高电压技术习题与答案.docx

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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？

D

A.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C

。

A.≤0.03B.>0.03~0.06C.>0.06~0.10D.>0.10~0.25

8）以下哪种材料具有憎水性？

A

A.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

，压力

101.3kPa，绝对湿度

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____

______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

，湿球温度

，气压

的大气条件下，问其正极性50%操作冲击击穿电压

为多少kV?

（空气相对密度

）

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

=1300kV

查《高电压工程》65页图3-2可得空气绝对湿度

。

从而

再由图3-1求得参数

。

求得参数

=1300/（500×4×0.95×1.1）=0.62，于是由图3-3得指数

。

空气密度校正因数

湿度校正因数

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

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

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____

。

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

小于球电极的电晕起始场强

，即保证

将U=1414V峰值，R=500cm，

代入此不等式，算得r=60cm时球电极表面最大场强

=26.7kV/cm，小于同心球电极的电晕起始场强

=27.1kV/cm。

球电极的起始电晕电压

=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__

_____，

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.直流耐压试验D.局部放电试验E.绝缘油的气相色谱分析F.操作冲击耐压试验G.介质损耗角正切试验H.雷电冲击耐压试验

二、填空题

2）根据绝缘特征的诊断规则的不同，可将诊断方法可以分为___逻辑诊断___、___模糊诊断___、___统计诊断___。

3）当绝缘良好时，稳定的绝缘值___较高___，吸收过程相对___较慢____；绝缘不良或受潮时，稳定的绝缘电阻值__较低____，吸收过程相对___较快___。

4）测量泄漏电流的方法有___微安表直读法___和___光电法____。

其中___光电法___测量泄漏电流更好，因为___安全，可靠，准确度高___。

5）目前实用的局部放电测量的方法，使用得最多的测量方法是__绝缘油的气相色谱分析__、__超声波探测法__、__脉冲电流法__。

6）在局部放电测量中，

称为___视在放电量___，是指__三电容模型里总电容上的放电量____。

7）用阻抗法进行局部放电测量，阻抗Z的位置很重要，根据Z位置不同，可以分为__串联法____和___并联法___。

如果试样电容很大的话，这里应该使用__并联法___，因为__防止试样上很大的放电电流通过阻抗Z___。

8）在对电力设备绝缘进行高电压耐压试验时，所采用的电压波形有_直流_、_交流_、_雷电过电压__、__操作冲击波__。

8、

三、计算问答题

9）正接法和反接法西林电桥各应用在什么条件下？

答：

正接法一般应用于实验室的测试材料及小设备，实现样品的对地绝缘。

实际上，绝大多数电气设备的金属外壳是直接放在接地底座上的，换句话说，就是试品的一极是固定接地的，这时就要用反接法。

10）如图所示，介质的三电容模型，试推导说明视在放电电荷量q与介质中真实放电电荷qr之间的关系,要求写出推导过程。

（过程略）

第五章绝缘的高压试验

一、选择题

1）用铜球间隙测量高电压，需满足那些条件才能保证国家标准规定的测量不确定度？

ABCD

A铜球距离与铜球直径之比不大于0.5

B结构和使用条件必须符合IEC的规定

C需进行气压和温度的校正

D应去除灰尘和纤维的影响

2）交流峰值电压表的类型有：

ABC

A电容电流整流测量电压峰值

B整流的充电电压测量电压峰值

C有源数字式峰值电压表

D无源数字式峰值电压表

3）关于以下对测量不确定度的要求，说确的是：

A

A对交流电压的测量，有效值的总不确定度应在±3％围

B对直流电压的测量，一般要求测量系统测量试验电压算术平均值的测量总不确定度应不超过±4％

C测量直流电压的纹波幅值时，要求其总不确定度不超过±8％的纹波幅值

D测量直流电压的纹波幅值时，要求其总不确定度不超过±2％的直流电压平均值。

4）构成冲击电压发生器基本回路的元件有冲击电容C1，负荷电容C2，波头电阻R1和波尾电阻R2，为了获得一很快由零上升到峰值然后较慢下降的冲击电压，应使___B___。

