1、长沙理工大学标准答案纸课程名称： 高电压技术 专业、班级：电气工程及其自动化（本科）一、填空 （10 分）1、在极不均匀电场中，间隙完全被击穿之前，电极附近会发生 电晕 ，产生暗蓝色的晕光。2、冲击电压分为 雷电冲击电压 和 操作冲击电压 。3、固体电介质的击穿有 电击穿 、 热击穿 和 电化学击穿 等形式。4、某 110KV 电气设备从平原地区移至高原地区，其工频耐压水平将 下降 。5、在线路防雷设计时，110KV 输电线路的保护角一般取 20 。6、 累暴日 是指一年中有雷暴的天数。7、电压直角波经过串联电容后，波形将发生变化，变成 指数 波。二、选择 （10 分）1解释电压较高、距离较长
2、的间隙中的气体放电过程可用（ B ） 。A汤逊理论 B流注理论C巴申定律 D小桥理论2若固体电介质被击穿的时间很短、又无明显的温升，可判断是（ C ） 。A电化学击穿 B热击穿C电击穿 D各类击穿都有3下列试验中，属于破坏性试验的是（ B ） 。A绝缘电阻试验 B冲击耐压试验C直流耐压试验 D局部放电试验4输电线路的波阻抗的大小与线路的长度（ C ） 。A成正比 B成反比C无关 D不确定5下列不属于输电线路防雷措施的是（ C ） 。A架设避雷线 B架设耦合地线 C加设浪涌吸收器 D装设自动重合闸三、名词解释 （15 分）1、自持放电和非自持放电答：必须借助外力因素才能维持的放电称为非自持放电不
3、需其他任何加外电离因素而仅由电场的作用就能自行维持的放电称为自持放电。2、介质损失角正切UIcCRI UCIR答：电流与电压的夹角 是功率因数角，令功率因数角的余角为 ， 显然 是 中的有功分量，其RI越大，说明介质损耗越大，因此 角的大小可以反映介质损耗的大小。于是把 角定义为介质损耗角。 RCUItgCR1/3、吸收比和极化指数答：加压 60 秒的绝缘电阻与加压 15 秒的绝缘电阻的比值为吸收比。加压 10 分钟的绝缘电阻与加压 1 分钟的绝缘电阻的比值为极化指数。4、反击和绕击答：雷击线路杆塔顶部时，由于塔顶电位与导线电位相差很大，可能引起绝缘子串的闪络，即发生反击。雷电绕过避雷线击于导
4、线，直接在导线上引起过电压，称为绕击。5、保护角答：保护角是指避雷线与所保护的外侧导线之间的连线与经过避雷线的铅垂线之间的夹角。四、简答：（45 分）1、简述汤逊理论和流注理论的异同点，并说明各自的适用范围。答：汤逊理论和流注理论都是解释均匀电场的气体放电理论。前者适用于均匀电场、低气压、短间隙的条件下；后者适用于均匀电场、高气压、长间隙的条件下。不同点：（1）放电外形 流注放电是具有通道形式的。根据汤逊理论，气体放电应在整个间隙中均匀连续地发展。（2）放电时间 根据流注理论，二次电子崩的起始电子由光电离形成，而光子的速度远比电子的大，二次电子崩又是在加强了的电场中，所以流注发展更迅速，击穿时
5、间比由汤逊理论推算的小得多。（3）阴极材料的影响 根据流注理论，大气条件下气体放电的发展不是依靠正离子使阴极表面电离形成的二次电子维持的，而是靠空间光电离产生电子维持的，故阴极材料对气体击穿电压没有影响。根据汤逊理论，阴极材料的性质在击穿过程中应起一定作用。实验表明，低气压下阴极材料对击穿电压有一定影响。2、试解释沿面闪络电压明显低于纯空气间隙的击穿电压的原因。答：当两电极间的电压逐渐升高时，放电总是发生在沿固体介质的表面上，此时的沿面闪络电压已比纯空气间隙的击穿电压低很多，其原因是原先的均匀电场发生了畸变。产生这种情况的原因有：（1）固体介质表面不是绝对光滑，存在一定的粗糙程度，这使得表面电
