高电压技术练习题自知则知之

高电压技术练习题第1章气体放电的基本物理过程1、气体中带电粒子的产生和消失有那些主要方式？产生方式[：1、原子的电离2 光电离碰撞电离热电离3、金属电极的表面电离4、负离子的产生]带电粒子的消失方式：[1）带电粒子在电场作用下作定向运动，到达电极时，消失于形成的外电路的电流中。

2）带电粒子因扩散现象而逸出气体放电空间。

3）当气体中异号的带电粒子相遇时，发生电荷的传递与中和，还原为原子或分子的过程称为复合。

2、试解释气体放电过程的α、γ系数。

电子的碰撞电离系数α: 一个电子沿着电场方向行走1cm长度，平均发生的碰撞电离次数正离子表面电离系数γ: 一个正离子碰撞阴极表面平均释放的自由电子数。

3、什么叫自持放电？简述汤逊理论的自持放电条件自持放电是指仅靠自身电场的作用而不需要外界游离因素来维持的放电。

外界游离因素是指在无电场作用下使气体中产生的少量带电质点的各种游离因素，如宇宙射线。

讨论气体放电电压、击穿电压时，都指放电已达到自持放电阶段。

汤生放电理论的自持放电条件用公式表达时为Y(eαs-1)=1此公式表明：由于气体中正离子在电场作用下向阴极运动，撞击阴极，此时已起码撞出一个自由电子（即从金属电极表面逸出）。

这样，即便去掉外界游离因素，仍有引起碰撞游离所需的起始有效电子，从而使放电达到自持阶段。

.自持放电: 仅能由电场的作用而维持的放电，称为自持放电。

即eαd-1个正离子到达阴极，从阴极电离出γ（eαd-1）电子，如果：γ（eαd-1）>=1上式为自持放电条件。

1.4、均匀电场和极不均匀电场间隙放电特性有何不同？间隙有哪些放电现象？均匀电场和极不均匀电场气隙放电特性有何不同？答：在均匀电场中，气体间隙内流注一旦形成，放电达到自持的程度，气隙就被击穿。

不均匀电场分稍不均匀和极不均匀，在同样极间距离时稍不均匀电场的击穿电压比均匀电场的均匀电场气隙的要低，在极不均匀电场气隙中自持放电条件即是电晕起始条件，由发生电晕至击穿的过程还必须升高电压才能完成。

气隙有哪些放电现象？答：在极不均匀电场中，气隙完全被击穿以前，电极附近会发生电晕放电，产生暗蓝色的晕光，这种特殊的晕光是电极表面电离区的放电过程造成的。

在外电离因素和电场作用下，产生了激发、电离、形成大量的电子崩，在此同时也产生激发和电离的可逆过程-复合，这就是电晕。

f=Emax/Eas f<2时，稍不均匀电场，f>4时，极不均匀电场5、试描述不均匀电场的极性效应.带电体为正极性时，电晕放电形成的电场削弱了带电体附近的电场，而增强了带电体远处的电场使击穿电压减小而电晕电压增大；带电体为负极性时，与正极性的相反。

正负极性的带电体这种不同叫极性效应6、正流注过程与负流注过程的发展机理有何不同？当电子雪崩到达阳极时，雪崩中积累的带电粒子会引起阳极与雪崩头部之间区域的电场产生畸变，并使得该区域导电性增加。

这样，该区域电场强度就会减小，而使得雪崩头部与阴极之间的电场强度增大。

如果这种畸变发展到一定程度，将会引起正极性流注的产生。

在正流注的产生过程中，电场畸变尖峰（此处正电荷最密集）向阴极扩展，形成所谓的离子波。

在离子波发展路径中，阴极产生的电子和附着产生的负离子会向电场畸变尖峰处快速漂移（因为电场畸变尖峰处与阴极间电场强度比较大，大于汤逊放电时），这引起电场畸变尖峰处带电粒子进一步积聚，使得该处导电性增强。

