高电压技术第二版习题答案Word下载.docx

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这样，即便去掉外界游离因素，仍有引起碰撞游离所需的起始有效电子，从而能使放电达到自持阶段。

1—3汤生放电理论与流注放电理论都认为放电始于起始有效电子通过碰撞游离形成电子崩,但对之后放电发展到自持放电阶段过程的解释是不同的。

汤生放电理论认为通过正离子撞击阴极，不断从阴极金属表面逸出自由电子来弥补引起电子碰撞游离所需的有效电子。

而流注放电理论则认为形成电子崩后，由于正、负空间电荷对电场的畸变作用导致正、负空间电荷的复合，复合过程所释放的光能又引起光游离，光游离结果所得到的自由电子又引起新的碰撞游离，形成新的电子崩且汇合到最初电子崩中构成流注通道，而一旦形成流注，放电就可自己维持。

因此汤生放电理论与流注放电理论最根本的区别在于对放电达到自持阶段过程的解释不同，或自持放电的条件不同。

汤生放电理论适合于解释低气压、短间隙均匀电场中的气体放电过程和现象，而流注理论适合于大气压下，非短间隙均匀电场中的气体放电过程和现象。

1—4极不均匀电场中的气体放电过程有两个不同于均匀电场、稍不均匀电场中气体放电的特性：

1.持续的电晕放电电晕放电是在不均匀电场中，电场强度大的局部区域中发生的放电，此时整个气体间隙仍未击穿，

但在局部区域中气体已击穿。

在稍不均匀电场中，电晕放电起始电压很接近（略低于）间隙的击穿电压，也观察不到明显的电晕放电现象。

而在极不均匀电场中则可观察到明显的电晕放电现象，且电晕放电起始电压要低于（或大大低于取决

于电场均匀程度）间隙的击穿电压。

2.长间隙气体放电过程中的先导放电当气体间隙距离较长（＞1m）时，流注通道是通过具有热游离本质的先导放电不断向前方（另一电极）推进的。

由于间隙距离较长，当流注通道发展到一定距离，由于前方电场强度不够强（由于电场不均匀）流注要停顿。

此时通过先导放电而将流注通道前方电场加强，从而促使流注通道进一步向前发展。

就这样，不断停顿的流注通道通过先导放电而不断推进，从而最终导致整个间隙击穿。

3.不对称极不均匀电场中的极性效应不对称极不均匀电场气体间隙（典型电极为棒—板间隙）的电晕起始电压及间隙击穿电压随电极正、负极性的不同而不同。

正棒—负板气体间隙的击穿电压要低于相同间隙距离负棒—正板气体间隙的击穿电压，而电晕起始电压则相反。

解释这种结果的要点是间隙中正空间电荷产生的电场对原电场的增强或削弱。

判断间隙击穿电压高低看放电发展前方的电场是加强还是削弱，而判断电晕起始电压高低则看出现电晕放电电极附近的电场是增强还是削弱。

出现正空间电荷的原因是由于气体游离产生的正、负带电粒子定向运动速度差异很大，带负电的自由电子很快向正极性电极移动，而正空间电荷（正离子）由于移动缓慢，此时几乎仍停留在原地从而形成正空间电荷。

