高电压及绝缘技术.docx

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高电压及绝缘技术

高电压及绝缘技术》练习册答案

练习一

一、填空题：

1、电介质按物理状态分气体绝缘、固体绝缘、液体绝缘、组合绝缘。

2、电介质按化学结构分：

有机绝缘、无机绝缘。

3、电介质按耐热等级分：

O、A、E、B、F、H、C七级绝缘。

4、电介质按所属设备分：

电容器、电缆、互感器、短路器、变压器、电机绝缘。

5、电介质基本性能包括介电性能极化、损耗、绝缘、绝缘强度。

2、电介质的力学性能包括应变、模量、强度。

3、电介质的热学性能包括热容量、比热容、热导率、热膨胀。

7、电介质的极化形式包括电子式极化、离子式极化、偶极子极化、夹层极化。

9、电介质的极化性能用介电系数表征。

10、电介质的损耗性能用损耗介质损失角正切值表征。

11、电介质的绝缘电阻性能用电阻率表征。

12、电介质的绝缘强度性能用击穿场强表征。

12、固体电介质电导包括表面电导和体积电导。

13、电介质的老化包括热老化、大气老化、电老化、特殊老化。

14、大气老化包括光氧化老化、臭氧老化、化学老化、受潮老化。

15、电老化包括电晕放电或局部放电老化、电弧老化、树枝化老化、电化学老化。

16、特殊老化包括微生物老化、疲劳劣化。

17、大气老化包括光氧化老化、臭氧老化、化学老化、受潮老化。

18、按电介质分子电结构不同，可分为无极分子和有极分子。

二、1、（×）  2、（×） 3、（×）  4、（√）  5、（√）  6、（√）  

    7、（×）  8（×）  9、（√）  10（√） 

三、问答题：

1、什么是电介质？

它的作用是什么？

电介质是指通常条件下导电性能极差的物质，云母、变压器油等都是电

介质。

电介质中正负电荷束缚得很紧，内部可自由移动的电荷极少，因此导电性能差。

作用是将电位不同的导体分隔开来，以保持不同的电位并阻止电流向不需要的地方流动。

2、电介质的介电性能表现在哪些方面，反映什么物理特性？

有什么实际意义？

介电性能：

极化（介电系数）、损耗（介质损失角正切值）、绝缘

电阻（电阻率）、绝缘强度（击穿场强）。

3、电介质的极化现象表明什么？

4、研究电介质的极化有什么工程实际意义？

5、电介质中的电导定义？

在电场的作用下，由带电质点（电子、正负离子）沿电场方向移动造成的导电现象。

6、绝缘介质的导电与金属的导电有何不同？

（１）带电质点不同：

电介质为带电离子（固有离子，杂质离子）；金属为自由电子。

（２）数量级不同：

电介质的电导率小，泄漏电流小；金属电导的电

流很大。

（３）电导电流受影响因素不同：

电介质中由离子数目决定，对所含

杂质、温度很敏感；金属中主要由外加电压决定，杂质、温度不是主

要因素。

7、绝缘介质的导电受哪些因素影响？

8、电介质的介损因素tgδ反映了什么物理现象？

受哪些主要因素影响？

9、在交流电压作用下，电介质中会产生电导电流和位移电流，电介质的部分电能将转变为热能，这部分能量损耗称为电介质的损耗。

10、

（1）因电子质量极小，故极化过程极快，约为10-15S。

所以，此种极化方式在各种频率下均能产生。

（2）具有弹性，外电场除去后，依*正负电荷的引力可恢复原状，故无能量损耗。

