高电压技术重点复习大纲
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汤逊理论
三个过程:
α过程:起始电子形成电子崩的过程。
β过程:造成离子崩的过程。
γ过程:离子崩到达阴极后,引起阴极发射二次电子的过程。
总结:
1.将电子崩和阴极上的γ过程作为气体自持放电的决定因素是汤逊理论的基础。
2.汤逊理论的实质是电子碰撞电离是气体放电的主要原因,二次电子来源于正离子撞
击阴极表面使阴极表面逸出电子,逸出电子是维持气体放电的必要条件。
3.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。
汤逊理论的适用范围
?汤逊理论是在低气压pd较小条件下建立起来的,pd过大,汤逊理论就不再适用。
?pd过大时(气压高、距离大)汤逊理论无法解释:
?放电时间:很短;
?放电外形:具有分支的细通道;
?击穿电压:与理论计算不一致;
?阴极材料:无关;
?汤逊理论适用于pd<26.66kPa ·cm。
巴申定律:
当气体成份和电极材料一定时,气体间隙击穿电压(ub)是气压(p)和极间距离(d)乘积的函数。
气体放电流注理论:
它考虑了高气压、长气隙情况下不容忽视的若干因素对气体放电的影响,主要有以下两方面
?空间电荷对原有电场的影响;
?空间光电离的作用。
四个过程:
a)起始电子发生碰撞电离形成初始电子崩;初崩发展到阳极,正离子作为空间电荷畸
变原电场,加强正离子与阴极间电场,放射出大量光子;
b)光电离产生二次电子,在加强的局部电场下形成二次崩;
c)二次崩电子与正空间电荷汇合成流注通道,其端部有二次崩留下的正电荷,加强局
部电场产生新电子崩使其发展;
流注头部电离迅速发展,放射出大量光子,引起空间光电离,流注前方出现新的二次崩,延长流注通道;
d)流注通道贯通,气隙击穿。
注:流注速度为108~109cm/s,而电子崩速度为107cm/s。
流注条件:
必要条件是电子崩发展到足够的程度,电子崩中的空间电荷足以使原电场明显畸变,加强电子崩崩头和崩尾处的电场;另一方面电子崩中电荷密度很大,所以复合频繁,放射出的光子在这部分很强,电场区很容易成为引发新的空间光电离的辐射源,二次电子主要来源于空间光电离;气隙中一旦形成流注,放电就可由空间光电离自行维持。
流注自持放电条件:
初崩头部电子数要达到10的8次方时,放电才能转为自持,出现流注。
小 结
1.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,二者过渡值为pd=26.66kPa·cm ;
(1)汤逊理论的基本观点: 电子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必要条件。
(2)流注理论的基本观点:
① 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
气体空间光电离来解释气体放电通道的发展过程; ② 放电从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
10的8次方以上时,引起空间光电离质变,电子崩汇合成流注; ③ 流注一旦形成,放电转入自持。
2. 引起气体放电的外部原因有两个,其一是电场作用,其二是外电离因素。 把去掉外界因素作用后,放电立即停止的放电形式称为非自持放电;把由电场作用就能维持的放电称为自持放电。
3. 汤逊理论和流注理论自持放电条件的比较 (1)汤逊理论:自持放电由阴极过程来维持; 流注理论:依赖于空间光电离。 (2) γ系数的物理意义不同。
电场不均匀程度的划分
? 电场越不均匀,击穿电压和电晕起始电压之间的差别越大;
? 从放电观点看:电场的不均匀程度可以根据是否存在稳定的电晕放电来区分; ? 从电场均匀程度看:可用电场的不均匀系数划分;
f<2时为稍不均匀电场; f>4时为极不均匀电场。
? 稍不均匀电场中的放电过程与均匀电场相似,属于流注击穿,击穿条件就是自持放
电条件,无电晕产生。
? 但稍不均匀电场中场强并非处处相等.
8
10≈d e α
电晕放电
? 定义:由于电场强度沿气隙的分布极不均匀,因而当所加电压达到某一临界值时,
曲率半径较小的电极附近空间的电场强度首先达到了起始场强E0,因而在这个局部区域出现碰撞电离和电子崩,甚至出现流注,这种仅仅发生在强场区(小曲率半径电极附近空间)的局部放电称为电晕放电 ,开始出现电晕放电的电压成为电晕起始电压。 ? 特点:电晕放电是极不均匀电场特有的自持放电形式,电晕起始电压低于击穿电压,
电场越不均匀其差值越大。
极性效应
极不均匀电场中的放电存在着明显的极性效应。
极性决定于表面电场较强的电极所具有的电位符号:
? 在两个电极几何形状不同时,极性取决于曲率半径较小的那个电极的电位符号,如
“棒-板”气隙。
? 在两个电极几何形状相同时,极性取决于不接地的那个电极上的电位,如“棒-棒”
气隙。
正极性
(1)自持放电前阶段
正空间电荷削弱棒极附近场强而加强外部电场,阻止棒极附近流注形成使电晕起始电压提高;
(2)自持放电阶段
空间电荷加强放电区外部空间的电场,因此当电压进一步提高时,强场区将逐渐向极板推进至击穿。 负极性
(1)自持放电前阶段:正空间电荷加强棒极附近场强而削弱外部电场,促进棒极附近流注形成使电晕起始电压降低。
(2)自持放电阶段:空间电荷削弱放电区外部空间的电场,因此当电压进一步提高时,电晕区不易向外扩展,气隙击穿将不顺利,因此负极性击穿电压比正极性高很多,完成击穿所需时间也长得多。 因此:
冲击电压:
冲击电压就是作用时间极为短暂的电压,一般之雷电冲击电压和操作冲击电压
)()(->+c c U U )()(+>-b b U U
冲击放电时延
? 实验表明:对气隙施加冲击电压使其击穿不仅需要足够幅值的电压,有引起电子崩
并导致流注和主放电的有效电子,而且需要一定的电压作用时间。
冲击放电的总时间为:
? 短气隙中(1cm 以下),特别是电场均匀时,tf< 小ts : ? 可提高外施电场使气隙中出现有效电子的概率增加 ? 可采用人工光源照射,使阴极释放出更多的电子 ? 较长气隙时,放电时延主要决定于形成延时tf ,且电场越不均匀, tf 越大 雷电冲击50%击穿电压 定义:在多次施加同一电压时,其中半数导致气隙击穿,以此反映气隙的耐受冲击电压的能力。 特点:(1)在均匀和稍不均匀场中,击穿电压分散性小 冲击系数 (2)在极不均匀电场中,由于放电时延较长,其冲击系数 击穿电压分散性也较大。 伏秒特性 绘制伏秒特性的方法 ? 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 。 ? 当电压不很高时击穿一般在波长发生;当电压很高时,击穿百分比将达100%, 放电时延大大缩短,击穿可能发生在波前发生 ? 当击穿发生在波前时,U 与t 均取击穿时的值;当击穿发生在波长时, U 取波峰 值,t 取击穿值 ? 50%伏秒特性的绘制 f s b t t t t ++=1050U U ≈1 50≈=U U β1>β ?极不均匀:平均击穿场强低,放电时延长,曲线上翘; ?稍不均匀:平均击穿场强高,放电时延短,曲线平坦。 ?因此在避雷器等保护装置中,保护间隙采用均匀电场,确保在各种电压下保护装置伏秒特性低于被保护设备。 提高气体介质电气强度的方法 一、改善电场分布 1.改善电极形状一改善电场分布。 电场分布越均匀,平均击穿场强越高,如不可避免出现极不均匀电场,则尽可能采用对称电场 2.利用空间电荷改善电场分布。 极不均匀电场中间隙被击穿前先发生电晕现象,所以在一定条件下,可以利用放电产生的空间电荷来改善电场分布,提高击穿电压。 3.极不均匀电场采用屏障改善电场分布。 在极不均匀电场中,放入薄片固体绝缘材料,在一定条件下可以显著提高间隙的击穿电压 二、削弱或抑制电离过程 1.高气压的采用。 2.高真空的采用。 a)在各种设备的绝缘结构中大都还要采用固体或者液体介质,他们在真空 中都会逐渐释放出气体,是高真空无法长期保持。所以实际中采用高真 空作为绝缘介质的情况很少。 3.采用强电负性气体。 a)高电气强度气体(SF6)的采用 ①其电子附着效应大大减弱碰撞电离过程; ②分子量、直径大,自由行程小; ③碰撞引起分子极化反应,能量损失。 ④SF6电气设备尺寸大大缩小,且不受气候影响,但造价高而且它 是对臭氧层有破坏作用的温室气体。 b)高电气强度气体(SF6)的理化特性 ①液化问题一般不存在。 ②纯净的SF6无毒,但它的分解物有毒,对材料有腐蚀作用。 ③关于含水量:水分是最有害的物质。在设备安装、运行时要检 测和控制含水量是否符合国家标准。 ④用SF6-N2混合气体代替SF6气体。可取得很大经济效益。 沿面放电及防污措施 沿面放电是指沿气体介质与固体介质的界面上发展的放电现象,它是一种特殊的气体放电。沿面放电的三种现象: 1.均匀和稍不均匀电场中的沿面放电。 2.极不均匀电场具有弱垂直分量时的沿面放电、 3.极不均匀电场具有强垂直分量时的沿面放电。 液体、固体介质的电气特性 电介质: 在电场中能产生极化的物质,指通常条件下导电性能极差、在电力系统用作绝缘的材料。极化: 在外加电场的作用下,电介质中的正、负电荷沿电场方向作有限位移或转向,形成电矩(偶极矩) 电介质的电导 定义:在电场的作用下,由带电质点沿电场方向移动而形成电导电流;它可以分为离子电导和电子电导。 要点:带电质点主要是离子,也称离子式电导 指标:用电导率γ(s/cm)表示 电介质的损耗 介质损耗的含义:任何电介质在电场作用下都有能量损耗,包括由电导引起的损耗和由某些极化过程引起的损耗。电介质的能量损耗简称介质损耗。 用tgδ作为综合反映介质损耗特性优劣的指标 理由:介质损耗P值和试验电压U、试品等值电容量、电源频率等许多因素有关,而tgδ是一个仅取决于材料本身的损耗特征而与上述种种因素无关的物理量。 tgδ的增大,意味着介质绝缘性能变差,实践中常通过测量tgδ来判断设备绝缘的好坏。 在电场的作用下,电介质中出现的电气现象: 1.在弱电场下,主要有极化、电导、介质损耗等 2.在强电场下,主要有放电、闪络、击穿等 液体电介质的击穿理论 1. 电击穿:认为在电场作用下,阴极上由于强场发射或热发射出来的电子产生碰撞电离形成电子崩,最后导致液体击穿 2. 气泡击穿:认为液体分子由电子碰撞而产生气泡,或在电场作用下因其它原因产生气泡,由气泡内的气体放电,产生电和热而引起液体击穿。 3. 纤维桥接击穿:(小桥理论)工程用变压器油中含有水分和纤维等杂质,由于它们的ER很大,容易沿电场方向极化定向,排列成杂质小桥。 工程判断变压器油质量方法:判断油的质量,依靠测量其电气强度、tgδ和含水量等。其中最重要的试验项目是用标准油杯测量油的工频击穿电压。我国采用的标准油杯极间距离为2.5mm,电极是直径等于25mm的圆盘型铜电极,电极的边缘加工成半径为2.5mm的半圆以减弱边缘效应。 影响液体介质击穿电压的因素 1.电压形式和电极形状的影响 击穿电压跟电压的作用时间和电压上升率有关,电压作用时间越长,Ub越小;电压上升越快Ub越大 2. 含水量、含气量 含水量越大击穿场强越小,但是降到某一极限时基本不变 3. 温度 含水量较低时,击穿场强基本与温度无关; 含水量较高时,击穿场强随温度上升而上升. 4.杂质的影响 5. 油量的影响 油量越大,击穿场强越小,因为缺陷概率增加 提高液体介质击穿电压的方法 1.提高油的品质 过滤;防潮;除去水分和气体 2 .覆盖层 在金属电极上贴固体绝缘薄层,可阻断杂质小桥 油本身品质越差,电压作用时间越长,效果越好。 3 .绝缘层 当覆盖层厚度增大,本身承担一定电压时,成为绝缘层。 用在不均匀电场中,被覆在曲率半径较小的电极上。 4 .屏障 放在电极间油间隙中的固体绝缘板 作用可以割断杂质小桥的形成 固体介质击穿的特点 1.击穿场强一般比气体和液体电介质高得多 2.击穿场强与电压作用时间有很大的关系; 3.绝缘是非自恢复的,一旦发生击穿,其绝缘性能不能再自行恢复; 击穿理论 1.电击穿:在强电场下电介质内部电子剧烈运动,发生碰撞电离,产生新的更多自由 电子,这些二次电子参与随后电离,形成电子崩,同时碰撞破坏了固体介质的晶格结构,使电导增大而导致击穿。 特点:电压作用时间短、击穿电压高,电介质发热不显著;击穿场强与电场均匀程度密切相关,而与周围环境温度无关。 2.热击穿:由于固体介质内部热不稳定性造成。 特点: (1)在电压作用下,产生的电导电流和介质极化引起介质损耗, 使介质发热.发热温度升高,电导率进一步增大,温度进 一步上升,发热大于散热而击穿. (2)热击穿电压随环境温度的升高而下降,热击穿电压直接与 散热条件有关.热击穿时间较长. 3.电化学击穿:固体介质在长期(几个月乃至几年)工作电压下,由于介质内部缺陷, 导致发生局部放电,产生的腐蚀性物质使使绝缘劣化,电气强度逐渐下降并引起的击穿。 局部放电使电介质劣化损伤的机理: ?绝缘层表面污秽,形成泄漏电流,引起热破坏,称为电老化,发展下去电击穿或热击穿. ?放电过程产生活性气体O3、H2等对介质产生氧化和腐蚀作用,使介质逐渐劣化; ?放电过程产生的带电粒子撞击介质,引起局部温度上升,加速介质氧化并使局部电导和介质损耗增加; ?带电粒子撞击还有可能破坏有机高分子材料结构,使其裂解; ?放电产生的高能辐射线引起材料分解; 影响固体电介质击穿电压的因素 1. 电压作用时间 2. 电场均匀程度与介质厚度 3.温度 4.受潮 5.累积效应 提高固体电介质击穿电压的措施 1.改进制造工艺。 清除杂质、水分、气泡;使介质尽可能致密均匀 2.改进绝缘设计 采用合理的绝缘结构;改进电极形状,使电场尽可能均匀;改善电极与绝缘体的接 触状态,消除接触处的气隙 3.改善运行条件 注意防潮、防尘;加强散热 绝缘老化 电气设备的绝缘在运行过程中受到电、热、化学和机械力的长期作用,导致其物理、化学、电气和机械等性能的劣化,称为绝缘的老化。 1. 电老化(电解,局部放电) 2. 热老化 3. 固体介质的机械应力老化 4. 固体介质的环境老化 绝缘电阻: 施加直流电压时测得的电阻,通常指吸收电流衰减完毕后测得的稳态电阻值。 吸收比: K1>1,K1值越大,表示吸收现象越显著,绝缘的性能越好 反之,则表明绝缘受潮严重或者有贯穿性缺陷 极化指数: 测试功效 : 可有效地发现:(1)两极间有穿透性的导电通道 (2)整体受潮或局部严重受潮 (3)表面污秽 不能发现的缺陷: (1) 绝缘中的局部缺陷 (2) 绝缘的老化 判断方法:将所测电阻值与标准及以往历史数据比 较 二. 介质损耗角正切 的测量 测试功效 有效: a.整体受潮、全面老化 b .小电容试品的严重局部缺陷 c .绕组上附积油泥 d .绝缘油脏污劣化等 很少有效:大容量设备的局部缺陷 西林电桥 通常施加5~10kV 交流电压 B 60 15 156015601//I I I U I U R R K == =min 1min 102R R K = 西林电桥接线 正接线:D点接地,C点接高压,试品两端不能接地。电桥可调部分处于低电位,调试方便安全,主要用于实验室试验 反接线:D点接高压,C点接地,试品一端直接接地。电桥本体应有高绝缘强度,有可靠的接地线 ,适用于现场试验 测量的影响因素 (1)外界电磁场干扰——屏蔽 (2)温度的影响——尽可能在10~30℃的条件下测量 (3)试验电压的影响——测量 与 的关系,有助 (一般5~10kV) 于判断绝缘的状态和缺陷的类型,图3-11 (4)试品表面泄漏的影响——将试品擦拭干净,必要时加屏蔽 (5)试品电容量的影响——对电容量大的试品,测 不灵敏,应分别测量各部分的 工频交流耐压试验 工频交流耐压试验是用来检验绝缘在工频交流电压下的性能,在有些场合也用来等效地检验绝缘对操作过电压和雷电过电压的耐受能力。 工频高压试验的基本接线 ) 1(2 424234C R R C R C N x ω+=N x C C R C R R R 42 42242423) 1(ωω+=4 41 C R C R tg x x ωωδ==2 R 1 R A V kV ~ 1 PV f L f C 2 PV F x C TM T 高压实验变压器特点 ● 电压高 击穿电压比正常工作电压高很多 ● 容量小 在击穿前只需要提供电容电流;击穿后,切断 电源,出现短路时间短。一般试品的电容量小 故容量小 ● 体积小 容量小,故体积小;电压高,套管大而长 ● 绝缘裕度小 实验条件下,产生的过电压小,绝缘裕度小 ● 连续运行时间短 运行时间短,发热较轻 ● 漏抗大 串级实验变压器 实验电压超过500KV 时,一般采用串级试变。 ● 增加累接绕组,累接绕组电压与低压侧电压相同; ● 累接绕组的低端和高压绕组高端相连; ● 各台变压器高压绕组的容量相同。 N 级装置容量利用率为: 级数越多利用率越低,一般串级数不大于3 工频高电压的测量 1、球隙测压器 根据球的直径和被测电压类型查找放电电压表 2、静电电压表 利用静电力的效应制成的,让外力与静电力平衡,外力 的大小反应外加电压的大小 3、峰值电压表 4、分压器配低压表计 电阻分压器和电容分压器 直流高电压的产生 半波整流 12+= n ηF k U '=2 1nU U = 倍压整流 额定直流电压 额定直流电流 电压脉动系数 串级直流高压发生器 L R C R T ~ V T ~ 空载输出电压: U o =2nU m U m -电源交流电压幅值 n -级数 2 min max U U U av +≈L av av R U I =221min max U U U Cf R U U S L av -===δδ式中 直流高电压测量: 1、棒—棒间隙测压器 2、静电电压表 3、高值电阻串接微安表 4、高值电阻分压器配低压仪表 冲击高电压试验 冲击高电压试验是用来检验各种高压电气设备 在雷电过电压和操作过电压作用下的绝缘性能或保 护性能。 多级 冲击电压发生器(Marx 回路) 工作原理:并联充电、串联放电 电阻R 的作用: 充电过程看,R 可以取为零;放电过程,要求R 足够大 可减小附加放电的不利影响。 阻尼电阻Rd 的作用:阻尼寄生振荡。 n 级冲击电压发生器的等效关系 操作冲击高压波的产生: 1、利用冲击电压发生器产生 2、利用变压器产生操作冲击电压波 冲击高压波的测量: V 接被试 C m d nU U nR R n C C ≈==2111 1、球隙测压 2、冲击分压器测压 3、冲击电压数字测量系统 4、峰值电压表 线路和绕组中的波过程 实际电路中参数具有分布性,必须考虑参数分布性的电路,称为分布参数电路。 均匀无损单导线系统: 0C L i u Z == 波阻抗 磁通的增加量 dx iL idL d 0==Φdt dx iL dt dL i dt d u 0 ==Φ=0 01C L dt dx v = =波速 由电磁场理论可知: r h C r h L c r c r 2ln 22ln 20000επεπμμ= =,∴ ) /(1031 8 00s m v r r r r εμεεμμ?= = 导线单位长度所具有的磁场能量等于电场能量 比较波阻抗Z 和R : 1.二者量纲相同,并且都和电源频率或 波形无关,可见波阻抗是阻性的; 2.波阻抗是一个比例常数,其数值只与导线单位长度的电感和电容有关,与线路长度无关;而线路的电阻与线路长度成正比; 3.波阻抗是储能元件,它从电源吸收能量,以电磁波的形式沿导线向前传播,能量以电磁能的形式储存在导线周围的介质中;电阻是耗能元件,它从电源吸收的能量转换成热能而散失。 均匀无损单导线的波动方程: u u vt x u vt x u u ' '+'=++-=)()(21i i vt x u vt x u Z i ' '+'=+--=)]()([12 1t i L x u ??=??-0t u C x i ??=??- 0) (1vt x u u -='—前行电压波(入射波) ) (2vt x u u +=''—反行电压波(反射波) )(1vt x i i -='—前行电流波 ) (2vt x i i +=''—反行电流波 Z i u =' 'Z i u -=' '' '00C L i u Z ==2 0202121u C i L =? 行波计算的基本方程: Z Z u u u u i i u u i u ≠ '' -' '' +' = '' +' '' +' = 注意: Z i u = ' ' Z i u - = '' '' u u u'+'= i i i'' +' = 例题1:沿高度10m,半径为10mm的单根架空线有一个幅值700kV的过电压波运动,求电流波的幅值。 解题:导线的波阻抗为: 电流波幅值为: kA Z U i56 .1 450 700 /' '= = = 例题2:如还有一个幅值为500kV的过电压波反向运动,求两波叠加范围内导线上的电压和电流 雷电及防雷保护装置 雷电过程与雷电参数 当电荷密集中心处场强达25~30KV/cm 时,就引发雷电放电。绝大多数电力系统事故是云--地之间的线状雷电造成的 雷电放电过程 1.先导阶段 微弱的放电通道,分级推进,每级平均长度25~50m ,下行的平均速度0.1~0.8m/us.电流不大数十至数百安 2.主放电和迎面流注阶段 下行先导场强高,使周围空气电离,在地面或突起的物体上形成向上的迎面先导,当下行先导与迎面先导相遇,进入主放电阶段,出现强烈电荷中和过程,出现雷鸣和闪光。主放电时间短,50~100us;速度快,50~100m/us;电流大,数十至数百千安 3. 余辉阶段 主放电之后,云层中剩余电荷沿导电通道流向大地,持续时间0.03~0.15s ,电流为数百安 雷电参数 1. 雷暴日(Td):一年中发生雷电的天数(30-40)。 雷暴小时(Th):一年中发生雷电的小时数(100)。 地面落雷密度( ) :每平方公里地面在一个雷暴日 中受到的平均雷击次数。 2. 雷道波阻抗: 雷电流幅值(I ):雷电流指雷击于低接地电阻(≤ )的物体时流过雷击点的电流。 经验公式: 反行波电流 导线电压: kV U U U 1200'''=+= 导线电流: I=1.56-1.11=0.45kA Ω ≈3000Z Ω300 2I I ≈ 一般地区:88lg I P - = 少雷地区:44 lg I P -= I —雷电流幅值(kA) P —幅值大于I 的雷电流出现的概率 防雷保护装置:指能使被保护物体避免雷击,而引雷于本身,并顺利地泄入大地的装置 避雷针和避雷线 保护原理:当雷云放电时使地面电场畸变,在避雷针的顶端形成局部场强集中的空间以影响雷电先导放电的发展方向,使雷电对避雷针放电,再经过接地装置将雷电流引入大地,从而使被保护物体免遭雷击 保护范围、绕击率 绕击率:指雷电绕过避雷装置而击中被保护物体的概率。 我国有关规程推荐的保护范围对应于0.1%的绕击率。 适用范围 避雷针适宜于象变电所、发电厂那样相对集中的保护对象;避雷线主要用于架空线路那样伸展很广的保护对象。 避雷器 避雷器是一种过电压限制器,它与被保护设备并联运行,当作用电压超过一定幅值以后避雷器总是先动作,泄放大量能量,限制过电压,保护电气设备。 保护间隙:结构简单、价格低廉;熄弧能力弱、伏秒特性陡峭、难以与被保护设备配合,动作产生截波、不能保护带绕组的设备,主要用于10kV 以下配电网线路的保护,往往与自动重合闸装置配合使用。 管式避雷器:管型避雷器利用电弧燃烧时产生的热量使产气管里的产气材料(纤维、塑料、橡胶等)产生气体纵吹电弧,使电弧熄灭。伏秒特性陡峭、动作产生截波、放电分散性大,主要用于输电线路上绝缘比较薄弱的地方。 避雷 保护间隙 管式避雷器 阀式避雷器 普通阀式避雷器(FS/FZ) 磁吹阀式避雷器(FCZ/FCD) 金属氧化物避雷器(MOA) 阀式避雷器 阀式避雷器分带间隙和无间隙阀式避雷器两种。 防雷接地 接地与分类 接地:指将地面上的金属物体或电气回路中的某一节点通过导体与大地保持等电位。 (1).工作接地:根据电力系统正常运行需要而设置的接地。)10~5.0(Ω (2).保护接地:为了人身安全而将电气设备的金属外壳等加以接地,它在故障条件下才发挥作用。)10~1(Ω (3).防雷接地:用来将雷电流顺利泄入大地,以减小它引起的过电压,是防雷保护装置不可缺少的组成部分 (4).静电接地:防止由静电引起的爆炸、火灾,如贮油罐接地 电力系统防雷保护 输电线路的防雷保护 雷击跳闸率:它是指所算为统一的条件下,因雷击而引起的线路跳闸次数,此统一条件规定为每年40个雷暴日和100KM 的线路长度。 输电线路的防雷措施 1. 防止雷直击导线。 2. 防止雷击塔顶或者避雷线后引起绝缘闪络。 3. 防止雷击闪络后转化为稳定的工频电弧。 4. 防止线路中断供电。 输电线路的感应雷过电压 1感应雷过电压的产生。 88lg I P -=44lg I P - = 2无避雷线时的感应雷过电压。 