对于正棒负板气体间隙，正空间电荷的电场加强了放电发展前方的电场，有利于流注向前方发展，有利于放电发展。

但此空间电荷的电场对于棒电极附近的电场是起削弱作用，从而抑制了电晕放电。

对于负棒-正板气体间隙，情况则相反。

这就导致上面所述击穿电压和电晕起始电压的不同。

1—5电晕放电与气体间隙的击穿都是自持放电，区别仅在于放电是在局部区域还是在整个区域。

若出现电晕放电，将带来许多危害。

首先是电晕放电将引起功率损耗、能量损耗，这是因为电晕放电时的光、声、热、化学等效应都要消耗能量。

其次，电晕放电还将造成对周围无线电通讯和电气测量的干扰，若用示波器观察，电晕电流为一个个断续的高频脉冲。

另外，电晕放电时所产生的一些气体具有氧化和腐蚀作用。

而在某些环境要求比较高的场合，电晕放电时所发出的噪声有可能超过环保标准。

为此，高压、超高压电气设备和输电线路应采取措施力求避免或限制电晕放电的产生。

反过来，在某些场合下，电晕放电则被利用，如利用冲击电晕放电对波过程的影响作用可达到降低侵入变电站的雷电波波头陡度和幅值。

电晕放电也被工业上某些方面所利用而达到某种用途。

1—6气体间隙的击穿电压UF是气体压力P和间隙距离S乘积的函数，这一规律称为巴申定律。

这种函数关系常用曲线表示，气体种类不同，电极材料不同，这种函数关系的曲线也不同。

巴申定律是由实验而不是通过解析的方法得到的气体放电规律。

巴申定律的曲线是表示均匀电场气体间隙击穿电压与PS乘积之间的关系，它不适用于不均匀电场。

此外，巴申定律是在气体温度不变的情况下得出的。

对于气温并非恒定的情况应为UF=F（8d）,8为气体的相对密度。

1—7在持续电压（直流、工频交流）作用下，气体间隙在某一确定的电压下发生击穿。

而在雷电冲击电压作用下，气体间隙的击穿就没有这种某一个确定的击穿电压，间隙的击穿不仅与电压值有关，还与击穿过程的时间（放电时间）有关。

这就是说，气体间隙的冲击击穿特性要用两个参数（击穿电压值和放电时间）来表征，而气体间隙在持续电压作用下击穿特性只要用击穿电压值一个参数来表征。

用来表示气体间隙冲击特性的是伏秒特性。

冲击电压作用下气体间隙在电压达到U0（持续电压下间隙的击穿电压）值时，气体间隙并不能立即击穿而要经过一定的时间后才击穿，这段时间称为放电时延。

放电时延包括两部分时延：

统计时延从电压达U0值起至出现第一个有效电子为止的这段时间。

统计时延的分散性较大。

放电形成时延从出现第一个有效电子至间隙击穿为止的这段时延。

1—8在同一波形、不同幅值的冲击电压作用下，气体间隙（或固体绝缘）上出现的电压最大值与放电时间（或击穿时间）的关系，称为气体间隙（或固体绝缘）的伏秒特性。

伏秒特性常用曲线（由实验得到）来表示，所以也称伏秒特性曲线，它就表征了气体间隙（或固体绝缘）在冲击电压下的击穿特性。

在过电压保护中，如何能保证被保护电气设备得到可靠的保护（即限制作用在电气设备绝缘上的过电压数值），就要保证被保护电气设备绝缘的伏秒特性与保护装置（如避雷器）的伏秒特性之间配合正确。

两者正确的配合应是：

被保护电气设备绝缘伏秒特性的下包线始终（即在任何电压下）高于保护装置伏秒特性的上包线。

1—9影响气体间隙击穿电压的因素主要有二个：

1.间隙中电场的均匀程度间隙距离相同时，电场越均匀，击穿电压越高。

2.大气条件气压、温度、湿度不同时，同一气体间隙的击穿电压也不同。

气压、温度变化引起气体相对密度变化，而气体相对密度变化使得间隙击穿电压变化。

气压增大或温度降低使气体相对密度变大，自由电子容易与中性原子（分子）发生碰撞，但不容易引起碰撞游离（因碰撞前自由行程短，动能积聚不够），所以击穿电压提高。

湿度改变，则改变了水蒸汽分子吸附气体中自由电子的程度，自由电子数目的改变使电子碰撞游离程度改变，从而使间隙击穿电压改变。

湿度增大，水蒸汽分子吸附能力增强，气体中自由电子数减少，电子碰撞游离程度削弱，间隙击穿电压提高。

由于这种吸附自由电子的过程需一定时间而均匀电场放电过程又很快，因此湿度对均匀电场气体间隙的击穿电压影响很小。

海拔高度对气体间隙击穿电压的影响实际上也是通过气体相对密度来影响的。

提高气体间隙击穿电压主要从两个方面考虑：

1.改善电场分布具体措施有改变电极形状和采用极间屏障。

要注意的是：

负棒-正板气体间隙极间加屏障后不一定都能提高击穿电压，这要看屏障的位置。

2.削弱游离过程气体击穿的根本原因是发生了游离，若采取措施削弱这种游离过程，当然击穿电压就提高了。

具体措施是采用三“高”：

高气压，高真空，高绝缘强度的气体（如SF6气体）。

1—10沿面闪络是指沿面放电已贯通两电极。

电极间放入固体介质后的沿面闪络电压要比相同电极空气间隙的击穿电压低，这是因为沿固体介质表面的电场与空气间隙间电场相比已经发生了畸变，这种畸变使固体介质表面的电场更为不均匀。

