负空间

简答题

三：问答题（每题6分，共24分）

1：叙述汤逊放电理论。

答：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de

个。假设每次电离撞出一个正离子，

故电极空间共有（de

－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（de

－1）个正离子在到达阴极表面时

可撞出



（de

－1）个新电子，则(de-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(de-1)=1

或

de

＝1。

2：叙述冲击电压发生器的原理。

答：如右图所示，冲击电压发生器整

流装置向主电容C

t

充电，充电完成后，控

制放电间隙g放电，出现下述充放电阶段：

①C

t

通过R

f

向被试品C

f

放电，形成冲击

电压的波前部分；

②C

f

上电压和C

t

上电压相等时，C

f

和C

t

并联向R

t

放电形成冲击

电压波尾部分；

调节R

f

可调节波前时间，调节R

t

可调节波长时间。

3：简述变电站防雷保护的各种措施。

答：①装设避雷针（线）进行直击雷保护，应满足：

A:变电站所有的被保护物，应处于避雷针的保护范围之

内；

B:避雷针和被保护设备之间应保持应有的距离；

C:避雷针和被保护设备接地装置在土壤中也应保持应有

距离，以防反击。

C

tC

f

R

t

R

f

g

②安装避雷器，应注意避雷器到被保护物之间的电气距离，不能

超过其保护范围。

③采用进线保护段，以限制流过避雷器的雷电流，降低雷电流陡

度。

4：金属氧化物避雷器电气特性的基本指标有哪些？请对每个指标给

出简要解释。

答：①额定电压：避雷器两端之间允许施加的最大工频电压有效

值；

②最大持续运行电压：允许持续加在避雷器两端之间的最大工频

电压有效值，其值一般等于或者大于系统运行最大工作相电

压。

③参考电压：包括工频参考电压和直流参考电压，指避雷器通过

1mA工频电流阻性分量或者1mA直流电流时，其两端之间的

工频电压峰值或直流电压。

④残压：放电电流通过避雷器时，两端的电压峰值。

⑤通流容量：表示阀片耐受通过电流的能力，通常用短持续时间、

大冲击电流作用两次和长持续时间近似方波电流多次作用来

表征。

⑥电压比：通过波形为8/20µs的标称电压峰值与直流参考电压的

比值；

⑦荷电率：最大持续运行电压峰值和直流参考电压的比值；

⑧保护比：标称放电电流下残压与最大持续运行电压峰值的比

值；

三.简答题（每题4分，共12）

1:输电线路雷击跳闸率

12

nNgpNpp





，试述个参数及其

乘积的物理意义。

答：N—每百公里线路每年的落雷次数；η—建弧率；g—击杆率；

ρα—绕击率；p1—雷电流幅值超过雷击杆塔时耐雷水平的概率；

p2—雷电流幅值超过雷击导线时耐雷水平的概率；

2：输电线路的波阻抗和集中参数的阻抗有何区别？

答：输电线路的波阻抗与线路长度无关。

1波阻抗只是一个比例常数，完全没有长度的概念，线路长

度的大小并不影响波阻抗Z的数值；而一条长线的电阻是与线路长度

成正比的；

2波阻抗从电源吸收的功率和能量是以电磁能的形式存储在

导线周围的媒介中，并未消耗掉；而电阻从电源吸收的功率和能量均

转化为热能而消散掉了。

3：试述切除空载线路过电压的原因及限制措施？

答：根本原因，断路器的重燃。限制措施，一是改善断路器结构，

提高触头间介质的恢复强度和灭弧能力，避免重燃；二是降低断路器

触头间的恢复电压，使之低于介质恢复强度，也能达到避免重燃的目

的。

1.三.简答题（每题6分，共30）

1：为什么棒－板间隙中棒为正极性时电晕起始电压比负极性时

略高？

答：（1）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，从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，难以造成流柱，这就使得自持放电也即电

晕放电难以形成。（3分）

（2）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。一部份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、易于转入流柱而形成电晕放电。（3分）

