高电压技术问答题

1-1、试比较电介质中各种极化的性质和特点。

答：

极化种类 产生场合 所需时间 能量损耗 产生原因 电子式极化 任何电介质 10－15

s 无 束缚电子运动轨道

偏移 离子式极化 离子式电介质 10

－13

s

几乎没有 离子的相对偏移 转向极化 极性电介质 10

－10

s ～10－2

s

有 偶极子的定向排列 空间电荷极化

多层介质交界面

10－2

s ～数分钟

有

自由电荷的移动

相对于原子核发生弹性位移，此为电子式极化或电子位移极化。离子式结构化合物，出现外电场后，正负离子将发生方向相反的偏移，使平均偶极距不再为零，此为离子位移极化。 场作用下，原先排列杂乱的偶极子将沿电场方向转动，显示出极性，这称为偶极子极化。在电场作用下，带电质点在电介质中移动时，可能被晶格缺陷捕获或在两层介质的界面上堆积，造成电荷在介质空间中新的分布，从而产生电矩，这就是空间电荷极化。

补充：1、画出电介质的等效电路（非简化的）及其向量图，说明电路中各元件的含义，指出介质损失角。

答：图1－4－2中，lk R 为泄漏电阻；lk I 为泄漏电

流；g C 为介质真空和无损极化所形成的电容；g I 为流过g C 的电流；p C 为无损极化所引起的电容；p R 为无损极化所形成的等效电阻；p I 为流过p p C R －支路的电流，可以分为有功分量pr I 和无功分量

pc I 。

g J 。

为真空和无损极化所引起的电流密度，为纯容性的；lk 。J 为漏导引起的电流密度，

为纯阻性的；p 。

J 为有损极化所引起的电流密度，它由无功部分pc 。

J 和有功部分pr 。

J 组成。容性电流c 。

J 与总电容电流密度向量。

J 之间的夹角为δ，称为介质损耗角。介质损耗角简称介损角δ，为电介质电流的相角领先电

压相角的余角，功率因素角?的余角，其正切δtg 称为介质损耗因素，常用％表示，为总的有功电流密度与总无功电流密度之比。

补充：1、说明巴申定律的实验曲线的物理意

义是什么？

答：巴申曲线如下图所示：

其物理意义在于：在均匀的电场中，击穿电

压

b

U是气体的相对密度δ、极间距离S乘积的函

数，只要S?

δ的乘积不变，

b

U也就不变。

其原因可解释如下：假设S保持不变，当气体

密度δ增大时，电子的平均自由行程缩短了，相邻

两次碰撞之间，电子积聚到足够动能的几率减小

了，故

b

U必然增大。反之当δ减小时，电子在碰

撞前积聚到足够动能的几率虽然增大了，但气体很

稀薄，电子在走完全程中与气体分子相撞的总次数

却减到很小，欲使击穿

b

U也须增大。故在这两者

之间，总有一个δ值对造成撞击游离最有利，此时

b

U最小。同样，可假设δ保持不变，S值增大时欲

得一定的场强，电压必须增大。当S值减到过小时，

场强虽大增，但电于在走完全程中所遇到的撞击次

数己减到很小，故要求外加电压增大，才能击穿。

这两者之间，也总有一个S的值对造成撞击游离最

有利，此时

b

U最小。

2、试画出用兆欧表测量绝缘套管体积电阻的接线

图，并说明端子G 的作用是什么；如果在15s与60s

时测得该套管的绝缘电阻为R15=1000MΩ，R60=3000M

Ω，那么该套管的绝缘电阻是多大？它的吸收比

为多少？

答：兆欧表测量绝缘套管体积电阻的接线图如下：

端子G 的作用是屏蔽。该套管的绝缘电阻是

3000MΩ（一般情况下60s的绝缘电阻已经接近无限

长时间的绝缘电阻）。吸收比

3

1000

3000

15

60

=

=

=R

R

K。

第一章

1-4、电解质电导与金属电导本质区别为何？

答：金属导电的原因是自由电子移动；电介质通常不导电，是在特定情况下电离、化学分解或热离解出来的带电质点移动导致。

1-6、某些电容量较大的设备经直流高压试验后，其接地放电时间要求长达5--10min ，为什么？

答：由于介质夹层极化，通常电气设备含多层介质，直流充电时由于空间电荷极化作用，电荷在介质夹层界面上堆积，初始状态时电容电荷与最终状态时不一致；接地放电时由于设备电容较大且设备的绝缘电阻也较大则放电时间常数较大（电容较大导致不同介质所带电荷量差别大，绝缘电阻大导致流过的电流小，界面上电荷的释放靠电流完成），放电速度较慢故放电时间要长达5～10min 。

