高電壓技術(shù)第四習(xí)題答案

1、第一章  11 極化種類 電子式極化 離子式極化 偶極子極化 夾層極化產(chǎn)生場合所需時間能量損耗無 幾乎沒有有 有產(chǎn)生原因 束縛電子運行軌道偏移 離子的相對偏移 偶極子的定向排列 自由電荷的移動任何電介質(zhì)-15 s 離子式結(jié)構(gòu)電介質(zhì)-13 s 極性電介質(zhì)-1010-2 s 多層介質(zhì)的交界面-1 s數(shù)小時14  金屬導(dǎo)體 氣體，液體，固體 電導(dǎo)形式 （自由電子）電子電導(dǎo) 電導(dǎo)率很大（自由電子、正離子、負(fù)離子、雜質(zhì)電導(dǎo)、自身離解、雜質(zhì)、離子） 很小離子電導(dǎo) 很大金屬導(dǎo)電的原因是自由電子移動；

2、電介質(zhì)通常不導(dǎo)電，是在特定情況下電離、化學(xué)分解或熱離解出來的帶電質(zhì)點移動導(dǎo)致。 16 由于介質(zhì)夾層極化，通常電氣設(shè)備含多層介質(zhì)，直流充電時由于空間電荷極化作用，電荷在介質(zhì)夾層界面上堆積，初始狀態(tài)時電容電荷與最終狀態(tài)時不一致；接地放電時由于設(shè)備電容較大且設(shè)備的絕緣電阻也較大則放電時間常數(shù)較大（電容較大導(dǎo)致不同介質(zhì)所帶電荷量差別大，絕緣電阻大導(dǎo)致流過的電流小，界面上電荷的釋放靠電流完成），放電速度較慢故放電時間要長達(dá)510min。 補充：  圖中C1 代表介質(zhì)的無損極化（電子式和離子式極化），C2 R2 代表各種有損極

3、化，而R3則代表電導(dǎo)損耗。  圖142中，Rlk為泄漏電阻；Ilk為泄漏電流；Cg為介質(zhì)真空和無損極化所形成的電容；Ig為流過Cg的電流；Cp為無損極化所引起的電容；Rp為無損極化所形成的等效電阻；Ip為流過RpCp支路的電流，可以分為有功分量Ipr和無功分量Ipc。 Jg為真空和無損極化所引起的電流密度，為純?nèi)菪缘模籎lk為漏導(dǎo)引起的電流密度，為純阻性的；Jp為有損極化所引起的電流密度，它由無功部分Jpc和有功部分Jpr組成。容性電流Jc與總電容電流密度向量J之間的夾角為，稱為介質(zhì)損耗角。介質(zhì)損耗角簡稱介損角，為電介質(zhì)電流的相角領(lǐng)先電壓相角的余角，功率因素角的余

4、角，其正切tg稱為介質(zhì)損耗因素，常用表示，為總的有功電流密度與總無功電流密度之比。  第二章 掌握： 1.平均自由行程的概念，四種電離的基本原理，表面電離的四種形式、負(fù)離子的產(chǎn)生，去游離的三種形式。 2.湯遜理論和流注理論的放電機理，發(fā)展過程，自持放電條件，應(yīng)用范圍及二者區(qū)別；巴申曲線及其含義，物理解釋 3.電暈放電的物理機理，基本過程，優(yōu)缺點，消除措施。 4.極性效應(yīng)的概念，機理  22 湯遜理論認(rèn)為，當(dāng)pd較小時，電子的碰撞電離和正離子撞擊陰極造成的表面電離起著主要作用，氣隙的擊穿電壓大體上

5、是pd的函數(shù)。忽略了帶電質(zhì)點改變電場分布及光電離（1.湯遜理論沒有考慮電離出來的空間電荷會使電場畸變，從而對放電過程產(chǎn)生影響。2.湯遜理論沒有考慮光子在放電過程中的作用，即空間光電離和陰極表面光電離）。 流注理論認(rèn)為電子碰撞電離和空間光電離是維持自持放電的主要因素，并強調(diào)了空間電荷畸變電場的作用（充分注意到了空間電荷對電場畸變的作用）。 。湯森德放電機理在較均勻電場和  0.26           的范圍內(nèi)有效。 S <

