《高电压技术》参考答案.docx

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《高电压技术》参考答案

参考答案

第一章电介质的极化、电导和损耗

一、单项选择题：

1.D2.D3.B

二、填空题：

1.增大了

2．电子式极化、离子式极化、偶极子式极化、空间电荷极化（夹层式极化）

3．在电场作用下极化程度的物理量

4．电子式极化、离子式极化

5．偶极子式极化、空间电荷极化（夹层式极化）

6．大些

7．离子性、电子性

8．电导强弱程度

9．电场强度、温度、杂质

10．体积电导、表面电导

11．电导损耗、极化损耗

12．电导

13．

14．电导

三、简答题

1．答：

电介质的电导为离子性电导，随着温度的升高，分子的热运动加剧，分子之间的联系减弱，介质中离解出的离子数目增多，所以电导率增大。

而导体的电导是电子性电导，温度升高，分子的热运动加剧，电子在电场作用下定向运动时遇到的阻力增大，所以电导率降低。

2．答：

不同。

电介质在直流电压作用下只有电导损耗，而在交流电压作用下除了电导损耗外还有周期性极化引起的极化损耗，所以同样条件下，电介质在交流电压下的损耗大于直流电压下的损耗。

3．答：

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；电介质的电导率小，导体的电导率大；随温度升高，电介质的电导率增大，导体的电导率减小。

第二章气体电介质的击穿特性

一、单项选择题：

1．B2.C3.A4.C5.B6.D7.A8.C9.D10.A

11.D12.B13.C14.C

二、填空题：

1.辉光放电、火花放电、电弧放电、电晕放电

2．最小

3．升高

4．空间光游离

5．棒—棒

6．扩散

7．改善电场分布、削弱气隙中的游离过程

8．固体介质

9．20℃、101.3

10．低

11．增大

12．250/2500

13．空间电荷

14．增大

三、简答题

1．答：

（1）因棒极附近场强很高，不论棒的极性如何，当外加电压达到一定值后，此强场区内的气体首先发生游离。

当棒具有正极性时，间隙中出现的电子向棒极运动，进入强电场区，引起碰撞游离，形成电子崩。

在放电达到自持、爆发电晕之前，在间隙中存在大量游离过程。

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。

即在棒极附近，积聚起正空间电荷，从而减少了紧贴棒极附近的电场，而加强了游离区外部空间的电场。

这样，棒极附近的电场被削弱，难以形成流柱，这就使得自持放电也即电晕放电难以形成，所以电晕起始电压高，击穿电压低。

（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，形成电子崩。

当电子崩中的电子离开强电场区后，电子就不再能引起游离，而以越来越慢的速度向阳极运动。

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积聚着正空间电荷。

而在其后则是较分散的负空间电荷。

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加强，因而自持放电条件易于得到满足、易于转入流柱而形成电晕放电，所以电晕起始电压低。

间隙深处的电场被削弱，使流注不易向前发展，因而其击穿电压较高。

2．答：

伏秒特性：

对某一冲击电压波形，间隙的击穿电压与击穿时间的关系曲线。

伏秒特性的形状与间隙中电场的均匀程度有关。

对于均匀或稍不均匀电场，因平均场强高，放电发展较快，放电时延较短，故伏秒特性比较平坦，且分散性较小；对于极不均匀电场，其平均场强较低，伏秒特性在击穿时间较大时便随击穿时间的减小而上翘，即伏秒特性较陡，且分散性较大。

伏秒特性主要用于比较不同设备绝缘的冲击击穿特性。

3．答：

由于悬式绝缘子串的金属部分与接地的铁塔或导线之间有电容存在，所以导致绝缘子串上的电压分布不均匀。

靠近导线端的绝缘子的电压降最大，离导线端远的绝缘子电压降逐渐减小，靠近铁塔横担时，电压降又有些升高。

通常可采取大截面导线或分裂导线改善电压分布，对330kV及以上电压等级的线路可在导体端安装均压环来改善绝缘子串的电压分布。

4．答：

保护设备（避雷器）的伏秒特性曲线应始终处于被保护设备伏秒特性的下方，并留有一定的裕度。

5．答：

因为卤族元素具有很强的电负性，易吸附电子成为负离子，削弱游离过程；其次，具有较大的分子量和分子直径，电子在其中运动时平均自由程小，不易积聚能量从而削弱其游离能力。

