2017-2018武汉大学高电压绝缘技术参考复习题及答案

2017-2018武汉大学高电压绝缘技术参考复习题及答案

一，填空题

1. 气体放电类型主要由以下3种形式：辉光放电、电弧放电、火花放电。带点质电的产生主要包括：碰撞电离、光电离、热电离、表面电离。 2. 交流电压作用下，电介质的损耗包括:电导损耗、极化损耗 3. 绝缘子所采用的绝缘材料主要有：陶瓷、玻璃、复合材料。高压绝缘子在静态电压作用下，闪络电压由大到小排列依次为：干闪络电压、湿闪络电压、污秽闪络电压。 4. 气体击穿电压与：电压形式，电场情况，大气条件等因素有关，极不均匀电场中，空间间隙的击穿电压负极性大于正极性；起晕电压正极性大于负极性。

5. SF6具有高介电强度的原因有：含有卤族元素，具有很强的电负性，削弱电子碰撞的能力，加强了复合过程；分子量比较大，分子直径大，使得平均自由行程缩短，不易积累能量，减小了碰撞电离的可能性；电子在和sf6分子相遇时，会因极化等过程增加能量损失，减弱其碰撞电离能力。

6. 绝缘子按材料分类主要包括：瓷绝缘子、玻璃绝缘子、复合绝缘子。

7. 极不均匀电场中，空气间隙或绝缘子的放电电压通常随大气湿度的增加而增加，其原因是水分子易吸收电子形成负离子，阻碍碰撞电离能力

8. 变压器内绝缘中高，低压绕组之间的绝缘属于主绝缘，同一绕组中不同匝之间绝缘属于纵绝缘。

9. 电介质的基本特性包括：极化、电导、介质损耗、击穿特性。电气设备的绝缘特性实验主要包括：绝缘电阻实验、介质损耗因数实验、局部放电实验。 10. 高压套管的场强选用原则是长期工作电压下不发生有害的局部放电；1min工频耐压实验时不出现滑闪放电；在工频干试及冲击试验下都不发生击穿。 11. 标准操作冲击电压的波前时间为250us,半峰值时间为2500us,操作冲击电压的邻近

效应体现在接地物体靠近放电间隙时，正极性击穿电压将显著降低。

12. 电气设备的吸收现象是正常情况下给其绝缘加恒定直流电压时，流过的电流随时间

增加而衰减的现象，电气设备的绝缘吸收比K= 60s绝缘电阻值(R60s)与15s绝缘电阻值(R15s)之比值，K一般大于1.3

13. 高压套管在稳定直流下的电场分布主要取决于电解质的电导率，在交流电场下的电

场分布主要取决于电介质的 介电常数

14. 电缆终端存在容易造成电晕和沿面放电的电场分量是轴向分量，电缆连接接头盒里的应力锥的作用是：采用半导电屏蔽以改善电场；穿墙套管法兰处容易出现局部放电的原因是电场垂直分量较强，解决措施包括减少比电容C0，如增加绝缘厚度，（如加大法兰处外径），采用介电常数小的电介质（瓷-油组合绝缘）；减小表面电阻率，靠近法兰处涂半导体点漆或上半导体釉。 15. 当油浸式变压器设备内部存在局部过热时，油中CH4和C2H4两种气体含量高，C2H2是用来区别放电和过热的主要特征。 16. 变压器内部绝缘主要包括主绝缘和纵绝缘，其中高低压绕组之间的绝缘属于主绝缘，同一绕组中不同匝间的绝缘属于纵绝缘。 17. 固体电介质的击穿形式按照作用时间由长到短依次为电化学击穿，热击穿，电击穿。

18. 正常情况下给电气设备绝缘施加恒定直流电压时，流过的电流随时间增加而衰减，这种现象称为吸收效应。 二，计算题

1.固体电介质的厚度为10mm，其内部有一个1mm的气隙，如图一所示，已知该固体电介质的相对介电常数为3，气隙的击穿场强为30kv/cm（峰值），现在固体介质两端施加有效值为80kv的交流电压，试判断内部气隙是否会出现局部放电？

