高电压复习试题附答案

1.气体中带电质点的产生有哪几种方式？

碰撞电离（游离），光电离（游离），热电离（游离），表面电离（游离）。

2.气体中带电粒子的消失有哪几种形式?

（1）带电粒子向电极定向运动并进入电极形成回路电流，从而减少了气体中的带电离子；(2)带电粒子的扩散；(3)带电粒子的复合；(4)吸附效应。

3.为什么碰撞电离主要由电子碰撞引起？

因为电子的体积小，其自由行程比离子大得多,在电场中获得的动能多;电子质量远小于原子或分子，当电子动能不足以使中性质点电离时，电子遭到弹射而几乎不损失其动能。

4.电子从电极表面逸出需要什么条件？可分为哪几种形式？

逸出需要一定的能量，称为逸出功。获得能量的途径有：a正离子碰撞阴极；b光电子发射；c强场发射；d热电子发射。

5.气体中负离子的产生对放电的发展起什么作用，为什么？

对放电的发展起抑制作用，因为负离子的形成使自由电子数减少。

6.带电粒子的消失有哪几种方式？

带电质点的扩散和复合。

7.什么是自持放电和非自持放电？

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。必须借助外力因素才能维持的放电称为非自持放电

8.什么是电子碰撞电离系数？

若电子的平均自由行程为λ，则在1cm长度内一个电子的平均碰撞次数为1/λ，如果能算出碰撞引起电离的概率，即可求得碰撞电离系数。

9.自持放电的条件是什么？

错误!未找到引用源。（错误!未找到引用源。—1）=1或错误!未找到引用源。1

10.简述汤逊理论和流注理论的主要内容和适用范围。

汤逊理论：汤逊理论认为电子碰撞电离是气体放电的主要原因。二次电子主要来源于正离子碰撞阴极，而阴极逸出电子。二次电子的出现是气体自持放电的必要条件。二次电子能否接替起始电子的作用是气体放电的判据。汤逊理论主要用于解释短气隙、低气压的气体放电。流注理论：流注理论认为气体放电的必要条件是电子崩达到某一程度后，电子崩产生的空间电荷使原有电场发生畸变，大大加强崩头和崩尾处的电场。另一方面气隙间正负电荷密度大，复合作用频繁，复合后的光子在如此强的电场中很容易形成产生新的光电离的辐射源，二次电子主要来源于光电离。流注理论主要解释高气压、长气隙的气体放电现象

11.什么是电场不均匀系数？

间隙中最大场强错误!未找到引用源。与平均场强错误!未找到引用源。的比值。通常f=1为均匀电场，f<2时为稍不均匀电场，f>4时为极不均匀电场。

12.什么是电晕放电?为什么电晕是一种局部放电现象?电晕会产生哪些效应?

(1)极不均匀电场中放电，间隙击穿前在高场强区（曲率半径极小的电极表面附近）会出现蓝紫色的晕光，称为电晕放电。（2）在极不均匀电场中，由于电晕放电时的起始电压小于气隙击穿电压，气隙总的来说仍保持着绝缘状态，所以电晕放电是一种局部放电现象。（3）a具有声、光、热等效应。b形成所谓的电风，引起电极或导线的振动。c产生的高频脉冲电流造成对无线电的干扰。d促使有机绝缘老化。

13.什么是极性效应?比较棒—板气隙极性不同时电晕起始电压和击穿电压的高低并简述其理由。

极性不同时，同间隙起晕电压和击穿电压各不同称为极性效应；正极性棒-板间隙电晕起始电压比负极性的略高；负极性棒-板间隙的击穿电压比正极性的高得多。

14.比较空气间隙下“棒-棒电极”、“正棒-负板电极”、“负棒-正板电极”、“板-板电极”击穿电压。

击穿电压：“负棒-正板电极”>“棒-棒电极”>“正棒-负板电极”

