《高电压工程》习题答案完整版

《高电压工程》习题答案

第一章

1. 解释绝缘电阻、吸收比、泄漏电流、tan δ的基本概念。为什

么可以用这些参数表征绝缘介质的特性?

绝缘电阻：电介质的电阻率很大，只有很小的泄漏电流（一般以

μA 计）流过电介质，对应的电阻很大，称为绝缘电阻。绝缘电阻是

电气设备和电气线路最基本的绝缘指标。绝缘电阻值的大小常能灵敏

的反映绝缘情况，能有效地发现设备局部或整体受潮和脏污，以及绝

缘击穿和严重过热老化等缺陷。

吸收比：吸收比K 定义为加上直流电压后60s 与15s 时的绝缘电阻值之比。即s

s R R K 1560=。若绝缘良好，比值相差较大；若绝缘裂化、受潮或有缺陷，比值接近于1，因此绝缘实验中可以根据吸收比K 的

大小来判断绝缘性能的好坏。

泄漏电流：流过电介质绝缘电阻的纯阻性电流，不随时间变化，

称为泄漏电流。泄漏电流实际上就是电气线路或设备在没有故障和施加电压的作用下，流经绝缘部分的电流，因此，它是衡量电器绝缘性

好坏的重要标志之一。

tan δ ：介质损耗因数是在交流电压作用下，电介质中电流的有

功分量与无功分量的比值。即C

R I I =

δtan 。tan δ是反映绝缘介质损耗大小的特征参数。

2. 为什么一些电容量较大的设备如电容器、电力电缆等经过直流高压实验后，要用接地棒将其两极间短路放电长达5-10min?

因为容型设备的储存电荷较多，放电实质是一个RC电路，等效的公式为U（1-e T），其中时间常数T=R*C ，电容越大，放电的时间越长。为了操作安全以及不影响下一次试验结果，因此要求电容要充分放电至安全程度，时间长达5-10min。

3. 试比较气体、液体、固体电介质的击穿场强大小及绝缘恢复特性。

固体电介质击穿场强最大，液体电介质次之，气体电介质最小；气体电介质和液体电介质属于自恢复绝缘，固体电介质属于非自恢复绝缘。

4. 何谓电介质的吸收现象?用电介质极化、电导过程的等值电路说明出现此现象的原因。为什么可以说绝缘电阻是电介质上所加直流电压与流过电介质的稳定体积泄漏电流之比?

（1）一固体电介质加上直流电压U，如图1-1a所示观察开关S1合上之后流过介质电流i的变化情况。电流从大到小随时间衰减，最终稳定于某一数值，此现象称为“吸收现象”。如图1-1b所示。

图1-1 直流电压下流过电介质的电流

（2）“吸收”现象的实质是电介质

在直流电压（电场）作用下，电介质

发生极化和电导过程的结果。电介质

并联等效电路如图1-2所示，流过电介

质的电流i由三个分量组成，即

i=i a+i c+i g, 图1-2 电介质并联等效电路其中无损极化电流i c，它存在时间极短，很快衰减至零;有损极化(夹层极化和偶极子式极化)电流i a，随时间衰减，被称为吸收电流;电导电流i g，流过电介质绝缘电阻的纯阻性电流，不随时间变化，称为泄漏电流。将上述三个电流i a、i c、i g在每个时刻叠加起来就得到流过介质的电流i。

（3）从吸收曲线上看，无损极化电流i c和电导电流i g经过一段时间后趋近于零，因此i趋近于吸收电流i a 。所谓绝缘电阻就是指电介质上所加直流电压与流过电介质的稳定体积泄漏电流之比。

5. 介质损耗为电介质的功率损耗，为何不用损耗功率P而要用tanδ来表征电介质在交流电压下的损耗特性?为何电源中存在较严重高次谐波时容易引起电气设备绝缘老化加快?

在交流电压作用下,除绝缘电阻引起的损耗外,还有因电源的极性周期地变化引起的电介质周期地极化所产生的损耗。电介质上损耗的有功功率P不仅与所加的交流电压值、电压的角频率ω有关,而且与电介质的等值电容(涉及被试品的尺寸、几何形状)都有关。因此,对不同的被试电气设备难以根据P值的大小来衡量其介质损耗性能,而

介质损耗角正切tanδ仅取决于材料损耗特性，而与其他因素无关，通常用它来表征介质损耗的强弱程度。

在频率不太高的一定范围内,随频率的升高，偶极子往复转向频率加快,极化程度加强,介质损耗增大，使得温度升高从而引起电气设备绝缘老化加快。

6. 简述电介质电导与金属电导的区别。

(1)带电质点不同:电介质为带电离子(固有离子，杂质离子);金属为自由电子；

(2)数量级不同:电介质的γ小，泄漏电流小;金属电导的电流很大；

(3)电导电流的受影响因素不同:电介质中由离子数目决定，对所含杂质、温度很敏感，电介质电导为负温度系数;金属中主要由外加电压決定，杂质、温度不是主要因素，金属电导为正温度系数。

7. 下列双层电介质串联，在交流电源下工作时，哪一种电介质承受的场强较大?哪一种电介质比较容易击穿?

（1）固体电介质和薄层空气串联；（2）纸和油层串联。

（1）对于固体电介质和薄层空气串联：由于固体电介质的介电常数比空气的介电常数大，所以根据各层电介质中的电场强度与介电常数成反比的关系，可知薄层空气电介质所承受的场强较大，其更容易击穿。

(2)对于纸和油层串联：由于纸的介电常数比油层的介电常数大，故根据各层电介质中的电场强度与介电常数成反比的关系，可知油层所承受的电场强度较大，其更容易击穿。

8. 什么叫热老化的8°C规则?

对A级绝缘，温度每增加8℃，寿命便缩短一半左右，这通常称为热老化的8°C规则。

9. 何谓绝缘材料的耐热等级?降低电气设备工作温度有何意义?

绝缘材料的耐热等级是指该绝缘材料在正常条件下允许的最高工作温度，即耐热程度，可分为七级：Y，A，E，B，F，H，C。

设备由于内部损耗使设备具有一定的温度。如果周围环境温度过高，或空气流动性差，使设备的热量不能及时散开，将会使设备由于过热跳闸，甚至烧坏设备。配电箱内的电子产品如剩余电流动作保护器、电子型计量表，在高温下运行时就会严重影响到产品的使用寿命,还会影响到保护器性能的稳定性和动作的可靠性以及计量的准确性。在高温下运行的无功补偿电容器、熔断器也会缩短寿命。

10. 一双层介质绝缘结构的电缆，第一层（内层）和第二层（外层）介质的电容和电阻分别为: C1= 4000pF、R1=1500MΩ；C2= 3000pF、R2= 1000MΩ。当加50kV直流电压时，试求:

（1）当t=0合闸初瞬，C1、C2上各有多少电荷?

（2）当t=∞时，流过绝缘的电导电流各为多少？

这时C1、C2上各有多少电荷?

解：（1）绝缘结构的等值电路如图所示：

t=0合闸初瞬时，电压按电容反比分配可得