高電壓技術實驗指導書
（部分習題集）
南昌大學資訊工程學院
電力系統及自動化教研室
目錄高壓實驗學生守則1）
實驗一空氣絕緣強度上的極性作用和極間障影響的研究
2）實驗二沿面放電及絕緣油擊穿8）
實驗三介質損耗的測量12）
實驗四電纜中的波過程16）
附錄二接地電阻的測量22）
附錄三24）
附錄四26）
附錄五28）
高壓技術習題與思考題30）
高壓實驗學生守則
學生進行高壓實驗以前，必須認真地學習下列守則，並嚴格遵守，以確保實驗安全，避免造成嚴重的人身或裝置事故。
1．未開始實驗前，未經指導教師同意，不得進入安全遮攔以內，任何時候不要隨意玩弄試驗室中任何裝置。
2．試驗時應嚴肅認真，思想集中，不要作出妨礙他人工作的舉動。
3．實驗過程中每次進入安全遮攔以內，必須先切斷高壓裝置的電源。作接地棒在高壓器及有關的高壓電極處接地，將電容器放電並接地。
4．實驗過程中若需要合上高壓電源，必須先除去高壓變壓器及有關高壓極上的接地棒，閉上遮攔門，並檢查調壓變壓器是否在零位。合上電源後電壓應逐漸公升高。試驗過程中如有異常現象，應及時切斷電源。
5．任何時候在接觸任何高壓裝置的高壓部分以前，應先檢查；
（1）可能帶電的導體是否已經接地；
（2）任何不帶電的金屬部分是否已經用導線牢固接地；
（3）高壓電容器是否已經放電並接地；
（4）供給高壓裝置的電源開關是否已經斷開（只把調壓變壓器退到零位不能算電源已經斷開）。
6．接線需經指導教師檢查無誤後才准開始實驗。
7．每組學生需推定一人負責合閘、拉閘、調整電壓等操作。
另推一人監護安全操作。電源合閘時，操作者應宣告「注意！合閘」。以及其他組同學注意。
8．情緒不正常和精確萎靡者不得進行高壓實驗。
9．現場人員不少於二人者不得進行高壓實驗。
10．實驗前學生應該認真學習實驗指導書和教材中與實驗內容有關的部分，實驗時應備好計算器（或計算尺）。以便隨時核算試驗資料。
11．學生要認真回答指導教師有關本次實驗的提問，多次不能回答問題者，可停止其本次實驗。
12．實驗報告應書寫在規定的實驗報告上，實驗報告中應包括本次實驗的目的和實驗內容等有關專案。對本次實驗資料和有關實驗現象要認真整理、分析和討論。實驗曲線必須畫在座標紙上、實驗報告中的字型應端正清楚，不符合要求的實驗報告應退回重做。
13．實驗結束後，學生應整理實驗現場按手續歸還借用儀器裝置，經指導教師同意後學生才能結束實驗。
14．實驗報告應在實驗後一周內交給教師評閱、考核。
15．實驗指導書和發還的實驗報告至少應儲存到本門課程學習結束為止。
實驗一空氣絕緣強度上的極性作用和極間障影響的研究
一、實驗目的
1．學會高壓實驗的安全技術；
2．學習工頻試驗變壓器的應用及其執行辦法；
3．學習交、直流高電壓的測量方法；
4．從實驗中闡明極不均勻電場下電極性和極間障對空氣間隙擊穿電壓的影響。
二、理論簡悟
空氣間隙抗電抗強度和其擊穿的發展過程的研究在高壓技術中具有實際意義。當間隙一定時，擊穿電壓和電場分布（均勻和不均勻對稱或不對稱）大氣條件，電壓作用時間，以及電場強度較大的電極極性等一系列因素有關。
極不均勻電場的特徵是電極間距離遠大於電極本身曲率半徑，電暈電壓實際上和擊穿電壓相吻合。
極不均勻電場的另一特點是電極形狀的改變，幾乎不影響擊穿電壓，只是當電場分布不對稱時（極不對稱電場）擊穿電壓才出現有較大的差別，因此在實際應用中，對於極不均勻電場中擊穿電壓的估計常利用所謂典型電極（棒-棒、棒-極）的擊穿電壓對間隙距離曲線（兩電極幾何尺寸相差不多時，可利用棒-極曲線例如變壓器相間空氣距離，兩電極幾何尺寸相差很大時，可利用棒-極曲線例如變壓器接線端對油枕的空氣距離）。
在極不對稱電場中，擊穿過程的發展總開始於電場強度大的電極近旁，所以這個電極的極性不同，擊穿電壓也就有極顯著區別。在圖一中可以很明顯的看到具有極不對稱電場的棒-極間隙在正棒時擊穿電壓，遠低於負棒是的擊穿電壓，而從電暈電壓來看棒極為正時則反較負棒時較高些，要說明這些現象不得不比較詳細的複習一下放電發展過程。
不管棒極為正或者為負間隙擊穿以前，在棒極附近總首先出現電暈電壓隨間隙距離的變化（uc：擊穿電壓，ud：電暈電壓）電暈放電，，就決定了棒極性不同，在同樣距離下擊穿電壓也就有很大差別的結果。
當棒極為正時，棒極附近的正遊子。使間隙原來電場較弱部分的電場強度加強了，這樣就有利於游離區域更向負極擴張，容易使游離發展而形成全擊穿過程。
