高電壓技術(shù) 1到8章 課后習(xí)題答案

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1、1 氣體的絕緣特性與介質(zhì)的電氣強度1-1氣體放電過程中產(chǎn)生帶電質(zhì)點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電暈起始電壓比負(fù)極性時略高？1-4雷電沖擊電壓的標(biāo)準(zhǔn)波形的波前和波長時間是如何確定的？1-5操作沖擊放電電壓的特點是什么？1-6影響套管沿面閃絡(luò)電壓的主要因素有哪些？1-7具有強垂直分量時的沿面放電和具有弱垂直分量時的沿面放電，哪個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kV?（空氣相對密度=0.95）1-9

2、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工頻耐受電壓試驗時，其試驗電壓應(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)點最重要的方式。這是因為電子體積小，其自由行程(兩次碰撞間質(zhì)點經(jīng)過的距離)比離子大得多，所以在電場中獲得的動能比離子大得多。其次由于電子的質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子或分子，因此當(dāng)電子的動能不足以使中性質(zhì)點電離時，電子會遭到彈射而幾乎不損失其動能；而離子因其質(zhì)量與被碰撞的中性質(zhì)點相近，每次碰撞都會使其速度減小，影響其動能的積累。1-2簡要論述湯遜放電理論

3、。答: 設(shè)外界光電離因素在陰極表面產(chǎn)生了一個自由電子，此電子到達(dá)陽極表面時由于過程，電子總數(shù)增至個。假設(shè)每次電離撞出一個正離子，故電極空間共有（1）個正離子。這些正離子在電場作用下向陰極運動，并撞擊陰極按照系數(shù)的定義，此（1）個正離子在到達(dá)陰極表面時可撞出（1）個新電子，則(-1)個正離子撞擊陰極表面時，至少能從陰極表面釋放出一個有效電子，以彌補原來那個產(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電暈起始電壓比負(fù)極性時略高？答:（1）當(dāng)棒具有正極性時，間隙中出現(xiàn)的電子向棒運動，進(jìn)入強電場區(qū)，開始引起電離現(xiàn)

4、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。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，陰極表面形成的電子立即進(jìn)入強電場區(qū)，造成電子崩。當(dāng)電子崩中的電子離開強電場區(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動。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動

5、而消失于棒極，但由于其運動速度較慢，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，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間的方法(波長指沖擊波衰減至半峰值的時間)。圖中O為原點，P點為波峰。國際上都用圖示的方法求得名義零點。圖中虛線所示，連接P點與0.3倍峰值點作虛線交橫軸于點，這樣波前時間、和波長都從

6、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間 半峰值時間 沖擊電壓峰值1-5操作沖擊放電電壓的特點是什么？答：操作沖擊放電電壓的特點：（1）U形曲線，其擊穿電壓與波前時間有關(guān)而與波尾時間無關(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。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具有強垂直分量時的

7、沿面放電和具有弱垂直分量時的沿面放電，哪個對絕緣的危害比較大，為什么？答：具有強垂直分量時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垂直分量時要小得多。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

8、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工頻耐受電壓試驗時，其試驗電壓應(yīng)為多少kV？解：查GB311.1-1997的規(guī)

9、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時，其耐受電壓U應(yīng)為 第二章 液體的絕緣特性與介質(zhì)的電氣強度2-1電介質(zhì)極化的基本形式有哪幾種，各有什么特點？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

10、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？答：電介質(zhì)極化的基本形式有（）電子位移極化圖（1） 電子式極化（）偶極子極化圖（2） 偶極子極化（a）無外電場時 （b）有外電場時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。（）對于非極性和弱極性液體介質(zhì)，有效電場強度式中，為極化強度（）。上式稱為莫索締（Mosotti）有效電場強度，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（）對于極性液體介質(zhì)，由于極

11、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，造成強的附加電場，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：（）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，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