A．C1＞＞C2、R1＞＞R2　　　　B．C1＞＞C2、R1＜＜R2

C．C1＜＜C2、R1＞＞R2　　　　D．C1＜＜C2、R1＜＜R2

5）用球隙测量交直流电压时，关于串接保护电阻的说法，下面哪些是对的？

B

A球隙必须串有很大阻值的保护电阻

B串接电阻越大越好

C一般规定串联的电阻不超过500Ω

D冲击放电时间很短，不需要保护球面。

6）电容分压器的低压臂的合理结构是___ACD___。

A低压臂电容的电感必须很小

B应该用同轴插头，插入低压臂的屏蔽箱

C电缆输入端应尽可能靠近电容C2的两极。

Dabc环路线应该比较长

7）标准规定的认可的冲击电压测量系统的要：

ABC

A测量冲击全波峰值的总不确定度为±5％围

B当截断时间

时，测量冲击截波的总不确定度在±5％围

C当截断时间

时，测量冲击电压截波的总不确定度在±4％围

D测量冲击波形时间参数的总不确定度在±15％围

8）光电测量系统有哪几种调制方式：

ABCD

A幅度－光强度调制（AM－IM）

B调频－光强度调制（FM－IM）

C数字脉冲调制

D利用光电效应

二、填空题

9）交流高电压试验设备主要是指__高电压试验变压器____。

试验变压器的体积和重量都随其额定电压值的增加而急剧增加，试验变压器的额定容量Pn应按__

____来选择。

10）在电压很高时，常采用几个变压器串联的方法，几台试验变压器串联的意思是_使几台变压器高压绕组的电压相叠加_____。

11）如果串级数为n，串级变压器整套设备的装置总容量W装为___

___，随着串级数的增加，装置的利用率明显下降，一般串级数n

__3～4____。

12）串级数为4级试的串级试验变压器的利用率

为___

___。

13）试验变压器容性试品上的电压的电压升高，分为___稳态性的电压升高___和__瞬态性的电压升高____。

14）利用高压实验变压器产生操作冲击波，而不用冲击电压发生器来产生冲击波，是因为__冲击电压发生器产生长波前操作波时效率低，而且火花间隙中容易出现熄弧现象____。

15）电力系统外绝缘的冲击高压试验通常可以采样15次冲击法，即是__被试品施加正、负极性冲击全波试验电压各15次，相邻两次冲击时间间隔应不小于1min____。

16）用高压静电电压表测量稳态高电压的优点是___吸收功率极小___；缺点是__外界电场对表的影响严重，不宜用于有风的环境____。

17）冲击电压发生器的原理是___电容器并联充电___。

在冲击电压发生器的等效电路中，若考虑回路电感效应，为获得非振荡冲击波的条件是_____串联放电____

20、研究雷闪电流对绝缘材料和结构以及防雷装置的热能或电动力的破坏作用。

21、分流器和罗戈夫斯基线圈

23、球面的尘污和球隙间空气游离不充分。

18）冲击电流的试验设备的功用是___

___。

19）测量冲击大电流的仪器有______和______。

20）实验室测量冲击高电压的方法有__球隙法，分压器－峰值电压表法，分压器－示波器法，光电测量法____。

21）影响球隙测量电压的可靠性的因素有______和______。

22）常用的冲击电压分压器有__电阻分压器、电容分压器、串联阻容分压器、微分积分系统____。

23）为了补偿分压器的对地电容，在分压器的高压端安装一个圆伞形___屏蔽环___。

三、计算问答题

24）一台测工频高电压的电阻分压器，额定电压为100kV（有效值），阻值为4MΩ，对地杂散电容为1000pF，求由杂散电容引起的峰值和相位测量误差，以及在额定测量电压下热耗的功率值。

