华广高电压技术复习资料(提纲)附答案(13页).doc

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1、-华广高电压技术复习资料(提纲)附答案-第 13 页2012级电气1-4班、输电高电压技术复习资料（整理版）杜芸强2015.1.11考试题型：1、填空（30分，11题）2、选择（10分，10题）3、名称解释、简答（30分，7题）4、计算、论述题（计算1题+论述2题，30分）12级作业：电晕、电子崩与汤逊理论、隧道效应提高气体击穿电压的措施提高沿面闪络电压的措施气泡击穿理论避雷线的作用（保护原理）输电线路的防雷保护的 “四道防线”及其具体保护措施第一章 第一节（1） 气体放电、带电质点的产生、电离方式、电离气体放电是对气体中流通电流的各种形式统称。带电质点的产生：指电离的四种形式（热电离、光电离

2、、碰撞电离、分级电离）电离方式：热电离、光电离、碰撞电离、分级电离电离：是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。（2） 电子从电极表面逸出所需的能量获得途径 正离子撞击阴极、光电子发射、强场发射、热电子发射（3） 附着、带电质点的消失1、带电质点受电场力的作用流入电极2、带电质点的扩散3、带点质点的复合（4）电子崩与汤逊理论、巴申定律（貌似老师说不考巴申定律）电子崩: 外界电离因子在阴极附近产生了一个初始电子，如果空间电场强度足够大，该电子在向阳极运动时就会引起碰撞电离，产生一个新的电子，初始电子和新电子继续向阳极运动，又会引起新的碰撞电离，产生更多电子。依此，电子将按照几何级数

3、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。汤逊理论1）电子崩过程：碰撞电离过程、正离子产生在电场作用下加速获得能量与阴极极板发生碰撞，电离产生电子；2）碰撞电离产生电子，代替起初电子【阴极极板电离（光辐射）产生的电子】。【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过程，电子总数增至个。假设每次电离撞出一个正离子，故电极空间共有（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的定义，此（1）个正离子在到达阴极表面时可撞出（1）个新电子，则(-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

4、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(-1)=1或1。】（5） 不均匀电场中的气体放电、电晕不均匀电场的气体放电：稍不均匀电场的极性效应、极不均匀电场的电晕放电。电晕: 在极不均匀场中，当电压升高到一定程度后，在空气间隙完全击穿之前，小曲率电极(高场强电极)附近会有薄薄的发光层，这种放电现象称为电晕。电晕放电是极不均匀电场所特有的一种自持放电形式。P22归结为四个条件：1、极不均匀场；2、电压达到一定值；3、空气间隙没有完全击穿；4、小曲率电极。（6）极不均匀电场中放电的极性效应由于高场强下电极极性的不同，空间电荷的极性也不同，对放电发展的影响也不同，这

5、就造就了不同极性的高场强电极的电晕起始电压的不同以及间隙击穿电压的不同，称为极性效应（7）稍不均匀电场中的极性效应在稍不均匀场中，高场强电极为正电极时，间隙击穿电压比高场强电极为负时稍高，高场强电极为负电极时，间隙击穿电压稍低。（8）棒板间隙的极性效应1、棒-板电极，棒为正极时，击穿电压高；2、棒-板电极，棒为负极时，击穿电压低。第二节（1）持续作用电压下的击穿均匀电场的击穿特性：1、均匀电场中电极布置对称，无击穿的极性效应；2、均匀场间隙中各处电场强度相等，击穿所需时间短；3、直流击穿电压与工频击穿电压峰值以及50冲击击穿电压是相同的；4、击穿电压分散性很小。稍不均匀电场的击穿特点：1、击穿

6、前无电晕；2、极性效应不很明显；3、直流击穿电压、工频击穿电压峰值及50%冲击击穿电压几乎一致。极不均匀场的击穿特性：1、电场不均匀程度对击穿电压的影响减弱；2、极间距离对击穿电压的影响增大；3、在直流电压中，极不均匀电场中的直流击穿电压的极性效应非常明显；4、工频电压下的击穿都发生在正半周峰值附近；5、间隙距离不大时，击穿电压基本上与间隙距离呈线性上升关系；6、当间隙距离很大时，平均击穿场强明显降低，即击穿电压不再随间隙距离的加大而线性增加，呈现出饱和现象。（2）雷电冲击电压下的击穿下行负极性雷放电3个主要阶段：先导、主放电、余光。雷电冲击电压的标准波形（P32）图1-13 标准雷电冲击电压

