高電壓技術(shù)課后習(xí)題答案詳解

1、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(huì)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， 每次碰撞都會(huì)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 e d 個(gè)。假設(shè)每次

2、電離撞出一個(gè)正離子，故電極 空間共有（ e d 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（ ed 1）個(gè)正離子在到達(dá)陰極表面時(shí)可撞出（e d1）個(gè)新電子，則（ e d -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（ e d -1）=1或e d = 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

3、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)

4、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0為原點(diǎn)，P點(diǎn)為波峰。國際上都用 圖示的方法求得名義零點(diǎn)。圖中虛線所示，連接 P點(diǎn)與倍峰值點(diǎn)作虛線交橫 軸于Oi點(diǎn)，這樣波前時(shí)

5、間Ti、和波長T2都從Q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：T 波前時(shí)間T2 半峰值時(shí)間Umax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(huì)顯著降低正極性擊穿電壓。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

6、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(huì)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(huì)出現(xiàn)熱電離 現(xiàn)象，故沒有明顯的滑閃放電，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=30C，濕球溫度=25C, 氣

7、壓二的大氣條件下，問其正極性 50%操作沖擊擊穿電壓為多少kV （空氣相對密 度=）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U50標(biāo)準(zhǔn)=1300kVo查高電壓技術(shù)可得空氣絕對濕度 h 20g/m3。從而h/21,再由圖3-1U 1求得參數(shù)K行。求得參數(shù)g賦J=1300/ （500 x 4“）=，于是由圖3-3得指數(shù)m W 0.34空氣密度校正因數(shù)Kdm0.95034 0.9827濕度校正因數(shù)KhKw 1.10.34 1.033所以在這種大氣條件下，距離為4m的棒-極間隙的正極性50%操作沖擊擊穿電壓為 U50 夏 U50 標(biāo)準(zhǔn)？Ki?K21300 0.

8、9827 1.0331320kV。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KaU。U。1001.1 H10 41.14500 10 4154kV2- 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T圖(1)電子式極化(2) 偶極子極化IOQOOQGO 曰 OQHE

9、 hi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、)求得宏觀參數(shù)一 介電常數(shù)r，必須先求得電介質(zhì)的有效電場 Ei。(1) 對于非極性和弱極性液體介質(zhì)，有效電場強(qiáng)度Ei式中，P為極化強(qiáng)度(P o( r 1)E )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r 1 Nr 23 0(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，相互作用強(qiáng)，造成強(qiáng)的附加電場，洛倫茲

10、球內(nèi)分子作用的電場E2工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 r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r很??；隨著溫度的升高，液體電

11、介質(zhì)黏度減小，偶 極子轉(zhuǎn)動(dòng)幅度變大，r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，r又開始減小。(2) 頻率對極性液體電介質(zhì)的 r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r值變小。其中r0相當(dāng)于直流電場下的介電常數(shù)，ff 1以后偶極子越來越跟不上電場的交變，r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，r減小到r，常溫下，極性液體電介質(zhì)的 r36。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)離子為正離子，它們

12、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u，當(dāng)離子的熱振動(dòng)能超過鄰近分子對它的束縛勢壘 uo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Uo 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)

13、 弱電場區(qū)：在通常條件下，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

14、使液體中存在氣泡時(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107108V/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/R1以上。按這

15、樣的電流密度來估算發(fā)熱，單位體積、單位時(shí)間中的發(fā)熱量約為1013J/ (s m3 )，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10-210-4cm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

16、向伸長成為橢圓球， 如果定向 排列的橢圓水球貫穿于電極間形成連續(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。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

17、電常數(shù)的大小來表 示，它與該介質(zhì)分子的極性強(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

18、少量或 不含玻璃相，通常結(jié)晶相結(jié)構(gòu)緊密， tan 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 s 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(io5 m,所以介質(zhì)表面的水膜將引起較大的表面電流，使s 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)

19、 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，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(huì)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 90 ，不能形成連續(xù)的水膜，故 s 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(huì)引起介質(zhì)表面導(dǎo)電水膜的電阻率下 降，從而使 s 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：

20、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。(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

21、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。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

22、枝亦不同。(1) 電樹枝樹枝因介質(zhì)中間歇性的局部放電而緩慢地?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200700V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dT 2CvEd

23、t(2) 穩(wěn)態(tài)熱擊穿電壓長時(shí)間作用，介質(zhì)內(nèi)溫度變化極慢，熱擊穿臨界電壓為2 Tc KUoc 8t dTT03- 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(huì)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(huì)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(jí)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

