高电压技术考试试卷(样卷)及答案_高电压技术

西南交通大学
本科生考试试卷(样卷)
课程名称高电压技术
学号开课系电气学院电力工程系
姓名任课老师评分
考生请注意：
1. 本试题共5题，共 1 页，考生请认真检查；
2. 答题时，直接将答题内容写在我校提供的答题纸上；答在试卷上一律无效。

3. 本试题不得拆开，拆开后遗失后果自负。

1、请分析棒－板间隙中，棒为何种极性时电晕起始电压高？为什么？（15分）
2、测量介损（
δ
tg值）能发现哪些缺陷？为什么有时会测到负的介质损耗δ
tg值，如果用
QS1电桥测试得到负值，应该如何来计算？（20分）
3、如图所示为进行绝缘局部放电试验的原理接线图。

HV为交流高压试验源，Z为低通滤
波器，C x为被试品电容，其值为2000pF。

C k为耦合电容，其值为200pF。

由C m和R m 组成检测阻抗。

当HV达到一定的试验电压时，若C k上产生了5pC的局部放电量，请问由此因素可误解为C x上发生了多少pC的视在局部放电量？请推导说明（15分）
4、根据变压器油的色谱分析数据诊断变压器内部故障的原理是什么？（10分）
5、电、热击穿的机理分别是什么？影响油纸组合绝缘击穿电压的因素有哪些？（20分）
6、什么是电气设备绝缘的老化？引起老化的主要原因有哪些？绝缘材料的寿命与老化时
间的关系是什么，请用图表示？（20分）
本科生 考试试卷(样卷)答案
1、 请分析棒－板间隙中，棒为何种极性时电晕起始电压高？为什么？
答：棒－板间隙中，棒为正极性时电晕起始电压高。

棒－板间隙是典型的极不均匀电场。

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，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，难以造成流注，这就使得自持放电也即电晕放电难以形成。

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。

一部分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、易于转入流注而形成电晕放电。

所以，棒为正极性时电晕起始电压比负极性时略高。

评分标准：此题共15分。

回答正极性时电晕起始电压高，得3分；说明并分析，共12分，每个方面得6分。

2、 测量介损（δtg 值）能发现哪些缺陷？为什么有时会测到负的介质损耗δtg 值，如果用QS 1电桥测试得到负值，应该如何来计算？
答：介质损耗角是绝缘预防性试验的主要项目之一。

它在发现绝缘整体受潮、劣化等缺陷方面比较灵敏有效，尤其是对小型电气设备。

因此介损值的测量在绝缘试验中占有重要地位。

测量中，电桥上显示负的δtg 值可能有以下原因：
（1） 标准电容器受潮
（2） CN 线的接头接触不好，尤其是三叉口插头的焊接头脱落
（3） 电场干扰
（4） 磁场干扰
用QS 1电桥测介质损耗δtg 值。

当出现负值时，从电桥结构上看C 1由原来与R 4并联变为与R 3并联。

由电桥平衡方程可得出计算公式
6
4310)(1
-⨯-==C R R C tg X X ωωδ
式中 δtg ——试品实际出现的负介损值； -C 4——从电桥上所读得的“-δtg ”测量值 评分标准：此题共20分。

第一问，得4分；第二问，得8分；第三问，说明得2分，列出公式得6分。

3、 如图所示为进行绝缘局部放电试验的原理接线图。

HV 为交流高压试验源，Z 为低通滤波器，C x 为被试品电容，其值为2000pF 。

C k 为耦合电容，其值为200pF 。

由C m 和R m 组成检测阻抗。

当HV 达到一定的试验电压时，若C k 上产生了5pC 的局部放电量，请问由此因素可误解为C x 上发生了多少pC 的视在局部放电量？请推导说明（15分）
1）当Cx 发生放电时，试品Cx 两端产生的瞬变电压
m k m k x C C C C C q
u +⋅+=
∆ 在检测阻抗上建立的电压是 k m k m x x k m k k m C C C C C C C q C C C u u ⋅++=+⋅∆=∆ 2）而当Ck 发生放电时，耦合电容Ck 两端产生的瞬变电压
m x m
x k C C C C C q u +⋅+=∆'
'
在检测阻抗上建立的电压是 x m k m x x k m x x m C C C C C C C q C C C u u ⋅++=+⋅∆=∆'
' 从而，根据检测阻抗上测得的电压值，可发现下面的关系
x k C q C q ⋅=⋅' )(50200/20005pC q =⨯=
所以，当C k 上产生了5pC 的局部放电量，可能误解成Cx 上产生了50pC 的放电量。

