高电压技术.docx

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高电压技术

1-1、解释下列术语

（1）气体中的自持放电

答：

当外加电场足够强时，即使除去外界电离因子，气体中的放电仍然能够维持的现象。

（放电仅仅依靠已经产生出来的电子和正离子就能维持下去）

（2）电负性气体

答：

电子与某些气体分子碰撞易于产生负离子，这样的气体分子组成的气体称为电气性气体。

（3）放电延时

答：

能引起电子崩并最终导致间隙击穿的电子称为有效电子，从电压上升到静态击穿电压开始到出现第一个有效电子所需的时间称为统计时延，出现有效电子到间隙击穿所需的时间称为放电形成时延，二者之和称为放电时延。

（4）50%冲击放电电压

答：

使间隙击穿概率为50%的冲击电压，也称为50%冲击击穿电压。

（5）爬电比距

答：

爬电距离指两电极间的沿面最短距离，其与所加电压的比值称为爬电比距，表示外绝缘的绝缘水平，单位cm/kV.

1-2汤逊理论与流注理论对气体放电过程和自持放电条件的观点有何不同？

这两种理论各适用于何种场合？

答：

汤逊理论认为电子碰撞电离是气体放电的主要原因，二次电子来源于正离子撞击阴极使阴极表面逸出电子，逸出电子是维持气体放电的必要条件。

所逸出的电子能否接替起始电子的作用是自持放电的判据。

流注理论认为形成流注的必要条件是电子崩发展到足够的程度后，电子崩中的空间电荷足以使原电场明显畸变，流注理论认为二次电子的主要来源是空间的光电离。

汤逊理论的适用范围是低气压、短间隙电场气隙的放电；

流注理论适用范围是高电压、长间隙电场气隙放电。

相同点：

都有电子崩的产生 

不同点：

流注的形成过程中有二次崩的形成、二次电离在气体击穿过程中起了重要作用。

1-8、试述50%冲击击穿电压和50%伏秒特性两个术语中的“50%”所指的意义有和不同？

这两个术语之间有无关系？

答：

（1）50%冲击击穿电压是指在该冲击电压作用下气隙击穿的概率为50%；

50%伏秒特性是指以50%概率放电时间为横坐标（纵坐标仍为电压）连成的曲线，如图，50%概率放电时间含义是：

在伏秒特性曲线的上、下包络线间选择某一时间数值，使在每个电压下的多次击穿中放电时间小于该数值的恰占一半。

（2）两个术语分别应用于不同的场合：

是不考虑放电时延情况下表征间隙冲击击穿特性，而50%伏秒特性是考虑时延情况下的表征。

1-9设某-“球-球”气隙和某一“棒-板”气隙的静态击穿电压均为U，他们的伏秒特性分别如习图-2中的曲线a和b所示，试回答:

（1）他们的伏秒特性有何差别？

为什么会有这样的差别？

（2）图中“棒-板”气隙的伏秒特性处于“球-球”气隙之上，这是否说明“棒-板”气隙的绝缘强度优于“球-球”气隙？

为什么？

答：

（1）它们的伏秒特性的差别是：

球-球“气隙的伏秒特性较平坦，而“棒-板”气隙的伏秒特性较陡。

这是因为“球-球”气隙的电场分布为稍不均匀电场，平均击穿场强较高，放电发展较快，放电时延较短；而“棒-板”气隙的电场分布为极不均匀电场，平均击穿场强较低，放电形成时延受电压影响大，放电时延较长且分散性也大，所以其伏秒特性曲线在放点时间还相当大时，便随时间减少而明显上翘，比较陡。

（2）由伏秒特性曲线可知，曲线a总是低于曲线b，说明在同一时间电压作用下，总是“球-球”气隙先击穿，“棒-板”气隙的绝缘强度优于“球-球”气隙。

但对于同样长度的同类介质气隙，则“球-球”气隙的绝缘强度要优于“棒-板”气隙。

1-11、在一根玻璃管表面套上两个环状金属电极A和B，设B极接地，在A极上施加工频高电压，如图所示，在这种情况下，可以得出一个极间工频闪络电压值：

如将一根表面包有铝箔的木棍插入玻璃管内，闪络电压会不会发生变化？

如再将铝箔与接地电极B相连，沿面放电现象和闪络电压又会有何变化？

如果所加电压换成直流高电压，情况又将如何？

试利用沿面放电等值电路，对上述各个问题做出定性的解释。

P27

答：

将一根表面包有铝箔的木棒插入玻璃管内，闪络电压会发生变化，因为木根会改变原来的电场分布，木棍无法做到绝对光滑，造成沿面电场的畸变，将铝箔接地后，放电变化为极不均匀电场且具有强垂直分量时的沿面放电，当电压不高时，铝箔与B极接触的地方，首先出现电晕放电，随着电压的升高，放电区逐渐向A极发展最终完成击穿，电压降低。

