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华中科技大学武昌分校高电压考试第一章：电晕放电定义：由于电场强度沿气隙的分布极不均匀，因而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的电场强度首先达到了起始场强E0，因而在这个局部区域出现碰撞电离和电子崩，甚至出现流注，这种仅仅发生在强场区（小曲率半径电极附近空间）的局部放电称为电晕放电 。特点：电晕放电是极不均匀电场特有的自持放电形式，电晕起始电压低于击穿电压，电场越不均匀其差值越大。绘制伏秒特性的方法 ：保持冲击电压波形不变，逐级升高电压使气隙发生击穿，记录击穿电压波形，读取击穿电压值U与击穿时间t。 当电压不很高时击穿一般在波长发生；当电压很高时，击穿百分比将达100，放电时延大大缩短，击穿可能发生在波前发生 。 当击穿发生在波前时，U与t均取击穿时的值；当击穿发生在波长时， U取波峰值，t取击穿值50伏秒特性的绘制： 极不均匀：平均击穿场强低，放电时延长，曲线上翘；稍不均匀：平均击穿场强高，放电时延短，曲线平坦。因此在避雷器等保护装置中，保护间隙采用均匀电场，确保在各种电压下保护装置伏秒特性低于被保护设备。棒-棒电极击穿电压介于不同极性棒-板之间液体电介质的击穿理论电击穿：认为在电场作用下，阴极上由于强场发射或热发射出来的电子产生碰撞电离形成电子崩，最后导致液体击穿气泡击穿：认为液体分子由电子碰撞而产生气泡，或在电场作用下因其它原因产生气泡，由气泡内的气体放 电，产生电和热而引起液体击穿。液体中气泡产生的原因：油中易挥发的成分；阴极的强场发射或热发射的电子电流加热液体介质，分解出气体；溶解于油中的外来气体；由电场加速的电子碰撞液体分子，使液体分子解离产生气体；电极上尖的或不规则的凸起物上的电晕放电引起液体气化提高液体介质击穿电压的方法：提高油的品质 过滤；防潮；除去水分和气体2 覆盖层 在金属电极上贴固体绝缘薄层，可阻断杂质小桥油本身品质越差，电压作用时间越长，效果越好。 3 绝缘层 当覆盖层厚度增大，本身承担一定电压时，成为绝缘层。用在不均匀电场中，被覆在曲率半径较小的电极上 。4 屏障 放在电极间油间隙中的固体绝缘板作用可以割断杂质小桥的形成 第4章 ：1、高压实验变压器特点 1.电压高 击穿电压比正常工作电压高很多 2.容量小 在击穿前只需要提供电容电流；击穿后，切断 电源，出现短路时间短。一般试品的电容量小，故容量小 3.体积小 容量小，故体积小；电压高，套管大而长 4.绝缘裕度小 实验条件下，产生的过电压小，绝缘裕度小 5.连续运行时间短 运行时间短，发热较轻 6.漏抗大 工频高电压的测量方法 ： 1、球隙测压器 根据球的直径和被测电压类型查找放电电压表 2、静电电压表 利用静电力的效应制成的，让外力与静电力平衡，外力的大小反应外加电压的大小 3、峰值电压表 4、分压器配低压表计 电阻分压器和电容分压器多级 冲击电压发生器(Marx回路）工作原理：并联充电、串联放电电阻R的作用： 充电过程看，R可以取为零；放电过程，要求R足够大，可减小附加放电的不利影响。阻尼电阻Rd的作用：阻尼寄生振荡。n级冲击电压发生器的等效关系【见课本103页】第七章：一.雷电放电过程 1.先导阶段微弱的放电通道，分级推进，每级平均长度2550m，下行的平均速度0.10.8m/us.电流不大数十至数百安2. 主放电和迎面流注阶段 下行先导场强高，使周围空气电离，在地面或突起的物体上形成向上的迎面先导，当下行先导与迎面先导相遇，进入主放电阶段，出现强烈电荷中和过程，出现雷鸣和闪光。主放电时间短，50100us;速度快，50100m/us;电流大，数十至数百千安3. 