历年高电压技术试题与答案

高压电工程习题集-1-试题一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/cmmg。A.≤0.03B.0.03~0.06C.0.06~0.10D.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Ct200，压力0bkPa，绝对湿度30/11mgh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________含量的一种方法高压电工程习题集-2-20)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。22)为什么棒－板间隙中棒为正极性时电晕起始电压比负极性时略高？23)影响套管沿面闪络电压的主要因素有哪些？24)某距离4m的棒-极间隙。在夏季某日干球温度Ct03干，湿球温度Ct25湿，气压kPa8.99b的大气条件下，问其正极性50%操作冲击击穿电压夏50U为多少kV?（空气相对密度95.0）25)某母线支柱绝缘子拟用于海拔4500m的高原地区的35kV变电站，问平原地区的制造厂在标准参考大气条件下进行1min工频耐受电压试验时，其试验电压应为多少kV？试题二气体介质的电气强度一、选择题1)SF6气体具有较高绝缘强度的主要原因之一是______。A．无色无味性B．不燃性C．无腐蚀性D．电负性2)冲击系数是______放电电压与静态放电电压之比。A．25%B．50%C．75%D．100%3)在高气压下，气隙的击穿电压和电极表面______有很大关系A．粗糙度B．面积C．电场分布D．形状4)雷电流具有冲击波形的特点：______。A．缓慢上升，平缓下降B．缓慢上升，快速下降C．迅速上升，平缓下降D．迅速上升，快速下降5)在极不均匀电场中，正极性击穿电压比负极性击穿电压______。A.．小B．大C．相等D．不确定二、填空题6)我国国家标准规定的标准操作冲击波形成______s。7)极不均匀电场中，屏障的作用是由于其对______的阻挡作用，造成电场分布的改变。8)下行的负极性雷通常可分为3个主要阶段：、、。9)调整电场的方法：______电极曲率半径、改善电极边缘、使电极具有最佳外形三、计算问答题10)保护设备与被保护设备的伏秒特性应如何配合？为什么？11)某1000kV工频试验变压器，套管顶部为球形电极，球心距离四周墙壁均约5m，问球电极直径至少要多大才能保证在标准参考大气条件下，当变压器升压到1000kV额定电压时，高压电工程习题集-3-球电极不发生电晕放电？12)一些卤族元素化合物（如SF6）具有高电气强度的原因是什么？习题及解答1-1气体游离的类型主要有哪几种？试作解释。答气体游离的类型有4种，具体为：（1）碰撞游离：电子在电场作用下加速向阳极运动的过程中，获得足够的能量，运动加快并不断与途中其他中性原子发生碰撞，从而激发出自由电子。这种由于碰撞而产生游离的形式称为碰撞游离。（2）光游离：正、负带电粒子复合时，都以光子的形式释放出能量，其他中性原子内的电子吸收此能量后变为自由电子。这种由于光辐射而产生游离的形式称为光游离。（3）热游离：在高温下，气体内的各种粒子动能增加，当动能超过一定值时，粒子相互碰撞而产生游离。这种由气体热状态引起的游离方式称为热游离。（4）表面游离：金属电极表面由于碰撞、光辐射、加热以及强电场等的作用，释放出自由电子，这种游离称为表面游离。1-2气体中带电粒子的消失有哪几种形式？答气体中带电粒子的消失有以下几种形式：（1）在电场驱动下作定向运动，在到达电极时，消失于电极上而形成外电路中的电流；（2）因扩散现象而逸出气体放电空间；（3）复合。1-3气体放电的基本特点是什么？解释气体放电现象常用的理论有哪两个？答（1）气体放电的基本特点是：在外电场作用下，气体间隙中带电粒子数增加，气隙击穿时，其中带电粒子数剧增，而在撤去外电场后，气体间隙中带电粒子又消失并恢复其原有的绝缘强度。（2）解释气体放电现象常用的理论是：汤逊理论和流注理论。1-4试用汤逊理论解释气体间隙中电流随外电压而变化的规律。答用汤逊理论解释气体间隙中电流随电压变化的规律，可见如图1-1所示气体放电的伏安特性。（1）当0U（外施电压）Ua时，由于宇宙射线及地层放射性物质的作用，使气体分子电离，或由于气体介质中的带电粒子与其他粒子碰撞而使分子离解成为离子，这些带电粒子沿电场方向移动，间隙中出现微弱电流。外施电压上升，带电粒子运动速度加大，所以气隙中的电流增加。（2）当Ua≤U≤Ub时，由于外界电离因素所产生的带电粒子几乎能全部抵达电极，所以电流趋于饱和，电流值很小，仅取决于电离因子的强弱。（3）当Ub≤U≤Uc时，由于外加的电场增强，电子获得足够的动能，使气隙内发生碰撞游离，所产生的电子碰撞别的中性原子，形成电子崩，气隙中的电子数急剧增加，电流I也迅速增加。（4）当U≥Uc时，碰撞游离更加激烈，在电子从阴极出发向阳极运动的途中，由于电子崩而产生的大量电子都奔向了阳极，间隙电子消失，但与此同时，正离子撞击阴极，使阴极表面逸出电子，弥补了间隙中的电子，因此，此时进入自持放电阶段。1-5在一极间距离为1cm的均匀电场气隙中，电子碰撞电离系数α=11cm-1。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。