高電壓技術(shù) 1到8章 課后習(xí)題答案

《高電壓技術(shù) 1到8章 課后習(xí)題答案》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高電壓技術(shù) 1到8章 課后習(xí)題答案（40頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、1 氣體的絕緣特性與介質(zhì)的電氣強(qiáng)度 1-1氣體放電過程中產(chǎn)生帶電質(zhì)點(diǎn)最重要的方式是什么，為什么？ 1-2簡要論述湯遜放電理論。 1-3為什么棒－板間隙中棒為正極性時(shí)電暈起始電壓比負(fù)極性時(shí)略高？ 1-4雷電沖擊電壓的標(biāo)準(zhǔn)波形的波前和波長時(shí)間是如何確定的？ 1-5操作沖擊放電電壓的特點(diǎn)是什么？ 1-6影響套管沿面閃絡(luò)電壓的主要因素有哪些？ 1-7具有強(qiáng)垂直分量時(shí)的沿面放電和具有弱垂直分量時(shí)的沿面放電，哪個(gè)對于絕緣的危害比較大，為什么？ 1-8某距離4m的棒-極間隙。在夏季某日干球溫度=30℃，濕球溫度=25℃，氣壓=99.8kPa的大氣條件下，問其正極性50%操作沖擊擊穿電壓為多少

2、kV?（空氣相對密度=0.95） 1-9某母線支柱絕緣子擬用于海拔4500m的高原地區(qū)的35kV變電站，問平原地區(qū)的制造廠在標(biāo)準(zhǔn)參考大氣條件下進(jìn)行1min工頻耐受電壓試驗(yàn)時(shí)，其試驗(yàn)電壓應(yīng)為多少kV？ 1-1氣體放電過程中產(chǎn)生帶電質(zhì)點(diǎn)最重要的方式是什么，為什么？ 答: 碰撞電離是氣體放電過程中產(chǎn)生帶電質(zhì)點(diǎn)最重要的方式。 這是因?yàn)殡娮芋w積小，其自由行程(兩次碰撞間質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過的距離)比離子大得多，所以在電場中獲得的動(dòng)能比離子大得多。其次．由于電子的質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子或分子，因此當(dāng)電子的動(dòng)能不足以使中性質(zhì)點(diǎn)電離時(shí)，電子會遭到彈射而幾乎不損失其動(dòng)能；而離子因其質(zhì)量與被碰撞的中性質(zhì)點(diǎn)相近，每次碰撞都

3、會使其速度減小，影響其動(dòng)能的積累。 1-2簡要論述湯遜放電理論。 答: 設(shè)外界光電離因素在陰極表面產(chǎn)生了一個(gè)自由電子，此電子到達(dá)陽極表面時(shí)由于過程，電子總數(shù)增至個(gè)。假設(shè)每次電離撞出一個(gè)正離子，故電極空間共有（－1）個(gè)正離子。這些正離子在電場作用下向陰極運(yùn)動(dòng)，并撞擊陰極．按照系數(shù)的定義，此（－1）個(gè)正離子在到達(dá)陰極表面時(shí)可撞出（－1）個(gè)新電子，則(-1)個(gè)正離子撞擊陰極表面時(shí)，至少能從陰極表面釋放出一個(gè)有效電子，以彌補(bǔ)原來那個(gè)產(chǎn)生電子崩并進(jìn)入陽極的電子，則放電達(dá)到自持放電。即湯遜理論的自持放電條件可表達(dá)為r(-1)=1或＝1。 1-3為什么棒－板間隙中棒為正極性時(shí)電暈起始電壓比負(fù)極

4、性時(shí)略高？ 答:（1）當(dāng)棒具有正極性時(shí)，間隙中出現(xiàn)的電子向棒運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入強(qiáng)電場區(qū)，開始引起電離現(xiàn)象而形成電子崩。隨著電壓的逐漸上升，到放電達(dá)到自持、爆發(fā)電暈之前，在間隙中形成相當(dāng)多的電子崩。當(dāng)電子崩達(dá)到棒極后，其中的電子就進(jìn)入棒極，而正離子仍留在空間，相對來說緩慢地向板極移動(dòng)。于是在棒極附近，積聚起正空間電荷，從而減少了緊貼棒極附近的電場，而略為加強(qiáng)了外部空間的電場。這樣，棒極附近的電場被削弱，難以造成流柱，這就使得自持放電也即電暈放電難以形成。 （2）當(dāng)棒具有負(fù)極性時(shí)，陰極表面形成的電子立即進(jìn)入強(qiáng)電場區(qū)，造成電子崩。當(dāng)電子崩中的電子離開強(qiáng)電場區(qū)后，電子就不再能引起電離，而以越來越慢的速度向

5、陽極運(yùn)動(dòng)。一部份電子直接消失于陽極，其余的可為氧原子所吸附形成負(fù)離子。電子崩中的正離子逐漸向棒極運(yùn)動(dòng)而消失于棒極，但由于其運(yùn)動(dòng)速度較慢，所以在棒極附近總是存在著正空間電荷。結(jié)果在棒極附近出現(xiàn)了比較集中的正空間電荷，而在其后則是非常分散的負(fù)空間電荷。負(fù)空間電荷由于濃度小，對外電場的影響不大，而正空間電荷將使電場畸變。棒極附近的電場得到增強(qiáng)，因而自持放電條件易于得到滿足、易于轉(zhuǎn)入流柱而形成電暈放電。 1-4雷電沖擊電壓的標(biāo)準(zhǔn)波形的波前和波長時(shí)間是如何確定的？ 答：圖1-13表示雷電沖擊電壓的標(biāo)準(zhǔn)波形和確定其波前和波長時(shí)間的方法(波長指沖擊波衰減至半峰值的時(shí)間)。圖中O為原點(diǎn)，P點(diǎn)為波峰。國

6、際上都用圖示的方法求得名義零點(diǎn)。圖中虛線所示，連接P點(diǎn)與0.3倍峰值點(diǎn)作虛線交橫軸于點(diǎn)，這樣波前時(shí)間、和波長都從算起。 目前國際上大多數(shù)國家對于標(biāo)準(zhǔn)雷電波的波形規(guī)定是： ， 圖1-13 標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓波形 －波前時(shí)間 －半峰值時(shí)間 沖擊電壓峰值 1-5操作沖擊放電電壓的特點(diǎn)是什么？ 答：操作沖擊放電電壓的特點(diǎn)：（1）U形曲線，其擊穿電壓與波前時(shí)間有關(guān)而與波尾時(shí)間無關(guān)；（2）極性效應(yīng)，正極性操作沖擊的50％擊穿電壓都比負(fù)極性的低；（3）飽和現(xiàn)象；（4）分散性大；（5）鄰近效應(yīng)，接地物體靠近放電間隙會顯著降低正極性擊穿電壓。

7、 1-6影響套管沿面閃絡(luò)電壓的主要因素有哪些？ 答：影響套管沿面閃絡(luò)電壓的主要因素有 （1）電場分布情況和作用電壓波形的影響 （2）電介質(zhì)材料的影響 （3）氣體條件的影響 （4）雨水的影響 1-7具有強(qiáng)垂直分量時(shí)的沿面放電和具有弱垂直分量時(shí)的沿面放電，哪個(gè)對絕緣的危害比較大，為什么？ 答：具有強(qiáng)垂直分量時(shí)的沿面放電對絕緣的危害比較大。電場具有弱垂直分量的情況下，電極形狀和布置已使電場很不均勻，因而介質(zhì)表面積聚電荷使電壓重新分布所造成的電場畸變，不會顯著降低沿面放電電壓。另外這種情況下電場垂直分量較小．沿表面也沒有較大的電容電流流過，放電過程中不會出現(xiàn)熱電離現(xiàn)象，故沒有明顯的滑

8、閃放電，因而垂直于放電發(fā)展方向的介質(zhì)厚度對放電電壓實(shí)際上沒有影響。其沿面閃絡(luò)電壓與空氣擊穿電壓的差別相比強(qiáng)垂直分量時(shí)要小得多。 1-8某距離4m的棒-極間隙。在夏季某日干球溫度=30℃，濕球溫度=25℃，氣壓=99.8kPa的大氣條件下，問其正極性50%操作沖擊擊穿電壓為多少kV?（空氣相對密度=0.95） 答：距離為4m的棒-極間隙，其標(biāo)準(zhǔn)參考大氣條件下的正極性50%操作沖擊擊穿電壓=1300kV。 查《高電壓技術(shù)》可得空氣絕對濕度。從而再由圖3-1求得參數(shù)。求得參數(shù)=1300/（50040.951.1）=0.62，于是由圖3-3得指數(shù)。 空氣密度校正因數(shù) 濕度校正因數(shù) 所以