第二章

2-2、气体放电的汤森德机理和流注机理的区别以及各自的适应范围？

答：汤森德理论认为电子崩向阳极不断发展，崩中的正离子撞击阴极也产生自由电子。自由电子的撞击电离和正离子撞击阴极表面的电离是放电产生和发展的原因。

流注理论认为电子崩发展使崩头和崩尾场强增加而崩内场强减少，有利于崩内发生复合产生大量的光子，而光子又产生光电离，光子产生的电子也产生二次电子崩迅速汇入到主崩，以等离子体的形式向阴极发展就形成了流注。

相同点：两者产生和发展都需要碰撞电离和电子崩。

相异点：汤逊理论主要考虑了电子的碰撞电离和正离子撞击阴极表面的电离；流柱理论主要考虑了电子的碰撞电离、空间电荷对电场畸变的影响和空间光电离。

适应范围：汤逊理论适合低气压、小距离的情况，cm 26.0s δ或不均匀的电场适用。

2、什么叫“污闪”?发生污闪的最不利的大气条件是什么?列举提高污闪电压的措施。

答：绝缘子上有污秽且在毛毛雨、雾、露、雪等不利天气下发生的闪络称为污闪。

防止污闪事故的对策：

1、调整爬距

爬电比距：外绝缘“相－地”之间的爬电距离（cm ）与系统最高工作（线）电压（kV ，有效值）之比。将爬距调大可以减少污闪事故的发生。可以通过增加绝缘子的片数和改变绝缘子的类型。

2、定期或不定期的清扫

3、涂料

涂憎水性涂料，如硅油或硅脂，近年来常采用室温化硅橡胶（RTV ）涂料。 4、半导体釉绝缘子

表面有电导电流流过，产生热量使污层不易吸潮。

5、新型合成绝缘子

重量轻、抗拉、抗弯、耐冲击负荷、电气绝缘性能好、耐电弧性能好，但也存在价格贵、老化等问题。

3、电晕产生的物理机理是什么？它有哪些有害影响？试列举工程上各种防晕措施的实例。

答：电晕放电是极不均匀电场中的一种自持放电现象，在极不均匀电场中，在气体间隙还没有击穿之前，在电极曲率较大的附近的空间的局部的场强已经很大了，从而在这局部强场中产生强烈的电离，但离电极稍远处场强已大为减弱，故此电离区域不能扩展到很大，只能在电极的表面产生放电的现象。

电晕放电的危害：

1）伴随着游离、复合、激励、反激励等过程而有声、光、热等效应，发出“咝咝”的声音，蓝色的晕光以及使周围气体温度升高等。

2）在尖端或电极的某些突出处，电子和离于在局部强场的驱动下高速运动，与气体分子交换动量，形成“电风”。当电极固定得刚性不够时，气体对“电风”的反作用力会使电晕极振动或转动。

3）电晕会产生高频脉冲电流，其中还包含着许多高次谐波，这会造成对无线电的干扰。

4）电晕产生的化学反映产物具有强烈的氧化和腐蚀作用，所以，电晕是促使有机绝缘老化的重要因素。

5）电晕还可能产生超过环保标准的噪声，对人们会造成生理、心理的影响。6）电晕放电，会有能量损耗。

减少电晕放电的根本措施在于降低电极表面的场强，具体的措施有：改进电极形状、增大电极的曲率半径，采用分裂导线等。

4、极性效应的概念是什么？试以棒—板间隙为例说明产生机理。

答：无论是长气隙还是短气隙，击穿的发展过程都随着电压极性的不同而有所不同，即存在极性效应。

机理：当棒极为正时，电子崩从棒极开始发展（因为此处的电场强度较高），电子迅速进入阳极（棒极），离子运动速度慢，棒极前方的空间中留下了正离子，使电场发生了畸变，使接近棒极的电场减弱、前方电场增强，因此，正极性时放电产生困难但发展比较容易，击穿电压较低。

当棒极为负时，电子崩仍然从棒极（因为此处的电场强度较高），电子向阳极（板极扩散），离子相对运动速度较慢，畸变了电场，使接近棒极的电场增强，前方电场减弱，因此，负极性时放电产生容易但发展比较困难，击穿电压较高。

正极性时放电产生困难但发展比较容易，击穿电压较低。负极性时放电产生容易但发展比较困难，击穿电压较高。对于极不均匀电场在加交流电压在缓慢升高电压的情况下，击穿通常发生在间隙为正极性时。

第三章

1、什么叫间隙的伏秒特性曲线?它有什么作用?

