高电压技术第2章参考答案

第二章参考
1、 气隙的伏秒特性是怎样绘制的？研究气隙的伏秒特性有何实用意义？ 答：气隙伏秒特性用实验方法来求取：保持一定的波形而逐级升高电压，从示波图求取。

电压较低时，击穿发生在波尾。

电压甚高时，放电时间减至很小，击穿可发生在被头。

在波尾击穿时，以冲击电压幅值作为纵坐标，放电时间作为横坐标。

在波头击穿时，还以放电时间作为横坐标，但以击穿时电压作为纵坐标。

把相应的点连成一条曲线，就是该气隙在该电压波形下的伏秒特性曲线。

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，例如，在考虑不同绝缘强度的配合时，为了更全面地反映绝缘的冲击击穿特性，就必须采用伏秒特性。

2、 试说明在雷电冲击电压作用下，导线对平行平板气隙（S/D>10）和球－球气隙（S/D<0.5）的伏秒特性形状有何不同，并解释其原因。

答：两种情况反映在伏秒特性的形状上，导线对平行平板气隙（S/D>10）的伏秒特性在相当大的范围内向左上角上翘，而球－球气隙（S/D<0.5）的伏秒特性在很小的时间范围内向上翘。

原因可以解释为：导线对平行平板气隙（S/D>10），电场分布极不均匀，在最低击穿电压作用下，放电发展到完全击穿需要较长的时间，如不同程度地提高电压峰值，击穿前时间将会相应减小。

球－球气隙（S/D<0.5），电场分布较为均匀，当某处场强达到自持放电值时，沿途各处放电发展均很快，故击穿前时间较短（不超过2~3μs ）。

3、 试解释50％击穿电压。

答：50％击穿电压是指气隙被击穿的概率为50%的冲击电压峰值。

该值已很接近伏秒特性带的最下边缘，能反映该气隙的基本耐电强度，但由于气隙的击穿电压与电压波形相关，因此50％击穿电压并不能全面地代表该气隙的耐电强度。

4、 标准大气条件下，下列气隙的击穿场强约为多少（气隙距离不超过２m ，电压均为峰值计）？
答：
a 、 均匀电场，各种电压。

S S U b δδ53.64.24+=
式中δ——空气的相对密度；S ——气隙的距离，cm 。

b 、 不均匀电场，最不利的电场情况，最不利的电压极性，直流、雷电冲击、操作冲击、工频电压。

直流：4.5kV/cm ；棒板间隙（正棒负板）
雷电冲击：6kV/cm 棒板间隙（正棒负板）
操作冲击：3.7kV/cm 棒板间隙（正棒负板）
工频电压：4.4kV/cm 棒板间隙（正极性）
5、 为什么压缩气体的电气强度远较常压下的气体为高？又为什么当大气的湿
度增大时，空气间隙的击穿电压增高。

答：压缩气体中的电子的平均自由行程大为减小，削弱电离过程，从而提高气体的电
气强度。

当大气的湿度增大时，大气中有较多的水蒸气，其电负性较强，易俘获自由电子以形成负离子，使最活跃的电离因素即自由电子的数目减少，阻碍电离的发展。

6、 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？
试验电压修正经验公式：h d b K K U U ⨯⨯=0
其中：K h 为湿度修正系数，这里不考虑，可取1；
K d 为空气相对密度修正系数，m d K δ=，指数m 一般情况下取1。

θ
θδ++⨯=27327300p p C kPa p 00020,3.101==θ（标准参考大气条件）；
p ：实试时的大气压力，kPa ；θ：实试时的温度，0C
在不考虑温度差异情况下，查国标得海拔4000m 的平均气压为61.7kPa （20℃），
6.03.101
7.61==
=δd K kV K K U U h d b 4006
.02400==⨯=
7、 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）将板极的尺寸增大。

