《高电压工程基础(第2版)》实验1气体间隙放电实验
高电压实验指导书
高电压实验指导书高压实验室编写目录高压实验室实验规程实验一气体放电与极性效应实验实验二沿固体介质表面的放电实验三电容器绝缘电阻和吸收比测量实验四介质损耗正切tgδ的测量实验五电力电缆绝缘电阻和吸收比的测量实验六交流耐压试验实验七接地电阻和土壤电阻率的测量实验八液体电介质的绝缘强度试验实验九局部放电试验实验十泄漏电流与直流耐压试验高压实验室实验规程为了保障人身及设备的安全,凡进入高压实验室进行试验或工作以前,必须仔细学习本规程并在实验或工作中严格遵守,以确保设备及人身安全。
1、在做实验前，同学必须先预习并掌握实验指导书中的内容，实验前由指导教师提问，无准备者不得做实验。
2、实验前每组必先选一位同学为组长，负责指挥全组同学的实验，如负责研究确定实验方案、人员的分工和实验进行过程中的安全等事宜。
3、未经许可，不得动用实验室的设备、仪表、未熟悉本规则及各项设备操作程序者不得进行实验。
4、实验前，应先熟悉设备及线路，检查设备及仪表有无损坏，实验前或实验中如发现损坏，立即报告指导教师。
5、严格执行监护制度，任何人在无监护人时不得进行高压试验工作，监护人发现有不熟悉或违反操作顺序时，有权停止其试验工作。
6、在合电源以前，应先仔细检查线路是否正确，接地是否可靠，各不同电位部分之间的安全距离是否足够，然后再请指导教师检查。
在未经指导老师许可以前，不能私自接通电源。
7、接线经指导教师检查无误后，撤除高压部件（变压器、电容器、电缆等）上的接地线，人员撤出安全围栏关门后，方可接通电源，在合电源时，必须招呼全组同学“注意！合电源！”在合电源后加高压前再招呼“高压有电！”务必使全组同学都能听到，方可以合高压电源，然后按操作顺序进行操作。
8、在实验中操作电源者，应该随时注意电表读数，不得离开岗位，亦不得与旁人闲谈。
如发现异常现象，应立即拉开电源，有问题需要讨论时，也应首先切断电源开关。
9、在实验中不得接近高压电源和带电设备，保持必要的安全距离、以免发生危险。
实验一大气压空气间隙的放电实验
实验一大气压空气间隙的放电实验一、实验目的1.观察不均匀电场气体间隙放电、击穿现象；2.研究不均匀电场气体间隙放电电压和电极距离的关系；3.观察在不均匀电场下，电极极性对空气间隙击穿电压的影响。
二、基本原理在实际工程应用中，许多电气设备都利用空气作为绝缘介质，因此，对空气间隙的抗电强度和击穿特性的研究在高压技术中具有一定的实际意义，一定距离下空气间隙的击穿电压与空气间隙的电场分布（均匀或不均匀、对称或不对称）、电压作用时间、电压极性、大气条件等一系列因素有关，这些影响因素十分复杂，很难用明确的数学解析式表示，所以在工程上常常是以实验的方法来确定空气间隙的抗电特性。
实际工程中设备击穿往往都发生在不均匀电场，实验中采用针——板间隙来模拟不均匀电场的空气间隙。
通过测定这种间隙在不同电压作用下的击穿特性，以决定空气间隙在实际工程中各种击穿电压和电气设备的安全距离。
三、实验接线图放电观察室图1 气体间隙放电试验接线图四、实验内容1.确定针——板电极间隙的击穿电压和间隙距离之关系曲线；①当针为正极性时②当针为负极性时2.记录上述各种情况下的电晕起始电压；3.观察在极不均匀电场下的极性效应。
五、实验步骤1.按试验接线图接好直流高压电源和放电电极；2.调节好放电电极的间隙距离；3.可调直流电源调节到6V（调节范围再6V-22V。
DC/DC升压器输出为可调直流电源电压的1000倍）；4.合上空气开关，逐渐升高直流电源电压；5.直至间隙击穿，断开空气开关，记录击穿电压值和间隙距离值；6.重复2、3、4、5项操作，测出不同间隙距离下的击穿电压。
