河南理工大学高电压技术期末考试总结

河南理工大学高电压技术期末考试总结

名词解释

1电介质：在电场中能产生极化的物质通常条件下导电性能极差、在电力系统

用作绝缘的材料。

2电介质的极化种类：

电子位移极化：当外加一电场，电场力将使荷正电的原子核像电场方向位移，荷负电的电子云中心向电场反方向位移，但原子核对电子云的引力达到平衡时，感应电距也达到稳定。离子位移极化在有离子结合成的介质中，外电厂的作用除了促使各个离子内部产生电子位移极化外，还产生正负离子相对位移而形成的极化。转向极化（偶极子极化）: 出现外电场后偶极子沿电场方向转动，作较有规则的排列，因而显出极性，这种极化称为偶极子极化或转向极化。

空间电荷极化(夹层极化)：空间电荷极化常常发生在不均匀介质中，在外电场的作用下，不均匀电介质中的正负间隙离子分别向负、正极移动，引起电介质内各点离子密度的变化，产生电偶极矩，这种极化称为空间电荷极化。

3电介质损耗：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。

4碰撞电离：气体介质中粒子相撞，撞击粒子传给被撞粒子能量，使其电离。

5光电离:在光照射下，将光子能量传给粒子，游离出自由电子。由光电离而产生的自由电子称为光电子必要条件：光子的能量大于气体粒子的电离能。

6热电离:是热状态下碰撞电离和光电离的综合.

7电极表面电离：气体中的电子也可从金属电极表面游离出来。

8电子崩：外界电离因子在阴极附近产生了一个初始电子，如果空间电场强度足够大，该电子在向阳极运动时就会引起碰撞电离，产生一个新的电子，初始电子和新电子继续向阳极运动，又会引起新的碰撞电离，产生更多电子。依此，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。

结论：由于碰撞电离引起电子崩过程，导致气隙中电子数迅速增加。

9自持放电：撤除外界电离因素后，能仅由电场的作用而维持的放电.

10非自持放电：必须依靠外界电离因素的作用提供自由电子作为电子崩的初始

电子，一旦外界电离因素停止发生作用，则放电中止.

11极化效应：将电介质放入电场，表面出现电荷。这种在外电场作用下电介质

表面出现电荷的现象叫做电介质的极化

12电晕放电：极不均匀电场中，在外加电压下，小曲率半径电极附近的电场强

度首先达到起始场强E0，在此局部区域先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的局部放电称为电晕放电，在外观上表现为环绕电极表面出现蓝紫色晕光。

12极性效应：在极不均匀电场中，高场强电极的不同，空间电荷的极性也不同，对放电发展的影响也不同，这就造成了不同极性的高场强电极的电晕起始电压的不同，以及间隙击穿电压的不同，称为极性效应。

13沿面放电：沿着固体介质表面发展的气体放电现象；

14闪络：沿面放电发展到跨接两级的贯穿性的空气击穿称为闪络。

15伏秒特性：在电压波形一定的情况下，气隙击穿时的外加电压峰值与击穿时间的关系气，称为该气隙的伏秒特性Ub=f(tb)表示该气隙伏秒特性的曲线，称为伏秒特性曲线。

50%击穿电压：在一定波形的冲击电压作用下，外加电压的幅值变化，导致间隙击穿概率为50％时的电压。

16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，破坏了固体介质的晶格结构，使电导增大而导致击穿。

17热击穿：由于固体介质内部热不稳定性造成。

18电化学击穿：固体介质在长期工作电压下，由于介质内部发生局部放电等原因，使绝缘劣化，电气强度逐渐下降并引起的击穿。

19小桥击穿：若杂质小桥接通电极，因小桥的电导大而导致泄露电流增大，发热会促使水分汽化，气泡扩大，发展下去也会出现气体小桥，使油隙发生击穿的现象，就是小桥击穿。

20耐压试验（破坏性试验）：模仿设备绝缘在运行中可能收到的各种电压，对绝缘施加与之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，这类实验有可能导致绝缘的破坏。

21检查性试验（非破坏性实验）：测定绝缘某些方面的特性，并据此间接地判断绝缘的状况，这类实验一般在较低电压下进行，通常不会导致绝缘的击穿损毁。22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。