评分标准：此题共15分。

计算公式及其推导，得10分；计算结果正确，得5分。

4、 根据变压器油的色谱分析数据诊断变压器内部故障的原理是什么？
答：电力变压器绝缘多系油纸组合绝缘，内部潜伏性故障产生的烃类气体来源于油纸绝缘的热裂解，热裂解的产气量、产气速度以及生成烃类气体的不饱和度，取决于故障点的能量密度。

故障性质不同，能量密度亦不同，裂解产生的烃类气体也不同，电晕放电主要产生氢，电弧放电主要产生乙炔，高温过热主要产生乙烯。

故障点的参量不同，上述各种气体产生的速率也不同。

这是由于在油纸等碳氢化合物的化学结构中因原子间的化学键不同，各种键的键能也不同。

含有不同化学键结构的碳氢化合物有程度不同的热稳定性，因而得出绝缘油随着故障点的温度升高而裂解生成烃类的顺序是烷烃、烯烃和炔烃。

同时，又由于油裂解生成的每一烃类气体都有一个相应最大产气率的特定温度范围，从而导出了绝缘油在变压器的各不相同的故障性质下产生不组份、不同含量的烃类气体的简单判据。

评分标准：此题共10分。

答到“故障性质不同，能量密度不同，裂解产生的烃类气体不同”，则可得4分，有相关说明，得6分。

5、 电、热击穿的机理分别是什么？影响油纸组合绝缘击穿电压的因素有哪些？
答：电击穿机理：在电场作用下，当电场强度足够大时，介质内部的电子带着从电场获得的能量，急剧地碰撞它附近的原子和离子，使之游离。

因游离而产生的自由电子在电场的作用
下又继续对其他原子或离子发生碰撞，这个过程不断地发展下去，使自由电子越来越多，在电场作用下定向流动的自由电子多了，如此，不断循环下去，终于在绝缘结构中形成了导电通道，绝缘性能就完全被破坏。

热击穿机理：在电场的作用下，由于环境温度过高或由于内部损耗所产生的热量使绝缘温度升高，导致分子的无规则运动加剧，自由电子增多若发热量大于向周围媒质散出的热量，则温度继续将不断上升，随着温度不断升高，介质损耗，泄漏电流不断增加，这样温度和损耗交相递增，进入恶性循环状态，直至绝缘发生烧焦、开裂或是局部熔化，最后导致击穿。

影响油纸组合绝缘击穿电压的主要因素如下：
（1）电压作用时间的长短。

电压作用时间对油纸绝缘的电气强度的影响很大。

（2）介质厚度。

单纯增加介质厚度对提高绝缘的电气强度的收效是有限的。

因为增厚绝缘层（一般增加纸的层数）后，绝缘上的平均场强降低，并且纸中弱点重合机会减小，从而使击穿电压得到提高，但极间距离的增大使边缘效应更严重，且对散热更加不利，这样使击穿电压的提高遭到部分抵消，过度增厚绝缘实际上会因热性能变劣而适得其反。

（3）油压。

提高油压可以提高油纸组合绝缘的工频长时间作用下的电气强度。

（4）局部放电。

局部放电对油纸组合绝缘的长期电气强度有很大影响。

必须通过改善电场结构和减少杂质含量（特别是含水量）来降低局部放电量。

评分标准：此题共20分。

电击穿机理叙述，得4分；热击穿机理叙述，得4分；组合绝缘击穿电压的影响因素4个方面，共12分，每一方面3分。

6、什么是电气设备绝缘的老化？引起老化的主要原因有哪些？绝缘材料的寿命与老化时
间的关系是什么，请用图表示？
答：电气设备的绝缘在长期运行过程中会发生一系列物理
变化（例如固体介质软化或熔解等形态变化、低分子化合
物及增塑剂的挥发等）和化学变化（例如氧化、电解、电
离、生成新物质等），致使其电气、机械及其他性能逐渐
劣化（例如电导和介质损耗增大、变脆、开裂等），这种
现象统称为绝缘的老化。

促使绝缘老化的原因很多，主要有热、电和机械力的
作用，此外还有水分（潮气）、氧化、各种射线、微生物等因素的作用。

绝缘材料的寿命与老化时间的关系如图所示。

评分标准：此题共20分。

对老化含义进行正确描述，可得7分；说明老化原因，答对其中4项，可得8分；作出寿命与老化时间的关系图，得5分。