高电压技术复习题.pdf

1 在气体放电过程中 碰撞电离为什么主要是由电子产生的 答 1 气体中的带电粒子主要有电子和离子电子和离子 它们在电场力的作用下向各自的极板运动 带正电荷的粒子向负极板运动 带负电荷的粒子向正极板运动 2 电子与离子相比电子与离子相比 它的质量更小它的质量更小 半径更小半径更小 自由行程更大自由行程更大 迁移率更大迁移率更大 因此在电场 力的作用下 它更容易被加速 因此电子的运动速度远大于离子的运动速度 3 与离子相比与离子相比 当电子去碰撞中性的气体分子当电子去碰撞中性的气体分子 它更容易累积到足够多的动能它更容易累积到足够多的动能 因此电子 碰撞中性分子并使之电离的概率要比离子大得多 所以 在气体放电过程中 碰撞电离主要是由电子产生的 2 带电粒子是由哪些物理过程产生的 为什么带电粒子产生需要能量 答 1 带电粒子主要是由电离电离产生的 根据电离发生的位置 分为空间电离空间电离和表面电离表面电离 根据电离获得能量的形式不同 空间电离又分为光电离光电离 热电离和碰撞电离热电离和碰撞电离 表面电离分为 正离子碰撞阴极表面电离 光电子发射 热电子发射和强场发射 正离子碰撞阴极表面电离 光电子发射 热电子发射和强场发射 2 原子或分子呈中性状态原子或分子呈中性状态 要使原子核外的电子摆脱原子核的约束而成为自由电子要使原子核外的电子摆脱原子核的约束而成为自由电子 必须必须 施加一定的外加能量施加一定的外加能量 使基态的原子或分子中结合最松弛的那个电子电离出来所需的最小能 量称为电离能 3 为什么 SF6 气体的电气强度高 答 SF6 气体之所以具有特别高的电气强度 主要因为这些气体都具有很强的电负性很强的电负性 容易 俘获自由电子而形成负离子 电子附着过程 电子变成负离子后电子变成负离子后 虽然气体中的带电粒子虽然气体中的带电粒子 的数目没有变化 但气体中自由电子的数目变少了 而电子又是碰撞电离的主要因素 因的数目没有变化 但气体中自由电子的数目变少了 而电子又是碰撞电离的主要因素 因 此气体中碰撞电离的能力变得很弱 因而削弱了放电发展过程 此气体中碰撞电离的能力变得很弱 因而削弱了放电发展过程 1 2 汤逊理论与流注理论对气体放电过程和自持放电条件的观点有何不同 这两种理论各 适用于何种场合 答 汤逊理论的基本观点 电子碰撞电离是气体电离的主要原因 正离子碰撞阴极表面使电子碰撞电离是气体电离的主要原因 正离子碰撞阴极表面使 阴极表面逸出电子是维持气体放电的必要条件 阴极逸出电子能否接替起始电子的作用是阴极表面逸出电子是维持气体放电的必要条件 阴极逸出电子能否接替起始电子的作用是 自持放电的判据 自持放电的判据 它只适用于低气压 短气隙低气压 短气隙的情况 气体放电流注理论以实验为基础 它考虑了高气压 长气隙情况下空间电荷对原有电场的高气压 长气隙情况下空间电荷对原有电场的 影响和空间光电离的作用 影响和空间光电离的作用 在初始阶段 气体放电以碰撞电离和电子崩的形式出现 但当电子崩发展到一定程度之后 某一初始电子的头部集聚到足够数量的空间电荷某一初始电子的头部集聚到足够数量的空间电荷 就会引起新的强烈电离和二次电子崩 这种强烈的电离和二次电子崩是由于空间电荷使局部电场大大增强以及发生空间光电离的 结果 这时放电即转入新的流注阶段 1 31 3 在一极间距离为在一极间距离为 1cm1cm 的均匀电场气隙中的均匀电场气隙中 电子碰撞电离系数电子碰撞电离系数 11cm 1 11cm 1 今有一初始电今有一初始电 子从阴极表面出发 求到达阳极的电子崩中的电子数 子从阴极表面出发 求到达阳极的电子崩中的电子数 答 答 e e d e11 59874d e11 59874 1 51 5 试近似估算标准大气条件下半径分别为试近似估算标准大气条件下半径分别为 1cm1cm 和和 1mm1mm 的光滑导线的电晕起始场强的光滑导线的电晕起始场强 P15P15 皮皮 克公式克公式 cm 1m 5 58 1 0 3 0 1 1 30 3 0 1 30 39 1 3 0 1 1 30 3 0 1 30 1 0 1 