高電壓工程答案(清華大學(xué)版)

1、高電壓工程課后答案1.1 空氣作為絕緣的優(yōu)缺點(diǎn)如何？答：優(yōu)點(diǎn)：空氣從大氣中取得，制取方便，廉價(jià)，簡(jiǎn)易，具有較強(qiáng)的自恢復(fù)能力。缺點(diǎn)：空氣比重較大，摩擦損失大，導(dǎo)熱散熱能力差?？諝馕廴敬螅资菇^緣物臟污，且空氣是助燃物當(dāng)仿生電流時(shí)，易燒毀絕緣，電暈放電時(shí)有臭氧生成，對(duì)絕緣有破壞作用。1.2 為什么碰撞電離主要是由電子而不是離子引起？答：由于電子質(zhì)量極小，在和氣體分子發(fā)生彈性碰撞時(shí)，幾乎不損失動(dòng)能，從而在電場(chǎng)中繼續(xù)積累動(dòng)能，此外，一旦和分子碰撞，無論電離與否均將損失動(dòng)能，和電子相比，離子積累足夠造成碰撞電離能量的可能性很小。1.5 負(fù)離子怎樣形成，對(duì)氣體放電有何作用？答：在氣體放電過程中，有時(shí)電子和

2、氣體分子碰撞，非但沒有電離出新電子，碰撞電子反而別分子吸附形成了負(fù)離子，離子的電離能力不如電子，電子為分子俘獲而形成負(fù)離子后電離能力大減，因此在氣體放電過程中，負(fù)離子的形成起著阻礙放電的作用。1.7 非自持放電和自持放電主要差別是什么？答：非自持放電必須要有光照，且外施電壓要小于擊穿電壓，自持放電是一種不依賴外界電離條件，僅由外施電壓作用即可維持的一種氣體放電。1.13 電暈會(huì)產(chǎn)生哪些效應(yīng)，工程上常用哪些防暈措施？答：電暈放電時(shí)能夠聽到嘶嘶聲，還可以看到導(dǎo)線周圍有紫色暈光，會(huì)產(chǎn)生熱效應(yīng)，放出電流，也會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，造成臭氧。工程上常用消除電暈的方法是改進(jìn)電極的形狀，增大電極的曲率半徑。1.14

3、 比較長(zhǎng)間隙放電擊穿過程與短間隙放電放電擊穿過程各有什么主要特點(diǎn)？答：長(zhǎng)時(shí)間放電分為先導(dǎo)放電和主放電兩個(gè)階段，在先導(dǎo)放電階段中包括電子崩和流注的形成和發(fā)展過程，短間隙的放電沒有先導(dǎo)放電階段，只分為電子崩流注和主放電階段。2.1雷電放電可分為那幾個(gè)主要階段？答：主要分為先導(dǎo)放電過程，主放電過程，余光放電過程。2.4氣隙常見伏秒特性是怎樣制定的？如何應(yīng)用伏秒特性？答：制定的前提條件是同一間隙同一波形電壓上升電壓幅值。當(dāng)電壓較低時(shí)擊穿發(fā)生在波尾，取擊穿時(shí)刻t1作垂線與此時(shí)峰值電壓橫軸的交點(diǎn)為1，當(dāng)電壓升高時(shí)，擊穿也發(fā)生在峰值，取擊穿時(shí)刻的值t2作垂線與此時(shí)峰值電壓橫軸的交點(diǎn)為2,當(dāng)電壓進(jìn)一步升高時(shí)，

4、擊穿發(fā)生在波前，取此時(shí)擊穿時(shí)刻t3作垂線與擊穿電壓交點(diǎn)為3,連接123應(yīng)用：伏秒特性對(duì)于比較不同設(shè)備絕緣的沖擊擊穿特性有重要意義，如果一個(gè)電壓同時(shí)作用于兩個(gè)并聯(lián)氣隙si和s2上，若某一個(gè)氣隙先擊穿了，則電壓被短接截?cái)?，另一個(gè)氣隙就不會(huì)擊穿。2.7 為什么高真空和高壓力都能提高間隙的擊穿電壓？簡(jiǎn)述各自運(yùn)用的局限性？答：在高氣壓條件下，氣壓增加會(huì)使氣體密度增大，電子的自由行程縮短，削弱電離工程從而提高擊穿電壓，但高氣壓適用于均勻電場(chǎng)的條件下而且要改進(jìn)電極形狀，點(diǎn)擊應(yīng)仔細(xì)加工光潔，氣體要過濾，濾去塵埃和水分在高真空條件下雖然電子的自由行程變得很大，但間隙中已無氣體分子可供碰撞，故電離過程無從發(fā)展，從

