《高电压工程》习题答案第一章1. 解释绝缘电阻、吸收比、泄漏电流、tan δ的基本概念。

为什么可以用这些参数表征绝缘介质的特性?绝缘电阻：电介质的电阻率很大，只有很小的泄漏电流（一般以μA 计）流过电介质，对应的电阻很大，称为绝缘电阻。

绝缘电阻是电气设备和电气线路最基本的绝缘指标。

绝缘电阻值的大小常能灵敏的反映绝缘情况，能有效地发现设备局部或整体受潮和脏污，以及绝缘击穿和严重过热老化等缺陷。

吸收比：吸收比K 定义为加上直流电压后60s 与15s 时的绝缘电阻值之比。

即ss R R K 1560=。

若绝缘良好，比值相差较大；若绝缘裂化、受潮或有缺陷，比值接近于1，因此绝缘实验中可以根据吸收比K 的大小来判断绝缘性能的好坏。

泄漏电流：流过电介质绝缘电阻的纯阻性电流，不随时间变化，称为泄漏电流。

泄漏电流实际上就是电气线路或设备在没有故障和施加电压的作用下，流经绝缘部分的电流，因此，它是衡量电器绝缘性好坏的重要标志之一。

tan δ ：介质损耗因数是在交流电压作用下，电介质中电流的有功分量与无功分量的比值。

即CR I I =δtan 。

tan δ是反映绝缘介质损耗大小的特征参数。

2. 为什么一些电容量较大的设备如电容器、电力电缆等经过直流高压实验后，要用接地棒将其两极间短路放电长达5-10min?因为容型设备的储存电荷较多，放电实质是一个RC电路，等效的公式为U（1-e T），其中时间常数T=R*C ，电容越大，放电的时间越长。

为了操作安全以及不影响下一次试验结果，因此要求电容要充分放电至安全程度，时间长达5-10min。

3. 试比较气体、液体、固体电介质的击穿场强大小及绝缘恢复特性。

固体电介质击穿场强最大，液体电介质次之，气体电介质最小；气体电介质和液体电介质属于自恢复绝缘，固体电介质属于非自恢复绝缘。

4. 何谓电介质的吸收现象?用电介质极化、电导过程的等值电路说明出现此现象的原因。

为什么可以说绝缘电阻是电介质上所加直流电压与流过电介质的稳定体积泄漏电流之比?（1）一固体电介质加上直流电压U，如图1-1a所示观察开关S1合上之后流过介质电流i的变化情况。

电流从大到小随时间衰减，最终稳定于某一数值，此现象称为“吸收现象”。

如图1-1b所示。

图1-1 直流电压下流过电介质的电流（2）“吸收”现象的实质是电介质在直流电压（电场）作用下，电介质发生极化和电导过程的结果。

电介质并联等效电路如图1-2所示，流过电介质的电流i由三个分量组成，即i=i a+i c+i g, 图1-2 电介质并联等效电路其中无损极化电流i c，它存在时间极短，很快衰减至零;有损极化(夹层极化和偶极子式极化)电流i a，随时间衰减，被称为吸收电流;电导电流i g，流过电介质绝缘电阻的纯阻性电流，不随时间变化，称为泄漏电流。

将上述三个电流i a、i c、i g在每个时刻叠加起来就得到流过介质的电流i。

（3）从吸收曲线上看，无损极化电流i c和电导电流i g经过一段时间后趋近于零，因此i趋近于吸收电流i a 。

所谓绝缘电阻就是指电介质上所加直流电压与流过电介质的稳定体积泄漏电流之比。

5. 介质损耗为电介质的功率损耗，为何不用损耗功率P而要用tanδ来表征电介质在交流电压下的损耗特性?为何电源中存在较严重高次谐波时容易引起电气设备绝缘老化加快?在交流电压作用下,除绝缘电阻引起的损耗外,还有因电源的极性周期地变化引起的电介质周期地极化所产生的损耗。

电介质上损耗的有功功率P不仅与所加的交流电压值、电压的角频率ω有关,而且与电介质的等值电容(涉及被试品的尺寸、几何形状)都有关。

因此,对不同的被试电气设备难以根据P值的大小来衡量其介质损耗性能,而介质损耗角正切tanδ仅取决于材料损耗特性，而与其他因素无关，通常用它来表征介质损耗的强弱程度。