9、在這種大氣條件下，距離為4m的棒-極間隙的正極性50%操作沖擊擊穿電壓為。 1-9某母線支柱絕緣子擬用于海拔4500m的高原地區(qū)的35kV變電站，問平原地區(qū)的制造廠在標(biāo)準(zhǔn)參考大氣條件下進(jìn)行1min工頻耐受電壓試驗(yàn)時(shí)，其試驗(yàn)電壓應(yīng)為多少kV？ 解：查GB311.1-1997的規(guī)定可知，35kV母線支柱絕緣子的1min干工頻耐受電壓應(yīng)為100kV，則可算出制造廠在平原地區(qū)進(jìn)行出廠1min干工頻耐受電壓試驗(yàn)時(shí)，其耐受電壓U應(yīng)為 第二章 液體的絕緣特性與介質(zhì)的電氣強(qiáng)度 2-1

10、電介質(zhì)極化的基本形式有哪幾種，各有什么特點(diǎn)？ 2-2如何用電介質(zhì)極化的微觀參數(shù)去表征宏觀現(xiàn)象？ 2-3非極性和極性液體電介質(zhì)中主要極化形式有什么區(qū)別？ 2-4極性液體的介電常數(shù)與溫度、電壓、頻率有什么樣的關(guān)系？ 2-5液體電介質(zhì)的電導(dǎo)是如何形成的？電場強(qiáng)度對其有何影響？ 2-6目前液體電介質(zhì)的擊穿理論主要有哪些？ 2-7液體電介質(zhì)中氣體對其電擊穿有何影響？ 2-8水分、固體雜質(zhì)對液體電介質(zhì)的絕緣性能有何影響？ 2-9如何提高液體電介質(zhì)的擊穿電壓？ 2-1電介質(zhì)極化的基本形式有哪幾種，各有什么特點(diǎn)？ 答：電介質(zhì)極化的基本形式有 （１）電子位移極化 圖（1） 電子式

11、極化 （２）偶極子極化 圖（2） 偶極子極化 （a）無外電場時(shí) （b）有外電場時(shí) 1—電極 2—電介質(zhì)（極性分子） 2-2如何用電介質(zhì)極化的微觀參數(shù)去表征宏觀現(xiàn)象？ 答：克勞休斯方程表明，要由電介質(zhì)的微觀參數(shù)（N、a）求得宏觀參數(shù)—介電常數(shù)，必須先求得電介質(zhì)的有效電場。 （１）對于非極性和弱極性液體介質(zhì)，有效電場強(qiáng)度 式中，為極化強(qiáng)度（）。 上式稱為莫索締（Mosotti）有效電場強(qiáng)度，將其代入克勞休斯方程[式(2-11)]，得到非極性與弱極性液體介質(zhì)的極化方程為 （２）對于極性液體介質(zhì)，由于極性液體分子具有固有偶極矩，它們之間的距離近，相互作

12、用強(qiáng)，造成強(qiáng)的附加電場，洛倫茲球內(nèi)分子作用的電場≠0，莫索締有效電場不適用。 2-3非極性和極性液體電介質(zhì)中主要極化形式有什么區(qū)別？ 答：非極性液體和弱極性液體電介質(zhì)極化中起主要作用的是電子位移極化，偶極子極化對極化的貢獻(xiàn)甚微；極性液體介質(zhì)包括中極性和強(qiáng)極性液體介質(zhì)，這類介質(zhì)在電場作用下，除了電子位移極化外，還有偶極子極化，對于強(qiáng)極性液體介質(zhì)，偶極子的轉(zhuǎn)向極化往往起主要作用。 2-4極性液體的介電常數(shù)與溫度、電壓、頻率有什么樣的關(guān)系？ 答：（１）溫度對極性液體電介質(zhì)的值的影響 如圖2-2所示，當(dāng)溫度很低時(shí)，由于分子間的聯(lián)系緊密，液體電介質(zhì)黏度很大，偶極子轉(zhuǎn)動(dòng)困難，所以很?。浑S

13、著溫度的升高，液體電介質(zhì)黏度減小，偶極子轉(zhuǎn)動(dòng)幅度變大，隨之變大；溫度繼續(xù)升高，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，阻礙極性分子沿電場取向，使極化減弱，又開始減小。 （２）頻率對極性液體電介質(zhì)的值的影響 如圖2-1所示，頻率太高時(shí)偶極子來不及轉(zhuǎn)動(dòng)，因而值變小。其中相當(dāng)于直流電場下的介電常數(shù)，f>f1以后偶極子越來越跟不上電場的交變，值不斷下降；當(dāng)頻率f=f2時(shí)，偶極子已經(jīng)完全跟不上電場轉(zhuǎn)動(dòng)了，這時(shí)只存在電子式極化，減小到，常溫下，極性液體電介質(zhì)的≈3～6。 2-5液體電介質(zhì)的電導(dǎo)是如何形成的？電場強(qiáng)度對其有何影響？ 答：液體電介質(zhì)電導(dǎo)的形成： （１）離子電導(dǎo)——分為本征離子電導(dǎo)和雜質(zhì)離子電導(dǎo)。設(shè)離子為

14、正離子，它們處于圖２－５中A、B、C等勢能最低的位置上作振動(dòng)，其振動(dòng)頻率為υ，當(dāng)離子的熱振動(dòng)能超過鄰近分子對它的束縛勢壘時(shí)，離子即能離開其穩(wěn)定位置而遷移。 （２）電泳電導(dǎo)——在工程中，為了改善液體介質(zhì)的某些理化性能，往往在液體介質(zhì)中加入一定量的樹脂，這些樹脂在液體介質(zhì)中部分呈溶解狀態(tài)，部分可能呈膠粒狀懸浮在液體介質(zhì)中，形成膠體溶液，此外，水分進(jìn)入某些液體介質(zhì)也可能造成乳化狀態(tài)的膠體溶液。這些膠粒均帶有一定的電荷，當(dāng)膠粒的介電常數(shù)大于液體的介電常數(shù)時(shí)，膠粒帶正電；反之，膠粒帶負(fù)電。膠粒相對于液體的電位一般是恒定的，在電場作用下定向的遷移構(gòu)成“電泳電導(dǎo)”。 電場強(qiáng)度的影響 （１）弱電場區(qū)：在

15、通常條件下，當(dāng)外加電場強(qiáng)度遠(yuǎn)小于擊穿場強(qiáng)時(shí)，液體介質(zhì)的離子電導(dǎo)率是與電場強(qiáng)度無關(guān)的常數(shù)，其導(dǎo)電規(guī)律遵從歐姆定律。 （２）強(qiáng)電場區(qū)：在E≥107V/m的強(qiáng)電場區(qū)，電流隨電場強(qiáng)度呈指數(shù)關(guān)系增長，除極純凈的液體介質(zhì)外，一般不存在明顯的飽和電流區(qū)。液體電介質(zhì)在強(qiáng)電場下的電導(dǎo)具有電子碰撞電離的特點(diǎn)。 2-6目前液體電介質(zhì)的擊穿理論主要有哪些？ 答：液體介質(zhì)的擊穿理論主要有三類： （１）高度純凈去氣液體電介質(zhì)的電擊穿理論 （２）含氣純凈液體電介質(zhì)的氣泡擊穿理論 （３）工程純液體電介質(zhì)的雜質(zhì)擊穿理論 2-7液體電介質(zhì)中氣體對其電擊穿有何影響？ 答：氣泡擊穿觀點(diǎn)認(rèn)為，不論由于何種原因使

16、液體中存在氣泡時(shí)，由于交變電壓下兩串聯(lián)介質(zhì)中電場強(qiáng)度與介質(zhì)介電常數(shù)成反比，氣泡中的電場強(qiáng)度比液體介質(zhì)高，而氣體的擊穿場強(qiáng)又比液體介質(zhì)低得多，所以總是氣泡先發(fā)生電離，這又使氣泡溫度升高，體積膨脹，電離將進(jìn)一步發(fā)展；而氣泡電離產(chǎn)生的高能電子又碰撞液體分子，使液體分子電離生成更多的氣體，擴(kuò)大氣體通道，當(dāng)氣泡在兩極間形成“氣橋”時(shí)，液體介質(zhì)就能在此通道中發(fā)生擊穿。 熱化氣擊穿觀點(diǎn)認(rèn)為，當(dāng)液體中平均場強(qiáng)達(dá)到107～108V/m時(shí)，陰極表面微尖端處的場強(qiáng)就可能達(dá)到108V/m以上。由于場致發(fā)射，大量電子由陰極表面的微尖端注入到液體中，估計(jì)電流密度可達(dá)105A/m2以上。按這樣的電流密度來估算發(fā)熱，單位體