6、场分布发生畸变。（2）固体介质表面电阻不可能完全均匀，各处表面电阻不相同。（3）固体介质与空气有接触的情况。（4）固体介质与电极有接触的状况。3、固体电介质的电击穿和热击穿有什么区别？答：固体电介质的电击穿过程与气体放电中的汤逊理论及液体的电击穿理论相似，是以考虑在固体电介质中发生碰撞电离为基础的，不考虑由边缘效应、介质劣化等原因引起的击穿。电击穿的特点是：电压作用时间短，击穿电压高，击穿电压与环境温度无关，与电场均匀程度有密切关系，与电压作用时间关系很小。电介质的热击穿是由介质内部的热不平衡过程所造成的。热击穿的特点是：击穿电压随环境温度的升高按指数规律降低；击穿电压与散热条件有关，如介质厚
7、度大，则散热困难，因此击穿电压并不随介质厚度成正比增加；当电压频率增大时，击穿电压将下降；击穿电压与电压作用时间有关。4、在测试电气设备的介质损失角正切值时什么时候用正接线，什么时候用反接线；正接线和反接线各有什么特点？答：使用西林电桥的正接线时，高压西林电桥的高压桥臂的阻抗比对应的低压臂阻抗大得多，所以电桥上施加的电压绝大部分都降落在高压桥臂上，只要把试品和标准电容器放在高压保护区，用屏蔽线从其低压端连接到低压桥臂上，则在低压桥臂上调节 R3 和 C4 就很安全，而且测量准确度较高。但这种方法要求被试品高低压端均对地 绝缘。使用反接线时，即将 R3 和 C4 接在高压端，由于 R3 和 C4
8、 处于高电位。桥体位于高压侧，抗干扰能力和准确度都不如正接线。现场试验通常采用反接线试验方法。5、局部放电是怎样产生的？在电力系统中常用什么方法进行测量,为什么？答：杂质存在导致电场分布不均匀，电压 U 达到一定值时，会首先在气泡或杂质中产生放电，既局部放电。局部放电的检测方法：直接用局部放电检测仪进行测量，用专用的无晕电源设备。油色谱分析：主要是检测绝缘油中乙炔气体的含量。6、测试电容量较大的被试品的绝缘电阻时如何防止被试品反放电烧坏兆欧表？为什么要对被试品充分放电？答：测试电容量较大的被试品的绝缘电阻时一定要在停止摇动兆欧表之前，先解开被试品的接线。电容量较大的被试品在测完接地电阻时，根据
9、电容充放电的原理，往往会带上大量的电荷，所以必须对其充分放电。7、测量电气设备的介损 tg 能发现什么缺陷？不能发现什么缺陷？在测试时要注意什么？答：能发现的缺陷：（1）绝缘体受潮，绝缘老化；（2）贯穿性缺陷；（3）分布式缺陷；（ 4）小型设备集中性缺陷不能发现的缺陷：大型设备的局部性缺陷可能被掩盖，所以现场仍要做分解试验。在测试时要注意：（1）必须有良好的接地；（2）反接线要注意引线的悬空处理；（3）被试品表面要擦拭干净；（4）能做分解试验的要尽量做分解试验。8、输电线路遭受雷击发生跳闸需要满足的两个条件，并解释建弧率的概念。答：输电线路遭受雷击发生跳闸需要满足两个条件。首先是直击线路的雷电
10、流超过线路的耐雷水平，线路绝缘将发生冲击闪络。但是它的持续时间只有几十微秒，线路开关还来不及跳闸，因此必须满足第二个条件冲击电弧转化为稳定的工频电弧，才能导致线路跳闸。冲击闪络转化为稳定的工频电弧的概率，称为建弧率。9、ZnO 避雷器的主要优点。答：与普通阀型避雷器相比， ZnO 避雷器具有优越的保护性能。（1） 无间隙。在正常工作电压下， ZnO 电阻片相当于一绝缘体，工作电压不会使 ZnO 电阻片烧坏，因此可以不用串联火花间隙。（2） 无续流。当电网中出现过电压时，通过避雷器的电流增大， ZnO 电阻片上的残压受其良好的非线性特性控制；当过电压作用结束后， ZnO 电阻片又恢复绝缘体状态，