5、而可以顯著提高間隙的擊穿電壓，但是在電氣設(shè)備中氣固液等幾種絕緣材料往往并存，而固體液體絕緣材料在高真空下會(huì)逐漸釋放出氣體，因此在電氣設(shè)備中只有在真空斷路器等特殊場(chǎng)合下才采用高真空作為絕緣。2.8 什么是細(xì)線效應(yīng)？答；當(dāng)導(dǎo)線直徑很小時(shí)，導(dǎo)線周圍容易形成比較均勻的電暈層，電壓增加，電暈層逐漸擴(kuò)大，電暈放電所形成的空間電荷使電場(chǎng)與均勻電場(chǎng)類似，這種現(xiàn)象成為細(xì)線效應(yīng)。3.2 均勻電場(chǎng)中污面閃絡(luò)電壓比純空氣間隙的擊穿電壓要低，原因是什么？答：固體介質(zhì)表面吸附水分形成水膜，水膜中的離子在電場(chǎng)中沿介質(zhì)表面移動(dòng)，電極附近逐漸累積電荷，使介質(zhì)表面電壓分布不均勻，從而使沿面閃絡(luò)電壓低于空氣間隙的擊穿電壓介質(zhì)表面電

6、阻不均勻以及介質(zhì)表面有傷痕裂紋也會(huì)畸變電場(chǎng)的分布，使閃絡(luò)電壓降低，若電極和固體介質(zhì)端面間存在氣隙，氣隙處場(chǎng)強(qiáng)大，極易發(fā)生電離，產(chǎn)生的帶電質(zhì)點(diǎn)到達(dá)介質(zhì)表面會(huì)畸變?cè)妶?chǎng)分布，從而使閃絡(luò)電壓降低3.5 沿面放電中導(dǎo)致滑閃放電的主要原因是什么，并加以解釋？主要原因是極不均勻電場(chǎng)具有強(qiáng)垂直分量。當(dāng)外施電壓超過某一臨界值后，線狀火花中的帶電粒子受電場(chǎng)法線分量的作用被緊壓在介質(zhì)表面上，同時(shí)在切線分量的作用下向另一電極方向運(yùn)動(dòng)，使介質(zhì)表面局部發(fā)熱。當(dāng)外加電壓超過某一臨界值時(shí)，溫度可高到足以引起氣體的熱電離，使通道中的帶電粒子數(shù)量急劇增加，介質(zhì)電導(dǎo)增大，使火花通道頭部電場(chǎng)增強(qiáng)，火花通道迅速向前發(fā)展，形成樹狀火花

7、。個(gè)別細(xì)線突然迅速伸長(zhǎng)，轉(zhuǎn)變?yōu)榉植娴臉渲蠲髁恋幕鸹ㄍǖ?，這種樹枝狀放電并不固定在一個(gè)位置上，而是在不同的位置交替出現(xiàn)，因而稱為滑閃放電。3.6 介質(zhì)材料，作用電壓種類，大氣環(huán)境溫度等對(duì)沿面閃絡(luò)電壓有何影響？答：介質(zhì)材料：對(duì)不易吸潮的介質(zhì)沿面閃絡(luò)電壓較高，易吸潮介質(zhì)沿面閃絡(luò)電壓較低，烘干介質(zhì)表面，可提高沿面閃絡(luò)電壓。在均勻電場(chǎng)中，工頻和直流電壓作用下的沿面閃絡(luò)電壓要低于高頻和沖擊電壓作用下的閃絡(luò)電壓大氣環(huán)境影響：當(dāng)空氣中相對(duì)濕度小于0.4是，濕度對(duì)各種固體介質(zhì)的閃絡(luò)電壓無影響，當(dāng)氣體中相對(duì)濕度大于0.4，對(duì)于親水性介質(zhì)，隨著濕度的增加閃絡(luò)電壓明顯下降，對(duì)于憎水性材料由于吸濕很少，閃絡(luò)電壓隨著濕