余辉阶段主放电之后，云层中剩余电荷沿导电通道流向大地，持续时间0.030.15s，电流为数百安输电线路耐雷性能的若干指标：输电线路的耐雷性能和所采用防雷措施效果在工程上用耐雷水平和雷击跳闸率来衡量耐雷水平是指雷击线路时，其绝缘尚不至于发生闪络的最大雷电流幅值，单位为kA。防雷保护装置：指能使被保护物体避免雷击，而引雷于本身，并顺利地泄入大地的装置。避雷针和避雷线保护原理：当雷云放电时使地面电场畸变，在避雷针的顶端形成局部场强集中的空间以影响雷电先导放电的发展方向，使雷电对避雷针放电，再经过接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物体免遭雷击。避雷针适宜于象变电所、发电厂那样相对集中的保护对象；避雷线主要用于架空线路那样伸展很广的保护对象。管型避雷器利用电弧燃烧时产生的热量使产气管里的产气材料（纤维、塑料、橡胶等）产生气体纵吹电弧，使电弧熄灭。伏秒特性陡峭、动作产生截波、放电分散性大，主要用于输电线路上绝缘比较薄弱的地方。1、汤逊理论主要用于解释 短气隙 、 低气压 的气体放电。2、“棒板”电极放电时电离总是从 棒 开始的。3、正极性棒的电晕起始电压比负极性棒的电晕起始电压 高 ，原因是 崩头电子被正极性棒吸收, 有利于电子崩的发展 。4、电力系统中电压类型包括 工频电压 、 直流电压 、 雷电冲击电压 和 操作冲击电压 等4种类型。5、在r/R等于 0.33 时同轴圆筒的绝缘水平最高。6、沿面放电包括 沿面滑闪 和 沿面闪络 两种类型。7、电介质的电导包括 离子电导 和 电子电导 两种类型，当出现 电子电导 时电介质已经被击穿。8、弱极性液体介质包括 变压器油 和 蓖麻油 等，强极性液体介质包括 水 和 乙醇 （至少写出两种）。9、影响液体介质击穿电压的因素有_电压形式的影响 、 温度、含水量、含气量的影响 、 杂质的影响 油量的影响 （至少写出四种）。10、三次冲击法冲击高电压实验是指分别施加 三次正极性 和 三次负极性冲击电压 的实验。 11、变压器油的作用包括 绝缘 和 冷却 。12、绝缘预防性实验包括绝缘电阻 、介质损耗角正切、工频高压试验、直流高压试验 和 冲击高电压试验 等。13、雷电波冲击电压的三个参数分别是 波前时间 、 半波时间 和 波幅值 。14、设备维修的三种方式分别为 故障维修 、 预防维修 和 状态维修 。15、介质截至损耗角正切的测量方法主要包括 基波法 和 过零相位比较法 两种。16、影响金属氧化物避雷器性能劣化的主要是 阻性泄露 电流。17、发电厂和变电所的进线段保护的作用是 降低入侵波陡度 和 降低入侵波幅值 。18、小波分析同时具有在 时域范围 和 频率范围 内对信号进行局部分析的优点，因此被广泛用于电力系统 局部放电 的检测中。19、电力系统的接地按其功用可为 工作接地 、 保护接地 和 防雷接地 三类。20、线路末端短路时电压反射波为 与入射波电压相同 ，电流反射波为 与入射波电流相反 。21、反向行波电压和反向行波电流的关系是 u=-Zi 。22、“云地”雷电放电过程包括 先导放电 、 主放电 和 余辉放电 三个阶段。23、气体放电通常可分为 非自持放电 和 自持放电 两种。24、防雷保护装置包括 避雷针 、 避雷线 、 避雷器 和 防雷接地装置 四种。25、避雷器动作起始电压为 泄漏电流为1mA 时的电压。27、自动重合闸的工作原理是 当线路故障跳闸后0.6s重新合闸1次，如果故障仍然存在，则永久跳闸不再进行重合。28、电力系统合闸时同时满足 电压幅值相等 、 电压相角相等 和 电压频率 三个条件合闸产生的过电压最小。