高電壓工程馬愛清習(xí)題答案

《高電壓工程》習(xí)題答案

第一章

1.解釋絕緣電阻、吸收比、泄漏電流、tan'的基本概念。為什么可以用這些參數(shù)

表征絕緣介質(zhì)的特性？

絕緣電阻：電介質(zhì)的電阻率很大，只有很小的泄漏電流(一般以pA計)流過電介

質(zhì)，對應(yīng)的電阻很大，稱為絕緣電阻。絕緣電阻是電氣設(shè)備和電氣線路最基本的絕緣指

標(biāo)。絕緣電阻值的大小常能靈敏的反映絕緣情況，能有效地發(fā)現(xiàn)設(shè)備局部或整體受潮和

臟污，以及絕緣擊穿和嚴(yán)重過熱老化等缺陷。

吸收比：吸收比K定義為加上直流電壓后60s與15s時的絕緣電阻值之比。即

K=若絕緣良好，比值相差較大；若絕緣裂化、受潮或有缺陷，比值接近于

居5s

1,因此絕緣實(shí)驗(yàn)中可以根據(jù)吸收比K的大小來判斷絕緣性能的好壞。

泄漏電流：流過電介質(zhì)絕緣電阻的純阻性電流，不隨時間變化，稱為泄漏電流。泄

漏電流實(shí)際上就是電氣線路或設(shè)備在沒有故障和施加電壓的作用下，流經(jīng)絕緣部分的電

流，因此，它是衡量電器絕緣性好壞的重要標(biāo)志之一。

tan^：介質(zhì)損耗因數(shù)是在交流電壓作用下，電介質(zhì)中電流的有功分量與無功分量

的比值。即tanb=}

tant5是反映絕緣介質(zhì)損耗大小的特征參數(shù)。

2.為什么一些電容量較大的設(shè)備如電容器、電力電纜等經(jīng)過直流高壓實(shí)驗(yàn)后，要

用接地棒將其兩極間短路放電長達(dá)5-10min?

因?yàn)槿菪驮O(shè)備的儲存電荷較多，放電實(shí)質(zhì)是一個RC電路，等效的公式為U(1-eT),

其中時間常數(shù)T=R*C,電容越大，放電的時間越長。為了操作安全以及不影響下一次

試驗(yàn)結(jié)果，因此要求電容要充分放電至安全程度，時間長達(dá)5-10min。

3.試比較氣體、液體、固體電介質(zhì)的擊穿場強(qiáng)大小及絕緣恢復(fù)特性。

固體電介質(zhì)擊穿場強(qiáng)最大，液體電介質(zhì)次之，氣體電介質(zhì)最??；氣體電介質(zhì)和液體

電介質(zhì)屬于自恢復(fù)絕緣，固體電介質(zhì)屬于非自恢復(fù)絕緣。

4.何謂電介質(zhì)的吸收現(xiàn)象?用電介質(zhì)極化、電導(dǎo)過程的等值電路說明出現(xiàn)此現(xiàn)象的

原因。為什么可以說絕緣電阻是電介質(zhì)上所加直流電壓與流過電介質(zhì)的穩(wěn)定體積泄漏電

流之比？

(1)一固體電介質(zhì)加上直流電壓U,如圖1-la所示觀察開關(guān)與合上之后流過介

質(zhì)電流i的變化情況。電流從大到小隨時間衰減，最終穩(wěn)定于某一數(shù)值，此現(xiàn)象稱為“吸

收現(xiàn)象”。如圖1-lb所示。

圖1-1直流電壓下流過電介質(zhì)的電流

（2）“吸收”現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是電介質(zhì)在直流電壓

（電場）作用下，電介質(zhì)發(fā)生極化和電導(dǎo)過程的

結(jié)果。電介質(zhì)并聯(lián)等效電路如圖1-2所示，流過

電介質(zhì)的電流i由三個分量組成，即

i=ia+ic+ig,圖1-2

電介質(zhì)并聯(lián)等效電路

其中無損極化電流J它存在時間極短，很快衰

減至零;有損極化（夾層極化和偶極子式極化）電

流ia，隨時間衰減，被稱為吸收電流;電導(dǎo)電流ig,

流過電介質(zhì)絕緣電阻的純阻性電流，不隨時間變化，稱為泄漏電流。將上述三個電流ia、

ic、ig在每個時刻疊加起來就得到流過介質(zhì)的電流io

（3）從吸收曲線上看，無損極化電流ic和電導(dǎo)電流1經(jīng)過一段時間后趨近于零，

因此i趨近于吸收電流ia。所謂絕緣電阻就是指電介質(zhì)上所加直流電壓與流過電介質(zhì)的

穩(wěn)定體積泄漏電流之比。

5.介質(zhì)損耗為電介質(zhì)的功率損耗，為何不用損耗功率P而要用tana來表征電介質(zhì)

在交流電壓下的損耗特性?為何電源中存在較嚴(yán)重高次諧波時容易引起電氣設(shè)備絕緣老

化加快？

在交流電壓作用下，除絕緣電阻引起的損耗外，還有因電源的極性周期地變化引起的

電介質(zhì)周期地極化所產(chǎn)生的損耗。電介質(zhì)上損耗的有功功率P不僅與所加的交流電壓

值、電壓的角頻率（0有關(guān)，而且與電介質(zhì)的等值電容（涉及被試品的尺寸、幾何形狀）都

有關(guān)。因此，對不同的被試電氣設(shè)備難以根據(jù)P值的大小來衡量其介質(zhì)損耗性能,而介質(zhì)

損耗角正切tan<5僅取決于材料損耗特性，而與其他因素?zé)o關(guān)，通常用它來表征介質(zhì)損耗

的強(qiáng)弱程度。

在頻率不太高的一定范圍內(nèi)，隨頻率的升高，偶極子往復(fù)轉(zhuǎn)向頻率加快，極化程度加

強(qiáng)，介質(zhì)損耗增大，使得溫度升高從而引起電氣設(shè)備絕緣老化加快。

6.簡述電介質(zhì)電導(dǎo)與金屬電導(dǎo)的區(qū)別。

（1）帶電質(zhì)點(diǎn)不同:電介質(zhì)為帶電離子（固有離子，雜質(zhì)離子）;金屬為自由電子；

（2）數(shù)量級不同:電介質(zhì)的y小，泄漏電流小;金屬電導(dǎo)的電流很大；

（3）電導(dǎo)電流的受影響因素不同:電介質(zhì)中由離子數(shù)目決定，對所含雜質(zhì)、溫度很敏

感，電介質(zhì)電導(dǎo)為負(fù)溫度系數(shù);金屬中主要由外加電壓*夬定，雜質(zhì)、溫度不是主要因素,

金屬電導(dǎo)為正溫度系數(shù)。

7.下列雙層電介質(zhì)串聯(lián)，在交流電源下工作時，哪一種電介質(zhì)承受的場強(qiáng)較大?哪

一種電介質(zhì)比較容易擊穿？

（1）固體電介質(zhì)和薄層空氣串聯(lián)；（2）紙和油層串聯(lián)。

（1）對于固體電介質(zhì)和薄層空氣串聯(lián)：由于固體電介質(zhì)的介電常數(shù)比空氣的介電

常數(shù)大，所以根據(jù)各層電介質(zhì)中的電場強(qiáng)度與介電常數(shù)成反比的關(guān)系，可知薄層空氣電

介質(zhì)所承受的場強(qiáng)較大，其更容易擊穿。

（2）對于紙和油層串聯(lián)：由于紙的介電常數(shù)比油層的介電常數(shù)大，故根據(jù)各層電介質(zhì)