15.雷电冲击电压和操作冲击电压的标准波形是什么？（p30）

16.什么是50%击穿电压？什么是冲击系数，一般取值范围在多少？

（1）在气隙上加N次同一波形及峰值的冲击电压，可能只有几次发生击穿，这时的击穿概率P=n/N，如果增大或减小外施电压的峰值，则击穿电压也随之增加或减小，当击穿概率等于50%时电压即称为气隙的50%击穿电压。（2）同一间隙的50%冲击击穿电压与稳态击穿电压错误!未找到引用源。之比，称为冲击系数β。（3）均匀电场和稍不均匀电场间隙的放电时延短，击穿的分散性小，冲击击穿通常发生在波峰附近，所以这种情况下冲击系数接近于1,。极不均匀电场间隙的放电时延长，冲击击穿常发生在波尾部分，这种情况下冲击系数大于1。

17.什么叫伏秒特性，如何求取伏秒特性曲线。

工程上用气隙击穿期间出现的冲击电压的最大值和放电时间的关系来表征气隙在冲击电压下的击穿特性，称为伏秒特性。击穿发生在波前或波峰时，U与t均取击穿时的值，击穿发生在波尾时，t取击穿瞬间的时间值，但U取冲击电压的峰值而不取击穿瞬间的电压值，即U应取击穿过程中外施电压的最大值。连接各点，即可画出伏-秒特性曲线。

18.伏秒特性对于选择电气设备的保护设备有何实用意义?

如用作过电压保护的设备(避雷器或间隙)，则要求其伏秒特性尽可能平坦，并位于被保护设备的伏秒特性之下，且二者永不相交，只有这样保护设备才能做到保护可靠，被保护设备才能免遭冲击过电压的侵害。19.SF6气体具有优良绝缘和灭弧性能的原因是什么？

优异的绝缘性能只有在比较均匀的电场中才能得到充分的发挥，因此，在进行充SF6气体的绝缘结构设计时应尽可能设法避免极不均匀电场情况。SF6气体绝缘结构的绝缘水平是由负极性电压决定的。

20.SF6气体在极不均匀电场中的击穿有何异常？

（1）在极不均匀电场间隙中，随着气压的升高击穿电压并不总是增大的；（2）在出现击穿驼峰的气压范围内，雷电冲击击穿电压明显低于稳态击穿电压。

21.提高气隙击穿电压的措施有哪些？

(1)改善电场分布(2)采用绝缘屏障(3)采用高气压(4)采用高抗电强度气体(5)采用高真空。

22.什么叫沿面放电?为什么沿面放电电压总是低于同样距离下纯空气间隙的击穿电压？

（1）指电场中固体（或液体）与气体（或液体）等不同介质分界面上所出现的放电现象。（2）原因：沿着固体绝缘介质表面的气体放电受电场形式、电压波形、间距大小等因累的影响；固体表面高低不平及有毛刺、杂质、水膜等污物，使介质表面电阻不等，影响电场分布的均匀性；介质与电极接触处存在着气隙，气隙中的气体在电场作用下首先放电。

23.什么是滑闪放电现象?提高套管沿面闪络电压有哪些措施？

（1）由绝缘表面气体热电离引起的，沿着绝缘表面的不稳定的树枝状且没有贯穿两极的放电现象。（2）措施：a减小比电容；b减小绝缘的表面电阻。

24.绝缘子柱要提高沿面放电电压可采取什么措施？

（1）改进电极形状；（2）增加瓷套管表面电阻。

25.什么叫绝缘子污闪？防止绝缘子污闪有哪些措施?

（1）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。（2）措施有：a 定期或不定期清扫；b 使用防污闪涂料或进行表面处理；c加强绝缘和采用耐污绝缘子；d使用其他材质的绝缘子。

26.什么是等值覆盐密度？

指与绝缘子表面单位面积上污秽物导电性相当的等值盐量。

27.电介质在电场作用下主要发生哪几种物理现象?常用哪些参数表征其相应的

性能？

电介质的极化（介电常数），电导（电导率），损耗（介质损耗角正切）和击穿（击穿场强）。

28.下列双层电介质串联在交流电压下时，哪一种电介质承受的场强较大？哪一种较易击穿？

(1)固体电介质和薄层空气

(2)纯纸和油层

29.电介质电导与金属电导的本质区别是什么?

