2005年电11-电14高电压工程试题(A) 班级学号姓名 1.为什么描述低气压下汤逊放电与描述大气压下流注放电都采用相同的自持放电条件表达式？（3分） 答：因为两种情况下不论δd值为多少，击穿过程主要都是电子碰撞电离引起的，所以导致表达式形式上的相似性。
2.对同轴圆柱、同心球、球-板、圆柱-板四种电极结构，当r=d=1cm时哪种放电电压最高、哪种最低？（5分）答：四种电极结构在r=d=1cm时的电场不均匀系数分别为1.44、2.0、1.8、1.298，均为稍不均匀场。
按照稍不均匀场击穿电压的计算公式可以算得，同轴圆柱电极Ec=41.1kV/cm，Uc=28.5kV；同心球电极Ec=48.0kV/cm，Uc=24.0kV；球板电极Ec=37.0kV/cm，Uc=20.6kV；圆柱-板电极Ec=39.3kV/cm，Uc=30.29kV。
因此，圆柱-板电极击穿电压最高，而球板电极击穿电压最低。
3.某厂新试制110kV母线支柱绝缘子，绝缘距离90cm。在冬季t干=10o C，t湿=5o C，b=103kPa时若想检验其
是否达到国家标准规定的正极性雷电冲击耐受电压，试验电压应为多少kV？请粗略估计一下该产品能否通过此试验？为什么？（12分） 答：查附录表A1可知，在标准大气条件下，该绝缘子应通过450kV的正极性雷电冲击耐受电压试验。1分可算得δ=1.0527，
h= 4 g/cm3，
K=1+0.01(4/1.0527-11)=0.928。
g=(1.1*450)/(500*0.9*δ*K) = 1.126。
从而查得m=w=1.0。
于是得K1=1.0527，
K2=0.928。
U= 450*K1*K2 = 439.6kV。
即在上述气象条件下，
试验电压应为439.6kV。
粗略估算可有两种方法。其一为在标准大气条件下，查教材46页图2-13，得棒板间隙正极性雷电冲击50%放电电压U50=40+5*90 = 490kV。U50 (1-1.3σ) = 0.96*490 = 470kV > 450kV，所以估计该产品可以通过试验。
其二为将标准大气条件下的U50=40+5*90 = 490kV校正到上述气象条件下，
0.96*490*K1*K2 = 459.5kV > 439.6kV。也可估计该产品可以通过试验。
电动
4.在SF6气体中，有效电离系数的含义是什么？场强与气压在什么范围时不会发生电离？（3分）
答：是指电子电离系数与电子附着系数之差。场强与气压的比值小于885 kV(cm·MPa)-1时不发生电离。
5.电力部门在葛州坝换流站的±500kV直流穿墙套管上全面使用了RTV涂料。有人猜测这一措施是为了防止
穿墙套管的滑闪放电，这一猜测对不对？为什么？（5分）
答：不对。因为直流下没有滑闪。原因是为了提高绝缘子的沿面污闪放电特性。
6.静电放电火花引燃可燃性物质与空气的混合物而发生爆炸、火灾，则必须同时满足两个条件○1和○2。从
安全的角度来说，防止和控制静电危害的基本原则一般有哪几条？（3分）
答：条件：
条件一：可燃性物质（可燃性气体、蒸气或粉尘）与空气混合形成爆炸性混合物，其浓度在爆炸极限范围内条件二：在这爆炸性混合物场所，必须产生能放出充分的放电能量的静电放电。这个放电能量要大于或等于这可燃物与空气混合的爆炸性混合物的最小点火能量，才有发生爆炸、火灾的可能。
原则：
第一：尽量减少和防止静电的产生
第二：加速静电逸散泄漏，防止静电电荷积累
第三：防止静电放电着火，避免电击、故障和爆炸、火灾事故的发生
7.两均匀电场空气间隙，距离均为6 cm，欲对两间隙均施加90 kV（有效值）的工频电压，在两间隙中紧贴
电极分别插入3 cm厚但εr分别为2和6的平板绝缘材料。问两绝缘板承受的电压各为多少？（8分）答：两介质串联，E1 = E2 (εr2/εr1)，90kV= (E1+E2)*3cm =（1+εr2/εr1）E2*3cm。
第一个间隙，εr1=1.0，εr2=2.0，90kV eff=（1+2/1）E2*3 = 9E2。E2 = 10kV/cm，
