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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、 雷暴日 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
2、较高、距离较长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
3、因素才能维持的放电称为非自持放电 不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 答：电流与电压的夹角是中的有功分量，其越是功率因数角，令功率因数角的余角为 ， 显然R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。 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线，直接在导线上引起
4、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
6、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。 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
7、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 RC 从其低压端连接到低压桥臂上，则在低压桥臂上调节和就很安全，而且测量准确度较高。但 34 这种方法要求被试品高低压端均对地 绝缘。 RCRC 使用反接线
8、时，即将和接在高压端，由于和处于高电位。桥体位于高压侧，抗干扰 3434 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
9、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
10、。 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。 ZnO答：与普通阀型避雷器相比，避雷器具有优越的保护性能。 （1） ZnOZnO 无间隙。在正常工作电压下，电阻片相当于一绝缘体，工作电压不会使电阻片烧坏， 因此可以不用串联火花间隙。 （2） ZnO 无续流。当电网中出现过电压时，通过避雷器的电流增大，电阻片上的残压受其良好
11、的非 ZnO 线性特性控制；当过电压作用结束后，电阻片又恢复绝缘体状态，续流仅为微安级，实际上可认 为无续流。 （3） kAZnOSiC 电气设备所受过电压能量可以降低。虽然在10雷电流下的残压值避雷器与避雷器 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） ZnO 通流容量大。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 ZnO 联间隙就难以灭弧。避雷器没有串联间隙，所
12、以易于制成直流避雷器。 五、计算（20分） ltU1、直流电源合闸于空载线路的波过程。如图89所示，线路长度为，0时合闸于电压为的直流电 0 B源，求线路末端点电压随时间的变化。 tUAB 解 合闸后，从0开始，电源电压自线路首端点向线路末端点传播，传播速度为 0 t =lv v=1LC ABtZ ，自点传播到点的时间设为 ，设线路波阻抗为。 00 u=Ui=UZ t t （1）当0 时，线路上只有前行的电压波 和前行的电流波。 1q01q0 tt B（2）当 时，波到达开路的末端点，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 u=Ui=-UZ电压波 tt Attt 和电流波。此反射
13、波将于 2时到达点。9（3）当 2 时， 1f01f0 uuii线路上各点电压由和叠加而成，电流由 和 叠加而成。 1q 1 f 1q1f ttuAAU （4）当 2 时，反行波 到达线路的首端点，迫使点的电压上升为2。但由电源边界条件 1 f0 AUuAU所决定的点电压又必须为 。因此反行波 到达点的结果是使电源发出另一个幅值为一的前 01 f0 u=-U AUt t 行波电压来保持点的电压为，即在2之后， 有一新的前行电压波 AB 自点向点 0 2q0 iUZ =-行进，同时产生新的前行电流波 。 2q0 tt t uuuii（5）在2 3时，线路上各点的电压由、 和 叠加而成，线路上各点
14、的电流由、 和 1q1 f2q1q1fi 叠加而成。 2q tt B（6）当 3时，新的前行波到达点，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 u=-Ui=UZ 电压波 ttAttt 和电流波。此反射波将于 4 时到达点。当3 4 时，线 2f02f0 uuuuiiii路上各点电压由、和 叠加而成，电流由 、 、和 叠加而成。 1q 1f 2q 2f1q1f2q2f ttuAA（7）当 4 时，反行波 到达线路的首端点，迫使点的电压下降为0。但由电源边界条件所决 2f AUuAU定的点电压又必须为 。因此反行波 到达点的结果是使电源发出另一个幅值为的前行波电 02f0 AUa 压来保持点的电压为 ，从而开始重复图89 （ ）所示的新的波过程。 0 B 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所示线路末端点电压的电压随时间