8、度的增加下降不多3.7 絕緣子污閃過程絕緣子污閃的具體過程如下：絕緣子表面受潮后，污層濕潤(rùn)后變?yōu)楦蓪?。在運(yùn)行電壓作用下，表面產(chǎn)生泄漏電流，產(chǎn)生熱效應(yīng)。在電流密度大、污層電阻高的局部區(qū)域烘干污層，稱為干帶。干帶中斷了泄漏電流，是作用電壓集中形成高場(chǎng)強(qiáng)，而引起干帶上空氣擊穿和泄漏電流的脈沖。干帶上出現(xiàn)的放電與未烘干的污層電阻串聯(lián)，但串聯(lián)電阻較低而泄漏電流脈沖較高時(shí)，放電將轉(zhuǎn)為電弧，其燃燒和持續(xù)發(fā)展將導(dǎo)致絕緣子兩極間的閃絡(luò)4.2 極性液體和極性固體電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)與溫度和電壓頻率的關(guān)系如何？為什么？極化液體相對(duì)介電常數(shù)在溫度不變時(shí)，隨電壓頻率的增大而減小，然后就見趨近于某一個(gè)值，當(dāng)頻率很低時(shí)，偶

9、極分子來來得及跟隨電場(chǎng)交變轉(zhuǎn)向，介電常數(shù)較大，當(dāng)頻率接近于某一值時(shí)，極性分子的轉(zhuǎn)向已經(jīng)跟不上電場(chǎng)的變化，介電常數(shù)就開始減小。在電壓頻率不變時(shí)，隨溫度的升高先增大后減小，因?yàn)榉肿娱g粘附力減小，轉(zhuǎn)向極化對(duì)介電常數(shù)的貢獻(xiàn)就較大，另一方面，溫度升高時(shí)分子的熱運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，對(duì)極性分子的定向排列的干擾也隨之增強(qiáng)，阻礙轉(zhuǎn)向極化的完成。極性固體介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)與溫度和頻率的關(guān)系類似與極性液體所呈現(xiàn)的規(guī)律。4.4測(cè)量電介質(zhì)或電氣設(shè)備的絕緣電阻時(shí)，為什么規(guī)定取加壓1分鐘時(shí)的數(shù)值？絕緣電阻是電介質(zhì)流過的泄漏電流所對(duì)應(yīng)的電阻電介質(zhì)存在吸收現(xiàn)象，實(shí)際測(cè)得的絕緣電阻是一個(gè)隨時(shí)間變化的曲線;吸收電流完全衰減到一恒定電流值ig

10、往往要數(shù)分鐘以上的時(shí)間，所以通常測(cè)絕緣電阻規(guī)定取加壓1分鐘時(shí)的數(shù)值4.6 電介質(zhì)的電導(dǎo)與金屬電導(dǎo)有何區(qū)別？答：電介質(zhì)的電導(dǎo)主要由離子造成，電阻率在范圍內(nèi)，隨著溫度升高，電阻率下降，金屬電導(dǎo)主要由電子造成，電阻率在范圍，隨著溫度的升高金屬的電阻率增加4.7 直流和交流電場(chǎng)下的電介質(zhì)損耗有何差別？選擇交流電氣設(shè)備的絕緣材料一般應(yīng)注意什么問題？答：在直流電壓作用下的介質(zhì)損耗僅漏導(dǎo)損失，交流時(shí)有漏導(dǎo)損失和極化損失，僅用pV,ps不夠，需用其他特征量來表示介質(zhì)在交流電壓作用下的能量損耗。在選擇交流電氣設(shè)備中需要考慮tan6，若tan6過大引起絕緣介質(zhì)嚴(yán)重發(fā)熱們甚至導(dǎo)致熱擊穿，固tan6應(yīng)盡量小4.9 為

