第三章 高电压技术1
高电压技术(第三版) 简答题整理
第一章电解质的极化和电导①气体介质的介电常数：1)一切气体的相对介电常数都接近于1。
2)任何气体的相对介电常数均随温度的升高而减小，随压力的增大而增大，但影响都很小。
②液体介质的介电常数：1)这类介质通常介电常数都较大。
但这类介质的缺点是在交变电场中的介质损较大，在高压绝缘中很少应用。
2)低温时，分子间的黏附力强，转向较难，转向极化对介电常数的贡献就较大，介电常数随之增大；温度升高时，分子间的热运动加强，对极性分子定向排列的干扰也随之增强，阻碍转向极化的完成，所以当温度进一步升高时，介电常数反而会趋向减小。
③固体介质的相对介电常数：1)中性或弱极性固体电介质：只具有电子式极化和离子式极化，其介电常数较小。
介电常数与温度之间的关系也与介质密度与温度的关系很接近。
2)极性固体电介质：介电常数都较大，一般为3—6，甚至更大。
与温度和频率的关系类似畸形液体所呈现的规律。
3、介电常数与温度、频率关系:1)低温时，分子间黏附力强，转向较难，转向极化对介电常数的贡献较小，随温度升高，分子间黏附力下降，转向极化对介电常数贡献较大，介电常数随之增大，当温度进一步升高时，分子的热运动加强，对极性分子的定向排列的干扰也随之增强，阻碍转向的完成，介电常数反而趋向较小。
2)当频率相当低时，偶极分子来得及跟随交变电场转向，介电常数较大，接近于直流电压下测得的介电常数，当频率上升，超过临界值时，极性分子的转向已跟不上电场的变化，介电常数开始减小，随着频率的继续上升由电子位移极化所引起的介电常数极性。
4.电解质电导与金属电导区别：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。
5温度对电导影响：温度升高时液体介质的黏度降低，离子受电场力作用而移动所受阻力减小，离子的迁移率增大，使电导增大；另外，温度升高时，液体介质分子热离解度增加，也使电导增大。
6.电容量较大的设备经直流高压试验后，接地放电时间长的原因：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。
高电压技术第三版本课后习题包括答案.docx
精品文档第一章作业1-1 解释下列术语（1）气体中的自持放电；（ 2）电负性气体；（3）放电时延；（ 4） 50% 冲击放电电压；（ 5）爬电比距。
答：（1）气体中的自持放电：当外加电场足够强时，即使除去外界电离因子，气体中的放电仍然能够维持的现象；（2）电负性气体：电子与某些气体分子碰撞时易于产生负离子，这样的气体分子组成的气体称为电负性气体；（3）放电时延：能引起电子崩并最终导致间隙击穿的电子称为有效电子，从电压上升到静态击穿电压开始到出现第一个有效电子所需的时间称为统计时延，出现有效电子到间隙击穿所需的时间称为放电形成时延，二者之和称为放电时延；（4）50% 冲击放电电压：使间隙击穿概率为 50% 的冲击电压，也称为50% 冲击击穿电压；（5）爬电比距：爬电距离指两电极间的沿面最短距离，其与所加电压的比值称为爬电比距，表示外绝缘的绝缘水平，单位cm/kV 。
.精品文档1-2 汤逊理论与流注理论对气体放电过程和自持放电条件的观点有何不同？这两种理论各适用于何种场合？答：汤逊理论认为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。
所逸出的电子能否接替起始电子的作用是自持放电的判据。
流注理论认为形成流注的必要条件是电子崩发展到足够的程度后，电子崩中的空间电荷足以使原电场明显畸，流注理论认为二次电子的主要来源是空间的光电离。
汤逊理论的适用范围是短间隙、低气压气隙的放电；流注理论适用于高气压、长间隙电场气隙放电。
1-3 在一极间距离为1cm 的均匀电场电场气隙中，电子碰撞电离系数α=11cm-1 。
今有一初始电子从阴极表面出发，求到达阳极的电子崩中的电子数目。
解：到达阳极的电子崩中的电子数目为n a e d e11 159874答：到达阳极的电子崩中的电子数目为59874 个。
.精品文档1-5 近似估算标准大气条件下半径分别为1cm 和 1mm 的光滑导线的电晕起始场强。
高电压技术_第3章_电气设备绝缘预防性试验39
