高电压技术情况总结复习资料
一、填空和概念解释
1、电介质：电气设备中作为绝缘使用的绝缘材料。
2、击穿：在电压的作用下，介质由绝缘状态变为导电状态的过程。
3、击穿电压：击穿时对应的电压。
4、绝缘强度：电介质在单位长度或厚度上承受的最小的击穿电压。
5、耐电强度：电介质在单位长度上或厚度所承受的最大安全电压。
6、游离：电介质中带电质点增加的过程。
7、去游离：电介质中带电质点减少的过程。
8、碰撞游离：在电场作用下带电质点碰撞中性分子产生的游离。
9、光游离：中性分子接收光能产生的游离。
10、表面游离：电极表面的电荷进入绝缘介质中产生的游离。
11、强场发射：电场力直接把电极中的电荷加入电介质产生的游离。
12、二次电子发射：具有足够能量的质点撞击阴极放出电子。
13、电晕放电：气体中稳定的局部放电。
14、冲击电压作用下的放电时间：击穿时间+统计时延+放电形成时延
15、统计时延：从间隙加上足以引起间隙击穿的静态击穿电压的时刻起到产生足以引起碰撞游离导致完全击穿的有效电子时刻。
16、放电形成时延：第一个有效电子在外电场作用下碰撞游离形成流注，最后产生主放电的过程时间。
17、50%冲击放电电压：冲击电压作用下绝缘放电的概率在50%时的电压值。
18、沿面放电：沿着固体表面的气体放电。
19、湿闪电压：绝缘介质在淋湿时的闪络电压。
20、污闪电压：绝缘介质由污秽引起的闪络电压。
21、爬距：绝缘子表面闪络的距离。
22、极化：电介质在电场的作用下对外呈现电极性的过程。
23、电导：电介质在电场作用下导电的过程。
24、损耗：由电导和有损极化引起的功率损耗。
25、老化：电力系统长期运行时电介质逐渐失去绝缘能力的过程。
26、吸收比：t=60s和t=15s时的绝缘电阻的比值。
27、过电压：电力系统承受的超过正常电压的。
28、冲击电晕：输电线路中由冲击电流产生的电晕。
29、雷暴日：一年中听见雷声或者看见闪电的天数。
30、雷暴小时：一年中能听到雷声的小时数。
31、地面落雷密度：每平方公里每雷暴日的落雷次数。
32、耐雷水平：雷击输电电路不引起绝缘闪络的最大的雷电流幅值。
33、雷击跳闸率：每百公里线路每年在雷暴日为40天的标准条件下由雷击引起的跳闸的次数。
34、击杆率：雷击事故中雷击塔顶的次数与雷击输电线路的总次数之比。
35、绕击率：雷击绕过避雷线击中导线的概率。
36、建弧率：线路中绝缘由冲击闪络变为工频闪络的概率。
37、进线段：输电线路中距离变电站1—2公里的线段。
二、简答
1、采用高电压输电的优点。
①提高系统的输电能力②增加输电距离③降低线路功率损耗④降低电网传输单位容量的造价。
2、汤森德理论和游离的条件。
汤森德理论：①电子碰撞游离产生电子崩的过程是气体放电的主要过程②二次放射是气体自持放电的必要条件。
游离条件：运动质点所具有的总能量一定要大于被撞质点在正常状态下的游离能。3、巴申定律。
气体的放电电压是气体间隙距离和气体相对密度乘积的函数U f=f（δ·s）。
4、在多介质绝缘结构中极化和电场分布的关系。
电场分布的静向分量与绝缘的相对介质常数成反比。
5、在交流作用下固体介质中电流有哪些成分？直流电压作用下电流又是如何变化的？
①有损极化电流②无损极化电流③电导电流直流电压作用的一瞬间三种电压都存在，当到达稳态时只存在电导电流。
6、固体介质的击穿形式。
①电击穿：由于电场力作用发生碰撞游离破坏介质晶格形成电通道。②热击穿：由固体内部热不稳定造成的击穿。
7、高压试验的分类和实验原则。
①非破坏性试验②耐压试验