2：为什么均匀电场中沿面闪络电压比纯空气间隙的击穿电压要

低？

答：均匀电场中插入固体介质后仍能保持界面与电力线平行，看起来似乎固体介

质的插入完全不影响原来的电场分布。其实不然，此时的沿面闪络电压已比纯空

气间隙的击穿电压低得多，这说明原先的均匀电场发生了畸变，原因为：①固体

介质与电极吻合不紧密，存在气隙。由于空气的ε气比固体介质的ε固低，气隙

中场强比平均场强大得多，气体中首先发生局部放电。放电发生的带电质点，到

达固体介质表面使原均匀电场畸变，变成不均匀电场，降低了沿面闪络电压。（2

分）②固体介质表面吸潮而形成水膜。水具有离子电导，离子在电场中受电场力

作用而沿介质表面移动，在电极附近积聚起电荷，使介质表面电压不均匀，电极

附近场强增强。（2分）③介质表面电阻分布不均匀，表面粗造，有毛剌或损伤，

都会引起介质表面分布不均匀，使闪络电压降低。（2分）

3：高压实验室中常用来测量交流高电压的方法的有哪几种？

答：通常有两种方法：用球隙或峰值电压表测量交流高压的峰值，（2分）用静

电电压表测量交流高压的有效值。（2分）峰值电压表和静电电压表通常与分压

器配合使用以扩大仪表的量程。（2分）

4：波阻抗与集中参数电阻本质上有什么不同?