答：工程上常用在同一波形，不同幅值的冲击电压作用下，气隙上出现的电压最大值和放电时间的关系，称为该气隙的伏秒特性，表示该气隙伏秒特性的曲线，称为伏秒特性曲线。

伏秒特性曲线在工程上有很重要的应用，是防雷设计中实现保护设备和被保护设备的绝缘配合的依据。2、试举例提高气隙（气体间隙）击穿电压的各种方法。

答：1）改善电场分布

一般说来，电场分布越均匀，气隙的击穿电压就越高。故如能适当地改进电极形状、增大电极的曲率半径，改善电场分布，就能提高气隙的击穿电压；利用电晕提高击穿电压；利用屏障提高击穿电压。

2）采用高度真空

从气体撞击游离的理论可知，将气隙抽成高度的真空能抑制撞击游离的发展，提高气隙的击穿电压。

3）增高气压

增高气体的压力可以减小电子的平均自由行程，阻碍撞击游离的发展，从而提高气隙的击穿电压。

4）采用高耐电强度气体

卤族元素的气体：六氟化硫（SF

6

）、氟里昂

（CCl

2

F

2

）等耐电强度比气体高的多，采用该气体或在其他气体中混入一定比例的这类气体，可以大大提高击穿电压。

第四章

3、液体的热击穿的发生过程。

答：工程用油存在着杂质（如水、纤维素等），由于它们的介电常数很大，很容易沿电场方向极化定向，并排列成杂质小桥。如果未接通两极则小桥附近电场强度大、油中分解产生气泡、电离增强，气泡增加，这样下去必然会出现由气体小桥引起的击穿。如果接通两极，因小桥的电导大而导致发热促使水汽化、气泡扩大，发展下去也会形成小桥，使油隙发生击穿。也就是小桥理论。

第五章

5－1总结比较各种检查性试验方法的功效

答：测定绝缘电阻

可检查出的缺陷有：（1）总体绝缘质量欠佳；（2）绝缘受潮；（3）两极间有贯穿性的导电通道；（4）绝缘表面情况不良（比较有无屏蔽）。

不能发现的缺陷：（1）局部缺陷；（2）老化（绝缘老化以后其电阻可能还很高）。因此加的电压比设备实际运行电压低故当绝缘严重下降时效果较好否则差，适合于绝缘状态的初步诊断。需要注意表面泄漏电流对绝缘电阻测量的影响。

测定泄漏电流

可检查出的缺陷除绝缘电阻能测定的除外还包括一些兆欧表所不能发现的缺陷。需要注意表面泄漏电流对绝缘电阻测量的影响。

测tgδ能有效地发现绝缘的下列缺陷

（1）受潮：电导增加，损耗增加，介损增大。

（2）穿透性导电通道，电流增加，介损增大。

（3）绝缘内含气泡的电离，绝缘分层、脱壳，放电消耗能量，介损增大。

（4）绝缘老化劣化，绕组上附积油泥；

（5）绝缘油脏污、劣化等。

但对下列故障的效果较差

（1）非穿透性的局部损坏，损耗增加不大，介损变化不大。

（2）很小部分绝缘的老化和劣化，损耗增加不大，介损变化不大。

（3）个别的绝缘弱点，损耗增加不大，介损变化不大。

测量结果容易受外界条件影响，包括1）外界电磁场的干扰影响；2）温度的影响；3）试验电压的影响；4）试品电容量的影响；5）试品表面泄漏的影响。的干扰影响；2）温度的影响；3）试验电压的影响；4）试品电容量的影响；5）试品表面泄漏的影响。5－2总结进行各种检查性试验时应注意的事项答：测定绝缘电阻要注意对表面泄漏电流的屏蔽；测量绝缘电阻应该做到三比较：与本绝缘历史资料比较；与同类设备比较；与同一设备不同相比较。绝缘电阻、吸收比、极化指数的测量仅仅是相对性的，不能满足最低要求时必然有缺陷，满足时也可能有缺陷。

测定泄漏电流需要注意：1）表面泄漏电流的屏蔽；2）微安表是精密的仪器需要注意保护。

测定tgδ需要注意：1）电磁场干扰的屏蔽；2）正接线和反接线的选用；3）温度对测量结果的影响；4）测量结果受电压变化的影响；5）对大试品不敏感；6）表面泄漏电流的影响。

补充：1、西林电桥试验题

〔1〕、测量C.T.(电压互感器)的高压绕组与低压绕组和地之间的绝缘的tgδ和Cx，使用西林电桥正接线还是反接线?