电子式极化存在于一切气体、固体、液体介质中。

温度对其影响不大。

11、

（1）存在于离子结构介质中，属于弹性变化，几乎没有损耗。

（2）极化过程也很快，（不超过　10－１３S，）故在使用范围内可认为与频率无关。

（3）相对介电常数具有正温度系数。

12、（１）存在于极性电介质中，如：

液体（水、乙醇），固体（纤维、涤纶）。

（２）极化过程需要较长的时间（约10-6 ～10-2ｓ）。

（３）伴有能量损耗（电场能→热能）。

（４）εr与温度有关系。

13、（１）存在于复合介质、不均匀介质中。

（２）极化过程很缓慢（需几十秒～几分钟～几小时）。

（３）此种极化伴随着能量损耗。

14、参看教学光盘第一讲。

练习二

一、填空题

1、带电离子的产生主要有碰撞电离、光电离、热电离、表面电离等方式。

2、气体中带电粒子的消失主要有中和、扩散、复合等方式。

3、气体放电想象包括 击穿 和 闪络 两种现象。

4、固体绝缘丧失绝缘功能有两种可能，分别是固体介质本身的击穿和沿着固体介质表面发生闪络。

5、绝缘子的污闪是一个复杂的过程，通常可分为积污、受潮、干区形成、局部电弧的出现和发展等四个阶段。

6、爬电比距λ指外绝缘“相—地”之间的爬电距离（cm） 与系统最高工作（线）电压（kv,有效值）之比。

7、气体放电一般包括击穿和闪络两种现象。

8、常见的气体放电主要包括 辉光放电 、 火花放电  、 电弧放电 、 电晕放电 、 刷状放电。

9、用作内绝缘的固体介质常见的有绝缘纸、纸板、云母、塑料等。

二、 1、（√）    2、（√）      3、（×）   4、（√）    5、（√）

    6、（×）    7、（√）      8、（×）   9、（√）    10、（√）

三、简答题

1、气体击穿：

气体由绝缘状态变为导电状态的现象称为击穿。

2、沿面闪络：

若气体间隙存在固体或液体电介质，由于固体和液体的交界面处是绝缘薄弱环节，击穿常常发生在固体和液体的交界面上，这种现象称为沿面闪络。

3、气体击穿：

气体由绝缘状态变为导电状态的现象称为击穿。

4、沿面闪络：

若气体间隙存在固体或液体电介质，由于固体和液体的交界面处是绝缘薄弱环节，击穿常常发生在固体和液体的交界面上，这种现象称为沿面闪络。

5、辉光放电：

当气体电压较低，放电回路电源功率较小，外施电压增到一定值时，气体间隙突然放电并使整个间隙发亮，这种放电形式称为辉光放电。

6、火花放电：

放电间隙反复击穿时，在气体间隙中形成贯通两极的断断续续的不稳定的明亮细线状火花，这种放电形式称为火花放电。

7、电弧放电：

若放电回路阻抗较小，电源容量又大，气体间隙一旦放电电流极大，放电间隙温度极高，放电通道发出耀眼的光亮，这种放电形式称为电弧放电。

8、电晕放电：

若构成气体间隙的电极曲率半径很小，或电极间距离很大，当电压升到一定数值时，将在电场非常集中的尖端电极处发生局部的类似月亮晕光的光层，这时用仪表可观测到放电电流。

随着电压的增高，晕光层逐渐扩大，放电电流也增大，这种放电形式称为电晕放电。

9、刷状放电：

在电晕放电的条件，电压升的更高，则在电晕电极上伸出许多类似刷状的放电火花，放电电流虽比电晕电流大的多，但电流仍局限在电极附近的区域内，没有贯穿两极，间隙也能承受电压的作用，这种放电形式称为刷状放电。

