高电压技术课后题答案详解

第一章电介质的极化、电导和损耗第二章气体放电理论1)流注理论未考虑的现象。

表面游离2)先导通道的形成是以的出现为特征。

C- C．热游离3)电晕放电是一种。

A--A．自持放电4)气体内的各种粒子因高温而动能增加，发生相互碰撞而产生游离的形式称为C--C.热游离5)以下哪个不是发生污闪最危险的气象条件？D-D.大雨6)以下哪种材料具有憎水性？A--A.硅橡胶20)极性液体和极性固体电介质的相对介电常数与温度和电压频率的关系如何？为什么？极化液体相对介电常数在温度不变时，随电压频率的增大而减小，然后就见趋近于某一个值，当频率很低时，偶极分子来来得及跟随电场交变转向，介电常数较大，当频率接近于某一值时，极性分子的转向已经跟不上电场的变化，介电常数就开始减小。

在电压频率不变时，随温度的升高先增大后减小，因为分子间粘附力减小，转向极化对介电常数的贡献就较大，另一方面，温度升高时分子的热运动加强，对极性分子的定向排列的干扰也随之增强，阻碍转向极化的完成。

极性固体介质的相对介电常数与温度和频率的关系类似与极性液体所呈现的规律。

21)电介质电导与金属电导的本质区别为何？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；金属中主要由外加电压决定，杂质、温度不是主要因素。

22)简要论述汤逊放电理论。

设外界光电离因素在阴极表面产生了一个自由电子，此电子到达阳极表面时由于α过程，电子总数增至eαd 个。

假设每次电离撞出一个正离子，故电极空间共有（eαd －1）个正离子。

这些正离子在电场作用下向阴极运动，并撞击阴极．按照系数γ的定义，此（eαd －1）个正离子在到达阴极表面时可撞出γ（eαd －1）个新电子，则( eαd -1)个正离子撞击阴极表面时，至少能从阴极表面释放出一个有效电子，以弥补原来那个产生电子崩并进入阳极的αd电子，则放电达到自持放电。

即汤逊理论的自持放电条件可表达为r( e-1)=1或γ eαd ＝1。

23)为什么棒－板间隙中棒为正极性时电晕起始电压比负极性时略高？答：在不均匀电场中，电压极性对气隙的击穿电压和气隙击穿发展过程影响很大，称为极性效应。

当棒具有正极性时：在棒极附近，积聚起正空间电荷，减少了紧贴棒极附近的电场，而略微加强了外部空间的电场，棒极附近难以造成流注，使得自持放电、即电晕放电难以形成，所以棒—板间隙中棒为正极性时电晕起始电压比负极性时略高 U+（电晕）> U-（电晕）当棒具有负极性时：电子崩中电子离开强电场区后，不在引起电离，正离子逐渐向棒极运动，在棒极附近出现了比较集中的正空间电荷，使电场畸变棒极附近的电场得到增强，因而自持放电条件就抑郁得到满足、易于转入流注而形成电晕现象，所以棒—板间隙中棒为负极性时击穿电压比正极性时高 U+（击穿）< U-（击穿）24)影响套管沿面闪络电压的主要因素有哪些？ 1）电场分布情况和作用电压波形的影响、电介质材料的影响、气体条件的影响、雨水的影响。

25)某母线支柱绝缘子拟用于海拔 4500m的高原地区的 35kV变电站，问平原地区的制造厂在标准参考大气条件下进行 1min工频耐受电压试验时，其试验电压应为多少kV？查 GB311.1-1997 的规定可知，35kV 母线支柱绝缘子的1min 干工频耐受电压应为100kV，则可算出制造厂在平原地区进行出厂1min 干工频耐受电压试验时，其耐受电压U 应为U=KaU0=154kv26)某些电容量较大的设备经直流高电压试验后，其接地放电时间要求长达5~10min，为什么？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28)气体放电的汤森德机理与流注机理主要区别在哪里？它们各自的适用范围如何？答：①汤森德理论认为气体放电主要是由于电子碰撞电离和正离子撞击阴极表面逸出自由电子两个过程；而流注理论认为电子的撞击电离和空间光电离是自持放电的主要因素，它注意到了空间电荷对电场的畸变作用。

②汤森德理论适用于 Pd较小的情况，流注理论适用于 Pd较大的情况。

29)长气隙火花放电与短气隙火花放电的本质区别在哪里？形成先导过程的条件是什么？为什么长气隙击穿的平均场强远小于短气隙的？答：①是否有先导过程，长气隙有先导过程，而短气隙火花放电没有先导过程。

②条件是气隙距离较长时（约 1米以上），流注通道中的一部分转变为先导。

③长间隙中，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，所以长间隙击穿的平均场强远小于短间隙击穿的平均场强。

31、电晕产生的物理机理是什么？它有哪些有害影响？试列举工程上各种防晕措施的实例。

答：在极不均匀电场中，最大场强与平均场强相差很大，以至当外加电压及平均场强还较低时，电极曲率较大处附近空间的局部场强已很大，在这局部场强区中，产生强烈的电离，但由于电极稍远处场强已大为减弱，所以此电离区不可能扩展到很大，只能局限在此电极附近的场强范围内。

伴随着电离而存在的复合和反激励，辐射出大量光子，使在黑暗中可以看到在该电极附近空间有蓝色的晕光，这就是电晕。

若出现电晕放电，将带来许多危害。

首先是电晕放电将引起功率损耗、能量损耗，这是因为电晕放电时的光、声、热、化学等效应都要消耗能量。

其次，电晕放电还将造成对周围无线电通讯和电气测量的干扰，若用示波器观察，电晕电流为一个个断续的高频脉冲。

另外，电晕放电时所产生的一些气体具有氧化和腐蚀作用。

而在某些环境要求比较高的场合，电晕放电时所发出的噪声有可能超过环保标准。

防晕措施包括：增大电极的曲率半径，改进电极形状，例如超、特高压线路采用分裂导线；有些高压电器采用空心薄壳的、扩大尺寸的球面或旋转椭圆等形式的电极；发变电站采用管型空心硬母线等。

