高电压技术习题与答案

第一章气体放电的基本物理过程一、选择题1)流注理论未考虑B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)先导通道的形成是以C的出现为特征。A．碰撞游离B．表面游离C．热游离D．光游离3)电晕放电是一种A。A．自持放电B．非自持放电C．电弧放电D．均匀场中放电4)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C。A.碰撞游离B.光游离C.热游离D.表面游离5)___B___型绝缘子具有损坏后“自爆”的特性。A.电工陶瓷B.钢化玻璃C.硅橡胶D.乙丙橡胶6)以下哪个不是发生污闪最危险的气象条件？DA.大雾B.毛毛雨C.凝露D.大雨7)污秽等级II的污湿特征：大气中等污染地区，轻盐碱和炉烟污秽地区，离海岸盐场3km~10km地区，在污闪季节中潮湿多雾但雨量较少，其线路盐密为C2/cmmg。A.≤0.03B.0.03~0.06C.0.06~0.10D.0.10~0.258)以下哪种材料具有憎水性？AA.硅橡胶B.电瓷C.玻璃D金属二、填空题9)气体放电的主要形式：辉光放电、电晕放电、刷状放电、火花放电、电弧放电。10)根据巴申定律，在某一PS值下，击穿电压存在极小（最低）值。11)在极不均匀电场中，空气湿度增加，空气间隙击穿电压提高。12)流注理论认为，碰撞游离和光电离是形成自持放电的主要因素。13)工程实际中，常用棒－板或棒－棒电极结构研究极不均匀电场下的击穿特性。14)气体中带电质子的消失有扩散、复合、附着效应等几种形式15)对支持绝缘子，加均压环能提高闪络电压的原因是改善(电极附近)电场分布。16)沿面放电就是沿着固体介质表面气体中发生的放电。17)标准参考大气条件为：温度Ct200，压力0b101.3kPa，绝对湿度30/11mgh18)越易吸湿的固体，沿面闪络电压就越__低____19)等值盐密法是把绝缘子表面的污秽密度按照其导电性转化为单位面积上____NaCl______含量的一种方法20)常规的防污闪措施有：增加爬距，加强清扫，采用硅油、地蜡等涂料三、计算问答题21)简要论述汤逊放电理论。答∶当外施电压足够高时，一个电子从阴极出发向阳极运动，由于碰撞游离形成电子崩，则到达阳极并进入阳极的电子数为eas个(α为一个电子在电场作用下移动单位行程所发生的碰撞游离数；s为间隙距离)。因碰撞游离而产生的新的电子数或正离子数为(eas-1)个。这些正离子在电场作用下向阴极运动，并撞击阴极．若1个正离子撞击阴极能从阴极表面释放r个(r为正离子的表面游离系数)有效电子，则(eas-1)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(eas-1)=1。22)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？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，难以造成流柱，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、易于转入流柱而形成电晕放电。23)影响套管沿面闪络电压的主要因素有哪些？答∶（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24)某距离4m的棒-极间隙。在夏季某日干球温度Ct03干，湿球温度Ct25湿，气压kPa8.99b的大气条件下，问其正极性50%操作冲击击穿电压夏50U为多少kV?（空气相对密度95.0）答∶查《高电压工程》52页图2-24曲线4可知，距离为4m的棒-极间隙，其标准参考大气条件下的正极性50%操作冲击击穿电压标准50U=1300kV查《高电压工程》65页图3-2可得空气绝对湿度3/20mgh。从而,21/h再由图3-1求得参数1.1K。求得参数KLUgb1500=1300/（500×4×0.95×1.1）=0.62，于是由图3-3得指数34.0Wm。空气密度校正因数9827.095.034.01mK湿度校正因数033.11.134.02WKK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kVKKU1320033.19827.01300U215050标准夏25)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？答∶查《高电压工程》附录A中的表A-2，亦即GB311.1-1997的规定可知，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kVHUUKUa1541045001.1100101.14400第二章气体介质的电气强度一、选择题1)SF6气体具有较高绝缘强度的主要原因之一是__D___。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___B___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___A___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：___C___。