某大学高电压技术试题.doc

一、 填空（1）带电质点可由碰撞、光、热和表面形式的游离形成。（2）与均匀电场的放电过程相比，极不均匀电场的放电具有电晕放电和极性效应的特点。（3）影响气体间隙击穿电压的主要因素有电场形式、电压波形和气体的性质和状态。（4）大型高电压试验设备通常包括工频高电压试验设备，直流高电压发生器，冲击电压发生器。（5）我国现行标准雷电亚冲击波头时间为1.2s，操作冲击电压波尾时间为2500s。（6）测量冲击电压分压器通常有电阻和电容两类。（7）分布参数导线波过程中，导线上的电压为前行电压波和反行的叠加。（8）导线1上有电压波u传播时，与导线1平行的导线2上会产生感应电压波，两根导线之间距离越近导线2上的电压波越大。（9）雷电冲击波作用下，变压器绕组起始电位大部分压降降落在绕组首端附近，雷电冲击波越大陡度越大，变压器绕组纵绝缘上承受的电压越高，变压器绕组稳态电位分布与变压器的中性点接地方式有关。 接地的三相变压器在三相同时进波的暂态过程中绕组中部处的电压幅值最高。（10）阀型避雷器主要由火花间隙和阀片构成，残压为避雷器动作后雷电流通过避雷器在避雷器产生的压降。（11）输电线路保护角越小，绕击率越小。（12）在直配电机防雷接线中，为限制保护10kV直配电机的FCD型避雷器流过的雷电冲击电流不超过3kA，所以需在直配进线处加装电缆和管型避雷器进行分流。（13）雷电侵入波侵入变电站后，站内电气设备上过电压大小与避雷器的残压、侵入波的陡度以及设备与避雷器的距离有关。变电站进线段的作用时限制流过避雷器的雷电流幅值和降低侵入波陡度。（14）限制内部过电压的措施主要有线路上装设并联电抗器、带并联电阻的断路器和避雷器。二、 简述题（共30分，每题6分）（1） 叙述汤逊理论的基本观点和流注理论的基本观点以及它们的适用范围。答：汤逊理论只适用于pd值较小的范围，流注理论只适用于pd值较大的范围，两者的过渡值为pd26.66kPacm。（1分）汤逊理论的基本观点是：电子的碰撞电离是气体放电时电流倍增的主要过程，而阴极表面的电子发射是维持放电的重要条件。（2分）流注理论的基本观点：以汤逊理论的碰撞电离为基础，强调空间电荷对电场的畸变作用，着重于用气体空间的光电离来解释气体放电通道的发展过程。放电以起始到击穿并非碰撞电离连续量变的过程，当初始电子崩中离子数达到108以上时，要引起空间光电离这样一个质的变化，此时由光子造成的二次崩向主崩汇合而形成流注。流注一旦形成，放电就转入自持。（3分）（2） 气体间隙的伏秒特性是怎样制定的？间隙的伏秒特性和电场分布有何关系？答：绘制气隙伏秒特性的方法，其步骤是保持冲击电压波形不变，逐级升高电压使气隙发生击穿，记录击穿电压波形，读取击穿电压值，U与击穿时间t。注意到当电压不很高时击穿一般在波尾时间发生，当电压很高时，击穿百分比将达100%，放电时延大大缩短，击穿可能在波前发生，以图中三个坐标点为例说明绘制方法，击穿发生在波前时，U与t均取击穿时的值（图中2、3坐标点）。击穿发生在波尾时，U取波峰值，t取击穿时对应值，（图中1坐标点）。将1、2、3各点连续起来，即可得到伏秒特性曲线。（3分）对于极不均匀电场，其伏秒特性的特点是平均击穿场强低，放电时延长，曲线上翘；对于稍不均匀电场或均匀电场，其伏秒特性的特点是平均击穿场强高，放电时延短，曲线平坦。（3分）（3） 均匀电场中沿面闪络电压比纯空气间隙的击穿电压要低，原因是什么？答：如图所示，均匀电场中插入固体介质后仍能保持界面与电力线平行，看起来似乎固体介质的插入完全不影响原来的电场分布。其实不然，此时的沿面闪络电压已比纯空气间隙的击穿电压低得多，这说明原先的均匀电场发生了畸变，原因为：固体介质与电极吻合不紧密，存在气隙。