25）压充电标准电容器有什么功用？

26）

高压直流分压器的选择原则是什么？

27）35kV电力变压器，在大气条件为℃时做工频耐压试验，应选用球隙的球极直径为多大？

球隙距离为多少？

怎样选择试验变压器的额定电压和额定容量？

设一被试品的电容量为4000pF，所加的试验电压有效值为400kV，试求进行这一工频耐压试验时流过试品的电流和该试验变压器的输出功率。

三、计算问答题

26、解：

幅值误差

相角误差

热耗的功率值

27、由于气体介质基本上无损耗，接近于理想介质，所以由它构成的电容器的电容量不受作用电压的影响，准确而稳定。

这种电容器有良好的屏蔽，有无晕的电极，电容值不受周围环境的影响。

28、国际电工委员会规定

不低于0.5mA。

一般

选择在0.5mA～2mA之间。

29、根据《规程》，35kV电力变压器的试验电压为

因为电力变压器的绝缘性能基本上不受周围大气条件的影响，所以保护球隙的实际放电电压应为

若取

也就是说，球隙的实际放电电压等于106.9kV（最大值）。

因为球隙的放电电压与球极直径和球隙距离之间关系是在标准大气状态下得到的，所以应当把实际放电电压换算到标准大气状态下的放电电压U0

即

查球隙的工频放电电压表，若选取球极直径为10cm，则球隙距离为4cm时，在标准大气状态下的放电电压为105kV（最大值）。

而在试验大气状态下的放电电压为

30、试验变压器高压侧电流和额定容量都主要取决于被试品的电容。

31、利用气体放电测量交流高电压，例如静电电压表；利用静电力测量交流高电压，例如静电电压表；利用整流电容电流测量交流高电压，例如峰值电压表；利用整流充电电压测量交流高电压，例如峰值电压表。

32、

33、解：

解得Rf＝103Ω

Rt=3179.5Ω

34、第一类：

电流从零值以较短的时间上升到峰值，然后以近似指数规律或强阻尼正弦波形下降到零。

第二类冲击电流波形近似为方波。

35、第一类波形，中国和IEC标准规定了4种该类冲击波，即1μs/20μs，4μs/10μs,8μs/20μs和30μs/80μs冲击电流波。

第二类规定的冲击电流波形峰值持续时间规定为500μs，1000μs，2000μs，或者2000μs与3200μs之间。

36、由一组高压大电容量的电容器，先通过直流高压并联充电，充电时间为几十秒到几分；然后通过触发球隙的击穿，并联地对试品放电，从而在试品上流过冲击大电流。

37、球隙的冲击放电电压是有分散性的，球隙的50％放电电压是指在此电压作用下，相应的球间隙距离的放电概率为50％

38、标准规定：

对于认可的冲击电压测量系统，在测量波前时间为Tf的雷电标准冲击电压时，它的过冲β和部分阶跃响应时间Tα与Tf的比值，应处在图9-13中的剖面线所划的围以。

测量波前截断波时，除了要满足这一要求外，还规定了实验阶跃响应时间TN和部分响应时间Tα应满足另一附加要求。

即

。

当考虑测量雷电冲击电压时，要求它的部分响应时间

，而且实验响应时间

。

当考虑测量雷电冲击电压波前截波时，要求

，而

。

39、测量用的射频同轴电缆外皮过的瞬态电流引起的干扰，间隙放电时产生的空间电磁辐射，仪器电源线引入的干扰

40、改善接地回线；实验室采用全屏蔽；专为应用于高压测试中的通用数字示波器及其附属设备建一小屏蔽室或屏蔽盒；分压器应置于紧靠集中接地极的地点，并以最短的连线相接；由分压器到测量仪器敷设宽度较大的金属板或金属带作为接地连线；测量电缆采取两端匹配的接线方式；测量电缆长度应尽可能短；采用双屏蔽同轴电缆，或在单屏蔽同轴电缆外再套一金属管，甚至在双屏蔽同轴电缆外再套金属管；在测量电缆上加设共模抑制器；提高传递信号环节的信噪比。

41、答：

第一个半波持续的时间取决于铁心饱和出现的时刻，也就是取决于饱和磁通量和初始磁通量的差值。

理论上说，做了第一次操作波试验后，铁心上会留下同向剩磁，在做第二次同极性操作波试验时，波长会有所缩短。

42、答：

电路的

随级数n的平方倍关系上升，

随n的立方倍关系上升。

当级数n超过一定值时，再增加n也无助于输出电压的增加，而元件数量和整个结构高度去会随n而正比上升。

28）

29）高压实验室中被用来测量交流高电压的方法常用的有几种？

30）在说明多极冲击电压发生器动作原理时，为什么必须强调装置对地杂散电容所起的作用？

31）某冲击电压发生器的等效电路如图8-13所示。

已知C1为20nF，C2为2nF，阻尼电阻Rd为100Ω,若要获得标准雷电冲击波形，设暂不计L的影响，请用近似公式计算Rf,Rt。

32）冲击电流波形有哪两类？