有避雷线时候的感应雷过电压。 发电厂和变电所的防雷保护 它们的雷害事故主要来源于两个方面:1.雷直击于发电厂、变电厂所;2.雷击输电线路产生的雷电波沿线路侵入发电场和变电所。 高电压技术试题 一、填空(35分,每空1分,请选填35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 1.2μs,操作冲击电压波尾时间为2500μs。 (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。 高电压技术复习题 一、名词答案释 1、电晕放电 要点:发生在曲率半径小的电极附近的气体放电现象。 2、污闪放电 要点:沿污染的固体介质表面发生的放电现象。 3、耐雷水平 要点:雷电流作用下,不至于发生闪络的最大耐受值或发生闪络的最小耐受值。 4、热击穿 要点:在电场作用下,介质内部由于热累积形成的烧穿、融化等现象 5、介质损失角正切 电流与电压的夹角是功率因数角,令功率因数角的余角为δ,显然是中的有功分量,其越大,说明介质损耗越大,因此δ角的大小可以反映介质损耗的大小。于是把δ角定义为介质损耗角。 6、起始放电电压 要点:从非自持放电向自持放电转变过程中对应的电压值。 7、雷暴日 指某地区一年四季中有雷电放电的天数,一天中只要听到一次及以上雷声就是一个雷暴日 8、伏秒特性 对某一冲击电压波形,间隙的击穿电压和击穿时间的关系称为伏秒特性。 9、气体击穿 气体由绝缘状态变为导电状态的现象称为击穿。 10、保护角 保护角是指避雷线与所保护的外侧导线之间的连线与经过避雷线的铅垂线之间的夹角。 11、吸收比 指的是电流衰减过程中的两个瞬间测得的两个电流值或两个相应的绝缘电阻值之比。(或指被试品加压60秒时的绝缘电阻与加压15秒时的绝缘电阻之比。)12、热电离 要点:热作用下自由电子动能增大,发生的碰撞电离。 二、简答题 1、什么是电介质?它的作用是什么? 答:电介质是指通常条件下导电性能极差的物质,云母、变压器油等都是电介质。电介质中正负电荷束缚得很紧,内部可自由移动的电荷极少,因此导电性能差。作用是将电位不同的导体分隔开来,以保持不同的电位并阻止电流向不需要的地方流动。 2、简述巴申定律的基本内容? 要点:着重说明巴申定律曲线拐点左右的变化规律及原因。需根据不同气压下,自由电子碰撞电离的难易程度进行定性说明。 3、简述雷击塔顶形成反击的物理过程? 要点:着重说明雷击塔顶后,在绝缘子两侧形成的过电压的来源。 4、简述雷击塔顶引发反击的形成原理? 1/ 3 《高电压技术期末考试卷 班级姓名座号得分 一、单项选择题(本大题共8小题,每小题2分,共16分)在每小题列出的四个选项中只有 一个选项是符合题目要求的,请将正确选项前的字母填在题后的括号内。 1.流注理论未考虑( )的现象。 A.碰撞游离 B.表面游离 C.光游离 D.电荷畸变电场 2.极化时间最短的是( )。 A.电子式极化 B.离子式极化 C.偶极子极化 D.空间电荷极化 3.先导通道的形成是以( )的出现为特征。 A.碰撞游离 B.表现游离 C.热游离 D.光游离 4.下列因素中,不会影响液体电介质击穿电压的是() A.电压的频率 B.温度 C.电场的均匀程度 D. 杂质 5.电晕放电是一种()。 A.滑闪放电 B.非自持放电 C.沿面放电 D.自持放电 6.以下四种气体间隙的距离均为10cm,在直流电压作用下,击穿电压最低的是()。 A.球—球间隙(球径50cm) B.棒—板间隙,棒为负极 C.针—针间隙 D.棒—板间隙,棒为正极 7.不均匀的绝缘试品,如果绝缘严重受潮,则吸收比K将( ) A.远大于1 B.远小于1 C.约等于1 D.不易确定 8.雷击线路附近地面时,导线上的感应雷过电压与导线的() A. 电阻率成反比 B.悬挂高度成反比 C.悬挂高度成正比 D. 电阻率成正比 二、填空题(本大题共9小题,每空1分,共18分) 1.固体电介质电导包括_______电导和_______电导。 2.极不均匀电场中,屏障的作用是由于其对________的阻挡作用,造成电场分布的改变。 3.电介质的极化形式包括________、________、________和夹层极化。 4.气体放电现象包括_______和_______两种现象。 5.带电离子的产生主要有碰撞电离、______、______、表面电离等方式。 6.工频耐压试验中,加至规定的试验电压后,一般要求持续_______秒的耐压时间。 7.按绝缘缺陷存在的形态而言,绝缘缺陷可分为_______缺陷和______缺陷两大类。 8.在接地装置中,接地方式可分为________、________、________。 9.输电线路防雷性能的优劣主要用________和_________来衡量。 三、判断题(本大题共5小题,每小题2分,共10分)在每小题的括号内对的打“√”,错 的打“×”。 1.无论何种结构的电介质,在没有外电场作用时,其内部各个分子偶极矩的矢量和平均来说 为零,因此电介质整体上对外没有极性。() 2.在四种电介质的基本极化形式中,只有电子式极化没有能量损耗。() 3.测量电气设备的绝缘电阻时一般要加直流电压,绝缘电阻与温度没有关系。() 4.防雷接地装置是整个防雷保护体系中可有可无的一个组成部分。() 5.管式避雷器实质上是一只具有较强灭弧能力的保护间隙。() 四、名词解释题(本大题共5小题,每小题6分,共30分) 1.吸收比: 水利电力职业技术学院 《高电压技术》期末考试卷(供用电0631)A卷 课程编码:考试时间:2008年5月8日 : 120分钟 一、是非题(T表示正确、F表示错误;每小题1分,共10分) ()1、在大气压力下,空气间隙击穿电压与阴极材料无关。 ()2、试品绝缘状况愈好,吸收过程进行的就愈快。 ()3、用作高压电气设备的绝缘材料,希望其相对介电常数大。 ()4、绝缘子直径越大,其绝缘强度也越高。 ()5、工作电压常常是决定绝缘使用寿命的主要条件。 ()6、对于35kv及以上的变电所,可以将避雷针装设在配电装置的构架上。 ()7、为了防止反击,一般规程要求避雷针与被保护设备在空气中的距离大于3米。()8、架空线路的避雷线保护角越大,保护范围也就越大。 ()9、在发电机电压母线上装设电容器的作用是限制侵入波的幅值。 ()10、通常以系统的最高运行线电压为基础来计算内部过电压的倍数。 1、流注理论未考虑()的现象。 A.电荷畸变电场B.碰撞游离 C.光游离 D.表面游离 2、电晕放电是一种()。 A.非自持放电B.自持放电C.电弧放电D.均匀场中放电 3、滑闪放电是以介质表面的放电通道中发生()为特征。 A.光游离B.热游离C.极化 D.碰撞游离4、在高气压下,气隙的击穿电压和电极表面()有很大关系。 A.面积 B.粗糙度 C.电场分布 D.形状 5、在高压电气的绝缘材料中,若材料中存留有小的空气隙,外施电压后,空气隙比绝缘材 料的电气强度()。 A.低 B.高 C.相同 D.无法判定 6、在现场对油浸纸绝缘的电力电缆进行耐压实验,所选择的方法最适宜的是( )。 A.交流耐压 B.冲击耐压 C.工频耐压 D.直流耐压 7、为了保护旋转电机的匝间绝缘,必须将入侵波的陡度限制在()。 A.2kv/us B.3kv/us C.5kv/us D.6kv/us 8、在工程上常以( )作为提高线路耐雷水平的主要措施。 汤逊理论 三个过程: α过程:起始电子形成电子崩的过程。 β过程:造成离子崩的过程。 γ过程:离子崩到达阴极后,引起阴极发射二次电子的过程。 总结: 1.将电子崩和阴极上的γ过程作为气体自持放电的决定因素是汤逊理论的基础。 2.汤逊理论的实质是电子碰撞电离是气体放电的主要原因,二次电子来源于正离子撞 击阴极表面使阴极表面逸出电子,逸出电子是维持气体放电的必要条件。 3.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。 汤逊理论的适用范围 ?汤逊理论是在低气压pd较小条件下建立起来的,pd过大,汤逊理论就不再适用。 ?pd过大时(气压高、距离大)汤逊理论无法解释: ?放电时间:很短; ?放电外形:具有分支的细通道; ?击穿电压:与理论计算不一致; ?阴极材料:无关; ?