高电压技术
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绪论学科地位本课程性质、任务和要求本课程内容教材及主要参考书课程导引一学科地位日本小崎正光教授把最高品质能量形态的电能有关知识和技术体系称为电气－电子工程学，它可理解为图示的三柱组成的体系：
对高电压与绝缘技术可这样理解：电能与人类的生存、发展有密切关系，而高电压与绝缘技术是其中一个很重要的知识体系，它是支撑电能应用的一根有力的支柱。高电压绝缘技术将抓住成为梦之能源的核聚变发电、超导应用、大陆间送电、直流系统、电能储藏、高性能蓄电池等大量课题进一步发展下去。二本课程性质、任务和要求高电压技术是电工学科的一个重要分支，它主要研究高电压、强电场下各种电气物理问题。高电压技术本课程是一门重要的专业技术基础课专业技术基础课，主要内容包括：专业技术基础课高压电气绝缘高压电气试验电力系统过电压及其保护在电气工程及自动化工程中具有较强的理论性实践性理论性、实践性理论性实践性的应用价值。通过本课程的学习，学生应达到以下要求：获得各种电介质的绝缘特性知识提高抗电强度的方法了解高电压试验设备原理、试验方法
掌握波过程的基本理论具有分析计算供电系统中大气过电压、操作过电压的能力学会限制各种过电压的措施理解供电系统中绝缘配合的原则三本课程内容包括课堂、习题、实验三大部分四教材及主要参考教材：赵智大，高电压技术，中国电力出版社， 1999 参考书目小崎正光，高电压与绝缘技术，科学出版社，2001 邱毓昌等，高电压工程，西安交大出版社，1995 肖如泉，高电压试验工程，清华大学出版社，2001 文远芳，高电压技术，华中科技大学出版社，2001 张纬钹，何金良等，过电压防护与绝缘配合，2002 五课程导引电能与电力系统电能是现代社会中最重要、最方便的能源。电能具有许多优点，如：可以方便地转化为其他形式的能量。如：机械能、热能、光能、化学能等；输送和分配易于实现；应用规模灵活。动力系统、电力系统和电力网示意图如下图所示：
图 0-1 动力系统、电力系统和电力网示意图 1890 英国出现从 Deptford 到伦敦长达45km 的 10kV 输电线路 1891 德国出现从 Lauffen 到法兰克福长达 170km 的 15kV 三相输电线路电力工业作为能源工业的主力而受到极大重视，在发达家的能源消费比例中，电能占一多半一多半。一多半电力的大容量和远距离传输，促使电压等级的不断提高。年来世界上的输电电压提高了 100 100 倍。目前我国最高电压等级为 750kV。在高压输电行业中，习惯上称：
低压 35kV 以下高压 35kV-100kV 超高压 100kV-1000kV 特高压 1000kV 以上直流输电直流电压因为不能利用变压器，所以交流输电最先得到迅速发展 20 世纪 50 年代中期以来，随着各方面的技术的进步，直流输电的优越性逐步得到体现，许多国家又逐步开始发展直流输电。我国多条远距离的西电东送西电东送线路即为直流输电线路。西电东送中国电力工业的现状与发展 1980 年以来我国发电量平均以 9%的年增长率增长。 2002 年我国年发电量已达 16000 亿千瓦时。 1996 年底我国发电设备装机容量已达 2.3 亿 kW，居世界第二位，2002 年达 3.53 亿 kW 我国各大电网现有的变电及配电电压等级为交流：500kV，220kV，110kV，(66kV)35kV，10kV 直流：正负 500kV 西北电网电压等级为 330kV，220kV，100kV，35kV，10kV 目前正在着手西北地区 750kV 输变电工程的设计、实施高电压、高场强下的特殊问题绝缘问题没有可靠的绝缘，高电压高场强甚至无法实现。在一定的电压形式电压形式下，必须选择合理的绝缘电压形式绝缘材料，设计合理的绝缘结构材料绝缘结构高电压实验问题高电压技术是一门工程性很强的学科，实验是必不可少的高电压试验面临诸如以下问题：如何产生高压？如何对电气设备进行高压试验？如何测量高压？过电压保护问题电力系统运行过程中，经常会导致比工作电压高得多的电压产生，如：自然
界的雷击、电力系统本身操作导致的操作过电压等为了保护电力系统中的电力设备，必须研究：各种过电压的特点及形成条件各种保护装置及其保护特性电压、绝缘、保护三者之间的绝缘配合电磁环境问题电磁兼容：高电压高场强下各种电磁干扰信号更强，电磁兼容问题也更加突出。电磁兼容生态效应：研究强电场、强磁场下对生物生活环境生态效应高电压下特殊现象及其应用高电压学科的特有现象可以举出很多，其中一些已得到应用，并有很好的发展前景，已成为国内外广泛开展研究的方向静电技术及应用利用静电技术人们制成静电除尘器，其除尘效率达 99%以上液电效应及应用液电效应是液体电介质在高电压、大电流放电时伴随产生的力、声、光、热等效应的总称。液电效应利用此原理可以制成碎石机、铸件清砂装置等，已得到广泛应用
线爆技术及应用强大的电流通过金属线时，会使金属线熔化、气化、爆炸，可以对难熔金属、难镀材料喷涂，也可用线爆来模拟高空核爆炸或地下核爆炸脉冲功率技术及应用脉冲功率技术在许多高科技领域、尖端武器领域得到广泛应用，目前脉冲功率技术正向着高电压、大电流、窄脉冲、高重复率的方向发展。小结高电压技术是一门重要的专业技术基础课；随着电力行业的发展，高压输电问题越来越得到人们的重视；高电压、高场强下存在着一些特殊的物理现象；高电压试验在高电压工程中起着重要的作用。
第一篇电介质的电气强度
电介质在电气设备中作为绝缘材料使用，按其物质形态，可分为气体介质液体介质固体介质在电气设备中外绝缘一般由气体介质(空气)和固体介质(绝缘子)联合构成内绝缘一般由固体介质和液体介质联合构成在电气作用下，电介质中出现的电气现象可分为两大类弱电场—电场强度比击穿场强小得多极化、电导、介质损耗等强电场—电场强度等于或大于放电起始场强或击穿场强放电、闪络、击穿等
第一章气体放电的基本物理过程
研究气体放电的目的了解气体在高电压（强电场）作用下逐步由电介掌握气体介质的电气强度及其提高方法电气设备中常用气体介质空气、压缩的高电气强度气体（如 SF6）第一节带电粒子的产生和消失带电粒子在气体中的运动带电粒子的产生负离子的形成带电粒子的消失一、带电粒子在气体中的运动（一）自由行程长度当气体中存在电场时，粒子进行热运动和沿电场定向运动（如图 1-1 所示质演变成导体的物理过程各种粒子在气体中运动时不断地互相碰撞，任一粒子在 1cm 的行程中所遭遇的碰撞次数与气体分子的半径和密度有关。单位行程中的碰撞次数 Z 的倒数即为该粒子的平均自由行程长度。粒子的自由行程等于或大于某一距离 x 的概率为粒子的自由行程等于或大于某一距离 x 的概率为
P (x) = e
λ
x
(1-1)
令 x= λ，可见粒子实际自由行程长度大于或等于平均自由行程长度的概率是 36.8%。由气体动力学可知，电子平均自由行程长度
λ：
粒子平均自由行程
λe =
式中： r：气体分子半径 N：气体分子密度
1
πr N
2
(1-2)
由于
p N = kT
代入(1-2)得到下式：
kT λ e = πr 2 p
式中： p：气压 T：气温 k：波尔兹曼常数
(1-3)
大气压和常温下平均自由行程长度数量级为 10-5cm （二）带电粒子的迁移率设
μ
E
：带电粒子运动的速度：电场强度
k =μ/E
k
比例系数
(1-4)
称为迁移率，它表示单位场强下（1V/m)带电粒子沿电场方向的漂移速度。
电子与离子的迁移率相比较：
电子的平均自由行程长度比离子大得多
而电子的质量比离子小得多因此电子更易加速，电子的迁移率远大于离子。（三）扩散热运动中，粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小的区域，从而使分布均匀化，这种过程称为扩散。气压越低温度越高扩散进行得越快电子的热运动速度大、自由行程长度大，所以其扩散速度比离子快得多。二、带电粒子的产生产生带电粒子的物理过程称为电离，是气体放电的首要前提。激励当原子获得外部能量，一个或若干个电子有可能转移到离核较远的轨道上去，该现象称为激励电离能使基态原子或分子中结合最松弛的那个电子电离出来所需要的最小一）光电离当满足以下条件时，产生光电离
λ≤
式中：。
hc Wi
(1-5
：光的波长；
λ
：光速；：气体的电离
光子来源外界高能辐射线气体放电本身 i （二）热电离常温下，气体分子发生热电离的概率极小气体中发生电离的分子数与总分子数的比值 m 称为该气体的电离度。下图为空气的电离度 m 与温度 T 的关系：
c能
W
。
外界高能辐射线
由图所示：当 t>10000K 时，才需考虑热电离；当 t>20000K 时，几乎全部的分子都处于热电离状态三）碰撞电离电子获得加速后和气体分子碰撞时，把动能传给后者引起碰撞电离。电子在场强为 E 的电场中移过 x 距离时获得的动能为：
1 2 W = mv = qe Ex 2
如果
式
大于或等于气体分子的电离能，该电子就有足够的能量完成碰撞电离。由此可得碰撞电离时应满足以下条件
m
qe
：电子的质量
：电子的电荷量
qe Ex ≥ Wi
式中：
q e ：电子的电荷量；电子为造成碰撞电离而必须飞越的最小距离为： E ：外电场强度； x ：电子移动的距离U Wi xi = = i qe E E
U
的大小取决于场强 E，增大气体中的场强将使值减少。可见提高外加电压将使碰撞电离的概式中为气体的电离电位，在数值上与以 eV 为单位的相等率和强度增大。 i （四）电极表面的电离当逸出功<<电离能时，阴极表面电离可在下列情况下发生：
Wi
正离子撞击阴极表面光电子发射热电子发射强场发射二、负离子的形成附着：当电子与气体分子碰撞时，不但有可能引起碰撞电离而产生出正离子和新电子，而且也可能会发生电子与中性分子相结合形成负离子的情况。负离子的形成并未使气体中带电粒子的数目改变，但却能使自由电子数减少，因而对气体放电的发展起抑制作用。四、带电粒子的消失带电粒子的消失可能有以下几种情况：带电粒子在电场的驱动下做定向运动，在到达电极时，消失于电极上而形成外电路中的电流；带电粒子因扩散而逸出气体放电空间；带电粒子的复合。复合：当气体中带异号电荷的粒子相遇时，有可能发生电荷的传递与中和，这种现象称为复复合合复合可能发生在电子和正离子之间，称为电子复合，其结果是产生一个中性分子；复合也可能发生在正离子和负离子之间，称为离子复合，其结果是产生两个中性分子小结带电粒子在空气中运动的表征 o 自由行程长度 o 带电离子的迁移率 o 扩散带电粒子产生和消失的物理过程光电离 o 热电离 o 碰撞电离 o 电极表面的电离负离子的形成电子的附着形成负离子带电离子的消失
