高电压技术作业2013级

高电压技术

各章作业

解答第一章作业1-2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？答：极性液体和极性固体电介质的相对介电常数与温度的关系：低温的时候，随着温度的升高，偶极子转向极化增加，εr上升；温度进一步升高，分子热运动加剧，妨碍了偶极子转向极化，εr下降。极性液体和极性固体电介质的相对介电常数与电场频率的关系：频率越高，则εr越小，因为此时夹层极化、转向极化等均跟不上电场的变化，最后只有电子位移极化在起作用。第一章作业1-5正弦交变电场作用下，电介质的等效电路是怎样的？为什么测量高压电气设备的绝缘电阻时，需按标准规范的时间下量取，并同时记录温度？答：正弦交变电场作用下，电介质的等效电路如下图所示。测量高压电气设备的绝缘电阻时，加在设备绝缘上电压是直流电压。在直流电压作用下，绝缘上由极化引起的电流衰减需要一段时间完成，因此，需按标准规范的时间来量取。同时绝缘电阻受温度影响，因此要记录温度，以便于换算到标准温度条件。第一章作业1-6某些电容量较大的设备经直流高压试验之后，其接地放电时间要求长达5~10min，为什么？答：电容量较大的设备经直流高压试验之后，其电容上充有大量的电荷，为了操作安全以及不影响下一次试验结果，因此要求电容要充分放电，时间长达5~10min。第二章作业2-2气体放电的汤森德理论与流注机理主要区别在哪里？它们各自的适用范围有多大？答：汤森德理论认为，δd很小的时候，气体间隙的击穿主要由电子的碰撞和正离子撞击阴极表面造成的表面电离所引起。流注理论认为电子的碰撞电离和空间光电离是形成自持放电的主要因素，而空间电荷对电场的畸变作用是产生光电离的重要原因。δd≤0.26cm，汤森德理论δd>0.26cm,流注理论第二章作业2-3长气隙火花放电与短气隙火花放电的本质区别在哪里？形成先导过程的条件是什么？为什么长气隙击穿的平均场强远小于短气隙的？答：长气隙火花放电与短气隙火花放电的本质区别是：对于前者，炽热的导电通道是在放电发展过程中建立的（会形成先导），而不是在整个间隙被流注通道贯穿后建立的，因此，长间隙击穿的平均场强远小于短间隙击穿的平均场强。形成先导过程的条件：气隙超过一定长度（1m）即会发展先导过程。第二章作业2-4正先导过程与负先导过程的发展机理有何区别？答：正先导对应正棒-负板情况，由正极向负极推进，发展速度快。负先导对应负棒-正板情况，逐级发展到对面板极，发展速度慢。且在负先导接近板极时，负先导与板极之间电场加强，从板极发出迎面先导（正先导）。1、什么叫伏秒特性？其形状与电场形式有何关系？伏秒特性有何用途？答：对某一雷电冲击电压波形（电压波形保持不变，但电压幅值不同）下，击穿电压值与击穿时间有关，而这一关系称为伏秒特性。其形状与电场形式的关系：①均匀或者稍不均匀电场的伏秒特性是曲线左上翘，右边较平坦。即是只在很小范围内向上翘。②极不均匀电场的伏秒特性曲线整体上翘，即是在较大范围内左上翘。作用：常见的阀型避雷器保护变压器的绝缘配合。要求阀型避雷器能可靠保护变压器，则阀型避雷器的伏秒特性位于变压器的伏秒特性的下方。第三章作业2、绝缘子表面积污的时候，在什么条件下出现闪络？在大雨下的闪络电压是否一定比小雨下的高？答：表面脏污的绝缘子在受潮情况下的闪络称为污闪，其闪络电压称为污闪电压。不一定。只有污秽容易被大雨冲掉的时候，才会使得其污闪电压提高。第三章作业第四章作业1.固体电介质的击穿形式有哪几种？不同击穿形式下的击穿电压有何区别？答：固体电介质的击穿形式有电击穿，热击穿，电化学击穿。电击穿所对应的击穿电压高，热击穿所对应的击穿电压较低，电化学击穿所对应的击穿电压比热击穿的击穿电压低。第四章作业2.什么是固体电介质的累积效应？答：指当作用在固体介质的电压为幅值较低或作用时间较短的冲击电压时，会在固体介质中形成局部损伤或者不完全击穿，这些不完全击穿每施加一次冲击电压就向前延伸一步；随着加压次数的增加，介质的击穿电压也随之下降。第四章作业3.液体电介质的击穿形式有那几种？在冲击电压下一般发生哪种形式的击穿？答：液体电介质的击穿分为纯净液体电介质的击穿与非纯净液体电介质的击穿。其中，纯净液体电介质的击穿形式有电击穿与气泡击穿。而非纯净液体电介质的击穿是杂质小桥击穿。冲击电压下一般发生的是电击穿。第四章作业4.变压器油中水分有哪几种存在状态？溶解态的水分对油在标准试油杯中的工频击穿电压有影响吗？答：变压器油中水分存在的状态有溶解态、悬浮态以及沉淀态。没有影响。悬浮态的水对击穿电压影响较大。第五章作业1、电气设备绝缘的预防性试验分为哪两类?它们各自有何特点?答：电气设备绝缘的预防性试验分为：绝缘特性试验与耐压试验。绝缘特性试验是指在绝缘上施加较低的电压或者是用其他不会损伤绝缘的方法来测量绝缘的各种特性，从而判断绝缘内部的缺陷情况。绝缘特性试验因所加的电压较低，不会对绝缘造成损伤，故称为非破坏性试验。主要包括：绝缘电阻的测量、泄漏电流测量、局部放电测量、介质损耗角正切测量。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，直接检验绝缘的耐受情况。耐压试验因所加电压较高，可能使绝缘受到损伤，绝缘存在严重缺陷时还可能使绝缘发生击穿，故这类试验也称为破坏性试验。主要包括：工频交流耐压试验、直流耐压试验、冲击耐压试验。

