高電壓工程實驗報告(共17頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上沿面放電實驗（一） 實驗目的：1 了解沿面放電的基本概念。2 研究介質(zhì)沿面放電的基本現(xiàn)象及影響沿面放電的一些因素。（二） 實驗內(nèi)容：固體介質(zhì)處于不均勻電場中，且介質(zhì)界面電場具有強垂直分量。當所加電壓還不高時，電極附近首先出現(xiàn)電暈放電，然后隨著所加電壓的不斷升高，放電區(qū)域逐漸變成由許多平行的火花細線組成的光帶，即出現(xiàn)輝光放電。火花細線的長度隨著電壓的升高而增大，當電壓超過某一臨界值后，放電性質(zhì)發(fā)生變化，出現(xiàn)滑閃放電。當電壓再升高一些，放電火花就將到達另一電極，發(fā)生沿面閃絡(luò)。仔細觀察沿面放電的整個過程，了解各個階段沿面放電現(xiàn)象的特點，并闡明發(fā)生沿面放電現(xiàn)象的原理。（三）

2、實驗用儀器設(shè)備：1 800kV無局放工頻試驗變壓器2 JJFB1交流峰值電壓表3 平板式電極（小圓柱和平板為電極）（四） 實驗用詳細線路圖或其它示意圖：圖1 沿面放電試驗線路圖圖2 平板式電極（小圓柱和平板為電極）（五） 實驗有關(guān)原理及原始計算數(shù)據(jù)，所應(yīng)用的公式：實驗的有關(guān)原理請參考文獻4和上述（四）中部分實驗的原理圖。（六） 實驗數(shù)據(jù)記錄：放電階段施加電壓放電特點電暈放電輝光放電滑閃放電表1空氣間隙放電實驗記錄表的參考式樣（七） 實驗結(jié)果的計算及曲線：本次實驗沿面放電分為三個階段：電暈放電、輝光放電和滑閃放電。圖3 電暈放電階段 圖4 輝光放電階段 圖5 滑閃放電階段（八） 對實驗結(jié)果、實驗

3、中某些現(xiàn)象的分析討論： 思考并完成下述問題：1 進行高電壓試驗時為什么要特別注意安全？應(yīng)采取那些安全措施？（1）因為在高電壓下工作，由于疏忽，人體與帶高電壓設(shè)備部分的距離小于安全距離時極可能發(fā)生人身傷亡事故；因錯接試驗電路或錯加更高的試驗電壓很可能使試驗設(shè)備或被試設(shè)備發(fā)生損壞。（2）為了保證實驗安全的進行，可采取以下安全措施：充分做好實驗前的準備工作，擬定好實驗方案，嚴格按照相關(guān)規(guī)程和實驗老師的的指導進行實驗； 多人協(xié)同工作，明確分工，同時相互提醒，也可專設(shè)一人負責安全監(jiān)察；實驗中，全體人員必須思想集中，全神貫注，不能閑聊、隨意走動，更不可隨意觸碰； 時刻注意與帶電高壓設(shè)備保持安全距離；等。2

4、 沿面放電共有哪幾種類型？各種沿面放電類型有什么特點？沿面放電根據(jù)固氣交界面上的電場分布情況可以分為以下三種類型：（1）均勻和稍不均勻電場中的沿面放電。固體介質(zhì)處于均勻電場中，且界面與電力線平行。這種情況在工程上較少遇到，但實際結(jié)構(gòu)中常會遇到介質(zhì)處于稍不均勻電場中的情況，此時的放電現(xiàn)象與上述均勻電場中的而又很多相似之處。在兩平板電極間放入一固體介質(zhì)，界面與電力線平行，沿面閃絡(luò)電壓要比純空氣間隙的擊穿電壓降低很多，原先的均勻電場發(fā)生了畸變。（2）極不均勻電場且具有強垂直分量時的沿面放電。會隨著電壓的逐漸增加，依次出現(xiàn)電暈放電、輝光放電、滑閃放電、閃絡(luò)的現(xiàn)象。（3）極不均勻電場中垂直分量很弱時的沿