第二篇
电气设备绝缘试验必要性：电气设备进行绝缘试验的必要性电气设备进行绝缘试验的必要性：
电力系统的规模、容量不断地扩大，停电造成的损失越来越严重。我国电力短缺，这就需要提高发电设备可靠性，使其满负荷运转，增加发电量。绝缘往往是电力系统中的薄弱环节，绝缘故障通常是引发电力系统事故的首要原因。电介质理论仍远未完善，须借助于各种绝缘试验来检验和掌握绝缘的状态和性能本篇主要内容本篇主要阐述电气设备绝缘试验的试验设备、试验方法和测量技术。绝缘试验分为非破坏性试验和破坏性试验两大类。破坏性试验检验绝缘的电气强度，非破坏性试验检验其他电气性能。第四章电气设备绝缘预防性试验绝缘预防性试验的目的是什么？绝缘故障大多因内部存在缺陷而引起，我们通过测量电气特性的变化来发现隐藏着的缺陷。绝缘缺陷类型集中性缺陷：裂缝、局部破损、气泡等分散性缺陷：内绝缘受潮、老化、变质等
常见试验项目：测量绝缘电阻，吸收比，泄漏电流，介质损耗角正切，局部放电，电压分布等
▼
TE571（测量局部（放电）放电）
绝缘电阻测试仪
主要电气设备的绝缘预防性试验项目
序号电气设备
测量绝缘电阻测量绝缘电阻和吸收比测量泄漏电流直流耐压试验并测泄漏电流
试
测量介质损耗角正切
验
项
目
油的介质损耗角正切油中含水量分析油中溶解气体分析油的电气强度测量电压分布交流耐压试验
测量局部放电
1
同步发电机和调相机
V
V
V
V
V
2 3 4
交流电动机油浸变压器电磁式电压互感器
V V V V
V V V V V V V V V V V V V
V V V
5 6 7
电流互感器油断路器悬式和支柱式绝缘子
V V V V
V V
V V
V V
V V
V V V
V V V
8
电力电缆
V
V
V
V
第一节绝缘的老化什么叫绝缘的老化绝缘老化的原因有哪些电介质的热老化电介质的电老化其他影响因素什么叫绝缘的老化？电气设备的绝缘在长期运行过程中会发生一系列物理变化和化学变化，致使其电气、机械及其他性能逐渐劣化，这种现象统称为绝缘的老化。老化的原因有哪些热、电、机械力、水分、氧化、各种射线、微生物等因素的作
用一、电介质的热老化什么是电介质的热老化？
在高温的作用下，电介质在短时间内就会发生明显的劣化；即使温度不太高，但如作用时间很长，绝缘性能也会发生不可逆的劣化，这就是电介质的热老化。温度越高，绝缘老化得越快，寿命越短。绝缘材料的耐热等级划分
耐热等级 O A
极限温度（℃） 90 105
绝缘材料
木材、纸；聚乙烯、聚氯乙稀；天然橡胶
油性树脂漆及其漆包线；矿物油
E B F
120 130 155
酚醛树脂塑料；胶纸板；聚酯薄膜聚酯漆；环氧树脂聚酯亚胺漆及其漆包线
H C
180 >180
聚酰胺亚胺漆及其漆包线；硅橡胶聚酰亚胺漆及薄膜；云母；陶瓷；聚四氟乙烯
热老化规则：热老化 8℃规则：对 A 级绝缘介质，如果它们的工作温度超过规定值 8℃时，寿命约缩短一半。相应的对 B 级绝缘和 H 级绝缘则分别适用 10℃和 12℃规则。介质的老化过程 ? 固体介质的热老化过程受热→带电粒子热运动加剧→载流子增多→载流子迁移→电导和极化损耗增大→受热→带电粒子热运动加剧→载流子增多→载流子迁移→电导和极化损耗增大→介质损耗增大→介质温升→增大→介质温升→加速老化液体介质的热老化过程油温升高→氧化加速→油裂解→分解出多种能溶于油的微量气体→油温升高→氧化加速→油裂解→分解出多种能溶于油的微量气体→绝缘破坏三、电介质的电老化什么是电老化？电老化系指在外加高电压或强电场作用下的老化。介质电老化的主要原因是什么？介质中出现局部放电。局部放电引起固体介质腐蚀、老化、损坏的原因有：破坏高分子的结构，造成裂解；转化为热能，不易散出，引起热裂解，气隙膨胀；
在局部放电区，产生高能辐射线，引起材料分解；气隙中如含有氧和氮，放电可产生臭氧和硝酸，是强烈的氧化剂和腐蚀剂，能使材料发生化学破坏。各种绝缘材料耐局部放电的性能有很大差别：云母、玻璃纤维等无机材料有很好的耐局部放电能力旋转电机采用云母、树脂作为绝缘材料有机高分子聚合物等绝缘材料的耐局部放电的性能比较差绝缘油的老化原因：油温升高而导致油的裂解，产生出一系列微量气体；油中的局部放电还可能产生聚合蜡状物，影响散热，加速固体介质的热老化。三、其他影响因素机械应力：对绝缘老化的速度有很大的影响，产生裂缝，导致局部放电；机械应力：对绝缘老化的速度有很大的影响，产生裂缝，导致局部放电；环境条件：紫外线，日晒雨淋，湿热等也对绝缘的老化有明显的影响。环境条件：紫外线，日晒雨淋，湿热等也对绝缘的老化有明显的影响。
小
结
电气设备的使用寿命一般取决其绝缘的寿命，后者与老化过程密切相关。通过绝缘试验判别其老化程度是十分重要的。绝缘老化的原因主要有热、电和机械力的作用，此外还有水分、氧化、各种射线、微生物等因素的作用。各种原因同时存在、彼此影响、相互加强，加速老化过程。第二节绝缘电阻、吸收比、泄漏电流的测量绝缘电阻最基本的综合性特性参数。组合绝缘和层式结构，在直流电压下均有明显得吸收现象，使外电路中有一个随时间而衰减的吸收电流。吸收比检验绝缘是否严重受潮或存在局部缺陷。泄漏电流所加直流电压高得多
一、双层介质的吸收现象为了分析方便，改用电阻 R1 和 R2 代替上图中的电导 G1 和
G2。 1＝1/G1, R2=1 /G2) （R
讨论因吸收现象而出现的过渡过程开关 S 合闸作为时间的起点，在
t
2
的极短时间内，层间电压按下式分布
U
10
= U
C2 C1 + C
U
20
= U
C1 C1 + C
2
达到稳态时（ t
），层间电压按电阻分配→∞
U
1∞
= U
R1 R1 + R 2
U
2∞
R2 = U R1 + R 2
稳态电流将为电导电流
I
g
=
R
1
U + R
2
由于存在吸收象， 10 ≠ U1∞ U20 ≠ U，在这个过程中的层间电压按下式变化， U 2∞
? ? ? τt ? R1 C2 R1 u1 = U ? +? ? C + C ? R + R ?e ? ? R1 + R 2 ? 1 2 1 2 ? ? ? R2 ? C1 R2 u2 = U ? +? ? ? ? R1 + R 2 ? C 1 + C 2 R 1 + R 2
流过双层介质的电流为
? τt ? ?e ? ? ? ?
i
i = i R1 + iC1
上式中第一个分量为电导电流如选用第一个方程式，则
i = i R2 + iC2
U (R2C2 ? R1C1 ) U i= + eτ R1 + R2 (C1 + C2 )2 (R1 + R2 )R1 R2 2 t ，第二个分量为吸收电流
。
τ = (C1 + C 2 )
R1 R 2 R1 + R 2
当绝缘严重受潮或出现导电性缺陷时，阻值 R1、R2 或两者之和显著减小，大大增加，而速衰减。二、绝缘电阻和吸收比的测量绝缘电阻的表达式
迅
R(t ) =
(C1 + C2 )2 ( R1 + R2 ) R1 R2 (C1 + C2 )
2
R1 R2 + (R2 C 2 ? R1C1 ) e
2
τ t
测量绝缘电阻时其值是不断变化的；无穷时刻，等于两层介质绝缘电阻的串联值。测量绝缘电阻时，其值是不断变化的；t 无穷时刻，等于两层介质绝缘电阻的串联值。通常所说的绝缘电阻均指吸收电流衰减完毕后的稳态电阻值。通常所说的绝缘电阻均指吸收电流衰减完毕后的稳态电阻值。受潮时，绝缘电阻显著降低，显著增大，迅速衰减。因此，能揭示绝缘整体受潮、受潮时，绝缘电阻显著降低，显著增大，迅速衰减。因此，能揭示绝缘整体受潮、局部严重受潮、存在贯穿性缺陷等情况。但有局限性。局部严重受潮、存在贯穿性缺陷等情况。但有局限性。
对于某些大型被试品，用测吸收比吸收比”的方法来替代对于某些大型被试品，用测“吸收比的方法来替代原理：令 t = 15 s 和t = 60s 瞬间的两个电流值的和 I 60比值。 K
1
=
R 60 R 15
=
I 15 I 60
K1
R60 经接近于稳态绝缘电阻值 R∞
大于 1,越大表示吸收现
象越显著，绝缘性能越好
吸收比是同一试品在两个不同时刻的绝缘电阻的比值，所以排除了绝缘结构和体积尺寸的影响。一般以 K1 ≥ 1.3 作为设备绝缘状态良好的标准亦不尽合适，有些变压器的但值却很低；有些 1.3 ，但值却很高。 K <
1
K1
虽大于 1.3，
R
所以应将 K 1 值和 R 值结合起来考虑，方能作出比较准确的判断。容量电气设备中，吸收现象延续很长时间，吸收比不能很好地反映绝缘的真实状态，容量电气设备中，吸收现象延续很长时间，吸收比不能很好地反映绝缘的真实状态，用极化指数再判断。极化指数 K2 =
R 10 min R 1 min
（4－13） 13）
某些集中性缺陷已相当严重，以致在耐压试验时被击穿，但在此前测得的绝缘电阻、吸
收比、某些集中性缺陷已相当严重，以致在耐压试验时被击穿，但在此前测得的绝缘电阻、吸收比、极化指数却并不低，因为缺陷未贯穿绝缘。可见仅凭上述试验结果判断绝缘状态是不够的。数却并不低，因为缺陷未贯穿绝缘。可见仅凭上述试验结果判断绝缘状态是不够的。
测量绝缘电阻最常用的仪表为手摇式兆欧表
图 4-1 是利用手摇式兆欧表测量三芯电力电缆绝缘电阻的接线图，也表示了它的测量原理
兆欧表有三个接线端子：线路端子（L）、接地端子（E）和保护（屏蔽）端子（G）。被试绝缘接在端子 L 和 E 之间，而保护端子 G 的作用是使绝缘表面泄漏电流不要流过线圈LA 测得的绝缘体积电阻不受绝缘表面状态的影响。四、泄漏电流的测量反映绝缘电阻值，但有一些特点：加在试品上的直流电压比兆欧表的工作电压高得多。故能发现兆欧表所不能发现的缺陷。施加在试品上的直流电压是逐渐增大的，这样就可以在升压过程中监视泄漏电流的增长动向。在电压升到规定的试验电压值后，要保持 1min 再读出最后的泄漏电流值。当绝缘良好时，泄漏电流应保持稳定，且其值很小
图 4－2 是发电机的几种不同的泄漏电流变化曲线。
泄漏电流试验接线图如图 4-3 所示。
其中 V 为高压整流元件，C 为稳压电容，PV2 为高压静电电压表，TO 为被试品注意：测量泄漏电流用的微安表需用并联放电管 V 进行保护。
小结绝缘电阻是一切电介质和绝缘结构的绝缘状态最基本的综合特性参数。电气设备中大多采用组合绝缘和层式结构，故在直流电压下均有明显的吸收现象，测量吸收比可检验绝缘是否严重受潮或存在局部缺陷。测量泄漏电流从原理上来说，与测量绝缘电阻是相似的，但它所加的直流电压要高得多，能发现用兆欧表所不能显示的某些缺陷，具有自己的某些特点。
