20151103高电压技术复习资料(整理)

2013级电气、输电、电管《高电压技术》复习资料

杜芸强 刘耀丹

2015.11.03

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（32分，7题）

4、计算、论述题（计算1题+论述2题，28分）

13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

1.电离方式可分：热电离、光电离、碰撞电离(主要的电离方式)和分级电离。P12

2.带电质点的消失可分○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带电质点的复合。P15

3.（考点）电子崩：电子将按照几何级数不断增多，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。

电子崩的示意图：

4.电子碰撞电离系数

表示一个电子沿电场方向运动1cm 的行程所完成的碰撞电离次数平均值。P17

5.（计算题）如图为平板电极气隙，板内电场均匀，设外界电离因子每秒钟使阴

极表面发射出来的初始电子数为n 0

由于碰撞电离和电子崩的结果，在它们到达x 处时，电子数已增加为n ，这n 个

电子在dx 的距离中又会产生dn 个新电子。P17

抵达阳极的电子数应为：d a e n n α0=

途中新增加的电子数或正离子数应为：)1(00-=-=?d

a e n n n n α（主要的公式） 将式?=x dx e n n 00α的等号两侧乘以电子的电荷，即得电流关系式：d e I I α0=

6.汤逊理论P19-20

（1）γ过程与自持放电条件

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 α过程，电子总数增至 d e α个。因在对α系数进行讨论时已假设每次电离撞:α

出一个正离子，故电极空间共有（ d e α－1)个正离子。由系数 的定义，此（d e α

－1）个正离子在到达阴极表面时可撞出 （γ d e α －1）个新电子，这些电子在电极空间的碰撞电离同样又能产生更多的正离子，如此循环下去。 自持放电条件为

1)1(=-d e αγ γ：一个正离子撞击到阴极表面时产生出来的二次电子数 α：电子碰撞电离系数

d ：两极板距离

7.电晕放电：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

归结为三个条件：○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小曲率半径。根据电晕层放电的特点，可分为两种形式：电子崩形式和流注形式。

8.电晕放电的危害、对策及其利用：○1 电晕放电引起的光、声、热等效应使空气发生化学反应，都会消耗一定的能量。○2电晕放电中，由于电子崩和流注不断消失和重新出现所造成的放电脉冲会产生高频电磁波，从而对无线电和电视广播产生干扰。○3电晕放电还会产生可闻噪声，并有可能超出环境保护所容许的标准。P23

9.降低电晕的方法：○1从根本上设法限制和降低导线的表面电场强度。○2在选择导线的结构和尺寸时，应使好天气时电晕损耗接近于零。○3对于超高压和特高压线路的分裂线来说，找到最佳的分裂距，使导线表面最大电场强度值最小。P23

10. ○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。

11.伏秒特性：气隙的击穿电压就与该电压作用的时间有很大关系。P33

12.提高气体击穿电压的措施： P37-39

○

1电极形状的改进:使空间场强分布均匀，从而提高气体击穿电压。目的：以改善电场分布，提高间隙的击穿电压。

○

2空间电荷对原电场的畸变作用:产生空间电荷，改善空间场强，从而提高击穿电压。

○

3极不均匀场中屏障的采用：屏障的作用在于屏障表面上积聚的空间电荷，使屏障与板电极间形成较均匀的电场，从而使整个间隙的击穿电压提高。

○

4提高气体压力的作用：提高气压可以大大减小电子的自由行程长度，从而削弱和抑制了电离过程，从而提高击穿电压。

○

5高真空和高电压强度气体SF6的采用：抑制碰撞电离，从而提高击穿电压。 13.污闪：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，但是它造成的损失却是最大的。P45