(1)电介质导电的本质是离子导电，而金属导电的本质是自由电子导电。电介质的导电能力很小，而金属的导电能力很强；

(2)电介质的电导率具有正的温度系数，即温度上升，电导率增大，而金属的电导率随温度上升而减小；

(3)电介质电导率的大小与所加电压的大小有关，外加电压愈高愈接近击穿强度时，电导率会急剧地增大，而金属电导则与外加电压基本无关。

30.固体电介质的击穿大致有哪几种形式?其主要特点是什么?

（1）电击穿固体介质中的电子在外电场作用下，发生碰撞电离，使传导电子增多，最后导致击穿。特点：击穿过程所需时间极短，击穿电压高，介质温度不高；击穿电压与周围环境温度无关；击穿电压和电场分布形式有关，电场均匀程度对击穿电压影响很大。

（2）热击穿介质长时间受电压的作用，由于泄漏电流的存在，产生损耗，引起介质发热，温度升高，绝缘劣化，最后造成击穿。特点：击穿时间长，具有负的温度依存性；击穿电压直接与介质的散热条件和环境温度相关；击穿过程与电压作用的时间有关；与电源的频率以及介质本身情况有关。

（3）电化学击穿运行中的绝缘长期受到电、热、化学、机械力等的作用，使其绝缘性能逐渐劣化，导致绝缘性能变坏，引起击穿。

31.影响液体电介质击穿强度的主要因素是什么？

影响液体电介质击穿强度的外因主要是：温度、压力、电场的均匀性、电场的作用时间和升压速度等。内因是液体电介质内含有的水分、纤维素、气泡等。32.画图说明交流局部放电的基本原理，并推导真实放电量和视在放电量之间的关系。（p67）

33.说明油纸绝缘的交流击穿场强为何会远远低于直流击穿场强。

因为直流电压作用下油与纸的场强分配比交流时合理。

34.均匀电场中双层介质中的电场强度分别为多少？（p71）

35.工程应用中，介质的各耐热等级最高允许工作温度分别为多少？

O级90°C，A级105°C，E级120°C，B级130°C，F级155°C，H级180°C，C级>180°C

36.测量绝缘电阻和泄漏电流能发现哪些缺陷？为什么泄漏电流试验比绝缘电阻试验更加灵敏有效?

37.用兆欧表测量大容量试品的绝缘电阻时，为什么随加压时间的增加兆欧表的读数由小逐渐增大并趋于一稳定值?什么叫做吸收比，用吸收比怎样判断绝缘状况？

38.绝缘干燥时和受潮后的吸收特性有什么不同?

对不均匀试品的绝缘，如果绝缘状况良好，则吸收现象明显，Ka值远大于1；如果绝缘严重受潮，由于Ig大增，Ia迅速衰弱，Ka值接近于1。

39.什么是测量tanδ的正接线和反接线?各适用于何种场合?

使用西林电桥的正接线时，高压西林电桥的高压桥臂的阻抗比对应的低压臂阻抗大得多，所以电桥上施加的电压绝大部分都降落在高压桥臂上，只要把试品和标准电容器放在高压保护区，用屏蔽线从其低压端连接到低压桥臂上，则在低压桥臂上调节R3和C4就很安全，而且测量准确度较高。但这种方法要求被试品高低压端均对地绝缘，实验室一般采用此方法测试材料及小设备。

使用反接线时，即将R3和C4接在高压端，由于R3和C4处于高电位，被测试品一端固定接地。桥体位于高压侧，抗干扰能力和准确度都不如正接线。实际上，绝大多数电气设备的金属外壳是直接放在接地底座上的，故现场试验通常采用反接线试验方法。

41.介质损耗角正切tanδ主要适用于对什么绝缘缺陷的判断?判断时应注意什么？

判断的绝缘缺陷有：a绝缘体受潮，绝缘老化；b 贯穿性缺陷；c分布式缺陷；d小型设备集中性缺陷。判断时应注意：a必须有良好的接地；b反接线要注意引线的悬空处理；c被试品表面要擦拭干净；d能做分解试验的要尽量做分解试验。

