中国矿业大学高电压技术课程试题

中国矿业大学高电压技术课程试题
（参考答案）
一、填空（35分，每空1分，请选填35空）
（1）带电质点可由碰撞、光、热和表面形式的游离形成。

（2）与均匀电场的放电过程相比，极不均匀电场的放电具有电晕放电和极性效应的特点。

（3）影响气体间隙击穿电压的主要因素有电场形式、电压波形和气体的性质和状态。

（4）大型高电压试验设备通常包括工频高电压试验设备，直流高电压发生器，冲击电压发生器。

（5）我国现行标准雷电亚冲击波头时间为1.2μs，操作冲击电压波尾时间为2500μs。

（6）测量冲击电压分压器通常有电阻和电容两类。

（7）分布参数导线波过程中，导线上的电压为前行电压波和反行的叠加。

（8）导线1上有电压波u传播时，与导线1平行的导线2上会产生感应电压波，两根导线之间距离越近导线2上的电压波越大。

（9）雷电冲击波作用下，变压器绕组起始电位大部分压降降落在绕组首端附近，雷电冲击波越大陡度越大，变压器绕组纵绝缘上承受的电压越高，变压器绕组稳态电位分布与变压器的中性点接
地方式有关。

接地的三相变压器在三相同时进波的暂态过程中绕组中部处的电压幅值最高。

（10）阀型避雷器主要由火花间隙和阀片构成，残压为避雷器动作后雷电流通过避雷器在避雷器产生的压降。

（11）输电线路保护角越小，绕击率越小。

（12）在直配电机防雷接线中，为限制保护10kV直配电机的FCD型避雷器流过的雷电冲击电流不超过3kA，所以需在直配进线处加装电缆和管型避雷器进行分流。

（13）雷电侵入波侵入变电站后，站内电气设备上过电压大小与避雷器的残压、侵入波的陡度以及设备与避雷器的距离有关。

变电站进线段的作用时限制流过避雷器的雷电流幅值和降低侵入波陡度。

（14）限制内部过电压的措施主要有线路上装设并联电抗器、带并联电阻的断路器和避雷器。

二、简述题（共30分，每题6分）
（1）叙述汤逊理论的基本观点和流注理论的基本观点以及它们的适用范围。

答：汤逊理论只适用于pd值较小的范围，流注理论只适用于pd值较大的范围，两者的过渡值为pd ≈26.66kPacm。

（1分）汤逊理论的基本观点是：电子的碰撞电离是气体放电时电流倍增的主要过程，而阴极表面的电子发射是维持放电的重要条件。

（2分）流注理论的基本观点：①以汤逊理论的碰撞电离为基础，强调空间电荷对电场的畸变作用，着重于用气体空间的光电离来解释气体放电通道的发展过程。

②放电以起始到击穿并非碰撞电离连续量变的过程，当初始电子崩中离子数达到108以上时，要引起空间光电离这样一个质的变化，此时由光子造成的二次崩向主崩汇合而形成流注。

③流注一旦形成，放电就转入自持。

（3分）
（2）气体间隙的伏秒特性是怎样制定的？间隙的伏秒特性和电场分布有何关系？
答：绘制气隙伏秒特性的方法，其步骤是保持冲击电压波形不变，逐级升高电压使气隙发生击穿，记录击穿电压波形，读取击穿电压值，U与击穿时间t。

注意到当电压不很高时击穿一般在波尾时间发生，当电压很高时，击穿百分比将达100%，放电时延大大缩短，击穿可能在波前发生，以图中三个坐标点为例说明绘制方法，击穿发生在波前时，U与t均取击穿时的值（图中2、3坐标点）。

击穿发生在波尾时，U取波峰值，t取击穿时对应值，（图中1坐标点）。

将1、2、3各点连续起来，即可得到伏秒特性曲线。

（3分）
对于极不均匀电场，其伏秒特性的特点是平均击穿场强低，放电时延长，曲线上翘；对于稍不均匀电场或均匀电场，其伏秒特性的特点是平均击穿场强高，放电时延短，曲线平坦。

（3分）
（3）均匀电场中沿面闪络电压比纯空气间隙的击穿电压要低，原因是什么？
答：如图所示，均匀电场中插入固体介质后仍能保持界面与电力线平行，看起来似乎固体介质的插入完全不影响原来的电场分布。

