高电压技术课后习题答案

高电压技术课后习题答案

【篇一：高电压技术课后复习思考题答案】

ss=txt>仅供参考

第一章

1.1、气体放电的汤逊理论与流注理论的主要区别在哪里？他们各自

的适用范围如何？

答：区别：①汤逊理论没有考虑到正离子对空间电场的畸变作用和

光游离的影响

②放电时间不同

③阴极材料的性质在放电过程中所起的作用不同

④放电形式不同

范围：

1.3、在不均匀电场中气体间隙放电的极性效应是什么？

答：带电体为正极性时，电晕放电形成的电场削弱了带电体附近的

电场，而增强了带电体远处的电场使击穿电压减小而电晕电压增大；带电体为负极性时，与正极性的相反，正负极性的带电体不同叫极

性效应。

1.4、什么是电晕放电？它有何效应？试例举工程上所采用的各种防

晕措施答：（1）在极不均匀场中，随着间隙上所加电压的升高，

在高场强电极附近很小范围的电场足以使空气发生游离，而间隙中

大部分曲域电场仍然很小。在高场强电极附近很薄的一层空气中将

具有自持放电条件，而放电仅局限在高场强电极周围很小范围内，

整个间隙尚未被击穿。这种放电现象称为电晕放电。

（2）引起能量损耗电磁干扰，产生臭氧、氮氧化物对气体中的固体介质及金属电极造成损伤或腐蚀

（3）加大导线直径、使用分裂导线、光洁导线表面

1.9、什么是气隙的伏秒特性？它是如何制作的？答：伏秒特性：

工程上用气隙上出现的电压最大值与放电时间的关系来表征气隙在

冲击电压下的击穿特性，称为气隙的伏秒特性。制作方法：实验求得以间隙上曾经出现的电压峰值为纵坐标，以击穿时间为横坐标得

伏秒特性上一点，升高电压击穿时间较少，电压甚高可以在波头击穿，此时又可记一点，当每级电压下只有一个击穿时间时，可绘出

伏秒特性的一条曲线，但击穿时间具有分散性，所以得到的伏秒特

性是以上下包络线为界的一个带状区域。

1.13、试小结各种提高气隙击穿电压的方法，并提出适用于何种条件？答：（1）改进电极形状，增大电极曲率半径，以改善电场分布，如变压器套管端部加球型屏蔽罩等；

（2）空间电荷对原电场的畸变作用，可以利用放电本身所产生的空间电荷来调整和改善空间的电场分布；

（3）极不均匀场中屏障的作用，在极不均匀的气隙中放入薄片固体绝缘材料；（4）提高气体压力可以大大减小电子的自由行程长度，从而削弱和抑制游离过程；（5）采用高真空可以减弱气隙中的碰撞游离过程；（6）高电气强度气体sf6的采用。

1.14、在其他条件相同的情况下，为什么沿面闪络电压比纯空气间隙的击穿电压低？

答：当两电极间的电压逐渐升高时，放电总是发生在沿固体介质的表面上，此时的沿面闪络电压比纯空气间隙的击穿电压低，其原因是原先的均匀电场发生了畸变，产生这种情况的原因有：①固体介质表面不是绝对光滑，存在一定的粗糙程度，这使得表面电场发生畸变②固体介质表面电阻不可能完全均匀，各处表面电阻不相等③固体介质与空气或电极有接触的情况