而造成沿面电场畸变的原因主要有：

1.固体介质与电极之间气隙中放电产生的正、负电荷聚集在沿面靠电极的两端。

2.固体介质表面由于潮气形成很薄的水膜，水膜中正、负离子积聚在沿面靠电极的两端。

3.由于固体介质表面电压分布不均匀，在表面电场强度大的区域中出现电晕放电。

4.固体介质表面的不平整造成沿面电场畸变。

1—11套管表面的电场强度与表面斜交，表面的电场强度可分解成与表面垂直的分量和与表面平行的分量，垂直分量要比平行分量大许多。

正由于表面电场的垂直分量较平行分量强，所以其放电过程具有与其它形式沿面放电不同的特点：

1.电压升高后，首先在套管的法兰边缘处发生电晕放电，随电压再升高而变成线状火花放电。

2.随着电压进一步提高到某一数值，出现明亮的树枝状火花放电，这种火花放电的位置不固定，此起彼伏，这种放电称为滑闪放电。

滑闪放电是强垂直分量电场型沿面放电所特有的，它具有热游离的性质。

出现滑闪放电时，放电仍未达到沿面闪络。

3.电压升高至沿面闪络电压，滑闪放电发展成沿面闪络。

要提高套管沿面闪络电压，可以从以下两个方面来考虑：

1.增大沿面闪络距离。

但要注意：

闪络电压的提高与闪络距离的增大不成正比，前者提高得慢。

2.提高套管的电晕起始电压和滑闪电压。

这可以通过采用介电系数小的介质和加大套管绝缘厚度从而减小体积电容来提高；

也可以通过在靠近法兰处的套管表面涂以半导体漆以减小绝缘表面电阻来提高。

1—12绝缘子串由多片绝缘子相串联（见书P30），每片绝缘子具有等值电容C（当然还有等值电导，但由于电导电流比电容电流小许多，故忽略），每片绝缘子的金属部分与铁塔间有分布电容CE,与导线间也有分布电容CL（分布电容的极间绝缘就是空气）。

若CE和CL都不存在，每片绝缘子等值电容C上流过电流相等，则每片绝缘子上的电压分布均匀（C上压降相等）。

实际情况是存在CE和CL,由于CE和CL上电流的分流作用使得各片绝缘子上的电压分布不均匀（由于流过电流不相等而压降不相等），中间绝缘子上分到的电压小而两头绝缘子上分到的电压大。

由于CE>

CL,CE的分流作

用要大于CL的分流作用，所以靠导线绝缘子上分到的电压最大。

为了使绝缘子串电压分布均匀，可以在靠近导线的绝缘子外面套上一金属屏蔽环（称均压环），此均压环与导线等电位，以此增大CL，从而使绝缘子串电压分布的均匀性得以改善。

1—13户外绝缘子在污秽状态下发生的沿面闪络称为绝缘子的污闪。

污秽绝缘子的闪络往往发生在大气湿度很高等不利的气候条件下，此时闪络电压（污闪电压）大大降低，可能在工作电压下发生闪络从而加剧了事故的严重性。

防止绝缘子发生污闪的措施主要有：

1清除污秽层这要通过监测手段及时确定清扫的时间。

2.提高绝缘子的表面耐潮性和憎水性这是因为污秽绝缘子在受潮情况下闪络电压降低最多。

具体可采用憎水性材料或在绝缘子表面涂各种憎水性材料。

3.采用半导体釉绝缘子。

第二章—极化形式形成原因过程快慢损耗受温度影响电子式电子轨道的相对位移快无极小离子式正、负离子的空间位移快无小偶极子极性电介质分子（偶极子）的转向慢有大空间电荷空间电荷的积聚缓慢有大2—2泄漏电流是电介质中少量带电粒子在电场（电压）作用下形成的电导电流。