在频率不太高的一定范围内,随频率的升高，偶极子往复转向频率加快,极化程度加强,介质损耗增大，使得温度升高从而引起电气设备绝缘老化加快。

6. 简述电介质电导与金属电导的区别。

(1)带电质点不同:电介质为带电离子(固有离子，杂质离子);金属为自由电子；(2)数量级不同:电介质的γ小，泄漏电流小;金属电导的电流很大；(3)电导电流的受影响因素不同:电介质中由离子数目决定，对所含杂质、温度很敏感，电介质电导为负温度系数;金属中主要由外加电压決定，杂质、温度不是主要因素，金属电导为正温度系数。

7. 下列双层电介质串联，在交流电源下工作时，哪一种电介质承受的场强较大?哪一种电介质比较容易击穿?（1）固体电介质和薄层空气串联；（2）纸和油层串联。

（1）对于固体电介质和薄层空气串联：由于固体电介质的介电常数比空气的介电常数大，所以根据各层电介质中的电场强度与介电常数成反比的关系，可知薄层空气电介质所承受的场强较大，其更容易击穿。

(2)对于纸和油层串联：由于纸的介电常数比油层的介电常数大，故根据各层电介质中的电场强度与介电常数成反比的关系，可知油层所承受的电场强度较大，其更容易击穿。

8. 什么叫热老化的8°C规则?对A级绝缘，温度每增加8℃，寿命便缩短一半左右，这通常称为热老化的8°C规则。

9. 何谓绝缘材料的耐热等级?降低电气设备工作温度有何意义?绝缘材料的耐热等级是指该绝缘材料在正常条件下允许的最高工作温度，即耐热程度，可分为七级：Y，A，E，B，F，H，C。

设备由于内部损耗使设备具有一定的温度。

如果周围环境温度过高，或空气流动性差，使设备的热量不能及时散开，将会使设备由于过热跳闸，甚至烧坏设备。

配电箱内的电子产品如剩余电流动作保护器、电子型计量表，在高温下运行时就会严重影响到产品的使用寿命,还会影响到保护器性能的稳定性和动作的可靠性以及计量的准确性。

在高温下运行的无功补偿电容器、熔断器也会缩短寿命。

10. 一双层介质绝缘结构的电缆，第一层（内层）和第二层（外层）介质的电容和电阻分别为: C1= 4000pF、R1=1500MΩ；C2= 3000pF、R2= 1000MΩ。

当加50kV直流电压时，试求:（1）当t=0合闸初瞬，C1、C2上各有多少电荷?（2）当t=∞时，流过绝缘的电导电流各为多少？这时C1、C2上各有多少电荷?解：（1）绝缘结构的等值电路如图所示：t=0合闸初瞬时，电压按电容反比分配可得所以C1与C2上的电荷(2)稳态时，因为作用电压U为直流，所以C1和C2可视为开路，流过绝缘的电导电流由总电阻决定，即此时C1上的电压与R1上的电压相等，即C1与C2上的电荷选择题11（a）、12（a）、13（d）、14（a）、15（d）、16（d）、17（b）、18（c）、19（a）、20（b）第二章1. 汤生放电理论与流注理论的主要区别在哪里?它们各自适用什么范围?区别：①汤逊理论没有考虑到正离子对空间电场的畸变作用和光游离的影响；②放电时间不同；③阴极材料的性质在放电过程中所起的作用不同；④放电形式不同。

范围：汤逊理论：通常认为，ps＞26 kPa·cm时，击穿过程将发生变化，汤逊理论的计算结果不再适用。

流注理论：认为电子的碰撞游离和空间光游离是形成自持放电的主要因素，并且强调了空间电荷畸变电场的作用，适用范围：ps ＞26 kPa·cm。

2. 说明巴申定律所描述的规律并说明其实用价值。

气体间隙的击穿电压U b是气体压力P和极间距离s乘积的函数，这一规律称为巴申定律；它表明，当气体种类和电极材料一定时，只要气压与极间距的乘积相等，气隙的击穿电压彼此相等。