12、困難，所以很??；隨著溫度的升高，液體電介質(zhì)黏度減小，偶極子轉(zhuǎn)動幅度變大，隨之變大；溫度繼續(xù)升高，分子熱運動加劇，阻礙極性分子沿電場取向，使極化減弱，又開始減小。（）頻率對極性液體電介質(zhì)的值的影響如圖2-1所示，頻率太高時偶極子來不及轉(zhuǎn)動，因而值變小。其中相當(dāng)于直流電場下的介電常數(shù)，ff1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，偶極子已經(jīng)完全跟不上電場轉(zhuǎn)動了，這時只存在電子式極化，減小到，常溫下，極性液體電介質(zhì)的36。2-5液體電介質(zhì)的電導(dǎo)是如何形成的？電場強度對其有何影響？答：液體電介質(zhì)電導(dǎo)的形成：（）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，它們處于圖中

13、A、B、C等勢能最低的位置上作振動，其振動頻率為，當(dāng)離子的熱振動能超過鄰近分子對它的束縛勢壘時，離子即能離開其穩(wěn)定位置而遷移。（）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，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)”。電場強度的影響（）弱電場區(qū)：在通常條件下，當(dāng)外加電場強度遠(yuǎn)小于擊穿場強時，液體

14、介質(zhì)的離子電導(dǎo)率是與電場強度無關(guān)的常數(shù)，其導(dǎo)電規(guī)律遵從歐姆定律。（）強電場區(qū)：在E107V/m的強電場區(qū)，電流隨電場強度呈指數(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)在強電場下的電導(dǎo)具有電子碰撞電離的特點。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：（）高度純凈去氣液體電介質(zhì)的電擊穿理論（）含氣純凈液體電介質(zhì)的氣泡擊穿理論（）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：氣泡擊穿觀點認(rèn)為，不論由于何種原因使液體中存在氣泡時，由于交變電壓下兩串聯(lián)介質(zhì)中電場強度與介質(zhì)介電常數(shù)成反比，氣泡中的電場強度比液體介

15、質(zhì)高，而氣體的擊穿場強又比液體介質(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，擴大氣體通道，當(dāng)氣泡在兩極間形成“氣橋”時，液體介質(zhì)就能在此通道中發(fā)生擊穿。熱化氣擊穿觀點認(rèn)為，當(dāng)液體中平均場強達(dá)到107108V/m時，陰極表面微尖端處的場強就可能達(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，單位體積、單位時間中的發(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

16、量等于電極附近液體氣化所需的熱量時，便產(chǎn)生氣泡，液體擊穿。電離化氣擊穿觀點認(rèn)為，當(dāng)液體介質(zhì)中電場很強時，高能電子出現(xiàn)，使液體分子CH鍵（CC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：（）水分的影響當(dāng)水分在液體中呈懸浮狀態(tài)存在時，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。（）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

17、粒子向電場強度最大的區(qū)域運動，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)的電氣強度3-1什么叫電介質(zhì)的極化？極化強度是怎么定義的？3-2固體無機電介質(zhì)中，無機晶體、無機玻璃和陶瓷介質(zhì)的損耗主要由那些損耗組成？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

18、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)分子的極性強弱有關(guān)，還受到溫度、外加電場頻率等因素的影響。3-2固體無機電介質(zhì)中，無機晶體、無機玻璃和陶瓷介質(zhì)的損耗主要由哪些損耗組成？答：（）無機晶體介質(zhì)只有位移極化，其介質(zhì)損耗主要來源于電導(dǎo)；（）無機玻璃的介質(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)

19、損耗；（）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，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)率不僅與介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，而且強烈地受到周圍環(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。（）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

20、被吸附于介質(zhì)的表面，形成一層很薄的水膜。因為水本身為半導(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。（）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，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

21、度的影響較小。（）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)局部放電引起擊穿等形式。（）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)，因此熱擊穿強度不能看作是電介質(zhì)材料的本征特性參數(shù)。（）電擊穿電擊穿的主要特征是：擊穿場強高，實用絕緣系統(tǒng)不可能達(dá)到；在一定溫度范圍內(nèi)，擊穿場強隨溫度升高而增大，或變化不大。均勻電場中電擊穿場強反映了固