40.绝缘油的气相色谱分析主要是分析那些气体，能够判断什么故障？

（1）主要分析分析各种烃类气体和H2，CO,CO2等气体，因为把这类气体称为故障特征气体。（2）能判断的故障有：a变压器内部存在金属部分局部过热；b 固体绝缘热分解；c局部放电。

41.绝缘油的气相色谱分析的三比值法。

取出H2，CH4，C2H4，C2H6这五种气体含量，分别算出C2H2/C2H4,CH4/H2,C2H4/C2H6这三对比值，再将这三对比值按列表所列规则进行编码，在按表所列规则来判断故障的性质。

42什么是波速和波阻抗，如何计算？

在无损均匀导线中，某点的正反方向电压波与电流波的比值是一个常数Z，该常数具有电阻的量纲Ω，称为导线的波阻抗。波在导线上的传播速度，称为波速。

42.说明线路的冲击电晕对行波的影响。

冲击电晕引起行波衰减与变形（使行波的波头拉长）。

43.怎样改善变压器绕组在冲击电压作用下的初始电压分布？

44.试分析中性点不接地星形接法的三相变压器分别在一相、二相、三相同时进波时绕组上的电压分布?（p142）

45.中性点不接地的三相星形绕组．在一相进波、两相进波和三相进波时(入侵波幅值均为Uo)中性点的对地电压有多大?

一相进波：稳态电压（Uo/3）振荡电压（2Uo/3）

两相进波：4Uo/3 三相进波：2Uo

46.避雷器如何分类?对其有哪些基本要求？

（1）避雷器的分类：保护间隙、管型避雷器、阀型避雷器、氧化锌避雷器；（2）避雷器的要求:a能将过电压限制到电气设备绝缘能耐受的数值；b应在过电压作用结束之后，能迅速截断随后发生的工频续流以不致于发生工频短路引起跳闸而影响正常供电；c应具有一定的通流容量以免发生热过度而造成瓷套爆裂。

47.试述普通阀型避雷器的工作原理及优点。

48.什么是波阻抗，和电阻有何不同？

（1）在无损均匀导线中，某点的正反方向电压波与电流波的比值是一个常数Z，该常数具有电阻的量纲Ω，称为导线的波阻抗。（2）波阻抗是表示分布参数线路(或绕组)的参数，阻抗是表示集中参数电路(或元件)的参数；阻抗与线路(或绕组)长度无关，而阻抗与长度(如线路长度)有关；波阻抗不消耗能量，而当R≠0时阻抗消耗能量；波阻抗有正负号，表不同方向的流动波，而电阻没有。49.行波通过串联电感和并联电容时波形有何变化，最大陡度分别为多少？

50.接地可以分为几类，分别是什么？

1）工作接地，电力系统为了运行的需要，将电网某一点接地，其目的是为了稳定对地电位与继电保护的需要。

2）保护接地，为了保护人身安全，防止因电气设备绝缘劣化，外壳可能带电而危及工作人员安全（0.5分）。

3）防雷接地，导泄雷电流，以消除过电压对设备的危害。

4）静电接地，在可燃物场所的金属物体，为防止蓄有静电后爆发火花，引起火灾，因此要对这些金属物体接地。

51.什么是雷暴日、雷暴小时、地面落雷密度、耐雷水平、雷击跳闸率、建弧率、绕击率、击杆率? 雷暴日：指某地区一年四季中有雷电放电的天数，

一天中只要听到一次及以上雷声就是一个雷暴日。雷暴小时：一小时中只要听到一次及以上雷声就是一个雷暴小时。落雷密度是每雷暴日中每平方公里地面内落雷的次数。耐雷水平：雷击时线路绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值。雷击跳闸率：指每100KM 线路每年由雷击引起的跳闸次数。建弧率:冲击闪络转化为稳定的工频电弧的概率。绕击率：一次雷击线路中出现绕击的概率。击杆率：雷击塔顶的次数和雷击线路的总次数之比。