答：（1）波阻抗表示同一方向的电压波与电流波的比值，电磁波通过波阻抗为

Z的导线时，能量以电能、磁能的方式储存在周围介质中，而不是被消耗掉。（3

分）（2）若导线上前行波与反行波同时存在时，则导线上总电压与总电流的比

值不再等于波阻抗；（1分）（3）波阻抗Z的数值只取决于导线单位长度的电

感和电容，与线路长度无关；（1分）（4）为了区别不同方向的流动波，波阻

抗有正、负号。（1分）

5：空载线路合闸过电压产生的原因和影响因素是什么？

答：合空载线路是电网中常见的操作。在超高压系统中，合、重合空载长线过电

压是选择电网绝缘水平的决定因素。在合、重合空载长线路的操作中，重合闸过

电压往往更严重，因为当线路残余电压与电源电压极性相反时会使振荡过程加

剧。考虑到空载长线路的电容效应（3分）。合空载长线过电压可能过到额定电

压的3.0倍，而我国超高压电网操作过电压下的绝缘裕度通常均取得较低，因此

常采取以下措施来限制此类过电压：①采用带合闸电阻的断路器；②降低工频稳

态过电压值；③消除或削弱线路残余电荷电压；④采用专门装置判断，当断路器

两端电压最低时选相合闸；⑤利用磁吹避雷器或金属氧化物避雷器作为后备保

护。（3分）

三.简答题（每题4分，共12分）

1：叙述气体放电过程。

答：在外施电场作用下，电子崩由阴极向阳极发展，由于气体原子（或分子）的

激励、电离、复合等过程产生光电离，在电子崩附近由光电子引起新的子电子崩,

电子崩接近阳极时，电离最强,光辐射也强。光电子产生的子电子崩汇集到由阳

极生长的放电通道，并帮助它的发展，形成由阳极向阴极前进的流注（正流注），

流注的速度比碰撞电离快。同时，光辐射是指向各个方向的，光电子产生的地点

也是随机的，这说明放电通道可能是曲折进行的。正流注达到阴极时,正负电极

之间形成一导电的通道，可以通过大的电流，使间隙击穿。如果所加电压超过临

界击穿电压（过电压），电子崩电离加强，虽然电子崩还没有发展到阳极附近，

但在间隙中部就可能产生许多光电子及子电子崩,它们汇集到主电子崩,加速放

电的发展，增加放电通道的电导率，形成由阴极发展的流注（负流注）。当电子

崩头部的电场比外加电压在间隙中形成的均匀电场更强时，电子崩附近电场严重

畸变，电离剧烈，放电可以自行发展成流注，从而导致间隙击穿。

2：试写出单根避雷针的保护范围计算公式。

答：单支避雷针单支避雷针的保护范围如图8-6所示，在被保护物高度hx水平

面上的保护半径rx应按下列公式计算：

当

2

h

h

x

时

phphhr

axx

)(

当

2

h

h

时

phhr)25.1(

xx



式中：rx——避雷针在hx水平面上的保护半径，m；

hx——被保护物的高度，m；

h——避雷针的高度，m；

ha——避雷针的有效高度，m；

P——高度影响系数，h≤30m，P＝1；30m＜h≤120m，

hp/5.5

；当

h＞120m时，取其等于120m。

可计算出避雷针在地面上的保护半径：

hpr5.1

x



。

3：对架空线路绝缘子串，如何确定工作电压其所需绝缘子片数？确

定操作过电压下其所需绝缘子片数？

答：在根据杆塔机械载荷选定绝缘子型式之后，需要确定每串绝缘子的片数，以

满足下列要求：

a.在工作电压下不发生污闪；

b.雨天时在操作过电压作用下不发生闪络(湿闪)。

c.具有一定的雷电冲击耐压强度，保证一定的线路耐雷水平。

确定绝缘子串的片数的具体做法简介如下：

（1）按工作电压下所要求的泄漏距离（爬电比距）S决定所需绝缘子片数n绝

缘子串应有足够的沿面爬电比距以防止在工作电压下发生污闪。具体的作法是：

按工作电压下所需求的泄漏距离决定所需绝缘子片数，然后按操作过电压及耐雷

水平的要求进行验算。爬电比距定义如下：

kVcm

U

n

s/





式中n——每串绝缘子的片数

λ——每片绝缘子的爬电距离，cm。

U——线路的额定电压（有效值），kV。

对于不同的污秽地区要求一定的爬电比距S0，必须满足0

SS

，否则污闪事故

将比较严重，会造成很大损失。《高压电力设备外绝缘污秽等级》中把外绝缘按

污染程度划分为0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级，其中0级相应于无明显污秽地区。各级

要求的最小爬电比距值如表9-8所示。

由此可得出根据最高工作线电压确定每串绝缘子的片数为



US

n0

1



（2）按内部过电压进行验算绝缘子串除应在长期工作电压下不发生闪络外，还

应耐受操作过电压的作用。即绝缘子串的湿闪电压在考虑大气状态等影响因素并

保持一定的裕度后，应大于可能出现的操作过电压。通常取10％的裕度．则绝

缘于的工频或操作湿闪电压Ush为

Ush=1.1k0Uxg

式中k0为操作过电压的计算倍数；Uxg为最高运行相电压。

三.简答题（每题6分，共30分）

1：叙述汤逊理论的基本观点和流注理论的基本观点以及它们的适用

范围。

汤逊理论只适用于pd值较小的范围，流注理论只适用于pd值较大的范围，两者的过渡值为

pd≈26.66kPacm。（1分）汤逊理论的基本观点是：电子的碰撞电离是气体放电时电流倍增

的主要过程，而阴极表面的电子发射是维持放电的重要条件。（2分）流注理论的基本观点：

①以汤逊理论的碰撞电离为基础，强调空间电荷对电场的畸变作用，着重于用气体空间的光

电离来解释气体放电通道的发展过程。②放电以起始到击穿并非碰撞电离连续量变的过程，

当初始电子崩中离子数达到108以上时，要引起空间光电离这样一个质的变化，此时由光子

造成的二次崩向主崩汇合而形成流注。③流注一旦形成，放电就转入自持。（3分）

2：画出交流耐压试验接线图，说明各元件的作用。

2：画出工频交流耐压试验接线图，并简述工频耐压试验方法。

AV一调压器PV

1

一低压侧电压表T一工频高压装置R

1

一变压器保护电阻

R

2

一测量球隙保护电阻PV

2

一高压静电电压表TO一被测试品F一测量球隙Lf一Cf一

谐波滤波器（3分）

试验方法：按规定的升压速度提升作用在被测试品上的电压。直到所需的试验电压U为止，

此时开始计时。为了让有缺陷的的试品绝缘来得及发展局部放电或完全击穿，达到电压

U后还要保持一段时间，一般为1min。如果在此其间没有发生绝缘击穿或局部损伤的情

况，则认为该试品的工频耐压试验合格。（3分）

3：解释如下名词：雷击跳闸率、爬电比距、直击雷过电压。

雷击跳闸率：是指在雷暴日数T

d

＝40的情况下、100km的线路每年因雷击而引起的跳闸次

数，其单位为“次/(100km·40雷暴日)（2分）

爬电比距：电力设备外绝缘的爬电距离与设备最高工作电压有效值之比；（2分）

直击雷过电压：指雷直接击中地线或绕击到导线上，雷电流在接地电阻上或导线的阻抗上的

电压降叫直击雷过电压（2分）

4：输电线路耐雷水平是如何定义的？工程上如何提高其耐雷水平？

答：输电线路耐雷水平是指雷击线路时线路绝缘子不发生闪络的最大雷电流幅值。（2分）

工程上采用以下措施提高耐雷水平：架设避雷线、降低杆塔接地电阻、架设耦合地线、采用

不平衡绝缘的方式、自动重合闸、采用消弧线圈接地方式、架设线路避雷器、加强绝缘等。

（4分）

5：简述绝缘配合的原则及方法。

绝缘配合是指综合考虑系统中可能出现的各种作用电压、保护装置特性及设备的绝缘特性，

最终确定电气设备的绝缘水平（2分）

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，以便把作用于设备上的各种电压所引起的绝缘损坏和影响连续