24、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)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 h u 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

25、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。(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。4-

26、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R 2，而受潮后的吸收特性R 1。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?？?，吸

27、收比的比值會(huì)有明顯不同，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)電容器這一 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R和C4來確定電橋的平衡以最終計(jì)算出 CX和tan S。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tan S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

28、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tan S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tan S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

29、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。

30、(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(huì)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

31、，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)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。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

32、，要求電源容量很小，加上可么用串級(jí)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(jí)），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

33、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(huì)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(jí)升壓，一旦發(fā)現(xiàn)異常現(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)

34、電機(jī)試 驗(yàn)時(shí)是以每級(jí)倍額定電壓分階段升高，每階段停留1mi n,讀取泄漏電流值。電纜試驗(yàn)時(shí)，在試驗(yàn)電壓下持續(xù) 5mi n,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(hào)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

35、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 P 1.05 105Pa,t 27 C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Us 85 85%72(kV)因?yàn)殡娏ψ儔浩鞯慕^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U0(1.05 1.15)Us若取U01.05Us 1.05 722106.9(kV,最大值)，也就是說，球隙的實(shí) 際放電電壓等于(最大值)。因?yàn)榍蛳兜姆烹婋妷号c

36、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273 27U。106.9 105.7(kV,最大值)，0.289 1050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105 106.2(kV，最大值)除了按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定認(rèn)真制定試驗(yàn)方.0.289 1050U 03005- 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, 案外，還須注意下列問題:(1) 防止工頻高壓試驗(yàn)中可能出現(xiàn)的過電壓;(2) 試驗(yàn)電壓的波形

37、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。Rt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： 是自起動(dòng)方式。這時(shí)只要將點(diǎn)火球隙 Fi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)Fi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要取決于 Fi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

38、能提高輸出電壓。 是使各級(jí)電容器充電到一個(gè)略低于 Fi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Fi中的一個(gè)輔助間隙上使之擊穿并引起Fi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：分壓器-示波器；測量球隙；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。6- 1 簡述什么是在線監(jiān)測， 哪些設(shè)備需要實(shí)施在線監(jiān)測在線監(jiān)測與離線試驗(yàn) 各有什么優(yōu)缺點(diǎn)答：在線監(jiān)測是在電力設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)下連續(xù)或周期性監(jiān)測絕緣的狀況。

39、一 些不能停止運(yùn)行的重要電力設(shè)備需要實(shí)施在線監(jiān)測。 離線試驗(yàn)需要停電進(jìn)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，但是離線試驗(yàn)投資較??；檢測面寬；檢測設(shè)備相 對簡單，使用方便；適合小型系統(tǒng)和設(shè)備，同時(shí)對設(shè)備的影響小。6- 2 變壓器絕緣故障有哪些類型，對應(yīng)的故障氣體特點(diǎn)是什么 答：變壓器絕緣故障主要分為三類：熱故障、電故障及其絕緣受潮，故障不 同時(shí)，油中溶解的故障氣體成分不同， 因此可以通過分析油中溶解氣體的成分來 判斷變壓器存在的絕緣故障。1. 過熱故障： 當(dāng)熱應(yīng)力只引起熱源處絕緣油分解時(shí)， 所產(chǎn)生的特征氣體主要是CH4和

40、C2H4且C2H4所占比例隨著故障點(diǎn)溫度的升高而增加。當(dāng)故障涉及固 體材料時(shí)，則還會(huì)產(chǎn)生大量的 CO和CO22. 放電故障： 放電故障是由于電應(yīng)力作用而造成絕緣裂化， 按能量密度不同 可以分成電弧放電、火花放電和局部放電等。（1） 電弧放電：油中溶解的故障特征氣體主要是GH、其次是大量的C2H4、 CH4。（2）火花放電：油中溶解氣體的特征氣體以 GH、H為主。（3）局部放電：油中的氣體組分含量隨放電能量密度不同而異，一般總烴 不高，主要成分是H，其次CH。3. 絕緣受潮：含有大量的 H26- 3 按監(jiān)測對象分類，絕緣油中溶解故障氣體監(jiān)測裝置可分為哪幾類，各有 什么優(yōu)缺點(diǎn)答：變壓器油中溶解氣體