第五章作业2.什么叫绝缘的吸收比?绝缘干燥和受潮时的吸收现象有何特点?答：吸收比是反映绝缘电阻的过渡过程的，主要由绝缘的吸收电流引起。

吸收比是指被试品在加压60s时的绝缘电阻与加压15s时的绝缘电阻之比:越大，表明绝缘性能越好，吸收现象显著。

绝缘干燥时的吸收电流下降较慢，吸收现象显著,吸收比越大。

第五章作业3.用QS1西林电桥测量介质损耗角正切时主要有几种接线方式？他们各适用于什么场合？答：用QS1西林电桥测量介质损耗角正切时，主要有正接线与反接线两种方式。正接线方式测量机构方便操作，要求被试品两端对地绝缘，抗干扰性能较好，测量准确度较高。反接线方式要求测量机构的绝缘性能要好，适用于在现场测量一端接地的被试品，抗干扰性能较差。第六章作业1、工频高电压主要有哪几种测量方法？用静电电压表测量工频电压时，测出的是电压的有效值还是最大值？答：工频高电压主要有低压侧测量方式与高压侧测量方式。而高压侧测量主要有：测量球隙，静电电压表测量，电容分压器配用低压仪表，高压电容器配用整流装置。用静电电压表测量工频高压时，测出的是电压的有效值。第六章作业2、直流高电压主要有哪几种测量方法？答：直流高压主要有棒隙或者是球隙，用电阻分压器配合低压仪表，用高值电阻与直流电流表串联，静电电压表。第七章作业7-1试分析波阻抗的物理意义及其与电阻之不同点。答：波阻抗：①电阻要消耗能量，波阻抗是贮藏能量而不是消耗能量。②波阻抗表示同一方向传播的电压波与电流波的比值。当导线上同时存在前行波与反行波的时候，电压与电流的比值不再等于波阻抗，而电阻始终是流过其上的电压与电流的比值。③电阻与材料的长度有关，而波阻抗只与线路单位长度的电感L0与电容C0有关。波阻抗是分布参数导线的特性阻抗，具有阻抗的量纲。与电阻的不同点如下：第七章作业7-2试论述彼得逊法则的适用范围。答：彼得逊法的适用范围如下：波必须是从分布参数电路入射，且是流动的结点A两边的线路为无限长，或者虽为有限长，但来自另一端的反射波尚未到达A点。第七章作业7-5

在何种情况下应使用串联电感来降低入侵波的陡度？在何种情况下应使用并联电容？试举例。答：当Z2较小的时候，采用串联电感的方式较好；当Z1较大的时候，采用并联电容的方式对于波阻抗较大的设备（如发电机），通常采用并联电容的方式降低入侵波的陡度

