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(hào) 開 課 系 電氣學(xué)院電力工程系 姓 名 任課老師 評(píng)分 考生請(qǐng)注意：1. 本試題共 5 題，共 1 頁，考生請(qǐng)認(rèn)真檢查；2. 答題時(shí)，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(fù)。1、 請(qǐng)分析棒板間隙中，棒為何種極性時(shí)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(shí)會(huì)測到負(fù)的介質(zhì)損耗值，如果用QS1電橋測試得到負(fù)值，應(yīng)該如何來計(jì)算？（20分）3、 如圖所示為進(jìn)行絕緣局部放電試驗(yàn)的原理接線圖。HV為交流高壓試驗(yàn)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(dāng)HV達(dá)到一定的試驗(yàn)電壓時(shí)，若Ck上產(chǎn)生了5pC的局部放電量，請(qǐng)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(qǐng)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(jī)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(shí)間的關(guān)系是什么，請(qǐng)用圖表示？（20分）本科生 考試試卷(樣卷)答案1、 請(qǐng)分析棒板間隙中，棒為何種極性時(shí)電暈起始電壓高？

3、為什么？答：棒板間隙中，棒為正極性時(shí)電暈起始電壓高。棒板間隙是典型的極不均勻電場。當(dāng)棒具有正極性時(shí)，間隙中出現(xiàn)的電子向棒運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入強(qiáng)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(dá)到自持、爆發(fā)電暈之前，在間隙中形成相當(dāng)多的電子崩。當(dāng)電子崩達(dá)到棒極后，其中的電子就進(jìn)入棒極，而正離子仍留在空間，相對(duì)來說緩慢地向板極移動(dòng)。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(qiáng)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(dāng)棒具有負(fù)極性時(shí)，陰極表面形成的電子立即進(jìn)入強(qiáng)電場區(qū)，造成電子崩。當(dāng)電子崩中的電子離開強(qiáng)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(yùn)動(dòng)。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(fù)離子。電子崩中的正離子逐漸向棒極運(yùn)動(dòng)而消失于棒極，但由于其運(yùn)動(dòng)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(fù)空間電荷。負(fù)空間電荷由于濃度小，對(duì)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(qiáng)，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(shí)電暈起始電壓比負(fù)極性時(shí)略高。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：此題共15分?；卮鹫龢O性時(shí)電暈起始電壓高，得3分；說明并分析，共12分，每個(gè)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(shí)會(huì)測到負(fù)的介質(zhì)損耗值，如果用QS1電橋測試得到負(fù)值，應(yīng)該如何來計(jì)算？ 答：介質(zhì)損耗角是絕緣預(yù)防性試驗(yàn)的主要項(xiàng)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(duì)小型電氣設(shè)備。因此介損值的測量在絕緣試驗(yàn)中占有重要地位。測量中，電橋上顯示負(fù)的值可能有以下原因：（1） 標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)出現(xiàn)負(fù)值時(shí)，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(jì)算公式式中 試品實(shí)際出現(xiàn)的負(fù)介損值； -C4從電橋上所讀得的“-”測量值

6、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：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(jìn)行絕緣局部放電試驗(yàn)的原理接線圖。HV為交流高壓試驗(yàn)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(dāng)HV達(dá)到一定的試驗(yàn)電壓時(shí)，若Ck上產(chǎn)生了5pC的局部放電量，請(qǐng)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(qǐng)推導(dǎo)說明（15分） 1）當(dāng)Cx發(fā)生放電時(shí)，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(dāng)Ck發(fā)生放電時(shí)，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(dāng)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(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：此題共15分。計(jì)算公式及其推導(dǎo)，得10分；計(jì)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(diǎn)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(diǎn)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?xì)浠?/p>

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?xì)浠衔镉谐潭炔煌臒岱€(wěn)定性，因而得出絕緣油隨著故障點(diǎn)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(shí)，又由于油裂解生成的每一烴類氣體都有一個(gè)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(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：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(jī)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(jī)理：在電場作用下，當(dāng)電場強(qiáng)度足夠大時(shí)，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(duì)其他原子或離子發(fā)生碰撞，這個(gè)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(dòng)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(jī)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(yùn)動(dòng)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(jìn)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(shí)間的長短。電壓作用時(shí)間對(duì)油紙絕緣的電氣強(qiáng)度的影響很大。（2） 介質(zhì)厚度。單純?cè)黾咏橘|(zhì)厚度對(duì)提高絕緣的電氣強(qiáng)度的收效是有限的。因?yàn)樵龊窠^緣層（一般增加紙的層數(shù)）后，絕緣上的平均場強(qiáng)降低，并且紙中弱點(diǎn)重合機(jī)會(huì)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(yán)重，且對(duì)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(shí)際上會(huì)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(shí)間作用下的電氣強(qiáng)度。（4） 局部放電。局部放電對(duì)油紙組合絕緣的長期電氣強(qiáng)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(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：此題共20分。電擊穿機(jī)理敘述，得4分；熱擊穿機(jī)理敘述，得4分；組合絕緣擊穿電壓的影響因素4個(gè)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(shí)間的關(guān)系是什么，請(qǐng)用圖表示？ 答：電氣設(shè)備的絕緣在長期運(yùn)行過程中會(huì)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(jī)械及其他性能逐漸劣化（例如電導(dǎo)