汤逊理论适用于pd<26.66kPa ·cm。 巴申定律: 当气体成份和电极材料一定时,气体间隙击穿电压(ub)是气压(p)和极间距离(d)乘积的函数。 气体放电流注理论: 它考虑了高气压、长气隙情况下不容忽视的若干因素对气体放电的影响,主要有以下两方面 ?空间电荷对原有电场的影响; ?空间光电离的作用。 四个过程: a)起始电子发生碰撞电离形成初始电子崩;初崩发展到阳极,正离子作为空间电荷畸 变原电场,加强正离子与阴极间电场,放射出大量光子; b)光电离产生二次电子,在加强的局部电场下形成二次崩; c)二次崩电子与正空间电荷汇合成流注通道,其端部有二次崩留下的正电荷,加强局 部电场产生新电子崩使其发展; 流注头部电离迅速发展,放射出大量光子,引起空间光电离,流注前方出现新的二次崩,延长流注通道; d)流注通道贯通,气隙击穿。 注:流注速度为108~109cm/s,而电子崩速度为107cm/s。 高电压技术复习要点(2013-2014-1 0912121-2) (王伟屠幼萍编著高电压技术)第1章气体放电的基本物理过程 1.何为原子的激励和电离。 2.气体电离的形式及基本概念。 3.气体碰撞电离与哪些因素有关。 4.气体产生放电的首要前提。 5.热电离与碰撞电离的异同。 6.影响逸出功的因素。 7.金属电极表面电离的四种形式。 8.负离子形成对气体放电的影响。 9.气体放电过程中存在哪三种带电质点。 10.带电粒子的自由行程及特性。 11.影响平均自由行程的因素。 12.带电粒子的迁移率。为何电子的迁移率和平均自由行程大于离子。 13.何为带电离子的扩散,何原因所致。 14.带电粒子消失的主要方式。 15为何电子与离子间的复合概率远小于正、负离子复合概率。 16.气体放电分为哪两类。 17.非自持放电自持放电 18.绘制并说明“气体中电流与电压的关系曲线”及对应的放电过程。 19.阐述Townsend理论。 20.电子碰撞电离系数;正离子表面电离系数。 21.自持放电条件表达式。 22.影响电子碰撞电离系数的因素。 23.Paschen定律,击穿电压为何具有最小值。 24.当pd>200(cm.133Pa)后,击穿过程与Townsend理论的差异主要有哪些。 25. Townsend理论的适用范围。 26.流注理论的特点;流注 27.正流注、负流注以及二者形成的不同之处。 28根据放电特征,电场均匀程度如何划分。 29.电晕放电;防止和减轻电晕放电的根本途径。 30.极性效应 31.雷电放电的三个主要阶段。 32.沿面放电。 33.固体介质表面电场分布的三种典型情况。 34.极不均匀电场具有强垂直分量时沿面放电过程。 35.滑闪放电以什么为特征。沿面放电与什么有关。比电容。 一、选择 1.流注理论未考虑( )的现象。 A.碰撞游离 B.表面游离 C.光游离 D.电荷畸变电场 2.极化时间最短的是( )。 A.电子式极化 B.离子式极化 C.偶极子极化 D.空间电荷极化 3.先导通道的形成是以( )的出现为特征。 A.碰撞游离 B.表现游离 C.热游离 D.光游离 4.下列因素中,不会影响液体电介质击穿电压的是() A.电压的频率 B.温度 C.电场的均匀程度 D. 杂质 5.电晕放电是一种()。 A.滑闪放电 B.非自持放电 C.沿面放电 D.自持放电 6.以下四种气体间隙的距离均为10cm,在直流电压作用下,击穿电压最低的是()。A.球—球间隙(球径50cm) B.棒—板间隙,棒为负极 C.针—针间隙 D.棒—板间隙,棒为正极 7.不均匀的绝缘试品,如果绝缘严重受潮,则吸收比K将( ) A.远大于1 B.远小于1 C.约等于1 D.不易确定 8. 衡量电介质损耗的大小用()表示。 A.相对电介质 B.电介质电导 C.电介质极化 D.介质损失角正切 9.以下哪种因素与tgδ无关。() A.温度 B.外加电压 C.湿度 D.电压的频率 10.SF6气体具有较高绝缘强度的主要原因之一是( ) A.无色无味性 B.不燃性 C.无腐蚀性 D.电负性 11.下列哪种电介质存在杂质“小桥”现象( ) A.气体 B.液体 C.固体 D.无法确定 12.构成冲击电压发生器基本回路的元件有冲击性主电容C1,负荷电容C2,波头电阻R1和波尾电阻R2。为了获得一很快由零上升到峰值然后较慢下降的冲击电压,应使( ) A.C1>>C2,R1>>R2 B.C1>>C2,R1< [题型]:多选题 超高压输电线路主要采用( )措施限制内部过电压。A.断路器加分、合闸电阻 B.装并联电抗器 C.并联电抗器中性点加装小电抗器,破坏谐振条件D.线路中增设开关站,将线路长度减短 E.改变系统运行接线 答案:A|B|C|D|E 试题分类:高电压技术/本科 所属知识点:高电压技术/第9章/第1节 难度:3 分数:1 电介质在电场作用下,主要有()等物理现象。A.极化 B.电导 C.介质损耗 D.击穿 答案:A|B|C|D 试题分类:高电压技术/本科 所属知识点:高电压技术/第3章/第1节 难度:2 分数:1 关于氧化锌避雷器,下列描述正确的是()。A.具有优异的非线性伏安特性 B.不能承受多重雷击 C.通流容量较小 D.工频续流为微安级,可认为没有工频续流 E.不太适合保护GIS等设备 答案:A|D 试题分类:高电压技术/本科 所属知识点:高电压技术/第7章/第2节 难度:3 分数:1 下面的选项中,非破坏性试验包括( )。 A.绝缘电阻试验 B.交流耐压试验 C.直流耐压试验 D.局部放电试验 E.绝缘油的气相色谱分析 F.操作冲击耐压试验 G.介质损耗角正切试验 H.雷电冲击耐压试验 答案:A|D|E|G 试题分类:高电压技术/本科 所属知识点:高电压技术/第4章/第1节 难度:3 分数:1 用铜球间隙测量高电压,需满足哪些条件才能保证国家标准规定的测量不确定度?( ) A.铜球距离与铜球直径之比不大于0.5 B.结构和使用条件必须符合IEC 的规定 C.需进行气压和温度的校正 D.应去除灰尘和纤维的影响 答案:A|B|C|D 试题分类:高电压技术/本科 所属知识点:高电压技术/第5章/第4节 难度:3 分数:1 交流峰值电压表的类型有:( ) A.电容电流整流测量电压峰值 B.整流的充电电压测量电压峰值 C.有源数字式峰值电压表 D.无源数字式峰值电压表 答案:A|B|C 试题分类:高电压技术/本科 所属知识点:高电压技术/第5章/第4节 难度:3 分数:1 测量高电压的仪器和装置有( ) A.静电电压表 B.峰值电压表 C.球隙 D.分压器 答案:A|B|C|D 试题分类:高电压技术/本科 所属知识点:高电压技术/第5章/第4节 难度:3 分数:1 光电测量系统有哪几种调制方式( ) A.幅度-光强度调制(AM-IM) 1绝缘强度:电解质保证绝缘性能所能承受的最高电场强度。 2自由行程:电子发生相邻两次碰撞经过的路程。 3汤逊电子崩理论:尤其是电子在电场力作用下产生碰撞电离,使电荷迅速增加的现象。4自持放电:去掉外界电离因素,仅有电场自身即可维持的放电现象。 5非自持放电:去掉外界电离因素放电马上停止的放电现象。 6汤逊第一电离系数:一个电子逆着电场方向行进1cm平均发生的电离次数。 7汤逊第三电离系数:一个正离子碰撞阴极表面产生的有效电子数。 8电晕放电:不均匀电场中曲率大的电极周围发生的一种局部放电现象。 9伏秒特性:作用在气隙上的击穿电压最大值与击穿时间的关系。 10U%50击穿电压:冲击电压作用下使气隙击穿的概率为50%的击穿电压。 11爬电比距:电气设备外绝缘的爬电距离与最高工作线电压有效值之比。 12检查性试验:检查绝缘介质某一方面特性,据此间接判断绝缘状况。 13耐压试验:模拟电气设备在运行中收到的各种电压,以此判定耐压能力。 14吸收比:加压后60s与15s测量的电阻之比。 15容升效应(电容效应)回路为容性,电容电压在变压器漏抗上的压降使电容电压高于电源电压的现象。 16耦合系数:互波阻与正波阻之比。 17地面落雷密度;每一雷暴日每平方公里地面上受雷击的次数。 18落雷次数:每一百公里线路每年落雷次数。 19工频续流:过电压消失后,工作电压作用下避雷器间隙继续流过的工频电流。 20残压:雷电流过阀片电阻时在其上产生的最大压降。 21灭弧电压:灭弧前提下润徐加在避雷器上的最高工频电压。 22保护比:残压与灭弧电压之比。 