六、实验注意事项1.在实验中不得接近高压电源和带电设备之周围，保持必要的安全距离，以免发生危险；2.合上空气开关前应先检查直流电源是否调节到6V；3.一旦气体间隙被击穿，2~3秒内将空气开关断开。
七、实验报告1. 针——板电极间隙的击穿电压和间隙距离之关系。
2.上述各种情况下的电晕起始电压。
高电压实验指导书
直流高压作用下空气间隙的击穿实验一、实验目的空气作为大多数绝缘结构的绝缘介质，其绝缘性能与外施电压的幅值、波形、大气条件、电极形状等多种因素有关。
本实验通过对直流高压作用下“尖—板”或“尖—尖”或“板—板”间隙放电的研究，进一步加深对极不均匀电场（或稍不均匀电场）中电极的形状、电压的极性，间隙的距离及极间障对间隙放电的影响。
通过认真观察各种情况下的放电现象，分析与掌握影响气体间隙击穿的因素。
全面了解高电压试验的注意事项，掌握高压直流的产生与高电压测量的基本方法。
二、实验内容1．讲解高压试验注意事项，简要介绍高压试验室。
2．当放电间隙采用不同的电极时，了解放电电压与间隙距离的关系。
具体电极有“负尖—正板”、“正尖—负板”、“板—板”、“尖—尖”等。
3．当放电间隙中加极间障（绝缘纸）时，了解放电电压与间隙距离的关系。
包括在“正尖—负板”、“负尖—正板”中加极间障（绝缘纸）。
三、实验接线图及高压实验设备简介实验接线图如图5-1。
图5-1 直流间隙击穿实验原理图T：试验变压器，型号为YD150/6kV A；R1、R2、R3：水电阻（限流或保护用）；D1、D2：高压硅堆，型号为2DL100/1；C1、C2：脉冲电容器，参数为100kV，0.01μF。
测量用的电压表、调压器及相关的保护设备均在试验台上，也可以用静电电压表直接测量直流高压。
四、实验步骤1．首先，从外表上认识高压试验设备及有关测量表计、操作控制台柜；然后，连接并检查实验线路；擦拭实验电极（尖或平板）表面，并装好电极，仔细将两电极移至接触，此时电极间距为零，读出与电极相联的标尺上的读数，并以此数值作为零点，然后移动电极至所需的数值。
也可以借助三角板测量间距。
2．实验人员撤离高压场，取下接地棒，熄灯（操作台上灯开亮）。
合上开关K，缓缓升压（3KV/S为宜），直至间隙击穿（放电），同一时刻读出放电压值（如在较低电压下偶然放电，不计入该数据）。
每一距离做三次，取其平均值作为放电电压值。
高电压技术第二版习题答案
高电压技术第二版习题答案高电压技术第二版习题答案高电压技术第二版习题答案第一章1—1 气体中带电质点是通过游离过程产生的。
游离是中性原子获得足够的能量（称游离能）后成为正、负带电粒子的过程。
根据游离能形式的不同，气体中带电质点的产生有四种不同方式：1. 碰撞游离方式在这种方式下，游离能为与中性原子（分子）碰撞瞬时带电粒子所具有的动能。
虽然正、负带电粒子都有可能与中性原子（分子）发生碰撞，但引起气体发生碰撞游离而产生正、负带电质点的主要是自由电子而不是正、负离子。
2. 光游离方式在这种方式下，游离能为光能。
由于游离能需达到一定的数值，因此引起光游离的光主要是各种高能射线而非可见光。
3. 热游离方式在这种方式下，游离能为气体分子的内能。
由于内能与绝对温度成正比，因此只有温度足够高时才能引起热游离。
4. 金属表面游离方式严格地讲，应称为金属电极表面逸出电子，因这种游离的结果在气体中只得到带负电的自由电子。
使电子从金属电极表面逸出的能量可以是各种形式的能。
气体中带电质点消失的方式有三种：1. 扩散带电质点从浓度大的区域向浓度小的区域运动而造成原区域中带电质点的消失，扩散是一种自然规律。
2. 复合复合是正、负带电质点相互结合后成为中性原子（分子）的过程。