于是，尖峰位置向阴极移动，且与阴极之间的电场畸变更加严重，这种自放大过程促进了流注向阴极快速扩展。

在离子波峰值区域与阳极之间，电场强度基本稳定在一个很小的值，有效的电离系数（考虑了电荷损失）为零负流注的发展速度比正流注的要小7、极不均匀电场中的放电有何特征？比较棒-板间隙极性不同时电晕起始电压和击穿电压的高低，简述其理由. 不对称极不均匀电场气体间隙（典型电极为棒—板间隙）的电晕起始电压及间隙击穿电压随电极正负极性的不同而不同。

正棒—负板气体间隙击穿电压要低于相同间隙距离负棒—正板气体间隙距离负棒—正板气体间隙的击穿电压，而电晕起始电压则相反。

解释这种结点的要点是间隙中正空间电荷产生的电场对原电场的增强或消弱。

判断间隙击穿电压高低看放电发展前方的电场是加强还是消弱，而判断电晕起始电压高低则看出现电晕放电电极附近的电场是增强还是消弱。

出现正空间电荷的原因是由于气体游离产生的正负带电粒子定向运动速度差异很大，带负电的自由电子很快向正极性电极移动，而正空间电荷（正离子）由于移动缓慢，此时几乎仍停留在原地从而形成正空间电荷。

对于正棒—负板气体间隙，正空间电荷的电场加强了放电发展前方的电场，有利于流注向前方发展，有利于放电发展。

但此空间电荷的电场对于棒电极附近的电场是起消弱的作用，从而抑制了电晕放电。

对于负棒—正板气体间隙，情况则相反。

这就导致上面所述击穿电压和电晕起始电压的不同。

8、长间隙放电与短间隙放电的本质区别是什么？形成先导过程的条件是什么？间隙距离较长时(如棒-板间隙大于1m时)，在流注还不足以贯通整个间隙的电压下，仍可能产生击穿过程。

【电介质内部总有一些联系较弱的带电质点(载流子)存在，在外电场作用下，这些载流子作定向运动，形成传导电流(也称电导电流或泄漏电流) 】9、试解释长空气间隙的平均击穿场强远低于短间隙的原因。

长空气间隙中，炽热的导电通道是在放电发展过程中建立的，而不是在整个间隙被流注通道贯穿后建立的，故长空气间隙的平均击穿场强远低于短间10、电晕放电是自持放电还是非自持放电？是自持放电的一种自持放电的形成当外加电压逐渐升高后，气体中的放电过程发生转变，此时若去掉外界激励因素,放电仍继续发展,成为自持放电。

通常所研究的各种气体放电形式如辉光放电、电晕放电、火花放电、电弧放电等都属于自持放电形成自持放电的条件可根据汤森理论来确定。

非自持放电的形成当外加电压较低时，只有由外界电离因素所造成的带电粒子在电场中运动而形成气体放电电流，一旦外界电离作用停止，气体放电现象即随之中断，这种放电称为非自持放电。

电晕放电有何危害和用途？不利影响：①能量损失；②放电脉冲引起的高频电磁波干扰；③化学反应引起的腐蚀作用等。

有利方面：①电晕可削弱输电线上雷电冲击电压波的幅值及陡度；②利用电晕放电改善电场分布，提高击穿电压；③利用电晕放电除尘与臭氧发生器等。

第二章气体介质的电气强度1、间隙的伏秒特性是怎样绘制的？通过实验绘制间隙伏秒特性的方法是：保持间隙距离和冲击电压波形不变，逐渐升高电压使间隙发生击穿，记录击穿电压波形，读取击穿过程中出现的电压峰值U与击穿时间t。

研究间隙的伏秒特性有何实际意义？实际上，放电时间具有分散性，即在每级电压下可测得不同的放电时间，所以伏秒特性是具有上、下包线为界得带状区域。

工程上为方便起见，通常用平均伏秒特性或50%伏秒特性曲线表征间隙的冲击击穿特性，在绝缘配合中伏秒特性具有重要的意义。

2、试说明在雷电冲击电压作用下，导线对平等平板(S/D>10)间隙和球-球(S/D<0.5)间隙的伏秒特性波形有何不同，并解释其原因。

间隙的伏秒特性曲线的形状与间隙中的电场分布有关。

在均匀场和稍不均匀电场中，击穿时的平均场强较高，放电发展较快，放电时延较短，伏秒特性曲线平坦；在极不均匀电场中，平均击穿场强较低，放电时延较长，放电分散性大，伏秒特性曲线较为陡峭。