23耐雷水平:雷击线路,绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值。 24雷击跳闸率:每一百公里线路每年由雷击引起的跳闸次数。 25击杆率:雷击杆塔的次数与雷击线路总次数的比。(山区大) 26绕击率:雷绕击导线的次数与雷击导线总次数的比。 27保护角:避雷线与边相导线的夹角。 28工频过电压:系统运行方式由于操作或故障发生改变时,产生的频率为工频的过电压。29高电压研究内容:绝缘材料抗电性能,耐压性能,限制过电压。 30采用高电压的原因:增加输送容量和距离,降低线路造价比,降低线路比损耗,减小线路走廊用地。 31电气参数:绝缘电阻率,电介常数,介质损耗角正切值,绝缘强度。 32气隙击穿时间:生涯时间(0—U0),统计时延(U0到产生第一个有效电子)放点发展时间(产生第一个有效电子到击穿)。 33缺陷分类:整体性,局部性。 34吸收比的测量:流比计型兆欧表,可发现整体受潮,贯通性缺陷,表面污垢;不可发现局部缺陷,绝缘老化。 35泄漏电流测量:特点,精度高,灵敏度高;微安表。 36介质损失角正切值的测量:正接线实验室;反接线现场。 37绝缘子串电压分布不均匀:原因,存在对地电容;改善措施采用均压环。 38直流耐压试验:特点,试验设备容量小;设备损耗小;易发现电机端部绝缘缺陷;直流耐压值可作为测量泄露电流用。 39冲击高压获得:电容并联充电,串联放电。 《高电压技术》期末冲刺试卷(1) 1.流注理论未考虑( B )的现象。 A.碰撞游离 B.表面游离 C.光游离 D.电荷畸变电场 2.极化时间最短的是( A )。 A.电子式极化 B.离子式极化 C.偶极子极化 D.空间电荷极化 3.先导通道的形成是以( C )的出现为特征。 A.碰撞游离 B.表现游离 C.热游离 D.光游离 4.下列因素中,不会影响液体电介质击穿电压的是(A ) A.电压的频率 B.温度 C.电场的均匀程度 D. 杂质 5.电晕放电是一种( D )。 A.滑闪放电 B.非自持放电 C.沿面放电 D.自持放电 6.以下四种气体间隙的距离均为10cm,在直流电压作用下,击穿电压最低的是( D )。 A.球—球间隙(球径50cm) B.棒—板间隙,棒为负极 C.针—针间隙 D.棒—板间隙,棒为正极 7.不均匀的绝缘试品,如果绝缘严重受潮,则吸收比K将( C ) A.远大于1 B.远小于1 C.约等于1 D.不易确定 8.雷击线路附近地面时,导线上的感应雷过电压与导线的( B ) A. 电阻率成反比 B.悬挂高度成反比 C.悬挂高度成正比 D. 电阻率成正比 二、填空题(本大题共9小题,每空1分,共18分) 1.固体电介质电导包括___表面____电导和_体积______电导。 2.极不均匀电场中,屏障的作用是由于其对__空间电荷__的阻挡作用,造成电场分布的改变。 3.电介质的极化形式包括_电子式极化__、__离子式极化_、__偶极子极化_和夹层极化。 4.气体放电现象包括__击穿_____和__闪络_____两种现象。 5.带电离子的产生主要有碰撞电离、__光电离____、_热点离_____、表面电离等方式。 6.工频耐压试验中,加至规定的试验电压后,一般要求持续__60_____秒的耐压时间。 7.按绝缘缺陷存在的形态而言,绝缘缺陷可分为__集中性_____缺陷和__分散性____缺陷两大类。 8.在接地装置中,接地方式可分为_防雷接地_______、_保护接地_______、_工作接地_______。 9.输电线路防雷性能的优劣主要用__耐雷水平______和_雷击跳闸率________来衡量。 三、判断题(本大题共5小题,每小题2分,共10分)在每小题的括号内对的打“√”,错的打“×”。 1.无论何种结构的电介质,在没有外电场作用时,其内部各个分子偶极矩的矢量和平均来说为零, 因此电介质整体上对外没有极性。(对) 2.在四种电介质的基本极化形式中,只有电子式极化没有能量损耗。(错) 3.测量电气设备的绝缘电阻时一般要加直流电压,绝缘电阻与温度没有关系。(错) 4.防雷接地装置是整个防雷保护体系中可有可无的一个组成部分。(错) 5.管式避雷器实质上是一只具有较强灭弧能力的保护间隙。(对) 四、名词解释题(本大题共5小题,每小题6分,共30分) 1.吸收比:指的是电流衰减过程中的两个瞬间测得的两个电流值或两个相应的绝缘电阻值之比。(或指被试品加压60秒时的绝缘电阻与加压15秒时的绝缘电阻之比。) 2.雷击跳闸率:指每100KM线路每年由雷击引起的跳闸次数 3.雷暴日:指某地区一年四季中有雷电放电的天数,一天中只要听到一次及以上雷声就是一个雷暴日。 4.伏秒特性:对某一冲击电压波形,间隙的击穿电压和击穿时间的关系称为伏秒特性 5.气体击穿:气体由绝缘状态变为导电状态的现象称为击穿 五、简答题(本大题共2小题,每小题8分,共16分) 高电压技术各章知识点 第一篇电介质的电气强度 第1章气体的绝缘特性与介质的电气强度 1、气体中带电质点产生的方式热电离、光电离、 碰撞电离、表面电离 2、气体中带电质点消失的方式流入电极、逸出气 体空间、复合 3、电子崩与汤逊理论电子崩的形成、汤逊理论的 基本过程及适用范围 4、巴申定律及其适用范围 击穿电压与气体相对密度和极间距离乘积之间的关系。两者乘积大于0.26cm时,不再适用 5、流注理论 考虑了空间电荷对原有电场的影响和空间光电离的作用,适用两者乘积大于0.26cm 时的情况 6、均匀电场与不均匀电场的划分以最大场强与 平均场强之比来划分。 7、极不均匀电场中的电晕放电电晕放电的过 程、起始场强、放电的极性效应 8、冲击电压作用下气隙的击穿特性雷电和操作 过电压波的波形冲击电压作用下的放电延时与 伏秒特性50%击穿电压的概念 9、电场形式对放电电压的影响均匀电场无极性 效应、各类电压形式放电电压基本相同、分散性 小极不均匀电场中极间距离为主要影响因素、极 性效应明显。 10、电压波形对放电电压的影响电压波形对均匀 和稍不均匀电场影响不大对极不均匀电场影响 相当大完全对称的极不均匀场:棒棒间隙极 大不对称的极不均匀场:棒板间隙 11、 11、气体的状态对放电电压的影响湿度、密度、海拔高度的 影响 12、气体的性质对放电电压的影响在间隙中加入高电强度气 体,可大大提高击穿电压,主要指一些含卤族元素的强电负 性气体,如SF6 13、提高气体放电电压的措施 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 用高真空高电气强度气体SF6 的采用 i 、是非题(T 表示正确、F 表示错误) (F ) 1、对于35kv 及以上的变电所,可以将避雷针装设在配电装置的构架上。 (F )2、为了防止反击,一般规程要求避雷针与被保护设备在空气中的距离大于 (F )3、架空线路的避雷线保护角越大,保护范围也就越大。 (F )4、在发电机电压母线上装设电容器的作用是防止直雷击。 F )5、通常以系统的最高运行线电压为基础来计算内部过电压的倍数。 (T )6、对于110kv 及以上的变电所,可以将避雷针装设在配电装置的构架上。 (T )7、在发电机电压母线上装设电容器的作用是限制侵入波的陡度。 (T )8、通常以系统的最高运行相电压为基础来计算内部过电压的倍数。 :■、选择题 射?则电流的反射系数B 匚为(B ) 乙-乙 A. B. 乙乙 C. 变电所侵入波过电压 D. 铁磁谐振过电压 5、以下几种方法中在抑制空载线路分闸过电压时相对最为有效的是 (C )P332 A. 采用多油断路器 B. 采用叫性点绝缘系统 C. 采用六氟化硫断路器 D. 中性点经消弧线圈接地 6、在发电厂和变电站中,对直雷击的保护通常采取 _A_方式 7避雷器到变压器的最大允许距离( A ) P286 A .随变压器多次截波耐压值与避雷器残压的差值增大而增大 B. 随变压器冲击全波耐压值与避雷器冲击放电电压的差值增大而增大 1、两个不同波阻抗 乙和Z 2的长线相连于 A 点,当直角电流波长从 乙上入射,传递至A 点时将发生折射与反 C. 2Z ! D. Z ! Z 2 2Z 2 乙乙 2、我国的规程中规定线路防雷设计用雷电流波头时间为 ( C ) A . 1.2's B . 1.5" s C. 2.6」s D. 