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高电压技术

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《高电压技术》综合复习资料
一、填空题
1、气体放电有两种，分别是____________________和__________________。
2、巴申定律的内容是：______________。
3、对于不均匀电场，电场的极性取决于___________________电极的电位符号；如果两个电极的几何尺寸相同，极性取决于__________________的电位。
4、标准操作冲击电压波形的波前时间是__________________，半峰值时间是____________。
5、污闪的发展大体可以分为四个阶段，分别是_________、__________、_________、____________。
6、电介质的老化有多种方式，请举出其中的四种：____________、____________、____________、____________。
7、电力系统最基本的防雷保护装置有：_________、__________、_______________和______________。
8、在定量分析气隙中气体放电过程中，会用到三个系数，它们分别是__________、__________、__________。
9、根据汤逊理论，二次电子来源于_____________，而流注理论认为二次电子的来源是___________。
10、正极性棒板电极与负极性棒板电极相比，____________________较高，____________________较低。
11、同轴圆筒电场击穿电压的最大值出现在r/R=__________时，同轴圆筒电场绝缘设计时，通常取r/R=__________。
12、提高气体介质电气强度一般有两个措施：_____________；______________。
13、固体介质表面的放电分为四个阶段，分别是：________、______、__________、_________。
14、常用的液体介质包括______________、______________和______________。
15、固体介质的击穿有三种，分别是______________、______________、______________。
16、流注理论认为形成流注的必要条件是_______________。
17、标准雷电冲击电压波形的波前时间为______________，半峰值时间为______________，
18、一个绝缘装置的实际耐压能力取决于它的______________，因为该值比____________低得多。
19、减少液体介质中杂质影响的方法主要有两个，分别是_________、______________。
20、利用仪器测量稳态绝缘电阻能有效揭示______________________、或______________________、或______________________等情况。
21、试验变压器的重量、体积随电压的上升而加大，因此500kV以上的变压器都采用______________连接方式。
22、避雷线的保护范围是____________。
23、由两级配合原则出发，_______是确定电气设备绝缘水平的基础，其值就是___________。
24、对于六氟化硫强电负性气体，它的电子崩中电子临界值的对数值为_____________________。
25、稳态电压包括_________和___________；冲击电压包括_______________和___________。
26、当空气气隙在1～10cm内，空气的击穿场强约为_____________________。
27、在棒棒电极中，为提高电气强度，一般在两个电极均设置屏蔽，因为______________。
28、电介质极化的最基本形式有：________________、________________和________________。
29、电介质的电导分为________和__________两种，一般电介质的电导是________________。
30、测试液体介质击穿电压的标准油杯的电极形状是____________，目的是为了___________。
31、测量电介质吸收比时取的两个时间点是____________、____________，测量电介质的极化指数时取的两个时间是____________、____________。
32、tgδ能反映绝缘的___________________和__________________________，由tgδ随电压而变化的曲线可以判断_____________________、_____________________及_____________________。
二、问答题
1、请问汤逊理论和流注理论的本质各是什么？
2、为什么在极不均匀电场中，大气湿度越大击穿场强越高，而在稍不均匀电场和均匀电场中，击穿场强与大气湿度关系很小？
3、请问如何计算电场不均匀系数，并且如何利用不均匀系数判断电场是稍不均匀电场还是极不均匀电场。
4、请问为什么沿面闪络电压比纯空气气隙的击穿电压低得多？
5、请问为什么绝缘子串在工作电压下不发生污闪在电力系统外绝缘水平的选择中起着重要作用？
6、请问为什么绝缘子串中每个绝缘子承受的电压是不同的？
7、请问什么是雷电50%冲击击穿电压，它有什么作用？
8、请问如何利用电晕现象区分稍不均匀电场和极不均匀电场？
9、请问电介质的电导分为哪几种，它们有什么区别？
10、请利用电场不均匀系数分析，为什么在相同极间距离情况下，稍不均匀电场比均匀电场的放电电压要低。
三、计算题
1、平原地区220kV双避雷线如图所示，绝缘子串的正极性冲击放电电压U50%为1410kV，负极性冲击放电电压U50%为1560kV，杆塔冲击接地电阻为7Ω，避雷线与输电线路的平均高度分别为24.5m和15.4m，耦合系数为0.286，杆塔的等值电感为0.5uH/m，分流系数为0.88，击杆率为1/6，绕击率为0.144%，建弧率为0.8。要求分别计算线路的反击耐雷水平、绕击耐雷水平、反击跳闸率和绕击跳闸率。