复合是游离的逆过程，因此在复合过程中要释放能量，一般为光能。
3. 电子被吸附这主要是某些气体（如SF6 、水蒸汽）分子易吸附气体中的自由电子成为负离子，从而使气体中自由电子（负的带电质点）消失。
1—2 自持放电是指仅依靠自身电场的作用而不需要外界游离因素来维持的放电。
外界游离因素是指在无电场作用下使气体中产生少量带电质点的各种游离因素，如宇宙射线。
讨论气体放电电压、击穿电压时，都指放电已达到自持放电阶段。
汤生放电理论的自持放电条件用公式表达时为Y （e a S - 此公式表明：由于气体中正离子在电场作用下向阴极运动，撞击阴极，此时已起码撞出一个自由电子（即从金属电极表面逸出）。
高电压技术空气间隙的放电实验
本科实验报告
课程名称：高电压技术
实验项目：空气间隙的放电试验实验地点：高压馆
专业班级：学号：
学生姓名：
指导教师：
2015年 6 月9 日
空气间隙的放电实验
一、实验目的
1.熟悉高压试验变压器和配套装置的使用方法；
2.观察均匀、不均匀电场气体间隙放电、击穿现象；
3.观察均匀、不均匀电场下的气体间隙在不同电极距离的击穿电压波形中放电时
延的变化。
4.掌握击穿电压的换算；
5.了解均匀、不均匀电场气体间隙放电电压和电极距离的关系；
二、实验内容与要求
1.测量尖—板电极不同电极距离的工频击穿电压；
2.测量板—板电极不同电极距离的工频击穿电压；
3.作出标准条件下气体间隙击穿电压和电极距离的实验曲线。
三、实验装置与接线图（原理框图）
1.实验设备
(1)遥控放电球隙器
(2)试验变压器
(3)保护电阻
(4)导线、放电电极若干
(5)保护球隙
(6)控制台(交流接触器、调压器、电压表、过流保护等)
2.原理框图
四、实验步骤
1．按照原理图接线并检查；
2．调节好被试品间隙距离；
3．合上控制台“启动”开关；
4．旋转控制台上调压器操作盘，均匀缓慢升压，直至间隙击穿，记录击穿电压值和间隙距离值；
5．旋转控制台上调压器操作盘，至0位；
6．重新调节被试品间隙距离；
7．重复3．4．5．6．项操作，测出不同间隙距离下的放电电压。
五、注意事项
1．注意记录实验时的环境条件，用来做换算用。
六、实验数据记录和处理。
高电压技术(第二版)吴广宁电子教案
高电压技术(第二版) 电子教案课题：1.1 气体放电的基本物理过程（一）课时：2课时教学目标：1、了解带电质点的产生与消失2、掌握电子崩的形成与汤逊理论重点、难点：电子崩的形成与汤逊理论教具：教材粉笔教学方法：讲授法时间分配：回顾 10分钟授课 65分钟小结 10分钟作业布置 5分钟教学过程：1.1 气体放电的基本物理过程高压电气设备中的绝缘介质有气体、液体、固体以及其它复合介质。
由于气体绝缘介质不存在老化问题，击穿后自愈能力强，且其成本廉价，因此气体成为了在实际应用中最常见的绝缘介质。
气体击穿过程的理论研究虽然还不完善，但是相对于其他几种绝缘材料来说最为完整。
因此，高电压绝缘的论述一般都由气体绝缘开始。
1.1.1 带电质点的产生气体放电是对气体中流通电流的各种形式统称。
由于空气中存在来自空间的辐射，气体会发生微弱的电离而产生少量的带电质点正常状态下气体的电导很小，空气还是性能优良的绝缘体；在出现大量带电质点的情况下，气体才会丧失绝缘性能1、气体中电子与正离子的产生电离是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。
电离可一次完成，也可以是先激励再电离的分级电离方式。
（1）热电离常温下，气体分子发生热电离的概率极小。
气体中发生电离的分子数与总分子数的比值m 称为该气体的电离度。
（2）光电离当满足以下条件时，产生光电离。