原则：①两个实验都是从不同侧面反映绝缘缺陷的实验，两者相互补充②检测性试验与击穿电压之间没有函数关系所以耐压试验是不可替代的③耐压试验对设备有一定的损害所以要先进行检测性试验，没有缺陷后再进行耐压试验。
8、冲击电压发生器获得高电压的方法。
多级电容的并联充电然后串联放电。
9、过电压的分类和系统电压的关系。
①外部过电压②内部过电压（操作过电压、谐振过电压）
外部过电压和系统电压之间没有关系内部过电压和系统电压的等级有关。
10、内部过电压的实质。
电力系统中的储能原件由于各种操作从一个稳态到达另一个稳态的过程中产生的振荡电压就是内部过电压。
11、电压波和电流波在线路传播的特点和实质。
电压波和电流波在线路传播是相伴而行的统一体，电压波和电流波的传播就是电磁能的传播或者电磁波的传播。
12、波阻抗与集中参数电阻的区别。
①物理意义上的不同波阻抗是指同方向传播的电压波与电流波之间的数量关系当波通过分布参数的波阻抗时以电磁能形式把能量保持在线路周围，而通过集中参数电阻时则消耗在电荷内②波阻抗加正负表示波阻抗的方向③线路中的波阻抗只与单位长度上的参数有关与长度无关④当线路中存在两个方向的波相遇时电路中的总电压与总电流之比不等于波阻抗。
13、波在传播过程中的能量关系。
电场能=磁场能
14、波在节点折返射的实质。
波通过参数激变的节点发生电压波和电流波的重新分布或电磁能的重新分布。
15、彼得逊等值电路的等效方法及适用范围。
①把入侵波的电压的两倍作为等值电路电压源的电动势②把分布参数的波阻抗看场集中参数的波阻抗然后连接在一起。
适用范围：①入侵波必须按照分布参数的线路传播而来②和线路一相连的线路中只能有一个可拆分的电压波或电流波。
16、冲击电晕对波过程的影响。
①使波形发生改变幅值减小②波速和波阻抗减小③是导线的耦合系数增加。
17、线路中两个方向的波相遇时的基本规律。
算数叠加规律
18、电压波和电流波符号的定义。
电压波：①在线路中正电荷的传播产生的电压波是正的电压波②在线路中负电荷的传播产生的电压波是负的电压波。电流波①线路中正电荷沿X正方向传播产生的电流波是正的电流波②负电荷沿X正方向传播产生的电流波是负的电流波③正电荷沿X反方向传播产生的电流波是负的电流波④负电荷沿X反方向传播产生的电流波是正的电流波。
19、避雷线在输电线中的作用。
①当雷击杆塔时起分流作用降低杆塔上的雷电流②防止雷直接击到杆塔上③对感应雷起耦合作用。
20、变电站独立避雷针距离设备的距离和接地体距主接地网的距离。
变电站独立避雷针距离设备的距离不小于5m接地体距主接地网的距离不小于3m。21、三绕组变压器的特殊保护。
当三绕组变压器高中压绕组运行而低压绕组停运时应在低压侧加装避雷器保护防止高中压绕组出现过电压。
三、论述
1、用汤森德理论简述低气压小气隙的击穿过程。
随着电压升高电子在电场力下加速撞击中性分子发生碰撞游离，是升压的时间。随着电子崩的发展他的正电荷和电子数量成正比增加是发展阶段。随着加电压的进行正离子在电场力的作用下也加速，当获得的能量足够大时产生二次电子发射，新的电子代替出事电子参与电子崩自持放电开始。
2、用汤森德理论解释长间隙高气压情况下气隙的击穿有哪些和实际观测不同？为什么？
（1）汤森得理论解释的气体的放电时间比实际的放电时间长（2）汤森德理论解释的气体放电条件是和阴极表面材料有关实际观测试没有关系的（3）放电形式不同汤森德理论解释的放电是充满间隙空间的放电，实际观测是值差的树状放电。为什么：因为汤森德；理论没有考虑到空间电荷累积而造成的电厂的激变。
3、伏秒特性曲线的制作。
当击穿发生在波前时击穿电压以击穿时的电压值计，当击穿发生在波后时击穿电压以对应电压的峰值计，，击穿时间以击穿的时刻计，用统计的方法绘制成曲线