答：反接线，因为试品一端必须接地。

〔2〕、已知Cn=50PF，R4=3184Ω，调节西林电桥平衡时R3=318.4Ω,

C4=0.02uF，求Cx和tgδ。

tgδ＝w C4R4=100×3.14×0.02×3184＝0.02

Cx≈R4C N/R3=3184×50/318.4＝500 PF

第七章

7-1、试分析波阻抗的物理意义及其与电阻之不同点。

答：波阻抗表示分布参数线路中前行电压波与前行电流波的比值；反行电压波与反行电流波比值的相

反数；计算公式如下

C

L

Z ，

L和

C表示单

位长度的电感和电容。

波阻抗与电阻的不同：（1）波阻抗仅仅是一个比例常数，没有长度概念，而电阻不是；（2）波阻抗吸收的功率一电磁能的形式存储在导线周围的媒介中，并没有消耗；而电阻吸收的功率和能量均转化为热能了。

7-9为什么说冲击截波比全波对变压器绕组的影响更严重。

答：截波产生电位梯度比全波更大，相当于全波加直角波，直角波幅值大、陡度高、产生电位梯度高。实际测量也验证了这一点。

3、请写出反映无损耗单导线波过程基本规律的四个方程式，并简述其物理意义。

答：行波的四个基本方程如下

?????-==+=+=Z

u u Z i u i i i u u u f f q q q f q f ;;

或

表示导线上任何一点电压、电流为前行波加反行波；前行电压波与前行电流波比值为波阻抗，反行电压波与反行电流波比值为波阻抗的相反数。

第九章

1、①说明避雷线的作用。②为什么降低接地电阻、架设耦合地线可以降低线路的雷击掉闸率，后者用于什么情况？

答：①吸引雷击于避雷线而避免导线直接受雷击，耦合作用降低导线上承受过电压。②降低接地电阻可以提高线路的耐雷水平，减少线路的雷击掉闸率。架设耦合地线具有一定的分流作用和增大导地线之间的耦合系数，可以减少线路承受的过电压从而提高雷击跳匝率。后者用于降低杆塔接地电阻有困难的情况。

2、综述输电线路的防雷措施。

答：①避雷线（架空地线）②降低杆塔接地电阻③加强线路的绝缘④耦合地线

⑤消弧线圈⑥管式避雷器⑦不平衡绝缘⑧自动重合闸

第十章

10-1、试说明在何种情况下，保护变电所免受直

击雷的避雷针可以装设在变电所构架上，何种情况下则又不行，为什么？

答：100kV 及以上绝缘水平较高，避雷针可以装设在架构上，但变压器绝缘水平较低，变压器门形架

构上不应装设避雷针。绝缘水平为35kV 及以下的配电装置来说，雷击架构避雷针时很容易导致绝缘的逆闪络（反击），显然不允许。

10-2、当雷电波自线路入侵变电所时，试分析变

压器上出现震荡波的原因，以及变压器上电压高于避雷器残压的原因

答：由于避雷器动作后产生的负电压波在避雷器与变压器之间多次折反射引起的。变压器上电压高于避雷器残压的原因是变压器距避雷器有一定的距离，避雷器击穿时刻刚过避雷器的电压也要经过变压器产生全反射，入射电压＋全反射电压大于避雷器残压。

3、在变压器中性点保护中，什么是全绝缘及

分级绝缘？各用于什么情况下。

答：变压器中性点的绝缘水平与相端是一样的，此为全绝缘。变压器中性点的绝缘水平比相端低很多，此为分级绝缘。前者用于中性点不接地或经消弧线圈接地的情况，后者用于中性点接地系统。

4、某一275kV 系统，已知避雷器的残压5b ?U 为890kV ，变压器绝缘强度w(i)U 为1050kV ，今从导线以a =250kV/μs 的斜角波入侵，其波速

V =150m/μs ，问要使变压器绝缘不受损伤，避雷器最远能安装在距离变压器多少米处？此时避雷器在雷电波到达几微秒后动作？

答：48150

2502890

105025

b w(i)=?-=

-=

?v

a U U l m

5

b p )(2?=-U v l

t a

890)150

48

(2502p =-??t 1.2p =t μs

w(i)p 2U at = 1.2p =t μs

??

?

?????-=?=+=+=f f q q f q f q i z u i z u i i i u u u