答：（1）增大气压：有一定效果，因为气压增大后，分子间距离减小，电子的平均自由程减小，不利于碰撞电离的发生，因而击穿电压增大。

但是，由于该间隙是极
不均匀电场，增大气压的效果没有均匀电场的明显，而且在某一段气压范围内，
由于增大气压后棒电极附近不能形成有效的电晕层，击穿电压反而会下降，尤其
在正棒负板时更明显。

（2）在适当位置设置极间障：有效，因为对于持续电压，极间障上面可以聚集空
间电荷，这些空间电荷能够使极间障与板电极之间的电场变得均匀，因而击穿电
压可提高；对于冲击电压，极间障阻碍光的传播，不利于空间光电离的发展，因
而击穿电压可提高。

对于正棒负板，极间障在较大范围内均可以提高击穿电压，
对于负棒正板，极间障只有在靠近棒电极的位置才可以提高击穿电压，而在远离
棒电极的位置上降低了击穿电压，因为在这种情况下，原本扩散到空间的负离子
被聚集到极间障上，增强了极间障与板电极之间的电场强度。

（3）抽真空：在一定压力范围内有效，根据巴申定律，随着气压从较高数值下降，
击穿电压首先会逐渐降低，因为电子的平均自由程增大，容易引发碰撞电离；然
后逐渐升高，因为空气稀薄，电子在整个电极之间的形成中与气体分子碰撞的机
会很少，从而发生有效碰撞电离的机会很小，加之气体分子稀薄，光电离、热电
离的数量也少，最终使得电子崩不能充分发展。

但是，当气压低于1.33*10-2Pa后，
击穿电压基本维持不变，因为此时引发击穿的因素主要是阴极电子发射等。

（4）充4.5大气压的SF6气体：无效。

首先，极不均匀场中容易发生电晕，SF6
气体在电晕中发生电离，产生离解，离解物和继发性反应物有很大的腐蚀性，对
绝缘有很大的危害，因而SF6气体中不允许采用极不均匀电场。

（5）将板极的尺寸增大：无效。

因为极不均匀电场中击穿电压主要受电场均匀程
度的影响，增大板极尺寸不会显著影响电场的均匀程度，因而不会显著影响击穿
电压。

8、一般在封闭组合电器中充SF6气体的原因是什么？与空气比较，SF6的绝缘
特性如何？
答：SF6具有较高的耐电强度；而且有很强的灭弧性能；它是一种无色、无味、无毒、非然性的惰性化合物；对金属和其它绝缘材料没有腐蚀作用；在中等压力下，SF6
气体可以被液化，便于储藏和运输。

与空气比较SF6气体具备如下绝缘特性：
1、电离和离解特性：电负性强、离解附着力强、密度大自由行程短；
2、电场特性：只适用于均匀与稍不均匀场，不适用于极不均匀电场；
3、极性效应：SF6气体绝缘结构的绝缘水平是由负极性电压决定；
4、时间特性：分散性大；
5、压力特性：气体压强愈高，电极表面粗糙度的影响和杂质对电场干扰的应相
就愈强列，当气压超过0.6MPa时，SF6绝缘装置在工艺上已很难控制，故
应用气压大约在0.1MPa~0.4MPa范围内较为适宜。

9、为什么SF6气体绝缘大多数只在均匀电场和稍不均匀电场下应用？最经济
适宜的气压范围约为多少，采用更高气压时，应注意哪些问题？
答：在极不均匀电场下，SF6气体的击穿电压与空气的击穿电压基本相当，同时，SF6在高场强的作用下会发生分解成有毒气体，因而SF6气体绝缘大多数只在均匀电
场和少不均匀电场下应用。

最经济的气压是3~4大气压。

采用更高气压时，一方面随气压的升高，间隙击穿
电压上升比较缓慢，由于保证密封所带来的费用却急剧增大，因而是不经济的，
同时作为绝缘介质使用时，其工作气压一般不超过0.5MPa,在其工作温度下，尚
不会液化。

另外气体压强愈高，电极表面粗糙度的影响和杂质对电场干扰的应相
就愈强列，不宜采用。