高电压技术问答题

1 1 11 1 试比较电介质中各种极化的性质和特点 试比较电介质中各种极化的性质和特点 答 电介质极化种类及比较 极化种类产生场合所需时间能量损耗产生原因 电子式极化任何电介质10 15s无束缚电子运动轨道 偏移 离子式极化离子式电介质10 13s几乎没有离子的相对偏移 转向极化极性电介质10 10s 10 2s有偶极子的定向排列 空间电荷极化多层介质交界面10 2s 数分钟有自由电荷的移动 在外电场的作用下 介质原子中的电子运动轨道 将相对于原子核发生弹性位移 此为电子式极化电子式极化 或电子位移极化或电子位移极化 离子式结构化合物 出现外电 场后 正负离子将发生方向相反的偏移 使平均 偶极距不再为零 此为离子位移极化离子位移极化 极性化合物的每个极性分子都是一个偶极子 在 电场作用下 原先排列杂乱的偶极子将沿电场方 向转动 显示出极性 这称为偶极子极化偶极子极化 在电 场作用下 带电质点在电介质中移动时 可能被 晶格缺陷捕获或在两层介质的界面上堆积 造成 电荷在介质空间中新的分布 从而产生电矩 这 就是空间电荷极化空间电荷极化 补充 补充 1 1 画出电介质的等效电路 非简化的 及其向量图 说明电路中各元件的含义 指 画出电介质的等效电路 非简化的 及其向量图 说明电路中各元件的含义 指 出介质损失角 出介质损失角 答 图 1 4 2 中 为泄漏电阻 为泄漏 lk R lk I 电流 为介质真空和无损极化所形成的电容 g C 为流过的电流 为无损极化所引起的电 g I g C p C 容 为无损极化所形成的等效电阻 为流过 p R p I 支路的电流 可以分为有功分量和无 pp CR pr I 功分量 pc I 为真空和无损极化所引起的电流密度 为纯容 gJ 性的 为漏导引起的电流密度 为纯阻性的 lk J 为有损极化所引起的电流密度 它由无功部分 p J 和有功部分组成 容性电流与总电容 pc J pr J c J 电流密度向量之间的夹角为 称为介质损耗 J 角 介质损耗角简称介损角 为电介质电流的 相角领先电压相角的余角 功率因素角的余角 其正切称为介质损耗因素 常用 表示 为 tg 总的有功电流密度与总无功电流密度之比 2 补充 补充 1 1 说明巴申定律的实验曲线的物理 说明巴申定律的实验曲线的物理 意义是什么 意义是什么 答 巴申曲线如下图所示 其物理意义在于 在均匀的电场中 击穿电 压是气体的相对密度 极间距离S乘积的函 b U 数 只要的乘积不变 也就不变 S b U 其原因可解释如下 假设S保持不变 当气 体密度增大时 电子的平均自由行程缩短了 相 邻两次碰撞之间 电子积聚到足够动能的几率减 小了 故必然增大 反之当减小时 电子在 b U 碰撞前积聚到足够动能的几率虽然增大了 但气 体很稀薄 电子在走完全程中与气体分子相撞的 总次数却减到很小 欲使击穿也须增大 故在 b U 这两者之间 总有一个值对造成撞击游离最有利 此时最小 同样 可假设保持不变 S值增 b U 大时欲得一定的场强 电压必须增大 当S值减 到过小时 场强虽大增 但电于在走完全程中所 遇到的撞击次数己减到很小 故要求外加电压增 大 才能击穿 这两者之间 也总有一个S的值 对造成撞击游离最有利 此时最小 b U 2 2 试画出用兆欧表测量绝缘套管体积电阻的接线 试画出用兆欧表测量绝缘套管体积电阻的接线 图 并说明端子图 并说明端子G G 的作用是什么 如果在的作用是什么 如果在15s15s与与 60s60s时测得该套管的绝缘电阻为时测得该套管的绝缘电阻为R R15 15 1000M 1000M R R60 60 3000M 3000M 那么该套管的绝缘电阻是多大 它的 那么该套管的绝缘电阻是多大 它的 吸收比为多少 吸收比为多少 答 兆欧表测量绝缘套管体积电阻的接线图如下 端子G 的作用是屏蔽 该套管的绝缘电阻是 3000M 一般情况下60s的绝缘电阻已经接近无 限长时间的绝缘电阻 吸收比 310003000 1560 RRK 3 第一章 1 41 4 电解质电导与金属电导本质区别为何 