11、什么標(biāo)準(zhǔn)電容器采用氣體絕緣？電力電容器用油紙氣體電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)接近1，極化率極小，氣體電介質(zhì)的損耗就是電導(dǎo)損耗，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度小于使氣體分子電離所需要值時(shí)，氣體介質(zhì)損耗很小，所以標(biāo)準(zhǔn)電容器采用氣體絕緣。而電力電容器采用油紙絕緣是因?yàn)橛图埥^緣具有優(yōu)良的電氣性能，干紙和純油組合后，油填充了紙中薄弱點(diǎn)的空氣隙，紙?jiān)谟椭杏制鹆似琳献饔?，使總體的耐電強(qiáng)度提高很多。4.13 固體介質(zhì)點(diǎn)擊穿的特點(diǎn)是什么，為提高其電擊穿常采取什么措施？答：固體電介質(zhì)電擊穿特點(diǎn)：電壓作用時(shí)間短，擊穿電壓高，與電場(chǎng)的均勻程度關(guān)系極大，與介質(zhì)特性有關(guān)，在極不均勻電場(chǎng)中及沖擊電壓作用下會(huì)出現(xiàn)累積效應(yīng)措施：改進(jìn)絕緣設(shè)計(jì)，改善電場(chǎng)分布

12、改進(jìn)制造工藝，去除雜質(zhì)改善運(yùn)行條件防潮防污加強(qiáng)散熱等措施4.14 固體電介質(zhì)熱擊穿有什么特點(diǎn)，高壓設(shè)備的絕緣材料受答：熱擊穿主要是由介質(zhì)損耗的存在，固體電解質(zhì)在電場(chǎng)中逐漸升溫，導(dǎo)致介質(zhì)電阻下降發(fā)熱增大，同時(shí)刻，若發(fā)熱超過散熱，電介質(zhì)溫度不斷上升至擊穿。高壓設(shè)備的絕緣材料受潮后，絕緣電阻降低，致使電流增大，損耗發(fā)熱增大4.15 絕緣材料在沖擊電壓作用下常常是電擊穿而不是熱擊穿，在高頻電壓下常常是熱擊穿，為什么？答：雷電沖擊考驗(yàn)的是絕緣材料內(nèi)部絕緣性，標(biāo)準(zhǔn)雷電波波尾時(shí)間在取值，不會(huì)產(chǎn)生熱擊穿，高頻電壓下，絕緣材料的絕緣性會(huì)降低，將承受很大的電流，且試驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng)，產(chǎn)生熱擊穿。4.16 純凈液體介質(zhì)的

13、電擊穿理論和氣泡理論，二者差別在哪里？答：電擊穿理論事是液體在強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射產(chǎn)生的電子在電場(chǎng)中被加速，與液體分子發(fā)生碰撞電離，首先是典禮開始階段，流注發(fā)展階段，最后是主流貫通整個(gè)間隙氣泡擊穿理論是由于氣泡£r=1小于液體的，所以液體中的氣泡承擔(dān)了更高的場(chǎng)強(qiáng)，氣泡現(xiàn)行電離，氣泡中的氣體溫度升高，體積膨脹，進(jìn)一步電離，使油分解出氣體，若電離的氣泡在電場(chǎng)中堆積成氣體通道沒擊穿就在次通道內(nèi)產(chǎn)生。4.19 為什么油的潔凈度較高時(shí)改善油間隙電場(chǎng)的均勻性能顯著提高工頻或直流的擊穿電壓？答：由于液體擊穿電壓的分散性和電場(chǎng)的均勻程度有關(guān)，電場(chǎng)的不均勻程度增加時(shí)，擊穿電壓的分散性減小，但在品質(zhì)較差的油中，固體雜質(zhì)的聚集和排列時(shí)電場(chǎng)畸變，油電場(chǎng)均勻帶來的好處不明顯，故當(dāng)油的潔凈度較高時(shí)，盡量應(yīng)使隙電場(chǎng)均勻。4.20 為什么油紙組合絕緣的耐電強(qiáng)度比紙和油單一介質(zhì)時(shí)的耐電強(qiáng)度都高？答：油紙絕緣的優(yōu)點(diǎn)主要是優(yōu)良的電氣性能，干紙的耐電度僅為10kV/mm13kV/mm,二者組合以后，由于油填充了紙中薄弱點(diǎn)的空氣隙