（3）碰撞电离高速运动的质点与中性的原子或分子碰撞时，如原子或分子获得的能量等于或大于其电离能，则会发生电离。
（4）分级电离电子在外界因素的作用下可跃迁到能级较高的外层轨道，称之为激励，其所需能量称为激励能。
原子或分子在激励态再获得能量而发生电离称为分级电离。
2、电极表面的电子逸出（1）正离子撞击阴极（2）光电子发射（3）强场发射（4）热电子发射3、气体中负离子的形成电子亲合能：使基态的气体原子获得一个电子形成负离子时所放出的能量，其值越大则越易形成负离子。
1.1.2 带电质点的消失1.带电质点受电场力的作用流入电极 ；2.带电质点的扩散；3.带电质点的复合。
高压实验一
实验一气体放电实验一、实验目的1．观察交流高压作用下气体的放电现象；2．研究间隙距离、电极形状、电极极性、极间屏障对几种典型电极构成的空气间隙击穿电压的影响。
二、实验内容1．测量标准球隙在不同距离下的击穿电压值并与标准值相比较，如有差别分析原因。
2．测量正棒负板、负棒正板在极间距离一定时屏障对击穿电压的影响。
3．测量棒板、棒棒电极在不同极性直流电压作用下的击穿电压和极间距离的关系。
测量标准球隙在不同距离下的击穿电压值并与标准值相比较，如有差别分析原因。
三、理论概述I．空气间隙（工频或直流作用下）击穿的基本原理在正常大气条件下，当电极间的电场不强时，空气是十分良好的绝缘体。
但当电场强度升高到某一临界值后，空气间隙就丧失其绝缘能力而击穿。
实际工作中遇到的大多数电场都是不均匀电场，所以在设计时，估算所需绝缘和安全距离时，都是以不均匀电场来考虑的。
1．棒板电极：外加电压达到某一数值后，由于棒极附近电场强度较其他地方大，所以在该处首先电离，中性气体分子分离成电子和负离子，产生碰撞游离和电子崩，形成电晕放电。
当棒极为正时，游离出来的电子跑向强场区，很快进入正极，而正离子则形成空间电荷，进一步加强了原来的电场，容易形成流注。
这样就有利于游离区域向负极扩张，容易使游离发展而导致整个间隙的击穿。
当棒极为负时，靠近棒极向该极缓慢移动的正离子使极间电场进一步削弱，这样游离区域难于向正极发展，不容易形成流注。
结果在同一间隙距离下后者比前者的击穿电压高很多。
至于起晕电压，由于负棒易于发射电子，容易形成自持的电晕放电，而正棒只有依靠空间光电离的作用才能形成自持的电晕放电。
故负棒极的电晕起始电压略低于正棒的电晕起始电压。
2．棒棒电极：放电同时由两个尖端开始，放电由正棒向负棒发展。
将棒板电极与棒棒电极的情况进行比较，由于棒板之间的电容稍大于棒棒之间的电容，所以在同一电压作用下，当间隙距离相同时，棒板间隙中的电荷密度大，最大电场强度也较高。
高电压技术第02章气体放电的物理过程
④ 热电离： 概念：由气体的热状态造成的电离称为热电离。 气体分子运动理论说明：气体的温度是其分子平均动能
的度量。 特点：热电离不是一种独立的电离形式，而是包含着撞
击电离和光电离，只是其电离能量来源于气体分 子本身的热能。
电离机理： ➢ 温度↑→分子平均动能↑→ 撞击电离↑ ➢ 温度↑→热辐射出的光子数量↑ → 光电离↑
作用：将先导通道改造成高温、大电导、轴向场强小的 等离子体火花高电通压技道术第，02章使气体气放电隙的物被理 电弧击穿而导通。
气隙间隙大：产生刷形放电。 继续提高场强，放电抵达对面电极，产生电弧击穿。
高电压技术第02章气体放电的物理 过程
2、汤森德气体放电理论： 该理论对均匀电场和气隙 S （ 为气隙密度、S 为
极间距离）较小的情况比较适用。
① 三个因素（系数）： 系数 ：1 个自由电子在走到阳极的1cm路程中撞击电离
高电压技术第02章气体放电的物理 过程
③ 光电离：