29、我国规定的雷电流的波前和波长时间分别为1.2us 和 50us 。30、电力系统中小电感负荷包括 空载变压器 、 并联电抗器 和 消弧线圈 等。31、电力系统中小电容负荷包括 空载长线 、 电缆 和 电容器组 等。32、影响空载线路合闸的因素包括 合闸相角 、 残余电荷 和 回路损耗 等。名词解释1、自持放电：当外施电压达到某一临界值U0后，不依靠外界电离因素，依靠外施电压就能维持气体放电，称为自持放电2、汤逊理论：汤逊理论认为电子碰撞电离是气体放电的主要原因。二次电子主要来源于正离子碰撞阴极，而阴极逸出电子。二次电子的出现是气体自持放电的必要条件。二次电子能否接替起始电子的作用是气体放电的判据。汤逊理论主要用于解释短气隙、低气压的气体放电。3、流注理论：流注理论认为气体放电的必要条件是电子崩达到某一程度后，电子崩产生的空间电荷使原有电场发生畸变，大大加强崩头和崩尾处的电场。另一方面气隙间正负电荷密度大，复合作用频繁，复合后的光子在如此强的电场中很容易形成产生新的光电离的辐射源，二次电子主要来源于光电离。4、液体中被掩盖的气体放电：当液体两端加外电压时，液体掩盖的气泡周围就会形成电场，随着电压的升高，气泡周围场强也随之大，当达到某一临界值时，气泡周围的气体、液体发生电离。5、液体桥接纤维击穿：液体中存在纤维桥等杂质，纤维极易受潮，介电常数增大，在外电场作用下，发生极化并游到电场强度最高的地方，纤维首尾连接，在电极间形成导电桥，纤维桥电导率大，电流密度大，引起的焦耳热大，会使得纤维附近的潮气和个别低沸点的液体蒸发成气泡，并击穿，此种击穿称为纤维桥击穿。6、进线段保护：在变电所进线长度为12km范围内装设避雷线和避雷针后，为了防止入侵波引起的过电压超过变压器设备的绝缘水平而损坏设备，通过在进线段并联电容和串联电抗器等措施，以降低入侵波的陡度和幅值，从而达到降低入侵波引起的过电压水平。这叫做变电所、发电厂的进线段保护。7、彼德逊法则：沿线路传来的电压波加倍作为等值电压源；线路波阻抗用数值相等的电阻来代替作为等值电压源内阻；为负载，负载可以是波阻抗，也可以是电阻、电感、电容等集中参数。求等值回路中A点的电压，即电压折射波，该等值电路法则称为彼德逊法则8、耐雷水平：耐雷水平是指雷击线路时线路绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值9、电弧间歇接地：单相接地故障时，由于接地电容电流的增大，故障消失后，电弧难以自动熄灭，但又不会形成稳定的电弧，当电流过零时电弧熄灭，之后又重燃，引起电路的震荡，这种“熄灭重燃”称为电弧间歇接地三、问答题1、请问汤逊理论的实质是什么，汤逊理论与流注理论在解释气体放电方面有什么区别？1）汤逊理论认为电子碰撞电离是气体放电的主要原因。二次电子主要来源于正离子碰撞阴极，而阴极逸出电子。二次电子的出现是气体自持放电的必要条件。二次电子能否接替起始电子的作用是气体放电的判据。流注理论认为气体放电的必要条件是电子崩达到某一程度后，电子崩产生的空间电荷使原有电场发生畸变，大大加强崩头和崩尾处的电场。另一方面气隙间正负电荷密度大，复合作用频繁，复合后的光子在如此强的电场中很容易形成产生新的光电离的辐射源，二次电子主要来源于光电离。2）汤逊理论主要解释低气压、短气隙的气体放电现象。流注理论主要解释高气压、长气隙的气体放电现象2、提高气体介质电气强度的方法有哪些措施？其原理是什么？一）改善均匀电场1) 改进电机形状以改善均匀电场2) 利用空间电荷以改善均匀电场3) 极不均匀电场用屏蔽改善均匀电场原理：均匀电场的平均击穿电压较不均匀场的平均击穿电压高二）削弱或抑制电离过程1） 高电压2） 采用强电负性气体3） 高真空原理：1）高气压时电子的自由平均行程短，从而削弱或抑制电离过程2）采用强电负性气体，利用电子的强附着效应抑制电离过程3）高真空可以使电子的自由平均行程远大于极间距离，使电离过程几乎成为不可能3、提高液体介质电气强度的方法有哪些措施？