11、续流仅为微安级，实际上可认为无续流。（3） 电气设备所受过电压能量可以降低。虽然在 10kA 雷电流下的残压值 ZnO 避雷器与 SiC 避雷器相同，但由于后者只在串联火花间隙放电后才有电流流过，而前者在整个过电压过程中都有电流流过，因此降低了作用在变电站电气设备上的过电压幅值。（4） 通流容量大。 ZnO 避雷器的通流能力，完全不受串联间隙被灼伤的制约，仅与阀片本身的通流能力有关。（5） 易于制成直流避雷器。因为直流续流不象工频续流一样存在自然零点，所以直流避雷器如用串联间隙就难以灭弧。 ZnO 避雷器没有串联间隙，所以易于制成直流避雷器。五、计算（20 分）1、直流电源合闸于空载线路的波过
12、程。如图 89 所示，线路长度为 l， t0 时合闸于电压为 U0 的直流电源，求线路末端 B 点电压随时间的变化。解 合闸后，从 t0 开始，电源电压 U0 自线路首端 A 点向线路末端 B 点传播，传播速度为，自 A 点传播到 B 点的时间设为 ， ，设线路波阻抗为 Z。0CLv vl（1）当 0 t 时，线路上只有前行的电压波 和前行的电流波 。01uqiq01（2）当 t 时，波到达开路的末端 B 点，电压波和电流波分别发生正全反射和负全反射，形成反行的电压波 和电流波 。此反射波将于 t 2 时到达 A 点。9（3）当 t 2 时，01UufZif01线路上各点电压由 u1q 和 u
13、1 f 叠加而成，电流由 i1q 和 i1f 叠加而成。（4）当 t 2 时，反行波 u1 f 到达线路的首端 A 点，迫使 A 点的电压上升为 2U0 。但由电源边界条件所决定的 A 点电压又必须为 U0 。因此反行波 u1 f 到达 A 点的结果是使电源发出另一个幅值为一 U0 的前行波电压来保持 A 点的电压为 U0，即在 t 2 之后， 有一新的前行电压波 自 A 点向 B02uq点行进，同时产生新的前行电流波 。Ziq02（5）在 2 t 3 时，线路上各点的电压由 u1q、 u1 f 和 u2q 叠加而成，线路上各点的电流由 i1q、 i1f 和 i2q 叠加而成。 （6）当 t
14、3 时，新的前行波到达 B 点，电压波和电流波分别发生正全反射和负全反射，形成新的反行电压波 和电流波 。此反射波将于 t 4 时到达 A 点。当 3 t 4 时，02UufZif02线路上各点电压由 u1q 、 u1f 、 u2q 和 u2f 叠加而成，电流由 i1q 、 i1f 、 i2q 和 i2f 叠加而成。（7）当 t 4 时，反行波 u2f 到达线路的首端 A 点，迫使 A 点的电压下降为 0。但由电源边界条件所决定的 A 点电压又必须为 U0 。因此反行波 u2f 到达 A 点的结果是使电源发出另一个幅值为 U0 的前行波电压来保持 A 点的电压为 U0 ，从而开始重复图 89
15、（ a ）所示的新的波过程。如此反复往返传播，根据所有前行反行波叠加的结果，可以得到如图 810 所示线路末端 B 点电压的电压随时间变化的曲线。2、某油罐直径为 10m ，高 10 米，现采用单根避雷针进行保护，避雷针距离油罐壁为 5m，请问避雷针的高度应是多少？解：根据题意可知：h x=10m, rx=10+5=15 m , 求 h=?当 hx h 时，有12rx=（h- hx）p15=(h-10)1解得： h=25m因为 h=25m 时不满足 hx h，所以应按 hx h 算1212rx=(1.5h-2hx)p15=(1.5h-2hx) 1解得：h=23.3m所以避雷针的高度至少应是 2
16、3.3m.。长沙理工大学标准答案纸课程名称： 高电压技术 专业、班级：电气工程及其自动化（本科）一、填空 （共 25 分，每空 1 分）1、在极不均匀电场中，间隙完全被击穿之前，电极附近会发生 电晕放电 ，产生暗蓝色的晕光。2、冲击电压分为 雷电冲击电压 和 操作冲击电压 。0234567tCu0234567tBu空载线路末端波形3、固体电介质的击穿有 电击穿 、 热击穿 和 电化学击穿 等形式。4、某 110KV 电气设备从平原地区移至高原地区，其工频耐压水平将 下降 。5、在线路防雷设计时，110KV 输电线路的保护角一般取 20 。6、 累暴日 是指一年中有雷暴的天数。7、电压直角波经过