所以，含卤族元素的气体化合物具有较高的电气强度。

四、计算题

1．解：

从P35图2—24查得：

距离为4m长的棒—板间隙在标准大气状态下的正极性50%操作冲击击穿电压为U50标=1300kV。

h/δ=20/0.95=21

由图2—37查得K=1.1

则：

由图2—38得：

m=w=0.34

K1=δm==0.9827

K2=Kw==1.033

所以：

U50夏=U50标准K1K2

=1300×0.9827×1.033

=1320kV

2．解：

查《高电压技术》P224附表2—4可知，35kV母线支柱绝缘子的1min干工频耐受电压应为100kV，则可算出制造厂在平原地区进行出厂1min干工频耐受电压试验时，其耐受电压U应为

第三章液体和固体电介质的击穿特性

一、单项选择题：

1．B、D、E、F2.A3.D

二、填空题：

1．杂质、温度、电场均匀度、压力、电压作用时间

2．电击穿、热击穿、电化学击穿

3．气体、油纸

4．不均匀场强处扰动大，杂质不易形成杂质小桥

5．温度、热作用时间

6．改善电场分布、切断杂质小桥

7．电压作用时间、温度、电场均匀度、累积效应、受潮程度

三、简答题

1．答：

（1）减少液体中的杂质，主要方法有：

①过滤②祛气③防潮；

（2）采用固体介质降低杂质的影响，主要方法有：

①给电极加覆盖②给电极加绝缘层③在极间加屏障

2．答：

累积效应：

极不均匀电场中，当作用在固体介质上的电压为幅值较低或冲击电压时会在固体介质中形成局部损伤或不完全击穿，随着加压次数的增加，介质的击穿电压会随之下降，这种现象称为累积效应。

3．答：

高压电气设备的绝缘受潮后。

其电导率和介质损耗均迅速增大，在工频电压作用下，很容易造成热击穿，所以其工频击穿电压大幅降低。

而在雷电冲击电压作用下，因电压作用时间极短，热的作用来不及对击穿过程造成影响，即雷电冲击电压作用下发生的是电击穿，其U50%降低很少。

4．答：

覆盖是在曲率半径较小的电极表面覆盖很薄的一层固体绝缘，这样可以切断“小桥”，并限制泄漏电流，从而提高油间隙的击穿电压。

该方法适用于电场较均匀的场合。

绝缘层是在曲率半径较小的电极包扎较厚的固体绝缘材料，且其介电常数大于油的介电常数，从而改善整个油间隙的电场分布，提高油间隙的击穿电压。

该方法适用于极不均匀电场的情况。

第四章电气设备的绝缘试验

一、单项选择题：

1．B2.A3.B4.B5.D6.D7.B8.D

二、填空题：

1．集中性（局部性）、分布性（整体性）

2.60

3.较高、较慢、较低、较快

4.反、高

5.加屏蔽、移相法、倒相法

6.有效值

7.幅值

8.3

9.串联谐振

10.主绝缘、纵绝缘

三、简答题

1．答：

绝缘试验分为两大类：

一类是绝缘特性试验，是指在设备的绝缘上施加较低的电压或用其他不会损伤绝缘的方法测量绝缘的各种特性，从而判断绝缘内部的缺陷情况。

因为此方法所加电压低，对绝缘没有损伤，所以也称为非破坏性试验。

另一类绝缘试验为耐压试验，是指在绝缘上施加规定的比工作电压高得多的试验电压，直接检查绝缘的耐受情况。

这类试验可以发现绝缘中危险性较大的集中性缺陷，并能直接反映绝缘的耐压水平。

因耐压试验所加电压较高，可能使绝缘受到损伤，故也称为破坏性试验。

2．答：

用兆欧表测量绝缘电阻时，L（线路）端子应接在试品的导体端，E（接地）端子应接在试品的另一导体端或接地端，G（屏蔽）端子接在屏蔽极上。

一些设备（如变压器）的绝缘为多层介质，绝缘良好时存在明显的吸收现象，绝缘电阻达到稳态值所需的时间较长（即吸收现象进行的较慢），稳态电阻值也高，吸收比远大于1；当绝缘受潮时，吸收现象不明显，绝缘电阻达到稳态值所需的时间短（即吸收现象进行的较快），稳态电阻值也较低，吸收比近似等于1。