由于空气的气比固体介质的固低，气隙中场强比平均场强大得多，气体中首先发生局部放电。放电发生的带电质点，到达固体介质表面使原均匀电场畸变，变成不均匀电场，降低了沿面闪络电压。（2分）固体介质表面吸潮而形成水膜。水具有离子电导，离子在电场中受电场力作用而沿介质表面移动，在电极附近积聚起电荷，使介质表面电压不均匀，电极附近场强增强。（2分）介质表面电阻分布不均匀，表面粗造，有毛剌或损伤，都会引起介质表面分布不均匀，使闪络电压降低。（2分）（4） 画出交流耐压试验接线图，说明各元件的作用。答：图为工频耐压试验原理接线图。调压器T1用来调节工频试验电压的大小和升降速度（1分），试验变压器T2用来升高电压供给被试品所需的高电压（1分），球隙G是用来测量高电压（或保护被试品免受过电压）（1分），R1用来限制被试品放电时试验变压器的短路电流不超过允许值和高压绕组的电压梯度不超过危险值（1分），R2用来限制球隙放电时的电流不致灼伤铜球表面（1分）。（1分）（5） 画出下列倍压整流电路A、B、C点对地（O点）的电压波形。答：如图所示，A、B、C点对地（O点）的电压波形。每画出1个波形得2分三、 论述题（20分）（1） 论述工程纯液体介质的气泡击穿理论以及影响液体介质击穿电压的因素。答：对液体介质的击穿可分为两种情况：1）对于纯净液体介质，其击穿强度很高。在高电场下发生击穿的机理各种理论，主要分为电击穿理论和气泡击穿理论。前者以液体分子由电子碰撞而发生电离为前提条件，后者则以认为液体分子由电子碰撞而发生气泡，或在电场作用下因其它原因发生气泡，由气泡内气体放电而引起液体介质的热击穿。（4分）2）纯净的液体电介质的击穿场强虽然很高，但其精制、提纯极其复杂，而且设备在制造和运输中又难免产生杂质，所以工程上使用的液体中总含有一些杂质，称为工程纯液体，可用小桥理论来说明其过程。以变压器油为例：油中：（6分）（2） 输电线路耐雷水平是如何定义的？工程上采用什么措施来提高其耐雷水平？答：输电线路耐雷水平是指雷击线路时线路绝缘子不发生闪络的最大雷电流幅值。（3分）工程上采用以下措施提高耐雷水平：架设避雷线、降低杆塔接地电阻、架设耦合地线、采用不平衡绝缘的方式、自动重合闸、采用消弧线圈接地方式、架设线路避雷器、加强绝缘等。（7分）高电压技术复习题1. 所谓“过电压”是指（电力系统中出现的对绝缘有危险的电压升高和电位差升高）。2. 产生“过电压”原因的不同，电力系统的过电压可分为：系统过电压 3. 电力系统在发生雷击或进行操作时，输电线路的都可能产生以（行波）的过电压波，该波过程的本质是（能量沿着导线传播）的过程，即在导线周围逐步建立起（电场和磁场）的过程，也就是在导线周围空间（储存电磁能）的过程。4. 波阻抗Z是（电压波与电流波之间）的比例常数，它反映了波在传播过程中遵循（储存在单位长度线路周围媒质中的电场能量和磁场能量一定相等）的规律，所以Z是（一个非常重要）的参数。5. 电压波的符号（指取决于它的极性），而与电荷的（运动方向）无关。6. 过电压波在线路开路末端处的（电压加倍，电流变零），这种电压（加倍升高）对线路的绝缘是（很危险的）。7. 过电压波在线路末端短路（接地）处的（电流加倍，电压变零），该现象表明这时的全部能量都（转化为磁场能量储存起来）。8. 在波过程的分析中，可将入射波和波阻抗为Z的线路，用一个（用一个集中参数）的等值电路来代替，其中（电源电势等于电压入射波的两倍，该电源内阻等于线路波阻抗Z）。这就是应用广泛的（彼得逊）法则。9. 比得逊法则只适用于（入射波必须是一条分布参数线路传播过来）。