6、;cmS流注放電機理在不均勻電場和  >  0.26   c m      的范圍內(nèi)有效。 補充1： 巴申（帕邢）定律的實驗曲線的物理意義： 󰂋 假設(shè)S保持不變，當(dāng)壓強P(氣體密度)增大時，電子的平均自由行程縮短了，相鄰兩次碰撞之間，電子積聚到足夠動能的幾率減小了。反之，當(dāng)壓強P(氣體密度)減小時，電子在碰撞前積聚到足夠動能的幾率雖然增大了，但氣體很稀薄，電子在走完全程中與氣體分子相撞的總次數(shù)卻減到很小&

7、#160;，Ub所以會增大。 󰂋 同樣，可假設(shè)壓強P(氣體密度)保持不變。S值增大時，欲得一定的場強，電壓必須增大。當(dāng)S值減到過小時，場強雖大增，但電子在走完全程中所遇到的撞擊次數(shù)己減到很小。故要求外加電壓增大，才能擊穿。 󰂋 U形曲線（在兩者之間，總存在一個壓強P(氣體密度)對造成撞擊電離最有利，此時Ub最小。） 補充2： 電暈產(chǎn)生的物理機理是：電暈放電是極不均勻電場中的一種自持放電現(xiàn)象，在極不均勻電場中，在氣體間隙還沒有擊穿之前，在電極曲率較大的附近的空間的局部的場強已經(jīng)很大了，從而在這局部強場中產(chǎn)生強烈的電離，但離電

8、極稍遠(yuǎn)處場強已大為減弱，故此電離區(qū)域不能擴展到很大，只能在電極的表面產(chǎn)生放電的現(xiàn)象。電暈放電的危害主要表現(xiàn)在這幾個方面：1）伴隨著游離、復(fù)合、激勵、反激勵等過程而有聲、光、熱等效應(yīng)，發(fā)出“咝咝”的聲音，藍(lán)色的暈光以及使周圍氣體溫度升高等。2）在尖端或電極的某些突出處，電子和離于在局部強場的驅(qū)動下高速運動，與氣體分子交換動量，形成“電風(fēng)”。當(dāng)電極固定得剛性不夠時，氣體對“電風(fēng)”的反作用力會使電暈極振動或轉(zhuǎn)動。3）電暈會產(chǎn)生高頻脈沖電流，其中還包含著許多高次諧波，這會造成對無線電的干擾。4）電暈產(chǎn)生的化學(xué)反映產(chǎn)物具有強烈的氧化和腐蝕作用，所以，電暈是促使有機絕緣老化的重要因素。5）電暈還可能產(chǎn)生超

9、過環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的噪聲，對人們會造成生理、心理的影響。6）電暈放電，會有能量損耗。減少電暈放電的根本措施在于降低電極表面的場強，具體的措施有：改進(jìn)電極形狀、增大電極的曲率半徑，采用分裂導(dǎo)線等。補充3： 無論是長氣隙還是短氣隙，擊穿的發(fā)展過程都隨著電壓極性的不同而有所不同，即存在極性效應(yīng)。 1）機理當(dāng)棒極為正時，電子崩從棒極開始發(fā)展（因為此處的電場強度較高），電子迅速進(jìn)入陽極（棒極），離子運動速度慢，棒極前方的空間中留下了正離子，使電場發(fā)生了畸變，見趙智大，p18、圖112，使接近棒極的電場減弱、前方電場增強，因此，正極性時放電產(chǎn)生困難但發(fā)展比較容易，擊穿電壓較低。當(dāng)棒極為負(fù)時，電