由知，固体电容，气体电容，其中d1+d2=10mm

那么C1/C2=3/9=1/3

气隙所加电压为80*（C1/（C1+C2））=20kV

所加电压峰值为sqrt（2）*20kV=28.2kV 小于击穿场强。

2.某110kV输电线路的导线水平排列，相邻线间距离3.7m，导线对地悬挂高度12.2m，

导线计算外直径为19mm，假设海拔高度为3000m（0.07Mpa），温度30摄氏度，试问此时空气的相对密度变为多少？导线是否会发生全面电晕。

det（相对空气密度）=p/p0 *（273+t0）/（273+t）=70/101.3*（273+20）/（273+30）=0.668

Ec=30.3*0.82*det*(1+0.298/sqrt(1.9/2*det))=22.8058kV/cm

U=Ec*1.9/2*ln(370/1.9*2)=129.23kV <1.414*110 会发生全面电晕。

3.两块固体电介质的厚度均为10mm，其中一块内部有1mm气隙，另一块有一0.5mm气隙，已知该固体电介质的相对介电常数为3.2，气隙的击穿场强为30kv/cm峰值，分别求使两块固体电介质内部气隙不发生局部放电的最大外施交流电压的有效值。

同上，对于1，C固/C气=3.2/9 对于2，C固/C气=6.4/9.5

分别令sqrt（2）*Ux*C固/（C固+C气）=30 即可得解。

4.某110kV电气设备如在平原地区使用，外绝缘工频试验电压（有效值）为265kV，如欲用于海拔3500m的高原地区，其在平原地区的试验电压应为多少？ K=exp（q*(H-1000)/8150）=1.359 U=K*265=360.1348

三简答题。

1. 试用流注放电理论描述pd值较大时的自持放电过程。

答：pd值较大时，发生碰撞电离产生的电子崩畸变了空间电场，空间光电离产生的光子在强电场作用下发生碰撞产生新的电子崩，二次崩不断汇入主崩，形成等离子通道，流注以高速向电极挺进，产生击穿。

1放电外形，流注出现后，削弱周围空间内电场，加强前方电场，这使得流注具有频闭作用，当某个流注由于偶然原因更快时，它将抑制其他流注的形成和发展，到最后只剩一个流注，所以形状是火花通道样的（二次崩具有统计性，所以是曲折的）

2放电时间，光子以光速发展，二次崩跳跃形成，因此流注发展极快，pd较大时放电时间特别短。

3阴极材料影响，自持放电条件是空间光电离而非阴极表面电离过程，因此和阴极材料基本无关。

2．简述空气湿度对空气间隙的击穿电压和绝缘子污秽闪络的电压影响及其机理。 答：湿度增加增大空气间隙的击穿电压（水分子吸收空间电子，削弱其碰撞电离）湿度增加降低绝缘子污闪电压（水溶解无机盐形成离子附着在绝缘子片上，增大泄露电流，促进了污秽闪络）

3．请对极间距离相同的正极性“棒-板”、负极性“棒-板”、“球-球”、“棒—棒” 四种间隙直流击穿电压经行排序，并说明其原因。 答：正极性“棒-板”<负极性“棒-棒”<负极性“棒-板”<负极性“球球” 稍不均匀电场击穿电压高于极不均匀电场；由于极性效应，正棒负板应低于负棒正板，由于存在正极尖端，所以负极性“棒棒”应该比负棒正板低。

4.简要分析穿墙套管滑闪放电的机理及提高其闪络电压的措施。

答：放电起始阶段，细线通道内因碰撞电离存在大量带点质点，在较强的电场垂直分量的作用下，带点质点不断撞击电介质表面，使局部温度升高。电压增加，延放电通道通过的带电质点增多，电介质表面温度升的更高，一定电压下，当温度高到足以引起气体热电离时，通道中带点质点剧增，电阻剧降，通道头部场强也剧增，导致通道迅速增强，放电转入滑闪阶段。

1. 减少比电容C0，如增加绝缘厚度，（如加大法兰处外径），采用介电常数小

的电介质（瓷-油组合绝缘） 2. 减小表面电阻率，靠近法兰处涂半导体点漆或上半导体釉。

5.简述工业用绝缘油的击穿机理，列举并分析提高液体电介质的介电强度的方法及机理。

答：电气设备制造过程中难免有杂志混入，在运行中也会因液体介质劣化分解处气体和聚合物。由于水和纤维的介电常数很大，使他们容易极化而沿着电场方向排列，如果定向排列的纤维贯穿于电极间形成连续的小桥，则由于水分和纤维等的电导大而引起泄露电流增大，发热增多，促进水分气化，气泡扩大，如果纤维尚未贯穿整个电极间隙，则由于纤维的介电常数大而使纤维端部场强显著提高，高场强下油电离分解形成气泡，气泡电离并发热而扩大，电离的气泡形成气体小桥，最后在气体通道中击穿。