中的電場強(qiáng)度與介電常數(shù)成反比的關(guān)系，可知油層所承受的電場強(qiáng)度較大，其更容易擊

穿。

8.什么叫熱老化的8℃規(guī)則？

對A級絕緣，溫度每增加8C,壽命便縮短一半左右，這通常稱為熱老化的8。（2規(guī)

則。

9.何謂絕緣材料的耐熱等級?降低電氣設(shè)備工作溫度有何意義？

絕緣材料的耐熱等級是指該絕緣材料在正常條件下允許的最高工作溫度，即耐熱程

度，可分為七級：Y,A,E,B.F,H,Co

設(shè)備由于內(nèi)部損耗使設(shè)備具有一定的溫度。如果周圍環(huán)境溫度過高，或空氣流動性

差，使設(shè)備的熱量不能及時散開，將會使設(shè)備由于過熱跳閘，甚至燒壞設(shè)備。配電箱內(nèi)

的電子產(chǎn)品如剩余電流動作保護(hù)器、電子型計量表，在高溫下運(yùn)行時就會嚴(yán)重影響到產(chǎn)

品的使用壽命，還會影響到保護(hù)器性能的穩(wěn)定性和動作的可靠性以及計量的準(zhǔn)確性。在

高溫下運(yùn)行的無功補(bǔ)償電容器、熔斷器也會縮短壽命。

10.一雙層介質(zhì)絕緣結(jié)構(gòu)的電纜，第一層（內(nèi)層）和第二層（外層）介質(zhì)的電容和

電阻分別為：G=4000pF、/?i=1500MQ；C2=3000pF>/?2=lOOOMflo當(dāng)加50kV直流

電壓時，試求：

（1）當(dāng)U0合閘初瞬，G、G上各有多少電荷？

（2）當(dāng)f時，流過絕緣的電導(dǎo)電流各為多少？這時G、G上

各有多少電荷？

解：（1）絕緣結(jié)構(gòu)的等值電路如圖所示：

仁0合閘初瞬時，電壓按電容反比分配可得T

久=01

%一GT

U=。2?=300°x50=15°=214286叔

"1一G+。2"-4000+3000X5U-7-

所以G與Q上的電荷

Qi=CM=4000X1012X150/7X103=86〃。

3

Q2=C2U2=C2(U-G)=3000XKT】？x(50-150/7)X10=864。

(2)穩(wěn)態(tài)時，因?yàn)樽饔秒妷篣為直流，所以Ci和C2可視為開路，流過絕緣的電導(dǎo)電

流由總電阻決定，即

丫=U=50x103

6-

~R}+R2~(1500+1000)X10"

此時G上的電壓與R|上的電壓相等，即

Ui=RJ=1500X106X20X10-6=S0kV

Cl與C2上的電荷

3

Qi=CM=4000XIO"X30x10=120//C

3

Q2=C2U2=3000XICT"x(50-30)X10=60〃C

選擇題

11(a)、12(a)、13(d)、14(a)、15(d)、16(d)、17(b)、18(c)、19(a)、

20(b)

第二章

1.湯生放電理論與流注理論的主要區(qū)別在哪里?它們各自適用什么范圍？

區(qū)別：①湯遜理論沒有考慮到正離子對空間電場的畸變作用和光游離的影響；②

放電時間不同；③陰極材料的性質(zhì)在放電過程中所起的作用不同；④放電形式不同。

范圍：

湯遜理論：通常認(rèn)為，ps>26kPacm時，擊穿過程將發(fā)生變化，湯遜理論的計算

結(jié)果不再適用。

流注理論：認(rèn)為電子的碰撞游離和空間光游離是形成自持放電的主要因素，并且

強(qiáng)調(diào)了空間電荷畸變電場的作用，適用范圍：ps>26kPa-emo

2.說明巴申定律所描述的規(guī)律并說明其實(shí)用價值。

氣體間隙的擊穿電壓5是氣體壓力P和極間距離s乘積的函數(shù)，這一規(guī)律稱為巴

申定律；它表明，當(dāng)氣體種類和電極材料一定時，只要?dú)鈮号c極間距的乘積相等，氣隙

的擊穿電壓彼此相等?？諝鈹嗦菲骱驼婵諗嗦菲骶褪抢冒蜕甓蓙硖岣邠舸╇妷汉蜏p

小體積尺寸。

3.均勻電場和極不均勻電場中氣體間隙的放電特性有何不同？

在均勻電場中，氣體間隙內(nèi)流注一旦形成，放電達(dá)到自持的程度，氣隙就被擊穿。不均

勻電場分稍不均勻和極不均勻電場，在同樣極間距離時稍不均勻電場的擊穿電壓比均勻

電場要低，在極不均勻電場氣隙中自持放電條件即是電暈起始條件，由發(fā)生電暈至擊穿

的過程還必須升高電壓才能完成。

4.下列各間隙距離相同，比較擊穿電壓的高低：正極性棒一板間隙的直流擊穿電

壓、棒一板間隙的工頻交流擊穿電壓、棒一棒間隙的工頻交流擊穿電壓。并簡單分析原

因。

氣隙的擊穿電壓大小取決于兩個方面，一個是所受電場的均勻程度，均勻程度越高,

擊穿電壓越高；另一個就是外界環(huán)境，例如濕度，溫度等的影響。而且在同樣條件的問

隙下的直流擊穿電壓與工頻交流擊穿電壓的大小是近似相等的。因此棒-棒間隙的工頻

交流擊穿電壓最高，正極性棒一板間隙的直流擊穿電壓與棒一板間隙的工頻交流擊穿電

壓相等。

5.雷電沖擊電壓下氣體間隙的擊穿有何特點(diǎn)?用什么來表示氣隙的沖擊擊穿特性?

過電壓保護(hù)設(shè)備的伏秒特性與被保護(hù)電氣設(shè)備絕緣的伏秒特性應(yīng)如何正確配合？

在持續(xù)也壓作用下，氣體間隙在某一確定的電壓下發(fā)生擊穿，而在雷電沖擊電壓作

用下，氣體間隙的擊穿就沒有這一確定的擊穿電壓，間隙的擊穿不僅與電壓值有關(guān)，還

與擊穿過程的時間（放電時間）有關(guān)。這就是說，氣體間隙的沖擊擊穿特性要用兩個參

數(shù)（擊穿電壓值和放電時間）來表征，而氣體間隙在持續(xù)電壓作用下?lián)舸┨匦灾灰脫?/p>

穿電壓值一個參數(shù)來表征。用來表示氣體間隙的沖擊擊穿特性的是伏秒特性曲線。

保護(hù)設(shè)備的伏秒特性曲線的上包線應(yīng)始終低于被保護(hù)設(shè)備絕像的伏秒特性曲線的

下包線。這樣，當(dāng)有一過電壓作用于兩設(shè)備時，總是保護(hù)設(shè)備先擊穿，進(jìn)而限制了過電

壓幅值，保護(hù)了被保護(hù)設(shè)備。

6.沖擊電壓的波形可用哪兩個參數(shù)來表征?我國規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓和標(biāo)準(zhǔn)

操作沖擊電壓的波形參數(shù)分別為多少？

用波前時間T,和半峰值時間T2兩個參數(shù)來表示。國標(biāo)規(guī)定，波前時間

Ti=1.2±30%ps,半峰值波長時間T2=50±20%ps.