分析因吸收现象而出现的过渡过程
② t=∞ （稳态），电压按电组分布
U1
U
R1 R1 R2
U2
U
R2 R1 R2
U1 U2
③ 稳态电流（电导电流）
U I g R1 R2
双层介质等值电路图
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第三章 电气设备绝缘预防性试验
当K1或K2等于1或接近于1，则 设备基本丧失绝缘能力。
不同绝缘状态下的绝缘电阻的变 化曲线
注意：某些集中性缺陷已相当严重，以致在耐压试验时被击穿 ，但在此前测得的绝缘电阻、吸收比、极化指数却并不低，因 为缺陷未贯穿绝缘。所以仅凭绝缘电阻判断绝缘状态是不够的
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第三章 电气设备绝缘预防性试验
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第三章 电气设备绝缘预防性试验
第二节 绝缘电阻、吸收比、泄漏电流的测量 三．泄漏电流的测量
1. 测量泄漏电流特点 ① 加在试品上的直流电压比兆欧表的工作电压高得多
。能发现兆欧表所不能发现的未贯穿缺陷。
② 施加在试品上的直流电压是逐渐增大的，这样就可 以在升压过程中监视泄漏电流的增长动向。
极化指数K2 ——为加压10分钟时的绝缘电阻与1分钟时绝缘电 阻之比值
K2
R10 min R1min
K2恒大于1，越大表示吸收现象越显著，绝缘性能越好
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第三章 电气设备绝缘预防性试验
第二节 绝缘电阻、吸收比、泄漏电流的测量
3. 绝缘状态的判定
若绝缘内部有集中性导电通道 ，或绝缘严重受潮，则电阻R1 、R2会显著降低，泄漏电流大 大增加，时间常数大为减小， 吸收电流迅速衰减。
《高电压绝缘技术》第3章
高电压与绝缘技术专业培训课程2009年7月23日高电压绝缘技术High Voltage Insulation Technology U n i v e r s i t y n J i a o t o n g 西安交通大学高电压技术教研室© 2009 X i ’a 丁卫东wdding@ 029********y r i g h t 029-********第三章：气体中的沿面放电和高压绝缘子Xi’an Jiaotong University 《高电压绝缘技术》绝缘子的性能要求和材料绝缘子在电力系统中的作用：机械上相互连接，电气上相互绝缘高压绝缘子的分类：(1)绝缘子：用作导电体和接地体之间的绝缘和固定连接。
如隔离开关中用于固定触头的支柱绝缘子等。
(2)瓷套用作电器内绝缘的容器，并使内绝缘免遭周围环境因素的影响。
如电压互感器的瓷套等。
(3)套管：用作导电体穿过电器外壳、接地隔板或墙壁的绝缘部件。
如Xi’an Jiaotong University 《高电压绝缘技术》变压器绕组的出线套管等。
瓷套管以瓷作为主要绝缘，电容套管、充油套管则以瓷套作为外绝缘。
绝缘子的电气性能和机械性能有足够的电绝缘强度；能承受一定的机械负荷；能经受不利的环境和大气作用。
电气性能•干闪络电压：表面清洁、干燥的绝缘子的闪络电压。
是户内绝缘子的主要性能。
•湿闪络电压：表面洁净的绝缘子在淋雨时的闪络电压。
国标对人造雨水的规定：体积电阻率100±5Ω⋅m(20°C时)，雨1015mm/min滴细小均匀，降雨量为1.0-1.5mm/min，降雨方向与水平面近似为45°。
•污秽闪络电压表面脏污的绝缘子在受潮情况下的闪络电压。
目前常用爬电距离来衡量绝缘子在污秽和受潮条件下的绝缘能力。
Xi’an Jiaotong University 《高电压绝缘技术》机械性能•拉伸负荷：如悬挂输电线的绝缘子受重力和导线拉力的作用。
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第四章 发电厂、变电所雷闪过电压的防护 第一节 概述 第二节 发电厂和变电所的直击雷防护 第三节 变电所侵入波过电压防护 第四节 变电所的进线段保护 第五节 三绕组变压器、自耦变压器及变压 器中性点的防雷保护 第六节 旋转电机的防雷保护 第七节 GIS的过电压保护 第五章 电力系统工频电压升高 第一节 概述
