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1、高电压技术实验指导书（部分习题集）南昌大学信息工程学院电力系统及自动化教研室目录高压实验学生守则 （1）实验一 空气绝缘强度上的极性作用和极间障影响的研究（2）实验二 沿面放电及绝缘油击穿 （8）实验三 介质损耗的测量 （12）实验四 电缆中的波过程 （16）附录二 接地电阻的测量 （22）附录三 （24）附录四 （26）附录五 （28）高压技术习题与思考题 （30）高压实验学生守则学生进行高压实验以前，必须认真地学习下列守则，并严格遵守，以确保实验安全，避免造成严重的人身或设备事故。1未开始实验前，未经指导教师同意，不得进入安全遮拦以内，任何时候不要随意玩弄试验室中任何设备。2试验时应严肃认
2、真，思想集中，不要作出妨碍他人工作的举动。3实验过程中每次进入安全遮拦以内，必须先切断高压设备的电源。作接地棒在高压器及有关的高压电极处接地，将电容器放电并接地。4实验过程中若需要合上高压电源，必须先除去高压变压器及有关高压极上的接地棒，闭上遮拦门，并检查调压变压器是否在零位。合上电源后电压应逐渐升高。试验过程中如有异常现象，应及时切断电源。5任何时候在接触任何高压设备的高压部分以前，应先检查；（1）可能带电的导体是否已经接地；（2）任何不带电的金属部分是否已经用导线牢固接地；（3）高压电容器是否已经放电并接地；（4）供给高压设备的电源开关是否已经断开（只把调压变压器退到零位不能算电源已经断开
3、）。6接线需经指导教师检查无误后才准开始实验。7每组学生需推定一人负责合闸、拉闸、调整电压等操作。另推一人监护安全操作。电源合闸时，操作者应声明“注意！合闸”。以及其他组同学注意。8情绪不正常和精确萎靡者不得进行高压实验。9现场人员不少于二人者不得进行高压实验。10实验前学生应该认真学习实验指导书和教材中与实验内容有关的部分，实验时应备好计算器（或计算尺）。以便随时核算试验数据。11学生要认真回答指导教师有关本次实验的提问，多次不能回答问题者，可停止其本次实验。12实验报告应书写在规定的实验报告上，实验报告中应包括本次实验的目的和实验内容等有关项目。对本次实验数据和有关实验现象要认真整理、分析
4、和讨论。实验曲线必须画在坐标纸上、实验报告中的字体应端正清楚，不符合要求的实验报告应退回重做。13实验结束后，学生应整理实验现场按手续归还借用仪器设备，经指导教师同意后学生才能结束实验。14实验报告应在实验后一周内交给教师评阅、考核。15实验指导书和发还的实验报告至少应保存到本门课程学习结束为止。实验一 空气绝缘强度上的极性作用和极间障影响的研究一、实验目的1学会高压实验的安全技术；2学习工频试验变压器的应用及其运行办法；3学习交、直流高电压的测量方法；4从实验中阐明极不均匀电场下电极性和极间障对空气间隙击穿电压的影响。二、理论简悟空气间隙抗电抗强度和其击穿的发展过程的研究在高压技术中具有实际
5、意义。当间隙一定时，击穿电压和电场分布（均匀和不均匀对称或不对称）大气条件，电压作用时间，以及电场强度较大的电极极性等一系列因素有关。极不均匀电场的特征是电极间距离远大于电极本身曲率半径，电晕电压实际上和击穿电压相吻合。极不均匀电场的另一特点是电极形状的改变，几乎不影响击穿电压，只是当电场分布不对称时（极不对称电场）击穿电压才出现有较大的差别，因此在实际应用中，对于极不均匀电场中击穿电压的估计常利用所谓典型电极（棒-棒、棒-极）的击穿电压对间隙距离曲线（两电极几何尺寸相差不多时，可利用棒-极曲线例如变压器相间空气距离，两电极几何尺寸相差很大时，可利用棒-极曲线例如变压器接线端对油枕的空气距离）
6、。在极不对称电场中，击穿过程的发展总开始于电场强度大的电极近旁，所以这个电极的极性不同，击穿电压也就有极显著区别。在图一中可以很明显的看到具有极不对称电场的棒-极间隙在正棒时击穿电压，远低于负棒是的击穿电压，而从电晕电压来看棒极为正时则反较负棒时较高些，要说明这些现象不得不比较详细的复习一下放电发展过程。不管棒极为正或者为负间隙击穿以前，在棒极附近总首先出现电晕电压随间隙距离的变化（Uc：击穿电压，Ud：电晕电压）电晕放电，也即是说在整个间隙中这一区域内空气介质首先被破坏这里发生这里发生游离所形成的空间电荷对间隙击穿过程是起助长或抑制的作用，就决定了棒极性不同，在同样距离下击穿电压也就有很大差
7、别的结果。当棒极为正时，棒极附近的正游子。使间隙原来电场较弱部分的电场强度加强了，这样就有利于游离区域更向负极扩张，容易使游离发展而形成全击穿过程。当棒极为负时，紧靠近棒极向负极迟缓移动的正游子，使原来已经较弱的电场区域更加削弱，亦即是对于跑向正极的电子来说，这些正游子，起掣动作用。使游离区域难于向正极发展，不容易形成流注结果在同一间隙距离下。负棒击穿电压要比正棒高的多。正电晕和负电晕不论从其外部现象的视察或分析其放电机构都是有本质上的不同。形成自持的电晕放电所必需的二次电子来源，对于负棒主要是从负电极上释放出来，（藉正游子撞击阴极作用，特别是阴极表面的光游离，也可能是阴表面的冷放射）。而对于