4、巴申定律对气体在气体相对密度和间隙距离变化下的放电电压变化曲线的解释。（1）δ不变s增大必须增大外施才能产生碰撞游离，当s很小时碰撞游离的概率已经很高s继续减小电子碰撞中性分子的概率减小所以必须升高外施电场才能保持击穿（2）s 不变δ增加电子自由行程变短相邻两次碰撞之间电子积累足够动能产生碰撞游离的概率减小所以升高外施电压。δ很小时碰撞游离的概率增加的影响不再抵消碰撞游离次数减小作用，为保持一定数量的带电质点所以必须增加外施电场。
5、用流注理论简述高气压长气隙的击穿过程。
随着电子崩的发展，空间上积累大量的正离子和少量的负离子，电子很快进入阴极，造成电场的激变，电场强度弱的地方正好是正负离子混合的区域，很容易产生负荷，发光产生光游离，带来的电子替代原来的电子，形成二次电子崩或多次电子崩汇合形成流注接通正负两极，最终形成击穿。
6、解释不均匀电场中短间隙中短间隙的放电现象。
①棒极带正电位时，棒极附近强场区内的电晕放电产生的电子达到棒极后即被中和，而正离子速度慢暂被留在棒极附近，正电荷消弱棒极附近的电场强度而加深了气隙身处的电场强度，容易使气隙深处产生二次电子崩，与初崩汇合成流注。流注产生的空间电荷总是加强前方电场，发展是连续的速度很快的，与副极性比击穿电压低。②棒极为负极性时，电子崩的发展比正极性时困难。初崩留下的正电荷加强了负棒极附近电场，但消弱了气隙深处的空间电场，流注向前发展受到抑制只有再生高电压等待初崩中向阴极发展的正流注完成，才能产生新的电子崩，形成负流注。负流注的发展是阶段性的，击穿所需电压要高得多。③无论正流注负流注，发展到对面电极时整个间隙就被充满了正负电荷，具有较大导电性的通道所穿过。在电压源的作用下流注中的带电质点继续加速获得能量，使流注中带电质点浓度增加，通道温度和电导增大，完全失去绝缘能力，气隙击穿就完成了。
7、在曲率半径小的电极上加屏蔽的作用。
提高电场的均匀程度，靠屏蔽电极的沿面效应等效的增加了曲率半径小的电极吃寸减小了曲率半径小的电荷，提高了放电电压。
8、不均匀电场的气体间隙中（油）加极间屏障作用。
不均匀电场中局部放电产生电荷在两极间运动被极间屏障阻挡电荷均匀分布在屏障上提高了电场的均匀程度提高放电电压。油中增加绝缘屏障阻挡杂质小桥接通电极，减小杂质小桥的电导电流，提高放电电压。
9、采用高气压提高气体击穿电压的机理。
采用高气压就是提高气体的相对密度，气体的相对密度增加电子碰撞中性分子的距离减少，碰撞前累积的动能减小使碰撞游离发生困难，提高了气体的击穿电压。
10、采用高真空提高气体击穿电压的机理。
采用高真空是改变了击穿条件，使气体的击穿由碰撞游离变为强场发射，强场发射所需要的电场强度大，从而提高了电场的击穿电压。
11、采用高强度气体提高气体击穿电压的机理。
采用高强度气体使气体的分子结合能增大，发生碰撞游离的条件是是电子碰撞之前所累积的动能大于分子结合能的时候产生碰撞游离，使碰撞游离困难提高了气体的击穿电压。
12、在什么条件下最容易出现沿面闪络？为什么？
当绝缘子表面有污秽，由于天气不良（毛毛雨、雾等）污秽淋湿而没有冲掉的情况下最容易出现边沿闪络。
13、为什么用测试介质损失角正切值的方法来反应绝缘的损耗特性而不直接测试功率损耗？
①绝缘的功率损耗很小很难直接测量②功率损耗和绝缘介质的体积有关，同材料不同体积的的设备所测的功率损耗么有可比性③功率损耗和所加的电压有关，不能完全保证每次所加的电压值完全相等所以所测值没有可比性④介质损失角的正切值和功率损耗成正比可以代替。
14、绝缘电阻和泄漏电流测试分析绝缘性能的机理是什么？
