高电压技术习题(附答案)

高电压技术习题(附答案)一、选择题1.关于汤逊放电理论，下列描述错误的是（）A.适用于低气压、短间隙条件B.电子崩的发展依赖α过程（电子碰撞电离）和γ过程（正离子碰撞阴极发射二次电子）C.击穿电压与pd（气压×间隙距离）的关系遵循巴申曲线D.流注的形成是放电发展的关键阶段2.某均匀电场间隙中，空气气压为0.1MPa，间隙距离为5mm，若击穿场强为30kV/cm，则击穿电压约为（）A.15kVB.30kVC.45kVD.60kV3.下列因素中，会使气体击穿电压降低的是（）A.提高气体纯度B.增加气体湿度（非凝结态）C.采用极不均匀电场D.减小电极表面粗糙度4.电晕放电的主要特征不包括（）A.伴随臭氧和氮氧化物提供B.放电集中在电极表面附近C.击穿电压远高于起始电晕电压D.放电电流呈脉冲特性5.对变压器油进行耐压试验时，若油中含有水分，击穿电压会（）A.显著降低B.略有升高C.基本不变D.先降后升6.雷电过电压属于（）A.工频过电压B.操作过电压C.外部过电压D.谐振过电压7.测量冲击电压波形时，常用的分压器类型是（）A.电阻分压器B.电容分压器C.阻容分压器D.电感分压器8.某110kV线路绝缘子串的爬电距离为140cm，系统最高运行线电压为121kV，则爬电比距为（）A.1.16cm/kVB.1.4cm/kVC.2.16cm/kVD.3.4cm/kV9.SF6气体作为绝缘介质的主要优点是（）A.液化温度低（-60℃以下）B.灭弧能力是空气的100倍C.化学性质不稳定易分解D.对温室效应无影响10.冲击电压下，50%击穿电压的定义是（）A.施加10次冲击电压，恰好5次击穿的电压值B.击穿概率为50%的冲击电压峰值C.平均击穿电压的50%D.耐受概率为50%的电压值二、简答题1.简述流注放电理论与汤逊放电理论的主要区别。2.分析极不均匀电场中“电晕稳定效应”对击穿电压的影响。3.固体绝缘介质的沿面放电与纯空气间隙击穿相比，有哪些典型特征？4.说明变压器油中水分对击穿电压的影响机理，并列举提高油击穿电压的措施。5.操作过电压的主要产生原因有哪些？限制操作过电压的常用方法包括哪些？6.解释“伏秒特性”的定义及其在绝缘配合中的作用。7.简述冲击电压发生器的基本工作原理（画出简化回路并说明充放电过程）。8.分析污秽绝缘子的“污闪”过程，说明等值附盐密度（ESDD）的测量意义。三、计算题1.已知空气的巴申曲线参数A=15cm⁻¹·atm⁻¹，B=365V·cm⁻¹·atm⁻¹，γ=0.02（二次电子发射系数）。当pd=2atm·cm时，计算均匀电场下的击穿电压（取自然对数底e≈2.718）。2.某10kV配电线路采用悬式绝缘子，单片绝缘子的工频击穿电压为75kV（干态），爬电距离为280mm。系统最高运行线电压为10.5kV，要求爬电比距不小于2.5cm/kV（线电压）。（1）计算需要的绝缘子片数；（2）若环境湿度增加导致沿面放电电压降低15%，计算此时单片绝缘子的湿态击穿电压。3.某500kV输电线路的避雷器标称放电电流下的残压为950kV，变压器的雷电冲击耐受电压（LIWV）为1425kV。已知避雷器与变压器之间的引线电感为1.2μH，雷电流波前时间为2.6μs，雷电流幅值为20kA。（1）计算引线电感引起的附加电压；（2）校验变压器的绝缘配合是否满足要求（冲击系数取1.1）。4.对某电缆进行直流耐压试验，试验电压为4U₀（U₀为电缆额定相电压），电缆电容C=0.5μF，试验回路泄漏电流I=100μA。（1）计算试验变压器的输出功率；（2）若试验电压需在10s内从零升至额定值，计算所需的充电电流（忽略泄漏电流）。5.某均匀电场间隙在标准大气条件（p₀=101.3kPa，t₀=20℃）下的击穿场强为30kV/cm。当实际大气条件为p=95kPa，t=35℃时，计算间隙距离d=8cm时的击穿电压（大气校正系数k=1/(1.031×(p/p₀)/(273+t)/(273+t₀))）。6.测量某绝缘子的冲击50%击穿电压时，施加8次冲击电压，结果分别为：185kV（击穿）、190kV（击穿）、195kV（耐受）、200kV（耐受）、205kV（击穿）、210kV（耐受）、215kV（击穿）、220kV（耐受）。采用升法计算50%击穿电压（相邻电压间隔ΔU=5kV）。答案一、选择题1.D（流注理论是汤逊理论的补充，关键阶段是流注的形成；汤逊理论不涉及流注）2.A（30kV/cm=3kV/mm，5mm×3kV/mm=15kV）3.C（极不均匀电场会导致局部场强集中，降低击穿电压；其余选项均提高击穿电压）4.C（电晕放电是局部放电，击穿电压可能接近或略高于起始电晕电压）5.A（水分形成小桥，降低油的击穿场强）6.C（雷电过电压由外部雷电流引起，属于外部过电压）7.C（阻容分压器兼顾高频响应和分压精度）8.A（爬电比距=爬电距离/线电压=140cm/121kV≈1.16cm/kV）9.B（SF6灭弧能力是空气的100倍；液化温度较高，化学性质稳定，属于温室气体）10.B（50%击穿电压指击穿概率为50%的冲击电压峰值）二、简答题1.