17、積、單位時(shí)間中的發(fā)熱量約為1013J/（s），這些熱量用來加熱附近的液體，足以使液體氣化。當(dāng)液體得到的能量等于電極附近液體氣化所需的熱量時(shí)，便產(chǎn)生氣泡，液體擊穿。 電離化氣擊穿觀點(diǎn)認(rèn)為，當(dāng)液體介質(zhì)中電場很強(qiáng)時(shí)，高能電子出現(xiàn)，使液體分子C—H鍵（C—C鍵）斷裂，液體放氣。 2-8水分、固體雜質(zhì)對液體電介質(zhì)的絕緣性能有何影響？ 答：（１）水分的影響 當(dāng)水分在液體中呈懸浮狀態(tài)存在時(shí)，由于表面張力的作用，水分呈圓球狀（即膠粒），均勻懸浮在液體中，一般水球的直徑約為10-2～10-4cm。在外電場作用下，由于水的介電常數(shù)很大，水球容易極化而沿電場方向伸長成為橢圓球，如果定向排列的橢圓水球貫穿

18、于電極間形成連續(xù)水橋，則液體介質(zhì)在較低的電壓下發(fā)生擊穿。 （２）固體雜質(zhì)的影響 一般固體懸浮粒子的介電常數(shù)比液體的大，在電場力作用下，這些粒子向電場強(qiáng)度最大的區(qū)域運(yùn)動(dòng)，在電極表面電場集中處逐漸積聚起來，使液體介質(zhì)擊穿場強(qiáng)降低。 2-9如何提高液體電介質(zhì)的擊穿電壓？ 答：工程應(yīng)用上經(jīng)常對液體介質(zhì)進(jìn)行過濾、吸附等處理，除去粗大的雜質(zhì)粒子，以提高液體介質(zhì)的擊穿電壓。 第三章 固體的絕緣特性與介質(zhì)的電氣強(qiáng)度 3-1什么叫電介質(zhì)的極化？極化強(qiáng)度是怎么定義的？ 3-2固體無機(jī)電介質(zhì)中，無機(jī)晶體、無機(jī)玻璃和陶瓷介質(zhì)的損耗主要由那些損耗

19、組成？ 3-3固體介質(zhì)的表面電導(dǎo)率除了介質(zhì)的性質(zhì)之外，還與那些因素有關(guān)？它們各有什么影響？ 3-4固體介質(zhì)的擊穿主要有那幾種形式？它們各有什么特征？ 3-5局部放電引起電介質(zhì)劣化、損傷的主要原因有那些？ 3-6聚合物電介質(zhì)的樹枝化形式主要有那幾種？它們各是什么原因形成的？ 3-7均勻固體介質(zhì)的熱擊穿電壓是如何確定的？ 3-8試比較氣體、液體和固體介質(zhì)擊穿過程的異同。 3-1什么叫電介質(zhì)的極化？極化強(qiáng)度是怎么定義的？ 答：電介質(zhì)的極化是電介質(zhì)在電場作用下，其束縛電荷相應(yīng)于電場方向產(chǎn)生彈性位移現(xiàn)象和偶極子的取向現(xiàn)象。電介質(zhì)的極化強(qiáng)度可用介電常數(shù)的大小來表示，它與該介質(zhì)分子的極性

20、強(qiáng)弱有關(guān)，還受到溫度、外加電場頻率等因素的影響。 3-2固體無機(jī)電介質(zhì)中，無機(jī)晶體、無機(jī)玻璃和陶瓷介質(zhì)的損耗主要由哪些損耗組成？ 答：（１）無機(jī)晶體介質(zhì)只有位移極化，其介質(zhì)損耗主要來源于電導(dǎo)； （２）無機(jī)玻璃的介質(zhì)損耗可以認(rèn)為主要由三部分組成：電導(dǎo)損耗、松弛損耗和結(jié)構(gòu)損耗； （３）陶瓷介質(zhì)可分為含有玻璃相和幾乎不含玻璃相兩類，第一類陶瓷是含有大量玻璃相和少量微晶的結(jié)構(gòu)，其介質(zhì)損耗主要由三部分組成：玻璃相中離子電導(dǎo)損耗、結(jié)構(gòu)較松的多晶點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)引起的松弛損耗以及氣隙中含水引起的界面附加損耗，tan相當(dāng)大。第二類是由大量的微晶晶粒所組成，僅含有極少量或不含玻璃相，通常結(jié)晶相結(jié)構(gòu)緊密，ta

21、n比第一類陶瓷小得多。 3-3固體介質(zhì)的表面電導(dǎo)率除了介質(zhì)的性質(zhì)之外，還與哪些因素有關(guān)？它們各有什么影響？ 答：介質(zhì)的表面電導(dǎo)率不僅與介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，而且強(qiáng)烈地受到周圍環(huán)境的濕度、溫度、表面的結(jié)構(gòu)和形狀以及表面粘污情況的影響。 （１）電介質(zhì)表面吸附的水膜對表面電導(dǎo)率的影響 由于濕空氣中的水分子被吸附于介質(zhì)的表面，形成一層很薄的水膜。因?yàn)樗旧頌榘雽?dǎo)體（m），所以介質(zhì)表面的水膜將引起較大的表面電流，使增加。 （２）電介質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)對表面電導(dǎo)率的影響 電介質(zhì)按水在介質(zhì)表面分布狀態(tài)的不同，可分為親水電介質(zhì)和疏水電介質(zhì)兩大類。 a) 親水電介質(zhì)：這種介質(zhì)表面所吸附的水易于形成連續(xù)水膜

22、，故表面電導(dǎo)率大，特別是一些含有堿金屬離子的介質(zhì)，介質(zhì)中的堿金屬離子還會進(jìn)入水膜，降低水的電阻率，使表面電導(dǎo)率進(jìn)一步上升，甚至喪失其絕緣性能。 b) 疏水電介質(zhì)：這些介質(zhì)分子為非極性分子所組成，它們對水的吸引力小于水分子的內(nèi)聚力，所以吸附在這類介質(zhì)表面的水往往成為孤立的水滴，其接觸角，不能形成連續(xù)的水膜，故很小，且大氣濕度的影響較小。 （３）電介質(zhì)表面清潔度對表面電導(dǎo)率的影響 表面沾污特別是含有電解質(zhì)的沾污，將會引起介質(zhì)表面導(dǎo)電水膜的電阻率下降，從而使升高。 3-4固體介質(zhì)的擊穿主要有哪幾種形式？它們各有什么特征？ 答：固體電介質(zhì)的擊穿中，常見的有熱擊穿、電擊穿和不均勻介質(zhì)局部放

23、電引起擊穿等形式。 （１）熱擊穿 熱擊穿的主要特征是：不僅與材料的性能有關(guān)，還在很大程度上與絕緣結(jié)構(gòu)（電極的配置與散熱條件）及電壓種類、環(huán)境溫度等有關(guān)，因此熱擊穿強(qiáng)度不能看作是電介質(zhì)材料的本征特性參數(shù)。 （２）電擊穿 電擊穿的主要特征是：擊穿場強(qiáng)高，實(shí)用絕緣系統(tǒng)不可能達(dá)到；在一定溫度范圍內(nèi)，擊穿場強(qiáng)隨溫度升高而增大，或變化不大。均勻電場中電擊穿場強(qiáng)反映了固體介質(zhì)耐受電場作用能力的最大限度，它僅與材料的化學(xué)組成及性質(zhì)有關(guān)，是材料的特性參數(shù)之一。 （３）不均勻電介質(zhì)的擊穿 擊穿從耐電強(qiáng)度低的氣體開始，表現(xiàn)為局部放電，然后或快或慢地隨時(shí)間發(fā)展至固體介質(zhì)劣化損傷逐步擴(kuò)大，致使介質(zhì)擊穿。

24、 3-5局部放電引起電介質(zhì)劣化、損傷的主要原因有哪些？ 答：局部放電引起電介質(zhì)劣化損傷的機(jī)理是多方面的，但主要有如下三個(gè)方面： （１）電的作用：帶電粒子對電介質(zhì)表面的直接轟擊作用，使有機(jī)電介質(zhì)的分子主鏈斷裂； （２）熱的作用：帶電粒子的轟擊作用引起電介質(zhì)局部的溫度上升，發(fā)生熱熔解或熱降解； （３）化學(xué)作用：局部放電產(chǎn)生的受激分子或二次生成物的作用，使電介質(zhì)受到的侵蝕可能比電、熱作用的危害更大。 3-6聚合物電介質(zhì)的樹枝化形式主要有哪幾種？它們各是什么原因形成的？ 答：引起聚合物電介質(zhì)樹枝化的原因是多方面的，所產(chǎn)生的樹枝亦不同。 （１） 電樹枝 樹枝因介質(zhì)中間歇性的局部放電

25、而緩慢地?cái)U(kuò)展，或在脈沖電壓作用下迅速發(fā)展，或在無任何局部放電的情況下，由于介質(zhì)中局部電場集中而發(fā)生。 （２）水樹枝 樹枝因存在水分而緩慢發(fā)生，如在水下運(yùn)行的200～700V低壓電纜中也發(fā)現(xiàn)有樹枝，一般稱為水樹枝，即直流電壓下也能促進(jìn)樹枝化。 （３）電化學(xué)樹枝 因環(huán)境污染或絕緣中存在雜質(zhì)而引起，如電纜中由于腐蝕性氣體在線芯處擴(kuò)散，與銅發(fā)生反應(yīng)就形成電化學(xué)樹枝。 3-7均勻固體介質(zhì)的熱擊穿電壓是如何確定的？ 答：一般情況下，可以近似化為以下兩種極端情況來討論 （1）脈沖熱擊穿 認(rèn)為電場作用時(shí)間很短，以致導(dǎo)熱過程可以忽略不計(jì)，則熱平衡方程為 （2）穩(wěn)態(tài)熱擊穿 電壓長時(shí)間作