7.提高氣體間隙擊穿電壓的思路和具體措施是什么？

提高氣體間隙擊穿電壓可以從兩個方面入手，一是改善電場分布，使其分布盡量均

勻；二是利用其它方法來削弱氣隙中的游離過程。具體措施有：改進(jìn)電極形狀以改善電

場分布；利用空間電荷改善電場分布；極不均勻電場采用屏障改善電場分布；采用高氣

壓；采用高真空；采用高電氣強(qiáng)度的氣體。

8.氣體間隙在操作沖擊電壓下的擊穿與雷電沖擊電壓下的擊穿相比較，有哪些不

同的特點(diǎn)？

在持續(xù)電壓（直流、工頻交流）作用下，氣體間隙在某一確定的電壓下發(fā)生擊穿，

而在雷電沖擊電壓作用下，氣體間隙的擊穿就沒有這種某一確定的擊穿電壓，間隙的擊

穿不僅與電壓值有關(guān)，還與擊穿過程的時間（放電時間）有關(guān)；

操作沖擊電壓的波前時間和波峰時間都比雷電沖擊波長得多；

操作沖擊電壓存在“飽和”效應(yīng)，因此長間隙的雷電沖擊電壓遠(yuǎn)比操作沖擊電壓要

高：

操作沖擊電壓下的氣隙擊穿電壓和放電時間的分散性均比雷電沖擊電壓下大得多。

9.一般在封閉組合電器中充SF6氣體的原因是什么？與空氣相比，SF6的絕緣特性

如何？

SF6具有較高的耐電強(qiáng)度：而且有很強(qiáng)的滅弧性能；它是一種無色、無味、無毒、

非燃性的惰性化合物；對金屬和其它絕緣材料沒有腐蝕作用；在中等壓力下，SR氣體

可以被液化，便于儲藏和運(yùn)輸。

與空氣比較SF6氣體具備如下絕緣特性：1、游離和離解特性：電負(fù)性強(qiáng)、離解附

著力強(qiáng)、密度大自由行程短；2、電場特性：只適用于均勻與稍不均勻場，不適用于極

不均勻電場；3、極性效應(yīng)：SF6氣體絕緣結(jié)構(gòu)的絕緣水平是由負(fù)極性電壓決定；4、時

間特性：分散性大；5、壓力特性：氣體壓強(qiáng)愈高，電極表面粗糙度的影響和雜質(zhì)對電

場干擾的應(yīng)相就愈強(qiáng)列，當(dāng)氣壓超過0.6MPa時，SF6絕緣裝置在工藝上已很難控制，故

應(yīng)用氣壓大約在0.1MPa-0.4MPa范圍內(nèi)較為適宜。

10.試述工程用變壓器油的擊穿機(jī)理及影響其擊穿電壓的因素。

工程用變壓器油是非純的液體電介質(zhì)，其中水和纖維的介電常數(shù)很大，在電場作用

下很容易極化定向，并逐漸沿電場方向排成雜質(zhì)“小橋”，如果雜質(zhì)“小橋”貫穿兩個電極

表面，由于小橋電導(dǎo)大，泄漏電流大，發(fā)熱多，使水分汽化形成代泡，促使游離發(fā)展，

形成氣泡“小橋”連通兩極，導(dǎo)致油的擊穿；即使小橋還沒有接通整個電極氣隙，雜質(zhì)“小

橋''與油串聯(lián)，由于纖維介電常數(shù)高于油的介電常數(shù)，使得纖維等雜質(zhì)端部液體中場強(qiáng)

增大，引起游離，分解出氣體，氣泡大，游離增強(qiáng)，形成氣泡小橋并終導(dǎo)致液體擊穿。

影響變壓器油擊穿電壓的因素有：1)液體電介質(zhì)的品質(zhì)。含漿質(zhì)越多，品質(zhì)越差，

擊穿電壓越低。包括含水量和含纖維量；2)油溫的影響。80℃以后溫度越高，越容易

形成氣泡通道，擊穿電壓越低；3)電廠均勻程度。電場越均勻，擊穿電壓越高；4)電

壓作用時間。電壓作用時間越短，擊穿電壓越高；5)油壓的影響。對于沒有經(jīng)過脫氣

處理的油工頻擊穿電壓隨油壓的增加而升高。

11.試述固體電介質(zhì)三種擊穿形式的特點(diǎn)，影響固體電介質(zhì)擊穿電壓的因素與提高

擊穿電壓的措施。

電擊穿的特點(diǎn)：①電壓作用時間短：②擊穿電壓高；③擊穿電壓幾乎與環(huán)境溫度無

關(guān)；④介質(zhì)發(fā)熱不顯著；⑤電場的均勻度對擊穿電壓有顯著影響。

熱擊穿的特點(diǎn)：①熱擊穿電壓隨著周圍媒質(zhì)溫度的上升而下降;②固體介質(zhì)的擊穿

場強(qiáng)隨介質(zhì)厚度的增大而降低;③如果介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)大，散熱系數(shù)大，熱擊穿電壓上升;④

介質(zhì)損耗會使熱擊穿電壓下降。

電化學(xué)擊穿；①由于它是絕緣性能下降之后發(fā)生的擊穿，因此擊穿電壓比電擊穿和

熱擊穿電壓低；②電化學(xué)擊穿不發(fā)生在很高電壓下，而是在較低電壓下甚至是工作電壓

下發(fā)生。

影響固體介質(zhì)擊穿電壓的主要因素有：電壓作用時間；電場均勻程度；溫度：受潮；

累積效應(yīng)。

提高擊穿電壓的措施：改進(jìn)制造工藝；改進(jìn)絕緣設(shè)計；改善運(yùn)行條件。

選擇題

12(b)、13(b)、14(c)、15(c)、16(d)、17(c)、18(c)、19(a)、20(a)、

21(b)