10、子崩仍然從棒極（因為此處的電場強度較高），電子向陽極（板極擴散），離子相對運動速度較慢，畸變了電場，見趙智大，p18，圖113，使接近棒極的電場增強，前方電場減弱，因此，負(fù)極性時放電產(chǎn)生容易但發(fā)展比較困難，擊穿電壓較高。正極性時放電產(chǎn)生困難但發(fā)展比較容易，擊穿電壓較低。負(fù)極性時放電產(chǎn)生容易但發(fā)展比較困難，擊穿電壓較高。對于極不均勻電場在加交流電壓在緩慢升高電壓的情況下，擊穿通常發(fā)生在間隙為正極性時。  第三章 1. 2.氣隙的伏秒特性的定義，制作，應(yīng)用；基本電壓波形 3.大氣條件對氣隙擊穿電壓的影響 4. 5.提高氣隙擊穿電

11、壓的方法 補充1： 間隙伏秒特性曲線：工程上常用在同一波形，不同幅值的沖擊電壓作用下，氣隙上出現(xiàn)的電壓最大值和放電時間的關(guān)系，稱為該氣隙的伏秒特性，表示該氣隙伏秒特性的曲線，稱為伏秒特性曲線。伏秒特性曲線在工程上有很重要的應(yīng)用，是防雷設(shè)計中實現(xiàn)保護(hù)設(shè)備和被保護(hù)設(shè)備的絕緣配合的依據(jù)。補充2： 提高氣隙（氣體間隙）擊穿電壓的方法有： 1. 改善電場分布。 󰂋 增大電極曲率半徑（簡稱屏蔽）       減小表面場強。如變壓器套管端部加球形屏蔽罩；采用擴徑導(dǎo)線等

12、60;󰂋 改善電極邊緣   第4/8頁      電極邊緣做成弧形 󰂋 使電極具有最佳外形。       如穿墻高壓引線上加金屬扁球 2. 高真空的采用 󰂋 削弱間隙中的碰撞電離過程，從而顯著增高間隙的擊穿電壓  󰂋 高真空中擊穿機理發(fā)生了改變：撞擊電離的機制不起主要作用，而擊穿與強場發(fā)射有關(guān) 應(yīng)用：真空斷路器中用作絕緣和滅

13、弧。 3. 高氣壓的采用 󰂋 減小電子的平均自由行程，削弱電離過程 例：大氣壓力下空氣的電氣強度僅約為變壓器油的1/51/8，提高壓力至11.5MPa，空氣的電氣強度和一般的液、固態(tài)絕緣材料如變壓器油、電瓷、云母等的電氣強度相接近  󰂋 壓縮空氣絕緣及其它壓縮氣體絕緣在一些電氣設(shè)備中已得到采用 如：高壓空氣斷路器、高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器等  4. 高電氣強度氣體的采用 含鹵族元素的氣體化合物，如六氟化硫（SF6）、氟利昂（CCl2F2）等，其電氣強度比空氣的要高很多。 &

14、#160;第四章 掌握：小橋理論 補充1： 液體熱擊穿的發(fā)生過程： 1) 液體中的雜質(zhì)在電場力的作用下，在電場方向定向，并逐漸沿電力線方向排列成雜質(zhì)的“小橋”； 2) 水分及纖維等的電導(dǎo)大，引起泄漏電流增大、發(fā)熱增多，促使水分汽化、氣泡擴大； 3) 液體電介質(zhì)最后在氣體通道中發(fā)生擊穿。  第五章 掌握： 耐壓實驗和檢查性實驗1.絕緣電阻與吸收比的測量：兆歐表原理、接線，絕緣電阻、吸收比、極化指數(shù)，可發(fā)現(xiàn)的缺陷。2.泄露電流的測量：原理、接線，微安表的位置，可發(fā)現(xiàn)的缺陷。3.介質(zhì)損耗角正切的測量：