17、并联电容后，波形将发生变化，变成 指数 波。8、介质损失角正切的计算公式是 CRI/tan， tan表示交流下的介质损耗 。9、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。10、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 。11、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 12、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 、 操作冲击波二、选择 （共 20 分，每小题 2 分）1解释电压较高、距离较长的间隙中的气体放电过程可用（ B ） 。A汤逊理
18、论 B流注理论C巴申定律 D小桥理论2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3SF 6 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4_B_型绝缘子具有损坏后“自爆”的特性。A.电工陶瓷 B.钢化玻璃 C.硅橡胶 D.乙丙橡胶5下列因素中，对电介质的 tan 影响不明显的是（ D ） 。A湿度 B电源频率C表面污秽 D大气压强6减少绝缘介质的介电常数可以_B_ 电缆中电磁波的传播速度。A降低 B提高 C不改变 D不一定7下列不同类型的过电压中，不属于内过电压的是（ D
19、 ） 。A工频过电压 B操作过电压C谐振过电压 D大气过电压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9以下属于操作过电压的是_B_ 。A工频电压升高 B电弧接地过电压C变电所侵入波过电压 D铁磁谐振过电压10冲击系数是_B_ _放电电压与静态放电电压之比。A25% B50% C75% D100%三、名词解释 （共 15 分，每小题 3 分）1、极性效应答：在极不均匀电场中，高场强电极的不同，空间电荷的极性也不同，对放电发展的影响也不同，这就造成了不同极性的高场强电极的电晕起始电压的不同，以及间隙击穿电压的不同，称为极性效应。2、50%冲击放电电压答：工程上采用
20、 50%冲击击穿电压（ U50%）来描述间隙的冲击击穿特性，即在多次施加同一电压时，用间隙击穿概率为 50的电压值来反映间隙的耐受冲击电压的特性。3、进线段保护答：进线段保护是指在临近变电站 12km 的一段线路上加强防雷保护措施。4、接地电阻答：接地极或自然接地极的对地电阻和接地线电阻的总和，称为接地装置的接地电阻。5、建弧率答：冲击闪络转化为稳定的工频电弧的概率，称为建弧率。四、简答：（共 40 分，每小题 5 分）1、试解释沿面闪络电压明显低于纯空气间隙的击穿电压的原因。答：当两电极间的电压逐渐升高时，放电总是发生在沿固体介质的表面上，此时的沿面闪络电压已比纯空气间隙的击穿电压低很多，其