图4-29 雷电波袭击自耦变压器时的过电压 (a)高压端A进波；(b)中压端A′进波 1—起始分布；2—稳态分布；3—最大电位包络线
图4-30 保护自耦变压器的避雷器配置 (a)一般避雷器配置；(b)“自耦”避雷器配置
• 四、变压器中性点的保护 • 第六节 旋转电机的防雷保护 • 一、旋转电机防雷保护的特点
• 二、雷击塔顶时输电线上的感应过电压
• 第二节 雷绕击于导线时的过电压 • 一、绕击率
• 二、绕击过电压的计算
图3-1 保护角α
图3-2 绕击导线
• 三、绕击耐雷水平
• 第三节 反击过电压
• 一、塔顶电位
图3-3 计算塔顶电位的等值电路
• 二、导线电位 • 三、绝缘子链上的电压和绝缘子链的闪络
图2-4 单根避雷线的保护范围
图2-5 两根等高避雷线的保护范围及保护角
• 第二节 保护间隙、管型避雷器
图2-6 保护电器作用原理示意图 1—保护间隙；2—管型避雷器；3—阀型避雷器； 4—金属氧化物避雷器；5—被保护电气设备
图2-7 132kV变压器的伏秒特性
图2-8 间隙、避雷器等保护电 器对变压器的保护作用
图4-8 有多条出线时母线电压的计算
图4-9 输电线路损耗对波形的畸变作用
• 二、避雷器的保护作用
图4-10 (a)避雷器接在变压器端子上的接线；(b)避雷器电压的图解法
高电压技术
第一章一 带电质点的产生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成为游离能。
3金属表面游离所需的能量成为逸出功。
4游离有四种方式，①碰撞游离②光游离③热游离④表面游离二 带电质点的消失（形式）1带电质点的扩散2带点质点的复合3带点粒子在电场的驱动下作定向运动，在到达电极时，消失于电极上而形成外电路 的电流。
三 自持放电：均匀电场小气隙的放电，在电压较高时，即使取消了外界射线的作用，也能使放电靠外施电压自行维持下去，成为自持放电。
四、汤申德理论结论 ;①气隙的击穿电压与阴极材料和气体性质有关。
②均匀电场气隙的击穿电压不仅与气隙S有关，还和气体分子相对密度δ有关，是δ与S乘积的函数。
五 汤申德理论在长气隙放电中不适合原因1电离出的空间电荷对气隙电场的畸变汤申德没有考虑2没有考虑光子在放电过程中的作用。
六 流注的形成外施电压为气隙的最低击穿电压时，初崩辐射出来的光子照射到主崩尾部或头部产生二次电子崩，二次电子崩头部的电子与初崩的正空间点和汇合成为充满正负带电质点的混合通道，这个正电荷多余负电荷的混合通道称为流注通道，简称正流注。
外施电压比气隙的最低击穿电压高的多事，主崩头部发出的光是前方及尾部的部分中性点光游离，前方的光电子在畸变的电场作用下，向阳极运动产生二次电子崩，初崩头部负电荷与二次电子崩尾部正电荷汇合形成由阴极向阳极发展的负流注。
七 棒—板电极的极性效应对棒—板电极，在棒为不同极性时，由于空间点和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，这种现象成为棒—板电极的极性效应。
棒正板负时的击穿电压低于同间隙棒负板正时的击穿电压，而电晕其实电压则相反。
八 雷电冲击50%击穿电压（U50%）为了知道在冲击电压下空气间隙的击穿电压，应使波形保持不变，逐渐升高电压幅值。
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。
高电压技术第3章_电力系统过电压及绝缘3-1
玻璃纤维经过组织 , 能织出各式各样的玻璃织物 -- 玻璃布。玻璃布既 不怕酸 , 也不怕碱 , 所以用作化学工厂的滤布 , 十分理想。近年来不少 工厂纷纷采用玻璃布代替棉布,麻袋布。
知识扩展
青壳纸：又称鱼鳞纸，是钢纸的一种。经氯化锌溶液处理过，呈 青灰色，厚度0.1~0.3毫米。机械性能良好，但易吸湿。广泛用 于电机、电器中，作为衬垫的绝缘材料。
处于绕组以外，连接绕组的各部分及绕组与套管的那些连接线的绝缘，称为 引线绝缘
2．油浸式电力变压器的主绝缘