1.16、试小结提高沿面放电电压的各种方法，并指出适用于何种条件答：屏障、屏蔽、表面处理、应用半导体材料、阻抗调节

第二章

2.1、试比较电介质中各种极化性质。答：（1）电子式位移极化

电子在外电场的作用下使电子轨道相对于原子核发生位移，从而产生感应电矩的过程。存在一切介质中；

特点：①建立极化时间极短，约10-14~10-15s。

②极化程度取决于电场强度e；

③此种极化是弹性的，外电场消失后立即恢复到原有状态，无能量损失（2）离子位移极化

固体有机化合物多属离子式结构，如云母、陶瓷、玻璃等材料。正常情况下，各离子对的偶极矩相互抵消。特点：

①存在离子结构中；建立极化时间短，约10-12~10-13s；②极化程度随温度增加略有增加；

③其位移极化也是弹性的，无能量损失。（3）偶极子极化

在外电场的作用下，偶极性分子在电场方向的取向概率增加，对外平均具有了电场方向的偶极矩。特点：①存在于极性介质中；

②极化时间较长，约10-6~10-2s；

③极化程度与电源频率f有关，f变高，偶极子来不及转向，极化率

减小；④此极化是非弹性的，有能量损失；⑤随温度的增加极化程度先增加后降低 (4) 夹层极化

由不同介电常数和电导率的多种电介质组成的绝缘材料，在加上外

电场后，各层电压将从开始时按介电常数分布过渡到稳态时按电导

率分布。特点：极化速度特别缓慢，有能量损耗

2.2、极性液体或极性固体电介质的介电常数与温度、电压频率的关

系如何？为什么？答：极性液体介电常数在温度不变时，随电压频

率的增大而减小，然后就趋于某一个值，当频率很低时，偶极分子

来得及跟随电场交变转向，介电常数较大，当频率接近于某一值时，极性分子的转向已经跟不上电厂的变化，介电常数就开始减小，转

向极化对节点常熟的贡献就较大，另一方面，温度升高时分子的热

运动加强，对极性分子的定向排列的干扰也随之增强，阻碍转向极

化的完成，极性固体的介电常数同液体的类似

2.5、什么叫介质损失？

答：绝缘材料在电场作用下，由于介质电导和介质极化的滞后效应，在其内部引起的能量损耗。

2.6、电介质的等值电路是什么样的？某些电容较大的设备如电容器、长电缆、大容量电机等，经高压试验后，其接近放电时间要求长达

5~10min，为什么？答：（1）如图书上p45图2.8，co为纯电容

支路，代表介质的几何电容及无损计划过程，流

过电流ic=i1，ra和ca代表有损极化电流支路，流过电流ia=i2，r?

代表电导电流支路，流过的电流为i?=i3

（2）因为容型设备的储存电荷较多，放电实质是一个rc电路，总

电流i?i1?i2?3电容越大，放电时间越长

第三章

3.1、绝缘试验的目的是什么？它分为哪两大类？

答：目的：考验绝缘耐压的情况，判断绝缘的状况

分类：耐压试验和检查性试验

3.2、测量绝缘电阻使用什么仪器？它施加耐压被试设备上的电压是

什么电压？设备的绝缘电阻取何时的测量读数？为什么？

答：兆欧表；直流电压；一般在1min后才读数，因为1min后兆欧表的数值比较稳定，没有电容电流和吸收电流，只有泄漏电流。

答：交流电压；2500v高压；整体受潮，贯穿性的放电通道，绝缘内含有气泡，绝缘分层、脱壳、老化、劣化，绕组上附积油泥、绝缘油脏污、劣化等

3.6、画出交流耐压试验接线图，说明各原件的作用，此试验有何意义？答：图为书上p72图3.19

（1）调压器t1用来调节工频试验电压的大小和升降速度，试验变压器t2用来升高电压供给被试品所需的高电压，球隙g是用来测量高电压，r1用来限制被试品放电时

试验变压器的短路电路不超过允许值和高压绕组的电压梯度不超过危险值，r2用来限制球隙放电时的电流不致灼伤铜球表面

（2）此试验是鉴定电气设备绝缘强度最直接方法，它对于判断电气设备能否投入运行具有决定性的意义

【篇二：高电压技术课后答案】

上产生出来的新电子数等于或大于n.，那么即使除去外界电离因子的作用，放电也不会停止，即

放电仅仅依靠已产生出来的电子和正离子就能维持下去的放电。电负性气体：电子与某些气体分子发生碰撞时，电子与中性分子结合形成负离子，像这些易于产生负离子的气体称为电负性气体。

50%冲击放电电压：气隙被击穿的概率为50%的冲击电压峰值，也就是说如果施加10次电压有4到6次击穿，则这一电压就被认为是50%冲击放电电压。爬电比距：外绝缘“相-地”之间的爬电距离与系统最高工作线电压之比。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。 1-2

汤逊理论认为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形，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、低压气隙的放电，流注理论适用于高气压、长气隙电场气隙放电。