因此E1 = 20kV eff/cm = 28kV max/cm < 30kV/cm，空气间隙不放电，绝缘板承受电压U2=3E2 = 30kVeff。
或按照书上式（2-1）计算得空气间隙击穿电压为Ub=83.2kV，Eb=27.7 kVmax/cm。因此空气间隙放电，全部电压由绝缘板承担。绝缘板承受电压U2=90kVeff。
还可查书上第22页表1-7，这里有计算值和实测值之分。
第二个间隙，εr1=1.0，εr2=6.0，90kV eff=（1+6/1）E2*3 = 21E2。E2 = 4.29kVeff/cm，
因此E1 = 6*4.29 = 25.74kV eff/cm = 36.4kV max/cm > 30kV/cm，空气间隙放电，全部电压由绝缘板承担，绝缘板承受电压U2=90kVeff。
8.下面哪些话对，哪些话不对？○1一般情况下固体介质的击穿电压比液体和气体介质的高；○2工程液体电
介质中存在的“小桥”效应对均匀场击穿电压的影响远比不均匀场的小；○3介质在电场作用下产生树枝化是由于局部缺陷或不均匀性在电场长期作用下的电化学变化过程引起的击穿现象；○4空间电荷极化和离子位移极化是消耗能量的，而电子位移极化和转向极化则不消耗能量。（4分）
答：○1、○3对。○2、○4不对。
9.从对设备是否造成的损害的角度分类，绝缘预防性试验可分为○1试验和○2试验两类。泄漏电流和绝缘电
阻测试试验是属于○3试验，感应耐压试验是属于○4试验。（4分）
节能燃烧机
答：○1破坏性；○2非破坏性；○3非破坏性；○4破坏性。
10.设备的局部放电的起始电压○1（大于/小于/等于/既可能大于也可能小于）局部放电的熄灭电压。在对电力
变压器进行局部放电试验过程中，标准规定施加5s的最高额定线电压，如教材中图5-20所示，这是为了○2（扩大设备的缺陷/激活局部放电的发生/使局部缺陷均匀化/赶走油纸复合绝缘层中的气泡）。（2分）
答：○1大于；○2激活局部放电的发生。
11.需对一台63000 kV A/110 kV变压器进行出厂耐压试验，首先用教材图5-10的西林电桥进行该变压器高压对
低压和对铁心、外壳的tanδ测量。标准电容器C0=100 pF，电桥平衡时R3=100/π Ω，R4=10000/π Ω，C4=0.01 μF。然后进行高压对低压和对铁心、外壳的工频耐压试验。问其tanδ为多少？并请为工频耐压试验选择合适规格的试验变压器。（12分）
答：tanδ= ωC4R4= 0.01。
Cx = R4C0/R3 = 0.01μF。
查附录表A1可知工频耐压值U=200kV，
因此试验变压器提供的试验电流为I=ωC x U = 628mA，
试验变压器容量应不小于P=200kV*628mA=125.6kV A。
查教材137页表6-1可知应选择250kV/250kV A的试验变压器。
12.电气绝缘的耐热等级和电介质的耐寒性分别是什么含义？（2分）
蜂巢芯答：耐热等级：为了使绝缘材料能有一个经济合理的使用寿命，把电工绝缘材料按照耐热程度划分最高持续工作温度等级称之。
耐寒性：绝缘材料在低温下保证安全运行的最低许可温度。
13.高电压试验技术国家标准中规定的测量总不确定度分别为：直流试验电压算术平均值小于○1、在额定频率
下交流试验电压有效值小于○2和冲击全波峰值小于○3；分压器分压比的测量不确定度应在○4以内。（2分）答：○1、○2、○3±3%；○4±1%。
14.高电压试验技术国家标准中以○1时间作为测量冲击电压用的电阻分压器技术特性的主要参数之一，其值应
小于○2才能满足测量标准雷电波的要求。（2分）
答：○1阶跃响应；○20.2 μs
15.分压器测量交流和雷电冲击电压时往往会产生峰值和相位或波形误差，用电阻分压器测量时将产生○1误
差，用电容分压器测量时将产生○2误差。（2分）
答：○1峰值和相位或波形误差；○2峰值误差
16.“反击”是高电压领域的常用术语，请举例说明反击的含义。（3分）