油浸式电力变压器的主绝缘主要采用油-屏障绝缘。油屏障结构包 括绕组的绝缘筒、角环及相间隔板等。 主要有两种型式： 1）厚纸筒大油道结构。一般35kV及以下变压器常采用这种结构。 2）薄纸筒小油道结构。在110kV及以上电压等级电力变压器中几乎 无例外地采用这种主绝缘结构。电压等级越高，油隙分割的越细， 击穿场强越高。
3.2.2.3 油浸式电力变压器的绝缘结构
按照铁芯和绕组的相对位置，电力变 压器可分为芯式和壳式两种。 绕组包在铁芯外面的称为芯式变压器； 铁芯包在绕组外面的为壳式变压器。 铁芯一般由0.35~0.5mm厚的硅钢片叠 装而成，片与片之间有很薄的绝缘层。
3.2.2.3 油浸式电力变压器的绝缘结构
电力变压器绕组按高低压相互位置的不同分为两种基本形式: （1）同心式绕组:通常低压绕组靠近铁芯，高低压绕组高度几乎 一样，直径不同。由于芯式电力变压器采用同心式绕组结构，安 装比较简单、性能良好。
3.1 电力系统的过电压
一.过电压的分类
过 电 压
外部过电压（大气过电压） 内部过电压
操作过电压
暂时过电压
谐振过电压 工频过电压
3.1.1 外部过电压
高电压技术赵智大第三版配套练习及答案
第一章气体放电的基本物理过程一、选择题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)先导通道的形成是以的出现为特征。
A ．碰撞游离B ．表面游离C ．热游离D ．光游离3)电晕放电是一种。
A ．自持放电B ．非自持放电C ．电弧放电D ．均匀场中放电4)气体内的各种粒子因高温而动能增加，发生相互碰撞而产生游离的形式称为。
A.碰撞游离 B.光游离 C.热游离 D.表面游离5)______型绝缘子具有损坏后“自爆”的特性。
A.电工陶瓷B.钢化玻璃C.硅橡胶D.乙丙橡胶6)以下哪个不是发生污闪最危险的气象条件？A.大雾B.毛毛雨C.凝露D.大雨7)污秽等级II 的污湿特征：大气中等污染地区，轻盐碱和炉烟污秽地区，离海岸盐场3km~10km 地区，在污闪季节中潮湿多雾但雨量较少，其线路盐密为2/cm mg 。
A .≤0.03 B.>0.03~0.06 C.>0.06~0.10 D.>0.10~0.258)以下哪种材料具有憎水性？A .硅橡胶 B.电瓷 C.玻璃D 金属二、填空题9)气体放电的主要形式：、、、、10)根据巴申定律，在某一PS 值下，击穿电压存在值。
11)在极不均匀电场中，空气湿度增加，空气间隙击穿电压。
12)流注理论认为，碰撞游离和是形成自持放电的主要因素。
13)工程实际中，常用棒－板或电极结构研究极不均匀电场下的击穿特性。
14)气体中带电质子的消失有、复合、附着效应等几种形式15)对支持绝缘子，加均压环能提高闪络电压的原因是。
16)沿面放电就是沿着表面气体中发生的放电。
17)标准参考大气条件为：温度C t �200=，压力=0b kPa ，绝对湿度30/11m g h =18)越易吸湿的固体，沿面闪络电压就越______19)等值盐密法是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__________含量的一种方法20)常规的防污闪措施有：爬距，加强清扫，采用硅油、地蜡等涂料三、计算问答题21)简要论述汤逊放电理论。
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高电压技术在其它领域中的应用
等离子体隐身
国家自然科学基 金重大研究项目
利用等离子体与电磁波的作用 机制(能够有效吸收大量的电磁波), 机制(能够有效吸收大量的电磁波), 产生覆盖飞行器的等离子体层, 产生覆盖飞行器的等离子体层 , 能有效吸收雷达信号, 能有效吸收雷达信号 , 达到隐身 的目的
第三章 高电压技术
电力工程与管理教研室 北京市德外朱辛庄北农路2号华北电力大学 电话: 网址: + 86-010-8079 3518 N C E P U 电气与电子工程学院
高电压技术概述
高电压技术的发展主要有两个问题引起
高压输电的要求 高电压工程问题
NCEPU 电气学院
除菌及清鲜空气
利用空气中电晕放电,控制产生一定浓度臭氧( 利用空气中电晕放电,控制产生一定浓度臭氧(强 氧化剂) 达到杀菌及清洁空气的作用( 氧化剂),达到杀菌及清洁空气的作用(目前空调中 所谓的等离子体空气清新技术) 所谓的等离子体空气清新技术)
