高電壓工程試卷(附答案)

1、課程名稱：高電壓技術(shù)專業(yè)、班級(jí)： 電氣工程及其自動(dòng)化（本科）一、填空（ 10 分）1、在極不均勻電場(chǎng)中，間隙完全被擊穿之前，電極附近會(huì)發(fā)生電暈，產(chǎn)生暗藍(lán)色的暈光。2、沖擊電壓分為雷電沖擊電壓和操作沖擊電壓。3、固體電介質(zhì)的擊穿有電擊穿、熱擊穿和電化學(xué)擊穿等形式。4、某 110KV電氣設(shè)備從平原地區(qū)移至高原地區(qū)，其工頻耐壓水平將下降。5、在線路防雷設(shè)計(jì)時(shí)，110KV 輸電線路的保護(hù)角一般取20o。6、 累暴日是指一年中有雷暴的天數(shù)。7、電壓直角波經(jīng)過(guò)串聯(lián)電容后，波形將發(fā)生變化，變成指數(shù)波。二、選擇（ 10 分）1解釋電壓較高、距離較長(zhǎng)的間隙中的氣體放電過(guò)程可用（B ）。A 湯遜理論B 流注理論C

2、巴申定律D小橋理論2若固體電介質(zhì)被擊穿的時(shí)間很短、又無(wú)明顯的溫升，可判斷是（C ）。A 電化學(xué)擊穿B 熱擊穿C電擊穿D各類擊穿都有3下列試驗(yàn)中，屬于破壞性試驗(yàn)的是（B）。A 絕緣電阻試驗(yàn)B 沖擊耐壓試驗(yàn)C直流耐壓試驗(yàn)D局部放電試驗(yàn)4輸電線路的波阻抗的大小與線路的長(zhǎng)度（C）。A 成正比B 成反比C無(wú)關(guān)D不確定5下列不屬于輸電線路防雷措施的是（C）。A 架設(shè)避雷線B 架設(shè)耦合地線C加設(shè)浪涌吸收器D裝設(shè)自動(dòng)重合閘三、名詞解釋（ 15 分）1、自持放電和非自持放電答：必須借助外力因素才能維持的放電稱為非自持放電不需其他任何加外電離因素而僅由電場(chǎng)的作用就能自行維持的放電稱為自持放電。2、介質(zhì)損失角正切I

3、I RICRI cUCI RIU答：電流與電壓的夾角是功率因數(shù)角，令功率因數(shù)角的余角為 ， 顯然 I R 是 I 中的有功分量，其越大，說(shuō)明介質(zhì)損耗越大，因此角的大小可以反映介質(zhì)損耗的大小。于是I RU / R1把 角定義為介質(zhì)損耗角。 tgU CRCI C3、吸收比和極化指數(shù)答：加壓60 秒的絕緣電阻與加壓15 秒的絕緣電阻的比值為吸收比。加壓 10 分鐘的絕緣電阻與加壓1 分鐘的絕緣電阻的比值為極化指數(shù)。4、反擊和繞擊答：雷擊線路桿塔頂部時(shí)，由于塔頂電位與導(dǎo)線電位相差很大，可能引起絕緣子串的閃絡(luò)，即發(fā)生反擊。雷電繞過(guò)避雷線擊于導(dǎo)線，直接在導(dǎo)線上引起過(guò)電壓，稱為繞擊。5、保護(hù)角答：保護(hù)角是指

4、避雷線與所保護(hù)的外側(cè)導(dǎo)線之間的連線與經(jīng)過(guò)避雷線的鉛垂線之間的夾角。四、簡(jiǎn)答：（ 45 分）1、簡(jiǎn)述湯遜理論和流注理論的異同點(diǎn)，并說(shuō)明各自的適用范圍。答：湯遜理論和流注理論都是解釋均勻電場(chǎng)的氣體放電理論。前者適用于均勻電場(chǎng)、低氣壓、短間隙的條件下；后者適用于均勻電場(chǎng)、高氣壓、長(zhǎng)間隙的條件下。不同點(diǎn)：（ 1）放電外形 流注放電是具有通道形式的。 根據(jù)湯遜理論， 氣體放電應(yīng)在整個(gè)間隙中均勻連續(xù)地發(fā)展。（ 2）放電時(shí)間 根據(jù)流注理論，二次電子崩的起始電子由光電離形成，而光子的速度遠(yuǎn)比電子的大，二次電子崩又是在加強(qiáng)了的電場(chǎng)中，所以流注發(fā)展更迅速，擊穿時(shí)間比由湯遜理論推算的小得多。（ 3）陰極材料的影響