1-12

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。绝缘

子的污闪是一个受电、热、化学、气候等多方面因素影响的复杂过程，通常可分为积污、受潮、干区形成、局部电弧的出现和发展等

四个阶段。

防止绝缘子发生污闪的措施主要有：1、调整爬距

2、定期或不定期清扫

3、涂料

4、半导体秞绝缘子

5、新型合成绝缘子

1-13

1、大气湿度增大时，大气中的水分子增多，自由电子易于被水分

子捕获形成负离子，从而使放电过程受到抑制，所以击穿电压增高；而大气湿度增大时，绝缘子表面容易形成水膜，使绝缘子表面积污

层受潮，泄漏电流增大，容易造成湿闪或污闪，绝缘子表面闪络电

压下降。

2、压缩气体气压很大，电子的自由行程变小，不易积累能量，发

生碰撞电离的

概率减小，所以击穿电压升高，电气强度也高。

3、固体介质表面电场发生畸形，其原因可能有1，固体介质与电极表面接触不

良，存在小缝隙；2，固体介质表面由于受潮气形成水膜，其中的离子受电场的驱动而沿着介质表面移动。3，固体介质表面电阻的不均

匀和表面的粗糙不平

自由行程长度：任一粒子在1cm的行程中的碰撞次数的倒数

带电粒子的迁移率：带电粒子在单位场强下沿电场方向的漂移速度

电子崩：设外界电离因子在阴极附近产生了一个初始电子，若空间

的电场强度足够大，该电子向阳极运动时就会引起碰撞电离，产生

出一个新电子，初始电子和新电子继续向阳极运动，又会引起新的

碰撞电离，产生更多的电子，以此类推，电子数将按几何级数不断

增多，像雪崩似的发展，因而这种急剧增大的空间电子流被称为“电

子崩”

完成气隙击穿的必备条件：

1，足够大的电场强度或足够高的电压

2，在气隙中存在能引起电子崩并导致流注和主放电的有效电子

3，需要一定的时间，让放电得以逐步发展并完成击穿

提高气体介质电气强度的方法：

途径：1，改善气隙中的电场分布，使之尽量均匀2，设法削弱或抑制气体介质中的电离过程

具体方法：1，改进电极形状以改善电场分布（增大曲率半径，消除电极表面毛刺尖角）

2，利用空间电荷改善电场分布（减小导线直径，电晕放电，改变空间电荷分布）

3，采用屏障（间隙放屏障，其表面与电力线垂直）

4，采用高气压（减小电子的自由行程，抑制电离）

5，采用高电气强度气体（卤族元素，强电负性）

6，采用高真空（抑制气隙中的碰撞电离）

提高固体介质击穿电压的措施：

1，

2，

3，改进制造工艺，清除介质杂质改进绝缘设计，尽可能使电场均匀改善运行条件，注意防潮，尘污，加强散热冷却

2-9

sf6气体具有特别高的电气强度主要是因为这些气体都具有很强的电负性，容易俘获自由电子而形成负离子，电子变成负离子后，其引起碰撞电离的能力就

变得很弱，因而消弱了放电发展过程。sf6气体的电气强度约为空气的2.5倍，而其灭弧能力高达空气的100倍以上，所以它成为除空气外应用最广泛的气体介质。

gis优点：1，大大节省占地面积和空间体积

2，运行安全可靠

3，有利于环保，使运行人员不受电场和磁场的影响

4，安装工作量小，检修周期长

电介质的电导与金属导体的电导有何不同

1，带电质点不同：电介质为带电离子；金属为自由电子

2，数量级不同：电介质的电导小，泄漏电流小；金属电导的电流很大，

为什么选用球隙而不是其他形状的间隙来测量高电压？球隙中的电场在极间距离不大时为稍不均匀电场，与其他不均匀电场相比有下列优点：1，击穿时延小，伏秒特性在1微秒左右即已变平，放电电压的分散性小，具有稳定的放电电压值和较高的测量精度。

耐雷水平：雷击线路时，其绝缘尚不发生闪络的最大雷电流幅值或

能引起绝缘闪络的最小雷电流幅值。

雷击跳闸率:雷暴日为40时，100km的线路每年因雷击而引起的跳

闸次数建弧率：由冲击闪络转变为稳定工频电弧的概率

避雷线保护角：是指避雷线悬挂点与被保护导线之间的连线，与避

雷线悬挂点铅垂方向的夹角。

输电线路防雷保护措施：

1，避雷线(架空地线)