第三章

1.外絕緣的濕閃電壓是指在什么條件下的閃絡(luò)電壓?外絕緣污穢后，在大雨、毛毛

雨天氣下的閃絡(luò)電壓哪個高?為什么？

濕閃電壓是指表面潔凈的絕緣子在淋雨時的閃絡(luò)電壓。

外絕緣污穢后，在毛毛雨天氣下的閃絡(luò)電壓高。因?yàn)榇笥昴軟_刷表面的積污，反濺

到下表面的雨水也能使附著的可溶鹽流失i部分，此即絕緣子的“自清洗作用”。

2.為何線路絕緣子串受污穢后在霧天的閃絡(luò)應(yīng)特別加以重視?可采取哪些具體措

施避免出現(xiàn)霧閃？

因?yàn)樵陟F天，絕緣子表面的污穢塵埃被濕潤，從而造成表面電導(dǎo)和泄漏電流劇增，

使絕緣子在工頻和操作沖擊電壓下的閃絡(luò)電壓顯著降低，甚至可以在工作電壓下發(fā)生閃

絡(luò)。

防止絕緣子污閃的措施：（1）調(diào)整爬出比距；（2）選用新型的合成絕緣子；（3）

定期或不定期清洗；（4）涂覆防污涂料；（5）采用半導(dǎo)體釉絕緣子；（6）增大爬電

距離。

3.試解釋沿面閃絡(luò)電壓明顯低于純空氣間隙擊穿電壓的原因。

其原因是原先的均勻電場發(fā)生了畸變。產(chǎn)生這種情況的原因有：①固體介質(zhì)與電

極表面沒有完全密合或者介質(zhì)表面自裂紋，存在的極小氣隙；②介質(zhì)表面電阻的不均

勻和表面的粗糙不平；③處在潮濕空氣中的介質(zhì)表面常吸收潮氣形成一層很薄的水膜。

水膜中的離子在電場作用下分別向兩極移動，逐漸在兩電極附近積聚電荷，使介質(zhì)表面

的電場分布不均勻。

4.氣壓，溫度、濕度對空氣間隙的擊穿電壓如何影響？

空氣相對密度與氣壓和溫度的關(guān)系為：

也_273+）P_2.89P

一所一273+J耳-273+f

當(dāng)氣壓增大或溫度降低時，空氣的相對密度增大，帶電粒子在氣體中運(yùn)動的平均自

由行程減小，在電場作用下運(yùn)動中所積累的動能就較小，發(fā)生碰撞游離的概率下降，游

離能力較弱，因此間隙的擊穿電壓較高；反之，則擊穿電壓下降。

由于附著效應(yīng)，空氣中所含的水分子能俘獲自由電子而形成負(fù)離子，這對氣體中的

放電過程具有抑制作用，可見大氣的濕度越大，氣隙的擊穿電壓也會升高。

5.線路絕緣子串上的電壓分布為什么會不均勻？解釋其原因，并簡述改善電壓分

布的方法及理由。

參考教材p55圖3-6,和支柱絕緣子分析方法類似。因?yàn)橛袑Φ仉s散電容，絕緣子串

有高度，從高壓端到低壓端，可以看做是由一系列對地的電容并聯(lián)，這些電容對地要流過容

性電流，所以絕緣子串的電壓分布不均勻，如果是直流輸電,則就不會存在電壓分布不均

勻。要改善電壓分布，就必須設(shè)置均壓環(huán)，來補(bǔ)償對地的雜散電容，從而使絕緣子串的電壓

分布均勻。

6.llOkV電氣設(shè)備外絕緣應(yīng)有260kV（有效值）工頻耐壓水平，如該設(shè)備將安裝到

3000m的高原，出廠（在海拔低于1000m平原）試驗(yàn)時，該試驗(yàn)電壓應(yīng)提高至多少？

U=KaUp=l.l-HxlO-4Up=1.1-3000x104260:325fcF

選擇題

7(a)、8(c)、9(b)、10(b)、11(a)、12(b)、13(a)、14(b)、15(b)

第四章

1.絕緣預(yù)防性試驗(yàn)的目的是什么？它分為哪兩大類？

對電氣設(shè)備定期進(jìn)行絕緣預(yù)防性試驗(yàn)，能及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備絕緣材料遺留的或運(yùn)行中產(chǎn)

生的局部缺陷，便于掌握電氣設(shè)備的運(yùn)行狀況及其絕緣的完好性，判斷電氣設(shè)備能否繼

續(xù)投入運(yùn)行和預(yù)防損壞，使設(shè)備始終保持較高的絕緣水平。是保證電氣設(shè)備絕緣可靠工

作和變電站安全運(yùn)行的重要工作。

絕緣預(yù)防性試驗(yàn)分為兩大類。一類是通過測試絕緣的某些特性參數(shù)來判斷絕緣的狀

況，稱為檢查性試驗(yàn)，又稱為絕緣性能試驗(yàn)。這類試驗(yàn)一般是在較低電壓下進(jìn)行的，不

會對絕緣造成損傷，因此亦稱為非破壞性試驗(yàn)；另一類是通過對絕緣施加各種較高的試

驗(yàn)電壓來考核其電氣強(qiáng)度，稱為耐壓試驗(yàn)。由于這類試驗(yàn)所加電壓一般都高于設(shè)備的實(shí)

際工作電壓，試驗(yàn)中可能會對絕緣造成某種程度的損傷，比如試驗(yàn)導(dǎo)致絕緣發(fā)生某種游

離或使局部放電進(jìn)一步擴(kuò)大，甚至造成絕緣的直接擊穿等，因此將這類試驗(yàn)又稱為破壞

性試驗(yàn)。

2.用絕緣電阻表測量大容量試品的絕緣電阻時，為什么隨加壓時間的增加絕緣電

阻表的讀數(shù)由小逐漸增大并趨于一穩(wěn)定值?絕緣電阻表的屏蔽端子有何作用？

絕緣介質(zhì)在直流電壓作用下發(fā)生極化，電導(dǎo)過程，在此過程中一開始測得的電流實(shí)

際上是電容電流，吸收電流和泄漏電流的總和，經(jīng)過一段時間后電容電流和吸收電流衰

減至零，此時測量到的電流就只有泄漏電流。

絕緣電阻表的屏蔽端子的作用主要是為了消除測量過程中表面泄漏電流引起的測

量誤差。

3.給出被試品端接地時測量直流泄漏電流的接線圖，并說明各元件的名稱和作用。

圖4-3泄漏電流測量接線

「是調(diào)壓器，控制直流電壓的高低，經(jīng)升壓變壓器T2后經(jīng)VD整流，電容C起穩(wěn)

壓作用，R為保護(hù)電阻，PV2用于測量被試品上所加的直流電壓，Cx為被試品，微安表

的接線方式有兩種，如圖中的P或Q處。

4.什么是測量lan6的正接線和反接線？各適用于何種場合？試述測量tan6時干擾

產(chǎn)生的原因和消除的方法。

正接線是被試品C,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端固定接地的場合，而正接線適用于被試品

一端不接地或另一端為外殼但被試品可采用絕緣支撐起來的場合。

在現(xiàn)場測量tan8時可能會受到電場和磁場的干擾。

(1)電場干擾。由周圍帶電部分通過與橋臂間的電容耦合產(chǎn)生干擾電流，干擾電

流流入橋臂造成測量誤差。

(2)磁場干擾。電磁干擾包括靜電干擾和磁干擾。靜電干擾是一種電容性耦合干

擾，其干擾源為周圍的高壓帶電物體，包括電橋的高壓引線、附近具有高電位的設(shè)備等。

高壓干擾源通過雜散電容對電橋各節(jié)點(diǎn)注入電流，從而使各個橋臂的電壓發(fā)生變化，影

響橋臂平衡，產(chǎn)生測量誤差。同時，電橋也處于交變磁場的影響中，橋路內(nèi)將感應(yīng)出干

擾電動勢，影響檢流計偏轉(zhuǎn)，也將造成測量誤差。

消除或減小電磁干擾，采用的措施：加設(shè)屏蔽；采用移相電源；倒相法。

5.畫出對被試品進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)的原理接線圖，說明各元件的名稱和作用。被