2、已知入射电压波10kV由线路1（Z1=500欧姆）进入线路2（Z2=50欧姆），要求计算折射电压波、电流波和反射电压波、电流波。
3、某110kV电气设备如用于平原地区，其外绝缘应通过的工频试验电压有效值为240kV，如用于海拔4000m地区，而试验单位位于平原地带，请问该电气设备的外绝缘应通过多大的工频试验电压值？
4、如图所示一幅值U0=75kV，波前陡度a0=30kV/us的斜角平顶波从一条波阻抗Z=300Ω的半无限长架空线路传来，波传播速度v=300m/us，在节点A处接有一管式避雷器FT，该避雷器的放电电压Ub=120kV，线路AB长300m，线路末端B点开路，求FT动作时，B点电压值为多少。

参考答案
一、填空题
1、自持放电 非自持放电
2、当气体成分和电极材料一定时，气体气隙击穿电压是气压和极间距离乘积的函数
3、曲率半径较小的 不接地的那个电极
4、250us 2500us
5、积污 受潮 干区形成 局部电弧的出现和发展
6、电老化 热老化 机械应力老化 环境老化
7、避雷针 避雷线 避雷器 防雷接地装置
8、α系数 β系数 γ系数
9、正离子撞击阴极使阴极表面逸出电子 空间的光电离
10、电晕起始电压 击穿电压
11、0.33 0.25～0.4
12、改善气隙中的电场分布，使之均匀化 设法削弱或抑制介质中的电离过程
13、电晕放电 辉光放电 滑闪放电 沿面闪络
14、变压器油 电缆油 电容器油
15、电击穿 热击穿 电化学击穿
16、电子崩发展到足够的程度后，电子崩中的空间电荷足以使原电场明显畸变，大大加强电子崩崩头和崩尾处的电场
17、1.2us 50us 250us 2500us
18、沿面闪络电压 纯空气气隙的击穿电压
19、提高油的品质 采用“油—屏障”式绝缘
20、绝缘或整体受潮 局部严重受潮 贯穿性缺陷
21、串接式
22、长度与线路等长，而且两端还有其保护的半个圆锥体空间
23、避雷器的保护水平 避雷器上可能出现的最大电压
24、10.5
25、直流电压 工频交流电压 雷电冲击电压 操作冲击电压
26、30kV/cm
27、电晕放电是从两个电极发生的
28、电子式 离子式 偶极子式
29、离子电导 电子电导 离子电导
30、半圆形 减弱边沿效应，使极间电场均匀分布
31、15s 60s 10min 1min
32、整体性缺陷 小容量试品中的严重局部性缺陷 绝缘是否受潮 含有气泡 老化的程度
二、问答题
1、答：汤逊理论的实质是：电子碰撞电离是气体放电的主要原因，二次电子来源于正离子撞击阴极使阴极表面逸出电子，逸出电子是维持其体放电的必要条件。
流注理论的本质是：形成流注的必要条件是电子崩发展到足够的程度后，电子崩中的空间电荷足以使原电场明显畸变，大大加强了电子崩崩头和崩尾处的电场，另一方面，电子崩中的电荷密度很大，复合频繁，放射出的光子在这部分强电场区很容易引发新的空间光电离，因此二次电子来源于空间的光电离。
2、答：因为大气中的水汽分子能够俘获自由电子而形成负离子，这对气体中的放电过程起到抑制的作用，因此可以认为空气的湿度越大，气隙的击穿电压也会越高。
但是在均匀和稍不均匀电场中，从放电起，整个气隙的电场强度都较高，电子的运动速度较快，水分子不易俘获电子，因而湿度的影响甚微，可略去不计。
3、答：电场不均匀系数等于气隙中最大场强和平均场强之间的比值。
通常当电场不均匀系数小于2时，为稍不均匀电场；电场不均匀系数大于4就明显属于极不均匀电场。 4、答：主要原因是原来的均匀电场发生了畸变，主要由以下因素导致：
（1）固体介质表面与空气接触，吸收潮气，形成水膜，带电离子在水膜内部移动，从而使沿面电压分布不均匀。
（2）固体介质与电极之间接触不良，存在小气隙，气隙内部首先放电，所产生的带电离子沿固体介质表面移动，从而使沿面电压分布发生变化。
（3）固体介质表面电阻不均匀和表面的粗糙不平也会使沿面电场畸变。
5、答：因为发生污闪事故往往是大范围的，自动重合闸成功率远低于雷击闪络时的情况，因而往往导致事故的扩大和长时间停电，就经济损失而言，污闪在各类事故中居首位，因此绝缘子在工作电压下不发生污闪在电力系统的外绝缘水平的选择中起着重要的作用。
6、答：因为即使是洁净的绝缘子，它的电压分布不仅仅与绝缘子本身的电容有关，而且也受到安装处电磁环境的影响，如每个绝缘子都存在对地电容和对导线的电容，从而导致绝缘子串两端的绝缘子上的电压较高，而中间的绝缘子上的电压较低，除此之外，当绝缘子存在某些缺陷时，也会改变绝缘子上的电压分布，因此绝缘子串中每个绝缘子承受的电压是不同的。
7、答：如果对气隙施加某一电压值的雷电冲击电压，其中半数导致气隙击穿，该电压便被称为雷电50%冲击击穿电压。
它用来反映气隙耐受冲击电压的特性。
8、答：对某一气隙施加电压，在电压上升的过程中，如果存在稳定的电晕现象，那么该气隙便是稍不均匀电场，如果电晕现象一旦出现，气隙马上被击穿，那么该气隙便是极不均匀电场。
9、答：介质的电导分为离子电导和电子电导两部分。
如果介质中的电导电流是由于正负离子移动所产生的，那么该电导便是离子电导，如果介质中的电导电流是由于离子和电介质分子碰撞电离生成电子产生的，那么该电导便是电子电导，当出现电子电导电流时，该介质已经被击穿，因此一般的电介质电导都是离子电导。