5、面放電。平均閃絡(luò)場強比均勻時低得多；由于界面上的電場垂直分量很弱，因而不會出現(xiàn)熱電離和滑閃放電；平均閃絡(luò)場強大于前一種有滑閃放電時的情況。3 本次實驗的沿面放電屬于哪一種放電類型？本次實驗屬于極不均勻電場且具有強垂直分量時的沿面放電。玻璃處于極不均勻電場中，且界面電場的垂直分量比平行于表面的切線分量要大得多。4 本次實驗的沿面放電過程中經(jīng)歷了哪幾個階段？各階段有什么放電特點？本次實驗的沿面放電過程經(jīng)歷了四個階段：a、當所加電壓還不高時，圓柱形電極附近首先出現(xiàn)淡藍色的光環(huán)，即出現(xiàn)電暈放電；b、隨著所加電壓的不斷升高，放電區(qū)域逐漸變成由許多平行的火花細線組成的光帶，即出現(xiàn)輝光放電；c、火花細線的長

6、度隨著電壓的升高而增大，當電壓超過某一臨界值后，放電性質(zhì)發(fā)生變化，出現(xiàn)滑閃放電；d、當電壓再升高一些，放電火花就將到達另一電極，發(fā)生沿面閃絡(luò)。5 提高沿面放電電壓的措施有哪些？（1）采用屏蔽或屏障，使沿固體介質(zhì)表面的電位分布均勻化；（2）減小比表面電容，減小固體表面電阻率； （3）消除絕緣體與電極接觸面處的縫隙；（4）改善高壓電極形狀，使其曲率半徑增大。等等具體而言，以實心瓷套管為例：（1）在瓷套的內(nèi)壁上噴鋁，消除氣隙兩側(cè)的電位差，防止氣隙中出現(xiàn)放電現(xiàn)象；（2）加大法蘭處瓷套的外直徑和壁厚，防止過早地出現(xiàn)滑閃放電；（2）在法蘭處電場較強的瓷套外表面上涂半導體漆或半導體釉，使此處壓降逐

7、漸減小，從而防止滑閃放電過早的出現(xiàn)，提高沿面閃絡(luò)電壓；（4）采用能調(diào)節(jié)徑向和軸向電場分布的電容式套管和絕緣性能更好的充油式套管。等等?？諝忾g隙放電實驗（一） 實驗目的：1 通過試驗，掌握直流高電壓的測量方法。2 研究在極不對稱電場下，間隙距離和極性條件對不同間隙擊穿電壓的影響。（二） 實驗內(nèi)容：1 測量在的直流高電壓作用下，棒板間隙的擊穿電壓和間隙距離的關(guān)系。A：棒為正極性時，極間距離為2、3、4 cm。B：棒為負極性時，極間距離為2、3、4 cm。2 測量在直流高電壓作用下，棒棒間隙的擊穿電壓和間隙距離的關(guān)系。棒棒時，極間距離為2、3、4 cm。（三） 實驗用儀器設(shè)備：1 間隙放電本體及控制

8、臺2 50kV試驗變壓器3 100kV靜電電壓表4 1000pF電容器（四） 實驗用詳細線路圖或其它示意圖：圖1 直流高電壓原理圖圖2 各種電極間的空氣間隙圖3 棒板氣隙中的電場畸變（五） 實驗有關(guān)原理及原始計算數(shù)據(jù)，所應(yīng)用的公式：實驗的有關(guān)原理請參閱參考文獻2、4和上述（四）中部分實驗的原理圖。實驗的原始數(shù)據(jù)：擊穿電壓值從靜電電壓表上直接讀取。（六） 實驗數(shù)據(jù)記錄： 間隙距離 擊穿電壓2cm3cm4cm正棒板14.0414.0814.8318.6419.0519.0822.6822.0321.54負棒板23.2923.5423.4433.7334.0334.2042.6442.7342.42

9、棒棒14.1614.4113.9420.8120.5221.2626.1526.6926.06表1空氣間隙放電實驗記錄表（七） 實驗結(jié)果的計算及曲線：在同一坐標軸下畫出正棒板、負棒板、棒棒三種空氣間隙的擊穿電壓與間隙距離的關(guān)系曲線。 間隙距離 擊穿電壓2cm3cm4cm正棒板14.3218.9222.08負棒板23.4233.9942.60棒棒14.1720.8626.30（八） 對實驗結(jié)果、實驗中某些現(xiàn)象的分析討論： 思考并完成下述問題：1 進行高電壓試驗時為什么要特別注意安全？應(yīng)采取那些安全措施？（1）因為在高電壓下工作，由于疏忽，人體與帶高電壓設(shè)備部分的距離小于安全距離時極可能發(fā)生人身傷