10、游离过程吸收能量产生电子等带电质点，不利于绝缘；复合过程放出能量，使带电质点减少消失，有利于绝缘。

两种过程在气体中同时存在，条件不同，强弱程度不同。

游离主要发生在强电场区、高能量区；复合发生在低电场、低能量区。

11、非自持放电：

需要依*外界游离因素支持的放电称为非自持放电。

12、自持放电：

即使外界游离因素不存在，间隙放电仅依*电场作用即       可继续进行的放电，称为自持放电。

15、⑴　撞击粒子的动能＞被撞粒子的电离能　　　　｜ 

⑵　一定的相互作用的时间和条件 

通过复杂的电磁力的相互作用达到两粒子间能量转换 

16、

（1）足够大的电场强度或足够高的  电压。

（2）在气隙中存在能引起电子崩并导致流柱和主放电的有效电子。

（3）需要有一定的时间，让放电得以逐步发展并完成击穿。

20、

（1）固体介质材料主要取决于该材料的亲水性或憎水性。

（2）电场型式

同样的表面闪络距离下均匀与稍不均匀电场闪络电压最高。

界面电场主要为强切线分量的极不均匀电场中，闪络电压比同样距离的纯空气间隙的击穿电压低的较少强垂直分量极不均匀电场则低得很多。

21、主要是增大极间距离，防止或推迟滑闪放电。

22、

（1）固体介质与电极表面接触不良,存在小气隙。

小气隙中的电场强度很大，首先发生放电，所产生的带电粒子眼固体介质表面移动，畸变了原有电场。

可采用在固体介质表面喷吐导电粉末的办法消除。

（2）大气的湿度影响。

大气中的 潮气吸附在固体介质表面形成水膜，其中的离子受电场的驱动而沿着介质表面移动，降低了闪落电压。

与固体介质吸附水分的性能也有关。

（3）固体介质表面电阻的不均匀和表面的粗糙不平也会造成沿面电场畸变。

23、

（1）调整爬距（增大泄露距离）

（2）定期或不定期的清扫。

（3）涂料

（4）半导体釉绝缘子

（5）新型合成绝缘子

24、

（1）重量轻（仅相当于瓷绝缘子的1/10左右）。

（2）抗弯、抗拉、耐冲击附和等机械性能都很好。

（3）电气绝缘性能好，特别是在严重污染和大气潮湿的情况下性          能十分优异；

（4）耐电弧性能也很好。

价格昂贵、老化等问题是影响它获得更大推广的问题。

随着材料工艺的进步这种绝缘子必将获得越来越多的采用。

25、等值的方法：

把表面沉积的污秽刮下，溶于300ml蒸馏水，测出其在20℃水温时的电导率；然后在另一杯20℃ 、300ml的蒸馏水中加入NaCl，直到其电导率等于混合盐溶液的电导率时，所加入的NaCl毫克数，即为等值盐量，再除以绝缘子的表面积，即可得出“等值盐密”  （ mg/cm2 ） 。

练习三

一、填空题：

1、按绝缘缺陷存在的形态而言,绝缘缺陷可分为集中性缺陷、分散性缺陷两大类。

2、绝缘老化的因素主要有电介质的热老化、电介质的电老化、其他影响                      因素等因素。

3、测量tgδ常用高压交流平衡电桥（西林电桥）、不平衡电桥（介质试验器）或低功率因数瓦特表来测量。

4、测量局部放电试验的内容包括测量视在放电量、放电重复律、局部放电起始电压和熄灭电压，甚至大致确定放电的具体位置。

5、局部放电检测分可分为电气检测和非电检测。

6、非电气检测主要有噪声检测法、光检测法、化学分析法。

7、电气检测法主要有脉冲电流法、介质损耗法。

8、用脉冲电流法测量局部放电的视在放电量，有并联、串联、桥式测量回路三种基本试验回路。

二、判断题：

1、电气设备绝缘预防性试验主要是对各种电气设备的绝缘定期进行检查和监督,以便及早发现绝缘缺陷,及时更换或修复,防患于未然。

（ √ ）

2、集中性缺陷指的是如绝缘子瓷体内的裂缝,发电机定子绝缘因挤压磨损而出现的局部破损,电缆绝缘层内存在的气泡等。

（  √   ）

3、绝缘的老化指电气设备的绝缘在长期运行过程中会发生一系列物理变化和化学变化致使其电气、机械及其他性能逐渐劣化。

（ √  ）

4、吸收比用来检测绝缘是否严重受潮或存在局部缺陷。

（ √  ）

5、吸收比指的是电流衰减过程中的两个瞬间测得的两个电流值或两个                相应的绝缘电阻值之比。

（ √ ）

6、绝缘电阻:

