高电压工程答案(清华大学版).doc

高电压工程课后答案1.1空气作为绝缘的优缺点如何？ 答：优点：空气从大气中取得，制取方便，廉价，简易，具有较强的自恢复能力。缺点：空气比重较大，摩擦损失大，导热散热能力差。空气污染大，易使绝缘物脏污，且空气是助燃物当仿生电流时，易烧毁绝缘，电晕放电时有臭氧生成，对绝缘有破坏作用。1.2为什么碰撞电离主要是由电子而不是离子引起？ 答：由于电子质量极小，在和气体分子发生弹性碰撞时，几乎不损失动能，从而在电场中继续积累动能，此外，一旦和分子碰撞，无论电离与否均将损失动能，和电子相比，离子积累足够造成碰撞电离能量的可能性很小。1.5负离子怎样形成，对气体放电有何作用？ 答：在气体放电过程中，有时电子和气体分子碰撞，非但没有电离出新电子，碰撞电子反而别分子吸附形成了负离子，离子的电离能力不如电子，电子为分子俘获而形成负离子后电离能力大减，因此在气体放电过程中，负离子的形成起着阻碍放电的作用。1.7非自持放电和自持放电主要差别是什么？ 答：非自持放电必须要有光照，且外施电压要小于击穿电压，自持放电是一种不依赖外界电离条件，仅由外施电压作用即可维持的一种气体放电。1.13电晕会产生哪些效应，工程上常用哪些防晕措施？ 答：电晕放电时能够听到嘶嘶声，还可以看到导线周围有紫色晕光，会产生热效应，放出电流，也会产生化学反应，造成臭氧。工程上常用消除电晕的方法是改进电极的形状，增大电极的曲率半径。1.14比较长间隙放电击穿过程与短间隙放电放电击穿过程各有什么主要特点？ 答：长时间放电分为先导放电和主放电两个阶段，在先导放电阶段中包括电子崩和流注的形成和发展过程，短间隙的放电没有先导放电阶段，只分为电子崩流注和主放电阶段。2.1雷电放电可分为那几个主要阶段？ 答：主要分为先导放电过程，主放电过程，余光放电过程。2.4气隙常见伏秒特性是怎样制定的？如何应用伏秒特性？ 答：制定的前提条件是同一间隙同一波形电压上升电压幅值。当电压较低时击穿发生在波尾，取击穿时刻t1作垂线与此时峰值电压横轴的交点为1，当电压升高时，击穿也发生在峰值，取击穿时刻的值t2作垂线与此时峰值电压横轴的交点为2，当电压进一步升高时，击穿发生在波前，取此时击穿时刻t3作垂线与击穿电压交点为3，连接123应用：伏秒特性对于比较不同设备绝缘的冲击击穿特性有重要意义，如果一个电压同时作用于两个并联气隙s1和s2上，若某一个气隙先击穿了，则电压被短接截断，另一个气隙就不会击穿。2.7为什么高真空和高压力都能提高间隙的击穿电压？简述各自运用的局限性？答：在高气压条件下，气压增加会使气体密度增大，电子的自由行程缩短，削弱电离工程从而提高击穿电压，但高气压适用于均匀电场的条件下而且要改进电极形状，点击应仔细加工光洁，气体要过滤，滤去尘埃和水分在高真空条件下虽然电子的自由行程变得很大，但间隙中已无气体分子可供碰撞，故电离过程无从发展，从而可以显著提高间隙的击穿电压，但是在电气设备中气固液等几种绝缘材料往往并存，而固体液体绝缘材料在高真空下会逐渐释放出气体，因此在电气设备中只有在真空断路器等特殊场合下才采用高真空作为绝缘。2.8什么是细线效应？答；当导线直径很小时，导线周围容易形成比较均匀的电晕层，电压增加，电晕层逐渐扩大，电晕放电所形成的空间电荷使电场与均匀电场类似，这种现象成为细线效应。3.2均匀电场中污面闪络电压比纯空气间隙的击穿电压要低，原因是什么？答：固体介质表面吸附水分形成水膜，水膜中的离子在电场中沿介质表面移动，电极附近逐渐累积电荷，使介质表面电压分布不均匀，从而使沿面闪络电压低于空气间隙的击穿电压介质表面电阻不均匀以及介质表面有伤痕裂纹也会畸变电场的分布，使闪络电压降低，若电极和固体介质端面间存在气隙，气隙处场强大，极易发生电离，产生的带电质点到达介质表面会畸变原电场分布，从而使闪络电压降低3.5沿面放电中导致滑闪放电的主要原因是什么，并加以解释？主要原因是极不均匀电场具有强垂直分量。当外施电压超过某一临界值后，线状火花中的带电粒子受电场法线分量的作用被紧压在介质表面上，同时在切线分量的作用下向另一电极方向运动，使介质表面局部发热。当外加电压超过某一临界值时，温度可高到足以引起气体的热电离，使通道中的带电粒子数量急剧增加，介质电导增大，使火花通道头部电场增强，火花通道迅速向前发展，形成树状火花。个别细线突然迅速伸长，转变为分叉的树枝状明亮的火花通道，这种树枝状放电并不固定在一个位置上，而是在不同的位置交替出现，因而称为滑闪放电。3.6介质材料，作用电压种类，大气环境温度等对沿面闪络电压有何影响？答：介质材料：对不易吸潮的介质沿面闪络电压较高，易吸潮介质沿面闪络电压较低，烘干介质表面，可提高沿面闪络电压。