第三节介质损耗角正切的测量 P 介质的功率损耗与介质损耗角正切 tg δ
成正比,所以后者是绝缘品质的重要指标，测量
值是判断
电气设备绝缘状态地一项灵敏有效的方法。 tg δ能反映绝缘的整体性缺陷（如全面老化）和小电容试品中的严重局部性缺陷。 tg δ测量能不能灵敏地反映大容量发电机、变压器和电力电缆绝缘中的局部性缺陷，应尽可能将这些设备分解成几个部分，然后分别测量它们的。
一、西林电桥基本原理
其中被试品的等值电容和电阻分别为 Cx 和 Rx;R3 为可调的无感电阻；CN 为高压标准电容器的电容；C4 为可调电容；R4 为定值无感电阻；P 为交流检流计。
在交流电压的作用下，调节 R 和 U
3
，使电桥达到平衡，即通过检流计 P 的电流为零，因而
U AD = U BD
可得
由式（4-15）可写出
U CA = U CB
U U Z2 = Z4
CA ? AD
=
U U
CB ? BD
Z1 Z3
式中
Z1 =
1 1 + jω C x Rx
Z 3 = R3
Z2
1 = jω C N
Z4 =
1 1 + jω C 4 R4
可求得试品电容
Cx 和等值电阻 R x
R4C N Cx = R 3 (1 + ω 2 C 42 R 42 )
介质并联等值电路的介质损耗角正切
R 3 (1 + ω 2 C 42 R 42 ) Rx = ω 2 C 4 R 42 C N
1 = ωC 4 R 4 tg δ = ωC x R x
因为并取 C
ω = 2πf = 100π
4
，如取μF ，则简化为的单位为
R4 =
10000 ?，
π
tg δ = C 4
试品电容
R4CN R4 Cx = ≈ CN 2 R3 (1 + tg δ ) R3
西林电桥反接线原理电桥平衡的过程与正接线时无异，所不同者在于各个调节元件、检流计和屏蔽网均处于高电位，故必须保证足够的绝缘水平和采取可靠的保护措施。
二、
tg δ
测量的影响因素
（一）外界电磁场的干扰影响干扰包括高压电源和试验现场高压带电体引起的电场干扰。在现场测试条件下，电桥往往处于一个相当显著的交变磁场中，这时电桥接线内也会感应出一个干扰电势，对电桥的平衡产生影响，也将导致测量误差。
消除干扰的方法：金属屏蔽网和屏蔽电缆（二）温度的影响 tg 一般来说，随温度的增高而增大。为了便于比较，应将在各种温度下测得的值换算到 20℃时的值。（三)试验电压的影响
δ
（四）试品电容量的影响
对电容量较大的试品（例如大中型发电机、变压器、电力电缆、电力电容器等）,测量只能发现整体分不性缺陷，因而用测量介质损耗角正切的方法来判断绝缘状态就不很灵敏了。（五）试品表面泄漏电流的影响测试前应清除绝缘表面的积污和水分，必要时还可以在绝缘表面上装设屏蔽极。小结δ测量 tg 值是判断电气设备绝缘状态地一项灵敏有效的方法。tg δ值的测量，最常用的是西林电桥。 tg δ的测量受一系列外界因素的影响。试验中应尽可能采用屏蔽，除污等方法消除这些影响
第四节局部放电的测量
绝缘中的局部放电是引起电介质老化的重要原因之一。测定电气设备在不同电压下的局部放电强度和发展趋势，就能判断绝缘内是否存在局部缺陷以及介质老化的速度和目前的状态。局部放电的基本概念，表征局部放电的重要参数。局部放电检测发展历史及测量方法综述。脉冲电流法的测量原理。一些局部放电测量仪器。一、局部放电基本概念绝缘内部气隙局部放电的等值电路如图 4-9 所示。
电容上分到的电压，气隙放电电压U r ，熄灭电压（剩余电压）， g 局部放电的电流变化曲线见图 4-10
u
表征局部放电的参数视在放电量
q
（4-28）
q ≈ C a ?U a
其中C a 为试品电容， ? a为气隙放电时，试品两端的压降。 U q 既是发生局部放电时试品 Ca 所放掉的电荷，也是电容 Cb 上的电荷增量。（比真实放电量小得多）放电重复率（ N ）在选定的时间间隔内测得的每秒发生放电脉冲的平均次数放电能量（） W 指一次局部放电所消耗的能量。
W =
1 qU 2
i
（4－32）其中 Q 为视在放电量， U 为局部放电起始电压。
其他参数 ? ? ? ?
平均放电电流放电的均方率放电功率局部放电起始电压局部放电熄灭电压
二、局部放电检测方法综述
电检测法，声测法，光测法，化学法，其它法
声检测法
介质中发生局部放电时，其瞬时释放的能量将放电源周围的介质加热使其蒸发，介质中发生局部放电时，其瞬时释放的能量将放电源周围的介质加热使其蒸发，效果就像一个小爆炸。此时放电源如同一个声源，向外发出声波。由于放电持续时间很短间很短，个小爆炸。此时放电源如同一个声源，向外发出声波。由于放电持续时间很短，所发射的声波频谱很宽，MHz。波频谱很宽，可达到数 MHz。
固体中常用传感器为测震仪（固体中常用传感器为测震仪（accelerometer）和声发射（Acoustic Emission）传感）和声发射（）测震仪有着平滑的频率特性，以上。器。测震仪有着平滑的频率特性，测试频率可达 50kHz 以上。声发射传感器有多个频段，该传感器有很强的方向性个特定方向的声信号。（30k~1MHz）该传感器有很强的方向性，一般来说只能测试某个特定方向的声信号。）该传感器有很强的方向性，一般来说只能测试某个特定方向的声信号，
Senaco AS100 声传感器北京亚捷隆测控技术有限公司
噪声检测法的特点抗电磁干扰能力强灵敏度不受试品电容的影响能进行复杂设备放电源定位在传播途径中衰减、畸变严重基本不能反映放电量的大小实际中一般不独立使用声测法，而将声测法和电测法结合起来使用。光检测法采用光纤传感器，局部放电产生的声波压迫使得光纤性质改变，导致光纤输出信号改变，从而可以测得放电。光测法只能测试表面放电和电晕放电，在现场中光测法基本上没有直接应用。将光纤技术和声测法相结合提出了声-光测法。
光纤传感器应用
化学分析法膜纸绝缘介质中，常用高性能液体色谱分析法（ HP LC）判断介质老化情况。在电力变压器中，油色谱分析（ DG A）方法是一种简单、经济、有效的变压器在线监测方法。
电气检测法脉冲电流法介质损耗法电气检测法脉冲电流法介质损耗法脉冲电流法测量原理
测量视在放电量西林电桥测量视在放电量西林电桥
电气检测法的发展 1925 年，Schwaiger 发现电晕放电的射频特性，由此发展出 RIV 局部放电检测法； 1928 年，基于电子束示波器技术，Lioyd 和 Starr 等人设计出平行四边形检测法；平 1954 年，首台商用便携式局部放电检测仪由 Mole 等人研制成功；便 1960 年，基于平行四边形检测原理，Dakin 等人设计出
1975 年，Lemke 博士等人设计出商用宽频局放测试仪，测试带宽达到 10MHz; 商 1978 年，Tanaka Okamoto 等人采用计算机技术建立数字化局部放电检测仪；数 1981 年，Boggs、Fujimoto、Stone 等人设计出 1GHz 超高频局放检测仪；
目前局部放电电检测方法脉冲电流法无线电干扰电压法（RIV）射频检测法（RF）介质损耗分析法（DLA）超高频（UHF）检测法
局部放电测试仪
TWPD-4 多通道数字式局部放电综合分析仪天威新域科技发展有限公司小结
局部放电的检测已成为确定产品质量和进行绝缘预防性试验的重要项目之一。试验内容包括测量视在放电量、放电重复率、局部放电起始电压和熄灭电压、放电的具体部位。表征局部放电的参数主要有：视在放电量、放电重复率、放电能量等。伴随局部放电会出现多种现象：包括电、光、噪声、气压变化、化学变化等。局部放电的检测方法很多，包括非电检测和电气检测两大类。
主要介绍了脉冲电流法的测量原理，另外介绍了噪声检测法、光检测法、化学分析法、超高频检测法等。
第五节电压分布的测量
在工作电压的作用下，沿着绝缘结构的表面会有一定的电压分布。表面比较清洁时，其分布规律取决于绝缘结构本身的电容和杂散电容表面染污受潮时，分布规律取决于表面电导。通过测量绝缘表面上的电压分布亦能发现某些绝缘缺陷。测量电压分布最适用于那些由一系列元件串联组成的绝缘结构。以表面比较清洁的悬式绝缘子为例，分析电压分布状况。
其中 C 为各元件对地电容，为各元件与高压导线之间的电容。 C 1 C 的影响是造成一定的分流，使最靠近高压导线的那片绝缘子流过的电流最大，因而分到的电压也最大。 C2 的影响使最靠近接地端的那片绝缘子流过的电流最大，因而电压也最高，其余各片上的电压依次减小。由于 C >>C，所以 C 1 的影响更大。
2 1
1
2
为使绝缘子串上的电压分布均匀一些，可采用：在绝缘子串与导线连接处装设均压金具，它能增大 C1 值，有利于补偿 C2 的影响，所以能有效地改善沿串电压分布。什么是劣化绝缘子或零值绝缘子？若某一片绝缘子的实测电压低于标准值的一半时，可认定该片为劣化绝缘子。小结本节以表面清洁的悬式绝缘子串为例，分析了其电压分布状况，分析了对地电容和杂散电容的影响。
测量线路绝缘子串电压分布或检出串中的零值绝缘子，可使用短路叉、可调火花间隙
测杆、自爬式检零工具等。第六节绝缘状态的综合判断种种非破坏性试验项目，各具功能，也各有局限性。必须将各项试验结果联系起来进行综合分析。当有个别试验项目不合格时，宜用“三比较”办法来处理：与同类型设备比较在同一设备的三相试验结果之间进行比较与该设备技术档案中的历年试验所得数据作比较第五章绝缘的高电压试验什么是绝缘的高电压试验？在高压试验室用工频交流高压、直流高压、雷电冲击高压、操作冲击高压等模拟电气设备的绝缘在运行中受到的工作电压，用以考验各种绝缘耐受这些高电压作用的能力。特点：具有破坏性试验的性质。一般放在非破坏性试验项目合格通过之后进行，以避免或减少不必要的损失。
难点问题：由于输电电压和相应的试验电压在不断提高，要获得各种符合要求的试验用高电压越来越困难，这是高电压试验技术发展中首先需要解决的问题。本章主要内容：本章介绍产生各种试验电压的高电压设备、各种高电压的测量方法以及绝缘高电压试验的接线和实施方法。第一节工频高电压试验工频高电压试验不仅仅为了检验绝缘在工频交流工作电压下的性能，也用来等效地检验绝缘对操作过电压和雷电过电压地耐受能力。本节主要介绍工频高电压的产生原理和工频高压试验的基本接线图。一、工频高电压的产生通常采用高压试验变压器或其串级装置来产生。对电缆、电容器等电容量较大的被试品，可采用串联谐振回路来获得试验用的工频高电压。工频高压装置是高压试验室中最基本的设备，也是产生其他类型高电压的设备基础部件。（一）高压试验变压器——6 特点试验变压器本身应有很好的绝缘，但绝缘裕度小，试验过程中要严格限制过电压。例如：500～ 10％～15％。％～15 例如：500～750kV 试验变压器的绝缘五分钟试验电压仅比其额定电压高 10％～15％。
