量；

电晕使空气发生化学反应，产生的氧化物会腐蚀导线；

在电晕放电过程中，电子崩和流注不断消失和重现所造成的放电脉冲会产生高频电磁波，对无线信号产生干扰；

此外，电晕放电还会产生可闻噪声。

限制输电线路上的电晕，最根本的途径是限制和降低导线表面的电场强度。

常用的方法有：

增大导线半径，如采用分裂导线；

增大电极的曲率半径以减小电场的不均匀程度；

去除污秽。

什么是极性效应？

比较棒-板气隙极性不同时电晕起始电压和击穿电压的高低，并简述其理由。

答

（1）在极不均匀电场中，虽然放电一定从曲率半径较小的电极表面开始，而与该电极的极性无关，但放电的发展过程、气隙的电气强度、击穿电压等都与该电极的极性有很密切的关系。

这种现象称为极性效应。

（2）在棒-板气隙中，正极性的电晕起始电压大于负极性的电晕起始电压；

正极性的击穿电压小于负极性的击穿电压。

理由如下：

当棒极带正电位时，棒极附近强场区内的气体发生游离，如图1-2（a）所示。

电子迅速进入棒极，在棒极附近空间留下许多正离子。

这些正离子虽朝板极移动，但速度很慢而暂留在棒极附近，如图1-2（b）所示。

这些正空间电荷削弱了棒极附近的电场强度而加强了正离子群外部空间的电场，如图1-2（c）所示。

棒极附近由于场强减弱而难以形成流注，从而使自持放电难以实现，即电晕放电难以实现，故其电晕起始电压较高，而由于外部空间场强的加强，有利于流注向间隙深处发展，故其击穿电压较低。