52.输电线路雷击跳闸率的计算步骤。（p171）

53.分析变电所中避雷器的保护作用。

避雷器可以防止沿输电线侵入变电所的雷电冲击波，称为侵入波保护，避雷器动作后，可将来波的幅值加以限制。

54.110kv 变电所有1km 进线保护段，算得入侵波的空间陡度α’＝1.5kv/m ，变电所中变压器与避雷器之间的距离为50m ，避雷器的残压U R ＝260kV ，变压器的雷电冲击耐受电压为480kV 。问避雷器能否保护变压器？ 解：

'22602 1.550410480T R j U U l kV U kV

α=+=+??=<=,能够保护。 55.变电所进线段陡度如何计算，如何根据最大允

许陡度来确定进线段长度？（p181）

56.变电所的典型进线保护接线。 对全线无避雷线的35～11OkV 架空线路，应在变电所1～2km 的线路上架设避雷线，此段线路称进线段。对全线有避雷线的架空线路，将距变电所2km 长的一段线路叫做进线段。在上述两种情况下，进线段的耐雷水平要达到有关规程规定值，以减少反击；同时保护角不超过20°，以减少这段线路的绕击。

57.内部过电压的分类。

（1）暂时过电压：a 工频电压升高；b 谐振过电压；

（2）操作过电压：a 切断空载线路过电压；b 空载线路合闸过电压；c 切除空载变压器过电压；d 断续电弧接地过电压。

58.工频电压升高的原因。 工频过电压也称工频电压升高，因为此类过电压表现

为工频电压下的幅值升高。引起工频电压升高的原因有：空载线路的电容效应、不对称短路和突然甩负荷。

59.工频电压升高的限制措施。 （1）利用并联电抗器补偿空载线路的电容效应；（2）

利用静止补偿装置（SVC ）限制工频过电压；（3）利用良导体地线降低输电线路的零序阻抗。

60.铁磁谐振过电压的原理及限制措施。

（2）限制措施：a 改善电磁式电压互感器的励磁特

性，或改用电容式电压互感器；b 在电压互感器开口三角绕组中接入阻尼电阻；c 有些情况下，在10kv 及以下的母线上装设一组三相对地电容器；d 特殊情况下，可将系统中性点临时经电阻接地或直接接地。

61.中性点不接地系统电弧接地过电压的原理、过电压幅值及限制措施。 （1）接地电容电流出现电弧时燃时灭不稳定状态，

引起电网运行状态的瞬时变化，导致电磁能量的强烈振荡，并在健全相和故障相上产生过电压，这就是间歇性电弧接地过电压；（2）过电压幅值为Umax=2Us-Uo ；（3）限制措施：a 中性点直接接地（110kv 及以上）；b 中性点经消弧线圈接地（35kv 及以下）。

62.消弧线圈的补偿度及欠补偿、过补偿、全补偿。

（1）电感电流补偿电容电流的百分数称为消弧线圈的补偿度，用Kr 表示。（2）消弧线圈的电感电流小于线路的电容电流，故障点有一容性残流，称此为欠补偿；（3）电感电流大于电容电流，故障点流过感性残流，称此为过补偿；（4）电感电流与电容电流相互抵消，消弧线圈与三相并联电容处于并联谐振状态，称此为全补偿。

63.正常合闸和重合闸空载线路的过电压倍数及

限制措施。

（1）正常合闸空载线路的过电压倍数为2，重合闸

空载线路的过电压倍数为3；（2）限制措施：a 降低工

频电压升高；b 断路器装设并联电阻；c 控制合闸相位；d 消除线路上的残余电荷；e 装设避雷器。 64.合闸和切除空载线路时断路器主辅触头的动作顺序。 65.切除空载线路过电压原理、过电压倍数及限制措施。 原理：空载线路分闸过电压是由于断路器分闸后触头

间发生电弧重燃而引起的，所以断路器灭弧性能好，重

燃次数少或基本不重燃，分闸过电压就较低。过电压倍数为3。限制措施：在断路器上并联高值分闸电阻和装设避雷器。

66.切除空载变压器过电压的原理。

切除空载变压器过电压是由于断路器分闸时发生空

载电流的突然“截断”(从某一数值突然降至零)，所以断路器灭弧性能好，空载电流“截断”值大，截断电流对应的磁场能量大，截流后转变成电场能量也大，切除空载变压器过电压就高。

