高電壓工程實驗報告

PAGEPAGE1沿面放電實驗實驗?zāi)康模毫私庋孛娣烹姷幕靖拍?。研究介質(zhì)沿面放電的基本現(xiàn)象及影響沿面放電的一些因素。實驗內(nèi)容：固體介質(zhì)處于不均勻電場中，且介質(zhì)界面電場具有強(qiáng)垂直分量。當(dāng)所加電壓還不高時，電極附近首先出現(xiàn)電暈放電，然后隨著所加電壓的不斷升高，放電區(qū)域逐漸變成由許多平行的火花細(xì)線組成的光帶，即出現(xiàn)輝光放電。火花細(xì)線的長度隨著電壓的升高而增大，當(dāng)電壓超過某一臨界值后，放電性質(zhì)發(fā)生變化，出現(xiàn)滑閃放電。當(dāng)電壓再升高一些，放電火花就將到達(dá)另一電極，發(fā)生沿面閃絡(luò)。仔細(xì)觀察沿面放電的整個過程，了解各個階段沿面放電現(xiàn)象的特點，并闡明發(fā)生沿面放電現(xiàn)象的原理。實驗用儀器設(shè)備：800kV無局放工頻試驗變壓器JJFB－1交流峰值電壓表平板式電極（小圓柱和平板為電極）實驗用詳細(xì)線路圖或其它示意圖：圖1沿面放電試驗線路圖圖2平板式電極（小圓柱和平板為電極）實驗有關(guān)原理及原始計算數(shù)據(jù)，所應(yīng)用的公式：實驗的有關(guān)原理請參考文獻(xiàn)[4]和上述（四）中部分實驗的原理圖。實驗數(shù)據(jù)記錄：放電階段施加電壓放電特點電暈放電輝光放電滑閃放電表1空氣間隙放電實驗記錄表的參考式樣實驗結(jié)果的計算及曲線：本次實驗沿面放電分為三個階段：電暈放電、輝光放電和滑閃放電。圖3電暈放電階段圖4輝光放電階段圖5滑閃放電階段空氣間隙放電實驗實驗?zāi)康模和ㄟ^試驗，掌握直流高電壓的測量方法。研究在極不對稱電場下，間隙距離和極性條件對不同間隙擊穿電壓的影響。實驗內(nèi)容：測量在的直流高電壓作用下，棒――板間隙的擊穿電壓和間隙距離的關(guān)系。

A：棒為正極性時，極間距離為2、3、4cm。

B：棒為負(fù)極性時，極間距離為2、3、4cm。測量在直流高電壓作用下，棒――棒間隙的擊穿電壓和間隙距離的關(guān)系。

棒――棒時，極間距離為2、3、4cm。實驗用儀器設(shè)備：間隙放電本體及控制臺50kV試驗變壓器100kV靜電電壓表1000pF電容器實驗用詳細(xì)線路圖或其它示意圖：圖1直流高電壓原理圖圖2各種電極間的空氣間隙圖3棒――板氣隙中的電場畸變實驗有關(guān)原理及原始計算數(shù)據(jù)，所應(yīng)用的公式：實驗的有關(guān)原理請參閱參考文獻(xiàn)[2]、[4]和上述（四）中部分實驗的原理圖。實驗的原始數(shù)據(jù)：擊穿電壓值從靜電電壓表上直接讀取。實驗數(shù)據(jù)記錄：間隙距離擊穿電壓2cm3cm4cm正棒――板14.0414.0814.8318.6419.0519.0822.6822.0321.54負(fù)棒――板23.2923.5423.4433.7334.0334.2042.6442.7342.42棒――棒14.1614.4113.9420.8120.5221.2626.1526.6926.06表1空氣間隙放電實驗記錄表實驗結(jié)果的計算及曲線：在同一坐標(biāo)軸下畫出正棒――板、負(fù)棒――板、棒――棒三種空氣間隙的擊穿電壓與間隙距離的關(guān)系曲線。間隙距離擊穿電壓2cm3cm4cm正棒――板14.3218.9222.08負(fù)棒――板23.4233.9942.60棒――棒14.1720.8626.30對實驗結(jié)果、實驗中某些現(xiàn)象的分析討論：思考并完成下述問題：進(jìn)行高電壓試驗時為什么要特別注意安全？應(yīng)采取那些安全措施？（1）因為在高電壓下工作，由于疏忽，人體與帶高電壓設(shè)備部分的距離小于安全距離時極可能發(fā)生人身傷亡事故；因錯接試驗電路或錯加更高的試驗電壓很可能使試驗設(shè)備或被試設(shè)備發(fā)生損壞。