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高电压技术考试试卷(样卷)及答案


西 南
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学 号 姓 名





大 学

本科生 考试试卷(样卷)
高 电 压 技 术

开 课 系 电气学院电力工程系 任课老师 评分

考生请注意: 1. 本试题共 5 题,共 1 页,考生请认真检查; 2. 答

题时,直接将答题内容写在我校提供的答题纸上;答在试卷上一律无效。 3. 本试题不得拆开,拆开后遗失后果自负。 1、 请分析棒-板间隙中,棒为何种极性时电晕起始电压高?为什么?(15 分) 2、 测量介损( tg? 值)能发现哪些缺陷?为什么有时会测到负的介质损耗 tg? 值,如果用 QS1 电桥测试得到负值,应该如何来计算?(20 分) 3、 如图所示为进行绝缘局部放电试验的原理接线图。HV 为交流高压试验源,Z 为低通滤 波器,Cx 为被试品电容,其值为 2000pF。Ck 为耦合电容,其值为 200pF。由 Cm 和 Rm 组成检测阻抗。当 HV 达到一定的试验电压时,若 Ck 上产生了 5pC 的局部放电量,请问 由此因素可误解为 Cx 上发生了多少 pC 的视在局部放电量?请推导说明(15 分)
Z Ck

HV

Cx Rm M Cm A

4、 根据变压器油的色谱分析数据诊断变压器内部故障的原理是什么?(10 分) 5、 电、热击穿的机理分别是什么?影响油纸组合绝缘击穿电压的因素有哪些?(20 分) 6、 什么是电气设备绝缘的老化?引起老化的主要原因有哪些?绝缘材料的寿命与老化时 间的关系是什么,请用图表示?(20 分)

本科生 考试试卷(样卷)答案
1、 请分析棒-板间隙中,棒为何种极性时电晕起始电压高?为什么? 答:棒-板间隙中,棒为正极性时电晕起始电压高。棒-板间隙是典型的极不均匀电场。 当棒具有正极性时,间隙中出现的电子向棒运动,进入强电场区,开始引起电离现象而 形成电子崩。随着电压的逐渐上升,到放电达到自持、爆发电晕之前,在间隙中形成相当多 的电子崩。当电子崩达到棒极后,其中的电子就进入棒极,而正离子仍留在空间,相对来说 缓慢地向板极移动。于是在棒极附近,积聚起正空间电荷,而减少了紧贴棒极附近的电场, 而略为加强了外部空间的电场。这样,棒极附近的电场被削弱,难以造成流注,这就使得自 持放电也即电晕放电难以形成。 当棒具有负极性时,阴极表面形成的电子立即进入强电场区,造成电子崩。当电子崩中 的电子离开强电场区后,电子就不再能引起电离,而以越来越慢的速度向阳极运动。一部分 电子直接消失于阳极, 其余的可为氧原子所吸附形成负离子。 电子崩中的正离子逐渐向棒极 运动而消失于棒极,但由于其运动速度较慢,所以在棒极附近总是存在着正空间电荷。结果 在棒极附近出现了比较集中的正空间电荷, 而在其后则是非常分散的负空间电荷。 负空间电 荷由于浓度小,对外电场的影响不大,而正空间电荷将使电场畸变。棒极附近的电场得到增 强,因而自持放电条件易于得到满足、易于转入流注而形成电晕放电。 所以,棒为正极性时电晕起始电压比负极性时略高。 评分标准:此题共 15 分。回答正极性时电晕起始电压高,得 3 分;说明并分析,共 12 分, 每个方面得 6 分。 2、 测量介损( tg? 值)能发现哪些缺陷?为什么有时会测到负的介质损耗 tg? 值,如果用 QS1 电桥测试得到负值,应该如何来计算? 答:介质损耗角是绝缘预防性试验的主要项目之一。它在发现绝缘整体受潮、劣化等缺陷方 面比较灵敏有效,尤其是对小型电气设备。因此介损值的测量在绝缘试验中占有重要地位。 测量中,电桥上显示负的 tg? 值可能有以下原因: (1) 标准电容器受潮 (2) CN 线的接头接触不好,尤其是三叉口插头的焊接头脱落 (3) 电场干扰 (4) 磁场干扰 用 QS1 电桥测介质损耗 tg? 值。当出现负值时,从电桥结构上看 C1 由原来与 R4 并联变为 与 R3 并联。由电桥平衡方程可得出计算公式

tg? ?

1

tg? ——试品实际出现的负介损值; -C4——从电桥上所读得的“- tg? ”测量值 式中 评分标准:此题共 20 分。第一问,得 4 分;第二问,得 8 分;第三问,说明得 2 分,列出 公式得 6 分。
3、 如图所示为进行绝缘局部放电试验的原理接线图。HV 为交流高压试验源,Z 为低通滤 波器,Cx 为被试品电容,其值为 2000pF。Ck 为耦合电容,其值为 200pF。由 Cm 和 Rm 组成检测阻抗。当 HV 达到一定的试验电压时,若 Ck 上产生了 5pC 的局部放电量,请问 由此因素可误解为 Cx 上发生了多少 pC 的视在局部放电量?请推导说明(15 分)

?C X R X

? ?R3 (?C 4 ) ? 10?6

Z Ck

HV

Cx Rm M Cm A

?u ?
1)当 Cx 发生放电时,试品 Cx 两端产生的瞬变电压

q C ?C Cx ? k m Ck ? Cm

?u m ? ?u ?
在检测阻抗上建立的电压是

Ck q ? ? Ck Ck ? Cm Ck C x ? C x Cm ? Ck Cm
?u ' ? q' C ?C Ck ? x m C x ? Cm

2)而当 Ck 发生放电时,耦合电容 Ck 两端产生的瞬变电压
' ?u m ? ?u ?