概念：光子给予气体质点足够的能量，使气体质点发生 的电离。
条件：光子能量不小于气体的电离能。
光电子：由光电离产生的自由电子。
光的来源：
➢ 外界自然光（紫外射线、伦琴射线、 射线、宇宙射 线等高能射线）
➢ 气体本身的反激励或复合释放出的光子。
紫外射线一般不能直接导致光电离，但通过分级光 电离（先激励、再电离）的方式也可实现电离。
高电压技术第02章气体放电的物理 过程
2.1 气体中带电质点的产生和消失
1、气体中带电质点的产生： 纯净中性气体不导电，只有气体中出现带电质点后
才能导电，并在电场作用下发展成放电现象。 ① 基本概念： 玻尔理论：原子周围的电子按规律跃迁时，轨道越远，
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实验一气体间隙工频放电实验
一、实验目的
1．观察交流高压作用下气体的放电现象；
2．研究间隙距离、电极形状、电极极性对几种典型电极构成的空气间隙击穿电压的影响。
二、实验内容
1．测量标准球隙在不同距离下的击穿电压值，并与球隙的标准值相比较，如有差别分析原因。
2．测量尖-板、尖-尖电极在不同极性直流电压作用下的击穿电压和极间距离的关系。
三、理论概述
I．空气间隙（工频或直流作用下）击穿的基本原理
在正常大气条件下，当电极间的电场不强时，空气是十分良好的绝缘体。
但当电场强度升高到某一临界值后，空气间隙就丧失其绝缘能力而击穿。
实际工作中遇到的大多数电场都是不均匀电场，所以在设计时，估算所需绝缘和安全距离时，都是以不均匀电场来考虑的。
1．尖-板电极
外加电压达到某一数值后，由于尖极附近电场强度较其他地方大，所以在该处首先电离，中性气体分子分离成电子和负离子，产生碰撞游离和电子崩，形成电晕放电。
当尖极为正时，游离出来的电子跑向强场区，很快进入正极，而正离子则形成空间电荷，进一步加强了原来的电场，容易形成流注。
这样就有利于游离区域向负极扩张，容易使游离发展而导致整个间隙的击穿。
当尖极为负时，靠近尖极向该极缓慢移动的正离子使极间电场进一步削弱，
这样游离区域难于向正极发展，不容易形成流注。
结果在同一间隙距离下后者比前者的击穿电压高很多。
至于起晕电压，由于负尖易于发射电子，容易形成自持的电晕放电，而正尖只有依靠空间光电离的作用才能形成自持的电晕放电。
故负尖极的电晕起始电压略低于正尖的电晕起始电压。
2．尖-尖电极
放电同时由两个尖端开始，放电由正尖向负尖发展。
将尖-板电极与尖-尖电极的情况进行比较，由于尖-板之间的电容稍大于棒棒之间的电容，所以在同一电压作用下，当间隙距离相同时，尖-板间隙中的电荷密度大，最大电场强度也较高。
显然，尖-尖间隙的放电电压要高于正尖—负板的放电电压，但由于尖-尖间隙中正离子形成的空间电荷有利于放电的发展，故其放电电压又低于负尖—正板的放电电压。
3．球隙
在一定的大气条件下，当球隙构成稍不均匀电场时，对于直径一定的铜球，一定的球隙距离对应于一定的放电电压。
Ⅱ.YDC-5(kV A)/50kV型高压试验变压器简介
YDC型高压试验变压器，是供输配电设备、绝缘工具、材料及各种产品检测绝缘强度试验的主要设备。
YDC型高压试验变压器的接线原理图如下。
操作箱
实验变压器输入A输出a
输入B输出b
仪表接地高压尾220V
50KV
200V
100V
0V
220V
DL
u A 图1 YDC□型试验变压器接线原理图
四、实验方法
实验接线如图2，首先检查好线路，装好实验电极。
实验时均采用均匀连续加压方式，每种电极、每个距离下连续放电三次，取其平均值。
注意相邻两次放电时间间隔不小于1分钟。
自制表格记录实验结果，并进行分析。
图2 实验接线图。