26、用，介質(zhì)內(nèi)溫度變化極慢，熱擊穿臨界電壓為 3-8試比較氣體、液體和固體介質(zhì)擊穿過程的異同。 答：（１）氣體介質(zhì)的擊穿過程 氣體放電都有從電子碰撞電離開始發(fā)展到電子崩的階段。 由于外電離因素的作用，在陰極附近出現(xiàn)一個(gè)初始電子，這一電子在向陽極運(yùn)動(dòng)時(shí)，如電場強(qiáng)度足夠大，則會發(fā)生碰撞電離，產(chǎn)生1個(gè)新電子。新電子與初始電子在向陽極的行進(jìn)過程中還會發(fā)生碰撞電離，產(chǎn)生兩個(gè)新電子，電子總數(shù)增加到4個(gè)。第三次電離后電子數(shù)將增至8個(gè)，即按幾何級數(shù)不斷增加。電子數(shù)如雪崩式的增長，即出現(xiàn)電子崩。 （２） 液體介質(zhì)的擊穿過程 a) 電擊穿理論以碰撞電離開始為擊穿條件。 　　液體介質(zhì)中由于陰極的場致發(fā)

27、射或熱發(fā)射的電子在電場中被加速而獲得動(dòng)能，在它碰撞液體分子時(shí)又把能量傳遞給液體分子，電子損失的能量都用于激發(fā)液體分子的熱振動(dòng)。當(dāng)電子在相鄰兩次碰撞間從電場中得到的能量大于hυ時(shí)，電子就能在運(yùn)動(dòng)過程中逐漸積累能量，至電子能量大到一定值時(shí)，電子與液體相互作用時(shí)便導(dǎo)致碰撞電離。 b) 氣泡擊穿理論 液體中存在氣泡時(shí)，由于交變電壓下兩串聯(lián)介質(zhì)中電場強(qiáng)度與介質(zhì)介電常數(shù)成反比，氣泡中的電場強(qiáng)度比液體介質(zhì)高，而氣體的擊穿場強(qiáng)又比液體介質(zhì)低得多，所以氣泡先發(fā)生電離，使氣泡溫度升高，體積膨脹，電離進(jìn)一步發(fā)展；而氣泡電離產(chǎn)生的高能電子又碰撞液體分子，使液體分子電離生成更多的氣體，擴(kuò)大氣體通道，當(dāng)氣泡在兩極間形

28、成“氣橋”時(shí)，液體介質(zhì)就能在此通道中發(fā)生擊穿。 （３）固體介質(zhì)的擊穿過程 固體電介質(zhì)的擊穿中，常見的有熱擊穿、電擊穿和不均勻介質(zhì)局部放電引起擊穿等形式。 a) 熱擊穿 當(dāng)固體電介質(zhì)加上電場時(shí)，電介質(zhì)中發(fā)生的損耗將引起發(fā)熱，使介質(zhì)溫度升高，最終導(dǎo)致熱擊穿。 b) 電擊穿 在較低溫度下，采用了消除邊緣效應(yīng)的電極裝置等嚴(yán)格控制的條件下，進(jìn)行擊穿試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)的一種擊穿現(xiàn)象。 c) 不均勻介質(zhì)局部放電引起擊穿 從耐電強(qiáng)度低的氣體開始，表現(xiàn)為局部放電，然后或快或慢地隨時(shí)間發(fā)展至固體介質(zhì)劣化損傷逐步擴(kuò)大，致使介質(zhì)擊穿。 第四章 絕緣的預(yù)防性試驗(yàn) 4-1測量絕

29、緣電阻能發(fā)現(xiàn)哪些絕緣缺陷?試比較它與測量泄漏電流試驗(yàn)項(xiàng)目的異同。 4-2絕緣干燥時(shí)和受潮后的吸收特性有什么不同？為什么測量吸收比能較好的判斷絕緣是否受潮？ 4-3簡述西林電橋的工作原理。為什么橋臂中的一個(gè)要采用標(biāo)準(zhǔn)電容器?這—試驗(yàn)項(xiàng)目的測量準(zhǔn)確度受到哪些因素的影響? 4-4在現(xiàn)場測量tanδ而電橋無法達(dá)到平衡時(shí)，應(yīng)考慮到什么情況并采取何種措施使電橋調(diào)到平衡? 4-5什么是測量tanδ的正接線和反接線?它們各適用于什么場合? 4-6綜合比較本章中介紹的各種預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目的效能和優(yōu)缺點(diǎn)(能夠發(fā)現(xiàn)和不易發(fā)現(xiàn)的絕緣缺陷種類、檢測靈敏度、抗干擾能力、局限性等)。 4-7總結(jié)進(jìn)行各種預(yù)防性試驗(yàn)

30、時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)。 4-8對絕緣的檢查性試驗(yàn)方法，除本章所述者外，還有哪些可能的方向值得進(jìn)行探索研究的?請開拓性地、探索性地考慮一下，也請大致估計(jì)一下這些方法各適用于何種電氣設(shè)備，對探測何種絕緣缺陷可能有效。 4-9綜合計(jì)論：現(xiàn)行對絕緣的離線檢查性試驗(yàn)存在哪些不足之處?探索一下：對某些電氣設(shè)備絕緣進(jìn)行在線檢測的可能性和原理性方法。 4-1測量絕緣電阻能發(fā)現(xiàn)哪些絕緣缺陷?試比較它與測量泄漏電流試驗(yàn)項(xiàng)目的異同。 答：測量絕緣電阻能有效地發(fā)現(xiàn)下列缺陷：總體絕緣質(zhì)量欠佳；絕緣受潮；兩極間有貫穿性的導(dǎo)電通道；絕緣表面情況不良。測量絕緣電阻和測量泄露電流試驗(yàn)項(xiàng)目的相同點(diǎn)：兩者的原理和適用范圍是一

31、樣的，不同的是測量泄漏電流可使用較高的電壓(10kV及以上)，因此能比測量絕緣電阻更有效地發(fā)現(xiàn)一些尚未完全貫通的集中性缺陷。 4-2絕緣干燥時(shí)和受潮后的吸收特性有什么不同？為什么測量吸收比能較好的判斷絕緣是否受潮？ 答：絕緣干燥時(shí)的吸收特性，而受潮后的吸收特性。如果測試品受潮，那么在測試時(shí)，吸收電流不僅在起始時(shí)就減少，同時(shí)衰減也非?？欤毡鹊谋戎禃忻黠@不同，所以通過測量吸收比可以判斷絕緣是否受潮。 4-3簡述西林電橋的工作原理。為什么橋臂中的一個(gè)要采用標(biāo)準(zhǔn)電容器?這—試驗(yàn)項(xiàng)目的測量準(zhǔn)確度受到哪些因素的影響? 答： 西林電橋是利用電橋平衡的原理，當(dāng)流過電橋的電流相等時(shí)，電流

32、檢流計(jì)指向零點(diǎn)，即沒有電流通過電流檢流計(jì)，此時(shí)電橋相對橋臂上的阻抗乘積值相等，通過改變R3和C4來確定電橋的平衡以最終計(jì)算出Cx和tanδ。采用標(biāo)準(zhǔn)電容器是因?yàn)橛?jì)算被試品的電容需要多個(gè)值來確定，如果定下橋臂的電容值，在計(jì)算出tanδ的情況下僅僅調(diào)節(jié)電阻值就可以最終確定被試品電容值的大小。 這一試驗(yàn)項(xiàng)目的測量準(zhǔn)確度受到下列因素的影響：處于電磁場作用范圍的電磁干擾、溫度、試驗(yàn)電壓、試品電容量和試品表面泄露的影響。 4-4在現(xiàn)場測量tanδ而電橋無法達(dá)到平衡時(shí)，應(yīng)考慮到什么情況并采取何種措施使電橋調(diào)到平衡? 答：此時(shí)可能是處于外加電場的干擾下，應(yīng)采用下列措施使電橋調(diào)到平衡： （1）加設(shè)屏