电解质电导与金属电导本质区别为何 答 金属导电的原因是自由电子移动 电介质通 常不导电 是在特定情况下电离 化学分解或热 离解出来的带电质点移动导致 1 61 6 某些电容量较大的设备经直流高压试 某些电容量较大的设备经直流高压试 验后 其接地放电时间要求长达验后 其接地放电时间要求长达 5 5 10min10min 为什么 为什么 答 由于介质夹层极化 通常电气设备含多层介 质 直流充电时由于空间电荷极化作用 电荷在 介质夹层界面上堆积 初始状态时电容电荷与最 终状态时不一致 接地放电时由于设备电容较大 且设备的绝缘电阻也较大则放电时间常数较大 电容较大导致不同介质所带电荷量差别大 绝 缘电阻大导致流过的电流小 界面上电荷的释放 靠电流完成 放电速度较慢故放电时间要长达 5 10min 第二章 2 22 2 气体放电的汤森德机理和流注机理的区别以气体放电的汤森德机理和流注机理的区别以 及各自的适应范围 及各自的适应范围 答 汤森德理论汤森德理论认为电子崩向阳极不断发展 崩 中的正离子撞击阴极也产生自由电子 自由电子 的撞击电离和正离子撞击阴极表面的电离是放电 产生和发展的原因 流注理论流注理论认为电子崩发展使崩头和崩尾场强 增加而崩内场强减少 有利于崩内发生复合产生 大量的光子 而光子又产生光电离 光子产生的 电子也产生二次电子崩迅速汇入到主崩 以等离 子体的形式向阴极发展就形成了流注 相同点相同点 两者产生和发展都需要碰撞电离和 电子崩 相异点相异点 汤逊理论主要考虑了电子的碰撞电 离和正离子撞击阴极表面的电离 流柱理论主要 考虑了电子的碰撞电离 空间电荷对电场畸变的 影响和空间光电离 适应范围适应范围 汤逊理论适合低气压 小距离的 情况 比较均匀的电场适用 流注cm26 0 s 理论是高气压 远距离的情况 或不cm26 0 s 均匀的电场适用 2 2 什么叫 什么叫 污闪污闪 发生污闪的最不利的大气条发生污闪的最不利的大气条 件是什么件是什么 列举提高污闪电压的措施 列举提高污闪电压的措施 答 绝缘子上有污秽且在毛毛雨 雾 露 雪等 不利天气下发生的闪络称为污闪 防止污闪事故的对策 防止污闪事故的对策 1 调整爬距 爬电比距 外绝缘 相 地 之间的爬电距 离 cm 与系统最高工作 线 电压 kV 有效 值 之比 将爬距调大可以减少污闪事故的发生 可以通过增加绝缘子的片数和改变绝缘子的类型 2 定期或不定期的清扫 3 涂料 涂憎水性涂料 如硅油或硅脂 近年来常采 用室温化硅橡胶 RTV 涂料 4 半导体釉绝缘子 表面有电导电流流过 产生热量使污层不易 吸潮 5 新型合成绝缘子 重量轻 抗拉 抗弯 耐冲击负荷 电气绝 缘性能好 耐电弧性能好 但也存在价格贵 老 化等问题 3 3 电晕产生的物理机理是什么 它有哪些 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有害影响 试列举工程上各种防晕措施的实 例 例 答 电晕放电是极不均匀电场中的一种自持放电 现象 在极不均匀电场中 在气体间隙还没有击 穿之前 在电极曲率较大的附近的空间的局部的 场强已经很大了 从而在这局部强场中产生强烈 的电离 但离电极稍远处场强已大为减弱 故此 电离区域不能扩展到很大 只能在电极的表面产 生放电的现象 电晕放电的危害电晕放电的危害 1 伴随着游离 复合 激励 反激励等过程 而有声 光 热等效应 发出 咝咝 的声音 蓝色的晕光以及使周围气体温度升高等 2 在尖端或电极的某些突出处 电子和离于 在局部强场的驱动下高速运动 与气体分子交换 动量 形成 电风 当电极固定得刚性不够时 气体对 电风 的反作用力会使电晕极振动或转 动 3 电晕会产生高频脉冲电流 其中还包含着 4 许多高次谐波 这会造成对无线电的干扰 4 电晕产生的化学反映产物具有强烈的氧化 和腐蚀作用 所以 电晕是促使有机绝缘老化的 重要因素 5 电晕还可能产生超过环保标准的噪声 对 人们会造成生理 心理的影响 6 电晕放电 会 有能量损耗 减少电晕放电的减少电晕放电的根本措施措施在于降低电极表面 的场强 具体的措施有 改进电极形状 