23介质吸收比：电流衰减过程中，两个瞬间测得的电流值或两个相应的绝缘电阻之比，通常用时间60s与15s时所测的绝缘电阻之比。

24耦合系数在电路中，为表示元件间耦合的松紧程度，把两电感元件间实际的互感（绝对值）与其最大极限值之比定义为耦合系数。

25气体击穿：气体由绝缘状态变为导电状态的现象称为击穿。

26波阻抗：是表征分布参数电路特点的最重要的参数，它是储能元件，表示导线周围介质获得电磁能的大小，具有阻抗的量纲，其值决定于单位长度导线的电感和电容，与线路长度无关。

27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:每一雷暴日每平方公里地面遭受雷击的次数。即100km线路每年约受到0.28（b+4h）次雷击。20-30次；b为两避雷线之间的距离；h为避雷线的平均高度。

28绕击率：指雷电绕过避雷装置而击中被保护物体的概率。

29保护角：避雷线和边相导线的连线与经过避雷线的垂直线之间的夹角。

30耐雷水平：雷击线路时线路绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值，以kA为单位。31雷击跳闸率：每100km线路每年由雷击引起的跳闸次数。

32绕击率：一次雷击线路中出现绕击的概率。

33击杆率：雷击杆塔次数与落雷总数的比值。

34接地电阻：就是电流由接地装置流入大地再经大地流向另一接地体或向远处扩散所遇到的电阻，它包括接地线和接地体本身的电阻、接地体与大地的电阻之间的接触电阻以及两接地体之间大地的电阻或接地体到无限远处的大地电阻。35变电所的进线段保护：作用在于限制流经避雷器的雷电流和限制入侵波的陡度。采用装设串联电抗器即电抗线圈既能限制流过避雷器的雷电流又能限制入侵波陡度。定义：指临近变电所1~2km的一段路上加强防雷保护措施。当线路全线无避雷线时，此段必须架设避雷线；当线路全线有避雷线时，应使此段线路具有较高耐雷水平，减小该段线路内由于绕击和反击所形成侵入波的概率。

36电力系统内部过电压：在电力系统中，由于断路器操作、故障或其他原因，使系统参数发生变化，引起系统内部电磁能量的振荡转化或传递所造成的电压升高。

37操作过电压：因操作或故障引起的瞬间（以毫秒计）电压升高。

38暂时过电压：在瞬间过程完毕后出现的稳态性质的工频电压升高或谐振现象。又包括工频电压升高和谐振过电压。

39工频电压升高：电力系统在正常或故障运行时可能出现幅值超过最大工作相电压、频率为工频或接近工频的电压升高。

40容升效应：在集中参数L、C串联电路中，如果容抗大于感抗，即1/ωC>ωL，电路中将流过容性电流。电容上的电压等于电源电动势加上电容电流流过电感造成的电压升。这种电容上的电压高于电源电动势的现象，称为电容效应。为了限制电容效应引起的工频电压升高，在超高压电网中，广泛采用并联电抗器来补偿线路的电容电流，以削弱其电容效应。

41间歇电弧过电压：在中性点不接地的系统中，发生稳定性单相接地时，当单相接地电弧不稳定处于时燃时灭的状态时，这种间歇性电弧接地使系统工作状态时刻在变化，导致电感电容元件之间的电磁振荡，形成遍及全系统的过电压。42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，形成偶极矩子的过程。

43电介质的极化特点

电子位移极化：存在于一切电介质，极化所需时间短，不随频率变化；极化具有弹性，不损耗能量。

离子位移极化：存在于离子结构电介质中，极化所需时间也很短；极化具有弹性，有极微量能量损耗；随温度升高而增大。

转向极化：存在于极性电介质中，极化所需时间较长, 与电源频率有很大关系；极化消耗能量, 温度过高或过低, 都会减小。

空间电荷极化(夹层极化)：存在于复合介质、不均匀介质中；极化过程很缓慢，只在直流和低频交流下表现出来；极化伴随着能量损耗。

44电介质的电阻率具有负的温度系数；金属的电阻率具有正的温度系数。

45介质损耗角δ 为功率因数角φ 的余角，其正切tgδ 又可称为介质损耗因数，常用百分数（%）来表示。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。