通过分析电导电流的变化来分析。
15、测试泄流电流和直流耐压试验的基本接线图。
（书56页）包括调压部分、升压部分、整流部分、试验和保护部分。
16、介损试验为什么对大体积设备的局部集中缺陷反应不灵敏？为什么进行分析试验？介损试验可以发现电气设备绝缘整体受潮、穿透性导电通道、劣化变质等。但是对于非穿透性的局部损坏很小部分的绝缘老化劣化及个别的绝缘弱点应用介损试验不灵敏，当大设备的绝缘有几部分组成时分别测量各部分的tgδ,便于发现缺陷。
17、直流耐压试验和工频耐压试验相比有哪些特点？
①直流耐压试验所用的设备体积小容量小便于携带②直流耐压试验和工频耐压试验相比对设备损害小③直流耐压试验更容易发现电极端部的缺陷④直流耐压试验不如工频耐压试验更接近生产实际。
18、波通过线路末端开路和接地的情况下的折反射情况及能量解释。
线路末端开路发生电压波正的全反射和电流波的负的全反射，电压升高为原来的两倍。电路末端接地时发生电压波负的全反射和电流波正的全反射，电流升高为原来的两倍。能量解释：两种波的能量都不能继续传播全部反射回来，线路末端开路时能量都变成电场能，接地时全部变成磁场能。
19、在什么情况下用串联电感和什么时候用并联低昂荣来降低入侵波陡度？
在设备前有避雷器时用串联电感，设备前没有避雷器时用并联电容。原因：对于后面的设备来说串联电感和并联电容都能降低降低入侵波的陡度，但反射波不同串联电感时电感中出现电流，波到达的时间相当于开路发生电压波正的全反射，电感前的电路电压升
高一倍，反射电压波逐渐减小可能危机线路绝缘加一个避雷器，并串联电容波到达时相当于接地电压负的全反射，是线路电压降低可以保证线路安全。
20、波在变压器绕组中的近似初态分布和稳态分布及震荡电压幅值的估算。
①近似初态分布是按电容量的大小呈指数波②稳态分布是按电阻和绕组末端接地情况呈线性分布③震荡电压的幅值是稳态值+稳态与初态的差值
21、对有绕组设备降低入侵波陡度的意义。
为了减低稳态与初态的差值，差值小震荡弱，电感中有分流，保护设备
22、三相绕组中传播过程的基本规律。
①对于中性点直接接地的星形接线，每相绕组都可以看成一个末端接地的独立绕组分析方法和过电压与单相绕组相同。②中性点不接地：当雷点冲击电压波从单相入侵是中性点O的稳态电压为（1/3）U0震荡过程中中性点可能的对大电压（2/3）U0当冲击波同时作用两相时中性点最大电压（4/3）U0三相同时进波时最大为2U0。③三角形接线当单相进波时两相绕组有电压侵入，两个绕组的波过程与此两绕组并联形成的末端接的的单相绕组的波过程相同。当有两相或三相进波时绕组的中点的最大震荡电压可达到2U0。
23、装设自动重合闸的意义。
由于雷击造成的闪络大多能在跳闸后自动恢复绝缘能力，再次重合闸的概率较高，提高了供电的可靠性。
24、冲击接地电阻和工频接地电阻的区别。
流过的电流不同，接地装置流过冲击电流时是冲击接地电阻；当流过工频电流时是工频
接地电阻。①冲击电流的幅值大，接地体周围的土壤被击穿，产生火花放电，相当于接地体直径加大，与土壤的接触面积增大，使接地电阻R趋向减小。在幅值高的冲击电流作用下，冲击接地电阻小于工频接地电阻，叫做火花效应。②雷电流的等值频率很高，使接地体自身电感影响增加，阻碍电流向远端接地体流通，使接地装置的电阻大于工频接地电阻，叫做电感影响。
25、中性点的特殊保护。
对中性点接地系统，中性点保护的方法是在中性点与地之间加装阀型避雷器。
26、配电变压器的防雷保护接线及论述。