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___。A.．小B．大C．相等D．不确定二、填空题6)我国国家标准规定的标准操作冲击波形成__250/2500____s。7)极不均匀电场中，屏障的作用是由于其对___空间电荷___的阻挡作用，造成电场分布的改变。8)下行的负极性雷通常可分为3个主要阶段：先导、主放电、余光。9)调整电场的方法：___增大___电极曲率半径、改善电极边缘、使电极具有最佳外形三、计算问答题10)保护设备与被保护设备的伏秒特性应如何配合？为什么？答∶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11)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？答∶此球形电极与四周墙壁大致等距离，可按照上述的同心球电极结构来考虑。变压器的球电极为同心球的内电极，四周墙壁为同心球的外电极。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maxE小于球电极的电晕起始场强0E，即保证)/11(24)(rrRrRU将U=1414V峰值，R=500cm，1代入此不等式，算得r=60cm时球电极表面最大场强maxE=26.7kV/cm，小于同心球内电极的电晕起始场强0E=27.1kV/cm。球电极的起始电晕电压cU=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。12)一些卤族元素化合物（如SF6）具有高电气强度的原因是什么？答∶（1）由于含有卤族元素，这些气体具有很强的电负性，气体分子容易和电子结合成为负离子，从而削弱了电子的碰撞电离能力，同时又加强了复合过程。（2）这些气体的分子量都比较大，分子直径较大，使得电子在其中的自由行程缩短，不易积聚能量，从而减少了碰撞电离的能力。（3）电子在和这些气体的分子相遇时，还易引起分子发生极化等过程，增加能量损失，从而减弱碰撞电离的能力。第三章液体和固体介质的电气特性一、选择题1)电介质按极性强弱分类，在下面的介质中，弱极性电介质有___A,B,C,D,E,F___，中性电介质有__I____，强极性电介质有___H,G___。A.H2B.N2C.O2D.CO2E.CH4F.空气G.水H.酒精I.变压器油J.蓖麻油2)按照国家标准GB11021-1989“电气绝缘的耐热性评定和分级”将各种电工绝缘材料耐热程度划分等级，以确定各级绝缘材料的最高持续工作温度。其中A级绝缘材料的最高持续温度是__B__，F级绝缘材料的最高持续温度是___E___。A.90B.105C.120D.130E.155F.180二、填空题3、3)影响液体电介质击穿电压的因素有__杂质__、__温度__、__电压作用时间__、__电场均匀程度__、__压力__。4)固体介质的击穿形势有__电击穿__、__热击穿__、__电化学击穿__。5)电介质是指__能在其中建立静电场的物质__，根据化学结构可以将其分成__非极性（弱极性）电介质___、__偶极性电介质___、__离子性电介质__。6)电介质极化的基本形式有__电子位移极化____、___离子位移极化___、___转向极化___、___介质界面极化___、__空间电荷极化____。7)介质损失角正切的计算公式是__CRII/tan_____，tan表示__交流下的介质损耗____。一般来说，标准电容器采用__气体____绝缘，电力电容器采用___油纸___绝缘，为什么？气体电介质的相对介电常数接近1，极化率极小，气体电介质的损耗就是电导损耗，当电场强度小于使气体分子电离所需要值时，气体介质损耗很小，所以标准电容器采用气体绝缘。而电力电容器采用油纸绝缘是因为油纸绝缘具有优良的电气性能，干纸和纯油组合后，油填充了纸中薄弱点的空气隙，纸在油中又起了屏障作用，使总体的耐电强度提高很多。8)两个标准油杯，一个是含杂质较多的油；另一个是含杂质较少的油，试问：（1）当施加工频电压时，两杯油击穿电压__差别很大___。（2）当施加雷电冲击电压时，两杯油击穿电压__差别很小____，是因为__冲击击穿电压作用时间太短，杂质来不及形成桥____。9)纤维等杂质对极不均匀电场下变压器的击穿电压影响较小，这是因为__不均匀场强处扰动大，杂质不易形成桥____。10)介质热老化的程度主要是由__温度__和__介质经受热作用时间___来决定的。11)转向极化程度与电源频率和温度有关，随着频率的增加，极化率__减小____，随着温度的增加，极化程度__先增加后减小____。12)纯净液体介质的击穿理论分为___电子碰撞电离理论___和___气泡击穿理论____。13)影响固体介质击穿电压的主要因素有_电压作用时间__、__电场均匀程度_、__温度__、__累积效应_、_受潮程度_。三、计算问答题14)测量绝缘材料的泄漏电流为什么用直流电压而不用交流电压？答：因为直流电压作用下的介质损失仅有漏导损失，而交流作用下的介质损失不仅有漏导损失还有极化损失。所以在直流电压下，更容易测量出泄漏电流。第四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___ADEG___，破坏性实验包括__BCFH____。A.绝缘电阻试验B.交流耐压试验C.直流耐压