33、蔽，用金屬屏蔽罩或網(wǎng)把試品與干擾源隔開； （2）采用移相電源； （3）倒相法。 4-5什么是測量tanδ的正接線和反接線?它們各適用于什么場合? 答：正接線是被試品CX的兩端均對地絕緣，連接電源的高壓端，而反接線是被試品接于電源的低壓端。反接線適用于被試品的一極固定接地時(shí)，而正接線適用于其它情況。 4-6綜合比較本章中介紹的各種預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目的效能和優(yōu)缺點(diǎn)(能夠發(fā)現(xiàn)和不易發(fā)現(xiàn)的絕緣缺陷種類、檢測靈敏度、抗干擾能力、局限性等)。 答：測量絕緣電阻能有效地發(fā)現(xiàn)下列缺陷：總體絕緣質(zhì)量欠佳；絕緣受潮；兩極間有貫穿性的導(dǎo)電通道；絕緣表面情況不良。測量絕緣電阻不能發(fā)現(xiàn)下列缺陷：絕緣中的

34、局部缺陷：如非貫穿性的局部損傷、含有氣泡、分層脫開等；絕緣的老化：因?yàn)橐呀?jīng)老化的絕緣，其絕緣電阻還可能是相當(dāng)高的。 4-7總結(jié)進(jìn)行各種預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)。 答：測量絕緣電阻時(shí)應(yīng)注意下列幾點(diǎn)： (1)試驗(yàn)前應(yīng)將試品接地放電一定時(shí)間。對容量較大的試品，一般要求5-10min．這是為了避免被試品上可能存留殘余電荷而造成測量誤差。試驗(yàn)后也應(yīng)這樣做，以求安全。 (2)高壓測試連接線應(yīng)盡量保持架空，確需使用支撐時(shí)，要確認(rèn)支撐物的絕緣對被試品絕緣測量結(jié)果的影響極小。 (3)測量吸收比時(shí)，應(yīng)待電源電壓達(dá)穩(wěn)定后再接入試品，并開始計(jì)時(shí)。 (4)對帶有繞組的被試品，加先將被測繞組首尾短接，再接

35、到L端子：其他非被測繞組也應(yīng)先首尾短接后再接到應(yīng)接端子。 (5)絕緣電阻與溫度有十分顯著的關(guān)系。絕緣溫度升高時(shí)，絕緣電阻大致按指數(shù)率降低．吸收比的值也會有所改變。所以，測量絕緣電阻時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)確記錄當(dāng)時(shí)絕緣的溫度，而在比較時(shí)，也應(yīng)按相應(yīng)溫度時(shí)的值來比較。 (6)每次測試結(jié)束時(shí)，應(yīng)在保持兆歐表電源電壓的條件下，先斷開L端子與被試品的連線，以免試品對兆歐表反向放電，損壞儀表。 4-8對絕緣的檢查性試驗(yàn)方法，除本章所述者外，還有哪些可能的方向值得進(jìn)行探索研究的?請開拓性地、探索性地考慮一下，也請大致估計(jì)一下這些方法各適用于何種電氣設(shè)備，對探測何種絕緣缺陷可能有效。 答：略 4-9綜合計(jì)

36、論：現(xiàn)行對絕緣的離線檢查性試驗(yàn)存在哪些不足之處?探索一下：對某些電氣設(shè)備絕緣進(jìn)行在線檢測的可能性和原理性方法。 答：不足之處：需要停電進(jìn)行，而不少重要的電力設(shè)備不能輕易地停止運(yùn)行；監(jiān)測間隔周期較長，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)絕緣故障；停電后的設(shè)備狀態(tài)與運(yùn)行時(shí)的設(shè)備狀態(tài)不相符，影響診斷的正確性。 第五章 電氣絕緣高電壓試驗(yàn) 5-1簡述直流耐壓試驗(yàn)與交流相比有哪些主要特點(diǎn)。 5-2直流耐壓試驗(yàn)電壓值的選擇方法是什么？ 5-3高壓實(shí)驗(yàn)室中被用來測量交流高電壓的方法常用的有幾種？ 5-4簡述高壓試驗(yàn)變壓器調(diào)壓時(shí)的基本要求。 5-5 35kV電力變壓器，在大氣條件為時(shí)做工頻耐壓試驗(yàn)，應(yīng)選用球隙的

37、球極直徑為多大？球隙距離為多少？ 5-6工頻高壓試驗(yàn)需要注意的問題？ 5-7簡述沖擊電流發(fā)生器的基本原理。 5-8沖擊電壓發(fā)生器的起動(dòng)方式有哪幾種？ 5-9最常用的測量沖擊電壓的方法有哪幾種？ 5-1簡述直流耐壓試驗(yàn)與交流相比有哪些主要特點(diǎn)。 答：（1）直流下沒有電容電流，要求電源容量很小，加上可么用串級的方法產(chǎn)生高壓直流，所以試驗(yàn)設(shè)備可以做得比較輕巧，適合于現(xiàn)場預(yù)防性試驗(yàn)的要求。特別對容量較大的試品，如果做交流耐壓試驗(yàn)，需要較大容量的試驗(yàn)設(shè)備，在一般情況下不容易辦到。而做直流耐壓試驗(yàn)時(shí)，只需供給絕緣泄漏電流（最高只達(dá)毫安級），試驗(yàn)設(shè)備可以做得體積小而且比較輕便，適合現(xiàn)場預(yù)防性

38、試驗(yàn)的要求。 （2）在試驗(yàn)時(shí)可以同時(shí)測量泄漏電流，由所得的“電壓一電流”曲線能有效地顯示絕緣內(nèi)部的集中性缺陷或受潮，提供有關(guān)絕緣狀態(tài)的補(bǔ)充信息。 （3）直流耐壓試驗(yàn)比之交流耐壓試驗(yàn)更能發(fā)現(xiàn)電機(jī)端部的絕緣缺陷。其原因是直流下沒有電容電流流經(jīng)線棒絕緣，因而沒有電容電流在半導(dǎo)體防暈層上造成的電壓降，故端部絕緣上分到的電壓較高，有利于發(fā)現(xiàn)該處絕緣缺陷。 （4）在直流高壓下，局部放電較弱，不會加快有機(jī)絕緣材料的分解或老化變質(zhì)，在某種程度上帶有非破壞性試驗(yàn)的性質(zhì)。 5-2直流耐壓試驗(yàn)電壓值的選擇方法是什么？ 答：由于直流下絕緣的介質(zhì)損耗很小，局部放電的發(fā)展也遠(yuǎn)比交流下微弱，所以直流下絕緣的電

39、氣強(qiáng)度一般要比交流下的高。在選擇試驗(yàn)電壓值時(shí)必須考慮到這一點(diǎn)，直流耐壓試驗(yàn)所用的電壓往往更高些，并主要根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來確定，一般為額定電壓的2倍以上，且是逐級升壓，一旦發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，可及時(shí)停止試驗(yàn)，進(jìn)行處理。直流耐壓試驗(yàn)的時(shí)間可以比交流耐壓試驗(yàn)長一些，所以發(fā)電機(jī)試驗(yàn)時(shí)是以每級0.5倍額定電壓分階段升高，每階段停留1min，讀取泄漏電流值。電纜試驗(yàn)時(shí)，在試驗(yàn)電壓下持續(xù)5min，以觀察并讀取泄漏電流值。 5-3高壓實(shí)驗(yàn)室中被用來測量交流高電壓的方法常用的有幾種？ 答：用測量球隙或峰值電壓表測量交流電壓的峰值，用靜電電壓表測量交流電壓的有效值（峰值電壓表和靜電電壓表還常與分壓器配合使用以擴(kuò)大儀

40、表的量程），為了觀察被測電壓的波形，也可從分壓器低壓側(cè)將輸出的被測信號送至示波器顯示波形。 5-4簡述高壓試驗(yàn)變壓器調(diào)壓時(shí)的基本要求。 答：試驗(yàn)變壓器的電壓必須從零調(diào)節(jié)到指定值，同時(shí)還應(yīng)注意： (1) 電壓應(yīng)該平滑地調(diào)節(jié)，在有滑動(dòng)觸頭的調(diào)壓器中，不應(yīng)該發(fā)生火花； (2) 調(diào)壓器應(yīng)在試驗(yàn)變壓器的輸入端提供從零到額定值的電壓，電壓具有正弦波形且沒有畸變； (3) 調(diào)壓器的容量應(yīng)不小于試驗(yàn)變壓器的容量。 5-5 35kV電力變壓器，在大氣條件為℃時(shí)做工頻耐壓試驗(yàn)，應(yīng)選用球隙的球極直徑為多大？球隙距離為多少？ 解：根據(jù)《規(guī)程》，35kV電力變壓器的試驗(yàn)電壓為 因?yàn)殡娏ψ儔浩?/p>

41、的絕緣性能基本上不受周圍大氣條件的影響，所以保護(hù)球隙的實(shí)際放電電壓應(yīng)為 若取，也就是說，球隙的實(shí)際放電電壓等于106.9kV(最大值）。因?yàn)榍蛳兜姆烹婋妷号c球極直徑和球隙距離之間關(guān)系是在標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)下得到的，所以應(yīng)當(dāng)把實(shí)際放電電壓換算到標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)下的放電電壓U0，即 ， 查球隙的工頻放電電壓表，若選取球極直徑為10cm，則球隙距離為4cm時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)下的放電電壓為105kV(最大值）。而在試驗(yàn)大氣狀態(tài)下的放電電壓 5-6工頻高壓試驗(yàn)需要注意的問題？ 答：在電氣設(shè)備的工頻高壓試驗(yàn)中，除了按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定認(rèn)真制定試驗(yàn)方案外，還須注意下列問題： (1) 防止工頻高壓