試品試驗(yàn)電壓的大小是根據(jù)什么原則確定的?當(dāng)被試品容量較大時，其試驗(yàn)電壓為什么

必須在工頻試驗(yàn)變壓器的高壓便進(jìn)行測量？

Ti調(diào)壓器：用來調(diào)節(jié)工頻試驗(yàn)電壓的大小和升降速度；

T2工頻試驗(yàn)變壓器:用來升高電壓供給被試品所

需的高電壓；

Cx被試品電容；

Rb保護(hù)電阻:保護(hù)電阻Rb的數(shù)值按將回路放電電

流限限制到工頻試驗(yàn)變壓器額定電流的14倍，通常

取0.1Q/V；

F測量球隙：主要作保護(hù)用，有時候也兼作測量用；

R—球隙保護(hù)電阻：當(dāng)誤操作導(dǎo)致電壓過高時，球隙擊穿，球隙保護(hù)電阻R同時可

以避免球隙擊穿時產(chǎn)生的極陡的截波作用在被試品上。

工頻交流耐壓試驗(yàn)時所加的試驗(yàn)電壓應(yīng)根據(jù)不同電壓等級按規(guī)程決定。規(guī)程中所規(guī)

定的試驗(yàn)電壓值不僅考慮到電氣設(shè)備絕緣在實(shí)際運(yùn)行中可能受到的工頻過電壓，而且考

慮到可能受到的雷電過電壓和內(nèi)部過電壓，尤其是220KV及以下電壓等級電氣設(shè)備，

通過工頻交流耐壓試驗(yàn)簡潔的考驗(yàn)了絕緣耐受內(nèi)外過電壓的能力。

由于被試品的電容較大，流過實(shí)驗(yàn)回路的電流為電容電流I,I在工頻實(shí)驗(yàn)變壓器

的漏抗Xk上將產(chǎn)生一個與被試品上的電壓U反方向的電壓降落UM如上圖所示，從而

導(dǎo)致被試品上的電壓比工頻試驗(yàn)變壓器高壓側(cè)的輸出電壓還高，這種現(xiàn)象稱為容生效

應(yīng)。由于容生效應(yīng)的存在，就要求直接

在被試品的兩端測量電壓，否則將會產(chǎn)

/?,

生很大的測量誤差：也可能會人為的造成絕緣損傷。

6.為什么要對試品進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)？

直流耐壓試驗(yàn)主要是處于以下幾個方面的需要：1）直流電氣設(shè)備的耐壓試驗(yàn)。為

考慮設(shè)備絕緣耐受各種電壓的能力，這與交流電氣設(shè)備的工頻交流耐壓試驗(yàn)相對應(yīng)；2）

替代工頻交流耐壓試驗(yàn)。有些交流電氣設(shè)備的等值電容量較大，若進(jìn)行工頻交流耐壓試

驗(yàn)則需要很大容量的試驗(yàn)設(shè)備而不容易做到，為此用直流耐壓試驗(yàn)替代，當(dāng)然試驗(yàn)電壓

值必須考慮到絕緣在直流電壓作用下的擊穿強(qiáng)度要比在交流電壓下高這一特點(diǎn)；3）旋

轉(zhuǎn)電機(jī)繞組端部的絕緣試驗(yàn)。對于繞組端部絕緣的缺陷，采用工頻交流耐壓試驗(yàn)不易發(fā)

現(xiàn)而采用直流耐壓試驗(yàn)易發(fā)現(xiàn)；4）結(jié)合直流泄漏試驗(yàn)同時進(jìn)行。直流耐壓試驗(yàn)和直流

泄漏試驗(yàn)都采用直流電壓，只不過電壓高低不同，所以在進(jìn)行直流泄漏試驗(yàn)時，可同時

進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)，并可根據(jù)泄漏電流隨所加電壓變化的不同特點(diǎn)來判斷絕緣的狀況。

7.簡述局部放電試驗(yàn)的原理和測量方法。

固體介質(zhì)內(nèi)部有單個小氣泡時的等效電路如右圖所示。Gg為氣隙的電容，Cb是與

氣隙串聯(lián)的固體介質(zhì)的電容，G是固體介質(zhì)其余完好部分的電容，Z是氣隙放電脈沖的

電源阻抗。一般

C*b?Cg，G<<Ca

意圖；b）等值電路

當(dāng)Ug達(dá)到氣泡的擊穿電壓圖4-7絕緣內(nèi)部氣隙局部放電的等值電路

M時，G通過氣隙放電，Cg上電壓下降，降低到熄滅電壓Ur時，完成一次局部放電。

隨著外加電壓的繼續(xù)上升，Cg重新充電，再次達(dá)到放電電壓時發(fā)生第二次放電，依次類

推。

放電檢測方法總體上可以分為電檢測法和非電檢測法兩大類。電檢測法包括脈沖

電流檢測法、射頻電流檢測法、特高頻檢測法和地電波檢測法等;非電檢測法通常包括

噪聲檢測法、光檢測法、溫度檢測法和化學(xué)分析檢測法等。其中應(yīng)用的比較廣泛和成功

的是脈沖電流檢測法。

8.什么是沖擊電壓發(fā)生器的利用系數(shù)?簡述沖擊電壓發(fā)生器的工作原理。

沖擊電壓發(fā)生器是產(chǎn)生雷電沖擊試驗(yàn)電壓和操作沖擊試驗(yàn)電壓的裝置。沖擊電壓發(fā)