一充油的均匀电扬间隙如图所示，间隙距离为d ＝30mm ，极间施加U ＝300kV 工频电压。若在极间放置一个屏障，其厚度d 2分别为3mm 和10mm ，试分别求油中的电场强度比没有屏障时提高多少倍?(设油的εr1＝2，屏障的εr2＝4)

解：无屏障时，油中的电场强度为:

101

1300100kV/cm 3010U E d -===? (1)当d 2=3mm 时，油中的电场强度为：

11

2112105kV/cm ()U

E d d εεε==+ 110

1.05E E = (2)当d 2=10mm 时，油中的电场强度为：

11

2112120kV/cm ()U

E d d εεε==+ 110

1.20E E = 67.某台电力变压器需进行72KV 的工频耐压试验，tg δ试验时测得其等值电容C x =4200pF 。现有数台容量不同的100/0.4(kV)的工频试验变压器，应选择一台额定容量为多少的试验变压器才能满足试验的要求?

解：被试品的电容电流

Ic=ωcU=0.095(A)≈0.1(A)

则变压器的额定电流应不小于0.1（A ）

变压器高压方额定电压为100kV

因此变压器的容量应不小于S=100×0.1=10(kVA)

(若变压器的容量仅根据试验电压和试品电容来选择，即 22

23140.004272 6.8kVA 10001000

x fc U s π??==≈ 68.某冲击电压发生器的等效电路如图所示。已知C 1为20nF ，C 2为2nF ，阻尼电阻R d 为100Ω,若要获得标准雷电冲击波形，设暂不计L 的影响，请用近似公式计算R f ,R t 。

解：

（p84）

69.某线路由三部分导线组成，波阻抗分别为Z 1＝500Ω、Z 2＝400Ω、Z 3＝600Ω，现有一无限长直角波U 0从Z1上经过结点A 传入Z 2，再经过结点B 传向Z 3，如图所示。已知波速v ＝300m ／μs ，A 、B 之间距离l ＝300m ，以波速到达A 点开始计时，求：(1)t ＝0时，A 、B 点的电压U A U B 。；(2)t ＝1.5μs 时，A 、B 点的电压U A U B (3)t ＝3μs 时，4、A 、B 点的电压U A U B 。

解：（1）当t=0时，电压波刚到达A 点，发生折反射，B 点尚未有电压

200122890A B Z U U U Z Z

U ==+=

(2) 当t=1.5μs 时，此时A 点折射波电压到达B 点，并在B 点发生折反射，但反射波电压尚未到达A 点，A 点电压不变

20012320023289

268165915A B f Z U U U Z Z Z U U U U Z Z ==+==?=+

（3）当t=3μs 时，此时电压波U 0先在A 点发生折反射，折射波电压经过1μs 到达B 点又发生折反射，其反射波在t=2μs 时传到A 点又发生折、反射，反射波在t=3μs 时，刚好到达B 点，再次发生折反射

000081189959686118595959

A B U U U U U U =+??=?+??? 70.一电压入射波U ＝500kV 由架空线路进入电缆线路，架空、电缆线路的波阻抗分别为Z 1＝5000Ω，Z 2＝500Ω，求折射彼和反射波。（电压折射波：90.0kV ，反射波：-409.1kV ，电流折射波：1.818kA ，反射波：0.818kA ）

71.某工厂有一种油罐直径10m ，高出地面10m ，采用单根避雷针保护，针距油罐至少6m ，试设计该避雷针的高度． 解：设针高h<30m

则p=1,物高hx=10m,保护半径rx=10+6=16m

若h ≦2hx(即h ≦20m)

由rx=(h-hx)p 代入数据得：16=(h-10)×1

解得 h=26m （与h ≦20m 不符，舍去）

若h>hx(即h>20m), 由rx=(1.5h-2hx)p 代入数据得：16=(1.5h-2×10)×1

解得h=24m

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