其原理是什么？提高液体介质电气强度的措施包括加干燥剂去除液体介质中的水分、加祛气剂除去液体介质中的气体和采用“油屏障”式绝缘以减少液体介质中的杂质含量等措施。其原理是降低液体介质中的杂质（包括水、气体和固体杂质），提高液体介质的品质，从而达到提高液体介质电气强度的目的。4、请问提高固体绝缘介质局部放电电压的措施有哪些？ 6、绝缘子污闪放电是如何形成的？如何预防？绝缘子污闪放电经历四个阶段:积污、受潮、干区形成 、电弧的出现和发展等阶段具体形成过程：绝缘子上经长期或短期沉积而形成的污垢，在小雨或下雾时，受潮，当出现了局部干区后，干区两端有电压，在干区处形成强电场，强电场使周围空气中气体电离，且易形成电弧，电弧在电流过零时熄灭，随后又可能复燃，如此熄灭复燃，扩展收缩。就形成了爬电，即污闪放电的形成过程预防：1）清扫表面积污2）采用防污闪涂料处理表面3）采用半导体釉绝缘子8、请说明线路防雷的四道防线，并举例说明这四道防线所采取的具体措施？避雷针、避雷线、避雷器、防雷接地装置作用：避雷针（线）主要防止雷电直击被保护设备避雷器防止输电线路上的侵入波进入变电所防雷接地装置主要是降低避雷针、避雷线、避雷器与地之间的电阻，从而减小过电压 的值9、防雷保护装置有哪些？它们的作用是什么？10、为什么要在发电厂和变电站装设进线段保护？其具体措施有哪些？防止雷直击发电厂和变电站及防止雷直击输电线路产生的雷电波沿线路侵入发电厂和变电站措施：在进线段装避雷线或避雷针，在保护前方装阀式避雷器11、切除小电感负载产生过电压的原因是什么？限制措施是什么？切除小电感负载产生过电压的原因是由于断路器的“截流”现象引起的。限制切除小电感负载过电压的措施包括降低变压器的特性阻抗、在断路器上并联高值分闸电阻和装设避雷器。12、切除小电容负载时产生过电压的原因是什么？限制措施是什么？切除小电容负载时负载产生过电压的原因是由于电弧的多次“重燃”引起的。限制切除小电容负载过电压的措施包括采用不重燃的断路器、并联分闸电阻R（10003000欧）以及在线路首末端装设避雷器13、绝缘子污闪放电是如何形成的？如何预防？绝缘子污闪放电经历四个阶段:积污、受潮、干区形成 、电弧的出现和发展等阶段。具体形成过程如下：绝缘子上经长期或短期沉积而形成的污垢，在小雨或下雾时，容易受潮。受潮部分电导较大，电流密度大，容易形成干区。当出现了局部干区后，干区两端有高电压，在干区处形成强电场，强电场使周围空气中气体电离，且易形成电弧。电弧在电流过零时熄灭，随后又可能复燃，如此熄灭复燃，扩展收缩，形成了爬电，即形成污闪放电。污闪的预防措施主要包括：清扫表面积污、采用防污闪涂料处理表面、采用半导体釉绝缘子、和增大爬电比距。14、电介质的极化形式有几种？各种极化形式发生场合和特点是什么？类型 发生场合 特点电子式 任何电介质 不耗能离子式 离子式结构电介质 不耗能偶极子式 极性电介质 耗能夹层介质界面 多层介质的交界面 耗能空间电荷 电极附近15、空载线路合闸产生过电压原因是什么？最严重情况是什么？此时过电压倍数是多少？原因：空载线路中存在电感和电容，合闸时电感和电容组成的电磁振荡形成过电压。一般情况下过电压倍数是1.52倍三项重合闸时过电压最严重此时过电压倍数是316、绝缘配合的根本任务、基本原则和核心问题是什么？根本任务：正确处理过电压和绝缘这一对矛盾原则：综合考虑电气设备在各种情况下能受到的作用电压、电气设备的特性、设备绝缘在各种作用电压下的特性，确定电气设备必要的绝缘水平，使设备造价、维护费用和绝缘故障引起的事故损失达到综合效益最高核心问题：确定各种电气设备的绝缘水平。