5、根據(jù)流注理論，大氣條件下氣體放電的發(fā)展不是依靠正離子使陰極表面電離形成的二次電子維持的，而是靠空間光電離產(chǎn)生電子維持的，故陰極材料對(duì)氣體擊穿電壓沒(méi)有影響。根據(jù)湯遜理論，陰極材料的性質(zhì)在擊穿過(guò)程中應(yīng)起一定作用。實(shí)驗(yàn)表明，低氣壓下陰極材料對(duì)擊穿電壓有一定影響。2、試解釋沿面閃絡(luò)電壓明顯低于純空氣間隙的擊穿電壓的原因。答：當(dāng)兩電極間的電壓逐漸升高時(shí)， 放電總是發(fā)生在沿固體介質(zhì)的表面上， 此時(shí)的沿面閃絡(luò)電壓已比純空氣間隙的擊穿電壓低很多，其原因是原先的均勻電場(chǎng)發(fā)生了畸變。產(chǎn)生這種情況的原因有：（ 1）固體介質(zhì)表面不是絕對(duì)光滑，存在一定的粗糙程度，這使得表面電場(chǎng)分布發(fā)生畸變。（ 2）固體介質(zhì)表面電阻不可

6、能完全均勻，各處表面電阻不相同。（ 3）固體介質(zhì)與空氣有接觸的情況。（ 4）固體介質(zhì)與電極有接觸的狀況。3、固體電介質(zhì)的電擊穿和熱擊穿有什么區(qū)別？答：固體電介質(zhì)的電擊穿過(guò)程與氣體放電中的湯遜理論及液體的電擊穿理論相似，是以考慮在固體電介質(zhì)中發(fā)生碰撞電離為基礎(chǔ)的，不考慮由邊緣效應(yīng)、介質(zhì)劣化等原因引起的擊穿。電擊穿的特點(diǎn)是：電壓作用時(shí)間短，擊穿電壓高，擊穿電壓與環(huán)境溫度無(wú)關(guān)，與電場(chǎng)均勻程度有密切關(guān)系，與電壓作用時(shí)間關(guān)系很小。電介質(zhì)的熱擊穿是由介質(zhì)內(nèi)部的熱不平衡過(guò)程所造成的。熱擊穿的特點(diǎn)是：擊穿電壓隨環(huán)境溫度的升高按指數(shù)規(guī)律降低；擊穿電壓與散熱條件有關(guān)，如介質(zhì)厚度大，則散熱困難，因此擊穿電壓并不隨介

7、質(zhì)厚度成正比增加；當(dāng)電壓頻率增大時(shí)，擊穿電壓將下降；擊穿電壓與電壓作用時(shí)間有關(guān)。4、在測(cè)試電氣設(shè)備的介質(zhì)損失角正切值時(shí)什么時(shí)候用正接線，什么時(shí)候用反接線；正接線和反接線各有什么特點(diǎn)？答：使用西林電橋的正接線時(shí)，高壓西林電橋的高壓橋臂的阻抗比對(duì)應(yīng)的低壓臂阻抗大得多，所以電橋上施加的電壓絕大部分都降落在高壓橋臂上，只要把試品和標(biāo)準(zhǔn)電容器放在高壓保護(hù)區(qū)，用屏蔽線從其低壓端連接到低壓橋臂上，則在低壓橋臂上調(diào)節(jié) R3 和 C4 就很安全， 而且測(cè)量準(zhǔn)確度較高。但這種方法要求被試品高低壓端均對(duì)地絕緣。使用反接線時(shí)，即將 R3 和 C4 接在高壓端，由于 R3 和 C4 處于高電位。橋體位于高壓側(cè)，抗干擾能

