高電壓技術(shù)考試試卷(樣卷)及答案_高電壓技術(shù)

1、西 南 交 通 大 學(xué) 本科生 考試試卷(樣卷)課程名稱 高 電 壓 技 術(shù) 學(xué) 號 開 課 系 電氣學(xué)院電力工程系 姓 名 任課老師 評分 考生請注意：1. 本試題共 5 題，共 1 頁，考生請認真檢查；2. 答題時，直接將答題內(nèi)容寫在我校提供的答題紙上；答在試卷上一律無效。3. 本試題不得拆開，拆開后遺失后果自負。1、 請分析棒板間隙中，棒為何種極性時電暈起始電壓高？為什么？（15分）2、 測量介損（值）能發(fā)現(xiàn)哪些缺陷？為什么有時會測到負的介質(zhì)損耗值，如果用QS1電橋測試得到負值，應(yīng)該如何來計算？（20分）3、 如圖所示為進行絕緣局部放電試驗的原理接線圖。HV為交流高壓試驗源，Z為低通濾波

2、器，Cx為被試品電容，其值為2000pF。Ck為耦合電容，其值為200pF。由Cm和Rm組成檢測阻抗。當HV達到一定的試驗電壓時，若Ck上產(chǎn)生了5pC的局部放電量，請問由此因素可誤解為Cx上發(fā)生了多少pC的視在局部放電量？請推導(dǎo)說明（15分） 4、 根據(jù)變壓器油的色譜分析數(shù)據(jù)診斷變壓器內(nèi)部故障的原理是什么？（10分）5、 電、熱擊穿的機理分別是什么？影響油紙組合絕緣擊穿電壓的因素有哪些？（20分）6、 什么是電氣設(shè)備絕緣的老化？引起老化的主要原因有哪些？絕緣材料的壽命與老化時間的關(guān)系是什么，請用圖表示？（20分）本科生 考試試卷(樣卷)答案1、 請分析棒板間隙中，棒為何種極性時電暈起始電壓高？

3、為什么？答：棒板間隙中，棒為正極性時電暈起始電壓高。棒板間隙是典型的極不均勻電場。當棒具有正極性時，間隙中出現(xiàn)的電子向棒運動，進入強電場區(qū)，開始引起電離現(xiàn)象而形成電子崩。隨著電壓的逐漸上升，到放電達到自持、爆發(fā)電暈之前，在間隙中形成相當多的電子崩。當電子崩達到棒極后，其中的電子就進入棒極，而正離子仍留在空間，相對來說緩慢地向板極移動。于是在棒極附近，積聚起正空間電荷，而減少了緊貼棒極附近的電場，而略為加強了外部空間的電場。這樣，棒極附近的電場被削弱，難以造成流注，這就使得自持放電也即電暈放電難以形成。當棒具有負極性時，陰極表面形成的電子立即進入強電場區(qū)，造成電子崩。當電子崩中的電子離開強電場區(qū)

4、后，電子就不再能引起電離，而以越來越慢的速度向陽極運動。一部分電子直接消失于陽極，其余的可為氧原子所吸附形成負離子。電子崩中的正離子逐漸向棒極運動而消失于棒極，但由于其運動速度較慢，所以在棒極附近總是存在著正空間電荷。結(jié)果在棒極附近出現(xiàn)了比較集中的正空間電荷，而在其后則是非常分散的負空間電荷。負空間電荷由于濃度小，對外電場的影響不大，而正空間電荷將使電場畸變。棒極附近的電場得到增強，因而自持放電條件易于得到滿足、易于轉(zhuǎn)入流注而形成電暈放電。所以，棒為正極性時電暈起始電壓比負極性時略高。評分標準：此題共15分?；卮鹫龢O性時電暈起始電壓高，得3分；說明并分析，共12分，每個方面得6分。2、 測量介

5、損（值）能發(fā)現(xiàn)哪些缺陷？為什么有時會測到負的介質(zhì)損耗值，如果用QS1電橋測試得到負值，應(yīng)該如何來計算？ 答：介質(zhì)損耗角是絕緣預(yù)防性試驗的主要項目之一。它在發(fā)現(xiàn)絕緣整體受潮、劣化等缺陷方面比較靈敏有效，尤其是對小型電氣設(shè)備。因此介損值的測量在絕緣試驗中占有重要地位。測量中，電橋上顯示負的值可能有以下原因：（1） 標準電容器受潮（2） CN線的接頭接觸不好，尤其是三叉口插頭的焊接頭脫落（3） 電場干擾（4） 磁場干擾用QS1電橋測介質(zhì)損耗值。當出現(xiàn)負值時，從電橋結(jié)構(gòu)上看C1由原來與R4并聯(lián)變?yōu)榕cR3并聯(lián)。由電橋平衡方程可得出計算公式式中 試品實際出現(xiàn)的負介損值； -C4從電橋上所讀得的“-”測量值

6、評分標準：此題共20分。第一問，得4分；第二問，得8分；第三問，說明得2分，列出公式得6分。3、 如圖所示為進行絕緣局部放電試驗的原理接線圖。HV為交流高壓試驗源，Z為低通濾波器，Cx為被試品電容，其值為2000pF。Ck為耦合電容，其值為200pF。由Cm和Rm組成檢測阻抗。當HV達到一定的試驗電壓時，若Ck上產(chǎn)生了5pC的局部放電量，請問由此因素可誤解為Cx上發(fā)生了多少pC的視在局部放電量？請推導(dǎo)說明（15分） 1）當Cx發(fā)生放電時，試品Cx兩端產(chǎn)生的瞬變電壓 在檢測阻抗上建立的電壓是 2）而當Ck發(fā)生放電時，耦合電容Ck兩端產(chǎn)生的瞬變電壓 在檢測阻抗上建立的電壓是 從而，根據(jù)檢測阻抗上測