10、亡事故；因錯接試驗電路或錯加更高的試驗電壓很可能使試驗設(shè)備或被試設(shè)備發(fā)生損壞。（2）為了保證實驗安全的進行，可采取以下安全措施：充分做好實驗前的準備工作，擬定好實驗方案，嚴格按照相關(guān)規(guī)程和實驗老師的的指導進行實驗； 多人協(xié)同工作，明確分工，同時相互提醒，也可專設(shè)一人負責安全監(jiān)察；實驗中，全體人員必須思想集中，全神貫注，不能閑聊、隨意走動，更不可隨意觸碰； 時刻注意與帶電高壓設(shè)備保持安全距離；等。2 分析上述關(guān)系曲線，并詳細解釋產(chǎn)生這種結(jié)果的基本原理。（1）同一電極情況，不同間隙距離。從上述各關(guān)系曲線可以看出，隨著間隙距離的增大，擊穿電壓增大。因為，同等電壓下，電場強度與間隙距離負相關(guān)，間隙距離

11、越大，電場強度越小，亦即需要加更大的電壓才能達到擊穿要求。（2）同為“棒-板”電極，棒的極性不同。從上述關(guān)系曲線可以看出，棒極帶正電位時，擊穿電壓要比帶負電時低很多。因為棒極帶正電時，棒極附近強場區(qū)內(nèi)的電暈放電將在棒極附近空間留下許多正離子。這些正離子雖然朝板極移動，但速度很慢而暫留在棒極附近。這些正空間電荷削弱了棒極附近的電場強度，而加強了正離子群外部空間的電場。因此，當電壓進一步提高，隨著電暈放電區(qū)的擴展，強場區(qū)亦將逐漸向板極方向推進，因而放電的發(fā)展是順利的，直至氣隙被擊穿。而棒極帶負電時，電子崩將由棒極表面出發(fā)向外發(fā)展，崩頭的電子在離開強場區(qū)后，雖不能再引起新的碰撞電離，但仍將繼續(xù)往板極

12、運動，而留在棒極附近的也是大批正離子。這是他們將加強棒極表面附近的電場而削弱外圍空間的電場。所以，當電壓進一步提高時，電暈區(qū)不易向外擴展，整個氣隙的擊穿將是不順利的，因而這時氣隙的擊穿電壓要比正極性時高得多，完成擊穿過程所需的時間也要比正極性時長得多。（3）“棒-棒”和“棒-板”。從上述關(guān)系曲線來看，“棒-棒”氣隙的擊穿電壓介于前述兩種“棒-板”氣隙的擊穿特性之間。因為，“棒-棒”氣隙的極性效應(yīng)不明顯，可以忽略不計，沒有明顯的增強或削弱擊穿特性的效應(yīng)，其擊穿電壓介于兩種“棒-板”氣隙之間。電纜波過程實驗（一） 實驗目的：1 加深對分布參數(shù)電路理論的理解，對電纜波過程實驗結(jié)果與彼得森法則計算結(jié)果

13、進行比較學會彼得森法則的實際應(yīng)用。2 學習測量波過程、波速度和衰減系數(shù)的方法。3 研究行波在電纜節(jié)點上的折、反射及多次反射的運動規(guī)律。（二） 實驗內(nèi)容：1 通過實驗裝置，不斷調(diào)節(jié)兩個可變電阻，觀察和測量電纜兩端的電壓波形。通過比較電壓波形可以測量電纜的波阻抗，即比較R1Z，R2Z時的電壓波形和R1Z，R2Z的電壓波形。2 觀察和測量行波在電纜中傳播的速度。當R1Z，R2Z(可取R2)時，通過測量進入波的前沿和反射波前沿的時間差，即可計算得到被測電纜的波速度。3 觀察和測量行波在電纜中傳播的衰減。通過測量R1Z，R2Z時電纜首末端電壓波形的幅值，比較這兩個幅值的差值即可計算得到被測電纜的衰減系數(shù)

14、。4 測量電纜進波處的電壓波形；可變電阻參數(shù)為：R1R21/9Z；R1R29Z；R11/9Z，R29Z；R19Z，R21/9Z。并與計算值比較。5 R1R2Z，在電纜中點并一個電容器，測量電纜進波處和終點處的電壓波形。6 R1R2Z，在電纜中點串一個電感器，測量電纜進波處和終點處的電壓波形。（三） 實驗用儀器設(shè)備：1 20MHz100MHz 示波器2 方波發(fā)生器3 電纜波過程（四） 實驗用詳細線路圖或其它示意圖：圖1 實驗電纜箱原理圖圖2 電纜中點并一個電容器圖3 電纜中點串一個電感器（五） 實驗有關(guān)原理及原始計算數(shù)據(jù)，所應(yīng)用的公式：實驗的有關(guān)原理請參考文獻2、4和上述（四）中部分實驗的原理圖