46带电粒子的产生(电离过程）碰撞电离：条件：⑴撞击粒子的总能量＞被撞粒子的电离能⑵一定的相互作用的时间和条件，通过复杂的电磁力的相互作用达到两粒子间能量转换。

47帕邢定律：表征均匀电场气体间隙击穿电压、间隙距离和气压间关系的定律。48电晕的危害及作用：（1）有光、声、热效应造成能量损耗；电晕损耗在超高压输电线路设计中必须考虑（2）产生的高频脉冲电流含有许多高次谐波，造成无线电干扰（3）使空气局部游离，产生的臭氧和氧化氮等会腐蚀金属设备（4）产生可闻噪声；

49避雷针线的保护范围：指具有0.1%左右雷击概率的空间范围（折线法45度）。50避雷针的保护原理是：能使雷云电场发生突变，使雷电流先导的发展沿着避

雷针的方向发展，直击于其上，雷电流通过避雷针及接地装置泄入大地而防止避雷针周围设备受到雷击。

简答题

2电介质电导与金属电导的区别？

带电质点：电介质中为 ionic conduction（固有及杂质离子）；金属中为 ele ctronic conduction。

数量级：电介质的γ小，泄漏电流小；金属的电导电流很大。

电导电流影响因素：电介质中由离子数目决定，对所含杂质、温度很敏感；金属中主要由外加电压决定，杂质、温度不是主要因素。

3汤逊放电理论和流注理论及其区别和适用范围

流注理论和汤逊理论比较：

1. 汤逊理论适用于低气压、短气隙的情况（pd<26.66kPa?cm）

2. 流注理论适用于高气压、长气隙的情况（pd>>26.66kPa?cm）

3.汤逊理论认为电子崩和阴极上的二次发射过程是气体自持放电的决定性因素；流注理论认为电子碰撞电离及空间光电离是维持自持放电的主要因素，并强调了空间电荷畸变电场的作用。

气体放电的流注理论：Pd>>26.66kPa?cm（200mmHg?cm）时，一些无法用汤逊理论解释的现象；(1)放电外形：在大气压下放电不再是辉光放电，而是火花通道(2)放电时间：放电时间短于正离子在通道中到达阴极的行程时间(3)阴极材料的影响：阴极材料对放电电压影响不大;

流注的特点：电离强度很大，传播速度很快，导电性能良好。形成流注后，放电就可以由本身产生的空间光电离自行维持，即转为自持放电，形成流注的条件（即自持放电条件）

4简要解释小桥理论

工程中实际中使用的液体电介质不可能是纯净的，不可避免地混入气体（即气泡）、水分、纤维等杂质。这些杂质的介电常数小于液体的介电常数，在交流电场作用下。杂质中的场强与液体介质中的场强按各自的介电常数成反比分配，杂质中场强较高，且气泡的击穿场强低，因此杂质中首先发生放电，放电产生的带电粒子撞击液体分子，使液体介质分解，又产生气体，使气泡数量增多，逐渐形成易发生放电的气泡通道，并逐步贯穿两极，形成“小桥”，最后导致击穿在此通道中发生。

5 ZnO避雷器的主要优点。

答：与普通阀型避雷器相比，ZnO避雷器具有优越的保护性能。（1）无间隙。

在正常工作电压下，ZnO电阻片相当于一绝缘体，工作电压不会使ZnO电阻片烧坏，因此可以不用串联火花间隙。（2）无续流。当电网中出现过电压时，通过避雷器的电流增大，ZnO电阻片上的残压受其良好的非线性控制；当过电压作用结束后，ZnO电阻片又恢复绝缘体状态，续流仅为微安级，实际上可认为无续流。（3）电气设备所受过电压能量可以降低。虽然在10KA雷电流下的残压值ZnO

避雷器与SiC避雷器相同，但由于后者只在串联火花间隙放电后才有电流流过，而前者在整个过电压过程中都有电流流过，因此降低了作用在变电站电气设备上的过电压幅值。（4）通流容量大。ZnO避雷器的通流能力，完全不受串联间

隙被灼伤的制约，仅与阀片本身的通流能力有关。

6雷电放电过程

（1）先导放电：雷云中负电荷逐渐积聚时，地面感应出正电荷。云中电场强度达到空气的击穿场强（25－30)kV/cm，空气开始游离，出现电子崩→流注→形成向地面运行的不太明亮的先导。先导通道压降小，通道头部的电位接近雷云电位（数万千伏－数亿伏）。当先导发展到离地面大约100m时，由于局部空间场强增大，常常出现从地面向上发展的正电荷的迎面先导。