3、试解释50%击穿电压。

在气体间隙施加多次冲击电压，击穿概率等于50％时的电压由于气隙冲击击穿电压的分散性，所以很难确定气隙的冲击击穿电压的准确值。

要使气体间隙击穿，需要加足够高的电压以及足够长的电压作用时间。

放电时间包括电压上升达到稳态击穿电压所需的时间和放电时延。

放电时间随所加电压的增高而缩短。

在作用时间短促的冲击电压下，由于放电时延有分散性，当所加电压峰值固定，但还不够高时，击穿有时发生，有时不发生。

如果增大或减少外施电压的峰值，则击穿概率也随之增加或减少。

显然，所施加电压的次数愈多，得到的50％冲击击穿电压愈准确。

在实际中，通常以施加10次电压中有4～6次击穿，即可认为这个电压值就是气隙的50％冲击击穿电压。

工程上，如果采用50％冲击击穿电压来决定所用气隙长度时必须考虑一定的裕度，裕度的大小取决于该气隙冲击击穿电压的分散性的大小。

4、为什么压缩气体的电气强度远高于常压下气体的电气强度？又为什么当大气的温度增大时，空气间隙的击穿电压增高?5、某110kV电气设备如用于平原地区，其外绝缘应通过的工频试验电压有效值为240kV，如用于海拔4000m 地区，而试验单位位于平原地带，问该电气设备的外绝缘应通过多大的工频试验电压值？凡安装在海拔高度超过1000m而又低于4000m地段的电力设施外绝缘的试验电压U与平原地区外绝缘的试验电压U p关系：U=Ka*Up Ka=1/(1.1-H*0.0001)H为安装点的海拔高度。

【答案自己算啊】6、为提高棒-板间隙的击穿电压，分别采取了以下五种措施，试讨论这些措施的有效性？为什么？1）增大气压；2）在适当位置设置极间障；3）抽真空；4）充4.5大气压的SF6气体；5）将极板的尺寸增大。

提高气压，可以减小电子的平均自由行程，削弱电离过程，从而提高气体的电气强度。

卤化物气体电气强度高的原因1由于含有卤元素，具有很强的电负性。

2气体的分子量大，分子直径较大，使电子在其中的自由行程缩短。

3电子和气体分子相遇时，还易引起分子发生极化等过程，增加能量损失，从而减弱其碰撞电离能力。

4、高真空的作用强场发射：间隙较小时，在强电场下，阴极的强场发射造成很大的电流密度，从而导致电极局部过热，金属气化，破坏真空，引起击穿。

全电压效应：间隙较大时，积聚了极大动能的电子轰击阳极，使阳极释放出正离子及辐射光子，正离子及光子达到阴极后又加强了阴极表面的电离，如此反复产生越来越大的电子流，使电极局部气化，导致间隙击穿。

提高气体介质电气强度的方法5 改善间隙中的电场分布，使之均匀化；6削弱或抑制气体介质中的电离过程。

第3章电介质的电气特性1、试比较电介质各种极化的性质和特点。

电子位移极化：在电场作用下，介质中原子正、负电荷中心不再重合，产生电矩，呈现出一个电偶极子的状态，这个过程称为电子位移极化电子位移极化特点：1)形成极化时间很短，约10-14～10-15s，εr与外加电源频率无关。

2)具有弹性，无能量损失。

3)温度对电子式极化的影响极小，εr具有的负温度系数值不大离子位移极化：在电场作用下，固体有机化合物离子式结构中正、负离子将发生相反方向的偏移，使平均偶极矩不再为零，而形成电矩，对外呈现电性，这个过程称为离子位移极化。

离子位移极化特点：1)完成极化时间稍长，约10-12～10-13s，εr与外加电源频率无关。

2)具有弹性，几乎无能量损失。