在均匀电场中，工频和直流电压作用下的沿面闪络电压要低于高频和冲击电压作用下的闪络电压大气环境影响：当空气中相对湿度小于0.4是，湿度对各种固体介质的闪络电压无影响，当气体中相对湿度大于0.4，对于亲水性介质，随着湿度的增加闪络电压明显下降，对于憎水性材料由于吸湿很少，闪络电压随着湿度的增加下降不多3.7绝缘子污闪过程绝缘子污闪的具体过程如下：绝缘子表面受潮后，污层湿润后变为干层。在运行电压作用下，表面产生泄漏电流，产生热效应。在电流密度大、污层电阻高的局部区域烘干污层，称为干带。干带中断了泄漏电流，是作用电压集中形成高场强，而引起干带上空气击穿和泄漏电流的脉冲。干带上出现的放电与未烘干的污层电阻串联，但串联电阻较低而泄漏电流脉冲较高时，放电将转为电弧，其燃烧和持续发展将导致绝缘子两极间的闪络4.2极性液体和极性固体电介质的相对介电常数与温度和电压频率的关系如何？为什么？极化液体相对介电常数在温度不变时，随电压频率的增大而减小，然后就见趋近于某一个值，当频率很低时，偶极分子来来得及跟随电场交变转向，介电常数较大，当频率接近于某一值时，极性分子的转向已经跟不上电场的变化，介电常数就开始减小。在电压频率不变时，随温度的升高先增大后减小，因为分子间粘附力减小，转向极化对介电常数的贡献就较大，另一方面，温度升高时分子的热运动加强，对极性分子的定向排列的干扰也随之增强，阻碍转向极化的完成。极性固体介质的相对介电常数与温度和频率的关系类似与极性液体所呈现的规律。4.4测量电介质或电气设备的绝缘电阻时，为什么规定取加压1分钟时的数值？ 绝缘电阻是电介质流过的泄漏电流所对应的电阻电介质存在吸收现象，实际测得的绝缘电阻是一个随时间变化的曲线；吸收电流完全衰减到一恒定电流值ig往往要数分钟以上的时间，所以通常测绝缘电阻规定取加压1分钟时的数值4.6电介质的电导与金属电导有何区别？答：电介质的电导主要由离子造成，电阻率在 范围内，随着温度升高，电阻率下降，金属电导主要由电子造成，电阻率在 范围，随着温度的升高金属的电阻率增加4.7直流和交流电场下的电介质损耗有何差别？选择交流电气设备的绝缘材料一般应注意什么问题？答：在直流电压作用下的介质损耗仅漏导损失，交流时有漏导损失和极化损失，仅用v，s不够，需用其他特征量来表示介质在交流电压作用下的能量损耗。在选择交流电气设备中需要考虑tan,若tan过大引起绝缘介质严重发热们甚至导致热击穿，固tan应尽量小4.9 为什么标准电容器采用气体绝缘？电力电容器用油纸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。4.13固体介质点击穿的特点是什么，为提高其电击穿常采取什么措施？答：固体电介质电击穿特点：电压作用时间短，击穿电压高，与电场的均匀程度关系极大，与介质特性有关，在极不均匀电场中及冲击电压作用下会出现累积效应措施：改进绝缘设计，改善电场分布改进制造工艺，去除杂质改善运行条件防潮防污加强散热等措施4.14固体电介质热击穿有什么特点，高压设备的绝缘材料受答：热击穿主要是由介质损耗的存在，固体电解质在电场中逐渐升温，导致介质电阻下降发热增大，同时刻，若发热超过散热，电介质温度不断上升至击穿。高压设备的绝缘材料受潮后，绝缘电阻降低，致使电流增大，损耗发热增大4.15绝缘材料在冲击电压作用下常常是电击穿而不是热击穿，在高频电压下常常是热击穿，为什么？答：雷电冲击考验的是绝缘材料内部绝缘性，标准雷电波波尾时间在 取值，不会产生热击穿，高频电压下，绝缘材料的绝缘性会降低，将承受很大的电流，且试验时间较长，产生热击穿。4.16纯净液体介质的电击穿理论和气泡理论，二者差别在哪里？答：电击穿理论事是液体在强场发射产生的电子在电场中被加速，与液体分子发生碰撞电离，首先是典礼开始阶段，流注发展阶段，最后是主流贯通整个间隙气泡击穿理论是由于气泡r=1小于液体的，所以液体中的气泡承担了更高的场强，气泡现行电离，气泡中的气体温度升高，体积膨胀，进一步电离，使油分解出气体，若电离的气泡在电场中堆积成气体通道没击穿就在次通道内产生。4.19为什么油的洁净度较高时改善油间隙电场的均匀性能显著提高工频或直流的击穿电压？答：由于液体击穿电压的分散性和电场的均匀程度有关，电场的不均匀程度增加时，击穿电压的分散性减小，但在品质较差的油中，固体杂质的聚集和排列时电场畸变，油电场均匀带来的好处不明显，故当油的洁净度较高时，尽量应使隙电场均匀。4.20为什么油纸组合绝缘的耐电强度比纸和油单一介质时的耐电强度都高？答：油纸绝缘的优点主要是优良的电气性能，干纸的耐电度仅为10kV/mm13kV/mm，二者组合以后，由于油填充了纸中薄弱点的空气隙，纸在油中又起了屏障作用，从而使总体耐电强度提高很多，油纸绝缘工频短时耐电强度可达50kV/mm120kV/mm。4.21固体绝缘材料的耐热等级用什