32、极性效应的概念是什么？试以棒—板间隙为例说明产生机理。

答在不均匀电场中，电压极性对气隙的击穿电压和气隙击穿发展过程影响很大，称为极性效应。

当棒具有正极性时：在棒极附近，积聚起正空间电荷，减少了紧贴棒极附近的电场，而略微加强了外部空间的电场，棒极附近难以造成流注，使得自持放电、即电晕放电难以形成，所以棒—板间隙中棒为正极性时电晕起始电压比负极性时略高U+（电晕）> U-（电晕）当棒具有负极性时：电子崩中电子离开强电场区后，不在引起电离，正离子逐渐向棒极运动，在棒极附近出现了比较集中的正空间电荷，使电场畸变棒极附近的电场得到增强，因而自持放电条件就抑郁得到满足、易于转入流注而形成电晕现象，所以棒—板间隙中棒为负极性时击穿电压比正极性时高U+（击穿）< U-（击穿）第三章气隙的电气强度1) SF6气体具有较高绝缘强度的主要原因之一是电负性2)冲击系数是50%放电电压与静态放电电压之比。

3)在高气压下，气隙的击穿电压和电极表面粗糙度有很大关系4)雷电流具有冲击波形的特点迅速上升平缓下降5)在极不均匀电场中，正极性击穿电压比负极性击穿电压小6)我国国家标准规定的标准操作冲击波形成250/2500μs。

7)极不均匀电场中，屏障的作用是由于其对空间电荷的阻挡作用，造成电场分布的改变。

8)调整电场的方法：_增大电极曲率半径、改善电极边缘、使电极具有最佳外形。

9.什么叫间隙的伏秒特性曲线?它有什么作用?答：在同一波形，不同幅值的冲击电压作用下，间隙上出现的电压最大值和放电时间的关系，称为该间隙的伏秒特性，表征这个关系的曲线称为伏秒特性曲线。

间隙伏秒特性的形状决定于电极间电场分布。

作用：伏秒特性对于比较不同设备绝缘的冲击击穿特性具有重要意义。

在过电压保护中，如何能保证被保护电气设备得到可靠的保护(即限制作用在电气设备绝缘上的过电压数值)，就要保证被保护电气设备绝缘的伏秒特性与保护装置(如避雷器)的伏秒特性之间配合正确。

10.试举例提高气隙击穿电压的各种方法。

答：两个途径一、改善电场分布，使之尽量均匀；改进电极形状，可以增大电极曲率半径，改善电极边缘，使电极具有最佳外形；利用空间电荷畸变电场的作用。

二、利用其它方法来削弱气体中的电离过程，如高真空的采用、高气压的采用。

11.保护设备与被保护设备的伏秒特性应如何配合？为什么？保护设备的伏秒特性应始终低于被保护设备的伏秒特性。

这样，当有一过电压作用于两设备时，总是保护设备先击穿，进而限制了过电压幅值，保护了被保护设。

12.一些卤族元素化合物（如 SF6）具有高电气强度的原因是什么？（1）由于含有卤族元素，这些气体具有很强的电负性，气体分子容易和电子结合成为负离子，从而削弱了电子的碰撞电离能力，同时又加强了复合过程。

（2）这些气体的分子量都比较大，分子直径较大，使得电子在其中的自由行程缩短，不易积聚能量，从而减少了碰撞电离的能力。

（3）电子在和这些气体的分子相遇时，还易引起分子发生极化等过程，增加能量损失，从而减弱碰撞电离的能力。

第四章固体、液体和组合绝缘的电气强度1)电介质按极性强弱分类，在下面的介质中，弱极性电介质有ABCDEF，中性电介质有I，强极性电介质有GH。

A.H2B.N2C.O2D.CO2E.CH4F.空气G.水H. 酒精I.变压器油J.蓖麻油2)按照国家标准 GB11021-1989“电气绝缘的耐热性评定和分级”将各种电工绝缘材料耐热程度划分等级，以确定各级绝缘材料的最高持续工作温度。

其中 A级绝缘材料的最高持续温度是105，F级绝缘材料的最高持续温度是155。

电介质是指：能在其中建立静电场的物质非极性,根据化学结构可以将其分成弱极性电介质、偶极性电介质、离子性电介质，电介质极化的基本形式有电子位移极化、离子位移极化、转向极化、介质界面极化、空间电荷极化。

介质损失角正切的计算公式是tanδ= IR / IC，tanδ表示交流下的介质损耗。

影响液体电介质击穿电压的因素有杂质、温度、电压作用时间、电场均匀程度、压力固体介质的击穿形式有电击穿、热击穿、电化学击穿。

一般来说，标准电容器采用气体绝缘，电力电容器采用油纸绝缘，为什么？气体电介质的相对介电常数接近 1，极化率极小，气体电介质的损耗就是电导损耗，当电场强度小于使气体分子电离所需要值时，气体介质损耗很小，所以标准电容器采用气体绝缘。

而电力电容器采用油纸绝缘是因为油纸绝缘具有优良的电气性能，干纸和纯油组合后，油填充了纸中薄弱点的空气隙，纸在油中又起了屏障作用，使总体的耐电强度提高很多。

两个标准油杯，一个是含杂质较多的油；另一个是含杂质较少的油，试问：（1）当施加工频电压时，两杯油击穿电压差别很大。