42、試驗(yàn)中可能出現(xiàn)的過電壓； (2) 試驗(yàn)電壓的波形畸變與改善措施。 5-7簡述沖擊電流發(fā)生器的基本原理。 答：由一組高壓大電容量的電容器，先通過直流高壓并聯(lián)充電，充電時(shí)間為幾十秒到幾分；然后通過觸發(fā)球隙的擊穿，并聯(lián)地對試品放電，從而在試品上流過沖擊大電流。 圖5-22 沖擊電壓發(fā)生器原理圖 5-8沖擊電壓發(fā)生器的起動(dòng)方式有哪幾種？ 答：沖擊電壓發(fā)生器的起動(dòng)方式有以下兩種： ①是自起動(dòng)方式。這時(shí)只要將點(diǎn)火球隙F1的極間距離調(diào)節(jié)到使其擊穿電壓等于所需的充電電壓Uc，當(dāng)F1上的電壓上升到等于Uc時(shí)，F(xiàn)l即自行擊穿，起動(dòng)整套裝置?？梢娺@時(shí)輸出的沖擊電壓高低主

43、要取決于F1的極間距離，提高充電電源的電壓，只能加快充電速度和增大沖擊波的輸出頻度，而不能提高輸出電壓。 ②是使各級電容器充電到一個(gè)略低于F1擊穿電壓的電壓水平上，處于準(zhǔn)備動(dòng)作的狀態(tài)，然后利用點(diǎn)火裝置產(chǎn)生一點(diǎn)火脈沖，達(dá)到點(diǎn)火球隙F1中的一個(gè)輔助間隙上使之擊穿并引起F1主間隙的擊穿，以起動(dòng)整套裝置。 5-9最常用的測量沖擊電壓的方法有哪幾種？ 答： 目前最常用的測量沖擊電壓的方法有：①分壓器-示波器；②測量球隙；③分壓器-峰值電壓表。 球隙和峰值電壓表只能測量電壓峰值，示波器則能記錄波序，即不僅指示峰值而且能顯示電壓隨時(shí)間的變化過程。 第七章 輸電線路和繞組中的波過程 7-

44、1為什么需要用波動(dòng)過程研究電力系統(tǒng)中過電壓？ 7-2試分析波阻抗的物理意義及其與電阻之不同點(diǎn)？ 7-3試分析直流電勢E合閘于有限長導(dǎo)線(長度為，波阻為Z)的情況，末端對地接有電阻R(習(xí)題7-3圖)。假設(shè)直流電源內(nèi)阻為零。 (1)當(dāng)R=Z時(shí)，分析末端與線路中間的電壓波形； (2)時(shí)，分析末端與線路中間的電壓波形； (3)當(dāng)R=0時(shí)，分析末端的電流波形和線路中間的電壓波形。 習(xí)題7-3圖 7-4母線上接有波阻抗分別為、、的三條出線，從Z1線路上傳來幅值為E的無窮長直角電壓波。求出在線路Z3出現(xiàn)的折射波和在線路Z1上的反射波。 7-5有一直角電壓波E沿被阻抗為Z＝500的線路傳

45、播，線路末端接有對地電容C＝O.0l。 (1)畫出計(jì)算末端電壓的彼德遜等值電路，并計(jì)算線路末端電壓波形； (2)選擇適當(dāng)?shù)膮?shù)，把電容C等值為線段，用網(wǎng)格獨(dú)計(jì)算線路末端的電壓波形； (3)畫出以上求得的電壓波形，并進(jìn)行比較。 7-6波在傳播中的衰減與畸變的主要原因？說明沖擊電暈對雷電波波形影響的原因？ 7-7當(dāng)沖擊電壓作用于變壓器繞組時(shí)，在變壓器繞組內(nèi)將出現(xiàn)振蕩過程，試分析出現(xiàn)振蕩的根本原因，并由此分析沖擊電壓波形對振蕩的影響。 7-8說明為什么需要限制旋轉(zhuǎn)電機(jī)的侵入波陡度。 7-1為什么需要用波動(dòng)過程研究電力系統(tǒng)中過電壓？ 答：實(shí)際電力系統(tǒng)采用三相交流或雙極直流輸電，屬于

46、多導(dǎo)線線路，而且沿線路的電場、磁場和損耗情況也不盡相同，因此所謂均勻無損單導(dǎo)線線路實(shí)際上是不存在的。但為了揭示線路波過程的物理本質(zhì)和基本規(guī)律，可暫時(shí)忽略線路的電阻和電導(dǎo)損耗，假定沿線線路參數(shù)處處相同，故首先研究均勻無損單導(dǎo)線中的波過程。 7-2 試分析波阻抗的物理意義及其與電阻之不同點(diǎn)？ 答：分布參數(shù)線路的波阻抗與集中參數(shù)電路的電阻雖然有相同的量綱，但物理意義上有著本質(zhì)的不同： （1）波阻抗表示向同一方向傳播的電壓波和電流波之間比值的大??；電磁被通過波阻抗為Z的無損線路時(shí)，其能量以電磁能的形式儲存于周圍介質(zhì)中．而不像通過電阻那樣被消耗掉。 （2）為了區(qū)別不同方向的行波，Z的前面應(yīng)有

47、正負(fù)號。 （3）如果導(dǎo)線上有前行波，又有反行波，兩波相遇時(shí)，總電壓和總電流的比值不再等于波阻抗，即 （4）波阻抗的數(shù)值Z只與導(dǎo)線單位長度的電感L0和電容C0有關(guān)，與線路長度無關(guān)。 7-3試分析直流電勢E合閘于有限長導(dǎo)線(長度為l，波阻為Z)的情況，末端對地接有電阻R(如圖7-24所示)。假設(shè)直流電源內(nèi)阻為零。 (1)當(dāng)R=Z時(shí)，分析末端與線路中間的電壓波形； (2)時(shí)，分析末端與線路中間的電壓波形； (3)當(dāng)R=0時(shí)，分析末端的電流波形和線路中間的電壓波形。 解：（1）當(dāng)R=Z時(shí)，沒有反射電壓波和反射電流波，即。則末端與線路中間的電壓相同，，波形如下。 圖(1) 末

48、端接集中負(fù)載R=Z時(shí)的電壓波形 （2）當(dāng)時(shí)，根據(jù)折射和反射系數(shù)計(jì)算公式（7-17），，即末端電壓U2=u2f=2E，反射電壓u1b=E，線路中間的電壓，波形如下。 圖(2) 末端開路時(shí)的電壓波形 （3）當(dāng)R=0時(shí)，根據(jù)折射和反射系數(shù)計(jì)算公式（7-17），，即線路末端電壓U2=u2f=0，反射電壓u1b=-E，線路中間的電壓。反射電流i1b=。在反射波到達(dá)范圍內(nèi)，導(dǎo)線上各點(diǎn)電流為，末端的電流。 圖(3－1) 末端接地時(shí)末端的電流波形 圖(3－2) 末端接地時(shí)線路中間的電壓波形 7-4母線上接有波阻抗分別為Z1、Z2、Z3的三條出線，從Z1線路上傳來幅值為E的無窮長直角電壓

49、波。求出在線路Z3出現(xiàn)的折射波和在線路Z1上的反射波。 解：當(dāng)無窮長直角波沿線路Z1達(dá)到母線后，在線路Z1上除、外又會產(chǎn)生新的行波、，因此線路上總的電壓和電流為 設(shè)線路Z2為無限長，或在線路Z2上未產(chǎn)生反射波前，線路Z2上只有前行波沒有反行波，則線路Z2上的電壓和電流為 同理，線路Z3上的電壓和電流為 然而母線上只能有一個(gè)電壓電流，因此其左右兩邊的電壓電流相等，即，，因此有 將，，，，代入上式得， 線路Z3出現(xiàn)的折射波 線路Z1出現(xiàn)的反射波 7-5有一直角電壓波E沿波阻抗為Z＝500的線路傳播，線路末端接有對地電容C＝O.0l。 (

50、1)畫出計(jì)算末端電壓的彼德遜等值電路，并計(jì)算線路末端電壓波形； (2)選擇適當(dāng)?shù)膮?shù)，把電容C等值為線段，用網(wǎng)格圖計(jì)算線路末端的電壓波形； (3)畫出以上求得的電壓波形，并進(jìn)行比較。 解：（１）計(jì)算末端電壓的彼德遜等值電路如圖（4），線路末端電壓為 圖（4）　彼德遜等值電路 （２）略 （３）略 7-6波在傳播中的衰減與畸變的主要原因？說明沖擊電暈對雷電波波形影響的原因？ 答：波的衰減和變形受到以下因素的影響： （1）線路電阻和絕緣電導(dǎo)的影響 實(shí)際輸電線路并不滿足無變形條件（式7-28），因此波在傳播過程中不僅會衰減，同時(shí)還會變形。此外由于集膚效應(yīng)，導(dǎo)線電阻隨著頻

