华北电力大学高电压技术总复习习题(内部精华资料) PPT课件

第二节 液体电介质的电导 液体电介质的离子电导 离子电导可分为本征离子电导和杂质离子电导。 液体电介质的电泳电导与华尔屯定律 在电场作用下定向的迁移构成“电泳电导”。
n0 q 2
6 r
8
3
rn0
r2U
2 0
(2-12)
在 n0、εr、U0、r 保持不变的情况下，γη将为一常数，这一关系称为华尔屯 定律。
伏－秒特性：它表示该气隙的冲击击穿电压与放电时间的关系。 （3）大气条件对气体击穿的影响：压力，温度，湿度，海拔高度的影响 （4）提高气体击穿电压的措施： 电极形状的改进 空间电荷对原电场的畸变作用 极不均匀场中屏障的采用 提高气体压力的作用 高真空和高电气强度气体的采用 第三节 闪络、高压绝缘子的分类 闪络：沿着整个固体绝缘表面发生的放电。 高压绝缘子的分类：a.绝缘子：如悬式绝缘子、支柱绝缘子、横担绝缘子等。 b.套筒：互感器瓷套、避雷器瓷套及断路器瓷套等。 c.套管：穿墙套管、变压器、电容器的出线套管等。 （1）均匀电场中的沿面放电 沿面闪络电压的影响因素： a.固体绝缘材料特性：亲水性或憎水性。 b.介质表面的粗糙性。 c.固体介质与电极间的气隙大小。
（6）极不均匀电场中放电的极性效应 由于高场强电极极性的不同，空间电荷的极性也不同，对放电发展的影响也就不 同，这就造成了不同极性的高场强电极的电晕起始电压的不同，以及间隙击穿电 压的不同，称为极性效应。
（7）稍不均匀电场中的极性效应 稍不均匀场也有一定的极性效应，但不很明显。高场强电极为正极性时击穿电压 稍高；为负极性时击穿电压稍低。这是因为在负极性下电晕易发生，而稍不均匀 场中的电晕很不稳定。
γ：一个正离子撞击到阴极表面时产生出来的二次电子数
α：碰撞电离系数
d：极板距离

二、集中参数等值电路（彼德逊法则）
适用条件： 因此：架空线中：v＝
＝300000km/S
线路Z1末端短路接地，一无穷长直角波U1q沿Z1入侵，问波达A点后反射电压和折射电压。
§ 7-2：行波的折射和反射
例4：线路末端有分支
过电电流压 波的以分同类样1速.度入沿x方射向流波动 必须是沿分布参数线路传播而来。
U1q
Z1
折射系数=1，反射系数=0
AR
相当于线路末端接于另一波阻抗相同的线路，波到 达末端后无反射
例4：线路末端有分支
线路Z1末端有分支，分支长度为无穷长，一无穷 长直角波U1q沿Z1入侵，问波达A点后反射电压和 折射电压。
Z1
U1q
A
Z1
Z1
折射系数=2/3，反射系数=－1/3
相当于线路末端接一波阻抗为“两分支”并联的线 路
对于架空线：
L0
0 2
ln2h r
C0
2 0 ln 2h
r
式中h为导线离地面的平均高度（m）,
r为导线的半径（m），μ0、ε0分别为空气的磁
导率和介电常数。
1
因此：架空线中：v＝ 0 0 ＝300000km/S
单根无损线波过程特点
波阻抗表示同一方向传播的电压波与电流波之 间的比例大小
不同方向的行波，Z前面有正负号
A
折射系数=2，反射系数=1
能量角度解释：P2=0，全部能量反射回去，反射波 到达后线路电流为零，磁场能量也为零，全部能量
都储存在电场中。
例2：线路末端短路
线路Z 末端短路接地，一无穷长直角波U 沿Z 入 1 线路Z1末端开路，一无穷长直角波U1q沿Z1入侵，问波达A点后反射电压和折射电压。