这种电导电流是很小的（为此冠以“泄漏”的名称），但在高电压下可达到能被检测出的数值。

电介质对电导电流的阻力称为绝缘电阻。

作用电压（直流电压）、泄漏电流、绝缘电阻三者的关系符合欧姆定律。

电介质的电导过程表明电介质并非绝对不导电，即绝缘电阻不等于无穷大。

当固体电介质受电压作用时，除了有泄漏电流流过电介质内部（称为体积泄漏电流）外，还有电流沿电介质表面流过，这部分电流称为表面泄漏电流。

绝缘试验中的泄漏电流测量是要测量体积泄漏电流，并以此来判断绝缘状况的好坏，若不采取措施消除表面泄漏电流，实际上所测到的电流应是体积泄漏电流和表面泄漏电流之和。

2—3电导过程是带电粒子在电场（电压）作用下定向移动形成电导电流的过程。

电介质的电导与金属导体的电导有两个本质的区别。

其一是形成电导电流的带电粒子不同，电介质中为离子，而金属导体中为自由电子。

所以电介质电导为离子性电导，而金属导体电导为电子性电导。

其

二是带电粒子数量上的区别，在电介质中有少量带电质点，而在金属导体中则有大量带电粒子。

正由于两者带电粒子数差别悬殊，才使两者电导受温度影响的结果绝然不同。

2—4电介质上加上直流电压后，流过电介质的电流开始较大，而后随时间衰减变小，最后稳定于某一数值，这一现象称为“吸收”现象。

表面看起来似乎有一部分电流被电介质“吸收”掉了，但出现“吸收”现象的实质是电介质在直流电压（电场）作用下，电介质发生极化、电导过程综

合的结果。

在直流电压作用下电介质要发生极化过程和电导过程。

由于极化过程，就有有损极化对应的电流ia。

由于电导过程，就有泄漏电流ig。

此外还有纯电容性电流ic，它表示无电介质时等值电容的充电电流以及无损极化电流。

ic存在时间极短，很快衰减至零。

ia经过一定时间（时间长短与时间常数raca有关）后也衰减至零，而ig不随时间变化。

流过介质的总电流为i=ic+ia+ig，将三个电流分量按时间相加就得到了总电流随时间变化的曲线（见书P40图），从而说明了出现“吸收”现象的必然性。

“吸收”现象是电介质在直流电压作用下发生的。

此外，若电介质的等值电容很小，吸收现象不明显。

2—5tg8是表征电介质在交流电压作用下内部损耗特性的参数（物理量）。

tg8反映了电介质在交流电压作用下电导损耗、极化损耗以及在电压（电场强度）较高时游离损耗的综合结果。

tg8与外加电压、频率无关（指在一定范围内），与电介质尺寸结构无关，仅取决于内在的损耗特性。

研究测量tg8的目的不在于：

介质损耗掉了多少功率（比其它原因引起的功率损耗，其要小得多），而在于：

若介质损耗大，将加速老化，最终导致绝缘性能失去而造

成绝缘故障。

电压在一定范围内（不是过高），tg8不随电

压变化。

但当电压过高时，由于介质内部的游离损耗而使tg8增大。

在工频电压下，频率的变动（在50Hz左右变动）不会改变tg8值。

但当频率变动很大（数倍、数十倍），tg8会受到频率变化的影响。

在频率不很高时，tg8随频

率的升高而增大（由于单位时间内极化次数增多造成极化损耗增大）。

但当频率过高时，由于偶极子来不及转向而造成极化作用减弱，使tg8随频率升高而减小。

温度变化对tg8的影响随电介质种类的不同而不同。

中性或弱极性电介质的tg8随温度升高而增大。

对于极性电介质，tg8随温度的变化则要考虑电导损耗、极化损耗随温度变化的综合结果。

见书P44,tvt1时，两种损耗都随温度升高而增大，所以tg8随温度升高而增大。

t1vtvt2时，极化损耗随温度升高而减小且超过电导损耗随温度升高而增大，所以tg8随温度升高而减小。

t>

t2时，电导损耗增大很快且超过极化损耗的减小，

所以tg8随温度升高而增大。

2—6实际使用的变压器油是非纯的液体电介质，其击穿过程与纯液体电介质是根本不同的。

在变压器油中的电极间一旦形成“气泡”通道，由于气体击穿场强要比变压器油低得多，因此就发生电极之间的击穿。

“气泡”通道可由两种途径形成。

一种途径是油中原先存在的气泡中发生气体游离，由于游离而得到的正、负电荷向两电极方向运动而使气泡拉长，当这种气泡增多并头尾相接贯通两电极时就形成气泡通道。

另一种途径是油中的水分或纤维分子受电场极化而顺电场方向排列，当这些极化的水分或纤维分子排列成贯通电极的“小桥”，流过此“小桥”的泄漏电流要比流过油中泄漏电流大，发热增加，从而使水分汽化或使用周围的油汽化，就在“小桥”周围形成气泡通道。

影响变压器油击穿电压的因素有：

1.油的品质。

油的品质即油中所含水份、纤维、气泡等杂质的多少。

含杂质越多，油的品质越差，击穿电压越低。

2.温度。

温度对击穿电压的影响是通过油中悬浮状态水分的多少（在10C-80C时'