51、率的增加而增加。任意波形的電磁波可以分解成為不同頻率的分量，因?yàn)楦鞣N頻率下的電阻不同，波的衰減程度不同，所以也會引起波傳播過程中的變形。 （2）沖擊電暈的影響 由于電暈要消耗能量，消耗能量的大小又與電壓的瞬時(shí)值有關(guān)，故將使行波發(fā)生衰減的同時(shí)伴隨有波形的畸變。 沖擊電暈對雷電波波形影響的原因： 雷電沖擊波的幅值很高，在導(dǎo)線上將產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊電暈。研究表明，形成沖擊電暈所需的時(shí)間非常短，大約在正沖擊時(shí)只需0.05，在負(fù)沖擊時(shí)只需0.01；而且與電壓陡度的關(guān)系非常小。由此可以認(rèn)為，在不是非常陡峭的波頭范圍內(nèi)，沖擊電暈的發(fā)展主要只與電壓的瞬時(shí)值有關(guān)。但是不同的極性對沖擊電暈的發(fā)展有顯著的影響。

52、當(dāng)產(chǎn)生正極性沖擊電暈時(shí)，電子在電場作用下迅速移向?qū)Ь€，正空間電荷加強(qiáng)距離導(dǎo)線較遠(yuǎn)處的電場強(qiáng)度，有利于電暈的進(jìn)一步發(fā)展；電暈外觀是從導(dǎo)線向外引出數(shù)量較多較長的細(xì)絲。當(dāng)產(chǎn)生負(fù)極性電暈時(shí)，正空間電荷的移動(dòng)不大，它的存在減弱了距導(dǎo)線較遠(yuǎn)處的電場強(qiáng)度．使電暈不易發(fā)展；電暈外觀上是較為完整的光圈。由于負(fù)極性電暈發(fā)展較弱，而雷電大部分是負(fù)極性的，所以在過電壓計(jì)算中常以負(fù)極性電暈作為計(jì)算的依據(jù)。 7-7當(dāng)沖擊電壓作用于變壓器繞組時(shí)，在變壓器繞組內(nèi)將出現(xiàn)振蕩過程，試分析出現(xiàn)振蕩的根本原因，并由此分析沖擊電壓波形對振蕩的影響。 答：出現(xiàn)振蕩的根本原因：由于變壓器的穩(wěn)態(tài)電位分布與起始電位分布不同，因此從起始

53、分布到穩(wěn)態(tài)分布，其間必有一個(gè)過渡過程。而且由于繞組電感和電容之間的能量轉(zhuǎn)換，使過渡過程具有振蕩性質(zhì)。 沖擊電壓波形對振蕩的影響:變壓器繞組的振蕩過程，與作用在繞組上的沖擊電壓波形有關(guān)。波頭陡度愈大，振蕩愈劇烈；陡度愈小，由于電感分流的影響，起始分布與穩(wěn)態(tài)分布愈接近，振蕩就會愈緩和，因而繞組各點(diǎn)的對地電位和電位梯度的最大值也將降低。此外波尾也有影響，在短波作用下，振蕩過程尚未充分激發(fā)起來時(shí)，外加電壓已經(jīng)大大衰減，故使繞組各點(diǎn)的對地電位和電位梯度也較低。 7-8說明為什么需要限制旋轉(zhuǎn)電機(jī)的侵入波陡度。 答：在直接與電網(wǎng)架空線連接方式下，雷電產(chǎn)生的沖擊電壓直接從線路傳到電機(jī)，對電機(jī)的危害性

54、很大，需采取限制侵入波陡度的保護(hù)措施，使得侵入電機(jī)的沖擊電壓的波頭較平緩，匝間電容的作用也就相應(yīng)減弱。 第八章 雷電過電壓及防護(hù) 8-1試述雷電放電的基本過程及各階段的特點(diǎn)。 8-2試述雷電流幅值的定義，分別計(jì)算下列雷電流幅值出現(xiàn)的概率：30kA、50kA、88kA、100kA、150kA、200kA。 8-3雷電過電壓是如何形成的？ 8-4某變電所配電構(gòu)架高11m，寬10.5m，擬在構(gòu)架側(cè)旁裝設(shè)獨(dú)立避雷針進(jìn)行保護(hù)，避雷針距構(gòu)架至少5m。試計(jì)算避雷針最低高度。 8-5設(shè)某變電所的四支等高避雷針，高度為25m，布置在邊長為42m的正方形的四個(gè)頂點(diǎn)上，試?yán)L出高度為11m的被保護(hù)設(shè)備

55、，試求被保護(hù)物高度的最小保護(hù)寬度。 8-6什么是避雷線的保護(hù)角？保護(hù)角對線路繞擊有何影響？ 8-7試分析排氣式避雷器與保護(hù)間隙的相同點(diǎn)與不同點(diǎn)。 8-8試比較普通閥式避雷器與金屬氧化物避雷器的性能，說說金屬氧化物避雷器有哪些優(yōu)點(diǎn)？ 8-9試述金屬氧化物避雷器的特性和各項(xiàng)參數(shù)的意義。 8-10限制雷電過電壓破壞作用的基本措施是什么？這些防雷設(shè)備各起什么保護(hù)作用？ 8-11平原地區(qū)110kV單避雷線線路水泥桿塔如圖所示，絕緣子串由6X－7組成，長為1.2m，其正極性U50%為700kV，桿塔沖擊接地電阻為7Ω，導(dǎo)線和避雷線的直徑分別為21.5mm和7.8mm，15℃時(shí)避雷線弧垂2.8m

56、，下導(dǎo)線弧垂5.3m，其它數(shù)據(jù)標(biāo)注在圖中，單位為m，試求該線路的耐雷水平和雷擊跳閘率。 習(xí)題8-11圖 8-12某平原地區(qū)550kV輸電線路檔距為400m，導(dǎo)線水平布置，導(dǎo)線懸掛高度為28.15m，相間距離為12.5m，15℃時(shí)弧垂12.5m。導(dǎo)線四分裂，半徑為11.75mm，分裂距離0.45m(等值半徑為19.8cm)。兩根避雷線半徑5.3mm，相距21.4m，其懸掛高度為37m，15℃時(shí)弧垂9.5m。桿塔電桿15.6μH，沖擊接地電阻為10Ω。線路采用28片XP-16絕緣子，串長4.48m，其正極性U50%為2.35MV，負(fù)極性U50%為2.74MV，試求該線路的耐雷水平和雷擊跳閘

57、率。 8-13為什么110kV及以上線路一般采用全線架設(shè)避雷線的保護(hù)措施，而35kV及以下線路不采用？ 8-14輸電線路防雷有哪些基本措施。 8-15變電所進(jìn)線段保護(hù)的作用和要求是什么？ 8-16試述變電所進(jìn)線段保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)接線中各元件的作用。 8-17某110kV變電所內(nèi)裝有FZ-110J型閥式避雷器，其安裝點(diǎn)到變壓器的電氣距離為50m，運(yùn)行中經(jīng)常有兩路出線，其導(dǎo)線的平均對地高度為10m，試確定應(yīng)有的進(jìn)線保護(hù)段長度。 8-18試述旋轉(zhuǎn)電機(jī)絕緣的特點(diǎn)及直配電機(jī)的防雷保護(hù)措施。 8-19說明直配電機(jī)防雷保護(hù)中電纜段的作用。 8-20試述氣體絕緣變電所防雷保護(hù)的特點(diǎn)和措施。 8-2

58、1什么是接地？接地有哪些類型？各有何用途？ 8-22什么是接地電阻，接觸電壓和跨步電壓？ 8-23試計(jì)算如圖8-44所示接地裝置的沖擊接地電阻。已知垂直接地極是由6根直徑為1.8cm、長3m的圓管組成，土壤電阻率為200Ωm，雷電流為40A時(shí)沖擊系數(shù)為0.5，沖擊利用系數(shù)為0.7。 8-24某220kV變電所，采用型布置，變電所面積為194.5m201.5m，土壤電阻率為300Ωm，試估算其接地網(wǎng)的工頻接地電阻。 8-1試述雷電放電的基本過程及各階段的特點(diǎn)。 答：雷電放電的基本過程包括先導(dǎo)放電、主放電和余輝放電三個(gè)階段。 （1）先導(dǎo)放電階段——開始產(chǎn)生的先導(dǎo)放電是跳躍式向前發(fā)展