额定电压高而容量不大试验变压器高压侧电流 I 和额定容量 P 都主要取决于被试品的电容。
I = 2πfCU × 10
3
P = 2πfCU 2 ×10?3
外观上的特点：油箱本体不大而其高压套管又长又大。 ? 单套管式试验变压器：额定电压一般不超过 250～300kV ? 双套管式试验变压器：最高额定电压达 750kV 试验变压器与连续运行时间不长，发热较轻，因而不需要复杂的冷却系统。漏抗大，短路电流较小，可降低机械强度方面的要求。输出电压波形很难完美，需要采取措施加以修正。
试验变压器的接线与结构示意图如 5－1。
(二)试验变压器串级装置变压器的体积和重量近似地与其额定电压的三次方成比例。当所需的工频试验电压很高（例如超过 750kV）时，再采用单台试验变压器来产生在技术和经济上不合理。 U≥1000 kV 时，采用若干台试验变压器组成串级装置来满足要求由两台单套管试验变压器组成的串级装置示意图如图 5-2 所示。
T2 的容量为 T1 的容量为
P2 = U3 I3 = U2 I 2
P =U1I1 =U2I2 +U3I3 = 2U2I2 1
显然，虽然这两台试验变压器地初级电压相同，次级电压也相同，但它们的容量和高压绕组结构
都不同，因而不能互换位置。
整套串级装置的制造容量为
P = P + P = 3 2 I2 U 1 2
串级装置的输出容量却只有
P ' = 2U 2 I 2
P' 2U 2 I 2 2 η= = = P 3U 2 I 2 3
因而装置的容量利用率
n
级串级装置的容量利用率
2 η = n +1
试验变压器的台数越多，容量利用率越低。这是串级装置的固有缺点。因而通常很少采用 n >3 的方案。
二、工频高压试验的基本接线图
工频耐压试验的实施方法：按规定的升压速度提升作用在被试品 TO 上的电压，直到它等于所需的试验电压 U2 为止。保持 1 分钟，没有发现绝缘击穿或局部损伤，可认为合格通过。小结本节主要介绍了工频高电压的产生方法及其装置。高压试验变压器的六大特点。当所需试验电压很高时，常采用串级装置来产生所需高压。工频高电压试验的基本接线图和实施方法。第三节直流高电压试验被试品的电容量很大的场合（例如长电缆段、电力电容器等），用工频给交流高电压进行绝缘试验时会出现很大的电容电流，要求试验装置具有很大的容量，很难做到。这时用直流高电压试验来代替工频高电压试验。直流输电工程的增多促使直流高电压试验的广泛应用。一、直流高电压的产生将工频高电压经高压整流器而变换成直流高电压。利用倍压整流原理制成的直流高压串级装置（或称串级直流高压发生器)能产生出更高的直流试验电压。（一）高压整流器（二）主要技术参数（三）额定整流电流通过整流器的正向电流在一个周期内的平均值。额定反峰电压当整流器阻断时，其两端容许出现的最高反向电压峰值。电路空载时整流器两端承受的反向电压 u d = U c + U m sin ωt = U m (1 + 最大反向电压
U
d
= 2U
sin ω t )
m
当接有负载时（ R
L
，电容≠∞）
C 上的电压出现脉动现象，如图 5-6 所示。
整流回路的基本技术参数：额定平均输出电压：额定平均输出电流：
U
av
av
≈
U
max
+ U 2
min
I
=
U av RL
电压脉动系数（纹波系数）：对半波整流回路
S
δ U
U
av
δU =
U av δU = 2 fR L C
U max ? U min 2
(二) 倍压整流回路
前两种可获得等于 2UM
的直流电压，而后一种可以获得等于 3UM
的直流电压。
（三）串级直流高压发生器
利用图 5-7（b）中的倍压整流电路作为基本单元，多级串联起来即可组成一台串级直流高压发生器，如图 5-8 所示。
+ E
串级装置的充电过程可利用图 5-9 所示的直流电源和 ? E经切换开关 S 给各台电容器充电的过程来加以说明。
2Um
二、直流高电压试验的特点和应用范围特点：只有微安级泄漏电流，试验设备的容量较小。试验时可同时测量泄漏电流，由所得得“电压－电流”曲线能有效地显示绝缘内部的集中性缺陷或受潮。用于旋转电机时，能使电机定子绕组的端部绝缘也受到较高电压的作用，发现端部绝缘中的缺陷。非破坏性试验的性质。直流电压下，绝缘内的电压分布由电导决定，因而与交流运行电压下的电压分布不同，所以交流电气设备的绝缘考验不如交流耐压试验那样接近实际。
直流高电压的广泛应用直流耐压试验各种输电设备的直流高压试验 ? 典型气隙的直流击穿特性 ? 超高压直流输电线上的直流电晕及其各种派生效应。 ? 各种绝缘材料和绝缘结构在直流高压下的电气性能。 ? 各种直流输电设备的直流耐压试验。小结获得直流高电压的方法有高压整流器和串级直流高压发生器。本小节介绍了用这两种方法产生直流高压的原理。
直流高压试验的特点。直流高电压在各领域获得越来越广泛的应用。第四节冲击高电压试验研究电气设备在运行中遭受雷电过电压和操作过电压的作用时的绝缘性能。许多高压试验室中都装设了冲击电压发生器，用来产生试验用的雷电冲击电压波和操作冲击电压波。高压电气设备在出厂试验、型式试验时或大修后都必须进行冲击高压试验。
第三节
冲击高电压试验
冲击电压发生器
一）基本回路二）标准雷电冲击全波采用的是非周期性双指数波。标准雷电冲击全波采用的是非周期性双指数波采用的是非周期性双指数波。
u(t ) = A(e
τ 1
t
τ 1
e
t
)
（5-5）
τ 2
——波尾时间常数波尾时间常数——波前时间常数波前时间常数
波前 u(t) ≈ A(1 ? e?τ )
2
t
波尾
u (t ) ≈ Ae
t
τ 1
的回路。实际冲击电压发生器采用图 5-19 的回路。
放电回路的利用系数
η=
U 2m C1 R2 ≈× U0 C1 + C 2 R11 + R2
（二）多级冲击电压发生器的工作原理 200～300kV。单级冲击电压发生器能产生的最高电压一般不超过 200～300kV。因而采用多级叠加的方法来产生波形和幅值都能满足需要的冲击高电压波。多级叠加的方法来产生波形和幅值都能满足需要的冲击高电压波因而采用多级叠加的方法来产生波形和幅值都能满足需要的冲击高电压波。多级冲击电压发生器原理接线图
基本原理并联充电，串联放电
冲击电压发生器的起动方式：
自起动方式：只要将点火球隙 F1 的极间距离调节到使其击穿电压等于所需的充电电压只要将点火球隙即自行击穿，起动整套装置。 UC ，当 F1 上的电压上升到等于 UC 时，F1 即自行击穿，起动整套装置。
方式二：使各级电容器充电到一个略低于 F1 击穿电压的水平上，处于准备动作的状态，然后使各级电容器充电到一个略低于击穿电压的水平上，处于准备动作的状态，利用点火装置产生一点火脉冲，利用点火装置产生一点火脉冲，送到点火球隙 F1 中的一个辅助间隙上使之击穿并引起 F1 的主间隙击穿，以起动整套装置。主间隙击穿，以起动整套装置。
（三）冲击电压发生器的近似计算
波前
u 2 (t ) ≈ U 2 m (1 ? e
t
τ 2
)
C1C2 C1 + C2
式中波前时间常数
τ 2 ≈ (R11 + R12 ) ×
根据冲击视在波前时间 T1 的定义
0.3U2m = U2m (1? e ) 0 . 9 U
τ 2
t2
2m
2 m
(1 ? e
τ
t2
2
)
由以上两式可以解得
t2 ?t1 =τ 2 ln7
冲击电压视在波前时间
T1 =
t 2 ? t1 τ 2 ln 7 = ≈ 3( R11 + R12 )C 2 0 .6 0 .6
C2 上的电压 u2 可近似用下式表示
u 2 (t ) ≈ U 2 m e
t
τ 1
式中波尾时间常数视在半峰时间
τ 1 ≈ R2 (C1 +C2 )
T2 = τ 1 ln 2 ≈ 0.7R2 (C1 + C2 )
s）求出各个回路参数值：
利用所要求的试验电压波形（例如 1.2/50 通常取
C1 ≥ (5 ~ 10 )C 2
R11
的阻值应尽可能取小一些，高效率回路的情
况下，R11 = 0 计算只能作为参考，真正的波形还得依靠实测，并以其结果为依据进一步调整回路参数，直到获得所需的试验电压波形为止。产生雷电冲击截波的原理：试品上并联一个适当的截断间隙，让它在雷电冲击全波的作用下击穿，作用在试品上的就是一个截波。截断装置的要求实放电分散性小和能准确控制截断时间。
二、操作冲击试验电压的产生
国家标准规定：额定电压大于 220kV 的超高压电气设备在出厂试验、型式试验中，不能象 220kV 及以下的高压电气设备那样以工频耐压试验来等效取代操作冲击耐压试验。（一）非周期性双指数冲击长波国家标准规定的标准波形为 250/2500 。应注意一下两个问题：（1）为大大拉长波前，又使发生器的利用系数降低不是很多，需采用高效率回路。（2）计算操作波回路参数时，不能用前面介绍的雷电波时的近似计算法来计算操作波回路参数；要考虑充电电阻 R 对波形和发生器效率的影响。
（二）衰减振荡波所推荐的一种操作波发生装置。采用图 5-25 中 IEC 所推荐的一种操作波发生装置。
三、绝缘的冲击高压试验方法电气设备内绝缘的雷电冲击耐压试验采用三次冲击法三次冲击法，电气设备内绝缘的雷电冲击耐压试验采用三次冲击法，即对被试品施加三次正极性和三次负极性雷电冲击试验电压。（1.2/50 全波）正极性和三次负极性雷电冲击试验电压。 1.2/50 μs全波）（。对变压器和电抗器类设备的内绝缘，还要进行雷电冲击截波（1.2/2～对变压器和电抗器类设备的内绝缘，还要进行雷电冲击截波（1.2/2～5 ) 耐压试验。耐压试验。内绝缘冲击全波耐压试验应在被试品上并联球隙，内绝缘冲击全波耐压试验应在被试品上并联球隙，并将它的放电电压整定得比试验电压高 15％～20％。％～20
15％～20％。发现绝缘内的局部损伤或故障，发现绝缘内的局部损伤或故障，目前用得最多得监测方法是拍摄变压器中性点处得电流示波图。电流示波图。次冲击法，电力系统外绝缘的冲击高压试验通常采用 15 次冲击法，若击穿或闪络的闪数不超过 2 即可认为改外绝缘试验合格。次，即可认为改外绝缘试验合格。小结冲击高压发生器用来产生试验用的雷电冲击电压波和操作冲击电压波。
μs