）和油中含气量的多少（在80C以上时）间接影响的。

在大约80C以下时，温度升高，油中溶解状态的水分增加，则悬浮状态水减少，从而不易形成导致击穿的“小桥”，击穿电压就升高。

在大约80C以上

时，由于油中水分和油的汽化，温度升高，形成气泡增多，易形成气泡通道，击穿电压降低。

3.压力。

压力增大，油中溶解状态的气体增多，从而使能形成气泡通道的自由态气体减少而使击穿电压提高。

4.电压作用时间。

这主要是由于形成气泡通道需要一定的时间，所以电压作用时间越短（如雷电冲击电压），击穿电压越高。

5.电场均匀程度。

电场越均匀，击穿电压越高。

2—7一般固体电介质的击穿强度（KV/cm）要比液体高，液体电介质的击穿场强要比气体高。

2—8固体电介质的击穿有三种形式，它们的击穿过程与特点比较如下：

击穿形式击穿过程（机理）击穿强度击穿前温度击穿过程快慢电击穿碰撞游离导致很高不高极快热击穿温度很高造成热破坏不高高慢电化学击穿电介质劣化导致低不高（电击穿）高（热击穿）缓慢2—9提高固体电介质击穿电压措施有：

1.改进绝缘设计。

这主要从绝缘材料（选用绝缘强度高的材料）、绝缘结构（使绝缘尽量处于均匀电场中）以及组合绝缘这三个方面来考虑。

2.改进制造工艺。

使绝缘材料保持良好的先天绝缘性能，主要是减少杂质、气泡、水分等。

其中尤其是所含气泡，因不能采取措施补救（如所含水分可通过烘干减少）而埋下今后引起电老化的隐患。

3.改善运行条件。

这主要是防潮和加强散热冷却，这也是运行部门应注意的。

2—10固体电介质的老化主要有电老化和热老化两种形式。

电老化的主要原因是介质内部气泡中的局部放电。

由于这种局部放电造成长期的机械作用（带电粒子撞击固体介质）、热作用（放电引起温度升高）、化学作用（放电产生某些腐蚀性气体）而使介质逐渐老化。

热老化的原因是介质长期受热作用发生裂解、氧化等变化而使机械和绝缘性能降低。

热老化的进程与电介质的工作温度有关，不同介质为保证一定热老化进程（运行寿命10年）所允许的最高工作温度是不同的，以这种允许最高工作温度的不同，固体绝缘材料被划分成七个耐热等级。

每种耐热等级的最高允许温度并不是绝对不可超过的（后果是寿命缩短）。

运行寿命10年是指此种耐热等级固体绝缘材料持续保持此最高允许工作温度时的运行寿命为10年，而一般电气设备不可能持续保持在此最高允许工作温度下运行，所以一般运行寿命可达20〜25年。

第三章3—1对已投入运行电气设备的绝缘按规定的试验条件、试验项目、试验周期进行的定期检查或试验，称为预防性试验。

通过试验及早和及时发现设备绝缘的各种缺陷（制造过程中潜伏的、运输过程中形成的、或运行过程中发展

的），并通过检修将这些绝缘缺陷排除，从而起到预防发生事故或预防设备损坏的目的，所谓预防性的含义就在于此。

电气设备绝缘的预防性试验可分为两大类：

1.绝缘特性试验。

也称非破坏性试验，它是指在较低电压（低于或接近额定电压）下通过测量绝缘的各种特性（如绝缘电阻、介质损失角正切tg8等）的各种试验。

由于试验电压低，所以在试验过程中不会损伤电气设备的绝缘。

2.耐压试验。

耐压试验时，在设备绝缘上施加各种耐压试验电压以考验绝缘对这些电压的耐受能力。

耐压试验电压则模拟电气设备绝缘在运行过程可能遇到的各种电压（包括过电压）的大小和波形。

由于耐压试验电压大大高于额定工作电压，所以在试验过程中有可能（但不一定）对绝缘造成一定的损伤（即破坏），并有可能使原本有缺陷但可修复的绝缘发生击穿。

因此，尽管耐压试验较绝缘特性试验更为直接和严格，但须在绝缘特性试验合格后才能进行。

3—2用兆欧表测绝缘电阻实质上是测流过绝缘的电流并将此电流值转化为电阻值从兆欧表上直接读出。

当绝缘等值电容量较大时，由于吸收现象（电流由大变小并趋于一稳定值）较为明显，所以兆欧表读数由小逐渐增大并趋于一稳定值。

出现此种现象的根本原因是，绝缘介质在直流电压作用下发生极化、电导过程的综合结果，具体解释见2—4题解答。

兆欧表屏蔽端子的作用主要是为了消除测量过程中表面泄漏电流引起的测量误差（使测得绝缘电阻偏小）。

采用屏蔽端子后，表面泄漏电流经屏蔽端子直接流回直流发电机（见书P53图）而不再经过电流线圈，这样就消除了表面泄漏电流。

3-3吸收比规定为测绝缘电阻时60秒时读数与15秒时读数的比值