（2）為了保證實驗安全的進(jìn)行，可采取以下安全措施：eq\o\ac(○,1)充分做好實驗前的準(zhǔn)備工作，擬定好實驗方案，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)程和實驗老師的的指導(dǎo)進(jìn)行實驗； eq\o\ac(○,2)多人協(xié)同工作，明確分工，同時相互提醒，也可專設(shè)一人負(fù)責(zé)安全監(jiān)察；eq\o\ac(○,3)實驗中，全體人員必須思想集中，全神貫注，不能閑聊、隨意走動，更不可隨意觸碰；eq\o\ac(○,4)時刻注意與帶電高壓設(shè)備保持安全距離；等。分析上述關(guān)系曲線，并詳細(xì)解釋產(chǎn)生這種結(jié)果的基本原理。（1）同一電極情況，不同間隙距離。從上述各關(guān)系曲線可以看出，隨著間隙距離的增大，擊穿電壓增大。因為，同等電壓下，電場強(qiáng)度與間隙距離負(fù)相關(guān)，間隙距離越大，電場強(qiáng)度越小，亦即需要加更大的電壓才能達(dá)到擊穿要求。（2）同為“棒-板”電極，棒的極性不同。從上述關(guān)系曲線可以看出，棒極帶正電位時，擊穿電壓要比帶負(fù)電時低很多。因為棒極帶正電時，棒極附近強(qiáng)場區(qū)內(nèi)的電暈放電將在棒極附近空間留下許多正離子。這些正離子雖然朝板極移動，但速度很慢而暫留在棒極附近。這些正空間電荷削弱了棒極附近的電場強(qiáng)度，而加強(qiáng)了正離子群外部空間的電場。因此，當(dāng)電壓進(jìn)一步提高，隨著電暈放電區(qū)的擴(kuò)展，強(qiáng)場區(qū)亦將逐漸向板極方向推進(jìn)，因而放電的發(fā)展是順利的，直至氣隙被擊穿。而棒極帶負(fù)電時，電子崩將由棒極表面出發(fā)向外發(fā)展，崩頭的電子在離開強(qiáng)場區(qū)后，雖不能再引起新的碰撞電離，但仍將繼續(xù)往板極運動，而留在棒極附近的也是大批正離子。這是他們將加強(qiáng)棒極表面附近的電場而削弱外圍空間的電場。所以，當(dāng)電壓進(jìn)一步提高時，電暈區(qū)不易向外擴(kuò)展，整個氣隙的擊穿將是不順利的，因而這時氣隙的擊穿電壓要比正極性時高得多，完成擊穿過程所需的時間也要比正極性時長得多。（3）“棒-棒”和“棒-板”。 從上述關(guān)系曲線來看，“棒-棒”氣隙的擊穿電壓介于前述兩種“棒-板”氣隙的擊穿特性之間。因為，“棒-棒”氣隙的極性效應(yīng)不明顯，可以忽略不計，沒有明顯的增強(qiáng)或削弱擊穿特性的效應(yīng)，其擊穿電壓介于兩種“棒-板”氣隙之間。電纜波過程實驗實驗?zāi)康模杭由顚Ψ植紖?shù)電路理論的理解，對電纜波過程實驗結(jié)果與彼得森法則計算結(jié)果進(jìn)行比較學(xué)會彼得森法則的實際應(yīng)用。學(xué)習(xí)測量波過程、波速度和衰減系數(shù)的方法。研究行波在電纜節(jié)點上的折、反射及多次反射的運動規(guī)律。實驗內(nèi)容：通過實驗裝置，不斷調(diào)節(jié)兩個可變電阻，觀察和測量電纜兩端的電壓波形。通過比較電壓波形可以測量電纜的波阻抗，即比較R1＝Z，R2＝Z時的電壓波形和R1＝Z，R2≠Z的電壓波形。觀察和測量行波在電纜中傳播的速度。當(dāng)R1＝Z，R2≠Z(可取R2＝∞)時，通過測量進(jìn)入波的前沿和反射波前沿的時間差，即可計算得到被測電纜的波速度。觀察和測量行波在電纜中傳播的衰減。通過測量R1＝Z，R2＝Z時電纜首末端電壓波形的幅值，比較這兩個幅值的差值即可計算得到被測電纜的衰減系數(shù)。測量電纜進(jìn)波處的電壓波形；可變電阻參數(shù)為：R1＝R2＝1/9Z；R1＝R2＝9Z；R1＝1/9Z，R2＝9Z；R1＝9Z，R2＝1/9Z。并與計算值比較。