21、原因是原先的均匀电场发生了畸变。产生这种情况的原因有：（1）固体介质表面不是绝对光滑，存在一定的粗糙程度，这使得表面电场分布发生畸变。（2）固体介质表面电阻不可能完全均匀，各处表面电阻不相同。（3）固体介质与空气有接触的情况。（4）固体介质与电极有接触的状况。2、简要解释小桥理论。答：工程实际中使用的液体电介质不可能是纯净的，不可避免地混入气体（即气泡） 、水分、纤维等杂质。这些杂质的介电常数小于液体的介电常数，在交流电场作用下，杂质中的场强与液体介质中的场强按各自的介电常数成反比分配，杂质中场强较高，且气泡的击穿场强低，因此杂质中首先发生放电，放电产生的带电粒子撞击液体分子，使液体介质分解，
22、又产生气体，使气泡数量增多，逐渐形成易发生放电的气泡通道，并逐步贯穿两极，形成“小桥” ，最后导致击穿在此通道中发生。3、在测试电气设备的介质损失角正切值时什么时候用正接线，什么时候用反接线；正接线和反接线各有什么特点？答：使用西林电桥的正接线时，高压西林电桥的高压桥臂的阻抗比对应的低压臂阻抗大得多，所以电桥上施加的电压绝大部分都降落在高压桥臂上，只要把试品和标准电容器放在高压保护区，用屏蔽线从其低压端连接到低压桥臂上，则在低压桥臂上调节 R3 和 C4 就很安全，而且测量准确度较高。但这种方法要求被试品高低压端均对地 绝缘。使用反接线时，即将 R3 和 C4 接在高压端，由于 R3 和 C4
23、 处于高电位。桥体位于高压侧，抗干扰能力和准确度都不如正接线。现场试验通常采用反接线试验方法。4、固体电介质的电击穿和热击穿有什么区别？答：固体电介质的电击穿过程与气体放电中的汤逊理论及液体的电击穿理论相似，是以考虑在固体电介质中发生碰撞电离为基础的，不考虑由边缘效应、介质劣化等原因引起的击穿。电击穿的特点是：电压作用时间短，击穿电压高，击穿电压与环境温度无关，与电场均匀程度有密切关系，与电压作用时间关系很小。电介质的热击穿是由介质内部的热不平衡过程所造成的。热击穿的特点是：击穿电压随环境温度的升高按指数规律降低；击穿电压与散热条件有关，如介质厚度大，则散热困难，因此击穿电压并不随介质厚度成正
24、比增加；当电压频率增大时，击穿电压将下降；击穿电压与电压作用时间有关。5、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( 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(e as-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
25、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。6、测试电容量较大的被试品的绝缘电阻时如何防止被试品反放电烧坏兆欧表？为什么要对被试品充分放电？答：测试电容量较大的被试品的绝缘电阻时一定要在停止摇动兆欧表之前，先解开被试品的接线。电容量较大的被试品在测完接地电阻时，根据电容充放电的原理，往往会带上大量的电荷，所以必须对其充分放电。7、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。8、什么是变压器的主绝缘、匝间绝缘和分级绝
26、缘。答：主绝缘：发电机、变压器各点对地绝缘。匝间绝缘：变压器多匝绕组间的绝缘。分级绝缘：各个不同的电压等级采取不同的绝缘等级。长沙理工大学标准答案纸课程名称： 高电压技术 专业、班级：电气工程及其自动化（本科）一、选择 （共 10 分，每小题 2 分）1冲击系数是_ _B_放电电压与静态放电电压之比。A25% B50% C75% D 100%2若固体电介质被击穿的时间很短、又无明显的温升，可判断是（ C ） 。A电化学击穿 B热击穿C电击穿 D各类击穿都有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输电线路的波阻抗的大小与线路的长度（ C ） 。A成正比 B成