导线半径 空气相对密度 光滑导线导线表面粗糙系数 r m cmkV r mE cmkV r mE mc mc 1 6 气体介质在冲击电压下的击穿有何特点 其冲击电气强度通常用哪些方式表示 答 在持续电压 直流 工频交流 作用下 气体间隙在某一确定的电压下发生击穿 而在 冲击电压作用下 气体间隙的击穿就没有这种某一个确定的击穿电压 间隙的击穿不仅与冲击电压作用下 气体间隙的击穿就没有这种某一个确定的击穿电压 间隙的击穿不仅与 电压值有关电压值有关 还与击穿过程的时间 放电时间 有关 这就是说 气体间隙的冲击击穿特性 要用两个参数 击穿电压值和放电时间 来表征 而气体间隙在持续电压作用下击穿特性只 要用击穿电压值一个参数来表征 其冲击电气强度通常用 50 50 冲击击穿电压和伏秒特性冲击击穿电压和伏秒特性两种 方式表征 1 10 简述绝缘污闪的发展机理和防止对策 答 户外绝缘子在污秽状态下发生的沿面闪络称为绝缘子的污闪户外绝缘子在污秽状态下发生的沿面闪络称为绝缘子的污闪 绝缘子的污闪是一个受 到电 热 化学 气候等多方面因素影响的复杂过程 通常可分为积污 受潮 干区形成积污 受潮 干区形成 局部电弧的出现和发展局部电弧的出现和发展等四个阶段 防止绝缘子发生污闪的措施主要有 1 1 调整爬距 增大泄露距离 调整爬距 增大泄露距离 2 2 定期或不定期的清扫 定期或不定期的清扫 3 3 涂料 涂料 4 4 半导体釉绝 半导体釉绝 缘子缘子 5 5 新型合成绝缘子 新型合成绝缘子 1 11 试运用所学的气体放电理论 解释下列物理现象 1 大气湿度增大时 空气间隙的击穿电压增高 而绝缘子表面闪络电压下降 答 大气湿度增大时 大气中含有的水汽分子能俘获自由电子而形成负离子 这对气体中大气中含有的水汽分子能俘获自由电子而形成负离子 这对气体中 的放电过程起着抑制作用的放电过程起着抑制作用 可见大气的湿度越大 气隙的击穿电压增高 而大气湿度增大而大气湿度增大 时 绝缘子表面容易形成水膜 如果绝缘子表面有积污的话 积污层容易受潮 增大泄露时 绝缘子表面容易形成水膜 如果绝缘子表面有积污的话 积污层容易受潮 增大泄露 电流 容易造成湿闪或者污闪电流 容易造成湿闪或者污闪 绝缘子表面闪络电压下降 2 压缩气体的电气强度远较常压下的气体高 答 气压很大时 电子自由行程变小 得到动能减小 所以击穿电压升高 电子自由行程变小 得到动能减小 所以击穿电压升高 3 沿面闪络电压显著地低于纯气隙的击穿电压 答 沿面闪络是指沿面放电已贯通两电极 电极放入固体介质后的沿面闪络电压要比相同电 极空气间隙的击穿电压低 这是因为沿固体介质表面的电场与空气间隙间电场相比已经发沿固体介质表面的电场与空气间隙间电场相比已经发 生了畸变 这种畸变使固体介质表面的电场更为不均匀生了畸变 这种畸变使固体介质表面的电场更为不均匀 而造成沿面电场畸变的原因主要 有 1 固体介质与电极表面接触不良 存在小缝隙 2 固体介质表面由于潮气形成很薄的 水膜 水膜中正负离子积聚在沿面靠电极的两端 3 固体介质表面电阻的不均匀和表面的 粗糙不平造成沿面电场畸变 2 1 试用经验公式估算极间距离 d 2cm 的均匀电场气隙在标准大气条件下的平均击穿场强 Eb P32 cmkVdEb 259 2966 6 55 24 2 3 在线路设计时已确定某线路的相邻导线间气隙应能耐受峰值为 1800kV 的雷电冲击电 压 试利用经验公式近似估算线间距离至少应为若干 P36 近似用棒棒气隙去近似 正极性雷电冲击 cmddU3086 5 751800 6 575 50 负极性雷电冲击 cmddU2826 1101800 6110 50 取两者大值 308cm 2 4 在 p 755mmHg t 33 的条件下测得一气隙的击穿电压峰值为 108kV 试近似求取该气 隙在标准大气条件下的击穿电压值 P38 954 0 306 1 755 760 3 101 9 29 2 T p 由于 处于 0 95 1 05 的范围内 0 UU kV U U 2 113 954 0 108 0 2 5 某 110kV 