在绝缘上施加一直流电压U时,此电压与出现的电流I之比，通常绝缘电阻都是指稳态电阻。

（ √ ）

7、测量tgδ值是判断电气设备绝缘状态的一项灵敏有效的方法。

（  √  ）

8、西林电桥只允许反接线的情况。

（ × ）

9、测定电气设备在不同电压下的局部放电强度和发展趋势，就能判断绝缘内是否存在局部缺陷以及介质老化的速度和目前的状态。

（  √  ）

10、局部放电的测量是确定产品质量和进行绝缘预防性试验的重要项目之一。

（  √  ）

三、简答题：

1、绝缘预防性试验的主要目的是什么？

当绝缘内部出现缺陷后,就会在设备的电气特性上反映出来,通过测量这些特性的变化发现隐藏的缺陷,然后采取措施消除隐患。

2、电介质的电老化引起的损坏的原因有哪些？

（1）放电产生的电电粒子不断撞击绝缘引起破坏。

（2）放电能量有一部分转变为热能,热量无法散出使绝缘温度升高产生裂解。

（3）局部放电区,强烈的离子复合产生高能辐射线,引起材料分解。

（4）气隙中含有的氧和氮在放电条件下可产生强氧化剂和腐蚀剂臭氧和硝酸,使材料发生化学变化。

3、泄露电流测量的特点有哪些？

（1）加在试品上的直流高压比兆欧表的工作电压高得多,能发现兆欧表      所不能发现的某些缺陷。

如:

分别在20kv和40kv电压下测量额定电压为35kv及以上变压器的泄露电流值,能相当灵敏的发现瓷套开裂、绝缘纸桶沿面炭化、变压器油劣化及内部受潮等缺陷.

（2）由于施加在试品上的直流高压是逐渐增大的,所以可以在升压过程       中监视泄露电流的增长动向。

4、tgδ有什么意义？

能反映绝缘的整体性缺陷和小电容试品中的局部性缺陷。

由tgδ随电压而变化的曲线，可判断绝缘是否受潮、含有气泡及老化的程度。

但不能灵敏的反映大容量发电机、变压器和电力电缆绝缘中的局限性缺陷，这时应尽可能将这些设备分解，分别测量它们的tgδ。

5、tgδ测量的影响因素有哪些？

（1）界电磁场的干扰影响：

一种是由于存在杂散电容，另一种是由于交变磁场感应出干扰磁场。

消除方法：

将电桥的低压臂和检流计用金属网和屏蔽电缆线加以屏蔽。

（2）温度的影响：

 一般tgδ随温度的增高而增大

（3）试验电压的影响：

a、良好绝缘在额定电压下， tgδ值几乎不变。

b、若绝缘存在空隙或气泡时，当所加电压尚不足以使气泡电离时，其tgδ与良好绝缘时无差别，但若所加电压能引起气泡电离或发生局部放电时， tgδ随U的升高而迅速增大，电压回落时电离要比电压上升时更强一些，因而会出现闭环曲线。