41、在線監(jiān)測根據(jù)不同的原則可以分為不同的種類。 以 監(jiān)測對象分類可歸結(jié)為以下幾類：(1)測量可燃性氣體含量(TCG,包括H2、CO和各類氣體烴類含量的總和( 2)測量單種氣體濃度。 分析與實(shí)踐都證明變壓器發(fā)生過熱或局部放電時(shí)， 所產(chǎn)生的氣體多含有較多的因此可以通過監(jiān)測 H的變化判斷變壓器是否存在故障。(3)測量多種氣體組分的濃度。6- 4容性電氣設(shè)備tan S的監(jiān)測方法有哪些各適用于哪些場合 答：監(jiān)測方法有：高壓電橋法、相位差法和全數(shù)字測量法。各監(jiān)測方法的適 用場合分別如下：(1) 高壓電橋法：硬件間接測量；( 2)相位差法：硬件直接測量；( 3)全數(shù)字測量法：軟件計(jì)算。6- 5 按檢測器帶寬分類

42、,局部放電在線監(jiān)測有哪些類型各有什么特點(diǎn) 答：傳感器的積分方式有兩種,分別適用于寬帶型和窄帶型傳感器。(1) 寬帶型傳感器：線圈兩端并接有一個(gè)積分電阻，信號(hào)電壓u(t)和所監(jiān) 測的電流ii(t)成線性關(guān)系。(2) 窄帶型傳感器：具有較好的抗干擾性能。6- 6油中氣體在線監(jiān)測、局部放電在線監(jiān)測和tan S監(jiān)測的干擾信號(hào)主要有哪些特點(diǎn)是什么如何消除各種干擾答：1）油中氣體在線監(jiān)測的干擾信號(hào)2）局部放電在線監(jiān)測的干擾信號(hào)：（1）線路或其它鄰近設(shè)備的電暈放電和內(nèi)部的局部放電；（2）電力系統(tǒng)的載波通信和高頻保護(hù)信號(hào)對監(jiān)測的干擾；（3）可控硅整流設(shè)備引起的干擾；（4）無線電廣播的干擾；（5）其他周期性干擾

43、。 消除的方法：（1）選擇合適的監(jiān)測頻帶； （2）差動(dòng)平衡系統(tǒng)以及其它方法。3） tan S監(jiān)測的干擾信號(hào)6- 7 為什么說在線監(jiān)測技術(shù)是實(shí)施狀態(tài)維修的基礎(chǔ) 答：在線監(jiān)測技術(shù)比離線監(jiān)測技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)在于能夠監(jiān)測裝置運(yùn)行時(shí)的狀 態(tài)，而實(shí)施狀態(tài)維修也必須是裝置在運(yùn)行過程中發(fā)生故障， 有些裝置在離線狀態(tài) 下無法檢測出它的故障，所以在線監(jiān)測能夠較為準(zhǔn)確的決定是否進(jìn)行維修。6- 8 對于在線監(jiān)測裝置，測量重復(fù)性和測量精度哪個(gè)更重要，為什么 答：測量精度更為重要， 對于在線監(jiān)測裝置， 由于我們對于故障的診斷是以 概率的方式來劃分， 而且裝置實(shí)時(shí)運(yùn)行時(shí)， 各個(gè)時(shí)段的運(yùn)行狀態(tài)并不一樣， 有可 能因?yàn)槲⑿〉囊粋€(gè)

44、變化造成故障現(xiàn)象的出現(xiàn)， 但是過后又迅速消失， 所以測量重 復(fù)性一是解決有些細(xì)微的變化但還未達(dá)到故障的現(xiàn)象， 防止誤動(dòng)作； 二是多次測 量以確定達(dá)到故障時(shí)的概率值，保證繼電保護(hù)裝置動(dòng)作。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。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 ，相應(yīng)于先導(dǎo)放電階段的雷電流很小。（2）主放電階段一一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

45、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）余輝放電階段一一當(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)。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。I答：根據(jù)式（8-4），P 10 88。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% %

46、 % % % %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21。沿雷道波阻抗Z下來的雷電入射波的幅值I o=l/2 ,A點(diǎn)的電壓幅值UaIRib.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2電流電壓均以幅值表示，則Iz2UoIZoZ0 ZZo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(huì)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

47、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(hào)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i乘以導(dǎo)線的波阻抗Z即為兩側(cè)流動(dòng)的靜電感應(yīng)過電壓波U iZ。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