8、正棒只有 放电距离图1 在不同极性下棒一板间隙击穿电压依靠光电子所进行的空间光游离作用才能形成自持的电晕放电。如果外施电压为50周交流电压，那么间隙的击穿总在棒极为正的时候击穿电压应接近于直流电压正棒极的情形，但是空间电荷的形成与积累是需要一定时间的，亦即助长击穿过程因素的形成不及正棒电压时有利，所以正频的击穿电压和负棒击穿电压差别就减少了一些可以想象到如果冲击电压作用下，其差别减少的更多。如果在空气间隙中放置一层薄层固体介质（极间隙），则离子的运动在此外受到阻碍，附着于极间隙的带电质点使电场分布发生变化，如果从改变电场分布的观点来看间隙的作用，那么极间隙的绝缘强度如何是无关紧要的。事实上只在
9、电压接近于击穿电压时，极间隙的绝缘强度才起重要作用。若两电极的距离a不变，改变极间隙对棒极间距离，击穿电压和/a比值的关系如图二所示。当间隙中具有极间隙时，在极间隙向着棒极的一面，散步着和棒极同以符号的离子，此时极间隙至板极间的一段间隙中电场或多或少的接近于均匀电场。较大部分电压也承受在这一部分间隙中，这个现象从图二实验曲线中的下列事实充分的得到证实。在极间隙时，极性的影响在很大范围内是很了，而且他们击穿电压的数据也接近与极间隙至极板的均匀电场下的击穿电压。在图中还可以看到，当极间隙过分靠近电极时，极间隙的存在无显著影响，当正棒时极间隙使击穿电压大大提高，而负棒时，在较大的情况下，很大的范围内
10、极间隙反而降低了击穿电压。为了充分发挥提高击穿电压的作用通常极间隙的形状，常使它接近于电场等位面，以减少极间障面电场表面分量。其位置希望靠近棒极，一般不小于1-3公分。 图2 棒一极隙中极间障位置对击穿电压的影响（极间障为电缆纸）三、实验设备和方法实验室共有二套设备可以做本试验，二套设备的路线如下图所示图3a中若按图中实线的接法，直流输出电压的极性为负的。若按虚线的接法，直流输出电压的极性为正。试验时直流击穿电压的读数都是根据高压试验变压器TP1的初级电压值换算的。换算需利用电压校正曲线进行。电极的支架采用Q-15求隙器配用针、板电极，如图4所示。实验前必须熟悉试验设备（型号、规格、外形）。然
11、后完成实验接线。安装好电极后关好安全门才能进行加电压操作，安装电极时应测量好极间的距离。（可利用设备本身的标尺，也可以利用量具进行）。图3a T1 高压试验变压器 T2 调压器 R 保护电阻 Sr 硅堆整流器 C 高压电容器 V1 TP1测量电压表 V2 静电电压表加压前将将接地棒拆除，合电源开关，缓缓升压，读出开始放电时的电压值。每一距离做三次。取平均值，每次均应把电压（调压器）退到零位，过一段时间，再升电压到放电。四、实验内容A. 测量交流（或直流）电压的校正曲线。B. 测量不同电极形状下间隙击穿电压。并确定它和间隙距离的关系曲线。记录如下表所示：电极形状电源类型和极性击穿电压间隙距离（m
12、m）直流I频正极、负极、I频直流、I频 5123平均电极形状电源类型和极性击穿电压间隙距离（mm）直流I频正极、负极、I频直流、I频10123平均 20123平均 30123平均40123平均 50123平均C. 极间障对间隙击穿电压影响。 针一板极，固定a=50毫米。正棒一 负板间加入极间障（纸屏），绘制u =f（a1/a）曲线。间隙位置a1（ mm）40302520151052间隙位置a1/a*100%击穿电压（直流）击穿电压（工频ef）击穿电压（工频MAX）D.所有上述实验结果，绘制在同一坐标纸上，以便比较。五、实验注意事项1. 合闸前应先查调压器是否在零位。2. 任何调节间隙距离或改变
13、接线时必须先行接地。3. 检查接地棒（线）的接地是否可靠，注意电容器短时间接地后仍可能有残余电荷。4. 任何事故下，首先切断电源。接地后方可接触设备以处理事故。六、思考题1. 如何绘制交直流高压测量校正曲线？2. 用金属板代替极间障其后果如何？ 有何实际意义?3. 极间障的厚度对放电电压有何影响？4. 实验时是否要记录大气条件（气压、温度、湿度）？为什么？实验二 沿面放电及绝缘油击穿一、实验目的1、通过实验了解在绝缘截至表面的放电现象，观察三种典型绝缘结构放电过程中的电晕，滑闪放电介质表面完全放电现象。2、用均匀升压法，求放电电压误差的分布曲线。3、学会用标准油杯对变压器进行电气击穿强度试验方法。二、理论简述电力系统中所有的高压电器，如绝缘子、套管等是处在空气中绝缘的破坏往往首先是沿固体介质表面的空气击穿。因此对该类设备的沿面放电电压（或称闪络电压）应提出一定的要求，使在正常工作时不应因受过电压作用而发生闪络而导致电网的短路或设备的烧伤。在均匀的电场中若置入一块介质，虽然介质的表面是沿电力线放置，但发现间隙的击穿电压会因介质的置入大为降低，这与下列的因素有关：图a