2，降低杆塔接地电阻（提高线路耐雷水平和减少反击概率）

3，加强线路绝缘(增加绝缘子串中的片数，增大塔头空气间距，改

用大爬距悬式绝缘子

4，耦合地线（提高耐雷水平和降低雷击跳闸率，不可拦截直击雷，但有一定的分流作用和增大地线之间的耦合系数

5，消弧线圈（减小建弧率和断路器的跳闸次数）

6，管式避雷器（仅用在线路上雷电压特别大的场合或绝缘薄弱点

的防雷保护，可以免除线路绝缘的冲击闪络，建弧率降为0）

7，线路阀式避雷器（不必全线安装，减小雷击跳闸率）

8，不平衡绝缘（一回路的三相绝缘子片数少于另一回路的三相）

9，自动重合闸

电力系统绝缘配合的根本任务：正确处理过电压和绝缘这一对矛盾，以达到优质，安全，经济供电的目的

绝缘配合的核心问题：确定各种电气设备的绝缘水平，它是绝缘设

计的首要前提，往往以各种耐压试验所用的试验电压值来表示

特高压交流输电的优点和特点

1，更大的输电容量

2，更远的输送距离

3，大幅降低输电损耗

4，显著节约线路走廊用地

5，显著节约投资

6，限制交流系统短路容量的需要

直流输电系统的工作原理：交流系统送出交流功率给整流站的交流

母线，经换流变压器，送到整流器，把交流功率变换成直流功率，

然后由直流线路把直流功率输送给逆变站内的逆变器，逆变器把直

流功率变换成交流功率再经换流变压器，将交流功率送入受电端的

交流电力系统。

【篇三：高电压技术课后答案(吴广宁)】

s=txt>1-1气体放电过程中产生带电质点最重要的方式是什么，为什么？

1-2简要论述汤逊放电理论。

1-3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？ 1-4雷电冲击电压的标准波形的波前和波长时间是如何确定的？

1-5操作冲击放电电压的特点是什么？

1-6影响套管沿面闪络电压的主要因素有哪些？

1-7具有强垂直分量时的沿面放电和具有弱垂直分量时的沿面放电，哪个对于绝缘的危害比较大，为什么？

1-8某距离4m的棒-极间隙。在夏季某日干球温度=30℃，湿球温度=25℃，气压=99.8kpa的大气条件下，问其正极性50%操作冲击击

穿电压为多少kv?（空气相对密度=0.95）

1-9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？

1-1气体放电过程中产生带电质点最重要的方式是什么，为什么？

答: 碰撞电离是气体放电过程中产生带电质点最重要的方式。

这是因为电子体积小，其自由行程(两次碰撞间质点经过的距离)比离子大得多，所以在电场中获得的动能比离子大得多。其次．由于电

子的质量远小于原子或分子，因此当电子的动能不足以使中性质点

电离时，电子会遭到弹射而几乎不损失其动能；而离子因其质量与

被碰撞的中性质点相近，每次碰撞都会使其速度减小，影响其动能

的积累。

1-2简要论述汤逊放电理论。

答: 设外界光电离因素在阴极表面产生了一个自由电子，此电子到达阳极表面时由于?过程，电子总数增至e?d个。假设每次电离撞出一个正离子，故电极空间共有（e?d－1）个正离子。这些正离子在电