配电变压器的防雷保护采用三点联合接地。避雷器应尽量靠近变压器装设，并应尽量减小连接线的长度，以减小雷电流在连接线的电压降。避雷器的引下线应与变压器的金属外壳以及低压侧中性点连在一起接地，这样在入侵波使避雷器动作时，作用在高压侧主绝缘上的电压就只是避雷器的残压，而不包括接地电阻上的电压降。
27、为什么测试油的品质必须用持续电压均匀电场？
油的品质是通过标准的试油器中测试油的击穿电压，击穿电压越大，油的品质越好。①用持续电压，时间长可以使油中的杂质有充分的时间极化形成杂质小桥，导致电导电流增加，油中产生气泡，气泡的击穿导致油的击穿。②在均匀电场中不会出现局部放电使油中的杂质更容易形成杂质小桥形成击穿。
四、计算
1、波的折反射计算
（1）有一幅值为100kV 的直角波沿波阻抗为50Ω的电缆线路侵入发电机绕组（波阻抗为800Ω）。要求入侵波的陡度限制在12kV/μs ，求用电容器或电抗器来保护匝间绝缘所需的电容值或电感值。
）（μ）（F F Z C 33.01033.010
12501002dt
du u 26
6
max
2
1q
1=?=???=
=
- ）（）（H H Z L m 3.13103.1310121008002dt du u 23
6
max
2q 12=?=???==-
（2）在设备（波阻抗为Z 2）和线路（波阻抗为Z 1）之间串联一电感L ，试分析当有一直角波沿线路传播到设备时的折射波和反射波。
由图可得)1(22
112L
t q q e
Z Z u i τ--+=
)1()1(212
121222L
t
L
e
u e
Z Z Z u Z i u q u t
q q τατ--=-+=
=-
21Z Z L
L +=
τ
边界条件：q i i 21= f q i i i 111+=
2
Z q
1u 21
Z L
q 2u
112
11121)1(2Z u e
Z Z u i i i q t q q q f L
-
-+=
-=-τ )1(22
1111111L
t
q q f f e
Z Z u Z u i Z u τ--+-
=-=
（3）在设备（波阻抗为Z 2）和线路（波阻抗为Z 1）之间串联一电容器C ，试分析当有一直角波沿线路传播到设备时的折射波和反射波。
由电路图得)1(21C
t
q C e
u u τ--= )(21Z Z C C +=τ
1
Z C
q
i 22
Z q
u 2q
u 12
边界条件：q i i i 221==
C t
q C
C q e Z Z u dt du C i i i τ-+====211222
C
t
q q q e
Z Z u Z Z i u τ-+=
=2
1122222
f q i i i 111+=
C
t
q q q q f e
Z Z u i i i i i τ-+=
-=-=2
11121112
C
t q q f f e
Z Z u Z u i Z u τ-+-
=-=2
11111112
（4）在设备（波阻抗为Z 2）和线路（波阻抗为Z 1）之间并联一电感L ，试分析当有一直角波沿线路传播到设备时的折射波和反射波。
q
u 121
Z L
2
Z q u 2
由图可得)1(21
1L
t q L e
Z u i τ--=
2
1Z Z L
L ∥τ=
边界条件：2211u u u u q q q =+=
L t
q L
q e Z Z u dt di L u τ-+==21122
L
t q q q e
Z Z Z u Z u i τ-+=
=
2
2112
22)(2
q
t
q q q q f u e
Z Z u u u u u u L
12
11121112-+=
-=-=-τ
L
t
q
q if f e
Z Z Z u Z u Z u i τ-+-
=-
=1
2111