7、波形波前时间 半峰值时间 冲击电压峰值伏秒特性：一般用间隙上出现的电压最大值和间隙击穿时间的关系曲线来表示间隙的冲击绝缘特性。（3）大气条件对气体击穿的影响（P36-37）温度校正因数和空气密度校正因数、海拔的影响（4）提高气体击穿电压的措施1、改善电场分布，使之均匀；2、设法削弱和抑制气体介质中的电离过程。具体方案可以是：1) 电极形状的改进 2) 空间电荷对原电场的畸变作用3) 极不均匀场中屏障的采用 4) 提高气体压力的作用5）高真空和高电气强度气体SF6的采用第三节1、闪络、高压绝缘子的分类闪络:沿整个固体绝缘表面发生的放电称为闪络。高压绝缘子的分类：从结构上分：a、绝缘子b、套筒c、

8、套管从材料上分：a、电工陶瓷b、钢化玻璃c、硅橡胶、乙丙橡胶等有机材料2、均匀电场中的沿面放电（1）沿面闪络电压的影响因素：a、固体介质表面会吸附气体中的水分形成水膜；b、介质表面电阻不均匀以及介质表面有伤痕裂纹也会使电场的分布畸变，使闪络电压降低；c、若电极和固体介质端面间存在气隙，气隙处场强大，极易发生电离，产生的带电质点到达介质表面，会使原电场分布畸变，从而使闪络电压降低。（2）沿面闪络电压低于纯空气间隙的击穿电压3、极不均匀电场中的沿面放电提高滑闪放电电压的方法：增大固体介质的厚度或采用相对介电常数较小的固体介质、减小表面电阻率。（P44）4、污闪: 由于绝缘子常年处于户外环境中，因此

9、在其表面很容易形成一层污秽附着层。当天气潮湿时，污秽层受潮变成了覆盖在绝缘子表面的导电层，最终引发局部电弧并发展成沿面闪络，这就是污闪。污闪的次数在几种外绝缘闪络中不算多，但是它造成的损失是最大的。5、提高沿面放电电压的措施：（1）屏障 （2）屏蔽 （3）提高表面憎水性（4）消除绝缘体与电极接触的缝隙 （5）改变绝缘体表面的电阻率（6）强制固体介质表面的点位分布 第二章1、描述电介质的电气特性四个主要参数电介质的电气特性：主要表现为它们在电场作用下的导电性能、介电性能和电气强度。四个参数：电导率（或绝缘电阻率）、介电常数、介质损耗角正切tan和击穿电场强度（击穿场强）。2、非极性有机介质，如聚

10、乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯和天然的石蜡、地蜡等，被广泛用作工频和高频绝缘材料。3、电介质中导电电子的来源包括来自电极和介质体内的热电子发射，场致冷发射及碰撞电离，而其导电机制则有自由电子气模型、能带模型和电子跳跃模型等。4、隧道效应：对于具有能量uu0的微观粒子，粒子可以由区域I穿过势垒II到达区域III中，并且粒子穿过势垒后，能量并没有减少，仍然保持在区域I时的能量，这种现象通常形象化地称为隧道效应。注意：隧道效应只发生在微观粒子，宏观不发生。现象：电子穿过势垒，电子从I区到达III区。P69前提条件：电子能量小于势垒的高度（即uu0）.条件：强电场，势垒高度不是很高、厚度很薄。原因：在强电

11、场的作用下，势垒D减少，势垒厚度X0减少。结果：穿过势垒前后能量保持不变（能量平均值）。5、固体电介质的表面电导固体电介质的表面与电导的影响因素：1、电介质表面吸附的水膜对表面电导率的影响；2、电介质的分子结构对表面电导率的影响；3、电介质表面清洁度对电导率的影响。【（1）电介质表面吸附的水膜对表面电导率的影响由于湿空气中的水分子被吸附于介质的表面，形成一层很薄的水膜。因为水本身为半导体（m），所以介质表面的水膜将引起较大的表面电流，使增加。（2）电介质的分子结构对表面电导率的影响电介质按水在介质表面分布状态的不同，可分为亲水电介质和疏水电介质两大类。a) 亲水电介质：这种介质表面所吸附的水易