本节介绍了获得雷电冲击电压全波、雷电冲击截波、操作冲击试验电压的原理及其参数的近似计算。绝缘的冲击高电压试验方法，重点介绍了三次冲击法和 15 次冲击法。第四节高电压测量技术高电压试验除了要有产生各种试验电压的高压设备，还必须要有能测量这些高电压的仪器和设备。电力系统中，广泛应用电压互感器配上低电压表来测量高电压；但此法在试验室中用得很少。试验室条件下广泛应用高压静电电压表、峰值电压表、球隙测压器、高压分压器等仪器测量高电压。国标规定，高电压的测量误差一般应控制在±3％以内。
第四节
高电压测量技术高电压试验除了要有产生各种试验电压的高压设备，还必须要有能测量这些高电压的仪器和设备。电力系统中，广泛应用电压互感器配上低电压表来测量高电压；但此法在试验室中用得很少。试验室条件下广泛应用高压静电电压表、峰值电压表、球隙测压器、高压分压器等仪器测量高电压。国标规定，高电压的测量误差一般应控制在±3％以内。若采用的是消除了边缘效应的平板电极，那么由静电场理论，易求得
f ∝ u2
但仪表不可能反映力的瞬时值 f ，而只能反映其平均值 F。
U∝ F
为了尽可能减少极间距离和仪表体积，极间应采用均匀电场，所以高压静电电压表的电极均采用消除了边缘效应的平板电极，如图 5-26 所示
静电电压表的优点内阻抗特别大，几乎不消耗什么能量能测量相当高的交流和直流电压
二、峰值电压表
（一）利用整流电容电流来测量交流高压利用整流电容电流来测量交流高压整流电容电流
U
m
I av = 2 Cf
图 5-27（a）利用整流电容电流来测
量交流高压的峰值电压表原理
(二)利用电容器充电电压来测量交流电压（5-27b) 利用电容器充电电压来测量交流电压（电容器充电电压来测量交流电压
U
m
=
U
d
T 1? 2 RC
图 5-27（b）利用电容器充电电压来测量交流高压的峰值电压表原理
注意事项：选用冲击峰值电压表时，要注意其响应时间是否合适于被测波形的要求，并
(全新整理)7月全国自考高电压技术试卷及答案解析
浙江省2018年7月高等教育自学考试 高电压技术试题 课程代码：02653 一、单项选择题(本大题共10小题，每小题1分，共10分) 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1．我国国家标准规定的雷电冲击电压标准波形通常可以用符号________表示。（）A．(1.2±30%)μs B．(50±30%)μs C．1.2/50μs D．(1.2±20%)μs 2．同一固体电介质、相同电极情况下，直流电压作用下的击穿电压________工频交流电压（幅值）下的击穿电压。（） A．高于B．低于 C．等于D．无关于 3．三台串接的工频试验变压器装置中，每台工频试验变压器的容量是不同的，三台工频试验变压器的容量之比是（） A．1∶2∶3 B．3∶2∶1 C．2∶1∶3 D．1∶3∶2 4．彼德逊法则提供了一种用________解决行波的折射、反射问题的方法。（）A．分布参数等值电路B．波动方程 C．网格法D．集中参数等值电路 5．为防止避雷器在内过电压下动作，35kV及以下的避雷器的工频放电电压应大于系统最大工作相电压的________倍。（） A．2 B．2.5 C．3 D．3.5 6．在输电线路防雷措施中，对于高杆塔，可以采取增加绝缘子串片数的办法来提高其防雷性能，因此规程规定，全高超过40m有避雷线的杆塔，每增高________应增加一片绝缘子。（） 1
A．5m B．7.5m C．10m D．12.5m 7．直配发电机母线装设电容器的目的是（） A．限制雷电流的大小B．降低侵入波陡度 C．降低侵入波的幅值D．抬高电缆首端冲击电压 8．空载线路工频电压升高的根本原因在于线路中________在感抗上的压降使得电容上的电压高于电源电压。（） A．电阻性电流B．电感性电流 C．电容性电流D．雷电流 9．我国对切除110-220kV空载变压器做过不少试验，在中性点直接接地的电网中，切除空载变压器引起的过电压一般不超过________相电压。（） A．2.5倍B．3倍 C．3.5倍D．4倍 10．500kV系统中，决定电气设备绝缘水平的主要因素是（） A．最大长期工作电压B．大气过电压 C．内部过电压D．不确定 二、填空题(本大题共15小题，每小题1分，共15分) 请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。 11．流注理论认为电子的碰撞游离和空间光游离是形成________的主要因素。 12．在大气条件下，空气间隙击穿电压随空气相对密度的增大而________。 13．电介质的电导随温度的升高而________。 14．固体电介质的击穿形式有电击穿、热击穿和________。 15．介质损失角正切tgδ的测量对鉴定绝缘的________性缺陷最灵敏。 16．当线路末端开路时，入射波入侵到末端时将发生波的折射和反射，其折射系数等于________。 17．防雷接地装置可分为________和自然接地装置。 18．我国有关标准规定，________及以上输电线路应全线架设双避雷线。 2
高电压技术第二版习题答案
第一章 气体放电的基本物理过程 （1）在气体放电过程中，碰撞电离为什么主要是由电子产生的？ 答：气体中的带电粒子主要有电子和离子，它们在电场力的作用下向各自的极板运动，带正电荷的粒子向负极板运动，带负电荷的粒子向正极板运动。电子与离子相比，它的质量更小，半径更小，自由行程更大，迁移率更大，因此在电场力的作用下，它更容易被加速，因此电子的运动速度远大于离子的运动速度。更容易累积到足够多的动能，因此电子碰撞中性分子并使之电离的概率要比离子大得多。所以，在气体放电过程中，碰撞电离主要是由电子产生的。 （2）带电粒子是由哪些物理过程产生的，为什么带电粒子产生需要能量 ？ 答：带电粒子主要是由电离产生的，根据电离发生的位置，分为空间电离和表面电离。根据电离获得能量的形式不同，空间电离又分为光电离、热电离和碰撞电离，表面电离分为正离 子碰撞阴极表面电离、光电子发射、热电子发射和强场发射。原子或分子呈中性状态，要使原子核外的电子摆脱原子核的约束而成为自由电子，必须施加一定的外加能量，使基态的原 子或分子中结合最松弛的那个电子电离出来所需的最小能量称为电离能。 （3）为什么SF6气体的电气强度高？ 答：主要因为SF6气体具有很强的电负性，容易俘获自由电子而形成负离子，气体中自由电 子的数目变少了，而电子又是碰撞电离的主要因素，因此气体中碰撞电离的能力变得很弱，因而削弱了放电发展过程。 1-2 汤逊理论与流注理论对气体放电过程和自持放电条件的观点有何不同？这两种理论各适用于何种场合？ 答：汤逊理论的基本观点：电子碰撞电离是气体电离的主要原因；正离子碰撞阴极表面使阴 极表面逸出电子是维持气体放电的必要条件；阴极逸出电子能否接替起始电子的作用是自持放电的判据。它只适用于低气压、短气隙的情况。 气体放电流注理论以实验为基础，它考虑了高气压、长气隙情况下空间电荷对原有电场的影响和空间光电离的作用。 在初始阶段，气体放电以碰撞电离和电子崩的形式出现，但当电子崩发展到一定程度之后，某一初始电子的头部集聚到足够数量的空间电荷，就会引起新的强烈电离和二次电子崩，这种强烈的电离和二次电子崩是由于空间电荷使局部电场大大增强以及发生空间光电离的结果，这时放电即转入新的流注阶段。 1-3 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。今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。 答：e αd=e11=59874。 1-5 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。P15皮 克公式 1-6 气体介质在冲击电压下的击穿有何特点？其冲击电气强度通常用哪些方式表示？ 答：在持续电压（直流、工频交流）作用下，气体间隙在某一确定的电压下发生击穿。而在 冲击电压作用下，气体间隙的击穿就没有这种某一个确定的击穿电压，间隙的击穿不仅与电 cm ,1m ,/5.58)1.03 .0(1*1*30)3.01(30/39)13.0(1*1*30)3.01(301.01导线半径空气相对密度光滑导线导线表面粗糙系数--=-=+=+==+=+===r m cm kV r m E cm kV r m E m c m c δδδδδ
高电压技术练习试题及答案解析
高电压技术练习题（一） 一、填空题 1.描述气体间隙放电电压与气压之间关系的是（A）
A、巴申定律 B、汤逊理论 C、流注理论 D、小桥理论。 2.防雷接地电阻值应该（ A ）。 A、越小越好 B、越大越好 C、为无穷大 D、可大可小 3.沿着固体介质表面发生的气体放电称为（B） A电晕放电 B、沿面放电 C、火花放电 D、余光放电 4.能够维持稳定电晕放电的电场结构属于（C） A、均匀电场 B、稍不均匀电场 C、极不均匀电场 D、同轴圆筒 5.固体介质因受潮发热而产生的击穿过程属于（B） A、电击穿 B、热击穿 C、电化学击穿 D、闪络 6.以下试验项目属于破坏性试验的是（A ）。 A、耐压试验 B、绝缘电阻测量 C、介质损耗测量 D、泄漏测量 7.海拔高度越大，设备的耐压能力（B）。 A、越高 B、越低 C、不变 D、不确定 8.超高压输电线路防雷措施最普遍使用的是（B ） A、避雷针 B、避雷线 C、避雷器 D、放电间隙 9.变电站直击雷防护的主要装置是（A ）。 A、避雷针 B、避雷线 C、避雷器 D、放电间隙 10.对固体电介质，施加下列电压，其中击穿电压最低的是（C）。
A、直流电压 B、工频交流电压 C、高频交流电压 D、雷电冲击电压 11.纯直流电压作用下，能有效提高套管绝缘性能的措施是（C）。 A、减小套管体电容 B、减小套管表面电阻 C、增加沿面距离 D、增加套管壁厚 12.由于光辐射而产生游离的形式称为（ B ）。 A、碰撞游离 B、光游离 C、热游离 D、表面游离答案：B 19.解释气压较高、距离较长的间隙中的气体放电过程可用（ A ） A、流注理论 B、汤逊理论 C、巴申定律 D、小桥理论 13测量绝缘电阻不能有效发现的缺陷是（ D ）。 A、绝缘整体受潮 B、存在贯穿性的导电通道 C、绝缘局部严重受潮 D、绝缘中的局部缺陷 14.设 S1、S2 分别为某避雷器及其被保护设备的伏秒特性曲线，要使设备受到可靠保护必须（ B ）。 A、S1高于S2 B、S1低于S2 C、S1等于S2 D、S1与S2 相交 15.表示某地区雷电活动强度的主要指标是指雷暴小时与（ B ）。 A、耐雷水平 B、雷暴日 C、跳闸率 D、大气压强 16.极不均匀电场中的极性效应表明（ D ）。 A、负极性的击穿电压和起晕电压都高 B、正极性的击穿电压和起晕电压都高 C、负极性的击穿电压低和起晕电压高 D、正极性的击穿电压低和起晕电压高