7、得的電壓值，可發(fā)現(xiàn)下面的關(guān)系所以，當Ck上產(chǎn)生了5pC的局部放電量，可能誤解成Cx上產(chǎn)生了50pC的放電量。評分標準：此題共15分。計算公式及其推導(dǎo)，得10分；計算結(jié)果正確，得5分。4、 根據(jù)變壓器油的色譜分析數(shù)據(jù)診斷變壓器內(nèi)部故障的原理是什么？答：電力變壓器絕緣多系油紙組合絕緣，內(nèi)部潛伏性故障產(chǎn)生的烴類氣體來源于油紙絕緣的熱裂解，熱裂解的產(chǎn)氣量、產(chǎn)氣速度以及生成烴類氣體的不飽和度，取決于故障點的能量密度。故障性質(zhì)不同，能量密度亦不同，裂解產(chǎn)生的烴類氣體也不同，電暈放電主要產(chǎn)生氫，電弧放電主要產(chǎn)生乙炔，高溫過熱主要產(chǎn)生乙烯。故障點的參量不同，上述各種氣體產(chǎn)生的速率也不同。這是由于在油紙等碳氫化

8、合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)中因原子間的化學(xué)鍵不同，各種鍵的鍵能也不同。含有不同化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)的碳氫化合物有程度不同的熱穩(wěn)定性，因而得出絕緣油隨著故障點的溫度升高而裂解生成烴類的順序是烷烴、烯烴和炔烴。同時，又由于油裂解生成的每一烴類氣體都有一個相應(yīng)最大產(chǎn)氣率的特定溫度范圍，從而導(dǎo)出了絕緣油在變壓器的各不相同的故障性質(zhì)下產(chǎn)生不組份、不同含量的烴類氣體的簡單判據(jù)。評分標準：此題共10分。答到“故障性質(zhì)不同，能量密度不同，裂解產(chǎn)生的烴類氣體不同”，則可得4分，有相關(guān)說明，得6分。5、 電、熱擊穿的機理分別是什么？影響油紙組合絕緣擊穿電壓的因素有哪些？ 答：電擊穿機理：在電場作用下，當電場強度足夠大時，介質(zhì)內(nèi)部的電子

9、帶著從電場獲得的能量，急劇地碰撞它附近的原子和離子，使之游離。因游離而產(chǎn)生的自由電子在電場的作用下又繼續(xù)對其他原子或離子發(fā)生碰撞，這個過程不斷地發(fā)展下去，使自由電子越來越多，在電場作用下定向流動的自由電子多了，如此，不斷循環(huán)下去，終于在絕緣結(jié)構(gòu)中形成了導(dǎo)電通道，絕緣性能就完全被破壞。熱擊穿機理：在電場的作用下，由于環(huán)境溫度過高或由于內(nèi)部損耗所產(chǎn)生的熱量使絕緣溫度升高，導(dǎo)致分子的無規(guī)則運動加劇，自由電子增多若發(fā)熱量大于向周圍媒質(zhì)散出的熱量，則溫度繼續(xù)將不斷上升，隨著溫度不斷升高，介質(zhì)損耗，泄漏電流不斷增加，這樣溫度和損耗交相遞增，進入惡性循環(huán)狀態(tài)，直至絕緣發(fā)生燒焦、開裂或是局部熔化，最后導(dǎo)致?lián)舸?/p>

10、。影響油紙組合絕緣擊穿電壓的主要因素如下：（1） 電壓作用時間的長短。電壓作用時間對油紙絕緣的電氣強度的影響很大。（2） 介質(zhì)厚度。單純增加介質(zhì)厚度對提高絕緣的電氣強度的收效是有限的。因為增厚絕緣層（一般增加紙的層數(shù)）后，絕緣上的平均場強降低，并且紙中弱點重合機會減小，從而使擊穿電壓得到提高，但極間距離的增大使邊緣效應(yīng)更嚴重，且對散熱更加不利，這樣使擊穿電壓的提高遭到部分抵消，過度增厚絕緣實際上會因熱性能變劣而適得其反。（3） 油壓。提高油壓可以提高油紙組合絕緣的工頻長時間作用下的電氣強度。（4） 局部放電。局部放電對油紙組合絕緣的長期電氣強度有很大影響。必須通過改善電場結(jié)構(gòu)和減少雜質(zhì)含量（特別是含水量）來降低局部放電量。評分標準：此題共20分。電擊穿機理敘述，得4分；熱擊穿機理敘述，得4分；組合絕緣擊穿電壓的影響因素4個方面，共12分，每一方面3分。6、 什么是電氣設(shè)備絕緣的老化？引起老化的主要原因有哪些？絕緣材料的壽命與老化時間的關(guān)系是什么，請用圖表示？ 答：電氣設(shè)備的絕緣在長期運行過程中會發(fā)生一系列物理變化（例如固體介質(zhì)軟化或熔解等形態(tài)變化、低分子化合物及增塑劑的揮發(fā)等）和化學(xué)變化（例如氧化、電解、電離、生成新物質(zhì)等），致使其電氣、機械及其他性能逐漸劣化（例如電導(dǎo)