对于配电站进线段防雷保护，利用电感线圈可降低入侵波的陡度

第八章作业8-1论述雷电流幅值的意义。答：当被击物体的波阻抗等于零的时候，流经被击物体的电流被定义为雷电流。实际工程中，将雷击于低接地阻抗的物体时流过该物体的电流当成雷电流。雷电流的强度可用雷电流幅值来表示。雷电流幅值的概率分布规律如下：概率分布规律

（多雷区）

（少雷区）

第九章作业9-2试全面分析雷击杆塔时影响耐雷水平的各种因素的作用，工程实际中往往采用哪些措施来提高耐雷水平，试述其理由。答：

I1与分流系数β，杆塔等值电感Lg，Rch，K，U50%有关。其中，减小

β，Lg，Rch，可提高耐雷水平，增大K，U50%也可提高耐雷水平。实际工程中，常采用降低杆塔接地电阻和增大耦合系数作为提高耐雷水平的主要手段。由于对一般高度杆塔，冲击接地电阻上的电压降是塔顶电位的主要成分，因此降低接地电阻可以有效减小塔顶电位和提高耐雷水平，。增加耦合系数可以减小感应过电压和绝缘子串上的电压，因此同样可以提高耐雷水平。第九章作业9-3为什么绕击时的耐雷水平远低于雷击杆塔时的耐雷水平？答：绕击时的耐雷水平：

雷击杆塔塔顶时的耐雷水平：由此可以知道，同样绝缘水平条件下，绕击时的耐雷水平比雷击杆塔塔顶时的耐雷水平低。

另一方面，同样幅值的雷电流作用下，雷击杆塔塔顶时，由于避雷线的分流作用以及耦合作用，使得绝缘子串上承担的电压有所降低，从而提高了耐雷水平。第十章作业10-2当雷电波自线路入侵变电站时，试分析变压器上出现振荡波的原因，以及变压器上电压高于避雷器残压的原因。答：当雷电波自线路入侵变电站时，如果避雷器与变压器之间有一定电气距离的时候，一旦避雷器动作，相当于从避雷器处有一负电压波入射，这个负的电压波在避雷器和变压器之间发生来回的折射和反射，因此，使得变压器上的电压出现振荡。而振荡电压最大值为：由此式可以看出，这个电压是高于避雷器的残压的。第十章作业10-3为什么要限制入侵波的陡度？一般采取什么措施？答：1、对于变电站的防雷保护而言，由变压器上所出现最高振荡电压来看，需要限制入侵波的陡度，从而限制变压器上所出现的最高电压，使其低于变压器的冲击耐值。可通过进线段保护来限制入侵波陡度。2、对于旋转电机的防雷保护而言，为了保护绕组的匝间绝缘以及中性点绝缘，需要对入侵波陡度加以限制。其防雷保护要求限制入侵波的陡度在a=2kV/μs以下。可通过并联电容来限制入侵波陡度。第十一章作业11-1试简述工频过电压的特性及对系统正常运行的危害。答：工频过电压是指电力系统在正常或者故障运行时可能出现幅值超过最大工作相电压、频率为工频或者接近工频的电压升高。它对系统正常运行的危害如下：（1）工频电压升高将直接影响操作过电压的幅值。（2）工频电压升高将影响保护电器的工作条件和效果。（3）工频电压升高持续时间长，对设备绝缘及其运行性能有重大的影响。第十二章作业12-8试说明断路器灭弧能力的强弱对切空变和切空线过电压的影响。答：切除空载变压器时，当采用灭弧能力弱的断路器时，容易使得断路器触头发生重燃，此时空载变压器等值电容上的储能会通过电源释放，过电压消失。断路器触头反复重燃，则空载变压器不断释放储能，此时能在电容上产生的过电压也会大大降低。切空线时，断路器灭弧能力弱时，会使得电源向空载线路对地电容充电，使得空载线路上的电压出现振荡，产生过电压。此时，断路器重燃是产生过电压的根本原因。第十三章作业13-1试述电力系统绝缘配合的目的及其原则。答：绝缘配合的最终目的就是确定电气设备的绝缘水平，也就是确定电气设备的试验电