其实不然，此时的沿面闪络电压已比纯空气间隙的击穿电压低得多，这说明原先的均匀电场发生了畸变，原因为：①固体介质与电极吻合不紧密，存在气隙。

由于空气的ε
气比固体介质的ε
固
低，气隙中场强比平均场强大得多，气体中首先发生局部放电。

放电发生的带电质
点，到达固体介质表面使原均匀电场畸变，变成不均匀电场，降低了沿面闪络电压。

（2分）②固体介质表面吸潮而形成水膜。

水具有离子电导，离子在电场中受电场力作用而沿介质表面移动，在电极附近积聚起电荷，使介质表面电压不均匀，电极附近场强增强。

（2分）③介质表面电阻分布不均匀，表面粗造，有毛剌或损伤，都会引起介质表面分布不均匀，使闪络电压降低。

（2分）
（4）画出交流耐压试验接线图，说明各元件的作用。

答：图为工频耐压试验原理接线图。

调压器T1用来调节工频试验电压的大小和升降速度（1分），试验变压器T2用来升高电压供给被试品所需的高电压（1分），球隙G是用来测量高电压（或保护被试品免受过电压）（1分），R1用来限制被试品放电时试验变压器的短路电流不超过允许值和高压绕组的电压梯度不超过危险值（1分），R2用来限制球隙放电时的电流不致灼伤铜球表面（1分）。

（1分）
（5）画出下列倍压整流电路
答：如图所示，A、B、C点对地（O点）的电压波形。

每画出1个波形得2分
三、论述题（20分）
（1）论述工程纯液体介质的气泡击穿理论以及影响液体介质击穿电压的因素。

答：对液体介质的击穿可分为两种情况：
1）对于纯净液体介质，其击穿强度很高。

在高电场下发生击穿的机理各种理论，主要分为电击穿理论和气泡击穿理论。

前者以液体分子由电子碰撞而发生电离为前提条件，后者则以认为液体分子由电子碰撞而发生气泡，或在电场作用下因其它原因发生气泡，由气泡内气体放电而引起液体介质的热击穿。

（4分）
2）纯净的液体电介质的击穿场强虽然很高，但其精制、提纯极其复杂，而且设备在制造和运输中又难免产生杂质，所以工程上使用的液体中总含有一些杂质，称为工程纯液体，可用小桥理论来说明其
过程。

以变压器油为例：
油中：
（6分）
（2） 输电线路耐雷水平是如何定义的？工程上采用什么措施来提高其耐雷水平？
答：输电线路耐雷水平是指雷击线路时线路绝缘子不发生闪络的最大雷电流幅值。

（3分）工程上采用以下措施提高耐雷水平：架设避雷线、降低杆塔接地电阻、架设耦合地线、采用不平衡绝缘的方式、自动重合闸、采用消弧线圈接地方式、架设线路避雷器、加强绝缘等。

（7分）
四、 计算题（15分）
如图，沿波阻抗为Z1的无限长架空导线传来的直角平顶电压波幅值为U1，沿波阻抗为Z2无限长架空导线传来的直角平顶电压波幅值为U2，Z1>Z2，设U2波比U1波提前1μs 传到节点A 。

求节点A 的电压并画出波形。

解：由Z1传到节点A 时，折反射系数α1、β1为
（0.5分）
（0.5分）
（0.5分）
其折射波为，反射波为
由传到节点A 点，折反射系数，为 （0.5分）
（0.5分）
纸、布纤维 受潮
水分 81=水r ε很大 7~6=纤r ε 沿电场极化定向排列 杂质“小桥”
(a)
(b) a.桥贯穿时： G 水 G 纤 大i
油 发热
b.桥贯穿时：
)5.2~2.2(油
纤r r εε>E 纤小 △u 纤小 E 油 1U 21212Z Z Z +=α2112
1Z Z Z Z +-=β21Z Z > 101<<∴α011<<-β1U 1α1U 1β2U 2Z 2α2β2
1122Z Z Z +=
α212
12Z Z Z Z +-=
β21Z Z >
（0.5分） 其折射波为，反射波为，设到达节点A 时刻为t=0，
将节点看作上时 （5分）
（1分） 若将节点A 看作上时 （5分） （1分）
212<<∴α102<<β2U 2α2U 2β2U 1Z )1(1)1(1)(1)(11122-+-+=t U t U t U t U A βα2Z )1(1)(1)(1)(11222-++=t U t U t U t U A αβ。