高电压技术领域的院士
高电压技术领域的院士 徐士高 高电压技术专家。山东黄县人。1933年毕业于北平大学工学院。1943年获德国柏林工业大学博士学位。电力工业部电力科学研究院总工程师、高级工程师。著作有《变压器油问题》、《变压器油的混合问题》、《链条炉排锅炉的燃烧与改装》、《先令电桥和介质损失与电气设备的检验》等。 1980当选为中国科学院院士(学部委员)。 郑健超 郑健超（1939.10.6－）高电压技术专家。广东省中山市人。1963年2月清华大学电机系毕业，1965年9月该校研究生毕业。电力科学研究院名誉院长、中国广东核电集团公司科技委主任、高级工程师。长期从事高电压外绝缘、防雷和高电压测试技术领域的研究并取得了多项重要成果。系统阐明了温度、压力、湿度对外绝缘强度的联合作用，为改进放电电压的气象修正方法提供了理论依据。主持了我国航天工程的防雷试验研究，为保障运载火箭和发射场的防雷安全提出了重要改进措施。曾负责一系列有关绝缘子机电性能的研究课题，为超高压交直流线路绝缘子的国产化和质量改进做出了贡献。是我国第一台6000千伏户外式冲击电压发生器的主要设计者之一。近年来曾主持或参与了灵活交流输电技术、电力系统故障电流限制技术和输电线路故障精确定位技术的研究，取得了阶段成果。参与了我国能源、核电发展战略的研究。曾获国家科技进步二等奖两项。 1995年当选为中国工程院院士。 雷清泉 雷清泉(1938.7.23 -) 绝缘技术专家。出生于四川省南充地区。1962年毕业于西安交通大学，曾任哈尔滨电工学院教授。现任哈尔滨理工大学教授、博导，中国电工技术学会工程电介质专业委员会委员、副主任。 先后主持完成了国家"九五"重点科技攻关项目1项、国家自然科学基金项目3项、其它科研课题12项，目前主持国家自然科学基金重点项目1项。在利用热激电流技术研究绝缘高聚物中的电子运动规律、评定其耐电老化特性和指导材料的改性等方面取得了多项创新性成果，且达到了国内领先及国际先进水平。发明了共缩聚制备新型省醌黑高聚物粉末材料的新方法，发现了新的导电规律，制成了原始创新的压力温度双参数传感器，解决了国际上半导电高分子粉末材料在传感器领域长期未获应用的多项技术难题，成为此领域的开拓者，为推进其技术进步作出了重大贡献。新型传感器与大庆的采油电泵机组配套，取得了很好的经济效益。
高电压技术
gaodianya jishu 高电压技术 high voltage technique 以试验研究为基础的应用技术。主要研究在高电压作用下各种绝缘介质的性能和不同类型的放电现象，高电压设备的绝缘结构设计，高电压试验和测量的设备及方法，电力系统的过电压、高电压或大电流产生的强电场、强磁场或电磁波对环境的影响和防护措施，以及高电压、大电流的应用等。高电压技术对电力工业、电工制造业以及近代物理的发展(如X射线装置、粒子加速器、大功率脉冲发生器等)都有重大影响。工程上把 1000伏及以上的交流供电电压称为高电压。高电压技术所涉及的高电压类型有直流电压、工频交流电压和持续时间为毫秒级的操作过电压、微秒级的雷电过电压、纳秒级的核致电磁脉冲(NEMP)等。 20世纪以来，随着电能应用的日益广泛，电力系统所覆盖的范围越来越大,传输的电能也越来越多,这就要求电力系统的输电电压等级不断提高。就世界范围而言，输电线路经历了 110、150、230千伏的高压，287、400、500、735～765千伏的超高压和 1150千伏的特高压（工业试验线路）的发展。直流输电也经历了±100、±250、±400、±450、±500以及±750千伏的发展。这几个阶段都与高电压技术解决了输电线路的电晕现象、过电压的防护和限制以及静电场、电磁场对环境的影响等问题密切相关。这一发展过程以及物理学中各种高电压装置的研制又促进了高电压技术的进步。60年代以来，为了适应大城市电力负荷日益增长的需要，以及克服城市架空输电线路走廊用地的困难，地下高压电缆输电发展迅速（由220、275 、345千伏发展到70年代的400、500千伏电缆线路）；同时，为减少变电所占地面积和保护城市环境,全封闭气体绝缘组合电器(GIS)得到越来越广泛的应用。这些都提出许多高电压技术的新问题。 高电压技术的内容很广，大致分为电力系统过电压及其限制，高电压绝缘特性研究，高电压试验设备、方法和测量技术几方面。 电力系统过电压及其限制 研究电力系统中各种过电压，以便合理确定其绝缘水平是高电压技术的重要内容。电力系统的过电压包括雷电过电压（又称大气过电压、外部过电压）和内部过电压。其中雷电过电压由雷云直接或间接对变电所或输电线路 (避雷线、杆塔或导线)放电造成。一般雷电过电压幅值较高,超过系统的额定工作电压,但作用时间较短,波头时间大多数为1.5～2微秒，平均波长时间为30微秒，大于50微秒的很少。雷击除了会威胁输电线路和电工设备的绝缘外，还会危害高建筑物、通信线路、天线、飞机、船舶、油库等设备的安全。因此，这些方面的防雷也属于高电压技术的研究对象。 电力系统内部过电压是因正常操作或故障等原因使电磁状态发生变化，引起电磁能量振荡而产生的。其中衰减较快、持续时间较短的称为操作过电压；无阻尼或弱阻尼、持续时间长的称为暂态过电压。对110～220千伏电力系统，内部过电压水平一般取 3倍最大工作电压；对330～500千伏电力系统，需要采取一些限制措施，取2～2.5倍。对特高压电力系统，进一步限制内部过电压具有巨大的经济价值，从前景来看限制到1.5～1.8倍最大工作电压是完全可能的。 高电压绝缘特性研究 高压电工设备的绝缘应能承受各种高电压的作用，包括交流和直流工作电压、雷电过电压和内部过电压。研究电介质在各种作用电压下的绝缘特性、介电强度和放电机理，以便合理解决电工设备的绝缘结构问题是高电压技术的重要内容。 雷电过电压和内部过电压对输电线路和电工设备的绝缘是个严重的威胁。因此，研究各种气体、液体和固体绝缘材料在不同电压下的放电特性是高电压技术的重要课题。其中气体包括大气条件下的空气、压缩空气、六氟化硫气体及高真空等常用作输电线路和电工设备绝缘及其他用途的材料。因此，研究如何提高气体绝缘的放电电压，研究影响气体放电的各种因素，如间隙大小、电极形状、作用电压的极性和类型、气体的压力、温度、湿度和杂质等，对确保电工设备的经济合理和安全运行有重要意义。 在采取措施限制雷电过电压和内部过电压的情况下，随着电压等级的提高，工作电压对绝缘特性的影响越来越重要。在工作电压作用下超高压输电线路和电工设备的电晕放电、局部放电、绝缘老化、静电感应、无线电干扰、噪声等现象都是高电压技术研究的课题。 在工程上经常利用一些气体放电的特性来解决许多高电压技术领域中所遇到的科学技术问题，如利用球隙放电测量高电压；用各种间隙放电来限制过电压；利用电晕放电时产生稳定的电晕层以改善电场分布，从而提高间隙的放电电压等。 高电压试验设备、方法和测量技术 高电压领域的各种实际问题一般都需要经过试验来解决。因此，高电压试验设备、试验方法以及测量技术在高电压技术中占有格外重要的地位。 为了在试验室(见图)或现场研究电介质或电工设备的绝缘特性以及适应于不同科技领域的高电压技术的应用，需要有各种类型的高电压发生装置。常见的高电压发生装置有：由工频试验变压器（见图）及其调压设备等组成的工频试验设备；模拟雷电过电压或操作过电压的冲击电压发生装置（见图）；利用高压硅堆等作为整流阀的高压直流发生装置（见图）。
高电压技术第二版习题答案
第一章 1—1 气体中带电质点是通过游离过程产生的。游离是中性原子获得足够的能量(称游离能)后成为正、负带电粒子的过程。根据游离能形式的不同，气体中带电质点的产生有四种不同方式： 1.碰撞游离方式在这种方式下，游离能为与中性原子(分子)碰撞瞬时带电粒子所具有的动能。虽然正、负带电粒子都有可能与中性原子(分子)发生碰撞，但引起气体发生碰撞游离而产生正、负带电质点的主要是自由电子而不是正、负离子。 2.光游离方式在这种方式下，游离能为光能。由于游离能需达到一定的数值，因此引起光游离的光主要是各种高能射线而非可见光。 3.热游离方式在这种方式下，游离能为气体分子的内能。由于内能与绝对温度成正比，因此只有温度足够高时才能引起热游离。 4.金属表面游离方式严格地讲，应称为金属电极表面逸出电子，因这种游离的结果在气体中只得到带负电的自由电子。使电子从金属电极表面逸出的能量可以是各种形式的能。 气体中带电质点消失的方式有三种： 1.扩散带电质点从浓度大的区域向浓度小的区域运动而造成原区域中带电质点的消失，扩散是一种自然规律。 2.复合复合是正、负带电质点相互结合后成为中性原子(分子)的过程。复合是游离的逆过程，因此在复合过程中要释放能量，一般为光能。 、水蒸汽)分子易吸附气体中的自由 3.电子被吸附这主要是某些气体(如SF 6 电子成为负离子，从而使气体中自由电子(负的带电质点)消失。 1—2 自持放电是指仅依靠自身电场的作用而不需要外界游离因素来维持的放电。外界游离因素是指在无电场作用下使气体中产生少量带电质点的各种游离因素，如宇宙射线。讨论气体放电电压、击穿电压时，都指放电已达到自持放电阶段。 汤生放电理论的自持放电条件用公式表达时为 γ(eαs-1)=1 此公式表明：由于气体中正离子在电场作用下向阴极运动，撞击阴极，此时已起码撞出一个自由电子(即从金属电极表面逸出)。这样，即便去掉外界游离因素，仍有引起碰撞游离所需的起始有效电子，从而能使放电达到自持阶段。 1—3 汤生放电理论与流注放电理论都认为放电始于起始有效电子通过碰撞游离形成电子崩,但对之后放电发展到自持放电阶段过程的解释是不同的。汤生放电理论认为通过正离子撞击阴极，不断从阴极金属表面逸出自由电子来弥补引起电子碰撞游离所需的有效电子。而流注放电理论则认为形成电子崩后，由于正、负空间电荷对电场的畸变作用导致正、负空间电荷的复合，复合过程所释放的光能又引起光游离，光游离结果所得到的自由电子又引起新的碰撞游离，形成新的电子崩且汇合到最初电子崩中构成流注通道，而一旦形成流注，放电就可自己维持。因此汤生放电理论与流注放电理论最根本的区别在于对放电达到自持阶段过程的解释不同，或自持放电的条件不同。 汤生放电理论适合于解释低气压、短间隙均匀电场中的气体放电过程和现象，而流注理论适合于大气压下，非短间隙均匀电场中的气体放电过程和现象。
高电压技术天津大学作业答案