12、于形成连续水膜，故表面电导率大，特别是一些含有碱金属离子的介质，介质中的碱金属离子还会进入水膜，降低水的电阻率，使表面电导率进一步上升，甚至丧失其绝缘性能。b) 疏水电介质：这些介质分子为非极性分子所组成，它们对水的吸引力小于水分子的内聚力，所以吸附在这类介质表面的水往往成为孤立的水滴，其接触角，不能形成连续的水膜，故很小，且大气湿度的影响较小。（3）电介质表面清洁度对表面电导率的影响表面沾污特别是含有电解质的沾污，将会引起介质表面导电水膜的电阻率下降，从而使升高。】6、电介质的击穿7、固体电介质常见的击穿形式固体电介质的击穿中，常见的有热击穿、电击穿和不均匀介质局部放电引起击穿等形式。a)

13、热击穿当固体电介质加上电场时，电介质中发生的损耗将引起发热，使介质温度升高，最终导致热击穿。b) 电击穿在较低温度下，采用了消除边缘效应的电极装置等严格控制的条件下，进行击穿试验时出现的一种击穿现象。c) 不均匀介质局部放电引起击穿从耐电强度低的气体开始，表现为局部放电，然后或快或慢地随时间发展至固体介质劣化损伤逐步扩大，致使介质击穿。8、瓦格纳热击穿理论、本征电击穿理论、雪崩击穿理论、复合电介质的击穿（不考）9、局部放电引起电介质劣化损伤的机理：（1）电的作用:带电粒子对电介质表面的直接轰击作用，使有机电介质的分子主链断裂。（2）热的作用：地点粒子的轰击作用引起电介质局部的温度上升，发生热熔

14、解或热降解。（3）化学作用：局部放电产生的受激电子或二次生成物的作用，使电介质受到的侵蚀可能比电、热作用的危害更大。第三章第一节1、有效电场强度：是指极板上的自由电荷以及除某极化分子以外其他极化分子形成的偶极矩共同在该分子产生的场强。宏观平均电场强度：是指极板上的自由电荷以及电介质中所有极化分子形成的偶极矩，共同在该点产生的场强。2、液体电介质的介电常数、液体电介质的损耗第二节1、 液体电介质的电导2、液体电介质的离子电导：离子电导分为本征离子电导和杂质离子电导。3、液体电介质的电泳电导与华尔屯定律4、液体电介质在强电场下的电导第三节1、液体电介质的击穿击穿条件：碰撞电离开始作为击穿条件和电子

15、崩发展到一定大小。2、高度纯净去气液体电介质的电击穿理论3、含气纯净液体电介质的气泡击穿理论【气泡击穿理论：1、气泡：液体电介质组成复合电解质，击穿前处于绝缘状态，等效两个电容串联，气泡两端分得电压（场强）较大；2、气泡比液体电介质更容易击穿（击穿场强小）；3、气泡首先发生电离（a、体积变大，温度升高，加速电离过程；b、产生电子，电子撞击液体分子发生碰撞电离，产生更多气泡。）4、气泡越来越多，在两极之间形成气桥，在较小电压（或场强）下，液体电介质发生击穿。】4、工程纯液体电介质的杂质击穿第四、五章1、测量绝缘电阻能有效地发现下列缺陷、不能发现下列缺陷绝缘缺陷可分为两大类：1)集中性缺陷。例如，

16、绝缘子、发电机定子、电缆绝缘层；2）分散性缺陷。受潮、老化、变质。测量绝缘电阻能有效地发现下列缺陷：绝缘介质受潮；贯穿性的导电通道。测量绝缘电阻不能发现下列缺陷：非贯穿性的局部损伤、气泡、绝缘介质的老化。泄漏电流能够发现一些尚未完全贯通的集中性缺陷tan能反映绝缘的整体性缺陷(例如全面老化)和小电容试品中的严重局部性缺陷。试品上工频高压的测量目前最常用的测量方法有：用测量球隙或峰值电压表测量交流电压的峰值，用静电电压表测量交流电压的有效值（峰值电压表和静电电压表还常与分压器配合使用以扩大仪表的量程）；为了观察被测电压的波形，也可从分压器低压侧将输出的被测信号送至示波器显示波形。【（1）用球间隙

17、测量工频高压（2）峰值电压表（3）静电电压表（4）分压器】第七章1、电阻与波阻抗的区别分布参数线路的波阻抗与集中参数电路的电阻虽然有相同的量纲，但物理意义上有着本质的不同：（1）波阻抗表示向同一方向传播的电压波和电流波之间比值的大小；电磁被通过波阻抗为Z的无损线路时，其能量以电磁能的形式储存于周围介质中而不像通过电阻那样被消耗掉。（2）为了区别不同方向的行波，Z的前面应有正负号。（3）如果导线上有前行波，又有反行波，两波相遇时，总电压和总电流的比值不再等于波阻抗，即（4）波阻抗的数值Z只与导线单位长度的电感L0和电容C0有关，与线路长度无关。2、行波的折射和反射:当波沿传输线传播，遇到线路参数