8、力和準(zhǔn)確度都不如正接線?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)通常采用反接線試驗(yàn)方法。5、局部放電是怎樣產(chǎn)生的？在電力系統(tǒng)中常用什么方法進(jìn)行測(cè)量,為什么？答：雜質(zhì)存在導(dǎo)致電場(chǎng)分布不均勻，電壓U 達(dá)到一定值時(shí)，會(huì)首先在氣泡或雜質(zhì)中產(chǎn)生放電，既局部放電。局部放電的檢測(cè)方法：直接用局部放電檢測(cè)儀進(jìn)行測(cè)量，用專用的無(wú)暈電源設(shè)備。油色譜分析：主要是檢測(cè)絕緣油中乙炔氣體的含量。6、測(cè)試電容量較大的被試品的絕緣電阻時(shí)如何防止被試品反放電燒壞兆歐表？為什么要對(duì)被試品充分放電？答：測(cè)試電容量較大的被試品的絕緣電阻時(shí)一定要在停止搖動(dòng)兆歐表之前， 先解開被試品的接線。電容量較大的被試品在測(cè)完接地電阻時(shí)，根據(jù)電容充放電的原理，往往會(huì)帶上大量的電荷

9、，所以必須對(duì)其充分放電。7、測(cè)量電氣設(shè)備的介損tg能發(fā)現(xiàn)什么缺陷？不能發(fā)現(xiàn)什么缺陷？在測(cè)試時(shí)要注意什么？答：能發(fā)現(xiàn)的缺陷：（ 1）絕緣體受潮，絕緣老化； （ 2）貫穿性缺陷； （ 3）分布式缺陷； （ 4）小型設(shè)備集中性缺陷不能發(fā)現(xiàn)的缺陷：大型設(shè)備的局部性缺陷可能被掩蓋，所以現(xiàn)場(chǎng)仍要做分解試驗(yàn)。在測(cè)試時(shí)要注意：（ 1）必須有良好的接地；（ 2）反接線要注意引線的懸空處理；（ 3）被試品表面要擦拭干凈；（ 4）能做分解試驗(yàn)的要盡量做分解試驗(yàn)。8、輸電線路遭受雷擊發(fā)生跳閘需要滿足的兩個(gè)條件，并解釋建弧率的概念。答：輸電線路遭受雷擊發(fā)生跳閘需要滿足兩個(gè)條件。 首先是直擊線路的雷電流超過(guò)線路的耐雷水平

10、，線路絕緣將發(fā)生沖擊閃絡(luò)。但是它的持續(xù)時(shí)間只有幾十微秒，線路開關(guān)還來(lái)不及跳閘，因此必須滿足第二個(gè)條件沖擊電弧轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的工頻電弧，才能導(dǎo)致線路跳閘。沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的工頻電弧的概率，稱為建弧率。9、 ZnO 避雷器的主要優(yōu)點(diǎn)。答：與普通閥型避雷器相比，ZnO 避雷器具有優(yōu)越的保護(hù)性能。（ 1） 無(wú)間隙。在正常工作電壓下，ZnO 電阻片相當(dāng)于一絕緣體，工作電壓不會(huì)使ZnO電阻片燒壞，因此可以不用串聯(lián)火花間隙。（ 2） 無(wú)續(xù)流。 當(dāng)電網(wǎng)中出現(xiàn)過(guò)電壓時(shí)，通過(guò)避雷器的電流增大，ZnO 電阻片上的殘壓受其良好的非線性特性控制；當(dāng)過(guò)電壓作用結(jié)束后，ZnO 電阻片又恢復(fù)絕緣體狀態(tài)，續(xù)流僅為微安級(jí)，實(shí)際上可