增大电 极的曲率半径 采用分裂导线等 4 4 极性效应的概念是什么 试以棒 极性效应的概念是什么 试以棒 板间板间 隙为例说明产生机理 隙为例说明产生机理 答 无论是长气隙还是短气隙 击穿的发展过程 都随着电压极性的不同而有所不同 即存在极性 效应 机理 当棒极为正时机理 当棒极为正时 电子崩从棒极开始发展 因为此处的电场强度较高 电子迅速进入阳极 棒极 离子运动速度慢 棒极前方的空间中留 下了正离子 使电场发生了畸变 使接近棒极的 电场减弱 前方电场增强 因此 正极性时放电 产生困难但发展比较容易 击穿电压较低 当棒极为负时当棒极为负时 电子崩仍然从棒极 因为此 处的电场强度较高 电子向阳极 板极扩散 离子相对运动速度较慢 畸变了电场 使接近棒 极的电场增强 前方电场减弱 因此 负极性时 放电产生容易但发展比较困难 击穿电压较高 正极性时放电产生困难但发展比较容易 击 穿电压较低 负极性时放电产生容易但发展比较 困难 击穿电压较高 对于极不均匀电场在加交 流电压在缓慢升高电压的情况下 击穿通常发生 在间隙为正极性时 第三章 1 1 什么叫间隙的伏秒特性曲线 什么叫间隙的伏秒特性曲线 它有什么作它有什么作 用用 答 工程上常用在同一波形 不同幅值的冲击电 压作用下 气隙上出现的电压最大值和放电时间 的关系 称为该气隙的伏秒特性 表示该气隙伏 秒特性的曲线 称为伏秒特性曲线 伏秒特性曲线伏秒特性曲线在工程上有很重要的应用的应用 是防雷 设计中实现保护设备和被保护设备的绝缘配合的 依据 2 2 试举例提高气隙 气体间隙 击穿电压 试举例提高气隙 气体间隙 击穿电压 的各种方法 的各种方法 答 1 改善电场分布 一般说来 电场分布越均匀 气隙的击穿电 压就越高 故如能适当地改进电极形状 增大电 极的曲率半径 改善电场分布 就能提高气隙的 击穿电压 利用电晕提高击穿电压 利用屏障提 高击穿电压 2 采用高度真空 从气体撞击游离的理论可知 将气隙抽成高 度的真空能抑制撞击游离的发展 提高气隙的击 穿电压 3 增高气压 增高气体的压力可以减小电子的平均自由行 程 阻碍撞击游离的发展 从而提高气隙的击穿 电压 4 采用高耐电强度气体 卤族元素的气体 六氟化硫 SF6 氟里昂 CCl2F2 等耐电强度比气体高的多 采用该气体 或在其他气体中混入一定比例的这类气体 可以 大大提高击穿电压 第四章 3 3 液体的热击穿的发生过程 液体的热击穿的发生过程 答 工程用油存在着杂质 如水 纤维素等 由 于它们的介电常数很大 很容易沿电场方向极化 定向 并排列成杂质小桥 如果未接通两极则小 桥附近电场强度大 油中分解产生气泡 电离增 强 气泡增加 这样下去必然会出现由气体小桥 引起的击穿 如果接通两极 因小桥的电导大而 导致发热促使水汽化 气泡扩大 发展下去也会 形成小桥 使油隙发生击穿 也就是小桥理论 5 第五章 5 1总结比较各种检查性试验方法的功效总结比较各种检查性试验方法的功效 答 测定绝缘电阻测定绝缘电阻 可检查出的缺陷有 1 总体绝缘质量欠佳 2 绝缘受潮 3 两极间有贯穿性的导电通 道 4 绝缘表面情况不良 比较有无屏蔽 不能发现的缺陷 1 局部缺陷 2 老 化 绝缘老化以后其电阻可能还很高 因此加的 电压比设备实际运行电压低故当绝缘严重下降时 效果较好否则差 适合于绝缘状态的初步诊断 需要注意表面泄漏电流对绝缘电阻测量的影响 测定泄漏电流测定泄漏电流 可检查出的缺陷除绝缘电阻能测定的除外还 包括一些兆欧表所不能发现的缺陷 需要注意表 面泄漏电流对绝缘电阻测量的影响 测测 tgtg 能有效地发现绝缘的下列缺陷 1 受潮 电导增加 损耗增加 介损增大 2 穿透性导电通道 电流增加 介损增大 3 绝缘内含气泡的电离 绝缘分层 脱壳 放电消耗能量 介损增大 4 绝缘老化劣化 绕组上附积油泥 5 绝缘油脏污 劣化等 但对下列故障的效果较差 1 非穿透性的局部损坏 损耗增加不大 介损变化不大 2 很小部分绝缘的老化和劣化 损耗增加 不大 介损变化不大 3 个别的绝缘弱点 损耗增加不大 介损 变化不大 测量结果容易受外界条件影响 包括 