18、发生突变，即波阻抗发生突变的节点时，都会在波阻抗发生突变的节点上产生折射和反射；3、线路末端的折射、反射：（1）当末端开路时，由于末端的反射，在反射波所到之处电压提高1倍，而电流降为0；（2）当末端短路时，由于末端的反射，在反射波所到之处电流提高1倍，而电压降为0。4、集中参数等效电路5、波的多次折射、反射第八章1、雷云的形成过程2、雷电参数：雷暴日及雷暴小时、地面落雷密度、主放电通道波阻抗、雷电流极性、雷电流幅值、雷电流等值波形、雷电流陡度。3、雷电流等值波形：双指数波、斜角波、半余弦波。4、雷电过电压的形成雷电过电压的形成包括以下几种情况。（1）直击雷过电压a.雷直击于地面上接地良好的物体

19、（图8-3）时，流过雷击点A的电流即为雷电流i。采用电流源彼德逊等值电路，则雷电流沿雷道波阻抗下来的雷电入射波的幅值I0=I/2，A点的电压幅值。b.雷直击于输电线路的导线（图8-4）时，电流波向线路的两侧流动，如果电流电压均以幅值表示，则导线被击点A的过电压幅值为（2）感应雷过电压雷云对地放电过程中，放电通道周围空间电磁场急剧变化，会在附近线路的导线上产生过电压（图8-5）。在雷云放电的先导阶段，先导通道中充满了电荷，如图8-5（a）所示，这些电荷对导线产生静电感应，在负先导附近的导线上积累了异号的正束缚电荷，而导线上的负电荷则被排斥到导线的远端。因为先导放电的速度很慢，所以导线上电荷的运动

20、也很慢，由此引起的导线中的电流很小，同时由于导线对地泄漏电导的存在，导线电位将与远离雷云处的导线电位相同。当先导到达附近地面时，主放电开始，先导通道中的电荷被中和，与之相应的导线上的束缚电荷得到解放，以波的形式向导线两侧运动，如图8-5（b）所示。电荷流动形成的电流乘以导线的波阻抗即为两侧流动的静电感应过电压波。5、 避雷针、避雷线、避雷器的作用（保护原理）避雷针、避雷线用于防止直击雷过电压，避雷器用于防止沿输电线路侵入变电所的感应雷过电压。避雷针：避雷针是明显高出被保护物体的金属支柱，其针头采用圆钢或钢管制成，其作用是吸引雷电击于自身，并将雷电迅速泻入大地，从而使被保护物体遭直接雷击。避雷线

21、：主要用于输电线路的保护，也可用来保护发电厂和变电所。用于输电线路时，除了防止雷电直击导线外，同时还有分流作用，以减少流经杆塔入地的雷电流从而降低塔顶电位，避雷线对导线的耦合作用还可以降低到线上的感应雷过电压。避雷器：避雷器是专门用以限制线路传来的雷电过电压或操作过电压的一种防雷装置。避雷器实质上是一种过电压限制器，与被保护的电气设备并联连接，当过电压出现并超过避雷器的放电电压时，避雷器先放电，从而限制了过电压的发展，使电气设备免遭过电压的损坏。6、 输电线路的防雷保护的 “四道防线”及其具体保护措施 “四道防线”：1、防止输电线路导线遭受直击雷；2、防止输电线路受雷击后绝缘发生闪络；3、防止

22、雷击闪络后建立稳定的工频电弧；4、防止工频电弧后引起中断电力供应。具体保护措施：1、架设避雷线；2、降低杆塔接地电阻；3、架设耦合地线；4、采用不平衡绝缘方式；5、采用中性点非有效接地方式；6、装设避雷器；7、加强绝缘；8、装设自动重合闸装置。7、气体绝缘变电所的防雷保护气体绝缘变电所(GIS)防雷保护有以下特点：（1）GIS绝缘具有比较平坦的伏秒特性。绝缘水平主要决定于雷电冲击水平，需采用性能优异的金属氧化物避雷器加以保护。（2）GIS变电所的波阻抗一般在60100，约为架空线路的1/5，雷电侵入波从架空线路传入GIS，折射系数较小，折射电压也就较小，对GIS的雷电侵入波保护有利。（3）GI