高电压技术复习题 填空题 （一）组 1.高电压技术研究的对象主要是____________、__________和__________等。答案：电气装置的绝缘、绝缘的测试、电力系统的过电压 2. ________是表征电介质在电场作用下极化程度的物理量。 答案：相对介电常数 3.按照气体分子得到能量形式的不同，气体分子可分为_______ 、_______和 _______三种游离形式。 答案：碰撞游离、光游离、热游离 4. 工频耐压试验中，加至规定的试验电压后，一般要求持续_____秒的耐压时间。答案：60 5. tgδ测量过程中可能受到两种干扰，一种是_______和_______。 答案：电场干扰、磁场干扰 6.固体电介质电导包括_______电导和_______电导。 答案：表面、体积 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。 答案：空间电荷 8.气体放电现象包括_______和_______两种现象。 答案：击穿、闪络 9.带电离子的产生主要有碰撞电离、______、______、表面电离等方式。 答案：光电离、热电离 10、电压直角波经过串联电容后，波形将发生变化，变成波。答案：指数 11.按绝缘缺陷存在的形态而言,绝缘缺陷可分为_______缺陷和____缺陷两大类。 答案：集中性、分散性 12.在接地装置中，接地方式可分为________、________、________。 答案：防雷接地、工作接地、保护接地 13.输电线路防雷性能的优劣主要用________和_________来衡量。 答案：耐压水平、雷击跳闸率 14、在极不均匀电场中，间隙完全被击穿之前，电极附近会发 生，产生暗蓝色的晕光。 答案：电晕 15、冲击电压分为和。 答案：雷电冲击电压操作冲击电压 （二）组 1、固体电介质的击穿形式有、热击穿和。 答案：电击穿、电化学击穿 2、绝缘配合的最终目的是，常用的方法有、和。答案：确定设备的绝缘水、惯用法、统计法、简化统计法
全国2010年4月,高电压技术,自学考试及答案
全国2010年4月高等教育自学考试 高电压技术试题 课程代码：02653 一、单项选择题(本大题共10小题，每小题2分,共20分) 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1.我国规定的标准大气条件是( ) A.101.3kPa，20℃，11g／m3 B.101.3kPa，20℃，10g／m3 C.50.1kPa，25℃，10g／m3 D.50.1kPa，25℃，11g／m3 2.能有效提高支持绝缘子沿面闪络电压的措施是( ) A.减小介质介电常数 B.改进电极形状 C.增加瓷套管表面电阻 D.加大瓷套管半径 3.在进行绝缘试验时规定被试品温度不低于 ．．．( ) A.-10℃ B.0℃ C.+5℃ D.+20℃ 4.工频耐压试验时，工频变压器的负载大都为( ) A.电容性 B.电感性 C.纯电阻性 D.有寄生电感的电阻性 5.下列对波的传播速度v的表述中，描述正确的是( ) A.在不同对地高度的架空线上，v是不同的 B.在不同线径的架空线上，v是不同的 C.在不同线径和不同悬挂高度的架空线上，v是相同的 D.在架空线上和在电缆中，v是相同的 6.我国有关标准建议在雷暴日为40的地区，地面落雷密度 取( ) A.0.07 B.0.09 C.0.8 D.1.2 7.在冲击电流作用下，接地装置的接地电阻降低的原因是发生了( ) A.火花击穿 B.电感效应 C.电容效应 D.电阻效应 高电压技术试题第1页（共6页）
高电压技术试题 第2页（共6页） 8.输电线路的雷击跳闸率与线路绝缘的建弧率η( ) A.呈余弦关系 B.呈非线性关系 C.成反比 D.成正比 9.一般情况下避雷针和配电构架间的气隙不应小于．．．． ( ) A.3m B.4m C.5m D.6m 10.发生铁磁谐振的必要条件是谐振回路中( ) A.C 1L 0ω<ω B.C 1L 0ω>ω C.C 1L 0ω=ω D. C L 0ω=ω 二、填空题(本大题共10小题，每小题1分,共10分) 请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。 11.棒板电极系统，棒为正极性的起晕电压比棒为负极性的起晕电压_______。 12.套管介质的体积电阻越小，沿面闪络电压越_______。 13.在固体介质的三种击穿形式中，击穿电压最低的是_______。 14.直流泄漏电流试验或直流耐压试验中，保护电阻的作用是_______。 15.两条线路不同的波阻抗Z 1和Z 2相连于A 点，当入射波经Z 1到达节点A 时，A 点的电压 波折射系数α=________。 16.避雷针高度大于______m 时，应考虑其高度带来的影响。 17.由于接地的杆塔及避雷线电位升高所引起的线路闪络称为______。 18.用于防止雷电直击于导线的防雷装置是______。 19.空载线路计划性合闸时，合闸过电压倍数最大为______。 20.绝缘配合就是根据设备在电力系统中可能承受的各种电压，并考虑过电压的限制措施和设备的绝缘性能后来确定设备的______。 三、名词解释题(本大题共4小题,每小题3分,共12分) 21.绝缘子污闪 22.耐压试验 23.残压 24.消弧线圈的补偿度K
高电压技术答案
高电压技术-在线作业_A 用户名： 最终成绩：100.0 一 单项选择题 1. 不变 畸变 升高 减弱 本题分值： 5.0 用户得分： 5.0 用户解答： 升高 知识点： 2. 波阻抗的大小与线路的几何尺寸有关 波阻抗是前行波电压与前行波电流之比 对于电源来说波阻抗与电阻是等效的 线路越长，波阻抗越大 本题分值： 5.0 用户得分： 5.0 用户解答： 线路越长，波阻抗越大 知识点： 3. 偶极子极化 离子式极化 空间电荷极化 电子式极化 若电源漏抗增大,将使空载长线路的末端工频电压（ ） 下列表述中，对波阻抗描述不正确的是（ ） 极化时间最短的是（ ）
本题分值： 5.0 用户得分： 5.0 用户解答： 电子式极化 知识点： 4. 弹性极化 极化时间长 有损耗 温度影响大 本题分值： 5.0 用户得分： 5.0 用户解答： 弹性极化 知识点： 5. 电化学击穿 热击穿 电击穿 各类击穿都有 本题分值： 5.0 用户得分： 5.0 用户解答： 电击穿 知识点： 6. 16kA 120kA 下列不属于偶极子极化特点的是（ ） 若固体电介质被击穿的时间很短、又无明显的温升，可判断是（ ） 根据我国有关标准，220kV 线路的绕击耐雷水平是（ ）
80kA 12kA 本题分值： 5.0 用户得分： 5.0 用户解答： 12kA 知识点： 7. 不确定 降低 增高 不变 本题分值： 5.0 用户得分： 5.0 用户解答： 降低 知识点： 8. 某气体间隙的击穿电压UF 与PS 的关系曲线如图1 所示。当 时，U F 达最小值。当 时，击穿 电压为U 0，若其它条件不变，仅将间隙距离增大到4/3倍，则其击穿电压与U 0相比，将（ ）。
高电压技术复习要点
第一章 电介质的电气强度 1.1气体放电的基本物理过程 1.高压电气设备中的绝缘介质有气体、液体、固体以及其他复合介质。 2.气体放电是对气体中流通电流的各种形式统称。 3.电离：指电子脱离原子核的束缚而形成自由电子和正离子的过程。 4.带电质点的方式可分热电离、光电离、碰撞电离、分级电离。 5.带电质点的能量来源可分正离子撞击阴极表面、光电子发射、强场发射、热电子发射。 6.带电质点的消失可分带电质点受电场力的作用流入电极、带电质点的扩散、带电质点的复合。 7.附着：电子与气体分子碰撞时，不但有可能引起碰撞电离而产生出正离子和新电子，也可能发生电子附着过程而形成负离子。 8.复合：当气体中带异号电荷的粒子相遇时，有可能发生电荷的传递与中和，这种现象称为复合。 （1）复合可能发生在电子和正离子之间，称为电子复合，其结果是产生一个中性分子； （2） 复合也可能发生在正离子和负离子之间，称为离子复合，其结果是产生两个中性分子。 9.1、放电的电子崩阶段 （1）非自持放电和自持放电的不同特点 宇宙射线和放射性物质的射线会使气体发生微弱的电离而产生少量带电质点；另一方面、负带电质点又在不断复合，使气体空间存在一定浓度的带电质点。因此，在气隙的电极间施加电压时，可检测到微小的电流。 由图1-3可知： （1）在I-U 曲线的OA 段： 气隙电流随外施电压的提高而增大，这是因为带电质点向电极运动的速度加快导致复合率减小。当电压接近 时，电流趋于饱和，因为此时由外电离因素产生的带电质点全部进入电极，所以电流值仅取决于外电离因素的强弱而与电压无关。 （2）在I-U 曲线的B 、C 点： 电压升高至 时，电流又开始增大，这是由于电子碰撞电离引起的，因为此时电子在电场作用下已积累起足以引起碰撞电离的动能。电压继续升高至 时，电流急剧上升，说明放电过程又进入了一个新的阶段。此时气隙转入良好的导电状态，即气体发生了击穿。 （3）在I-U 曲线的BC 段：虽然电流增长很快，但电流值仍很小，一般在微安级，且此时气体中的电流仍要靠外电离因素来维持，一旦去除外电离因素，气隙电流将消失。 因此，外施电压小于 时的放电是非自持放电。电压达到 后，电流剧增，且此时间隙中电离过程只靠外施电压已能维持，不再需要外电离因素了。外施电压达到 后的放电称为自 持放电， 称为放电的起始电压。 10. 电子崩：电子将按照几何级数不断增多，类似雪崩似地发展，这种急剧增大的空间电子流被称为电子崩。 电子崩的示意图： A U 0U B U 0U 0U 0U
全国2012年4月高等教育高电压技术自学考试及答案
全国2012年4月高等教育自学考试 高电压技术试题 课程代码：02653 一、单项选择题(本大题共10小题，每小题2分，共20分) 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1．试品绝缘电阻的测量值获取需加压( ) A．15s B．30s C．45s D．60s 2．波在输电线路中传播速度的确定条件是( ) A．导线的几何尺寸B．导线悬挂高度 C．导线周围介质D．导线的导电性 3．中性点不接地的星形接线三相变压器，当冲击电压波单相入侵时，中性点的最大对地电位可达入侵波幅值的( ) A．2 3 倍B． 4 3 倍 C．6 3 倍D． 8 3 倍 4．雷击杆塔引起的线路绝缘闪络称为( ) A．击穿B．反击 C．直击D．绕击 5．不产生 ．．．游离作用的形式是( ) A．碰撞B．加热 C．光照D．附着 6．电晕放电是极不均匀电场所特有的一种( ) A．自持放电形式B．碰撞游离形式C．光游离形式D．热游离形式7．对线路绝缘子串，承受电压最高的绝缘子是( ) A．靠铁塔处B．中间部分 高电压技术试题第1 页（共5 页）