15、原理、接線、測量方法，正、反接線的使用場合，抗干擾措施。 51 非破壞性試驗，即檢查性試驗，包含的種類：絕緣電阻試驗、介質(zhì)損耗角正切試驗、局部放電試驗、絕緣油的氣相色譜分析等  52 補充1： P130圖512用兆歐表測套管絕緣的接線圖。 端子G的作用：防止從法蘭沿套管表面的泄露電流也將流過線圈，使得兆歐表第5/8頁 的指示只反映套管的體積絕緣電阻。  第六章 掌握： 1.工頻高壓試驗基本內(nèi)容，電路原理2.直流高壓試驗基本內(nèi)容3.沖擊電壓發(fā)生器基本原理，單邊高效回路，掌握基本實驗電路。

16、 第七章 掌握： 1輸電線路的波過程掌握波沿均勻無損單導(dǎo)線的傳播（波過程的概念，電“大”、“小”系統(tǒng)，電報方程，波過程的四個基本規(guī)律，波阻抗和波速的概念，波的折射與反射（折返射定理和推倒），彼得遜法則，波穿過串聯(lián)電感與通過并聯(lián)電容，波的多次折射與反射（網(wǎng)格法），波的衰減與變形（簡講）。2繞組中的波過程掌握波作用于單繞組時引起的振蕩（入口電容的概念，初始、穩(wěn)態(tài)電位分布和最大電位包絡(luò)線，降低電位梯度的措施），三相繞組中的波過程。 71 波阻抗表示分布參數(shù)線路中前行電壓波與前行電流波的比值；反行電壓波與反行電流波比值的相反數(shù)；計算公式如下Z=L0，&

17、#160;L0和C0表示單位長度的電C0感和電容。 波阻抗與電阻的不同：（1）波阻抗僅僅是一個比例常數(shù)，沒有長度概念，而電阻不是；（2）波阻抗吸收的功率以電磁能的形式存儲在導(dǎo)線周圍的媒介中，并沒有消耗；而電阻吸收的功率和能量均轉(zhuǎn)化為熱能了。 73 設(shè)t0時刻合匝，（1）R=Z時，0<=t<l/2v時線路中間電壓為0；t>=l/2v時線路中間電壓為E。0<t<l/v時線路末端電壓為0；t>=l/v時線路末端電壓為E。（2）當(dāng)R=時，4kl/v<=t<4kl/v+l/2v時線路中間電壓為0；4kl/v+l/2v <

18、=t<4kl/v+3l/2v時線路中間電壓為E，4kl/v+3l/2v <=t<4kl/v+5l/2v時線路中間電壓為2E，4kl/v+5l/2v<=t<4kl/v+7l/2v時線路中間電壓為E，4kl/v+7l/2v <=t<4kl/v+4l/v時線路中間電壓為0。4kl/v<=t<4kl/v+l/v時線路末端電壓為0；4kl/v+l/v <=t<4kl/v+3l/v時線路中間電壓為2E，4kl/v+3l/v <=t<4kl/v+4l/v時線路中間電壓為0。（3）當(dāng)R=0時，2kl/v<=t<2kl/v

19、+l/2v時線路中間電壓為0；2kl/v+l/2v <=t<2kl/v+3l/2v時線路中間電壓為E，2kl/v+3l/2v <=t<2kl/v+2l/v時線路中間電壓為0。線路末端電壓一直為0。79 截波產(chǎn)生電位梯度比全波更大，相當(dāng)于全波加直角波，直角波幅值大、陡度高、產(chǎn)生電位梯度高。實際測量也驗證了這一點。 補充1 第6/8頁 改善繞組初始電位分布的方法：1.補償對地電容影響的方法。具體做法：在繞組首端裝設(shè)電容環(huán)和電容匝。2.增大縱電容K0/dx,使繞組對地電容的影響相對減少。具體的做法：采用糾結(jié)式繞組，一般糾結(jié)式繞組的l1.5左右。&

20、#160;補充2   u   q +  u f    = u i=iq+if導(dǎo)線上任何一點的電壓或電流，等于通過該點的前行波與反行波之和， uq=ziq前行波電壓與電流之比為+z，反行波電壓與電流之比為z。 =   u f   zi  f                          補償3無窮長直角波通過并聯(lián)電容（1）劃出集中參數(shù)等值電路（2）折、反射波頭各為什么形狀（3）