线路中的波过程(二) 线路中的波过程(
1
§7-3 波通过串联电感和并联电容
波通过串联电感
2u1q = i2 q ( z1 + z 2 ) + L
t − 2u1q 1 − e T i2 q = z1 + z 2
di2 q dt

t t − − 2 z2 u2 q = i2 q z 2 = u1q 1 − e T = αu1q 1 − e T z1 + z 2 2 z2 L 时间常数： T = 电压折射系数： α = z1 + z 2 z1 + z 2
9
β 1 > 0, β 2 > 0,α 1 < 1,α 2 > 1
β 1 < 0, β 2 < 0,α 1 > 1,α 2 < 1
Байду номын сангаас
β 1 < 0, β 2 > 0,α 1 > 1,α 2 > 1
β 1 > 0, β 2 < 0,α 1 < 1,α 2 < 1
10
§7-6 冲击电晕引起波的衰减和变形
2
t − z 2 − z1 2 z1 u1 f = u1q + u1q e T z1 + z 2 z1 + z 2
du2 q dt
=
2u1q ⋅ z 2 L
电感中的电流不能突变， 初始瞬间相当于开路 直角波通过电感后改变为 指数波，降低了行波陡度
e
−
t T
du2 q du2 q dt = dt max
k = ki k 0
电晕校正系数 k i = 1 . 1 ~ 1 . 5

二、简答题
7、什么叫伏秒特性曲线？其形状与电场形式有何关 系？伏秒特性有何用处？ 8、为什么在极不均匀电场中采用屏障可提高间隙的 击穿电压？ 9、为什么高真空和高气压都能提高间隙的击穿电 压？
二、简答题
10、六氟化硫（SF6）气体具有高电气强度的原因是 什么？ 11、提高套管的闪络电压有哪些途径？ 12、为提高绝缘子的污闪电压，可采取哪些措施？
二、简答题
13、某110kv电气设备，如在平原地区使用，外绝缘 的工频使用电压（有效值）为265kv，如准备用在海 拔3500m地区，问其在平原地区的使用电压应增加到 多少？
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3、某些电容量较大的设备，如电容器、长电缆、大 容量电机等，经高电压试验后，其接地放电时间 要求长达5-10min，这是为什么？ 4、测量电气设备的绝缘电阻时，为什么要加直流电 压?绝缘电阻与温度有关吗？ 5、测量绝缘材料的泄露电流时，为什么要加直流电 压而不加交流电压？
6、电介质中为什么有能量损耗？在直流电压和交流 电压作用下，电介质中的能量损耗是否相同？为 什么？ 7、交流电气设备的介质损耗与哪些因素有关？为什 么介质损耗的大小用tanδ 的大小来反映？ 8、水的相对介电常数高达81，但即使经过高度净化， 水仍然不能用作电容器的绝缘材料，这是为什么？
第一章复习题
一、填空题 ① 极化是指在电场作用下，电介质的表面出 现电荷的现象。极化的形式有电子式、离 子式、偶极子式、夹层式。极化的程度可 用相对介电常数εr表示。作为电气设备的绝 缘介质，希望εr小；作为电容器的绝缘介质， 希望εr大。
②任何电介质都有一定的导电性，电导的倒数就是绝缘电 阻。气体的电导很小，可忽略不计；液体电介质的电导大小 除与电介质本身性质有关以外，还与杂质含量有关；固体电 介质的电导与电介质本身性质、杂质含量和电介质表面状态 都有关。作为绝缘介质，希望其电导越小越好。

u / Um 1 0.9 0.3 0 0’ T1 Tc t
标准操作冲击电压波
（五） 标准操作冲击电压波 用来等效模拟电力系统中操作过电压波，一般也用非周期 性双指数波。IEC标准和我国标准规定为[见下左图]：波前时间 Tcr=250µs, 容许偏差±20%；半峰值时间T2=2500µs, 容许偏差 ±60% 。可写成250/2500µs冲击波。当在试验中上述波形不能 满足要求时，推荐采用100/2500µs 和 500/2500µs 冲击波。此外 还建议采用一种衰减震荡波[下右图]，第一个半波的持续时间 在2000～3000µs之间，极性相反的第二个半波的峰值约为第一 个半波峰值的80%
§3.3 大气条件对气隙击穿电压影响
前面介绍的不同气隙在各种电压下的击穿特性均对应于标 准大气条件和正常的海拔高度。由于大气的压力、温度、湿度 等条件都会影响空气的密度、电子自由行程长度、碰撞电离及 附着过程，所以也必然会影响气隙的击穿电压。海拔高度的影 响与此类似，随着高度的增加，空气的压力和密度均会下降。 正由于此，在不同的大气条件和海拔高度下所得出的击穿电压 实测数据都必须换算到某种标准条件下才能互相进行比较。 我国的国家标准所规定的标准大气条件为： 我国的国家标准所规定的标准大气条件为： 压力 p0 =101.3kpa（760mmHG）； （ ）； 温度 t0 =20℃ 或 T0 = 293K； ℃ ； 绝对湿度 hc =11g / m3 。
不论是在何种电压作用下，气隙的击穿电压都有 一定的分散性，即“击穿概率分布特性”。研究表 明，气隙击穿的几率分布接近正态分布，通常可以 用U50%和变异系数Z来表示。 用作绝缘的气隙，人们所关心的不仅是其U50% 击穿电压，更重要的是其耐受电压即能确保耐受而 不被击穿的电压。100%的耐受电压是很难测的（要 做无穷次的实验），工程实际中常用对应于很高耐 受几率(例如99％以上)的电压作为耐受电压。