其次，只适用于（节点A之后的任何一条线路末端产生的反射尚未回到A点之前）的情况。10. 变压器绕组中的波过程是以（一系列振荡形式的驻波的方法来探讨的）。分析其过电压可能达到的（幅值和波形）是设计变压器（绝缘结构的基础）。11. 旋转电机绕组中的波过程与（输电线路相似），该过程因（大量折、反射）而变得极其复杂，在工程分析中，常采用（取平均值的方法）的宏观处理方法分析之。12. 雷电放电是一种（超长气隙的火花放电）。“云地”间的线状雷的放电经过（先导电，后放电回击）等阶段完成的。13. 雷暴日是（一年中发生雷电的田鼠，以听到雷声为准）。在一天内只要听到过雷声，无论（次数多少）均计为（一个雷暴日），雷暴小时数则是（一年中发生雷电放电的小时数，）即在一个小时内只有（一次雷电），就计作（一个雷电小时）。14. 雷电通道（即主放电通道）可达数千米长，而半径仅为数厘米，类似于（一条分布参数线路），它具有的等值波阻抗称作（雷道波阻抗），我国规程建议（Z0300）。15. 定义雷击于（低接地电阻（30）的物体时所流过雷击点的电流）为雷电流，它的幅值I用来表示（雷电的强度指标），近似等于（传播下来的电流入射波I0的两倍）即（I=I0）。16. 定义（雷电流的幅值与波前时间）的比值为雷电流的陡度，即（=I/T），我国规定T1=2.6s,即（=I/2.6（KA/s），实则max可取为（50KA/s）左右。17. 在防雷计算中，可按不同的要求，采取（双指数法、斜角法、斜角平顶法、半余弦法）等不同的计算波形。18. 雷电放电释放的能量一小部分用于（空气分子发生电离，激励和光辐射），大部分消耗在（雷道周围空气的空气膨胀，产生巨响），还有一部分能量使（被击中的接地物体发热），总的来说，雷电放电就是（把原先产生雷云时所吸收的能量反还给大自然）。19. 称（雷击于线路附近或甚至雷击于接地的线路杆塔顶部）时，在（绝缘的导线上引起的感应过电压）为感应雷击过电压。感应雷击过电压在三相导线上（同时出现），且数值（基本相等），不会出现相间（电位差和相位闪络）。20. 现代电力系统中实际采用的防雷保护装置有（避雷针、避雷线、保护间隙、各种避雷器、防雷接地、电抗线圈、电容器、消弧线圈、自动重合闸等等）。21. 避雷针较宜用于（变电所、发电厂那样相对集中）的保护对象，避雷线则宜用于（像架空输电线路那样伸展很广）的保护对象。22. （雷电先导通道开始确定闪击目标的高度H）称作雷击定向高度。雷电绕过（避雷装置而击中被保护的物理）的现象称作绕击。23. 避雷器被（雷电过电压）击穿，在工作电压的作用下将有（一工频电流继续流过已经电离化了的击穿通道），这一电流称为（工频）续流。24. 阀式避雷器的保护水平是指该避雷器上可能会出现的最大冲击电压的峰值。国标和国际标准中规定为：UR、Ubi、U1sg各除以1.15后所得其中的最大值作为UPi.25. 阀式避雷器主要由（火花间隙F及与之串联的工作电阻R）两大部分组成。因此，它的最主要保护特性参数就是（火花间隙的冲击冲击放电U0（i）和流过避雷器的冲击电流在（工作电阻上）产生的压降，即（残压）。26. 避雷针的保护角（=45），避雷线的保护角（=25）。27. 接地电阻Re等于（从接地体到地下远处零位面之间的电压UE与流过的工频或直流电流Ie之比）又称作（稳态电阻）；接地装置流过（冲击大电流时）呈现的电阻称作（冲击接地电阻Ri）,( Ri与Re之比)称作冲击系数i.28. 雷击线路时，它的绝缘（尚不至于发生闪络）的最大雷电或能引起（绝缘闪络）的最小雷电流幅值（ ）称为线路的耐雷水平。29. 在（雷暴日次数Zc=40情况下100km的线路）每年因雷击而引起的跳闸次数称为（雷击跳闸率），其单位为（次/100km.40雷暴日）。