蒸汽吹灰器答：当大电流通过接地装置引入大地时，由于存在接地电阻，将在接地点引起地电位的升高。由于平时低电位的部分此时成了比其他高电位的部分更高电位的部分，所以称为“反击”。如高电压测试中危及测量仪器设备和人身安全的反击，又比如雷击铁塔顶部造成绝缘子串闪络的反击。
17.避雷线为什么要通过避雷线绝缘子固定到输电线路的铁塔上，而不是直接连接到铁塔上？（1分）
答：是为了降低正常运行时避雷线中感应电流造成的附加损耗。
18. 电气设备的“绝缘水平”的含义是什么？我国哪个国家标准规定了电气设备的绝缘水平？（2分） 答：电气设备的绝缘水平是指设备可以承受的试验电压值，在该电压的作用下设备不发生闪络、放电或其他损坏。国家标准GB 311.1-1997规定了电气设备的绝缘水平。
19. 架空线路的绝缘水平与变电站设备绝缘水平的选取原则有何不同？（3分）
答：架空线路绝缘水平的选取是由绝缘子的片数和线路绝缘的空气间隙决定的，需保证线路有足够好的耐雷水平及雷击跳闸率。变电站电气设备绝缘水平的选取是由避雷器的保护水平决定的，需保证避雷器的冲击残压低于设备的冲击绝缘水平。
健康枕20. 简述ZnO 避雷器的工作原理。（3分）
答：ZnO 阀片具有非线性特征，在幅值高的过电压下电流很大，而电阻很小；在幅值低的工作电压下电流很小，电阻很大。电力系统正常工作时，避雷器阀片承担了全部电压，阀片中几乎无电流流过。当系统中出现过电压且幅值超过阀片放电电压时，阀片导通，冲击电流经阀片入地，而阀片本身的压降（称残压）由于电阻的非线性特性则维持在一定范围内，从而使设备上的过电压幅值得到限制，设备得到保护。
21. 变电站的侵入波过电压是如何形成的？输电线路上的绝缘子串发生雷击闪络后还有侵入波进入变电站吗？
为什么？（3分）
答：雷击线路产生的雷电过电压波沿线路侵入变电站造成变电站的侵入波过电压。
若绝缘子串发生闪络则无侵入波进入变电站。因为雷电过电压波的能量因闪络注入大地而被释放掉。
22. 电力系统一般在什么电压等级考虑操作冲击的问题？（1分） 答：一般在330kV 及以上的电压等级时考虑操作冲击的问题。
存取一体机23. 波阻抗为Z 1、Z 2的无损长线在A 、B 两点分别连接到波阻抗为Z 0的短线路两端。C 、D 为线路Z 1及Z 2上
的两点，波通过线路CA 段、AB 段及BD 段的时间均为τ，波从左向右传播时在A 、B 两点的反射系数分别为βA ＝−0.4及βB ＝−0.7。今有U=1000kV 的直角波沿线路从左向右传播，于t=0时到达A 点。请画出t ≤ 3 τ 时A 、B 两点电压随时间变化的波形
u A (t)、u B (t)，以及t = 3.5 τ 时刻线段CD 间电压
的空间分布。（15分）
23
首先计算几处几个方向的折反射系数。 A 点从左向右的折射系数αA =1+βA =0.6， A 点从右向左的反射系数β= −βA =0.4， A 点从右向左的折射系数α=1+β=1.4，
B点从左向右的折射系数αB=1+βB=0.3。
折反射过程如下图所示，
U1=1000kV
U2= βA U1= −0.4*1000 = −400kV
U3=αA U1= 0.6*1000 = 600kV
U4= βB U3= −0.7*600 = −420kV；U5= αB U3 = 0.3*600 = 180kV
U6= βU4 = 0.4*(−420) = −168kV；U7= αU4 = 1.4*(−420) = −588kV
U8=βB U6 = −0.7*(−168) = 117.6kV；U9=αB U6 = 0.3*(−168) = −50.4kV
由此可以方便地求出t ≤ 3 τ时A、B两点电压随时间变化的波形u A(t)、u B(t)，以及t = 3.5 τ时刻线段CD 间电压的空间分布，如下三图所示。
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