提高液体电介质的介电常数方法：a,过滤，防潮，祛气，采用油和固体介质组合（减小杂质影响） b,改善电场的均匀程度。 6作图分析图3所示绝缘子串的等值电路及电压分布，哪一片绝缘子上承受的电压最大？

答：第一片绝缘子上承受电压最大。

7.简述变压器油击穿的机理，分析提高液体电介质介电强度的方法及其机理，并解释为什么纤维等杂质对极不均匀场强加变压器油的击穿电压影响较小？

答：电气设备制造过程中难免有杂志混入，在运行中也会因液体介质劣化分解处气体和聚合物。由于水和纤维的介电常数很大，使他们容易极化而沿着电场方向排列，如果定向排列的纤维贯穿于电极间形成连续的小桥，则由于水分和纤维等的电导大而引起泄露电流增大，发热增多，促进水分气化，气泡扩大，如果纤维尚未贯穿整个电极间隙，则由于纤维的介电常数大而使纤维端部场强显著提高，高场强下油电离分解形成气泡，气泡电离并发热而扩大，电离的气泡形成气体小桥，最后在气体通道中击穿。

提高液体电介质的介电常数方法：a,过滤，防潮，祛气，采用油和固体介质组合（减小杂质影响） b,改善电场的均匀程度。

不均匀场处场强扰动比较大，杂质不易形成“小桥”

8，作图简述伏秒特性和50%伏秒特性曲线的绘制方法，及其在绝缘配合中的运用。 间隙出现的电压最大值和放电时间的关系来表征间隙在冲击电压下的击穿特性，称为伏秒特性。电压较低时，击穿发生在波尾，记录冲击电压峰值，电压甚高时击穿发生在波头，记录此时的击穿电压。两者组合成伏秒特性曲线。

50%伏秒特性也称平均伏秒特性，每级电压下，放电时间小于下包线横坐标所示数值的概率为0%，小于上包线所示数值的概率为100%，在上下包线中取一个值，使得放电时间小于该值的概率为50%，这个数值可以称为50%概率放电时间，将这样的点连成曲线，就是50%伏秒特性。

9同一种高压套管芯子及瓷套，如拟分别在交流或直流电压下长期运行，则其电场分布为什么有差别？在设计时应如何予以考虑？

答：因为交流电压下，芯子各串联层中的电场分布取决于各绝缘层的介电常数e，工作温度对e的影响很小；而直流电压下，芯子各串联层中电场分布取决于各绝缘层的电导率y，并且工作温度对y的影响很大，并且材料在直流下的电气强度常高于在交流下的电气强度。

直流下芯子的电场分布对瓷套外表面电场分布的控制作用也比交流时小；但表面潮湿、脏污、空间电荷等对直流闪络电压的影响很大。

10.简述绝缘子污秽闪络的基本过程及影响因素，大气污染地区的输电线路在大雾或毛毛雨下易发生闪络事故还是在雷雨季节更易发生闪络事故？为什么。 污层受潮电导增加，污层中电流和温度也随着增加，由于绝缘子结构形状、污秽分布和受潮不均匀，绝缘子表面各处电流密度不同，有的地方电流密度大，水分蒸发快，出现干燥区，电压降集中在此，产生辉光放电。随着绝缘子表面电阻、电压的变化，最后形成局部电弧，局部电弧不断熄灭，重燃，这样的过程可以在雾中持续数个小时，条件合适时，最终发生完全闪络。

大雨时，绝缘子表面沉积的污秽容易被雨水冲刷掉，表面仍有较高电阻，所以反而不易发生闪络。

11.电缆或电容器的直流耐压与交流耐压相比那种耐压更加高？为什么？

直流耐压更高，交流耐压会取极性较低的极性的击穿电压，同时交流会有介质损耗，发热导致介质老化导致热击穿。