生器的利用系數(shù)n定義為輸出電壓峰值Um與穩(wěn)態(tài)電壓Uo的比值。

圖4-8沖擊電壓發(fā)生器原理圖

沖擊電壓發(fā)生器的工作原理：

1、沖擊主電容上充至Uo電壓。多級沖擊電壓發(fā)生器這一過程需經(jīng)點(diǎn)火球隙觸發(fā)放

電后將各級電容串聯(lián)起來而實(shí)現(xiàn)。

2、放電球點(diǎn)火擊穿后，經(jīng)Ri向被試品等值電容充電，使被試品上電壓升高，由于

R阻值較小，C2比Ci小得多，時間常數(shù)Ri、C2較小，這樣C2上電壓升高很快，從而

形成沖擊電壓的波前部分，故R1稱為波頭電阻。

3、當(dāng)C2上電壓:tL到最人值后，反過來經(jīng)Ri并與Ci一起經(jīng)C2放電，被試品C2上

電壓下降.由于R?比R大得多，這樣C2上電壓下降較慢而形成沖擊電壓的波尾部分，

R?也就稱為波尾電阻

9.總結(jié)比較各種非破壞性試驗(yàn)方法的功能(包括能檢測出的絕緣缺陷的種類、檢測

靈敏度、抗干擾能力等)。

絕緣電阻和吸收比的測量：可檢驗(yàn)絕緣是否受潮或存在局部缺陷。不能發(fā)現(xiàn)未完全

貫通的集中性缺陷。容易受環(huán)境濕度影響，適合在干燥的晴天，溫度不低于5℃時進(jìn)行

測量。

直流泄漏電流的測量：可以檢測絕緣狀況是否良好。能發(fā)現(xiàn)一些用絕緣電阻表測量

絕緣電阻不能發(fā)現(xiàn)的缺陷。容易受溫度、表面泄漏電流以及參與電荷的影響。

介質(zhì)損耗角正切：可以反映絕緣的整體性缺陷和小電容被試品中的嚴(yán)重局部缺陷。

不能靈敏的反映大容量電機(jī)、變壓器、和電纜絕緣介質(zhì)中的局部缺陷。會受到外界電場、

外界磁場、溫度，試驗(yàn)電壓，被試品電容量和被試品表面泄漏電流的影響。

局部放電試驗(yàn)：能判斷絕緣內(nèi)部是否存在局部缺陷，預(yù)示絕緣的狀況，估計絕緣老

化速度。靈敏度較高。電磁干擾會嚴(yán)重影響局部放電測量。

10.試述高壓的各種測量方法。

交流高壓的測量方法有：低壓側(cè)測量和高壓側(cè)測量。其中高壓側(cè)測量有球隙測量；

高壓靜電電壓表測量；交流峰值電壓表測量。

直流高壓的測量方法有：球隙測量法；高電阻串聯(lián)微安表測量；高壓靜電電壓表直

接測量；高壓電阻分壓器配低壓儀表測量。

沖擊高壓的測量方法有：用球隙測量；用分壓器測量系統(tǒng)測量。

填空題

II(c)、12(c)、13(d)、14(c)、15(a)、16(b)、17(a)、18(a)、19(c)、

20(c)

第五章

1.電力系統(tǒng)過電壓如何分類？它們各自的特點(diǎn)是什么？

電力系統(tǒng)過電壓分為兩類，內(nèi)部過電壓和雷電過電壓。

雷電過電壓:分為直擊雷過電壓和感應(yīng)雷過電壓，特點(diǎn)是持續(xù)時間短暫，沖擊性強(qiáng)，與

雷擊活動強(qiáng)度有直接關(guān)系，與設(shè)備電壓等級無關(guān)。因此,220KV以下系統(tǒng)的絕緣水平往往

由防止雷電過電壓決定；

內(nèi)部過電壓包括操作過電壓、工頻過電壓、諧振過電壓。

操作過電壓:由電網(wǎng)內(nèi)開關(guān)操作引起，特點(diǎn)是具有隨機(jī)性，但最不利情況下過電壓倍

數(shù)較高。因此30KV及以上超高壓系統(tǒng)的絕緣水平往往由防止操作過電壓決定；

工頻過電壓:由長線路的電容效應(yīng)及電網(wǎng)運(yùn)行方式的突然改變引起，特點(diǎn)是持續(xù)時間

短暫，過電壓倍數(shù)不高，一般對設(shè)備絕緣危險性不大,但在超高壓、遠(yuǎn)距離輸電確定絕緣水

平時起重要作用。

諧振過電壓:由系統(tǒng)電容及電感回路組成諧振回路時引起，特點(diǎn)是過電壓倍數(shù)高、持

續(xù)時間長。

2.分析分布參數(shù)的波阻抗與集中參數(shù)中的電阻有何不同？

①波阻抗是一個比例常數(shù)、沒有長度的概念，線路長度大小并不影響波阻抗數(shù)值；

而一條輸電線的電阻是與線路長度呈正比的。

②波阻抗從電源吸收的功率和能量是以電磁能的形式存儲在導(dǎo)線周圍的媒介中，并

消耗掉；而電阻從電源吸收的功率和能量轉(zhuǎn)化為熱能散失掉。

3.何為沖擊電暈？沖擊電暈對線路波過程有什么影響？

當(dāng)線路上出現(xiàn)雷電過電壓或操作過電壓時，一旦導(dǎo)線上的沖擊電壓幅值超過電暈起

始電壓，則在導(dǎo)線表面就會出現(xiàn)電暈，即沖擊電暈。

發(fā)生沖擊電暈時，會在導(dǎo)線周圍形成導(dǎo)電性能較好的電暈套，在這個電暈區(qū)內(nèi)，徑向電

導(dǎo)增大、徑向電位梯度減小，相當(dāng)于擴(kuò)大了導(dǎo)線半徑、增大了導(dǎo)線的對地電容

（C^=Q）+AQ）。

沖擊電暈對線路波過程會產(chǎn)生如下影響：

①導(dǎo)線波阻抗減小，一般可減小20%~30%,由沖擊電暈時，避雷線與單導(dǎo)線的波

阻抗可取4000,雙避雷線的并聯(lián)波阻抗可取250。。

②波速減小，當(dāng)沖擊電暈強(qiáng)烈時，波速可減小到0.75c（c—光速）。

③耦合系數(shù)增大，當(dāng)沖擊電暈出現(xiàn)后，導(dǎo)線的有效半徑增大了，導(dǎo)線的自波阻抗減

小，而與相鄰導(dǎo)線間的互波阻抗略有增大，所以線間的耦合系數(shù)變大。

④波形幅值衰減和波形畸變，隨著波前電壓的上升，波的傳播速度開始變小，此后

變得越來越小，其具體數(shù)值與電壓瞬時值有關(guān)。由于波前各點(diǎn)電壓所對應(yīng)的波速變得不

一樣，電壓越高時的波速越小，就造成了波前的嚴(yán)重形變。

4.分析變壓器繞組在沖擊電壓作用下產(chǎn)生振蕩的根本原因？

由于變壓器繞組中的起始電壓分布和穩(wěn)態(tài)電壓分布不相同，因此從初始分布到穩(wěn)態(tài)

分布的暫態(tài)過程，此過程因繞組電感、電容間的能量不斷轉(zhuǎn)換而具有振蕩性質(zhì)。

5.為什么沖擊截波比全波對變壓器繞組的影響更為嚴(yán)重？

當(dāng)雷電波侵入變電站后，若排氣式避雷器動作或其他電氣設(shè)備絕緣閃絡(luò)，侵入波會

突然截斷，形成截斷波。在相同電壓幅值情況下，截波作用時繞組內(nèi)的最大電位梯度將

比全波作用時大，因此，截波比全波對縱絕緣的危害更大。

6.某變電所母線上接有三路出線，其波阻抗均為500。。

(1)設(shè)有峰值為lOOOkV的過電壓波沿線路侵入變電所，求母線上的電壓峰值。

(2)設(shè)上述電壓同時沿線路1及2侵入，求母線上的過電壓峰值。

(1)變電所母線上接有3條線路，n=3,根據(jù)彼得遜法則可以畫出如圖所示的等值電

路，其回路電流乙為

I.2U。

二Z

因此母線線上電壓峰值為：

Z22

U,=I,——=-L/=-xlOOO=666.67(kV)