➢理解半波整流回路，倍压电路，串级直流高压发生器原理 图。
➢直流高压试验设备的性能参数有算术平均值（定义 式？），额定电流，脉动系数（定义式？）
➢在测量直流电压的算术平均值，有效值和最大值时， 其测量误差不大于3％，测量脉动幅值时不大于10％。 ➢测量直流电压的常用方法：用球隙测量最大值；用静 电电压表测有效值（平均值）；用电阻分压器或电阻串 微安表测平均值。
➢ 气隙击穿电压是气压和间隙乘积的函数，这一规律称 为巴申定律。根据巴申定律，随着气压和间隙乘积的变 化，击穿电压出现极小值。
➢ 流注理论认为，二次电子的主要来源是空间的光电离。
➢ 什么是不均匀电场中放电的极性效应。
➢ 画图说明不均匀电场（正极性）中放电的极性效应。
3. 气体间隙的击穿强度
➢均匀电场中空气间隙的击穿强度约为30kV/cm。
➢绝缘电阻和吸收比是反映绝缘性能的最基本的指标之 一，通常用兆欧表（俗称摇表）进行。规定所加电压60s 后测得的数值为试品的绝缘电阻。
➢介质损耗角的正切的含义：是在交流电压作用下，电 介质中的电流有功分量与无功分量的比值，是一个无量 纲的数。在一定的电压和频率下，它反映电介质内单位 体积中能量消耗的大小，它与电介质的体积尺寸大小无 关。 。
➢在极不均匀电场中，空气中的水分（湿度增大）能使 间隙的击穿电压有所提高。
➢随着海拔高度增加，外绝缘的放电电压将下降。
➢SF6气体绝缘设备中经常遇到的是稍不均匀电场间隙。
➢SF6气体在极不均匀电场中击穿的异常现象：一是击 穿电压随气压的变化出现驼峰现象；二是在驼峰气压 范围内，雷击冲击击穿电压明显低于稳态击穿电压。
4. 气体中沿固体绝缘表面的放电
➢在均匀电场中固体介质的引入并不影响电极间的电场 分布，但放电总是发生在界面，且闪络电压比空气间 隙的击穿电压要低得多。

兆欧表的原理结构图
例：用兆欧表测量套管绝缘电阻
法兰
瓷体
芯柱 屏蔽环
L L
G
兆欧表
E
图5 − 1 − 2 用兆欧表测套管绝缘的 接线图
测量绝缘电阻能发现的缺陷
• • • • 总体绝缘质量欠佳 绝缘受潮 两极间有贯穿性的导电通道 绝缘表面情况不良
测量绝缘电阻不能发现的缺陷
• 绝缘中的局部缺陷 • 绝缘的老化
′ ′ ′ tgδ = (C ′ tgδ 1 + C x′tgδ 2 ) / (C x + C x′ ) x ′ ′ C x = (C x + C x′ ) / 2
磁场干扰时介损的测量 检流计正反接抗磁场干扰的原理：设无磁干扰时，两个
测量臂的数值分别为R3和C4；设存在磁干扰时，两个测量臂的数值分 别为(R3+∆R3)和(C4+∆C4)；把检流计和电桥两臂相接的两端倒换一下， 两个测量臂的数值将分别为 (R3－∆R3)和(C4－ ∆ C4)

C x = C 0 R4 / R3
故可得： tgδ = (tgδ1 + tgδ 2 ) / 2
C x = 2C x1C x 2 / (C x1 + C x 2 )
测试功效
• 有效
受潮 穿透性导电通道 气泡电离、绝缘分层、脱壳 绝缘老化劣化 绝缘油脏污、劣化
• 无效
局部损坏 小部分绝缘的老化劣化 个别绝缘弱点
当检流计正接时测得： tgδ 1 = ω (C 4 + ∆C 4 )R4 C x1 = C 0 R4 / (R3 + ∆R3 ) 当检流计反接时测得： tgδ 2 = ω (C 4 − ∆C 4 )R4 C x 2 = C 0 R4 / (R3 − ∆R3 ) 因无磁场干扰时： tgδ = ωC 4 R4