14.污闪的发展过程：污秽层的形成、污秽层的受潮、干燥带形成与局部电弧产生、局部电弧发展成闪络。P45

15.(简答题)提高沿面放电电压（闪络电压）的措施：○1屏障屏蔽、○2提高表

面憎水性、○3消除绝缘体与电极接触面的缝隙、○4改变绝缘体表面的电阻率、○5强制固体介质表面的电位分布。P48

○1屏障是指改善电极的形状，使电极附件的电场分布趋于均匀，从而提高沿面闪络电压；

○2对电瓷、玻璃等介质表面涂抹憎水涂料，可以大大提高沿面闪络电压；

○3电极与绝缘体接触而不密合，若将电极与绝缘体的缝隙烧铸嵌装在一起，可以减小缝隙处的局部放电，从而提高沿面闪络电压；

○4槽口附件绝缘体表面的电位梯度很高，很容易发生沿面放电，在槽口附件涂上半导电漆，使绝缘表面电阻减小。减小绝缘表面的电位梯度，从而大大提高沿面闪络电压。

第一章

第一节

（1）气体放电、带电质点的产生、电离方式、电离

（2）电子从电极表面逸出所需的能量获得途径

（3）附着、带电质点的消失

（4）电子崩与汤逊理论、巴申定律

（5）不均匀电场中的气体放电、电晕

（6）极不均匀电场中放电的极性效应

（7）稍不均匀电场中的极性效应

（8）棒－板间隙的极性效应

第二节

（1）持续作用电压下的击穿

均匀电场的击穿特性、稍不均匀电场的击穿特点、极不均匀场的击穿特性

（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

雷电冲击电压的标准波形

伏－秒特性

（3）大气条件对气体击穿的影响

（4）提高气体击穿电压的措施

第三节

闪络、高压绝缘子的分类

（1）均匀电场中的沿面放电

沿面闪络电压的影响因素

沿面闪络电压低于纯空气间隙的击穿电压

（2）极不均匀电场中的沿面放电

提高滑闪放电电压的方法

（3）污闪

（4）提高沿面放电电压的措施

第二章

第一节

有效电场强度、宏观平均电场强度

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。

电介质中某一点的宏观电场强度E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。

液体电介质的介电常数与频率和温度有关

液体电介质的损耗

1、非极性和弱极性液体电介质的极化主要是电子位移极化，偶极矩极化对极化的贡献甚微。介质损耗主要来源于电导

2、极性液体电介质的介质损耗与粘度有关。

第二节

一、液体电介质的电导

（1）液体电介质的离子电导

根据液体介质中离子来源的不同，离子电导分为：本征离子电导和杂质离子电导

本征离子电导指：由组成液体本身的基本分子热离解而产生的离子。

杂质离子电导是指：由外来杂质分子（水、酸、碱、有机盐等）或液体的基本分子老化的产物（如有机酸、醇等）离解而生成的离子。它是工程液体介质中离子的主要来源。

液体电介质电导率随温度增高而变小。

（2）液体电介质的电泳电导与华尔屯定律

在n0、εr、U0、r保持不变的情况下，γ、η将为一常数，将这一关系称为华尔屯定律。（3）液体电介质在强电场下的电导

实验表明，液体电介质在强电场下的电导具有电子碰撞电离的特点。

强极性的乙醇的加入使弱电场下的离子电导增加，而在强电场下可能主要是电子电导，由于乙醇对电子有强烈的吸附作用，因而加入乙醇使电子电导下降。

第三节

一、液体电介质的击穿

1.液体电介质的击穿条件：碰撞电离开始作为击穿条件和电子崩发展到一定大小。P56-57

二、高度纯净去气液体电介质的电击穿理论

三、含气纯净液体电介质的气泡击穿理论

1、气泡击穿理论认为：液体中存在气泡时，总是气泡先发生电离。

2.气泡击穿产生形式可分：1、热化气击穿。2、电离化气击穿P58

四、电离化气击穿

电离化气击穿认为：当液体介质中电场很强，致使有高能电子出现时，会产生低分子气体（主要是氢、甲烷等）。

工程纯液体电介质的杂质击穿

3.工程纯液体电介质的杂质击穿：P59

○1水分的影响：如果水分溶解于液体介质中，则对击穿电压影响不大；如果水分呈悬浮状态，则使击穿电压明显下降。水与纤维杂质共存时，水分的影响更为严重。

○2固体杂质的影响：当液体介质中有悬浮固体杂质微粒时，实验证明它们也会使液体介质击穿场强降低。（注意固体微粒和固体粒子）。

第三章

《一》、描述电介质的电气特性四个主要参数

1.（必考）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，它们分别以四个主要参数，○1电导率（或绝缘电阻率）、○2介

电常数、○3介质损耗角正切、○4击穿电场强度（简称击穿场强）来表示。P61《二》、非极性有机介质，如聚乙烯、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。

《三》、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。

（隧道效应

4.（必考题）隧道效应：对于具有能量u﹤u0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u

）.