主要区别：①适用条件：汤逊理论适用于低气压短间隙（pd较小），流注理论适用于高气压长间隙（pd较大）；②放电发展关键因素：汤逊理论依赖α和γ过程的累积，流注理论强调空间电荷畸变电场及光电离的作用；③击穿判据：汤逊理论为电流无限增大，流注理论为流注贯穿间隙。2.电晕稳定效应指极不均匀电场中，电晕放电产生的空间电荷会畸变电极附近电场，使放电发展趋于稳定。其影响：①提高间隙的击穿电压（空间电荷削弱了电极表面的强场区域，需更高电压才能形成主放电通道）；②使伏秒特性曲线更平缓（电晕放电对冲击电压的时间响应起到缓冲作用）。3.典型特征：①沿面放电电压低于纯空气间隙击穿电压（固体表面电荷积累和电场畸变）；②放电发展受固体表面状态（粗糙度、污秽、湿度）影响显著；③可能出现局部电弧（滑闪放电），伴随表面烧蚀；④爬电距离是设计的关键参数（需满足爬电比距要求）。4.影响机理：水分以悬浮态或溶解态存在于油中，形成“小桥”通道，降低油的击穿场强；悬浮水滴在电场中极化串联，形成低电导路径，引发热击穿。措施：①过滤脱水（真空滤油）；②添加吸附剂（如硅胶）；③控制油中含气量；④采用密封结构防止水分侵入。5.产生原因：①空载线路分闸（断路器电弧重燃引起过电压）；②空载变压器分闸（截流效应）；③电容器组合闸（高频振荡）；④系统故障切除（不对称短路引起谐振）。限制方法：①采用低重燃率断路器；②并联避雷器（如MOA）；③加装合闸电阻；④限制操作时间（选相分合闸）。6.伏秒特性定义：同一绝缘间隙在不同冲击电压波形下，击穿电压峰值与击穿时间的关系曲线（U-t曲线）。作用：①比较不同绝缘结构的冲击耐受能力；②指导绝缘配合（保护设备的伏秒特性应低于被保护设备，且留有足够裕度）；③分析过电压作用下的绝缘可靠性。7.冲击电压发生器原理：简化回路为Marx发生器，由多个电容C通过电阻R并联充电至U₀，放电时通过球隙触发击穿，电容串联对负载放电，产生冲击电压波。过程：①充电阶段：电源经电阻对各电容并联充电至U₀；②放电阶段：球隙击穿，电容串联向负载放电，形成前沿（由波前电阻决定）和后沿（由波尾电阻决定）的冲击波形。8.污闪过程：①污秽层吸潮形成导电膜（表面电导率增加）；②局部电弧在污秽层表面燃烧（干区电阻增大，电压分布不均）；③电弧沿表面延伸，当电弧长度足够时发生闪络。ESDD测量意义：量化绝缘子表面污秽程度（单位面积上的等效氯化钠质量），用于评估污闪风险，指导污秽等级划分和绝缘配置。三、计算题1.巴申公式：U=Bpd/[ln(Apd)-ln(ln(1/γ))]代入数据：pd=2atm·cm，A=15，B=365，γ=0.02计算分母：ln(15×2)-ln(ln(1/0.02))=ln30ln(ln50)=3.401ln(3.912)=3.401-1.364=2.037U=365×2/2.037≈358V2.（1）爬电比距要求：2.5cm/kV（线电压），总爬电距离需≥2.5×10.5=26.25cm/片单绝缘子爬电距离280mm=28cm≥26.25cm，故1片即可（实际工程中需考虑安全裕度，可能取2片，但按计算1片满足）。（2）湿态击穿电压=75kV×(1-15%)=63.75kV3.（1）引线电感附加电压：ΔU=L×di/dt=1.2μH×(20kA/2.6μs)=1.2×10⁻⁶×(20×10³)/(2.6×10⁻⁶)=1.2×20×10³/2.6≈9230.77V≈9.23kV（2）避雷器总残压=950kV+9.23kV≈959.23kV变压器耐受电压需≥1.1×959.23≈1055.15kV，而实际LIWV=1425kV＞1055.15kV，满足要求。4.（1）试验变压器输出功率P=U×I，U=4U₀（假设U₀=10kV/√3≈5.77kV，则U=4×5.77≈23.08kV），I=100μA=0.1mAP=23.08kV×0.1mA=2.308W（注：若U₀为相电压，需明确系统电压等级；本题未给U₀具体值，可保留符号计算）（2）充电电流I=C×dU/dt=0.5μF×(4U₀)/10s（若U₀=10kV/√3，则dU/dt=4×5.77kV/10s≈2.308kV/s）I=0.5×10⁻⁶F×2308V/s≈1.154×10⁻³A=1.154mA5.大气校正系数k=1/[1.031×(p/p₀)/((273+t)/(273+t₀))]p=95kPa，p₀=101.3kPa，t=35℃，t₀=20℃k=1/[1.031×(95/101.3)/(308/293)]=1/[1.031×0.938/1.051]=1/[1.031×0.892]≈1/0.920≈1.087标准击穿电压U₀=30kV/cm×8cm=240kV实际击穿电压U=U₀×k=240×1.087≈260.88kV6.升法计算50%击穿电压：将结果按顺序排列，标记击穿（B）和耐受（F）：185B