c、如果绝缘受潮，则电压较低时，tgδ就已经相当大，电压升高时，tgδ更将急剧增大；电压回落时， tgδ也要比电压上升时更大一些， 因而形成了不闭合的分*曲线。

（4）试品电容量的影响：

对于电容量较小的试品，测量tgδ

能有效的发现局部集中性缺陷和整体分布性缺陷。

但对电容量较大的试品，测量tgδ只能发现整体分布性缺陷，此时要把它分解成几个彼此绝缘部分的被试品，分别测量各部分的tgδ值，能有效的发现缺陷。

（5）试品表面泄漏的影响：

由于试品表面泄漏电阻总是与试品等值电阻Rx相并联，所以会影响tgδ值。

为了排除或减小这种影响，在测试前应清除绝缘表面的积污和水分，必要时还可以在绝缘表面上装设屏蔽极。

6、表征局部放电的参数有哪些？

（1）放电重复率（N）：

也称脉冲重复率，是在选定的时间间隔内测得的每秒发生放电脉冲的平均次数，表示局部放电的出现频率。

与外加电压的大小有关，外加电压增大时，放电次数也随之增多。

（2）放电能量（W）：

通常指一次局部放电所消耗的能量。

（3）其它参数：

平均放电电流、放电的均方率、放电功率、局部放电起始电压（即Ui）和局部放电熄灭电压。

7、简述化学分析法？

化学分析法用气相色谱仪对绝缘油中溶解的气体进行色谱分析。

通过分析绝缘油中溶解气体的成分和含量，能够判断设备内部隐藏的缺陷类型。

优点：

能发现充油电气设备中一些用其他试验方法不易发现的局部性缺陷（包括局部放电）。

8、介质损耗法有何优缺点？

特点：

无须添加专用的测量仪器，操作方便。

缺点是灵敏度比上法低，tgδ-U关系曲线受影响因素多 。

9、简述“三比较”的方法主要内容。

（1）与同类型设备比较，若试验结果差别悬殊在可能存在问题。

（2）在同一设备的三相试验结果之间进行比较，若有一相 结果相差达50%以上时，该相可能存在问题。

（3）与该设备技术档案中的历年试验所得数据做比较，若性能指标有明显下降，则可能出现新缺陷。

练习四

一、填空题：

1、与非破坏性试验相比，绝缘的高电压试验具有直观、可信度高、要求严格等特点。

2、高压试验变压器按照高压套管的数量，可将试验变压器分为单套管式、双套管式两类。

3、工频高压试验的常用的调压供电装置有：

自耦变压器、感应调压器、移卷调压器、电动-发电机组。

4、高压试验室中通常采用将工频高电压经高压整流器而变换成直流高压，利用倍压整流原理制成的直流高压串级装置来产生更高的直流试验电压。

5、220kv及以下的高压电气设备所用的标准操作冲击电压波及其产生方法可分为非周期性双指数冲击长波、衰减振荡波两大类。

6、交流峰值电压表按工作原理可分利用整流电容电流来测量交流高压、利用电容器充电电压来测量交流高压两类。

7、确定球隙或其他自恢复绝缘的50％冲击放电电压的方法有多级法、升降法等方法。

8、高压分压器按照用途分可以分为交流高压分压器 、直流高压分压器、 冲击高压分压器。

9、高压分压器按照分压元件可以分为电阻分压器、电容分压器、阻容分压器。

10、阻容分压器按阻尼电阻的接法不同，发展出两种阻容分压器，即串联阻容分压器和并联阻容分压器。

11、高压脉冲示波器的基本组成包括高压示波管、电源单元、射线控制单元、扫描单元、标定单元。

12、高电压数字测量系统由硬件和软件两大部分组成。

二、判断题：

1、与非破坏性试验相比，绝缘的高电压试验具有直观、可信度高、要求严格等特点，但因它具有破坏性的性质，所以一般都放在非破坏性试验项目合格通过之后进行。

（ √ ）

2、球隙测压器是唯一能直接测量高达数兆伏的各类高电压峰值的测量装置。

（ √  ）

3、当被测电压很高时，无法直接测量电压，此时要采用高压分压器来分出一小部分电压，然后利用静电电压表、峰值电压表、高压脉冲示波器等测量仪器进行测量。

（ √ ）

4、国际国家标准规定高电压测量误差在±5％以内。

（ × ）

5、一般来讲，都将绝缘的高电压试验放在非破坏性试验项目合格通过之后进行。

以避免或减少不必要的损失。

（ √ ）

三、简答题：

1、高压试验变压器有何特点？

⑴试验变压器的绝缘裕度不需要取很大，但要严格防止和限制过电压的出现。

⑵试验变压器的容量一般不大。

⑶由于试验变压器的额定电压很高而容量不大，因而的油箱本体不大，而其高压套管又长又大，这是它外观的一大特点。

⑷试验变压器连续运行时间不长,发热较轻,因而不需要复杂的冷却系统,但由于试验变压器的绝缘裕度小、散热条件差，所以一般在额定电压或额定功率下只能做短时运行。

⑸与电力变压器相比，试验变压器的漏抗较大，短路电流较小，因而可降低绕组机械强度方面的要求，节省费用。

⑹试验变压器所输出的电压应尽可能是正、负半波对称的正弦波形，实际上很难作到，一般采取以下措施：

①采用优质铁心材料。

②采用较小的设计磁通密度。

③选用适宜的调压供电装置。

④在试验变压器的低压侧跨接若干滤波器。

2、工频耐压试验的实施方法是什么？

按规定的升压速度提升作用在被试品TO上的电压，直到等于所需的试验电压Ut为止，开始记时一分钟，若在这期间没有发现绝缘的击穿或局部损伤，即可认为该试品工频耐压试验合格通过。