当棒极带负电位时，棒端气体发生游离，如图1-3（a）所示。

形成电子崩的电子迅速向板极移动，棒极附近正空间电荷缓慢向棒极移动，如图1-3（b）所示。

正空间电荷产生的附加电场加强了朝向棒端的电场，从而易形成流注，形成自持放电，所以其电晕起始电压较低。

在间隙深处，正空间电荷产生的附加电场与原电场方向相反，削弱了朝向板极方向的电场强度，如图1-3（c）所示，使放电的发展比较困难，因而击穿电压就较高。

1—原电场分布2—有空间电荷时的电场分布

气体介质在冲击电压作用下的击穿有何特点？

冲击电气强度通常用哪些方式来表示？

答

（1）冲击电压是指幅值瞬间上升到很大，此后又逐渐衰减变小，其作用时间为几或几十微秒的电压。

图1-4冲击电压作用下空气间隙的击穿电压波形气体介质在冲击电压作用下的击穿存在时延现象。

如图1-4所示，当间隙上施加一冲击电压，电压经过t1时间从零上升到静态击穿电压U0时，间隙并不能立即击穿，而是要经过一定的时间间隔至t2时才能击穿。

因为在t1时，气隙中可能未出现有效电子，从t1开始到气隙中出现第一个有效电子所需的时间为ts。

由于有效电子的出现是一个随机事件，所以ts具有统计性。

出现有效电子后，该电子将引起碰撞游离，形成电子崩，发展到流注和主放电，最后形成气隙的击穿。

这个过程所需时间为tf，它也具有统计性。

（2）冲击电气强度通常用以下两种方法表示：

1）50%冲击击穿电压（U50%）：

指在该冲击电压下气隙击穿的概率为50%。

实际上U50%和绝缘的最低冲击击穿电压已相差不远，故可用U50%来反映绝缘的电气强度。

2）伏秒特性：

表示该气隙的击穿电压和放电时间的关系。

由于气隙的击穿存在时延现象，所以其冲击击穿特性最好用电压和时间两个参数来表示

补充习题

一、选择题

1）流注理论未考虑的现象。

A．碰撞游离　　B．表面游离　　C．光游离　　D．电荷畸变电场

2）气体内的各种粒子因高温而动能增加，发生相互碰撞而产生游离的形式称为。

A.碰撞游离B.光游离C.热游离D.表面游离

3）电晕放电是一种（）。

A.自持放电B.非自持放电C.电弧放电D.均匀场中放电

4）某气体间隙的击穿电压

与PS的关系曲线如图1所示。

当

时，

达最小值。

当

时，击穿电压为

，若其他条件不变，仅将间隙距离增大到

倍，则其击穿电压与

相比，将（）

5）图1

A.增高B.降低C.不变D.不确定

5）影响气隙击穿机理的最大因素是（）。

A.气体的相对密度B.极间距离C.相对密度与极间距离的乘积D.不确定

二、填空题

6）气体放电的主要形式：

、、、、

7）根据巴申定律，在某一PS值下，击穿电压存在值。

8）流注理论认为，碰撞游离和是形成自持放电的主要因素。

9）气体中带电质子的消失有、复合、附着效应等几种形式

三、计算问答题

10）简要论述汤逊放电理论。

11）为什么棒－板间隙中棒为正极性时电晕起始电压比负极性时略高？

画出空间电荷对外电场畸变作用示意图，解释正极性的棒－板间隙起晕电压和击穿电压的极性效应。

12）在一极间距离为1cm的均匀电场气隙中，电子碰撞电离系数α=11cm-1。

有一初始电子从阴极表面出发，求到达阳极的电子崩中的电子数。

13）汤逊理论和流注理论自持放电的临界条件公式是什么？

二者具有一样的形式是否是偶然的？

为什么？

第二章气体间隙的击穿强度

基本内容和知识点

气体介质在稳态电压下的击穿—直流和工频电压，

雷电冲击电压下的击穿

击穿的影响因素

1）SF6气体具有较高绝缘强度的主要原因之一是______。

A．无色无味性　　B．不燃性　　C．无腐蚀性　　D．电负性

2）冲击系数是______放电电压与静态放电电压之比。

A．25%　　B．50%　　C．75%　　　D．100%

3）在高气压下，气隙的击穿电压和电极表面______有很大关系

A．粗糙度　B．面积　　C．电场分布　　D．形状

4）雷电流具有冲击波形的特点：

______。

A．缓慢上升，平缓下降　B．缓慢上升，快速下降　　　　

C．迅速上升，平缓下降　　D．迅速上升，快速下降

5）在极不均匀电场中，正极性击穿电压比负极性击穿电压______。

A.．小B．大C．相等D．不确定

6）现有极间距离相同的三对电极，其击穿电压与间隙距离的Ub～d特性曲线如图所示，将三条曲线与三对电极对应起来，曲线1对应电极；

曲线2对应电极；

曲线3对应电极

7）我国国家标准规定的标准操作冲击波形成______

。

标准雷电波的波形规定为______

8）极不均匀电场中，屏障的作用是由于其对______的阻挡作用，造成电场分布的改变。

9）调整电场的方法：

______电极曲率半径、改善电极边缘、使电极具有最佳外形

10）在极不均匀电场中，空气湿度增加，空气间隙击穿电压。

11）标准参考大气条件为：

温度

，压力

kPa，绝对湿度

12）在大气条件下，空气间隙击穿电压随空气相对密度的增大而

13）标准大气条件下，均匀电场中空气间隙的击穿场强约为kV/cm。

14）什么是伏秒特性曲线？

如何绘制？

保护设备与被保护设备的伏秒特性应如何配合？

答：

在同一波形、不同幅值的冲击电压作用下，间隙上出现的电压最大值和放电时间关系曲线，称为伏秒特性曲线。

伏秒特性曲线的求取方法如下：

对某一间隙加冲击电压，保持其标准的冲击电压波形不变，逐渐升高电压幅值，测得间隙放电电压和放电时间，当击穿发生在波尾时，时间取击穿瞬间的时间值，放电电压取冲击电压峰值，绘制曲线。

保护设备的伏秒特性应始终低于被保护设备的伏秒特性。

这样，当有一过电压作用于两设备时，总是保护设备先击穿，进而限制了过电压幅值，保护了被保护设备。

15）某1000kV工频试验变压器，套管顶部为球形电极，球心距离四周墙壁均约5m，问球电极直径至少要多大才能保证在标准参考大气条件下，当变压器升压到1000kV额定电压时，球电极不发生电晕放电？

（标准条件下，空气相对密度

取1，同心球场强计算公式如下：

）

按题意须保证点要求升压到1000kV（有效值）时，球电极表面最大场强

小于球电极的电晕起始场强

，即保证

将U=1414V峰值，R=500cm，

代入此不等式，算得r=60cm时球电极表面最大场强

=26.7kV/cm，小于同心球内电极的电晕起始场强

=27.1kV/cm。

球电极的起始电晕电压

=1012kV＞1000kV。

因此，在这种距离四周墙壁仅5m的空间尺寸下，球电极的直径应达120cm才能保证当变压器升压到1000kV额定电压时球电极不发生电晕放电。

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