所以测量绝缘电阻和吸收比可以判断电气设备的绝缘是否受潮。

3．答：

曲线1所示的泄漏电流数值较小，且随试验电压U成直线上升，说明电机绝缘良好。

曲线2所示的泄漏电流数值较大，且随试验电压U成直线上升，说明电机绝缘受潮。

曲线3所示的泄漏电流数值在超过一定试验电压时出现激增现象，说明绝缘有集中性缺陷。

曲线4所示的泄漏电流数值在较低的试验电压下出现激增现象，说明绝缘有严重的集中性缺陷。

4．答：

（1）AV：

调压器，用以调节电压；

（2）T：

试验变压器，用以升高交流电压。

（3）R：

保护电阻，用以限制被试品击穿时的短路电流，保护试验变压器和高压硅堆。

（4）V1：

高压硅堆，用以整流；

（5）C：

滤波电容，用以改善电压波形，使整流电压平稳。

5．答：

耐压试验时，试验回路呈容性，由于回路电容电流在试验变压器漏抗上产生的压降与被试品上的电压方向相反，从而使被试品的电压高于试验变压器高压侧电压。

即有电容效应。

电容量较大的试品电容效应明显，在低压侧测量误差很大，因此加在被试品上的工频高电压一般要求在被试品两端直接进行测量。

6．答：

耐压试验对试验变压器的要求：

1）试验变压器高压绕组的额定电压应不小于被试品的试验电压值。

2）试验变压器的额定容量不小于由被试品试验电压及试验电压下流过被试品的电流决定的被试品容量，在被试品击穿或闪络后能短时维持电弧。

7．答：

测量试验电压的方法通常分为两类：

一是低压侧测量，二是高压侧测量。

侧测量又包括：

①静电电压表测量；②电容分压器配低压仪表测量；③球间隙测量；④高压电容器和整流装置串联测量；⑤电压互感器测量。

因为在低压侧测量由于电容效应的影响，测量误差很大，因此加在被试品上的工频高电压一般要求在被试品两端直接进行测量。

8．答：

1）直流耐压试验所需的试验设备的容量可以大大降低；

2）因直流电压下，绝缘中的局部放电较弱，所以对有机绝缘的损伤比工频耐压试验时小。

3）对某些绝缘结构，直流耐压试验能发现工频耐压试验不易发现的绝缘缺陷。

但是，直流耐压试验对绝缘的考验不如工频耐压试验准确。

第五章线路和绕组中的波过程

一、单项选择题：

1.B2.C3.A4.B5.A6.A7.D8.D

二、填空题：

1．光速（

2.无关

3.升高1倍

4.-1≤β≤1

5.陡度、稳态值

6.

、

7.