电气设备的外绝缘应有的工频耐压水平 有效值 为 260kV 如该设备将安装 到海拔 3000m 的地方运行 问出厂时 工厂位于平原地区 的试验电压应增大到多少 P39 kVU H UKU ppa 325260 1030001 1 1 101 1 1 44 2 6 为避免额定电压有效值为 1000kV 的试验变压器的高压引出端发生电晕放电 在套管上 部安装一球形屏蔽极 设空气的电气强度 E0 30kV cm 试决定该球极应有的直径 P40 30 10002 222 max c g E U RD 94 28cm 2 7 为什么 SF6 气体具有特别高的电气强度并成为除空气外应用得最广泛的气体介质 试 述 GIS 有哪些重要优点 答 SF6 气体具有特别高的电气强度主要是因为这些气体都具有很强的电负性具有很强的电负性 容易俘获自 由电子而形成负离子 电子变成负离子后 其引起碰撞电离的能力就变得很弱 因而削弱了 放电发展过程 SF6SF6 气体的电气强度约为空气的气体的电气强度约为空气的 2 52 5 倍倍 而其灭弧能力高达空气的而其灭弧能力高达空气的 100100 倍以倍以 上上 所以它成为除空气外应用得最广泛的气体介质 GIS 有哪些重要优点 1 1 大大节省占地面积和空间体积 大大节省占地面积和空间体积 2 2 运行安全可靠 运行安全可靠 3 3 有利于环 有利于环 保 使运行人员不受电场和磁场的影响 保 使运行人员不受电场和磁场的影响 4 4 安装工作量小 检修周期长 安装工作量小 检修周期长 A RR U CR RR U CUCQ CR RR U CUCQ CC CC U CUCQ CC CC U CUCQ tt tt tt tt 5 21 g 5 2 21 2222 5 1 21 1111 5 1 21 202202 5 2 21 101101 1014 1 I 102 7 1072 6 2 107 107 1 3 s 22 8 2 1095 9 3200C 29 10cosU 3 101 1 R 2 1029 29 10UP 1 s s p p wC tg r pFWtgCP tgwC Var tg P QWtgC 倍提高了 倍提高了所以 屏障时 屏障时 无屏障时 2 0 kV120E 05 0 kV26 105E kV100E 300kVmm10Emm20EUmm10 300kVmm3Emm27EUmm3 300kVmm30EU 2 2 4 1r 1r1r r21r2 r21r1 1r0 1 2 2 1 2 1 2 1 cm cmcm E E E E E E r r r r r r r r 933 0 E E 69 75 ln 1 ln 1 r U 2 E 78 0 E E 16 90 ln 1 ln 1 r U 1 E 70 6kV cm 8 1 3220 r R U E 2max av 2 220 2 1 22 2max 1max av 1 220 2 1 10 1max 0 av cmkV r R r r cmkV r R r r 4 1 测量绝缘电阻能发现哪些绝缘缺陷 试比较它与测量泄露电流试验项目的异同 答 通过测量绝缘电阻和吸收比可以判断试品是否受潮或贯穿性缺陷判断试品是否受潮或贯穿性缺陷 测量泄露电流本质上也是测量绝缘电阻 其原理是一样的其原理是一样的 不同点 1 测量泄露电流 所用的直流电压较高直流电压较高 10kV 故发现一些还未完全贯通的集中性缺陷比兆欧表有效 2 施加在试品上的直流电压是逐渐增大直流电压是逐渐增大的 这样就可以在升压过程中监视泄漏电流的增长 动向 4 4 根据绝缘预防性试验的结果来判断电气设备绝缘状态时 除了要重视每一项试验结果 外 为什么还要进行综合分析判断 当其中个别试验项目不合格 达不到规程的有关要求时 应如何处理 答 P89 有个别试验项目不合格 达不到规程的要求 可以用 三比较三比较 的方法的方法处理 与同类型设备同类型设备比较 若试验结果差别悬殊可能存在问题 在同一设备的三相试验结果之间进行比较同一设备的三相试验结果之间进行比较 若有一相结果相差达 50 