条件：强电场，势垒高度不是很高、厚度很薄。

原因：在强电场的作用下，势垒Φ

D 减少，势垒厚度X

减少。

结果：能量保持不变（能量平均值）。

固体电介质的表面电导

5. 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。P70-72

电介质的击穿

固体电介质常见的击穿形式

6.电介质的击穿在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。P73

瓦格纳热击穿理论、

7.瓦格纳热击穿理论：研究电介质发热和散热的理论。

作用（结论）：定义临界温度t和热击穿场强U。P74

本征电击穿理论

以碰撞电离开始作为击穿判据，这类理论称为碰撞电离理论，或称本征电击穿理论。

雪崩击穿理论

以碰撞电离开始后，电子数倍增到一定数值，足以破坏电介质结构作为击穿判据。称这类理论为雪崩击穿理论

按照雪崩机理不同可分为：（1）場致发射击穿。（2)碰撞电离雪崩击穿

复合电介质的击穿

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。带电粒子的轰击作用引起电介质局部的温度上升，发生热溶解或热降解。（3）化学作用。局部发电产生的受分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。

局部放电是电介质应用中的一种场强效应，它在电介质节电现象和电气绝缘领域均具有重要意义。

第四、五章

一、测量绝缘电阻能有效地发现下列缺陷、不能发现下列缺陷

能发现：（1）总体绝缘质量欠佳、（2）绝缘介质受潮、（3）两极间有贯穿性的导电通道、（4）绝缘介质表面情况不良。

不能发现；（1）绝缘介质中的局部缺陷，如非贯穿性局部损伤、含有气泡、分层脱开等、（2）绝缘介质的老化。

二、泄漏电流能够发现一些尚未完全贯通的集中性缺陷

三、tanδ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：（1）用测量球隙或峰值电压表测量交流电压的峰值，（2）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。

工频高电压的测量：P111-114

（1）用球间隙测量工频高压（2）峰值电压表（3）静电电压表（4）分压器

第六章

无

第七章

一、集中参数线路的电阻与分布参数波阻抗的区别（异同点）

1.（必考题）分布参数线路的波阻抗与集中参数电路的电阻在物理意义上有本质的区别如下：P160

1）（定义）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）（方向）为了区别不同方向的行波，Z的前面应有正负号。

3）（大小）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，即是：Array

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。

二、线路末端的折射、反射；

2. 末端开路时的折反射P162（结论）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。

3.末端短路时的折反射（结论）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。

行波的折射和反射；

当波沿输电线路传播，遇到线路参数发生突变，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。

集中参数等效电路

波的多次折射、反射

4. 为什么波在实际线路中传播发生衰减和变形，有以下两个原因：P167

○1线路电阻和绝缘电导的影响○2冲击电晕的影响。

冲击电晕的影响

在过电压作用下导线上出现电晕将是引起行波衰减和变形的主要因素。

在过电压计算中常以负极性电晕作为计算的依据。

第八章

一、雷云的形成过程

雷云的形成过程是综合性的；雷云的形成主要是含水气的空的热对流效应。地表水分受太阳辐射化为蒸汽，水蒸气再受热而上升形成热气流，热气流与高冷空气相遇形成雨滴、冰等水成物，水成物在地球静电场的作用下被极化，形成热雷云。

二、雷电参数

1.主要的雷电参数有：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、雷电流陡度等。P180

2.雷暴日Td 是指该地区平均一年内有雷电放电的平均天数，单位d/a

Td <15，少雷区；>40，多雷区；>90，强雷区。P180

三、雷电流等值波形

雷电流等效波形有；双指数波、斜角波、半余弦波。

四、雷电过电压的形成

雷电过电压的形成：○1直击雷过电压；P183

(a)模拟先导放电 (b)模拟主放电 (c)主放电通道电路 (d)等值电路○2感应雷过电压

(a)先导放电阶段（b）主放电阶段

五、避雷针、避雷线、避雷器的作用（保护原理）

6.（考点）避雷线防雷原理及保护范围和作用：用于输电线路时，避雷线除了防止雷电直击导线外，同时还有分流的作用，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导线上的感应雷过电压。

避雷针、避雷线用于防止直击雷过电压，避雷器用于感应雷过电压。

六、输电线路的防雷保护的“四道防线”及其具体保护措施

8.(简答题)输电线路防雷保护的“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。 P209

七、气体绝缘变电所的防雷保护

11.全封闭SF

气体绝缘变电所(GIS)的特点：（与第一章的提高气体击穿电压的6

措施结合出题）

1)GIS绝缘的伏秒特性很平坦，其绝缘水平主要取决于雷电冲击水平。采用氧化锌避雷器；

2)GIS结构紧凑，被保护设备与避雷器相距较近，比常规变电所有利；

3)GIS的同轴母线筒的波阻抗小，过电压幅值和陡度都显著变小，对变电所的进波防护有利；

4)GIS内绝缘电场结构不均匀，易击穿，要求防雷保护措施更加可靠、在绝缘配合中留有足够的裕度。 P223-224出论述题。

12.对气体绝缘变电所（GIS)常用的保护措施:

1) 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，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。

八、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

7.衡量输电线路防雷性能的两个指标：耐雷水平、雷击跳闸率。P199

九、输电线路常用防雷保护措施

10.(简答题)输电线路防雷保护的具体措施：（答最少四点以上）P209

答： (1)架设避雷线：330kV及以上线路应全线架设双避雷线，220kV宜全线架设双避雷线，110kV线路一般全线架设避雷线。避雷线对导线的保护角一般采用20-30?，500kV保护角不大于15?

(2)降低杆塔接地电阻：对于一般高度的杆塔，降低杆塔接地电阻是提高线路耐雷水平、防止反击的有效措施。工频接地电阻一般为10-30Ω

(3)架设耦合地线：在某些雷击故障频繁的线路上，在导线下方架设一条耦合地线。可起到分流、增加耦合的作用。

(4)采用不平衡绝缘方式：在同塔双回线的情况下，采用不平衡绝缘，可避免双回线同时跳闸而完全停电。

(5)装设自动重合闸：我国110kV以上线路自动重合闸成功率在75%-95％以上

(6)消弧线圈接地方式：对接地电阻难以降低的地区，采用中性点经消弧线圈接地，可大大减小建弧率。该措施主要用于35kV以下线路，可减低跳闸率1/3

(7)加强绝缘：增加绝缘子片数、大爬距绝缘子等。

(8)安装线路避雷器：用作线路上雷过电压特别大的或者绝缘弱点的保护。

十、接地及分类、接地电阻大小

分为四种；工作接地、保护接地、防雷接地和静接地

十一、发电厂、变电所的接地保护

具体措施；（1）利用自然接地极，（2）防雷接地，（3）统一接地网——工作接地、保护接地。十二、输电线路的接地保护

（1）输电杆塔本身的自然接地极、（2）人工接地装置

十三、GIS变电所进线段保护

1) 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，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。

另加4.（必考点）目前人们主要是设法去躲避和限制雷电的破坏性，其基本措施就是加装避雷针、避雷线、避雷器、防雷接地、电抗线圈、电容器组、消弧线圈、自动重合闸等防雷保护装置。其中避雷针、避雷线用于防止直击雷过电压，避雷器用于感应雷过电压。

P189

13.电力系统中接地电阻越大越好或是越小越好，为什么？（上届考题，6分）

P226

答：当接地电流i为定值时，接地电阻越大，电压越高，此时地面上的接地物体也就具有了较高电位，有可能引起的接触电位差和跨步电位差，也有可能引起其他带电部分间绝缘的闪络，从而危及人身安全和电气设备的绝缘，因此要力求降低接地电阻。

15.人处于分布电位区域内，可能有两种方式触及不同电位点而受到电压的作用。当人触及漏电外壳，加于人手脚之间的电压，称为接触电压。P226

当人在分布电位区域内跨开一步，两脚间（水平距离0.8m）的电位差，称为跨步电位差，即跨步电压。

第九章

一、常见的操作过电压形式

1.（填空题）常见的操作过电压主要包括：切断空载线路过电压、空载线路合闸过电压、切除空载变压器过电压和断续电弧接地过电压这几种。P232

二、消除或降低过电压采取的措施

2.合闸过电压的限制、降低措施主要有:P237

（1）装设并联合闸电阻——最有效的措施

（2）控制合闸

（3）利用避雷器来保护

3. 为了消除电弧接地过电压，最根本的途径就是消除间歇性电弧，可以通过改变中性点接地方式来实现。目前，110kV及以上电网大多采用中性点直接接地的运行方式。我国35kV及以下电压等级的配电网采用中性点经消弧线圈接地的运行方式。P244

三、电力系统的运行可靠性

5. 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。P245

四、绝缘配合的原则与方法

6. 绝缘配合的原则：根据设备在系统中可能承受的工作电压及过电压，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。P245

要求：在技术上处理好各种电压、限压措施和设备绝缘耐受能力三者之间的配合关系。

7. （多选题）绝缘配合的方法P246-248

1）多级配合（1940以前）2）惯用法3）统计法（20世纪70年代以来）4）简化统计法

8. 确定输电线路的绝缘水平主要指绝缘子串中绝缘子片数和线路绝缘的空气间距。P253