10、答：因为电场不均匀系数等于电场中的最大场强和平均场强之间的比值，电场越不均匀，不均匀系数越大，所以稍不均匀电场的不均匀系数要大于均匀电场的不均匀系数，因此如果两者的极间距离相同，那么在相同电压下，稍不均匀电场某一点的场强要大于均匀电场任何点的场强，也就是说，要达到同一场强，稍不均匀电场的电压要低一些，因此稍不均匀电场比均匀电场的放电电压要低。

三、计算题
1、解：（1）计算反击耐雷水平
杆塔高度为ht=3.5+2.2+23.4=29.1m
杆塔电感Lt=0.5×29.1=14.5uH

由我国雷电流概率曲线查得P1=8.4%
（2）计算绕机耐雷水平

由我国雷电流概率曲线查得P2=71.7%
（3）线路的反击雷击跳闸率为
n=2.8hggP1η
=2.8×24.5×(1/6)×8.4%×0.8
=0.768次/（100km·40雷暴日）
n=2.8hgPaP2η
=2.8×24.5×0.144%×71.7%×0.8
=0.567次/（100km·40雷暴日）

2、解：折射系数为：
反射系数为：
电压折射波为：
电流折射波为：
电压反射波为：
电流反射波为：

3、解：首先计算海拔校正系数

试验电压值为

所以当试验单位位于平原地带时，该电气设备的外绝缘应通过343kV的工频试验电压值。

4、解：当过电压波从A点向Ｂ点传播，当过电压波到达Ｂ点时，因为B点开路，发生电压波正的全反射，即B点的电压为输入波的两倍幅值，而且从A点至B点的时间为1us，从B点反射后，反射波经1us回到A点，此时A点的电压为入射波和反射波的叠加，因此A点电压要比入射波的电压要高。当B点电压达到120kV时，FT会动作，下面分析A点电压和B点电压之间的变化规律：
（1）当t＜1us时 UA=30t（kV） UB=0
（2）当1us＜t＜2us时 UA=30t（kV） UB=60(t-1)（kV）
（3）当2us＜t＜2.5us时 UA=30t+30(t-2)（kV） UB=60(t-1)（kV）
（4）当2.5us＜t＜3.5us时 UA=75+30(t-2)（kV） UB=60(t-1)（kV）
当t=3.5us时，UA=120kV UB=150kV
所以，当FT动作时，B点的电压为150kV。

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