高电压试题

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 mg / cm 。 A.≤0.03 B.>0.03~0.06 C.>0.06~0.10 D.>0.10~0.25

8) 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。 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

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t C ???30干，湿球温度t C ???25湿，气压b ?99.8kPa的大气条件下，问其正极性50%操作冲击击穿电压50夏U 为多少kV?（空气相对密度??0.95）

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？ 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

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。 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 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，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？ 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 0 < U（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。

解 到达阳极的电子崩中的电子数应为d n n e 0

??，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EBp???Ape 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？

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向棒端的电场，从而易形成流注，形成自持放电，所以其电晕起始电压较低。在间隙深处，正空间电荷产生的附加电场与原电场方向相反，削弱了朝向板极方向的电场强度，如图 1-3（c）所示，使放电的发展比较困难，因而击穿电压就较高。

1—原电场分布 2—有空间电荷时的电场分布 1—原电场分布 2—有空间电荷时的电场分布 1-14 气体介质在冲击电压作用下的击穿有何特点？冲击电气强度通常用哪些方式来表示？ 答 （1）冲击电压是指幅值瞬间上升到很大，此后又逐渐衰减变小，其作用时间为几或几十微秒的电压。图 1-4 冲击电压作用下空气间隙的击穿电压波形气体介质在冲击电压作用下的击穿存在时延现象。如图 1-4 所示，当间隙上施加一冲击电压，电压经过 t1时间从零上升到静态击穿电压U0时，间隙并不能立即击穿，而是要经过一定的时间间隔至 t2时才能击穿。因为在 t1时，气隙中可能未出现有效电子，从 t1开始到气隙中出现第一个有效电子所需的时间为 ts。由于有效电子的出现是一个随机事件，所以 ts具有统计性。出现有效电子后，该电子将引起碰撞游离，形成电子崩，发展到流注和主放电，最后形成气隙的击穿。这个过程所需时间为 tf，它也具有统计性。

（2）冲击电气强度通常用以下两种方法表示：1）50% 冲击击穿电压（U50%）：指在该冲击电压下气隙击穿的概率为 50% 。实际上 U50%和绝缘的最低冲击击穿电压已相差不远，故可用 U50%来反映绝缘的电气强度。2）伏秒特性：表示该气隙的击穿电压和放电时间的关系。由于气隙的击穿存在时延现象，所以其冲击击穿特性最好用电压和时间两个参数来表示 （请读者练习）

1-16 如何求取伏秒特性曲线？

答 伏秒特性曲线可用实验方法求取：将冲击电压施加于某间隙，并保持其标准的冲击电压波形不变，逐渐升高电压幅值，可得到该间隙的放电电压 Ub 与放电时间 tb 之间的对应关系，绘出伏秒特性曲线，如图 1-5所示，图中 U0 为静态击穿电压。由于间隙放电时间具有统计性，即同一间隙在同一幅值的标准冲击电压波的多次作用下，每次击穿所需的时间不同，在每级电压下，可得到一系列的放电时间，故伏秒特性曲线实际上是以上、下包络线为界的一个带状区域。

1-17 伏秒特性对于选择电气设备的保护设备有何实用意义？ 答 伏秒特性在考虑保护设备（如保护间隙或避雷器）与被保护设备（如变压器）的绝缘配合上具有重要意义。保护设

备的伏秒特性应该低于被保护设备的伏秒特性。如图 1-6和图 1-7所示，S1 表示被保护设备绝缘的伏秒特性，S2 表示与其并联的保护设备的绝缘的伏秒特性。在图 1-6中，S2 总是低于 S1，说明在同一过电压作用下，总是保护设备先动作，被保护设备能得以保护。在图 1-7中，S1 和 S2 相交，则在电压作用时间很短时，保护设备的击穿电压高于被保护设备的绝缘击穿电压，被保护设备就有可能先被击穿，保护设备起不到保护作用。 图 1-6 两个间隙伏秒特性，S2 低于 S1 时 图 1-7 两个间隙伏秒特性，S2 与 S1 相交叉时 1-18 试述在 50% 冲击击穿电压和 50% 伏秒特性两个术语中“50%”所指的意义有何不同？两个术语之间有无关系？ 答 （1）50% 冲击击穿电压是指在该冲击电压作用下气隙击穿的概率为 50% 。50% 伏秒特性是指以 50% 概率放电时间为横坐标（纵坐标仍为电压）连成的曲线，如图 1-8所示。50% 概率放电时间的含义是：在伏秒特性曲线的上、下包络线间选择某一时间数值，使在每个电压下的多次击穿中放电时间小于该数值的恰占一半。