在检测阻抗上建立的电压是 从而,根据检测阻抗上测得的电压值,可发现下面的关系

Cx q' ? ? Cx C x ? Cm Ck C x ? C x Cm ? Ck Cm

q ? Ck ? q ' ? C x q ? 5 ? 2000/ 200 ? 50( pC)
所以,当 Ck 上产生了 5pC 的局部放电量,可能误解成 Cx 上产生了 50pC 的放电量。 评分标准:此题共 15 分。计算公式及其推导,得 10 分;计算结果正确,得 5 分。 4、 根据变压器油的色谱分析数据诊断变压器内部故障的原理是什么? 答: 电力变压器绝缘多系油纸组合绝缘, 内部潜伏性故障产生的烃类气体来源于油纸绝缘的 热裂解,热裂解的产气量、产气速度以及生成烃类气体的不饱和度,取决于故障点的能量密 度。故障性质不同,能量密度亦不同,裂解产生的烃类气体也不同,电晕放电主要产生氢, 电弧放电主要产生乙炔,高温过热主要产生乙烯。故障点的参量不同,上述各种气体产生的 速率也不同。 这是由于在油纸等碳氢化合物的化学结构中因原子间的化学键不同, 各种键的 键能也不同。 含有不同化学键结构的碳氢化合物有程度不同的热稳定性, 因而得出绝缘油随 着故障点的温度升高而裂解生成烃类的顺序是烷烃、烯烃和炔烃。同时,又由于油裂解生成 的每一烃类气体都有一个相应最大产气率的特定温度范围, 从而导出了绝缘油在变压器的各 不相同的故障性质下产生不组份、不同含量的烃类气体的简单判据。 评分标准:此题共 10 分。 答到“故障性质不同,能量密度不同, 裂解产生的烃类气体不同” , 则可得 4 分,有相关说明,得 6 分。 5、 电、热击穿的机理分别是什么?影响油纸组合绝缘击穿电压的因素有哪些? 答:电击穿机理:在电场作用下,当电场强度足够大时,介质内部的电子带着从电场获得的 能量,急剧地碰撞它附近的原子和离子,使之游离。因游离而产生的自由电子在电场的作用

下又继续对其他原子或离子发生碰撞,这个过程不断地发展下去,使自由电子越来越多,在 电场作用下定向流动的自由电子多了,如此,不断循环下去,终于在绝缘结构中形成了导电 通道,绝缘性能就完全被破坏。 热击穿机理: 在电场的作用下, 由于环境温度过高或由于内部损耗所产生的热量使绝缘 温度升高, 导致分子的无规则运动加剧, 自由电子增多若发热量大于向周围媒质散出的热量, 则温度继续将不断上升,随着温度不断升高,介质损耗,泄漏电流不断增加,这样温度和损 耗交相递增,进入恶性循环状态,直至绝缘发生烧焦、开裂或是局部熔化,最后导致击穿。 影响油纸组合绝缘击穿电压的主要因素如下: (1) 电压作用时间的长短。电压作用时间对油纸绝缘的电气强度的影响很大。 (2) 介质厚度。单纯增加介质厚度对提高绝缘的电气强度的收效是有限的。因为增厚绝 缘层(一般增加纸的层数)后,绝缘上的平均场强降低,并且纸中弱点重合机会减 小,从而使击穿电压得到提高,但极间距离的增大使边缘效应更严重,且对散热更 加不利,这样使击穿电压的提高遭到部分抵消,过度增厚绝缘实际上会因热性能变 劣而适得其反。 (3) 油压。提高油压可以提高油纸组合绝缘的工频长时间作用下的电气强度。 (4) 局部放电。局部放电对油纸组合绝缘的长期电气强度有很大影响。必须通过改善电 场结构和减少杂质含量(特别是含水量)来降低局部放电量。 评分标准:此题共 20 分。电击穿机理叙述,得 4 分;热击穿机理叙述,得 4 分;组合绝缘 击穿电压的影响因素 4 个方面,共 12 分,每一方面 3 分。 6、 什么是电气设备绝缘的老化?引起老化的主要原因有哪些?绝缘材料的寿命与老化时 间的关系是什么,请用图表示? 答:电气设备的绝缘在长期运行过程中会发生一系列物理 变化(例如固体介质软化或熔解等形态变化、低分子化合 物及增塑剂的挥发等)和化学变化(例如氧化、电解、电 离、生成新物质等) ,致使其电气、机械及其他性能逐渐 劣化(例如电导和介质损耗增大、变脆、开裂等) ,这种 现象统称为绝缘的老化。 促使绝缘老化的原因很多,主要有热、电和机械力的 作用,此外还有水分(潮气) 、氧化、各种射线、微生物 等因素的作用。 绝缘材料的寿命与老化时间的关系如图所示。 评分标准:此题共 20 分。对老化含义进行正确描述,可得 7 分;说明老化原因,答对其中 4 项,可得 8 分;作出寿命与老化时间的关系图,得 5 分。


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