2S?-l/?°03

(2)電壓同時沿線路1及2侵入，由于兩條線路得侵入點(diǎn)距變電所距離相同，故侵入

波同時到達(dá)變電所母線并發(fā)生折、反射，根據(jù)疊加原理，此時母線上的電壓將為沿一條

線路入侵時的兩倍，即

24

U2=2X-UQ=-J/0=1333.33(kV)

7.某10kV發(fā)電機(jī)直接與架空線路連接。當(dāng)有一幅值為80kV的直角波沿線路三相

同時進(jìn)入電機(jī)時，為了保證電機(jī)入口處的沖擊電壓上升速度不超過5kV/ps,需接電容

進(jìn)行保護(hù)。設(shè)線路三相總的波阻抗為280C,電機(jī)繞組三相總的波阻抗為400。，求需要

并聯(lián)的電容C值。

線路的總波阻抗：

Z=Z1+Z2=280+400=680(。)

線路最大電壓：

E=g+石2=10+80=90(kV)

最大電壓陡度:

=||=5（kV/〃s）=5000kV/s

則并聯(lián)器的電容值為：

「2E2x90

f------I—=5.29乂10-5(/)=52.9(〃方)

^Zx5000-680x5000

8.有一幅值為300kV的無限長矩形波沿波阻抗Zi為400的線路傳入到波阻抗為

800。的發(fā)電機(jī)上，為保護(hù)該發(fā)電機(jī)匝間絕緣，在發(fā)電機(jī)前并聯(lián)一組電容量C為0.25uF

的電容器，試求：

(1)穩(wěn)定后的入射波電流、反射波電壓和電流、折射波電壓和電流；

(2)畫出入射波電壓和電流、折射波電壓和電流、反射波電壓和電流隨時間的變化

曲線；

(3)并聯(lián)電容c的作用何在?

（1）

7=C-^-=6.667x1O-5(5)

3

=0.75(M)

乙

u?q=2Z?%(1_1)=400—40015皿(左匕)

I7^2

「-,5000

ulf=ZZ\__醫(yī)_T=|00-400e7)lV)

f

14+Z2"Z,+Z2

2%q

-15(x)0z

2產(chǎn)而(1-e9=0.5x(l-e)M

%=0.25一"以叫公）

l乙］T乙21乙i1乙1〒乙21乙］

當(dāng)Ef8時：

女

%=0.75(M)u2q=400(ZrV)uxf=300(V)

ilq=0.5(M)z,z=0.25(M)

(2)

折射電壓、電流隨時間變化關(guān)系

反射電壓電流隨時間變化關(guān)系

9.為了限制侵入發(fā)電機(jī)電壓波的陡度，需在發(fā)電機(jī)與架空線路之間加入一段電纜,

已知架空線路、電纜線路、發(fā)電機(jī)繞組的波阻抗分別為350。、50。和750Q,波在電

纜和發(fā)電機(jī)中的傳播速度分別U為150面醇和60m4is,發(fā)電機(jī)每匝長3m,匝間耐壓為

600Ve沿架空線路侵入的電壓波為幅值Uo=lOOkV的無限長矩形波。

⑴求應(yīng)接多長電纜。

(2)在此電纜長度下求6.511s時發(fā)電機(jī)上的電壓和電流，設(shè)侵入波電壓在t=O時傳至

架空線路與電纜線路連接節(jié)點(diǎn)。

(3)求時發(fā)電機(jī)上電壓和電流。

答：

2Z2x501°Z,-Z350-503

a.=------0=----------=—o

11

4+Z。350+504Z,+Zo350+504

2Z,2x75015Z-Z750-507

a,—2o=

~750+508Z2+Zo750+508

2Z,_2x350_7_Z0-Z,_50-350__3

-區(qū)

“Z,+Zo350+50-44+Z0-50+350-4

dU.600x1O'3八、

—=------------=0.2(kV/m)

小max3

必du?q

x—=0.2x60=12(kV/〃s)

dtIIIUAdlinaAdt

dUj>一%"()

(1)v—3

dt

-x—xl00xl50

.壯仁見〃。%§-----------=292.969(m)

2x12

2x—紅

dtmax

(2)當(dāng)l=6.5〃s時,

i+2x2

(4=%%"()+四=26a2。0=-x—xlOOx77.637(kV)

4848

UR77.637

―2-=---------

B=0.104(kA)

Z2750

（3）當(dāng)，―8時,

2x750

UB=^-U0=xI00=136.364(kV)

0

BZ,+Z2350+750

%=136.364=

BZ2750'

填空題

10(b)、11(d)、12(b)、13(d)、14(a)、15(c)、16(d)、17(b)、18(b)、

19(a)

第六章

1.常用的雷電流波形有哪些？分別適用于什么情況?

a）標(biāo)準(zhǔn)沖擊波b）斜角平頂波c）等效余弦波

（1）標(biāo)準(zhǔn)沖擊波

其中Io—某一大于雷電流幅值/的電流值。這時與實(shí)際雷電流波形最為接近的計

算波形，也用作沖擊絕緣強(qiáng)度試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)電壓波形，但計算比較復(fù)雜。

(2)斜角平頂波

i=at

其中a—波前陡度，主要由給定的雷電流幅值I和波頭時間決定，即。=//盯，

在防雷保護(hù)設(shè)計中，雷電流波頭3采用2.62。

(3)等效余弦波

雷電流波形的波頭部分，接近半余弦波，其表達(dá)式為：

z=Z(l-cos^r)/2,最大陡度出現(xiàn)在波頭中間，即尸詔2處，其值為

刈、ZW

4】ax=^max=—

2.何為避雷針、避雷線的保護(hù)范圍，何為避雷線的保護(hù)角？

為了表示避雷裝置的保護(hù)效能，通常采用保護(hù)范圍這一概念。為此，為保護(hù)范圍規(guī)

定一個繞擊率，即雷電繞過避雷裝置而擊中被保護(hù)物體的現(xiàn)象稱作繞擊，發(fā)生這種繞擊

的概率稱為繞擊率。我國規(guī)程推薦的保護(hù)范圍用于0.1%的繞擊率，這樣小的繞擊率一

般認(rèn)為其保護(hù)作用足夠可靠。

所謂避雷線的保護(hù)角a,指避雷外側(cè)導(dǎo)線的連線與垂直線之間的夾角，表示避雷線

對導(dǎo)線的保護(hù)程度，a越小，導(dǎo)線就越處在保護(hù)范圍的內(nèi)部，保護(hù)也越可靠，在高壓輸

電線路的桿塔設(shè)計中，一般取a為20。~30。，就認(rèn)為導(dǎo)線已得到可靠保護(hù)。

3.某電廠煙囪高200m,頂端直徑為5m,其上有一根高出煙囪3m的避雷針，試驗(yàn)

算其保護(hù)有效性。

答：根據(jù)題意可知：煙囪高度久=200m

設(shè)煙囪的半徑為弓，貝I：，5m

.1.