试分析波阻抗的物理意义极其与电阻的不同。 波阻抗Z是电压波与电流波之间的一个比例常数，即Z=u/I。和电阻一样，与电源频率或波形无关，呈阻性。不同：（1）波阻抗只是一个比例常数，完全没有长度的古、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；（2）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。2在何种情况下应使用串联电感降低入侵波的陡度？在何种情况下应使用并联电容？试举例说明。 电压入射波不是无限长直角波，而是波长很短的矩形波，应使用串联电感，不但能拉平波前和波尾，而且还能在一定程度上降低其峰值。如冲击截波。在无限长直角波的情况下应使用并联电容，此时电容充满电后相当于开路。如电容式电压互感器。3试述冲击电晕对防雷保护的有利和不利方面。 有利：1偶合系数增大；2引起的衰减，导线波阻抗减小；3波速减小。4试分析在冲击电压作用下，发电机绕组内部波过程和变压器绕组内部波过程的不同点。 发电机绕组内部波过程与输电线行波运动过程相同，由一系列行波变压器绕组内部波过程是一系列振荡驻波。5试述雷电流幅值的定义。 雷电流幅值是表示强度的指标，也是产生雷电过电压的根源，是最重要的雷电参数。6试分析管型避雷器与保护间歇的异同点。 相同点：二者采用的火花间隙亦属极不均匀电场，其伏秒特性很陡，难以与被保护绝缘的伏秒特性取得良好的配合。会产生大幅值截波，对变压器类设备的绝缘很不利。不同点：保护间隙没有专门的灭弧装置，因而其灭弧能力很有限的。而管型避雷器虽然有较强能力的保护间隙，但所能灭弧的续有一定的上下限。7某电厂的原油罐，直径10m，高出地面10m，用独立避雷针保护，针距罐壁至少5m，试设计避雷针的高度。 解：hxh/2,即有P=1。由rx=(h-hx)P解得h=15,若hxh/2,解的h与假设不一致。即h=15m8.试从物理概念上解释避雷针对降低导线上感应过电压的作用。 避雷针理解为“导闪针”或“引雷针”。它是通过使雷击向自身来发挥其保护作用。由于避雷针一般高于被保护对象，它们的切面先导往往开始得最早，发展得最快，从而最先影响下行先导的发展方向使之击向避雷针，并顺利进入地下，从而使处于它们周围的较低物体受到屏蔽保护，免遭雷击。9.试分析雷击杆塔的影响耐雷水平的各种因素的作用，工厂中常采用哪些措施来提高耐雷水平？ 作用：（1）线路绝缘，提高线路绝缘即提高绝缘子串的50%冲击闪络电压。（2）杆塔接地电阻Ri,降低杆塔接地电阻Ri，提高线路耐雷水平和减少反击概率的主要措施。（3）偶合地线，具有一定的分流作用和增大导地线之间的偶合系数，因而提高线路的耐雷水平和降低雷击跳闸率。措施：（1）提高线路绝缘；（2降低杆塔接地电阻；（3）增大偶合系数。10.雷电放电可分为哪几个主要阶段？ （1）先导放电阶段；（2）主放电阶段；（3）箭状连续多次放电。11.为什么绕击时的耐雷水平远低于雷击杆塔的耐雷水平？ 因为绕击时雷闪过避雷线而直接击中了导线产生的影响较大，而在雷击杆塔时，由于杆塔一般不高，其接地电阻较小。12.雷电的破坏性是由哪几种效应造成的？各种效应与雷电的哪些参数相关？ 雷电的破坏性是由电磁效应，机械效应，热效应等多种效应造成。电磁效应与雷电流幅值，雷电流的计算波形。机械效应与雷电流的计算波形，雷电流的波前时间，陡度及波长。13.试述电力系统产生短时过电压的原因极其采用的主要限制措施。 原因：电力系统内部储存的磁能量发生交换和振荡。措施：（1）装置联合闸电阻（2）同电位合闸（3）利用避雷器来保护14.为什