11、認(rèn)為無(wú)續(xù)流。（ 3） 電氣設(shè)備所受過(guò)電壓能量可以降低。雖然在 10kA 雷電流下的殘壓值ZnO 避雷器與SiC 避雷器相同， 但由于后者只在串聯(lián)火花間隙放電后才有電流流過(guò)，而前者在整個(gè)過(guò)電壓過(guò)程中都有電流流過(guò)，因此降低了作用在變電站電氣設(shè)備上的過(guò)電壓幅值。（ 4） 通流容量大。 ZnO 避雷器的通流能力， 完全不受串聯(lián)間隙被灼傷的制約，僅與閥片本身的通流能力有關(guān)。（ 5） 易于制成直流避雷器。因?yàn)橹绷骼m(xù)流不象工頻續(xù)流一樣存在自然零點(diǎn)，所以直流避雷器如用串聯(lián)間隙就難以滅弧。ZnO 避雷器沒(méi)有串聯(lián)間隙，所以易于制成直流避雷器。五、計(jì)算（ 20 分）1、直流電源合閘于空載線路的波過(guò)程。如圖89 所示

12、，線路長(zhǎng)度為l， t 0 時(shí)合閘于電壓為 U 0 的直流電源，求線路末端B 點(diǎn)電壓隨時(shí)間的變化。解 合閘后，從 t 0 開始，電源電壓 U0 自線路首端A 點(diǎn)向線路末端B 點(diǎn)傳播，傳播速度為 v 1 L0 C0，自 A 點(diǎn)傳播到 B 點(diǎn)的時(shí)間設(shè)為，l v ，設(shè)線路波阻抗為Z。（1）當(dāng) 0 t 時(shí)，線路上只有前行的電壓波u1 qU 0 和前行的電流波i1qU 0Z 。（2）當(dāng) t 時(shí)，波到達(dá)開路的末端B 點(diǎn)，電壓波和電流波分別發(fā)生正全反射和負(fù)全反射，形成反行的電壓波u1 fU 0 和電流波 i1 fU 0 Z 。此反射波將于t 2時(shí)到達(dá) A 點(diǎn)。 9（3）當(dāng) t 2時(shí)，線路上各點(diǎn)電壓由u1q1

13、f疊加而成，電流由 i1q和 i1f疊加而成。和 u（4）當(dāng) t 2時(shí)，反行波 u1 f到達(dá)線路的首端 A 點(diǎn)，迫使 A 點(diǎn)的電壓上升為2U0 。但由電源邊界條件所決定的A 點(diǎn)電壓又必須為 U0。因此反行波 u1 f 到達(dá) A 點(diǎn)的結(jié)果是使電源發(fā)出另一個(gè)幅值為一U 0的前行波電壓來(lái)保持A 點(diǎn)的電壓為 U0，即在 t 2之后， 有一新的前行電壓波 u2qU 0 自 A 點(diǎn)向 B 點(diǎn)行進(jìn)，同時(shí)產(chǎn)生新的前行電流波i 2 qU 0Z 。（5）在 2 t 3時(shí)，線路上各點(diǎn)的電壓由u1q、 u1 f 和 u2q 疊加而成，線路上各點(diǎn)的電流由 i 1q、 i1f 和 i2q 疊加而成。（6）當(dāng) t 3時(shí)，新

14、的前行波到達(dá)B 點(diǎn)，電壓波和電流波分別發(fā)生正全反射和負(fù)全反射，形成新的反行電壓波 u2 fU 0 和電流波 i 2 fU 0 Z 。此反射波將于 t 4時(shí)到達(dá)A 點(diǎn)。當(dāng) 3 t 4 時(shí)，線路上各點(diǎn)電壓由u1q 、u1f、u2q 和 u2f 疊加而成，電流由i 1q 、i1f、 i2q和 i 2f疊加而成。（7）當(dāng) t 4 時(shí)，反行波 u2f 到達(dá)線路的首端A 點(diǎn)，迫使 A 點(diǎn)的電壓下降為0。但由電源邊界條件所決定的 A 點(diǎn)電壓又必須為U 0 。因此反行波 u2f 到達(dá) A 點(diǎn)的結(jié)果是使電源發(fā)出另一個(gè)幅值為 U 0 的前行波電壓來(lái)保持A 點(diǎn)的電壓為 U0 ，從而開始重復(fù)圖 8 9（ a ）所示的新的波過(guò)程。如此反復(fù)往返傳播， 根據(jù)所有前行反行波疊加的結(jié)果， 可以得到如圖 810 所示線路末端 B 點(diǎn)電壓的電壓隨時(shí)間變化的曲線。uBu02 3 4 5 67t234567空載線路末端波形2、某油罐直