当所加电压换成高压直流电时，因为交流电压的幅值是有效值的

倍，所以电压有效值相等的情况下，直流的击穿电压要高于交流。

2-5、一家位于平原地区的绝缘子制造厂接受一座位于4000m高原地区的变电所订购一批110KV支柱绝缘子。

这批绝缘子出厂前要进行1min工频耐压测试，问应该施加多高的试验电压？

（各种电压等级的设备在平原地区的标准绝缘水平可从表10-1查得）P41

答：

解：

由表10-1得

外绝缘的试验电压

海拔校正因数：

试验电压：

2-9、为什么

气体具有特别高的电气强度并成为除空气外应用得最广泛的气体介质？

试述GIS有哪些重要优点？

答：

SF6气体具有特别高的电气强度主要是因为这些气体都具有很强的电负性，容易俘获自由电子而形成负离子，电子变成负离子后，其引起碰撞电离的能力就变得很弱，因而消弱了放电发展过程。

SF6气体的电气强度约为空气的2.5倍，而其灭弧能力高达空气的100倍以上，所以在超高压和特高压的范畴内，它已完全取代绝缘油画和压缩空气而成为唯一的断路器灭弧媒质，并且它成为除空气外应用最广泛的气体介质。

 P45

GIS优点：

1、大大节省占地面积和空间体积 

2、 运行安全可靠 

3、有利于环保，使运行人员不受电场和磁场的影响 

4，安装工作量小，检修周期长

2-10、220kvGIS（封闭式气体绝缘组合电器）的雷电冲击耐压为950kv。

短时工频耐压（有效值）为395KV。

已知SF6气体在这种电极结构下的冲击系数

=1.25。

试校核该GIS的绝缘尺寸取决于哪一种耐压要求。

解：

所以GIS的绝缘尺寸取决于雷电冲击耐压要求

3-1某双层介质绝缘结构，第一、二层的电容和电阻分别为：

C1=4200pF、R1=1400MΩ；C2=3000pF、R2=2100MΩ，当加上40KV直流电压时，试求：

P54

（1）

当t=0合闸初瞬，C1、C2上各有多少电荷？

（2）到达稳态后，C1、C2上各有多少电荷?

绝缘的电导电流为多大？

3-2电介质的电导与金属导体的电导有何不同？

试比较之。

答：

（1）电介质的电导是离子性电导，而金属导体的电导是电子性电导；

（2）电介质的电导率小，导体的电导率大；

（3）随温度升高，电介质的电导率增大，导体的电导率减小。

3-3某设备的对地电容C=3200PF，工频下的介质损耗因数tanδ=0.01,如果施加32kV（有效值）工频电压，求：

 P56

（1）设备绝缘所吸收的无功功率和所消耗的有功功率。

（2）若将该绝缘用并联等值电路来表示，其中电阻值R为多少？

（3）若将该绝缘用串联等值电路来表示，其中电阻Rs和电容CS值各为多少？

在绝缘的并联等值电路中，介质损耗角正切tan&等于有功电流和无功电流比值

消耗的有功功率为：

3-4为什么要选择介质损耗角正切

作为测试，判断电介质的绝缘状态优劣的判据？

其他还有什么判据？

以

作为判据较其他判据有何优点和特点？

答：

采用介质损耗p作为比较各种绝缘材料损耗特性优劣的指标显然是不合适的。

因为P值的大小与所加电压U、试品电容量C。

电源频率

等一系列因素都有关系,而式中的tan

却是一个仅仅取决于材料损耗特性，而与上述种种因素无关的物理量。

正由于此，通常采用介质损耗正切tan作为综合反映电介质损耗特性优劣的一个指标。

P56

其他判据：

电导率、介电常数、击穿电场强

优点：

其值直接反映绝缘水平的好坏，且其值的影响因素仅仅是自身材料的特性，

4-1测量绝缘电阻能发现哪些绝缘缺陷?