15、。實驗原始數(shù)據(jù)：波形的參數(shù)從示波器上讀得。（六） 實驗數(shù)據(jù)記錄：1、 電纜長度：L1、L2兩段電纜各150m。2、 進入波的前沿和反射波前沿之間的時間差：2.000s3、 R1Z，R2Z電纜首末端電壓波形的幅值：首端：8.4V，末端：6.4V。4、不同R1、R2時的電纜進波處電壓波形：（1）R1R21/9Z；（2）R1R29Z；（3）R11/9Z，R29Z；（4）R19Z，R21/9Z；5、R1R2Z，在電纜中點并一個電容器，（1）進波處的電壓波形（2）終點處的電壓波形6、R1R2Z，在電纜中點串一個電感器，（1）進波處的電壓波形（2）終點處的電壓波形（七） 實驗結(jié)果的計算及曲線：1、 波速度

16、：=2L1/t = 150m/s2、 電纜的衰減系數(shù)：（U首-U末）/U首= 23.81%3、 接入電感和電容后的行波波形示例如下：圖4 行波穿過電感時的折、反射圖5 行波旁過電容時的折、反射（八） 對實驗結(jié)果、實驗中某些現(xiàn)象的分析討論： 思考并完成下述問題：1 若被測量電纜的外皮不接地，對電纜波過程實驗有什么影響？如何解釋？如果外皮不接地，則電容C0電感L0數(shù)值會出現(xiàn)偏差（變低），架空線路波速計算公式v=1L0C0，電纜線路波速度計算公式形式與此相同，只是系數(shù)差別而已，由此可以看出，測量得到的波速度將會偏大。2 當波發(fā)生器內(nèi)阻不為零，對電纜波過程實驗有什么影響？波發(fā)生器內(nèi)阻不為零，相當于R1

17、偏大，這樣會使入口處的折反射偏離預設(shè)（折射、反射系數(shù)都偏?。?，影響實驗效果。3 行波一般在電纜中的傳播速度為什么比在架空導線的傳播速度慢？波速：v=1L0C0=1=100×1rr其中，100為架空線路中的波速，與光速相等。架空線路中，由于是空氣，所以r=1；r=1。但電纜中，r>1；r>1，所以傳播速度比架空線路中慢，一般約為半光速，即150m/s。4 在電纜中點并聯(lián)電容器或串聯(lián)電感器對電壓波形有什么影響？這種改變有什么實際應(yīng)用？波經(jīng)過串聯(lián)電感器或者并聯(lián)電容器后陡度均有下降，這是由于電感器兩端的電流不能突變，電容器兩端的電壓不能突變。但對階躍波而言，電感器或電容器并不會對

18、波的最終穩(wěn)態(tài)值發(fā)生影響。在防雷保護中常用這種效應(yīng)來削減雷電流動波的陡度。5 如實驗中兩電纜的波阻抗不相等，則實驗5和實驗6的電壓波形會有什么變化？假設(shè)Z1<Z2，此時>1，>0。而原來=1，=0。電感： 可見，U2(0)不變，U2()增大，即出口處電壓初值不變，穩(wěn)態(tài)值變大；U-1(0)不變，U-1()變小，即進口處電壓初值不變，穩(wěn)態(tài)值變小。 電容： 可見，U2(0)不變，U2()增大，即出口處電壓初值不變，穩(wěn)態(tài)值變大；U-1(0)不變，U-1()變小，即進口處電壓初值不變，穩(wěn)態(tài)值變小。6 分析折射系數(shù)和反射系數(shù)的變化范圍以及它們的關(guān)系。=2Z2Z1+Z20,2 =Z2-Z1Z1+Z2-1,1由以上兩式可得：=+17 在什么條件下長導線可用集中參數(shù)元件代替？行波沿分布參數(shù)的線路射入，且無需研究該長導線上行波的情況下在兩者時間常數(shù)相等時可以等效代替。8 架空線路的波阻抗大約為多少？線高，線徑和分裂數(shù)三個因素，哪一個對波阻抗Z的影響較大？一般架空線路的波阻抗大約為500，分裂導線的波