高电压技术试题 第 2 页（共 5 页） C ．靠导线处 D ．整串承受电压一样 8．避雷线对导线保护程度的表示方式是( ) A ．保护范围 B ．畸变电场 C ．保护角 D ．保护宽度 9．通常消弧线圈采用的运行方式是( ) A ．过补偿5％～10％ B ．欠补偿5％～10％ C ．欠补偿20％～25％ D ．过补偿20％～25％ 10．不考虑三相合闸时的不同期因素，在空载长线重合闸时，空载线路开关侧可能产生的最大过电压倍数为( ) A ．2倍 B ．3倍 C ．4倍 D ．5倍 二、填空题(本大题共10小题，每小题1分，共10分) 请在每小题的空格中填上正确答案。填错，不填均无分。 11．空气间隙的击穿电压随空气密度的增加而__________。 12．有损极化包括：偶极子极化和__________。 13．一般情况下，工频试验变压器的负载大都是__________。 14．计算波的一次折、反射，可采用彼德逊法则等方法，而计算行波的多次折、反射，可采用__________。 15．幅值为U 0的无穷长直角波经过并联电容后，折射波的最大陡度为2q max du dt =__________。 16．变电站大型地网构成网孔的目的主要是__________。 17．导线上的感应雷过电压U g 的极性与雷电流极性__________。 18．工频电压升高幅度越大，要求避雷器的最大允许电压要__________。 19．限制空载线路分闸过电压的最有效措施是__________。 20．电磁式电压互感器饱和引起的谐振过电压存在于中性点__________。 三、名词解释题(本大题共4小题，每小题3分，共12分) 21．热游离
(完整版)高电压技术第1章习题
第1章气体的绝缘特性与介质的电气强度 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α过程，电子总数增至d e α个。假设每次电离撞出一个正离子，故电极空间共有（d e α－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γ的定义，此（d e α－1）个正离子在到达阴极表面时可撞出γ（d e α－1）个新电子，则(d e α-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(d e α-1)=1或γd e α＝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
高电压技术第三版课后习题答案
第一章作
?1-1解释下列术语 （1）气体中的自持放电；（2）电负性气体； （3）放电时延；（4）50%冲击放电电压；（5）爬电比距。 答：（1）气体中的自持放电：当外加电场足够强时，即使除去外界电离因子，气体中的放电仍然能够维持的现象； （2）电负性气体：电子与某些气体分子碰撞时易于产生负离子，这样的气体分子组成的气体称为电负性气体； （3）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称为统计时延，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； （4）50%冲击放电电压：使间隙击穿概率为50%的冲击电压，也称为50%冲击击穿电压； （5）爬电比距：爬电距离指两电极间的沿面最短距离，其与所加电压的比值称为爬电比距，表示外绝缘的绝缘水平，单位cm/kV。
1-2汤逊理论与流注理论对气体放电过程和自持放电条件的观点有何不同？这两种理论各适用于何种场合？ 答：汤逊理论认为电子碰撞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，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、低气压气隙的放电；流注理论适用于高气压、长间隙电场气隙放电。 1-3在一极间距离为1cm的均匀电场电场气隙中，电子碰撞电离系数α=11cm-1。今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目。 解：到达阳极的电子崩中的电子数目为 n a? e?d? e11?1?59874 答：到达阳极的电子崩中的电子数目为59874个。
完整版高电压技术第2章参考答案
第二章参考气隙的伏秒特性是怎样绘制的？研究气隙的伏秒特性有何实用意义？、1，从示波图求答：气隙伏秒特性用实验方法来求取：保持一定的波形而逐级升高电压取。电压较低时，击穿发生在波尾。电压甚高时，放电时间减至很小，击穿可发生在被头。在波尾击穿时，以冲击电压幅值作为纵坐标，放电时间作为横坐标。在波头击穿时，还以放电时间作为横坐标，但以击穿时电压作为纵坐标。把相应的点连成一条曲线，就是该气隙在该电压波形下的伏秒特性曲线。伏秒特性对于比较不同设备绝缘的冲击击穿特性具有重要意义，例如，在考虑不同绝缘强度的配合时，为了更全面地反映绝缘的冲击击穿特性，就必须采用伏秒特性。和球－球气S/D>10）试说明在雷电冲击电压作用下，导线对平行平板气隙（2、S/D<0.5）的伏秒特性形状有何不同，并解释其原因。隙（）的伏秒特性答：两种情况反映在伏秒特性的形状上，导线对平行平板气隙（S/D>10）的伏秒特性在很小的S/D<0.5在相当大的范围内向左上角上翘，而球－球气隙（时间范围内向上翘。，电场分布极不均匀，在最低）原因可以解释为：导线对平行平板气隙（S/D>10击穿电压作用下，放电发展到完全击穿需要较长的时间，如不同程度地提高电压，电场分布较为均匀，）峰值，击穿前时间将会相应减小。球－球气隙（S/D<0.5（不故击穿前时间较短当某处场强达到自持放电值时，沿途各处放电发展均很快，。s）超过2~3? 50试解释％击穿电压。、3的冲击电压峰值。该值已很接近伏秒击穿电压是指气隙被击穿的概率为50%答：50％，能反映该气隙的基本耐电强度，但由于气隙的击穿电压与电特性带的最下边缘50％击穿电压并不能全面地代表该气隙的耐电强度。压波形相关，因此 ，电m标准大气条件下，下列气隙的击穿场强约为多少（气隙距离不超过２、4压均为峰值计）？答：均匀电场，各种电压。、a??S.653?U24.4S?b?——空气的相对密度；S——气隙的距离，式中cm。 1 b、不均匀电场，最不利的电场情况，最不利的电压极性，直流、雷电冲击、操作冲击、工频电压。 直流：4.5kV/cm；棒板间隙（正棒负板） 雷电冲击：6kV/cm棒板间隙（正棒负板） 操作冲击：3.7kV/cm棒板间隙（正棒负板） 工频电压：4.4kV/cm棒板间隙（正极性） 为什么压缩气体的电气强度远较常压下的气体为高？又为什么当大气的湿、5度增大时，空气间隙的击穿电压增高。 答：压缩气体中的电子的平均自由行程大为减小，削弱电离过程，从而提高气体的电气强度。当大气的湿度增大时，大气中有较多的水蒸气，其电负性较强，易俘获自由电子以形成负离子，使最活跃的电离因素即自由电子的数目减少，阻碍电离的发展。 某110kv电气设备如用于平原地区，其外绝缘应通过的工频试验电压有效值、6为240kv，如用于海拔4000m地区，而试验单位位于平原地带，问该电气设备的外绝缘应通过多大的工频试验电压值？ U?U?K?K试验电压修正经验公式：hd0b其中：K为湿度修正系数，这里不考虑，可取1；hm??K，指数m一般情况下取1。为空气相对密度修正系数，K dd??273p0???
高电压技术2
全国2008年4月自考高电压技术试卷 课程代码：02653 一、单项选择题 1．按国家标准规定，进行工频耐压试验时，在绝缘上施加工频试验电压后，要求持续( ) A．1 min B．3 min C．5 min D．10 min 2．根据设备的绝缘水平和造价，以下几种电压等级中，允许内过电压倍数最高的是( ) A．35kV及以下B．110kV C．220kV D．500kV 3．液体绝缘结构中，电极表面加覆盖层的主要作用是( ) A．分担电压B．改善电场 C．防潮D．阻止小桥形成 4．雷电流通过避雷器阀片电阻时，产生的压降称为( ) A．额定电压B．冲击放电电压 C．残压D．灭弧电压 5．GIS变电所的特点之一是( ) A．绝缘的伏秒特性陡峭B．波阻抗较高 C．与避雷器的电气距离较大D．绝缘没有自恢复能力 6．保护设备S1的伏秒特性V1—t与被保护设备S2的伏秒特性V2—t合理的配合是( ) A．V1—t始终高于V2—t B．V1—t始终低于V2—t C．V1—t先高于V2—t，后低于V2—t D．V1—t先低于V2—t，后高于V2—t 7．波阻抗为Z的线路末端开路，入射电压U0入侵到末端时，将发生波的折射与反射，则( ) A．折射系数α=2，反射系数β=l B．折射系数α=2，反射系数β=-l C．折射系数α=0，反射系数β=1 D．折射系数α=0，反射系数β=-l 8．雷电绕过避雷线直击于线路的概率( ) A．平原地区比山区高B．与系统接地方式有关 C．平原地区比山区低D．与系统接地方式无关 9．采用带并联电阻的断路器合空载线路时，触头动作顺序是( ) A．主触头先合B．辅助触头先合 C．主触头和辅助触头同时合上D．辅助触头不合 10．当变压器带有一段电缆时，使用截流水平相同的断路器切除空载变压器产生的过电压会( ) A．变大B．变小 C．持续时间长D．持续时间短 二、填空题 11．无损极化包括电子式极化和___________极化。
高电压技术课后习题答案详解
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α过程，电子总数增至d eα个。假设每次电离撞出一个正离子，故电极空间共有（d eα－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γ的定义，此（d eα eα－1）个正离子在到达阴极表面时可撞出γ（d －1）个新电子，则(d eα-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(d eα-1)=1或γd eα＝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