试比较它与测量泄漏电流试验项目的异同。

答：

测量绝缘电阻能有效地发现下列缺陷：

总体绝缘质量欠佳；绝缘受潮；两极间有贯穿性的导电通道；绝缘表面情况不良。

测量绝缘电阻和测量泄露电流试验项目的相同点：

两者的原理和适用范围是一样的，不同的是测量泄漏电流可使用较高的电压（10kV及以上），因此能比测量绝缘电阻更有效地发现一些尚未完全贯通的集中性缺陷。

4-2简述西林电桥的工作原理。

为什么桥臂中的一个要采用标准电容器?

这—试验项目的测量准确度受到哪些因素的影响?

p82

答：

西林电桥是利用电桥平衡的原理，当流过电桥的电流相等时，电流检流计指向零点，即没有电流通过电流检流计，此时电桥相对桥臂上的阻抗乘积值相等，通过改变R3和C4来确定电桥的平衡以最终计算出

和

。

采用标准电容器是因为计算被试品电容需要多个值来确定。

如果定下桥臂的电容值，再计算出

的情况下仅仅调节电阻值就可以最终确定被试品电容值的大小。

这一试验项目的测量准确度受到下列因素的影响，处于电磁场作用范围的电磁干扰、温度，试验电压。

试验电容量和试品表面泄露的影响。

5-1怎样选择试验变压器的额定电压和额定容量？

设一被试品的电容量为4000pF，所加的试验电压有效值为400kV，试求进行这一工频耐压试验时流过试品的电流和该试验变压器的输出功率。

P94

试验变压器高压侧电流I和额定容量P主要取决于被试品的电容。

5-2为什么有些高压交流电力设备要用直流高压来做耐压试验

答：

在被试品的电容量很大的场合（例如电缆段、电力电容器等）。

用工频交流高电压进行绝缘试验时会出现很大的电容电流。

这就要求工频高压试验装置具有很大的容量。

但这往往是很难做到的。

这时常用直流高电压试验来代替工频高电压试验。

P97

5-3试列表比较各种高电压测量装置的特点，包括能够测量的电压类型、所测得的是何种电压值、能够测量的最高电压、缺点或局限性等。

P111

高压测量装置

电压类型

最高电压

缺点或局限性

静电电压表

交流电压有效值

600KV

优点：

1、内阻抗特别大，几乎不消耗什么能量2、能测量相当高的交流和直流电压

缺点：

1、量程有限2、不能测量一切冲击电压

峰值电压表

交流/冲击电压峰值

与高压分压器配合

优点：

1、与球测相比，大大简化测量过程，缺点：

被测电压的波形必须是平滑上升，否则会产生误差

球隙测压器

交流、直流、冲击电压峰值

数兆伏

优点：

可测高电压峰值。

缺点：

影响因素多，可能产生误差，对球面的光滑、曲率要求严格

6-2、为什么线路波阻抗z在集中参数等效电路中要用一阻值等于z的电阻R来代替，而不是用一数值相等的阻抗来代替？

答：

在电力系统四大参数中电阻R的特性与波阻抗最相近，二者在某些重要的特性方面有相似之处：

（1）在众多电路参数中，量纲与波阻抗相同者只有R、

、

和

，四者之中只有R是与电源频率或者波形无关的，而波阻抗Z的大小也与

或波形完全无关，可见波阻抗是阻性的，

（2）从功率的表达式来看，行波所给出的功率：

如用一阻值R=Z的电阻来替换这条波阻抗为Z的长线，则：

可见一条波阻抗为Z的线路从电源吸收的功率

与一阻值R=Z的电阻从电源吸收的功率

完全相同。

从电源的角度来看，后面解一条波阻抗为Z的长线与接一个电阻R（=Z）是一样的。

计算时，可以用一只阻值R=Z的集中参数电路的电阻来替换一条波阻抗为Z的分布参数长线。

但波阻抗Z与电阻R在物理本质上还是有很大的不同：

波阻抗只是一个比例常数，完全没有长度的概念，线路长度的大小并不影响波阻抗Z的数值；而一条长线的电阻是与线路长度成正比的；

波阻抗从电源吸收的功率和能量是以电磁能的形式储存在导线周围的媒质中，并未消耗掉，而电阻从电源吸收的功率和能量均转化为热能而散失掉了

6-4、一幅值等于1000A的冲击电流波从一条波阻抗Z1=500Ω的架空线路流入一根波阻抗Z2=50Ω的电缆线路，在二者连接的节点A上并联有一只阀