23、S变电所结构紧凑，各电气设备之间的距离较小，避雷器离被保护设备较近，因此可使雷电过电压限制在更低的水平。（4）GIS绝缘中完全不允许产生电晕，因为一旦产生电晕，绝缘会立即发生击穿，这样将会导致整个GIS变电所绝缘的破坏。因此，要求GIS过电压保护有较高的可靠性，并且在设备的绝缘配合上要留有足够的裕度。（5）由于GIS变电所的封闭性，所以电气设备不会因受大气污秽、降水等的影响而降低绝缘强度。但需指出，对SF6气体的洁净程度和所含水分却要求极严，同时对导体和内壁的光洁度也要求极高，否则绝缘强度将大幅度下降。气体绝缘变电所(GIS)的防雷措施有以下几点：1) 66kV及以上进线无电缆段的GIS变电所

24、 66kV及以上进线无电缆段的GIS变电所，在GIS管道与架空线路连接处应装设无间隙金属氧化物避雷器(FMO1)，其接地端应与管道金属外壳连接；2) 66kV及以上进线有电缆段的GIS变电所 66kV及以上进线有电缆段的GIS变电所，在电缆与架空线路的连接处应装设金属氧化物避雷器(FMO1)，其接地端应与电缆的金属外皮连接。对三芯电缆，末端的金属外皮应与GIS管道金属外壳连接接地，如图8-41(a)所示。对单芯电缆，末端的金属护层应经金属氧化物电缆护层保护器(FC)接地，如图8-41(b)所示。8、 评价输电线路的耐雷性能和所采用防雷措施的效果的两个指标：1、耐雷水平，2、雷击跳闸率9、输电线

25、路常用防雷保护措施（1）架设避雷线；（2）降低杆塔接地电阻；（3）架设耦合地线；（4）采用不平衡绝缘方式；（5）采用中性点非有效接地方式；（6）装设避雷器；（7）加强绝缘；（8）装设自动重合闸。10、 接地及分类、接地电阻大小接地：指将电力系统中电气装置和设施的某些导电部分，经接地线连接至接地极。埋入地中并直接与大地接触的金属导体称为接地极，电气装置、设施的接地端子与接地极连接用的金属导电部分称为接地线。接地按用途可分为：（1）工作接地：为运行需要所设的接地，如中性点直接接地、中性点经消弧线圈、电阻接地；（2）保护接地：电气装置的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔等，由于绝缘损坏有可能带电，为

26、防止其危及人身和设备的安全而设的接地；（3）防雷接地：为雷电保护装置（避雷针、避雷线和避雷器等）向大地泄放雷电流而设的接地；（4）静电接地：为防止静电对易燃油、天然气贮罐、氢气贮罐和管道等的危险作用而设的接地。接地电阻：接地装置对地电位u与通过接地极流入地中电流i的比值称为接地电阻。接地电阻越小越好。因为当接地电流i为定值时，接地电阻越大，电压越高，地面上的接地物体也就具有了高电位。可能会引起大的接触电位差和跨步电位差，也可能引起绝缘闪络，从而危及人员和设备安全，因此要力求降低接地电阻。11、发电厂、变电所的接地保护：除利用自然接地极以外，根据保护接地和工作接地要求敷设一个统一的接地网，然后再

27、在避雷针和避雷器安装处增加35根集中接地极以满足防雷接地要求。12、输电线路的接地保护13、GIS变电所进线段保护第九章1、常见的操作过电压形式：切除空载线路过电压、空载线路合闸过电压、切除空载变压器过电压、断续电弧接地过电压2、消除或降低过电压采取的措施：1）改善断路器的结构，避免发生重燃现象；2）断路器加装并联电阻；3）利用避雷器保护； 4）泄流设备的装设3、电力系统的运行可靠性：主要由停电次数及停电时间来衡量，电力系统的运行可靠性在很大程度上决定于设备的绝缘水平和工作状态4、绝缘配合的原则与方法：原则：所谓绝缘配合就是根据设备在系统中可能承受的各种电压（工作电压及过电压），并考虑限压装置的特性和设备的绝缘特性来确定必要的耐受强度，以便把作用于设备上的各种电压所引起的绝缘结构损坏和影响连续运行的概率，降低到在经济和运行上能接受的水平。方法：多级配合、惯用法、统计法