三、计算题

1．解：

根据彼得逊法则，可画出等值电路

其中回路电流I2为

母线上的电压幅值为

2.解：

1）

（kV）

（kV）

2）A点串联电感时，折、反射电压稳态值不变。

即：

u1f=-875kV,u2q=125kV

3．解：

1）t=1μs时，前行电压波U1正好到达B点，反行电压波U2未到达B点，所以

2）t=1.5μs时，前行电压波U1、反行电压波U2均到达B点，所以

4．解：

允许进入发电机绕组中入侵波的空间最大陡度为：

将其转换为时间上的陡度，则有

当用并联电容保护时，所需电容值为

当用串联电感保护时，所需电感值为

即并联0.5μF的电容或串联20mH的电感可以保护发电机绕组的匝间绝缘。

第六章雷电及防雷设备

一、单项选择题：

1．A2.B3.A

二、填空题：

1．每个雷暴日中每平方公里地面上的平均落雷次数。

2.2.6μs

3.接闪器、引下线、接地体

4.改善工频电压分布

5.直击雷过电压、感应雷过电压

6.先导放电、主放电、余辉放电

7.火花间隙、阀片电阻

8.FCD

9.避雷针、避雷线

三、计算题

1．解：

从题目可知hx=10m,rx=10+5=15m，p=1

设

则

所以

与假设不符，另设

则

取h=24m

答：

需要一支高为24m的避雷针来保护油罐。

2．解已知hx=10m,d=8m,bx=d/2=4m,D=18m,p=1

因为

所以：

由

得

取h=16m，即避雷针的最低高度为16m。

3．解已知hx=10m,h=20m,D=30m,p=1

因

，所以

由

得：

由

得

第七章输电线路的防雷保护

一、单项选择题：

1．A2.C

二、填空题：

1.耐雷水平、雷击跳闸率

2.相反

3．耐雷水平、反击

三、简答题

1．答：

输电线路的主要防雷措施有：

1）架设避雷线；

2）降低杆塔接地电阻；

3）架设耦合地线；

4）加强绝缘；

5）装设自动重合闸；

6）中性点采用消弧线圈接地方式；

7）采用不平衡绝缘方式；

8）采用排气式避雷器。

2．答：

输电线路架设避雷线的作用有：

①防止雷直击于导线；

②分流作用：

可以减小流经杆塔入地电流，从而降低塔顶电位；

③耦合作用：

减小线路绝缘承受的电压；

④屏蔽作用：

可以降低感应过电压。

第八章发电厂和变电站的防雷保护

一、单项选择题：

1．A2.B

二、填空题：

1.避雷针、避雷线

2.110kV及以上电压等级

3.雷电冲击水平

4.3m

5.15m

6.5

三、简答题

1．答：

（1）由于旋转电机在结构和工艺上的特点，旋转电机的冲击绝缘水平在相同电压等级的电气设备中最低。

（2）电机绝缘的运行条件较为恶劣，绝缘容易老化。

（3）电机绝缘的冲击耐压水平与保护它的避雷器的保护水平相差不多、绝缘配合的裕度很小。

（4）电机绕组匝间绝缘上所受电压与侵入波陡度a成正比，为保护匝间绝缘，应将陡度限制在一定范围之内。

（5）电机绕组的中性点一般是不接地的，电机中性点的过电压与入侵波陡度有关。

三相进波时在直角波头情况下，中性点电压可达来波电压的两倍，故应对中性点采取保护措施。

2．答：

不对。

因为变电站的母线距主变有一定的电气距离，当雷电波入侵变电站时，设备（主变）上出现的最大冲击电压比避雷器的残压高出△U=2al/v。

为了保证设备安全，必须限制避雷器的残压，同时必须限制入侵波的陡度a和设备离开避雷器的电气距离l。

即当雷电波的陡度一定时，避雷器有一最大保护距离。

当入侵波的陡度较大或避雷器与变压器间的电气距离过大时，变压器上受到的冲击电压将超过其冲击耐压值，避雷器对变压器起不到保护作用。

3．答：

降低入侵波陡度，保护匝间绝缘和中性点绝缘；且可以降低感应过电压。

第九章内部过电压

一、单项选择题：

1.C2.C3.B4.D

二、填空题：

1.不接地

2.电弧重燃

3.截流现象

4.雷电过电压

5.单相重合闸

6.长

7.主触头

8.提高断路器的灭弧性能

9.安装磁吹阀式避雷器或氧化锌避雷器

10.过补偿

三、简答题

1．答：

操作过电压包括：

空载线路的分闸过电压、空载线路的合闸过电压、切除空载变压器过电压、电弧接地过电压。

2．答：

如图所示，切除空载长线时，主触头Q1首先断开，而电阻R和辅助触头Q2并未开断，因此线路上的剩余电荷通过电阻R向电源释放，主触头两端的恢复电压仅为R上的压降，其值不高，故Q1中不易发生电弧的重燃。