雷击线路附近大地时 ,当线路高10m,雷击点距线路100m 雷电流幅值 40KA ,线路上感应雷过电压 最大值U G 约为 (C ) A . 25Kv C.100Kv B. 50Kv D. 200Kv 4、以下属于操作过电压的是 ( B ) P325 A. 工频电压升高 B. 电弧接地过电压 3米。 乙-乙 乙乙 A ?避雷针 B. 并电容器 C.接地装置 D. 中性点接地 高电压技术重要知识点-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN 高电压技术各章 知识点 第一篇电介质的电气强度 第1章气体的绝缘特性与介质的电气强度 1、气体中带电质点产生的方式 热电离、光电离、碰撞电离、表面电离 2、气体中带电质点消失的方式 流入电极、逸出气体空间、复合 3、电子崩与汤逊理论 电子崩的形成、汤逊理论的基本过程及适用范围 4、巴申定律及其适用范围 击穿电压与气体相对密度和极间距离乘积之间的关系。两者乘积大于时,不再适用 5、流注理论 考虑了空间电荷对原有电场的影响和空间光电离的作用,适用两者乘积大于时的情况 6、均匀电场与不均匀电场的划分 以最大场强与平均场强之比来划分。 7、极不均匀电场中的电晕放电 电晕放电的过程、起始场强、放电的极性效应 8、冲击电压作用下气隙的击穿特性 雷电和操作过电压波的波形 冲击电压作用下的放电延时与伏秒特性 50%击穿电压的概念 9、电场形式对放电电压的影响 均匀电场无极性效应、各类电压形式放电电压基本相同、分散性小 极不均匀电场中极间距离为主要影响因素、极性效应明显。 10、电压波形对放电电压的影响 电压波形对均匀和稍不均匀电场影响不大 对极不均匀电场影响相当大 完全对称的极不均匀场:棒棒间隙 极大不对称的极不均匀场:棒板间隙 11、气体的状态对放电电压的影响 湿度、密度、海拔高度的影响 12、气体的性质对放电电压的影响 在间隙中加入高电强度气体,可大大提高击穿电压,主要指一些含卤族元素的强电负性气体,如SF6 13、提高气体放电电压的措施 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 绪论 1、输电电压一般分为高压,超高压,特高压。高压指35~220kv,超高压指330~1000kv,特高压指1000kv及以上。高压直流通常指±600kv及以下的直流输电电压,±600kv以上的称为特高压直流。 2、电介质的极化:通常电介质显中性,但是如果其处于电场中,则电荷质点将顺着电场方向产生位移。极化时电介质内部电荷总和为零,但会产生一个与外施电场方向相反的内部电场。 3、流过介质中的电流可以分为三部分:纯电容电流分量,吸收电流,电导电流。 4、电介质损耗:处于电场中的绝缘介质,必然会存在一定的能量损耗,而这些由极化、电导等所引起的损耗就称为介质损耗。 5、介质损耗来源①由介质电导形成的漏电流在交变电压下具有有功电流的性质,由它所引起的功率损耗称为介质电导损耗;②由介质中与时间有关的各种极化过程所引起的损耗。 第一章 1、电离方式可分为热电离,光电离,碰撞电离。 2、汤逊放电理论的适用范围:汤逊理论是在低气压、pd较小的条件下在放电实验的基础上建立的。pd过小或过大,放电机理将出现变化,汤逊理论就不在再适用了。 3、电晕放电现象:在极不均匀场中,当电压升高到一定程度后,在空气间隙完全击穿之前,小曲率电极附近会有薄薄的发光层。 4、电晕放电的危害:①引起功率损耗②形成高频电磁波对无线电广播和电视信号产生干扰③产生噪声。对策:采用分裂导线。利用:①净化工业废气的静电除尘器②净化水用的臭氧发生器③静电喷涂。 5、下行的负极性雷通常可分为三个阶段:先导放电,主放电和余光。 6、提高气体击穿电压的措施:①电极形状的改进。②空间电荷对原电场的畸变作用。③极不均匀场中屏障的作用。④提高气体压力的作用。⑤高真空和高电气强度气体SF6的采用。 7、污闪:由于绝缘子常年处于户外环境中,因此在表面很容易形成一层污物附着层。当天气潮湿时污秽层受潮变成了覆盖在绝缘子表面的导电层,最终引发局部电弧并发展成闪络。 8、污闪发展过程:①污秽层的形成②污秽层的受潮③干燥带形成与局部电弧产生 ④局部电弧发展成闪络。 9、等值盐密法:把绝缘子表面的污秽密度,按照其导电性转化为单位面积上NaCl 含量的一种表示方法。是目前世界范围内应用最广泛的方法。 10、气体放电过程中产生带电质点最重要的方式是什么,为什么? 碰撞电离,碰撞电离主要由电子的碰撞引起,因为电子体积小,其自由行程比离子大得多,所以在电场中获得的动能比离子大得多。其次,由于电子质量非常小,当电子动能不足以使中性质点电离时,会遭到弹射而不损失动能。而离子因其质量与被碰撞的中性质点相近,每次碰撞都会使其速度减小,影响其动能的积累。 高电压技术复习要点(2013-2014-1 0912121-2 ) (王伟 屠幼萍编著 高电压技术) 第1章 气体放电的基本物理过程 1.何为原子的激励和电离。 2.气体电离的形式及基本概念。 3.气体碰撞电离与哪些因素有关。 4.气体产生放电的首要前提。 5.热电离与碰撞电离的异同。 6.影响逸出功的因素。 7.金属电极表面电离的四种形式。 8.负离子形成对气体放电的影响。 9.气体放电过程中存在哪三种带电质点。 10.带电粒子的自由行程及特性。 11.影响平均自由行程的因素。 12.带电粒子的迁移率。为何电子的迁移率和平均自由行程大于离子。 13.何为带电离子的扩散,何原因所致。 14.带电粒子消失的主要方式。 15为何电子与离子间的复合概率远小于正、负离子复合概率。 16.气体放电分为哪两类。 17.非自持放电自持放电 18.绘制并说明“气体中电流与电压的关系曲线”及对应的放电过程。 19.阐述Townsend理论。 20.电子碰撞电离系数;正离子表面电离系数。 21.自持放电条件表达式。 22.影响电子碰撞电离系数的因素。 23.Paschen定律,击穿电压为何具有最小值。 24.当pd>200(cm.133Pa)后,击穿过程与Townsend理论的差异主要有哪些。 25. Townsend理论的适用范围。 26.流注理论的特点;流注 27.正流注、负流注以及二者形成的不同之处。 28根据放电特征,电场均匀程度如何划分。 29.电晕放电;防止和减轻电晕放电的根本途径。 30.极性效应 31.雷电放电的三个主要阶段。 32.沿面放电。 33.固体介质表面电场分布的三种典型情况。 34.极不均匀电场具有强垂直分量时沿面放电过程。 35.滑闪放电以什么为特征。沿面放电与什么有关。比电容。 高电压技术期末考试重点1、质点的来源有两个:一是气体质点本身发生游离;二是位于气体中的金属发生表面游离。 2、气体质点游离所需的能量称为游离能。 3、金属表面游离所需的能量称为逸出功。 4、气体游离有四种:碰撞游离、光游离、热游离、表面游离。 5、带点质点的消失主要有两种形式:一是带点质点的扩散;二是带点质点的复合。 6、自持放电:放电即使取消了外界射线的作用,也能使放点靠外施电压自行维持下去。 7、自持放电的条件:气隙的放电能否维持,关键取决于阴极表面能否连续不断地释放出电子。如果在外电场作用下,这些电子产生的电子崩中的正离子向阴极移动,对阴极表面的游离作用能够代替外界射线的作用,则阴极能源源不断的释放电子。这些电子不断形成新的电子崩,使气隙维持导电状态,即达到了自持放电。 8、流注:初崩中辐射出的光子照射到主崩头部或尾部形成二次电子崩,二次电子崩头部的电子与初崩的正空间电荷汇合成为充满正负带点质点的混合通道,这个正电荷多于负电荷的混合通道。 9、棒板电极的极性效应:对棒—板电极,在棒为不同极性时,由于空间电荷对气隙的电场影响不同,从而将导致其击穿电压和电晕起始电压不同。 10、雷电冲击50%击穿电压:在多次施加电压时,击穿有时发生,有时不发生。施加电压越高,多次施加电压时气隙击穿的百分比越大。当施加n次电压,其中 有半数使间隙击穿时这时对应的电压称为雷电冲击50%电压。 11、对非持续作用的电压来说,一个气隙的耐压性能就不能单一的用“击穿电压”值来表达了,而是对于某个特定的电压波形,必须用电压峰值和击穿电压时间这两者来共同表达才行,这就是该气隙在该电压波形下的伏秒特性。 