高電壓技術(shù)第4章習(xí)題答案

1、4-1測(cè)量絕緣電阻能發(fā)現(xiàn)哪些絕緣缺陷?試比較它與測(cè)量泄漏電流試驗(yàn)項(xiàng)目的異同。答：測(cè)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(cè)量絕緣電阻和測(cè)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(cè)量泄漏電流可使用較高的電壓(10kV及以上)，因此能比測(cè)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(cè)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(cè)試品受潮，那么在測(cè)試時(shí)，吸收電流不僅在起始時(shí)就減少，同時(shí)衰減也非常快，吸收比的比值

2、會(huì)有明顯不同，所以通過(guò)測(cè)量吸收比可以判斷絕緣是否受潮。4-3簡(jiǎn)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(cè)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(guò)電橋的電流相等時(shí)，電流檢流計(jì)指向零點(diǎn)，即沒(méi)有電流通過(guò)電流檢流計(jì)，此時(shí)電橋相對(duì)橋臂上的阻抗乘積值相等，通過(guò)改變R3和C4來(lái)確定電橋的平衡以最終計(jì)算出Cx和tan。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(lái)確定，如果定下橋臂的電容值，在計(jì)算出tan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(cè)量準(zhǔn)確度受到下列因素的影響：處于電磁場(chǎng)作用范圍的電磁干擾、溫度、試驗(yàn)電壓、試

3、品電容量和試品表面泄露的影響。4-5什么是測(cè)量tan的正接線和反接線?它們各適用于什么場(chǎng)合?答：正接線是被試品CX的兩端均對(duì)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。7-1為什么需要用波動(dòng)過(guò)程研究電力系統(tǒng)中過(guò)電壓？答：實(shí)際電力系統(tǒng)采用三相交流或雙極直流輸電，屬于多導(dǎo)線線路，而且沿線路的電場(chǎng)、磁場(chǎng)和損耗情況也不盡相同，因此所謂均勻無(wú)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(guò)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(wú)損單導(dǎo)線中的波過(guò)程。7-2 試分析波阻抗的物

4、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?。浑姶疟煌ㄟ^(guò)波阻抗為Z的無(wú)損線路時(shí)，其能量以電磁能的形式儲(chǔ)存于周圍介質(zhì)中而不像通過(guò)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)有正負(fù)號(hào)。（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(zhǎng)度的電感L0和電容C0有關(guān)，與線路長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。7-3試分析直流電勢(shì)E合閘于有限長(zhǎng)導(dǎo)線(長(zhǎng)度為l，波阻為Z)的情況，末端對(duì)地接有電阻R(如圖7-24所示)。

5、假設(shè)直流電源內(nèi)阻為零。解：（1）當(dāng)R=Z時(shí)，沒(méi)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(31) 末端接地時(shí)末端的電流波形圖(32) 末端接地時(shí)線路中間的電壓波形7-4母線上接

6、有波阻抗分別為Z1、Z2、Z3的三條出線，從Z1線路上傳來(lái)幅值為E的無(wú)窮長(zhǎng)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。解：當(dāng)無(wú)窮長(zhǎng)直角波沿線路Z1達(dá)到母線后，在線路Z1上除、外又會(huì)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(wú)限長(zhǎng)，或在線路Z2上未產(chǎn)生反射波前，線路Z2上只有前行波沒(méi)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7-6波在傳播中的衰減與畸變的主要原因？說(shuō)明沖擊電暈對(duì)雷電波波形影響的原因？答：波的衰減和變形受

7、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(wú)變形條件（式7-28），因此波在傳播過(guò)程中不僅會(huì)衰減，同時(shí)還會(huì)變形。此外由于集膚效應(yīng)，導(dǎo)線電阻隨著頻率的增加而增加。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(huì)引起波傳播過(guò)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(duì)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；

8、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(duì)沖擊電暈的發(fā)展有顯著的影響。當(dāng)產(chǎn)生正極性沖擊電暈時(shí)，電子在電場(chǎng)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(chǎng)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(zhǎng)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(chǎng)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(guò)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(guò)程，

9、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(duì)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，因此從起始分布到穩(wěn)態(tài)分布，其間必有一個(gè)過(guò)渡過(guò)程。而且由于繞組電感和電容之間的能量轉(zhuǎn)換，使過(guò)渡過(guò)程具有振蕩性質(zhì)。沖擊電壓波形對(duì)振蕩的影響:變壓器繞組的振蕩過(guò)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(huì)愈緩和，因而繞組各點(diǎn)的對(duì)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(guò)程尚未充分激發(fā)起來(lái)時(shí)，外加電壓已經(jīng)大大衰減，故使繞組各點(diǎn)的對(duì)地電位和電位梯度也較低。7-8說(shuō)

10、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(duì)電機(jī)的危害性很大，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。8-3雷電過(guò)電壓是如何形成的？答：雷電過(guò)電壓的形成包括以下幾種情況。（1）直擊雷過(guò)電壓a.雷直擊于地面上接地良好的物體（圖8-3）時(shí)，流過(guò)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(lái)的雷電入射波的幅值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(guò)

11、電壓幅值為（2）感應(yīng)雷過(guò)電壓雷云對(duì)地放電過(guò)程中，放電通道周圍空間電磁場(chǎng)急劇變化，會(huì)在附近線路的導(dǎo)線上產(chǎn)生過(guò)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(duì)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(duì)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)

12、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(guò)電壓波。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(zhǎng)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8-9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(zhǎng)期工作的老化性能。（3) 參考電壓避雷器通過(guò)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

13、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(guò)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(guò)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(guò)電流的能力。（6）壓比MOA通過(guò)波形為820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(guò)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(shuō)明避雷器穩(wěn)定性能愈好，耐老化，能在靠近“轉(zhuǎn)折點(diǎn)”長(zhǎng)期工作。（8

14、）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。8-21什么是接地？接地有哪些類型？各有何用途？答：接地指將電力系統(tǒng)中電氣裝置和設(shè)施的某些導(dǎo)電部分，經(jīng)接地線連接至接地極。埋入地中并直接與大地接觸的金屬導(dǎo)體稱為接地極，電氣裝置、設(shè)施的接地端子與接地極連接用的金屬導(dǎo)電部分稱為接地線。接地按用途可分為：（1）工作接地為運(yùn)行需要所設(shè)的接地，如中性點(diǎn)直接接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈、電阻接地；（2）保護(hù)接地電氣裝置的金屬外殼、配電裝置的構(gòu)架和線路桿塔等，由于絕緣損壞有可能帶電，為防止其危及人身和設(shè)備的安全而設(shè)的接地；（3）防雷接地為雷電保護(hù)裝置（避雷針、避雷線和避雷器等）向大地泄放雷