运行的概率，降低到在经济上和运行上能接受的水平。（3分）

.绝缘配合的方法有：惯用法（确定性法）、统计法和简化统计法（1分）

1.简述绝缘污闪的发生、发展机理和防治对策。（15分）

污闪的发生也就是由于外绝缘的绝缘性能下降。绝缘子上会产生污秽，是因为其常年处于户

外，各种工业污秽、自然界飞尘和漂浮盐碱颗粒之类的很容易附着于其上，从而形成一层污

层。一般情况下，干燥的绝缘子表面污层由于其电阻还是很大，对于绝缘子的闪络电压没有

什么影响。但是一旦大气湿度提高，使污层受潮变得湿润，则污层电阻会明显下降，电导剧

增，从而导致绝缘子漏电电流大大增加。这样绝缘子上的闪络电压就会降到一个很低的水平，

其结果是即便在工作电压下，绝缘子都可能发生污闪。

2.汤逊理论与流注理论对气体放电过程和自持放电条件的观点有何

不同？这两种理论各适用于何种场合？（15分）

答：汤逊理论的基本观点：电子碰撞电离是气体电离的主要原因；正离子碰撞阴极表面使阴

极表面逸出电子是维持气体放电的必要条件；阴极逸出电子能否接替起始电子的作用是自持

放电的判据。它只适用于低气压、短气隙的情况。气体放电流注理论以实验为基础，它考

虑了高气压、长气隙情况下空间电荷对原有电场的影响和空间光电离的作用。

在初始阶段，气体放电以碰撞电离和电子崩的形式出现，但当电子崩发展到一定程度之后，

某一初始电子的头部集聚到足够数量的空间电荷，就会引起新的强烈电离和二次电子崩，这

种强烈的电离和二次电子崩是由于空间电荷使局部电场大大增强以及发生空间光电离的结

果，这时放电即转入新的流注阶段。

3.试绘出如图所示各种空气间隙的电压与电场强度沿气隙的分布

曲线[即U=f(x)，E＝f（x）]（20分）

电容和电阻分别为：

3.某双层介质绝缘结构，第一、二层的电容和电阻分别为：

pFC4200

1



，

MR1400

1；

pFC3000

2



，

MR2100

2。当加上40kV

直流电压时，试求：当0t合闸初瞬，1

C

、2

C

上各有多少电荷？到达

稳态后，1

C

、2

C

上各有多少电荷？绝缘的电导电流为多大（20分）

4.什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）

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。

5.试述如何根据试验结果进行绝缘状态的综合判断？（10

分）

2.请简述雷电放电的主要过程，给出标准雷电波形并简要说

明。（15分）

3.为什么大气污染地区的输电线路在大雾、凝露或毛毛雨的

天气易发生绝缘子闪烙停电事故，而在雷雨季节却少见这

类现象？（15分）

4.为什么标准电容器采用气体绝缘？为什么电力电容器采用

油纸绝缘（15分）

5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）

6.有一幅值为2500kV的直角波沿波阻抗为300Ω的线路传

播，线路末端接有对地电容C=0.01μF。求电容上的电压

波形。（10分）

7.雷击地面时，被击点的电位是由什么因素决定的？设雷电流幅值I=100kA，雷电通道

的波阻抗Z0=300Ω，被击点A的对地电阻R=30Ω，求A点的电位UA为多少kV？(10

分)

三：问答题（每题7分，共35分）

1:叙述提高气体击穿电压的措施。

2：叙述长间隙放电的击穿过程。

3：测量绝缘电阻能发现哪些绝缘缺陷？试比较它与测量泄漏电流

试验项目的异同。

4:对交流电气设备绝缘，用直流耐压试验替代交流耐压试验有哪些

特点。

5:列举输电线路常用的防雷措施。