59、。先導(dǎo)放電常常表現(xiàn)為分枝狀，這些分枝狀的先導(dǎo)放電通常只有一條放電分支達(dá)到大地。整個(gè)先導(dǎo)放電時(shí)間約0.005~0.01s，相應(yīng)于先導(dǎo)放電階段的雷電流很小。 （2）主放電階段——主放電過程是逆著負(fù)先導(dǎo)的通道由下向上發(fā)展的。在主放電中，雷云與大地之間所聚集的大量電荷，通過先導(dǎo)放電所開辟的狹小電離通道發(fā)生猛烈的電荷中和，放出巨大的光和熱。在主放電階段，雷擊點(diǎn)有巨大的電流流過，主放電的時(shí)間極短。 （3）余輝放電階段——當(dāng)主放電階段結(jié)束后，雷云中的剩余電荷將繼續(xù)沿主放電通道下移，使通道連續(xù)維持著一定余輝。余輝放電電流僅數(shù)百安，但持續(xù)的時(shí)間可達(dá)0.03~0.05s。 8-2試述雷電流幅值的定義，分

60、別計(jì)算下列雷電流幅值出現(xiàn)的概率：30kA、50kA、88kA、100kA、150kA、200kA。 答：根據(jù)式（8-4），。其中，P為雷電流幅值超過I的概率，I為雷電流幅值。則雷電流幅值為30kA、50kA、88kA、100kA、150kA、200kA時(shí)，對應(yīng)的概率分別為45.61%、27.03%、10.00%、7.31%、1.97%、0.53%。 8-3雷電過電壓是如何形成的？ 答：雷電過電壓的形成包括以下幾種情況。 （1）直擊雷過電壓 a.雷直擊于地面上接地良好的物體（圖8-3）時(shí)，流過雷擊點(diǎn)A的電流即為雷電流i。采用電流源彼德遜等值電路，則雷電流 沿雷道波阻抗下來的雷

61、電入射波的幅值I0=I/2，A點(diǎn)的電壓幅值。 b.雷直擊于輸電線路的導(dǎo)線（圖8-4）時(shí)，電流波向線路的兩側(cè)流動(dòng)，如果電流電壓均以幅值表示，則 導(dǎo)線被擊點(diǎn)A的過電壓幅值為 （2）感應(yīng)雷過電壓 雷云對地放電過程中，放電通道周圍空間電磁場急劇變化，會在附近線路的導(dǎo)線上產(chǎn)生過電壓（圖8-5）。在雷云放電的先導(dǎo)階段，先導(dǎo)通道中充滿了電荷，如圖8-5（a）所示，這些電荷對導(dǎo)線產(chǎn)生靜電感應(yīng)，在負(fù)先導(dǎo)附近的導(dǎo)線上積累了異號的正束縛電荷，而導(dǎo)線上的負(fù)電荷則被排斥到導(dǎo)線的遠(yuǎn)端。因?yàn)橄葘?dǎo)放電的速度很慢，所以導(dǎo)線上電荷的運(yùn)動(dòng)也很慢，由此引起的導(dǎo)線中的電流很小，同時(shí)由于導(dǎo)線對地泄漏電導(dǎo)的存在，導(dǎo)線電位將

62、與遠(yuǎn)離雷云處的導(dǎo)線電位相同。當(dāng)先導(dǎo)到達(dá)附近地面時(shí)，主放電開始，先導(dǎo)通道中的電荷被中和，與之相應(yīng)的導(dǎo)線上的束縛電荷得到解放，以波的形式向?qū)Ь€兩側(cè)運(yùn)動(dòng)，如圖8-5（b）所示。電荷流動(dòng)形成的電流乘以導(dǎo)線的波阻抗即為兩側(cè)流動(dòng)的靜電感應(yīng)過電壓波。 8-4某變電所配電構(gòu)架高11m，寬10.5m，擬在構(gòu)架側(cè)旁裝設(shè)獨(dú)立避雷針進(jìn)行保護(hù)，避雷針距構(gòu)架至少5m。試計(jì)算避雷針最低高度。 解：由題意可知，=10.5+ 5=15.5m，m 分別令p=1，p=5.5/，列出以下式子 代入數(shù)值解得 所以避雷針的最低高度為26.5米。 8-5設(shè)某變電所的四支等高避雷針，高度為25m，

63、布置在邊長為42m的正方形的四個(gè)頂點(diǎn)上，試?yán)L出高度為11m的被保護(hù)設(shè)備，試求被保護(hù)物高度的最小保護(hù)寬度。 解：略 8-6什么是避雷線的保護(hù)角？保護(hù)角對線路繞擊有何影響？ 答：避雷線的保護(hù)角指避雷線和外側(cè)導(dǎo)線的連線與避雷線的垂線之間的夾角，用來表示避雷線對導(dǎo)線的保護(hù)程度。保護(hù)角愈小，避雷線就愈可靠地保護(hù)導(dǎo)線免遭雷擊。 8-7試分析排氣式避雷器與保護(hù)間隙的相同點(diǎn)與不同點(diǎn)。 答： 避雷器類型 比較異同 保護(hù)間隙 排氣式避雷器 相同點(diǎn) a) 當(dāng)雷電波侵入時(shí)，間隙先擊穿，雷電流經(jīng)間隙泄入大地，從而保護(hù)了電氣設(shè)備； b) 過電壓消失后，保護(hù)間隙中仍有工頻續(xù)流流過，且切斷電

64、流有限； c) 伏秒特性曲線較陡，放電分散性大，與被保護(hù)設(shè)備的絕緣配合不理想，并且動(dòng)作后會形成截波，對變壓器縱絕緣不利。 不同點(diǎn) 結(jié)構(gòu) 簡單 復(fù)雜 熄弧能力 低 高 輔助設(shè)備 當(dāng)間隙不能自行熄弧時(shí)，將引起斷路器跳閘。為減少線路停電事故，應(yīng)加裝自動(dòng)重合閘裝置。 排氣式避雷器動(dòng)作多次后，管壁將變薄，故應(yīng)裝設(shè)簡單可靠的動(dòng)作指示器。 應(yīng)用范圍 除有效接地系統(tǒng)和低電阻接地系統(tǒng)外的低壓配電系統(tǒng)； 排氣式避雷器的滅弧能力不能符合要求的場合 線路保護(hù)和發(fā)、變電所的進(jìn)線段保護(hù) 8-8試比較普通閥式避雷器與金屬氧化鋅避雷器的性能，說說金屬氧化鋅避雷器有哪些優(yōu)點(diǎn)？ 答：由于

65、氧化鋅閥片優(yōu)異的非線性伏安特性，使金屬氧化鋅避雷器（MOA）與普通閥式避雷器相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1） 保護(hù)性能好；（2）無續(xù)流；（3）通流容量大；（4）運(yùn)行安全可靠。 8-9試述金屬氧化鋅避雷器的特性和各項(xiàng)參數(shù)的意義。 答：金屬氧化物避雷器電氣特性的基本技術(shù)指標(biāo)： （1) 額定電壓——避雷器兩端允許施加的最大工頻電壓有效值，與熱負(fù)載有關(guān)，是決定避雷器各種特性的基準(zhǔn)參數(shù)。 （2) 最大持續(xù)運(yùn)行電壓——允許持續(xù)加在避雷器兩端的最大工頻電壓有效值，決定了避雷器長期工作的老化性能。 （3) 參考電壓——避雷器通過lmA工頻電流阻性分量峰值或者lmA直流電流時(shí)，其兩端之間的工頻電壓峰值或直

66、流電壓，通常用U1mA表示。從該電壓開始，電流將隨電壓的升高而迅速增大，并起限制過電壓作用。因此又稱起始動(dòng)作電壓，也稱轉(zhuǎn)折電壓或拐點(diǎn)電壓 （4) 殘壓——放電電流通過避雷器時(shí)兩端出現(xiàn)的電壓峰值。包括三種放電電流波形下的殘壓，避雷器的保護(hù)水平是三者殘壓的組合。 （5）通流容量——表示閥片耐受通過電流的能力。 （6）壓比——MOA通過波形為8／20的標(biāo)稱沖擊放電電流時(shí)的殘壓與其參考電壓之比。壓比越小，表示非線性越好，通過沖擊放電電流時(shí)的殘壓越低，避雷器的保護(hù)性能越好。 （7）荷電率——MOA的最大持續(xù)運(yùn)行電壓峰值與直流參考電壓的比值。荷電率愈高，說明避雷器穩(wěn)定性能愈好，耐老化，能在靠近“轉(zhuǎn)折點(diǎn)”長期工作。 （8）保護(hù)比——標(biāo)稱放電電流下的殘壓與最大持續(xù)運(yùn)行電壓峰值的比值或壓比與荷電率之比。保護(hù)比越小，MOA的保護(hù)性能越好。 8-10限制雷電過電壓破壞作用的基本措施是什么？這些防雷設(shè)備各起什么保護(hù)作用？ 答：限制雷電的破壞性，基本措施就是加裝避雷針、避雷線、避雷器、防雷接地、電抗線圈、電容器組、消弧線圈、自動(dòng)重合閘等防雷保護(hù)裝置。 避雷針、避雷線用于防止直