48、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，rx=+ 5=15.5m， hx 11 m分別令p=1，p=-.h，列出以下式子rx (h hx)rx (1.5h 2hx)5.5/ ,h代入數(shù)值解得hh226.5m48.8m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)

49、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(huì)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 一 耳口指示器

50、。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）額定電壓一一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

51、持續(xù)運(yùn)行電壓一一允許持續(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）參考電壓一一避雷器通過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）通流容量一一表示閥片耐受通過電流的能力。（6）壓比一一MOA通過波形為8/20 s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

52、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) 荷電率一一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勺保護(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、避雷線用于防止直擊雷過電壓， 避雷器用于防止沿輸電線

53、路侵入變 電所的感應(yīng)雷過電壓。 下面主要介紹避雷針、 避雷線和避雷器的保護(hù)原理及其保 護(hù)范圍。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6XX 7 組成，長為1.2m,其正極性U50%fe 700kV,桿塔沖擊接地電阻Ri為7Q,導(dǎo)線 和避雷線的直徑分別為21.5mm和7.8mm 15C時(shí)避雷線弧垂2.8m,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。解：略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，15C時(shí)弧垂12.5m。導(dǎo)線四分裂，半徑為11.75mm 分

54、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, 15C時(shí)弧垂9.5m。桿塔電桿卩H,沖擊接地電阻為10 Q。線路 采用28片XP-16絕緣子，串長4.48m,其正極性U50%為，負(fù)極性U508為，試求 該線路的耐雷水平和雷擊跳閘率。解：略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及以下線路不采用答：輸電線路的防雷，應(yīng)根據(jù)線路的電壓等級(jí)、負(fù)荷性質(zhì)和系統(tǒng)運(yùn)行方式， 并結(jié)合當(dāng)?shù)氐貐^(qū)雷電活動(dòng)的強(qiáng)弱、 地形地貌特點(diǎn)及土壤電阻率高低等情況， 通過 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，采用合理的防雷方式。因此，35kV線路不宜全線架設(shè)

55、避雷線，110kV及以上線路應(yīng)全線架設(shè)避雷線。8-14 輸電線路防雷有哪些基本措施。答：（1）架設(shè)避雷線；（2）降低桿塔接地電阻；（3）架設(shè)耦合地線；（4）采 用不平衡絕緣方式；（5）采用中性點(diǎn)非有效接地方式； （6）裝設(shè)避雷器；（7）加 強(qiáng)絕緣；（8）裝設(shè)自動(dòng)重合閘。8-15變電所進(jìn)線段保護(hù)的作用和要求是什么 答：變電所進(jìn)線段保護(hù)的作用在于限制流經(jīng)避雷器的雷電流幅值和侵入波的 陡度。針對不同電壓等級(jí)的輸電線路，具體要求如下：a）未沿全線架設(shè)避雷線的35kV110kV架空送電線路，應(yīng)在變電所 1km2km的進(jìn)線段架設(shè)避雷線作為進(jìn)線段保護(hù)，要求保護(hù)段上的避雷線保護(hù)角宜不超過 20，最大不應(yīng)超過

56、30；b）110kV及以上有避雷線架空送電線路，把 2km范圍內(nèi)進(jìn)線作為進(jìn)線保護(hù)段，要求加強(qiáng)防護(hù)，如減小避雷線的保護(hù)角a及降低桿塔的接地電阻R。要求進(jìn)線保護(hù)段范圍內(nèi)的桿塔耐雷水平， 達(dá)到表8-7 的最大值， 以使避雷器電流幅值不 超過5kA（在330500kV級(jí)為10kA），而且必須保證來波陡度 a不超過一定的允 許值。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。答：在圖 8-32 所示的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)線段保護(hù)方式中，安裝了排氣式避雷器FE。在雷季，線路斷路器、隔離開關(guān)可能經(jīng)常開斷而線路側(cè)又帶有工頻電壓（熱備用狀態(tài)），沿線襲來的雷電波（其幅值為U50%）在此處碰到了開路的末端，于是電 壓可上升到2U50%，這時(shí)可能使開路的斷路器和隔離開關(guān)對地放電，引起工頻短路，將斷路器或隔離開關(guān)的絕緣支座燒毀，為此在靠近隔離開關(guān)或斷路器處裝設(shè)一組 排氣式避雷器FE。ul-圖8-32 35kV110kV變電所的進(jìn)線保護(hù)接線8-17某110kV變電所內(nèi)裝有FZ-110J型閥式避