12、参考大气条件被称为标准大气条件,即气压p0=101.3kPa(76mmHg)、温度θ0=20℃、绝对湿度hc=11g/m3。 13、提高气隙抗电强度的措施: (1)改善电场分布(2)高气压的采用 (3)高真空的采用(4)高抗电强度气体的采用 14、绝缘子的污闪机理 户外绝缘子常会受到工业污秽或自然界盐碱、飞尘、鸟粪等污秽的污染。绝缘子污秽尘埃被润湿时,其表面电导剧增。在外加电压作用下,流过其表面的泄漏电流也剧增。由于在铁脚根部周围的电流密度最大,而该处的污秽层较薄,电阻也最大,因此该处温度最高。在较高温度作用下,铁脚周围出现了烘干带,由于烘干带电阻大,因而将承受较高的电压,这将导致该部分产生局部放电,形成沟通烘干带的局部沿面放电通道。 如果污秽较轻或表面泄漏距离较长,其余串联润湿部分的电阻较大,则局部沿面放电通道的放电电流较小。当局部沿面放电的长度增加到一定程度时,分摊到放电通道上的电压已不足以维持这样长的沿面放电,使放电熄灭。 如果绝缘子污秽严重或爬距较小,将使润湿带电导变大,则烘干带中的局部沿面放电通道电流较大,温度也较高,可达到热游离的程度,形成电弧放电。电弧通道压降小,于是沿面电流进一步增加。由于电弧端部前方电流密度最大,使该部 高电压技术知识点总 结 ?为什么要有高电压:提高输送容量,降低线路损耗,减少工程投资,提高单位走廊输电能力,节省走廊面积,改善电网结构,降低短路电流,加强联网能力。 ?电介质:在其中可建立稳定电场而几乎没有电流通过的物质。 ?极化:在外电场作用下,电介质内部产生宏观不为零的电偶极矩。 ?电介质极化的四种基本类型:电子位移极化,离子位移极化,转向极化,空间电荷极化。 ?介电常数:用来衡量绝缘体储存电能的能力,代表电介质的极化程度(对电荷的束缚能力) ?液体电介质的相对介电常数影响因素(频率):频率较低时,偶极分子来得及跟随电场交变转向,介电常数较大,接近直流情况下的εd;频率超过临界值,偶极分子转向跟不上电场的变化,介电常数开始减小,介电常数最终接近于仅由电子位移极化引起的介电常数εz。 ?电介质的电导与金属的电导有本质上的区别:金属电导是由金属中固有存在的自由电子造成的。电介质的电导是带电质点在电场作用下移动造成的。气体:由电离出来的自由电子、正离子和负离子在电场作用下移动而造成的。液体:分子发生化学分解形成的带点质点沿电场方向移动而造成的。固体:分子发生热离解形成的带电质点沿电场方向移动而造成的。 ?介质损耗:在电场作用下,电介质由于电导引起的损耗和有损极化损耗,总称为介质损耗。 ?电介质的等效电路:电容支路:由真空和无损极化所引起的电流为纯容性。/阻容支路:由有损极化所引起的电流分为有功和容性无功两部分。/纯阻支路:由漏导引起的电流,为纯阻性的。 ?介质损耗因数tgδ的意义:若tgδ过大会引起严重发热,使材料劣化,甚至 可能导致热击穿。/用于冲击测量的连接电缆,要求tgδ必须小,否则会影响到测量精度/用做绝缘材料的介质,希望tgδ。在其他场合,可利用tgδ引起的介质发热,如电瓷泥胚的阴干/在绝缘试验中,tgδ的测量是一项基本测量项目 ?激励:电子从近轨道向远轨道跃迁时,需要一定能量,这个过程叫激励。?电离:当外界给予的能量很大时,电子可以跳出原子轨道成为自由电子。原来的中性原子变成一个自由电子和一个带正电荷的离子,这个过程叫电离。 ?反激励:电子从远轨道向近轨道跃迁时,原子发射单色光的过程称为反激励。 ?平均自由程:一个质点两次碰撞之间的平均距离,其与密度呈反比。 2015高电压技术复习题 一、判断题(将正确的在题后括号内打“√”错误的在题后打“×”) 1、气体去游离的基本形式有漂移、扩散、复合、吸附效应。() 2、游离主要发生在强电场区、高能量区;复合发生在低电场、低能量区。() 3、游离过程不利于绝缘;复合过程有利于绝缘。() 4、气体放电形式中温度最高的是电弧放电。表现为跳跃性的为火花放电。 5、巴申定律说明提高气体压力可以提高气隙的击穿电压。() 6、空气的湿度增大时,沿面闪络电压提高。() 7、电气设备的绝缘受潮后易发生电击穿。() 8、输电线路上的感应雷过电压极性与雷电流极性相同。() 9、避雷器不仅能防护直击雷过电压,也能防护感应雷过电压。() 10、带并联电阻的断路器可以限制切除空载线路引起的过电压。() 11、根据巴申定律,在某一Pd的值时,击穿电压存在极小值。() 12、自然界中的雷电放电就是属于典型的超长间隙放电。() 13、在极不均匀电场中,空气湿度增加,空气间隙击穿电压提高、即使外界游离因素不存在,间隙放电仅依靠外电场作用即可继续进行的放电,称为自持放电。() 14、交流高电压试验设备主要是指高电压试验变压器。() 15、电磁波沿架空线路的传播速度为 C或真空中的光速() 16、一般当雷电流过接地装置时,由于火花效应其冲击接地电阻小于工频接地电阻。() 17、线路的雷击跳闸率包括雷击杆塔跳闸率和绕击跳闸率。() 18、为了防止反击,要求改善避雷线的接地,适当加强绝缘,个别杆塔使用避雷器。() 19、考虑电网的发展,消弧线圈通常处于过补偿运行方式。() 20、在发电厂、变电所进线上,设置进线段保护以限制流过避雷器的雷电流幅值和入侵波的陡度。() 21.无论何种结构的电介质在没有外电场作用时其内部各个分子偶极矩的矢量和平均来说为零因此电介质整体上对外没有极性。() 22.在四种电介质的基本极化形式中只有电子式极化没有能量损耗。() 23.测量电气设备的绝缘电阻时一般要加直流电压绝缘电阻与温度没有关系。() 24.防雷接地装置是整个防雷保护体系中可有可无的一个组成部分。() 25.管式避雷器实质上是一只具有较强灭弧能力的保护间隙。() 二、单选题 1、流注理论未考虑()的现象。 第一章 电介质的电气强度 1.1气体放电的基本物理过程 1.高压电气设备中的绝缘介质有气体、液体、固体以及其他复合介质。 2.气体放电是对气体中流通电流的各种形式统称。 3.电离:指电子脱离原子核的束缚而形成自由电子和正离子的过程。 4.带电质点的方式可分热电离、光电离、碰撞电离、分级电离。 5.带电质点的能量来源可分正离子撞击阴极表面、光电子发射、强场发射、热电子发射。 6.带电质点的消失可分带电质点受电场力的作用流入电极、带电质点的扩散、带电质点的复合。 7.附着:电子与气体分子碰撞时,不但有可能引起碰撞电离而产生出正离子和新电子,也可能发生电子附着过程而形成负离子。 8.复合:当气体中带异号电荷的粒子相遇时,有可能发生电荷的传递与中和,这种现象称为复合。 (1)复合可能发生在电子和正离子之间,称为电子复合,其结果是产生一个中性分子; (2) 复合也可能发生在正离子和负离子之间,称为离子复合,其结果是产生两个中性分子。 9.1、放电的电子崩阶段 (1)非自持放电和自持放电的不同特点 宇宙射线和放射性物质的射线会使气体发生微弱的电离而产生少量带电质点;另一方面、负带电质点又在不断复合,使气体空间存在一定浓度的带电质点。因此,在气隙的电极间施加电压时,可检测到微小的电流。 由图1-3可知: (1)在I-U 曲线的OA 段: 气隙电流随外施电压的提高而增大,这是因为带电质点向电极运动的速度加快导致复合率减小。当电压接近 时,电流趋于饱和,因为此时由外电离因素产生的带电质点全部进入电极,所以电流值仅取决于外电离因素的强弱而与电压无关。 (2)在I-U 曲线的B 、C 点: 电压升高至 时,电流又开始增大,这是由于电子碰撞电离引起的,因为此时电子在电场作用下已积累起足以引起碰撞电离的动能。电压继续升高至 时,电流急剧上升,说明放电过程又进入了一个新的阶段。此时气隙转入良好的导电状态,即气体发生了击穿。 (3)在I-U 曲线的BC 段:虽然电流增长很快,但电流值仍很小,一般在微安级,且此时气体中的电流仍要靠外电离因素来维持,一旦去除外电离因素,气隙电流将消失。 因此,外施电压小于 时的放电是非自持放电。电压达到 后,电流剧增,且此时间隙中电离过程只靠外施电压已能维持,不再需要外电离因素了。外施电压达到 后的放电称为自 持放电, 称为放电的起始电压。 10. 电子崩:电子将按照几何级数不断增多,类似雪崩似地发展,这种急剧增大的空间电子流被称为电子崩。 电子崩的示意图: A U 0U B U 0U 0U 0U高电压技术模拟题
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