當棒極為負時，緊靠近棒極向負極遲緩移動的正遊子，使原來已經較弱的電場區域更加削弱，亦即是對於跑向正極的電子來說，這些正遊子，起掣動作用。使游離區域難於向正極發展，不容易形成流注結果在同一間隙距離下。負棒擊穿電壓要比正棒高的多。
正電暈和負電暈不論從其外部現象的視察或分析其放電機構都是有本質上的不同。形成自持的電暈放電所必需的二次電子**，對於負棒主要是從負電極上釋放出來，（藉正遊子撞擊陰極作用，特別是陰極表面的光游離，也可能是陰表面的冷放射）。而對於正棒只有
放電距離
圖1 在不同極性下棒一板間隙擊穿電壓
依靠光電子所進行的空間光游離作用才能形成自持的電暈放電。
如果外施電壓為50周交流電壓，那麼間隙的擊穿總在棒極為正的時候擊穿電壓應接近於直流電壓正棒極的情形，但是空間電荷的形成與積累是需要一定時間的，亦即助長擊穿過程因素的形成不及正棒電壓時有利，所以正頻的擊穿電壓和負棒擊穿電壓差別就減少了一些可以想象到如果衝擊電壓作用下，其差別減少的更多。
如果在空氣間隙中放置一層薄層固體介質（極間隙），則離子的運動在此外受到阻礙，附著於極間隙的帶電質點使電場分布發生變化，如果從改變電場分布的觀點來看間隙的作用，那麼極間隙的絕緣強度如何是無關緊要的。事實上只在電壓接近於擊穿電壓時，極間隙的絕緣強度才起重要作用。
若兩電極的距離a不變，改變極間隙對棒極間距離，擊穿電壓和/a比值的關係如圖二所示。
當間隙中具有極間隙時，在極間隙向著棒極的一面，散步著和棒極同以符號的離子，此時極間隙至板極間的一段間隙中電場或多或少的接近於均勻電場。較大部分電壓也承受在這一部分間隙中，這個現象從圖二實驗曲線中的下列事實充分的得到證實。
在極間隙時，極性的影響在很大範圍內是很了，而且他們擊穿電壓的資料也接近與極間隙至極板的均勻電場下的擊穿電壓。
在圖中還可以看到，當極間隙過分靠近電極時，極間隙的存在無顯著影響，當正棒時極間隙使擊穿電壓大大提高，而負棒時，在較大的情況下，很大的範圍內極間隙反而降低了擊穿電壓。
為了充分發揮提高擊穿電壓的作用通常極間隙的形狀，常使它接近於電場等位面，以減少極間障面電場表面分量。其位置希望靠近棒極，一般不小於1-3公分。
圖2 棒一極隙中極間障位置對擊穿電壓的影響（極間障為電纜紙）
三、實驗裝置和方法
實驗室共有二套裝置可以做本試驗，二套裝置的路線如下圖所示圖3a中若按圖中實線的接法，直流輸出電壓的極性為負的。若按虛線的接法，直流輸出電壓的極性為正。
試驗時直流擊穿電壓的讀數都是根據高壓試驗變壓器tp1的初級電壓值換算的。換算需利用電壓校正曲線進行。
電極的支架採用q-15求隙器配用針、板電極，如圖4所示。
實驗前必須熟悉試驗裝置（型號、規格、外形）。然後完成實驗接線。安裝好電極後關好安全門才能進行加電壓操作，安裝電極時應測量好極間的距離。
（可利用裝置本身的標尺，也可以利用量具進行）。
圖3a t1 高壓試驗變壓器 t2 調壓器 r 保護電阻
sr 矽堆整流器 c 高壓電容器 v1 tp1測量電壓表 v2 靜電電壓表
加壓前將將接地棒拆除，合電源開關，緩緩公升壓，讀出開始放電時的電壓值。每一距離做三次。取平均值，每次均應把電壓（調壓器）退到零位，過一段時間，再公升電壓到放電。
四、實驗內容
a. 測量交流（或直流）電壓的校正曲線。
b. 測量不同電極形狀下間隙擊穿電壓。並確定它和間隙距離的關係曲線。
記錄如下表所示：
c. 極間障對間隙擊穿電壓影響。
針一板極，固定a=50公釐。正棒一
負板間加入極間障（紙屏），繪製u
=f（a1/a）曲線。
d.所有上述實驗結果，繪製在同一座標紙上，以便比較。
五、實驗注意事項
1. 合閘前應先查調壓器是否在零位。
2. 任何調節間隙距離或改變接線時必須先行接地。
3. 檢查接地棒（線）的接地是否可靠，注意電容器短時間接地後仍可能有殘餘電荷。
4. 任何事故下，首先切斷電源。接地後方可接觸裝置以處理事故。
六、思考題
1. 如何繪製交直流高壓測量校正曲線？
2. 用金屬板代替極間障其後果如何？ 有何實際意義?
3. 極間障的厚度對放電電壓有何影響？
4. 實驗時是否要記錄大氣條件（氣壓、溫度、濕度）？為什麼？
實驗二沿面放電及絕緣油擊穿
一、實驗目的
1、通過實驗了解在絕緣截至表面的放電現象，觀察三種典型絕緣結構放電過程中的電暈，滑閃放電介質表面完全放電現象。
2、用均勻公升壓法，求放電電壓誤差的分布曲線。
3、學會用標準油杯對變壓器進行電氣擊穿強度試驗方法。
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