1 外 界电磁场的干扰影响 2 温度的影响 3 试验 电压的影响 4 试品电容量的影响 5 试品表 面泄漏的影响 的干扰影响 2 温度的影响 3 试验电压的影响 4 试品电容量的影响 5 试品表面泄漏的影响 5 2总结进行各种检查性试验时应注意的事项总结进行各种检查性试验时应注意的事项 答 测定绝缘电阻测定绝缘电阻要注意对表面泄漏电流的屏蔽 测量绝缘电阻应该做到三比较 与本绝缘历史资 料比较 与同类设备比较 与同一设备不同相比 较 绝缘电阻 吸收比 极化指数的测量仅仅是 相对性的 不能满足最低要求时必然有缺陷 满 足时也可能有缺陷 测定泄漏电流测定泄漏电流需要注意 1 表面泄漏电流的 屏蔽 2 微安表是精密的仪器需要注意保护 测定测定 tgtg 需要注意 1 电磁场干扰的屏蔽 2 正接线和反接线的选用 3 温度对测量结果 的影响 4 测量结果受电压变化的影响 5 对 大试品不敏感 6 表面泄漏电流的影响 补充 补充 1 1 西林电桥试验题 西林电桥试验题 1 测量C T 电压互感器 的高压绕组与 低压绕组和地之间的绝缘的tg 和Cx 使用西林 电桥正接线还是反接线 答 反接线 因为试品一端必须接地 2 已知Cn 50PF R4 3184 调节西林 电桥平衡时R3 318 4 C4 0 02uF 求Cx和tg tg wC4R4 100 3 14 0 02 3184 0 02 Cx R4CN R3 3184 50 318 4 500 PF 第七章 7 1 试分析波阻抗的物理意义及其与电阻之不同试分析波阻抗的物理意义及其与电阻之不同 点 点 答 波阻抗表示分布参数线路中前行电压波与前 行电流波的比值 反行电压波与反行电流波比值 的相反数 计算公式如下 和 0 0 C L Z 0 L 表示单位长度的电感和电容 0 C 波阻抗与电阻的不同波阻抗与电阻的不同 1 波阻抗仅仅是一个比 例常数 没有长度概念 而电阻不是 2 波阻 抗吸收的功率一电磁能的形式存储在导线周围的 媒介中 并没有消耗 而电阻吸收的功率和能量 6 均转化为热能了 7 9为什么说冲击截波比全波对变压器绕组的影响为什么说冲击截波比全波对变压器绕组的影响 更严重 更严重 答 截波产生电位梯度比全波更大 相当于全波 加直角波 直角波幅值大 陡度高 产生电位梯 度高 实际测量也验证了这一点 3 3 请写出反映无损耗单导线波过程基本规 请写出反映无损耗单导线波过程基本规 律的四个方程式 并简述其物理意义 律的四个方程式 并简述其物理意义 答 行波的四个基本方程如下 Z u u Z i u iiiuuu f f q q qfqf 或 表示导线上任何一点电压 电流为前行波加 反行波 前行电压波与前行电流波比值为波阻抗 反行电压波与反行电流波比值为波阻抗的相反数 第九章 1 1 说明避雷线的作用 说明避雷线的作用 为什么降低接为什么降低接 地电阻 架设耦合地线可以降低线路的雷击地电阻 架设耦合地线可以降低线路的雷击 掉闸率 后者用于什么情况 掉闸率 后者用于什么情况 答 吸引雷击于避雷线而避免导线直接受雷击 耦合作用降低导线上承受过电压 降低接地电 阻可以提高线路的耐雷水平 减少线路的雷击掉 闸率 架设耦合地线具有一定的分流作用和增大 导地线之间的耦合系数 可以减少线路承受的过 电压从而提高雷击跳匝率 后者用于降低杆塔接 地电阻有困难的情况 2 2 综述输电线路的防雷措施 综述输电线路的防雷措施 答 避雷线 架空地线 降低杆塔接地电阻 加强线路的绝缘 耦合地线 消弧线圈 管式避雷器 不平衡绝缘 自 动重合闸 第十章 10 1 试说明在何种情况下 保护变电所免受直试说明在何种情况下 保护变电所免受直 击雷的避雷针可以装设在变电所构架上 何种情击雷的避雷针可以装设在变电所构架上 何种情 况下则又不行 为什么 况下则又不行 为什么 答 100kV及以上绝缘水平较高 避雷针可以装设 在架构上 但变压器绝缘水平较低 变压器门形 架构上不应装设避雷针 绝缘水平为35kV及以下 的配电装置来说 雷击架构避雷针时很容易导致 绝缘的逆闪络 反击 显然不允许 10 2 当雷电波自线路入侵变