空气断路器和真空断路器就是利用巴申定律来提高击穿电压和减小体积尺寸。

3. 均匀电场和极不均匀电场中气体间隙的放电特性有何不同?在均匀电场中,气体间隙内流注一旦形成,放电达到自持的程度,气隙就被击穿。

不均匀电场分稍不均匀和极不均匀电场，在同样极间距离时稍不均匀电场的击穿电压比均匀电场要低，在极不均匀电场气隙中自持放电条件即是电晕起始条件，由发生电晕至击穿的过程还必须升高电压才能完成。

4. 下列各间隙距离相同，比较击穿电压的高低：正极性棒－板间隙的直流击穿电压、棒－板间隙的工频交流击穿电压、棒－棒间隙的工频交流击穿电压。

并简单分析原因。

气隙的击穿电压大小取决于两个方面，一个是所受电场的均匀程度，均匀程度越高，击穿电压越高；另一个就是外界环境，例如湿度，温度等的影响。

而且在同样条件的间隙下的直流击穿电压与工频交流击穿电压的大小是近似相等的。

因此棒-棒间隙的工频交流击穿电压最高，正极性棒－板间隙的直流击穿电压与棒－板间隙的工频交流击穿电压相等。

5. 雷电冲击电压下气体间隙的击穿有何特点?用什么来表示气隙的冲击击穿特性?过电压保护设备的伏秒特性与被保护电气设备绝缘的伏秒特性应如何正确配合?在持续电压作用下，气体间隙在某一确定的电压下发生击穿，而在雷电冲击电压作用下，气体间隙的击穿就没有这一确定的击穿电压，间隙的击穿不仅与电压值有关，还与击穿过程的时间（放电时间）有关。

这就是说，气体间隙的冲击击穿特性要用两个参数（击穿电压值和放电时间）来表征，而气体间隙在持续电压作用下击穿特性只要用击穿电压值一个参数来表征。

用来表示气体间隙的冲击击穿特性的是伏秒特性曲线。

保护设备的伏秒特性曲线的上包线应始终低于被保护设备绝缘的伏秒特性曲线的下包线。

这样，当有一过电压作用于两设备时，总是保护设备先击穿，进而限制了过电压幅值，保护了被保护设备。

6. 冲击电压的波形可用哪两个参数来表征?我国规定的标准雷电冲击电压和标准操作冲击电压的波形参数分别为多少?用波前时间T1和半峰值时间T2两个参数来表示。

国标规定，波前时间T1=1.2±30%µs，半峰值波长时间T2=50±20%µs.7. 提高气体间隙击穿电压的思路和具体措施是什么?提高气体间隙击穿电压可以从两个方面入手，一是改善电场分布，使其分布尽量均匀；二是利用其它方法来削弱气隙中的游离过程。

具体措施有：改进电极形状以改善电场分布；利用空间电荷改善电场分布；极不均匀电场采用屏障改善电场分布；采用高气压；采用高真空；采用高电气强度的气体。

8. 气体间隙在操作冲击电压下的击穿与雷电冲击电压下的击穿相比较，有哪些不同的特点?在持续电压（直流、工频交流）作用下，气体间隙在某一确定的电压下发生击穿，而在雷电冲击电压作用下，气体间隙的击穿就没有这种某一确定的击穿电压，间隙的击穿不仅与电压值有关，还与击穿过程的时间（放电时间）有关；操作冲击电压的波前时间和波峰时间都比雷电冲击波长得多；操作冲击电压存在“饱和”效应，因此长间隙的雷电冲击电压远比操作冲击电压要高；操作冲击电压下的气隙击穿电压和放电时间的分散性均比雷电冲击电压下大得多。

9. 一般在封闭组合电器中充SF6气体的原因是什么？与空气相比，SF6的绝缘特性如何？SF6具有较高的耐电强度；而且有很强的灭弧性能；它是一种无色、无味、无毒、非燃性的惰性化合物；对金属和其它绝缘材料没有腐蚀作用；在中等压力下，SF6气体可以被液化，便于储藏和运输。