3、高压整流器最主要的技术参数有哪些？

⑴额定整流电流：

指通过整流器的正向电流在一个周期内的平均值。

⑵额定反峰电压：

当整流器阻断时，其两端容许出现的最高反向电压峰值。

4、直流耐压试验有哪些特点？

⑴试验设备的容量较小。

⑵试验同时可测量泄漏电流，由“电压-电流”曲线能显示、绝缘内部的集中性缺陷或受潮。

⑶用于旋转电机时，能使电机定子绕组的端部绝缘也受到较高电压作用，有利于发现端部绝缘中的缺陷。

⑷在直流高压下，局部放电较弱，不会加快有机绝缘材料的分解或老化变质，在某种程度上带有非破坏性试验的性质。

⑸在直流试验电压下，绝缘内的电压分布由电导决定，因而与交流运行电压下的电压分布不同，所以它对交流电气设备绝缘的考验不如交流耐压试验那样接近实际。

5、选择发生非周期性双指数冲击长波发生器时应考虑哪些问题？

国家标准规定的标准波形为250/2500μs，它适合于进行各种气隙的操作冲击击穿试验，这种操作冲击波通常利用现成的冲击电压发生器来产生。

选择发生器的电路形式和元件参数时，要考虑：

⑴为了拉长波前，或在回路中串接外加电感L，或将电路中的R1的阻值显著增大，但都会使发生器的效率降低，所以更要用高效回路。

⑵在进行操作波回路参数计算时，要注意①不能用前面雷电波的近似计算法来计算操作波参数，否则会有很大误差②要考虑充电电阻R对波形和发生器效率的影响。

6、高压静电电压表的原理是什么？

在两个特定的电极间加电压u，电极间就会受到静电力f的作用，而且f的大小和u的数值有固定关系，因而测量f的大小或他引起的可动极板的位移或偏转就能确定所加电压u的大小。

7、球隙测压器的优点有哪些？

球隙中的电场在极间距离不大（d/D≤0.75）时为稍不均匀电场，与其他不均匀电场相比有下列优点：

⑴击穿时延小伏秒特性在1μs左右即已变平，放电电压的分散性小，具有稳定的放电电压值和较高的测量精度。

⑵稍不均匀电场的冲击系数β≈1，它的50％冲击放电电压与静态放电电压的幅值几乎相等，可以合用同一张放电电压表格或同样的放电电压特性曲线。

⑶由于湿度对稍不均匀电场的放电电压影响较小，因而采用球隙来测量电压可以不必对湿度进行校正。

8、确定球隙或其他自恢复绝缘的50％冲击放电电压的多极法？

根据试验需要，或固定电压值，逐级调节球隙距离；或固定球隙距离，逐级改变所加冲击电压的幅值。

通常取级差等于预估值的2％左右，每级施加电压的次数不少于6次，求得此时的近似放电概率P，做4～5级，可得放

电概率与所加电压U（或球隙距离d）的关系曲线，从而得到P＝50％时的U50%（或d50%）。

9、对高压分压器的技术要求有哪些？

①分压比的准确度和稳定性（幅值误差要小）

②分出的电压与被测高电压波形的相似性（波形畸变要小）

10、高压脉冲示波器具有哪些特点？

①加速电压高                           

②射线开放时间短

③各部分协同工作的要求高    

④扫描电压多样化

10、新型冲击电压数字测量系统

近年来，由于电子技术和计算机工业的迅速发展，传统的高压脉冲示波器已逐渐被新的数字测量系统代替。

高电压数字测量系统由硬件和软件两大部分组成：

硬件系统包括高压分压器、数字示波器、计算机、打印机等；软件系统包括操作、信号处理、存储、显示、打印等软件；其核心部分为数字示波器、计算机、测量软件，用这些来实现被测信号的量化、采集、存储、处理、显示、打印等功能。

用来测量冲击电压的数字测量系统能对雷电冲击全波、截波及操作冲击电压波的波形和有关参数进行全面的测定，整个测量过程按预先设置的指令自动执行，测量结果可显示在屏幕，并可存入机内或打印输出。

这种测量系统的推