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1、第一章 气体放电的基本物理过程三、计算问答题1) 简要论述汤逊放电理论。汤逊理论 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(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
2、放电条件可表达为r(eas-1)=1。2) 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？（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
3、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。3) 影响套管沿面闪络电压的主要因素有哪些？（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
4、响（4）雨水的影响4) 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）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/（50040.951.1）=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5) 某母线支柱绝缘子拟用于海拔4500m的高原地区的35kV
5、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？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1) 保护设备与被保护设备的伏秒特性应如何配合？为什么？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2) 某1000kV工频试验变压器，套管顶部为球形电极，球心距
6、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？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内电极，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，小于同心球内电极的电晕起始场强 =27.1 kV/cm。球电极的起始电晕电压 =1012kV1000kV。因此，在这种距离四
7、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。3) 一些卤族元素化合物（如SF6）具有高电气强度的原因是什么？（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1) 测量绝缘材料的泄漏电流为什
8、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1) 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内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。2) 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1) 一台测工频高电压的电阻
9、分压器，额定电压为100kV（有效值），阻值为4M，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。解：幅值误差 相角误差 热耗的功率值2) 压充电标准电容器有什么功用？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。3) 高压直流分压器的选择原则是什么？国际电工委员会规定不低于0.5mA。一般选择在0.5mA2mA之间。4) 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？
10、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 5) 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
11、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。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。6) 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？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。7) 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？因为对地杂散电容引起容易高频振荡，产生冲击过电压。8) 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100,若要获得标
12、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 。 解得 Rf103 Rt=3179.59) 冲击电流波形有哪两类？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。10) 对两类冲击波，中国和IEC标准怎么规定的？第一类波形，中国和IEC标准规定了4种该类冲击波，即1s/20s，4s/10s,8s/20s和30s/80s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500s，1000s，2000s，或者2000s与3200s之间。11) 简述冲击电流发生器的基本原理。由一组高压大电容量的电容器，先通过直流
13、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。12) 名词解释：50放电电压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5013) 简述对冲击电压测量系统响应特性的要求。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，它的过冲和部分阶跃响应时间T 与Tf的比值，应处在图9-13中的剖面线所划的范围以内。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T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
14、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。14) 测量高电压的弱电仪器常受一些电磁干扰，干扰来源主要有哪些？测量用的射频同轴电缆外皮中通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15) 简述高电压试验时的抗干扰措施。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
15、，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。16) 利用试验变压器产生操作冲击电压波以及电力变压器进行感应操作冲击电压波试验时，为什么波长时间TZ与铁心中的起始磁通量和铁心的饱和磁通量相关？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。17) 串级倍压直流高压装置的串级数受到什么因素的制约？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。第六章 输电线路和绕组中的波过程1) 简述波传播过程的反射和折射。当波沿传输线路传播，遇到线路参数发生突变，即有波阻抗发生突变的节点时，会在波阻抗发生突变的节点