高压电工程习题集-4-解到达阳极的电子崩中的电子数应为denn0，因为n0=1，α=11cm-1，d=1cm，所以n=e11=59806（个）。由此可见，一个初始电子在1cm内产生的电子总数远大于α（碰撞电离次数），因为这个电子的碰撞电离产生的电子也会在行进过程中发生碰撞电离而产生新的电子。1-6应用巴申定律分析气体放电的条件是什么？为什么巴申曲线呈∪形？答（1）巴申定律与汤逊理论的应用条件一致，都适用于分析均匀电场中低气压、短间隙的条件下气体放电现象。（2）由碰撞电离系数α的定义EBpApe可知，当间隙距离d不变时，在p很大或很小的情况下，碰撞电离系数α都较小，击穿电压都较高，因此击穿电压具有极小值，当p一定时，极间距离增大，击穿电压增大，而当极间距离很小时，电子来不及碰撞就到了阳极，击穿电压也增大，所以巴申曲线呈∪形。由此可知，提高气压到某一高度或降低气压至真空，都能提高气隙的击穿电压。1-7什么叫流注？流注形成的条件是什么？答（1）初始电子崩头部成为辐射源后，就会向气隙空间各处发射光子而引起光电离，如果这时产生的光电子位于崩头前和崩尾附近的强场区内，那么它们所造成的二次电子崩将以大得多的电离强度向阳极发展或汇入崩尾的正离子群中。这些电离强度和发展速度远大于初始电子崩的新放电区（称为二次电子崩）不断地汇入初崩通道的过程称为流注。（2）流注形成的条件（即自持放电的条件）为：出现空间光游离。1-8应用流注理论有什么条件？试用流注理论解释长间隙中气体放电的过程。答1）流注理论适用于解释气压较高、距离较长的气隙中气体放电现象。2）长间隙中的气体放电过程用流注理论解释如下：1）受外界游离因素作用，阴极产生的起始电子在从阴极走向阳极的途中，受外电场作用产生碰撞游离，形成电子崩。2）在电子崩中，电子的迁移率远大于正离子，所以电子越来越集中在崩头，崩尾的正离子浓度也不断地增加，因而崩头、崩尾的电场增加，使原有电场发生畸变，正、负电荷之间的电场减弱，从而形成了一个十分有利于复合的区域，强烈的复合辐射出许多光子，成为引发新的空间光电离的辐射源。3）光电子再去碰撞游离产生新的电子崩（二次电子崩），二次电子崩与一次电子崩汇合，形成有正负电荷混合的放电通道———流注。4）流注通道的形成加强了其余部分的电场，从而不断产生新的电子崩，它又不断地汇合于一次电子崩。当流注通道逐步延伸贯通两电极时，气体间隙就被击穿。1-9汤逊理论与流注理论对气体放电过程和自持放电条件的解释观点有何不同？这两种理论适用于何种场合？高压电工程习题集-5-1-10什么是电晕放电？为什么电晕是一种局部放电现象？电晕会产生哪些效应？答（1）在极不均匀的气隙中，当所加电压达到某一临界值时，曲率半径较小的电极附近空间先出现碰撞电离和电子崩，甚至出现流注，这种仅发生在强场区的局部放电现象称为电晕放电。（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）气体中的电晕放电会产生以下几种效应：1）伴随着游离、复合等过程有声、光、热等效应，表现为发出“丝丝”的声音、蓝色的晕光以及周围气体温度升高等；2）在尖端或电极的某些突出处，电子和离子在局部强场的驱动下高速运动，与气体分3）产生高频脉冲电流，对无线电会产生干扰；4）产生许多化学反应，反应产生的氧化物对金属及绝缘体有强烈的腐蚀作用；5）产生能量消耗。1-11输电线路上的电晕有什么危害？常采用什么方法来限制电晕？答输电线路上的电晕放电所引起的光、声、热等效应都会消耗能量；电晕使空气发生化学反应，产生的氧化物会腐蚀导线；在电晕放电过程中，电子崩和流注不断消失和重现所造成的放电脉冲会产生高频电磁波，对无线信号产生干扰；此外，电晕放电还会产生可闻噪声。限制输电线路上的电晕，最根本的途径是限制和降低导线表面的电场强度。常用的方法有：增大导线半径，如采用分裂导线；增大电极的曲率半径以减小电场的不均匀程度；去除污秽。1-12试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。1-13什么是极性效应？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。答（1）在极不均匀电场中，虽然放电一定从曲率半径较小的电极表面开始，而与该电极的极性无关，但放电的发展过程、气隙的电气强度、击穿电压等都与该电极的极性有很密切的关系。这种现象称为极性效应。（2）在棒-板气隙中，正极性的电晕起始电压大于负极性的电晕起始电压；正极性的击穿电压小于负极性的击穿电压。理由如下：当棒极带正电位时，棒极附近强场区内的气体发生游离，如图1-2（a）所示。电子迅速进入棒极，在棒极附近空间留下许多正离子。这些正离子虽朝板极移动，但速度很慢而暂留在棒极附近，如图1-2（b）所示。这些正空间电荷削弱了棒极附近的电场强度而加强了正离子群外部空间的电场，如图1-2（c）所示。棒极附近由于场强减弱而难以形成流注，从而使自持放电难以实现，即电晕放电难以实现，故其电晕起始电压较高，而由于外部空间场强的加强，有利于流注向间隙深处发展，故其击穿电压较低。当棒极带负电位时，棒端气体发生游离，如图1-3（a）所示。形成电子崩的电子迅速向板极移动，棒极附近正空间电荷缓慢向棒极移动，如图1-3（b）所示。正空间电荷产生的附加电场加强了朝