R1＝R2＝Z，在電纜中點并一個電容器，測量電纜進(jìn)波處和終點處的電壓波形。R1＝R2＝Z，在電纜中點串一個電感器，測量電纜進(jìn)波處和終點處的電壓波形。實驗用儀器設(shè)備：20MHz～100MHz示波器方波發(fā)生器電纜波過程實驗用詳細(xì)線路圖或其它示意圖：圖1實驗電纜箱原理圖圖2電纜中點并一個電容器圖3電纜中點串一個電感器實驗有關(guān)原理及原始計算數(shù)據(jù)，所應(yīng)用的公式：實驗的有關(guān)原理請參考文獻(xiàn)[2]、[4]和上述（四）中部分實驗的原理圖。實驗原始數(shù)據(jù)：波形的參數(shù)從示波器上讀得。實驗數(shù)據(jù)記錄：電纜長度：L1、L2兩段電纜各150m。進(jìn)入波的前沿和反射波前沿之間的時間差：2.000μsR1＝Z，R2＝Z電纜首末端電壓波形的幅值：首端：8.4V，末端：6.4V。4、不同R1、R2時的電纜進(jìn)波處電壓波形：（1）R1＝R2＝1/9Z；（2）R1＝R2＝9Z；（3）R1＝1/9Z，R2＝9Z；（4）R1＝9Z，R2＝1/9Z；5、R1＝R2＝Z，在電纜中點并一個電容器，（1）進(jìn)波處的電壓波形（2）終點處的電壓波形6、R1＝R2＝Z，在電纜中點串一個電感器，（1）進(jìn)波處的電壓波形（2）終點處的電壓波形實驗結(jié)果的計算及曲線：波速度：υ=2L1/△t=150m/μs電纜的衰減系數(shù)：η＝（U首-U末）/U首=23.81%接入電感和電容后的行波波形示例如下：圖4行波穿過電感時的折、反射圖5行波旁過電容時的折、反射對實驗結(jié)果、實驗中某些現(xiàn)象的分析討論：思考并完成下述問題：若被測量電纜的外皮不接地，對電纜波過程實驗有什么影響？如何解釋？如果外皮不接地，則電容C0電感L0數(shù)值會出現(xiàn)偏差（變低），架空線路波速計算公式v=1當(dāng)波發(fā)生器內(nèi)阻不為零，對電纜波過程實驗有什么影響？波發(fā)生器內(nèi)阻不為零，相當(dāng)于R1偏大，這樣會使入口處的折反射偏離預(yù)設(shè)（折射、反射系數(shù)都偏小），影響實驗效果。行波一般在電纜中的傳播速度為什么比在架空導(dǎo)線的傳播速度慢？波速：v=其中，1μ0ε0架空線路中，由于是空氣，所以μr=1；εr=1在電纜中點并聯(lián)電容器或串聯(lián)電感器對電壓波形有什么影響？這種改變有什么實際應(yīng)用？波經(jīng)過串聯(lián)電感器或者并聯(lián)電容器后陡度均有下降，這是由于電感器兩端的電流不能突變，電容器兩端的電壓不能突變。但對階躍波而言，電感器或電容器并不會對波的最終穩(wěn)態(tài)值發(fā)生影響。在防雷保護(hù)中常用這種效應(yīng)來削減雷電流動波的陡度。如實驗中兩電纜的波阻抗不相等，則實驗5和實驗6的電壓波形會有什么變化？假設(shè)Z1<Z2，此時α>1，β>0。而原來α=1，β=0。電感：可見，U2(0)不變，U2(∞)增大，即出口處電壓初值不變，穩(wěn)態(tài)值變大；U-1(0)不變，U-1(∞)變小，即進(jìn)口處電壓初值不變，穩(wěn)態(tài)值變小。電容：可見，U2(0)不變，U2(∞)增大，即出口處電壓初值不變，穩(wěn)態(tài)值變大；U-1(0)不變，U-1(∞)變小，即進(jìn)口處電壓初值不變，穩(wěn)態(tài)值變小。分析折射系數(shù)和反射系數(shù)的變化范圍以及它們的關(guān)系。α=由以上兩式可得：α=β+1在什么條件下長導(dǎo)線可用集中參數(shù)元件代替？行波沿分布參數(shù)的線路射入，且無需研究該長導(dǎo)線上行波的情況下在兩者時間常數(shù)相等時可以等效代替。架空線路的波阻抗大約為多少？線高，線徑和分裂數(shù)三個因素，哪一個對波阻抗Z的影響較大？一般架空線路的波阻抗大約為500Ω，分裂導(dǎo)線的波阻抗約為300Ω。Z=60ln2hr