以上时 该相可能存 在问题 与该设备技术档案中的历年试验所得数据做比较该设备技术档案中的历年试验所得数据做比较 若性能指标有明显下降 则可能出现 新缺陷 5 4 试比较绝缘的非破坏性试验和耐压试验的效能和特点 答 非破坏性试验效能 在较低的电压或是用其它不会损坏绝缘的办法来测量绝缘的各种特测量绝缘的各种特 性 从而判断绝缘内部有无缺陷 特点 性 从而判断绝缘内部有无缺陷 特点 1 1 无破坏性 无破坏性 2 2 需要综合分析 需要综合分析 3 3 能全面 能全面 检查缺陷的性质和过程 检查缺陷的性质和过程 耐压试验效能 模仿设备绝缘在运行中可能出现的各种电压 对绝缘施加与之相等价或更为 严峻的电压 从而考验绝缘耐受这类电压的能力 特点考验绝缘耐受这类电压的能力 特点 1 1 最有效 最有效 2 2 具有破坏性 具有破坏性 kVU ZZ Z UUkV C L Z C L Z 27 92 2 50U 29 346 2 21 1 212 2 2 2 1 1 1 kV ZZ ZZ i A ZZ ZZ Z U i 40 2 4 2 4 U 9 2 2 4 2 4 2 22 0 0 2 s1055 2 kV32 8 9U s1033B 10 10 1km AB 98 0 3 2 Z 98 1 2 3 1 2 5 02121021B 5 5 5 32 23 2 21 21 1 32 3 2 21 2 1 总的时间为 时间 需要再经过再次出现这一电压升高 过了出现第二次电压升高经节点 全程的时间 走完 UU s skm ZZ ZZ ZZ Z ZZ Z ZZ Z A R U A Z kVZIkV ZRZZ 625 3 I 875 U I 5 437 5 62U U 2 U 1 25kA Z U I 62 5kVZ2000AU 25 31 1 2 R 1 1 1 11121 2 2 22 21 88 12 U s38 s10 v km1 AB 101 1 1 6 0 Z Z 2 4 0 Z Z2 0 2 211021102101 2 8 22 2 2 21 21 1 2 21 2 1 kVUUUU t sm LC v Z Z Z M 时 单程的时间走完 142 0 Z 2 22 63ln60 63 443 2 ln60 6 546 2 ln60 1 24 9 5 2 67 8 63 17 22 20 20 02 20 2002 22 00 22 02 Z k d d ZZ r h Z r h Z md c c g g 围内 未处于避雷针的保护范 雷针的水平距离为米高的建筑物边沿距避 由于 内 处于避雷针的保护范围 雷针的水平距离为米高的建筑物边沿距避 由于 因此由于 m4038 5 23 2 m5010 75 58 25 1 2 38 10 635 0 h 5 5 P30m h 75273 2 122 1 111 21 x xxx x xxx xx r mPhhr h h r mPhhr h h mhmh mh 线的保护范围内 故三相导线均处于避雷 受到有效保护 因此也可以中相导线对地高度为 的最低高度两避雷线中间保护范围 受到有效保护 因此可以平距离为边相导线距避雷线的水 外侧的保护宽度 的水平面上 因此避雷线在导线高度由于 避雷线对地高度 导线对地高度 hm07 23 m55 25 P4 D hh rm8 1 m5 2Ph h47 0 r 2 h h 1P 28 4mh 07 2318 3 15 2 4 28 0 0 x 1x 1 1 mh 解 查表解 查表 6 1 单避雷线 单避雷线 220kV 线路电晕校正系数线路电晕校正系数 k1 1 3 查表查表 8 4 单避雷线 单避雷线 220kV 线路杆塔分流系数线路杆塔分流系数 0 92 查表查表 8 5 铁塔杆塔单位高度电感 铁塔杆塔单位高度电感 L0 0 5 H m 查表查表 8 5 平原单避雷线击杆率 平原单避雷线击杆率 g 1 4 下横担的高度下横担的高度 haL 20 2 0 146 13 22 1m 上横担的高度上横担的高度 haH 25 7 0 146 13 27