27、反比C无关 D不确定5下列不同类型的过电压中，不属于内过电压的是（ D ） 。A工频过电压 B操作过电压C谐振过电压 D大气过电压二、填空 （共 20 分，每空 1 分）1、流注理论认为：二次电子崩的主要来源是 空间光电离 。2、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 。3、极化的基本形式有电子式极化、离子式极化、 偶极子式极化 、 夹层式极化 、和空间电荷极化。4、液体电介质的击穿机理主要可用 电击穿理论 、 小桥理论 加以解释。5、某 110KV 电气设备从平原地区移至高原地区，其工频耐压水平将 下降 。6、气体放电的主要形式：辉光放电、电晕放电、刷状放电、
28、火花放电、电弧放电 。7、绝缘耐压试验的项目主要有：交流耐压试验、直流耐压试验、 雷电冲击耐压试验 和操作冲击耐压试验。8、 雷暴小时 是指一年中有雷暴的小时数。9、电压直角波经过并联电容后，波形将发生变化，变成 指数 波。10、影响球隙测量电压的可靠性的因素有 球面的尘污 和 球隙间空气游离不充分。三、简答：（共 50 分，每小题 10 分）1、均匀电场和不均匀电场中气体间隙的放电特性有什么不同。答：（6） 极不均匀电场的击穿电压比均匀电场低；（7） 极不均匀电场如果是不对称电极，则放电有极性效应；（8） 极不均匀电场具有特殊的放电形式 电晕放电。2、在测试电气设备的介质损失角正切值时什么时
29、候用正接线，什么时候用反接线；正接线和反接线各有什么特点？答：使用西林电桥的正接线时，高压西林电桥的高压桥臂的阻抗比对应的低压臂阻抗大得多，所以电桥上施加的电压绝大部分都降落在高压桥臂上，只要把试品和标准电容器放在高压保护区，用屏蔽线从其低压端连接到低压桥臂上，则在低压桥臂上调节 R3 和 C4 就很安全，而且测量准确度较高。但这种方法要求被试品高低压端均对地 绝缘。使用反接线时，即将 R3 和 C4 接在高压端，由于 R3 和 C4 处于高电位。桥体位于高压侧，抗干扰能力和准确度都不如正接线。现场试验通常采用反接线试验方法。3、局部放电是怎样产生的？在电力系统中常用什么方法进行测量,为什么？
30、答：杂质存在导致电场分布不均匀，电压 U 达到一定值时，会首先在气泡或杂质中产生放电，既局部放电。局部放电的检测方法：直接用局部放电检测仪进行测量，用专用的无晕电源设备。油色谱分析：主要是检测绝缘油中乙炔气体的含量。4、以变压器为例，说明破坏性试验和非破坏性试验各有哪些？答：非破坏性试验：（1）绝缘电阻及吸收比；（2）绕组连同套管的绝缘电阻；（3）变压比；（ 4）介损；（5）直流耐压及泄露破坏性试验：（1）交流耐压试验；（2）冲击耐压试验。5、什么是变压器的主绝缘、匝间绝缘和分级绝缘。答：主绝缘：发电机、变压器各点对地绝缘。匝间绝缘：变压器多匝绕组间的绝缘。分级绝缘：各个不同的电压等级采取不同
31、的绝缘等级。四、计算（共 20 分，每小题 10 分）1、某油罐直径为 10m ，高 10 米，现采用单根避雷针进行保护，避雷针距离油罐壁为 5m，请问避雷针的高度应是多少？解：根据题意可知：h x=10m, rx=10+5=15 m , 求 h=?当 hx h 时，有2rx=（h- hx）p15=(h-10)1解得： h=25m因为 h=25m 时不满足 hx h，所以应按 hx h 算1212rx=(1.5h-2hx)p15=(1.5h-2hx) 1解得：h=23.3m所以避雷针的高度至少应是 23.3m.。2、直流电源 E 在 t=0 时，合闸于长度为 L 的空载线路。如图 1 所示，求线路末端 B 点的电压波形。