30. 为限制进入变电所的雷电过电压波的波前陡度和阀式避雷器动作后的续流，应（取接近变电所2km线路段）作为进线保护段。进线保护段内避雷线的保护角（不宜超过20，最小应超过15），杆塔的（接地电阻）应降低，以提高（进线保护段的耐雷水平）。31. 旋转电机的防雷保护（要求高难度大），要全面考虑（线阻的绝缘，匝间绝缘和中性点绝缘的保护要求）。32. 出现频繁、对绝缘水平影响大，发展发展机理教典型的内部过电压为：33. 电力系统绝缘配合的根本任务是（正确处理过电压和绝缘这一矛盾）。以达到（任务安全，经济供电）的目的。1.试分析波阻抗的物理意义极其与电阻的不同。波阻抗Z是电压波与电流波之间的一个比例常数，即Z=u/I。和电阻一样，与电源频率或波形无关，呈阻性。不同：（1）波阻抗只是一个比例常数，完全没有长度的古、概念，线路长度的大小并不影响波阻抗Z的数值；而一条长线的电阻是与线路长度成正比的；（2）波阻抗从电源吸收的功率和能量是以电磁能的形式储存在导线周围的媒质中，并未消耗掉；而电阻从电源吸收的功率和能量均转化为热能而散失掉了。2.在何种情况下应使用串联电感降低入侵波的陡度？在何种情况下应使用并联电容？试举例说明。电压入射波不是无限长直角波，而是波长很短的矩形波，应使用串联电感，不但能拉平波前和波尾，而且还能在一定程度上降低其峰值。如冲击截波。在无限长直角波的情况下应使用并联电容，此时电容充满电后相当于开路。如电容式电压互感器。3.试述冲击电晕对防雷保护的有利和不利方面。有利：1偶合系数增大；2引起的衰减，导线波阻抗减小；3波速减小。4试分析在冲击电压作用下，发电机绕组内部波过程和变压器绕组内部波过程的不同点。发电机绕组内部波过程与输电线行波运动过程相同，由一系列行波变压器绕组内部波过程是一系列振荡驻波。5.试述雷电流幅值的定义。雷电流幅值是表示强度的指标，也是产生雷电过电压的根源，是最重要的雷电参数。6.试分析管型避雷器与保护间歇的异同点。相同点：二者采用的火花间隙亦属极不均匀电场，其伏秒特性很陡，难以与被保护绝缘的伏秒特性取得良好的配合。会产生大幅值截波，对变压器类设备的绝缘很不利。不同点：保护间隙没有专门的灭弧装置，因而其灭弧能力很有限的。而管型避雷器虽然有较强能力的保护间隙，但所能灭弧的续有一定的上下限。7.某电厂的原油罐，直径10m，高出地面10m，用独立避雷针保护，针距罐壁至少5m，试设计避雷针的高度。解：hxh/2,即有P=1。由rx=(h- hx)P 解得h=15,若hxh/2,解的h与假设不一致。即h=15m8.试从物理概念上解释避雷针对降低导线上感应过电压的作用。避雷针理解为“导闪针”或“引雷针”。它是通过使雷击向自身来发挥其保护作用。由于避雷针一般高于被保护对象，它们的切面先导往往开始得最早，发展得最快，从而最先影响下行先导的发展方向使之击向避雷针，并顺利进入地下，从而使处于它们周围的较低物体受到屏蔽保护，免遭雷击。9.试分析雷击杆塔的影响耐雷水平的各种因素的作用，工厂中常采用哪些措施来提高耐雷水平？作用：（1）线路绝缘，提高线路绝缘即提高绝缘子串的50%冲击闪络电压。（2）杆塔接地电阻Ri,降低杆塔接地电阻Ri，提高线路耐雷水平和减少反击概率的主要措施。（3）偶合地线，具有一定的分流作用和增大导地线之间的偶合系数，因而提高线路的耐雷水平和降低雷击跳闸率。措施：（1）提高线路绝缘；（2降低杆塔接地电阻；（3）增大偶合系数。10.雷电放电可分为哪几个主要阶段？（1）先导放电阶段；（2）主放电阶段；（3）箭状连续多次放电。11.为什么绕击时的耐雷水平远低于雷击杆塔的耐雷水平？因为绕