（2）主放电：当先导通道到达地面或与迎面先导相遇时，通道端部因空气游离而产生高密度的等离子区，此等离子区自地面向雷云迅速传播，形成一条高导电率的等离子通道，使先导和雷云中的电荷与大地的电荷相中和。

（3）余光放电：云中残余电荷（主放电剩余的电荷）沿等离子通道继续中和。

7气隙击穿时间（几个组成部分）

从开始加压瞬间起到气隙完全击穿为止总的时间为击穿时间tb(1)升压时间t0-电压从0升到静态击穿电压U0所需的时间（2）统计时延ts-从电压达到U0的

瞬时起到气隙中形成第一个有效电子为止的时间。（3）放电发展时间tf-从第

一个有效电子到气隙完全被击穿为止的是时间。

8提高气隙击穿电压的方法

（1）改善电场分布（2）采用高度真空（3）增高气压（4）采用高耐电强度气体如SF6

9 SF6气体的应用及为什么选择SF6？

1)物理化学特性，稳定性高。2）SF6气体的绝缘特性（电离和离解特性、电场特性、极性效应、时间、压力特性）3）与其他气体混合时的特性（绝缘灭弧理化）

10影响固体电介质击穿电压的因素：

1）电压作用时间2）温度3）电场均匀程度与介质厚度4）累积效应5）受潮

11提高固体电介质击穿电压的方法

1）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 2）改进制造工艺：清除杂质、水分、气泡；使介质尽可能致密均匀3）改善运行条件：注意防潮、防尘；加强散热

12提高液体电介质击穿电压的方法

1）提高并保持油的品质：压力过滤、真空喷雾

2）覆盖：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）极间障：放在电极间油间隙中的固体绝缘板；作用：ａ．割断杂质小桥的形成ｂ．使另一侧油隙的电场变均匀（不均匀场中）；在极不均匀场中效果明显。面积应足够大。

13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。

14彼德逊法则使用范围

（1）入射波必须是沿分布参数线路传来的；

（2）节点A后面的线路中没有反行波，或节点A后面的线路中反射波尚未到达节点A时；

15输电线路的防雷措施

1）架设避雷线2）降低杆塔接地电阻3）架设耦合地线

16防雷的基本措施是设置避雷针、避雷线、避雷器和接地装置。避雷针（线）可以防止雷电直接击中被保护物体，称为直击雷保护；避雷器可以防止沿输电线侵入变电所的雷电冲击波，称为侵入波保护；接地装置的作用是减少避雷针（线）或避雷器与大地之间的电阻值，达到降低雷电冲击电压幅值的目的。

计算题

1）某电厂原油罐直径为10m，高出地面10m，现采用单根避雷针保护，针距罐壁最少5m，求避雷针高度？解：设针高h<30m则p=1,物高hx=10m,保护半径rx=1 0+5=15m若h≦2hx(即h≦20m)由rx=(h-hx)p 代入数据得：15=(h-10)×1解得h=25m（与h≦20m不符，舍去）若h>hx(即h>20m), 由rx=(1.5h-2hx)p代入数据得：15=(1.5h-2×10)×1解得h=23.34m

2）某变电站的母线上有n条出线，其波阻抗相等并均为Z，如其中某一线路遭受雷击，有一幅值为Uo的雷电波沿该线路线路向变电站入侵，如图所示，试确定母线上其他线路上的过电压。

3）入射波u1为100V，由架空线（Z1=500欧）进入一电缆（Z2=50欧），求折射波u2及反射波uf的数值。

50+Z2500+50Z1+Z2500+82(V) Z1-=u1=2u1=18(V)uf==500-10050?50?Z12-2Z2u 1Z=u2

4）已知某输电线路的波阻抗Z=400Ω，测得该线路上 A 点的电压UA = 900kV ，电流IA= 1kA。试求该点的前行波电压Ub 和反行波电压Uf ?

?If-=400??vf?Vb650 Vf250 Ib?=400?vb?Ibf+I=1?vf+vb=900???IAbIAf=z?-=v AfvAb?IAf+IA=IA?Θ??vAAbAf+v=v??

试比较电介质中各种极化的性质和特点。