、曲在u-由/?=4+3=203m力

避雷針圖度X，則：2

*/h>120m9P=0.5

.」=("—幻p=(203-200)x0.5=1.5

r<r\因此當(dāng)發(fā)生雷擊時，煙囪不能被保護(hù)。

4.為什么保護(hù)有線圈的電氣設(shè)備一般不采用保護(hù)間隙或排氣式避雷器而要采用碳

化硅閥式避雷器或金屬氧化物避雷器？

由于保護(hù)間隙和和排氣式避雷器在動作擊穿后會產(chǎn)生高峰值的截波，所以它們不能

被用于保護(hù)有線圈的電氣設(shè)備。而閥式避雷器中具有閥片電阻，由于閥片電阻的非線性,

使間隙在沖擊放電瞬間因通過的沖擊電流較小而呈現(xiàn)較高的阻止，放電瞬間電壓較大，

故減小了截斷波電壓值。金屬氧化物避雷器，在工作電壓下其中的金屬氧化物閥片實(shí)際

相當(dāng)于絕緣體。

因此在保護(hù)有線圈的電氣設(shè)備時，一般采用碳化硅閥式避雷器或金屬氧化物避雷

器。

5.試述碳化硅閥式避雷器的工作原理和主要電氣參數(shù)的含義。

工作原理：

閥式避雷器主要由間隙和非線性電阻（稱為閥片）兩部分串聯(lián)面成，如右圖所示。為

了免受外界因素的影響，間隙和非線性電阻都安裝在密封良好的瓷套中。

在系統(tǒng)正常工作時，間隙將電阻閥片與工作母線

隔離,以免因工作電壓在閥片電阻中產(chǎn)生電流使閥片燒工作母線

壞。

當(dāng)出現(xiàn)雷電過電壓時，間隙迅速擊穿，沖擊電流

通過電阻閥片流入大地，使設(shè)備得到保護(hù)。當(dāng)過電壓間隙

消失后，間隙中由工作電壓產(chǎn)生工頻電弧電流將流過

閥式避雷器，受電阻非線性的影響，工頻續(xù)流比較小，

電阻急劇回升，電弧電流迅速減小，使間隙能在工頻

電阻閥片

續(xù)流第一次過零就將電流切斷。

主要電氣參數(shù)：

1）額定電壓:正常運(yùn)行時作用在避雷器上的工頻工

作電壓。

2）滅弧電壓：指該避雷器尚能可靠熄滅工頻續(xù)流電弧時的最大工頻電壓；

3）沖擊放電電壓：對于220kV及以下的避雷器，沖擊放電電壓是指在標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊

波下的放電電壓的上限。對于330kV以上超高壓避雷器，除了雷電沖擊放電電壓外，還

包括標(biāo)準(zhǔn)操作沖擊波下的放電電壓上限；

4）工頻放電電壓：普通閥式避雷器不允許在長時間的內(nèi)部過電壓下動作，因此它們

的工頻放電電壓還應(yīng)有一個下限，以免在內(nèi)部過電壓下誤動作；

5）殘壓：沖擊電流流過避雷器時，在工作電阻上產(chǎn)生的電壓峰值；

6）保護(hù)水平：該避雷器上可能出現(xiàn)的最大沖擊電壓的峰值；

7）沖擊系數(shù)：避雷器沖擊放電電壓與工頻放電電壓幅值之比；

8）切斷比：避雷器工頻放電電壓的下限與滅弧電壓之比：

9）保護(hù)比：避雷器殘壓與滅弧電壓之比。

6.試全面比較金屬氧化物避雷器與碳化硅閥式避雷器之間的優(yōu)缺點(diǎn)。

與傳統(tǒng)碳化硅避雷器相比，金屬氧化物避雷器具有諸多優(yōu)點(diǎn)：

1）無間隙、無續(xù)流。結(jié)構(gòu)簡化，體積縮小、運(yùn)行維護(hù)方便；

2）保護(hù)特性優(yōu)越，非線性優(yōu)越，而且沒有火花間隙，一旦作用電壓開始升高，閥片

立即開始吸收過電壓的能量，抑制過電壓的發(fā)展；

3)在絕緣配合方面可以做到陡波、雷電流和操作波的保護(hù)裕度接近一致；

4)金屬氧化物避雷器通流容量大，能夠制成重載避雷器。

選擇題

7(b)、8(b)、9(b)、10(c)、11(b)、12(c)

第七章

1.輸電線路的防雷原則和措施是什么？

原則：防雷設(shè)計的目的是提高線路的耐雷性能，降低雷擊跳閘率。輸電線路的防雷

措施在許可情況下，要做到“四道防線"，即：①防止雷直擊導(dǎo)線；②防止雷擊塔頂或避

雷線后引起絕緣閃絡(luò)；③防止雷擊絕緣后閃絡(luò)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的工頻電?。虎芊乐构╇娭袛?。

措施：

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、采用消弧線圈接地方式；

6、裝設(shè)自動重合閘；

7、裝設(shè)線路避雷器；

8、加強(qiáng)絕緣。

2.輸電線路的耐雷水平、建弧率、雷擊跳閘率的含義是什么？

耐雷水平：雷擊線路時，其絕緣尚不至于發(fā)生閃絡(luò)的最大雷電流幅值或能引起絕緣

閃絡(luò)的最小雷電流幅值。

雷擊跳閘率：它是指在雷暴日數(shù)為Td=4()的情況下、100km的線路每年因雷擊而引

起的跳閘次數(shù)，其單位為“次/(lOOkmdO雷暴日)

建弧率：由沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定工頻電弧的概率稱為建弧率。

3,圖7?6所示線路的例題中，若線路架設(shè)在山區(qū)，桿塔沖擊接地電阻R,h=15Q,

其余條件不變,求該線路的耐雷水平和雷擊跳閘率,并列出提高耐雷水平可采取的措施。

具體過程參照例題

(1)計算避雷線和導(dǎo)線對地的平均高度尿和hdo

hb=24.5m;

hd=15.4m;

(2)計算雙避雷線對外側(cè)導(dǎo)線的幾何耦合系數(shù)k。

k=0.296;

(3)計算塔桿等效電感及分流系數(shù)。

Lgt=14.55^iH;

p=0.88;

(4)計算雷擊塔桿時耐雷水平h。

Ii=75.68kA;

（5）計算雷擊塔桿時耐雷水平12。

L=12kA;

（6）計算雷電流幅值超過耐雷水平的概率。

Pi=13.8%；P2=73.1%；

（7）計算擊桿率g、繞擊率P.和建弧y率不

&/乙3.35=0.0464%

a86

E=57.735kV/m

n=80%

（8）計算線路跳閘率

n=0.85

4.試述繞擊和反擊的區(qū)別。

繞擊：是指是指雷繞過避雷線直接擊中導(dǎo)線，使導(dǎo)線電位很快上升，從而造成導(dǎo)線

與桿塔之間的絕緣子串發(fā)牛擊穿閃絡(luò).

反擊：若雷擊桿塔時雷電流超過線路的耐雷水平L，就會引起線路閃絡(luò)，這是由于

接