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污水处理
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等离子体推进
利用高压放电产生等离子体, 利用高压放电产生等离子体,通过等离子体间的 电磁相互作用( 排斥力) 推进舰艇, 电磁相互作用 ( 排斥力 ) 推进舰艇 , 具有无声的优 点,可有效避免被敌人的声纳探测
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利用火花放电时的放电能量处理加工材料
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肾结石, 肾结石,胆结石的体外粉碎是利用高压脉冲产生一定向冲 击波,经聚焦后作用于患处将结石击碎( 击波,经聚焦后作用于患处将结石击碎(上海交大率先开发 成功,由此成果当事人成为中国工程院院士) 成功,由此成果当事人成为中国工程院院士)
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电磁炮
利用高压脉冲电源瞬间击穿产生高功率脉冲( 利用高压脉冲电源瞬间击穿产生高功率脉冲(强 电流) 电流)产生强磁场通过电磁力的作用将炮弹发出
微波弹
高压快脉冲重复放电产生强电磁波, 高压快脉冲重复放电产生强电磁波,对敌方电子 设备进行干扰, 设备进行干扰,能量足够时可导致设备失效
三次采油技术
将高功率脉冲电源引至油井下进行瞬间放电, 将高功率脉冲电源引至油井下进行瞬间放电 , 产生很强 的冲击波,此冲击波将地下岩层震裂, 的冲击波 , 此冲击波将地下岩层震裂 , 使得原有的缝隙 增大(解堵作用) 原油渗出更容易,能提高油井的产量) 增大(解堵作用),原油渗出更容易,能提高油井的产量)
高电压技术面临的主要问题
提高设备可靠性的技术问题 设备紧凑化高场强的技术问题 新型绝缘材料的开发 大功率电力电子器件在高压中的应用 架空线及变电所的电磁环境 中心问题: 中心问题:过电压与绝缘之间的矛盾
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�
利用高频脉冲高压产生高浓度臭氧, 利用高频脉冲高压产生高浓度臭氧,与污水作用 能够分解污水中的有机物,去除臭气, 能够分解污水中的有机物,去除臭气,实现污水 的处理
烟气处理
利用高功率脉冲形成高能活性离子, 利用高功率脉冲形成高能活性离子,可以实现工 厂烟气的脱硫脱硝, 国家863项目) 863项目 厂烟气的脱硫脱硝,净化排污 (国家863项目)
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系统运行中的高电压问题
外过电压
雷电
绝缘老化 保护装置 绝缘配合 电磁环境 生态效应
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内过电压
工频过电压 谐振过电压 操作过电压
高电压技术在其它领域中的应用
高压静电除尘
已有十分广泛成熟的应用, 已有十分广泛成熟的应用 , 基于静电吸引的 作用收集灰尘
电火花加工
高电压工程问题
高电压架空输电线路设计中的技术问题 高电压设备设计制造问题 系统运行中的过电压防护
高电压技术在其他领域中的应用
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架空线路设计制造中的高电压问题
设备中采用什么材质的绝缘 该材质绝缘的外形,质量, 该材质绝缘的外形,质量,绝缘性能 设备的绝缘试验
NCEPU 电气学院
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等离子体表面处理
高压放电产生活性粒子作用于织物等, 高压放电产生活性粒子作用于织物等 , 增强材料表面活 不但易于染色和进行表面涂覆等, 性 , 不但易于染色和进行表面涂覆等 , 且处理过程对环 境不会有污染. 是当前印染行业十分看好的织物处理技 境不会有污染. 术