场作用下向阴极运动，并撞击阴极．按照系数?的定义，此（e－1）

个正离子在到达阴极表面时可撞出?（e?d?d－1）个新电子，则(e?d-1)个正离子撞击阴极表面时，至少能从阴极表面释放出一个有

效电子，以弥补原来那个产生电子崩并进入阳极的电子，则放电达

到自持放电。即汤逊理论的自持放电条件可表达为r(e

＝1。

1-3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？

答:（1）当棒具有正极性时，间隙中出现的电子向棒运动，进入强

电场区，开始引起电离现象而形成电子崩。随着电压的逐渐上升，

到放电达到自持、爆发电晕之前，在间隙中形成相当多的电子崩。

当电子崩达到棒极后，其中的电子就进入棒极，而正离子仍留在空间，相对来说缓慢地向板极移动。于是在棒极附近，积聚起正空间

电荷，从而减少了紧贴棒极附近的电场，而略为加强了外部空间的

电场。这样，棒极附近的电场被削弱，难以造成流柱，这就使得自

持放电也即电晕放电难以形成。

（2）当棒具有负极性时，阴极表面形成的电子立即进入强电场区，

造成电子崩。当电子崩中的电子离开强电场区后，电子就不再能引

起电离，而以越来越慢的速度向阳极运动。一部份电子直接消失于

阳极，其余的可为氧原子所吸附形成负离子。电子崩中的正离子逐

渐向棒极运动而消失于棒极，但由于其运动速度较慢，所以在棒极

附近总是存在着正空间电荷。结果在棒极附近出现了比较集中的正

空间电荷，而在其后则是非常分散的负空间电荷。负空?d-1)=1

或?e?d

间电荷由于浓度小，对外电场的影响不大，而正空间电荷将使电场

畸变。棒极附近的电场得到增强，因而自持放电条件易于得到满足、易于转入流柱而形成电晕放电。

1-4雷电冲击电压的标准波形的波前和波长时间是如何确定的？

答：图1-13表示雷电冲击电压的标准波形和确定其波前和波长时间

的方法(波长指冲击波衰减至半峰值的时间)。图中o为原点，p点为

波峰。国际上都用图示的方法求得名义零点o1。图中虚线所示，连

接p点与0.3倍峰值点作虚线交横轴于o1点，这样波前时间t1、和

波长t2都从o1算起。

目前国际上大多数国家对于标准雷电波的波形规定是：

t1?1.2?s?30%， t2?50?s?20%

图1-13 标准雷电冲击电压波形

t1－波前时间 t2－半峰值时间 umax冲击电压峰值

1-5操作冲击放电电压的特点是什么？

答：操作冲击放电电压的特点：（1）u形曲线，其击穿电压与波前

时间有关而与波尾时间无关；（2）极性效应，正极性操作冲击的50％击穿电压都比负极性的低；（3）饱和现象；

（4）分散性大；（5）邻近效应，接地物体靠近放电间隙会显著降

低正极性击穿电压。

1-6影响套管沿面闪络电压的主要因素有哪些？

答：影响套管沿面闪络电压的主要因素有

（1）电场分布情况和作用电压波形的影响

（2）电介质材料的影响

（3）气体条件的影响

（4）雨水的影响

1-7具有强垂直分量时的沿面放电和具有弱垂直分量时的沿面放电，哪个对绝缘的危害比较大，为什么？

答：具有强垂直分量时的沿面放电对绝缘的危害比较大。电场具有

弱垂直分量的情况下，电极形状和布置已使电场很不均匀，因而介

质表面积聚电荷使电压重新分布所造成的电场畸变，不会显著降低

沿面放电电压。另外这种情况下电场垂直分量较小．沿表面也没有

较大的电容电流流过，放电过程中不会出现热电离现象，故没有明

显的滑闪放电，因而垂直于放电发展方向的介质厚度对放电电压实

际上没有影响。其沿面闪络电压与空气击穿电压的差别相比强垂直

分量时要小得多。

1-8某距离4m的棒-极间隙。在夏季某日干球温度=30℃，湿球温

度=25℃，气压=99.8kpa的大气条件下，问其正极性50%操作冲击

击穿电压为多少kv?（空气相对密度=0.95）

答：距离为4m的棒-极间隙，其标准参考大气条件下的正极性50%

操作冲击击穿电压u50标准=1300kv。

3-3得指数m?w?0.34。

空气密度校正因数kd

湿度校正因数kh??m?0.950.34?0.9827 ?kw?1.10.34?1.033

所以在这种大气条件下，距离为4m的棒-极间隙的正极性50%操作

冲击击穿电压为u50夏?u50标

准?k1?k2?1300?0.9827?1.033?1320kv。

1-9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？

解：查gb311.1-1997的规定可知，35kv母线支柱绝缘子的1min

干工频耐受电压应为

100kv，则可算出制造厂在平原地区进行出厂1min干工频耐受电压试验时，其耐受电压u应为

u?kau0?

u0100??154kv ?4?41.1?h?101.1?4500?10

第二章液体的绝缘特性与介质的电气强度

2-1电介质极化的基本形式有哪几种，各有什么特点？

2-2如何用电介质极化的微观参数去表征宏观现象？

2-3非极性和极性液体电介质中主要极化形式有什么区别？

2-4极性液体的介电常数与温度、电压、频率有什么样的关系？

2-5液体电介质的电导是如何形成的？电场强度对其有何影响？

2-6目前液体电介质的击穿理论主要有哪些？

2-7液体电介质中气体对其电击穿有何影响？

2-8水分、固体杂质对液体电介质的绝缘性能有何影响？

2-9如何提高液体电介质的击穿电压？