11
1)(2
（5）在设备（波阻抗为Z 2）和线路（波阻抗为Z 1）之间并联一电容器C ，试分析当有一直角波沿线路传播到设备时的折射波和反射波。
q
u 121
Z C
2
Z q
u 2
由图可得)1(22
112C
t q q e
Z Z u i τ--+=
)1(22
121222C
t
q C q e
Z Z Z u u Z i u τ--+=
== ）
∥（τ21Z Z C C = 边界条件：2211u u u u q q =+=
q t
q q q f
u e u Z Z Z u u u C 112
12
121)1(2--+=-=-τ
)1()(211
212
11111C t
q q
f f e u Z Z Z Z Z u Z u i τ--+-=-=
（6）有一斜角波沿波阻抗为50Ω的电缆线路传播到波阻抗为500Ω的架空线路中。设节点为A （相交点），已知：入侵电压波的陡度为30kV/μs ，求距离A 点100m 的电缆线路中（B 点）在时间为50μs （以前行波到达B 点瞬间开始计时）的电压和电流值。
计算时间s s
m m
v l T μ电缆33.133/102
3100226=??==
由于s s μμ33.13350<，故kV s s kV t u B 150050/30=?==μμα kA 3050
1500
===
电缆Z u i B B （7）有一斜角波沿波阻抗为50Ω的电缆线路传播到波阻抗为500Ω的架空线路中。设节点为A （相交点），已知：入侵电压波的陡度为30kV/μs ，求距离A 点100m 的电缆线路中（B 点）在时间为200μs （以前行波到达B 点瞬间开始计时）的电压和电流值。 【图同（6）】计算时间s s
m m
v l T μ电缆33.133/102
3100226=??==
由于s s μμ33.133200>，故
)105.1100200(30500505050020030)(6
?-??+-+?=-+=v l t t u u
B αβα
A t Z u i q
B q B k 3050
1500
5011====
α电缆 50
)(11v l
t Z u i u
f B f B --
=-
=αβ电缆 f B q B B i i i 11+=
（8）有一幅值为100kV 的直角波沿波阻抗为300Ω的架空线路侵入入口电阻为500Ω的设备。求折射波和反射波。
kV u Z Z Z u u q q u q 125100500
300500
22121212=?+?=+=
=α
A V
Z u i q q 250500
k 1252
22==
=
kV u Z Z Z Z u u q q u f 25100300
500300
5001211211=?+-=+-=
=β
kA V Z u i f f 12
1
300k 251
11-=-
=-
=
2、避雷针保护范围的计算和设计
（1）有一设备直径10m ，高出地面10m ，现拟采用单针保护，要求避雷针引雷时不会对设备造成反击。试设计避雷针的高度。
假设：
h
h x 21≥
，则p h h r x x )(-=
)(25101
15
m h p r h x x =+=+=
，而m h x 10=，所以假设不成立。 因此h h x 2
1
<
，p h h r x x )25.1(-= )(3
705.1102155.12m h p
r h x
x
=?+=+=
（2）有一变电站如图所示，拟用两根等高避雷针用于直击雷的保护，请设计避雷针的高度并画出保护范围。注：▽表示避雷针的位置，外线为变电站围墙，内线为设备及建筑区，