经过一段时间后再打开辅助触头Q2，其上的恢复电压已较低，电弧一般不会重燃。

即使Q2触头间发生了重燃，由于电阻R的阻尼作用，也就不至于形成很高的过电压。

第十章电力系统的绝缘配合

一、单项选择题：

1．B

二、填空题：

1．试验

2．雷电冲击耐受电压、操作冲击耐受电压

3．最大工作电压

4．确定设备的绝缘水平、惯用法、统计法、简化统计法

模拟试题

（一）答案

一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）

1.D2.D3.C4.A5.B6.D7.C8.B9.C10.B

二、填空题（本大题共20小题，每小题1分，共20分）

1．电导

2．大些

3．表面电导

4．温度

5．自持放电

6．降低

7．增大

8．电化学击穿

9．U50%

10.分布

11．无关

12．1

13．阀片电阻

14．人工接地装置

15．330kV

16．1~2

17．降低

18．铁磁谐振过电压

19．试验

20．热老化

三、判断题（本大题共5小题，每小题2分，共10分）

1．√2．×3．×4．√5．×

四、名词解释（本大题共4小题，每小题3分，共12分）

1．伏秒特性：

对某一冲击电压波形，间隙的击穿电压与击穿时间的关系曲线。

2．雷击跳闸率：

指折算到年雷暴日数为40的标准条件下，每100km线路每年因为雷击引起的线路跳闸次数。

3．工频过电压:

电力系统在正常或故障运行时，可能出现幅值超过最大工作相电压、频率为工频或接近工频的电压升高，统称为工频过电压。

4．内过电压倍数：

K=内部过电压幅值/电网最高运行相电压的幅值。

用以表示内过电压幅值的大小。

五、简答题（本大题共5小题，每小题5分，共25分）

1．答：

防止绝缘子污闪的措施有：

1）调整爬电比距（加强绝缘）

2）定期或不定期的清扫

3）涂憎水性涂料（防尘涂料）

4）半导体釉绝缘子

5）采用新型合成绝缘子

2．答：

有低压侧测量和高压侧测量

其中高压侧测量的方法主要有

（1）用高压静电电压表测量。

（2）用电容分压器配低压仪表测量。

（3）用球隙测量。

（4）用高压电容器和整流装置串联测量。

（5）用电压互感器测量。

耐压试验时，试验回路呈容性，由于回路电容电流在试验变压器漏抗上产生的压降与被试品上的电压方向相反，从而使被试品上的电压高于试验变压器高压侧电压。

即有电容效应，在低压侧测量时误差较大，所以应在被试品两端直接测量。

3．吸收比是指绝缘电阻测量中，加压60秒时的绝缘电阻值与加压15秒时的绝缘电阻值之比。

即k=R60”/R15”。

一些设备（如变压器）的绝缘为多层介质，绝缘良好时存在明显的吸收现象，绝缘电阻达到稳态值所需的时间较长（即吸收现象进行的较慢），稳态电阻值也高，吸收比远大于1；当绝缘受潮时，吸收现象不明显，绝缘电阻达到稳态值所需的时间短（即吸收现象进行的较快），稳态电阻值也较低，吸收比近似等于1；

4．答：

（1）保护性能优越。

（2）无续流，动作负载轻，耐重复动作能力强。

（3）通流容量大。

（4）耐污性能好。

（5）适于大批量生产，造价低廉。

5．答：

接线如图所示：

（1）F:

电站型阀式避雷器或氧化锌避雷器，其作用是限制沿线侵入的雷电波幅值。

（2）FE:

排气式避雷器，当断路器在雷季有可能开路运行时装设，用来保护开关的绝缘。

（3）避雷线：

其作用一是利用导线的波阻抗限制流过母线避雷器的雷电流幅值；二是利用冲击电晕降低入侵波的陡度。

此外防止进线段直接雷击。

六、计算题（本大题共2小题，第一小题7分，第二小题6分，共13分）

1、解：

根据彼得逊法则，可画出等值电路（3分）

其中回路电流I2为

母线上的电压幅值为

（4分）

2．解已知hx=10m,d=8m,bx=d/2=4m,D=8+5+5=18m,p=1（1分）

因为

（1分）

所以：

（1分）

由

（1分）

得

（1分）

所以，避雷针的最低高度为16m。

（1分）

模拟试题

（二）答案

一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）

1．D2.B3.D4.C5.C6.B7.A8.A9.D10.B

二、填空题（本大题共20小题，每小题1分，共20分）

1.增大了

2．电导

3．20℃

4．棒—棒

5．碰撞游离

6．电

7．切断杂质小桥

8．反

9．远大于1（≥1.3）

10．2.6μs

11.稳态值

12．0≤α≤2

13．

14．移相法

15．主放电

16．雷电流幅值

17．绕击

18．旋转电机

19．过补偿

20．磁吹阀式避雷器或氧化锌避雷器

三、判断题（本大题共5小题，每小题2分，共10分）

1．×2．×3．×4．√5．√

四、名词解释（本大题共4小题，每小题3分，共12分）

1．放电时延:

在冲击电压作用下，从间隙上的电压达到静态击穿电压U0的瞬时起到间隙完全被击穿为止的时间。

2．吸收比：

是指绝缘电阻测量中，加压60秒时的绝缘电阻值与加压15秒时的绝缘电阻值之比。

即k=R60”/R15”。

3．操作过电压：

是指操作或故障时过渡过程中出现的持续时间较短的过电压。

4．巴申定律：

当气体和电极材料一定时，气隙的击穿电压是气体的相对密度δ和气隙距离d乘积的函数，这个规律称为巴申定律。

即Ub=f（δd）。

五、简答题（本大题共5小题，每小题5分，共25分）

1．答：

与阀型避雷器相比，无间隙氧化锌避雷器具有下列优点

（1）保护性能优越。

（2）无续流，动作负载轻，耐重复动作能力强。

（3）通流容量大。

（4）耐污性能好。

（5）适于大批量生产，造价低廉。

2．答：

接线如图所示：

（1）AV：

调压器，用以调节电压；

（2）T：

试验变压器，用以升高交流电压。

（3）R：

保护电阻，用以限制被试品击穿时的短路电流，保护试验变压器和高压硅堆。

（4）V1：

高压硅堆，用以整流；

（5）C：

滤波电容，用以改善电压波形，使整流电压平稳。

（图2分，元件作用3分，回答不完整适当扣分）

3．答：

提高液体介质击穿电压的措施有：

1）减少液体中的杂质，主要方法有：

①过滤②祛气③防潮；（2分）

2）采用固体介质降低杂质的影响，主要方法有：

①给电极加覆盖②给电极加绝缘层③在极间加屏障。

（3分）

4．答：

1）避雷器保护

在发电机出线母线上装设一组FCD型磁吹避雷器或氧化锌避雷器，其作用是限制侵入波幅值，保护电机主绝缘。

2）电容器保护

在发电机电压母线上装设一组并联电容器限制侵入波陡度，以保护电机匝间绝缘及中性点绝缘，同时也可降低感应过电压。

3）电缆段保护（进线段保护）

由电缆段和排气式避雷器组成，利用排气式避雷器动作后电缆段中的趋肤效应限制流过避雷器中的雷电流幅值。

4）电抗器保护

电抗器的作用是在雷电波入侵时抬高电缆首端冲击电压，从而使排气式避雷器容易放电。

（回答不完整适当扣分）

5．答：

输电线路架设避雷线的作用有：

①防止雷直击于导线；（2分）

②分流作用：

以减小流经杆塔入地电流，从而降低塔顶电位；（1分）

③耦合作用：

通过避雷线与导线间的耦合作用减小线路绝缘承受的电压；（1分）

④对导线的屏蔽作用：

可以降低感应过电压。

（1分）

六、计算题（本大题共2小题，第一小题7分，第二小题6分，共13分）

1.解：

1）

（kV）（2分）

（kV）（2分）

2）A点串联电感时，折、反射电压稳态值不变。

（2分）

即：

u1f=-1750kV,u2q=250kV

（图1分）

2．解：

允许进入发电机绕组中入侵波的空间最大陡度为：

（2分）

将