（2）两个术语分别应用于不同的场合：U50% 是不考虑放电时延情况下表征间隙冲击击穿特性，而 50% 伏秒特性是考虑时延情况下的表征。

1-20 设某一“球-球”气隙和某一“棒-板”气隙的击穿电压均为 Us，它们的伏秒特性分别如图 1-9中的曲线 a和 b所示，试问： （1）它们的伏秒特性有何差别？为什么有这样的差别？ （2）图中“棒-板”气隙的伏秒特性处于“球-球”气隙上，是否说明“棒-板”气隙的绝缘强度优于“球-球”气隙？为什么？ 答 （1）它们的伏秒特性的差别是：“球-球”气隙的伏秒特性较平坦，而“棒-板”气隙的 伏秒特性较陡。这是因为“球-球”气隙的电场分布为稍不均匀电场，平均击穿场强较高，放电发展较快，放电时延较短，而“棒-板”气隙的电场分布为极不均匀电场，平均击穿场强较低，放电形成时延受电压影响大，放电时延较长且分散性也大，所以其伏秒特性曲线在放电时间还相当大时，便随时间减少而明显上翘，比较陡。（2）由伏秒特性曲线可知，曲线 a总是低于曲线 b，说明在同一过电压作用下，总是“球-球”气隙先击穿，“棒-板”气隙的绝缘强度优于“球-球”气隙。但对于同样长度的同类介质气隙，则“球-球”气隙的绝缘强度要优于“棒-板”气隙。

1-21 什么叫沿面放电？为什么沿面放电电压总是低于同样距离下纯空气间隙的击穿电压？ 答 （1）沿面放电是指沿着固体绝缘物表面所发生的一种气体放电现象。 （2）沿着固体绝缘介质表面的气体放电受电场形式、电压波形、间距大小等因素的影响；固体表面高低不平及有毛刺、杂质、水膜等污物，使介质表面电阻不等，影响电场分布的均匀性；介质与电极接触处存在着气隙，气隙中的气体在电场作用下首先放电。以上原因使沿面放电电压低于同一间隙的正常气体放电电压。

1-22 什么是滑闪放电现象？提高套管沿面闪络电压有哪些措施？

答 （1）图 1-10 为沿套管表面放电的示意图。图中法兰盘与导电杆可看作两个电极，极间是强法线分量的极不均匀电场。由于介质表面电容的影响，沿轴面的电压分布极不均匀，在法兰盘根部的电压梯度最大，即电场强度最大。当外施电压较低时，先在场强较高的法兰盘根部产生电晕；随着电压的升高，电晕放电火花向外延伸，放电区逐渐形成许多平行的细线状火花（辉光放电）。细线状火花中的带电粒子被电场的法线分量紧压在介质表面上，在切线分量的作用下向另一电极运动，使介质表面局部发热，引起气体热游离，使通道中带电粒子数目剧增，电阻剧降，导致火花通道迅速向前发展，此现象为滑闪放电。 （2）提高套管沿面闪络电压的措施为： ①加大法兰边瓷套的外直径和壁厚，也可采用介电常数较小的介质； ②减小绝缘的表面电阻，如在套管近法兰处涂半导体漆或半导体釉，使电压分布变得均匀。

1-23为什么湿度增加时，不均匀电场中气体间隙的击穿电压增加，而沿面放电电压反而下降？答 当湿度增加时，水分子容易吸收电子成为负离子，使间隙中的电子数减少，游离减

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