22、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。（）不均勻電介質(zhì)的擊穿擊穿從耐電強度低的氣體開始，表現(xiàn)為局部放電，然后或快或慢地隨時間發(fā)展至固體介質(zhì)劣化損傷逐步擴大，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)劣化損傷的機理是多方面的，但主要有如下三個方面：（）電的作用：帶電粒子對電介質(zhì)表面的直接轟擊作用，使有機電介質(zhì)的分子主鏈斷裂；（）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；（）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。

23、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。（） 電樹枝樹枝因介質(zhì)中間歇性的局部放電而緩慢地擴展，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。（）水樹枝樹枝因存在水分而緩慢發(fā)生，如在水下運行的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。（）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

24、端情況來討論（1）脈沖熱擊穿認(rèn)為電場作用時間很短，以致導(dǎo)熱過程可以忽略不計，則熱平衡方程為（2）穩(wěn)態(tài)熱擊穿電壓長時間作用，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：（）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)一個初始電子，這一電子在向陽極運動時，如電場強度足夠大，則會發(fā)生碰撞電離，產(chǎn)生1個新電子。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)生兩個新電子，電子總數(shù)增加到4個。第三次電離后電子數(shù)將增至8個，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。（） 液體介質(zhì)

25、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)射或熱發(fā)射的電子在電場中被加速而獲得動能，在它碰撞液體分子時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。當(dāng)電子在相鄰兩次碰撞間從電場中得到的能量大于h時，電子就能在運動過程中逐漸積累能量，至電子能量大到一定值時，電子與液體相互作用時便導(dǎo)致碰撞電離。b) 氣泡擊穿理論液體中存在氣泡時，由于交變電壓下兩串聯(lián)介質(zhì)中電場強度與介質(zhì)介電常數(shù)成反比，氣泡中的電場強度比液體介質(zhì)高，而氣體的擊穿場強又比液體介質(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

26、體分子，使液體分子電離生成更多的氣體，擴大氣體通道，當(dāng)氣泡在兩極間形成“氣橋”時，液體介質(zhì)就能在此通道中發(fā)生擊穿。（）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，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)行擊穿試驗時出現(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度低的氣體開始，表現(xiàn)為局部放電，然后或快或慢地隨時間發(fā)展至固體介質(zhì)劣化損傷逐步擴大，致使介質(zhì)擊穿。第四章 絕緣的預(yù)防性試驗4-1測量絕緣電阻

27、能發(fā)現(xiàn)哪些絕緣缺陷?試比較它與測量泄漏電流試驗項目的異同。4-2絕緣干燥時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要采用標(biāo)準(zhǔn)電容器?這試驗項目的測量準(zhǔn)確度受到哪些因素的影響?4-4在現(xiàn)場測量tan而電橋無法達(dá)到平衡時，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tan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)防性試驗項目的效能和優(yōu)缺點(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)防性試驗時應(yīng)注意的事項。4-8對絕緣的檢查性

28、試驗方法，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綜合計論：現(xiàn)行對絕緣的離線檢查性試驗存在哪些不足之處?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項目的異同。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項目的相同點：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

29、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，吸收電流不僅在起始時就減少，同時衰減也非常快，吸收比的比值會有明顯不同，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要采用標(biāo)準(zhǔn)電容器?這試驗項目的測量準(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，電流檢流計指向零點，即沒有電流通過電流檢流計，此時電橋相對橋臂上的阻抗乘積值相等，通過改變

30、R3和C4來確定電橋的平衡以最終計算出Cx和tan。采用標(biāo)準(zhǔn)電容器是因為計算被試品的電容需要多個值來確定，如果定下橋臂的電容值，在計算出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。這一試驗項目的測量準(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而電橋無法達(dá)到平衡時，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的正接線和反接線

31、?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，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)防性試驗項目的效能和優(yōu)缺點(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：因為已經(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)防性試驗時應(yīng)

32、注意的事項。答：測量絕緣電阻時應(yīng)注意下列幾點：(1)試驗前應(yīng)將試品接地放電一定時間。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，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，應(yīng)待電源電壓達(dá)穩(wěn)定后再接入試品，并開始計時。(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，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

33、時，應(yīng)準(zhǔn)確記錄當(dāng)時絕緣的溫度，而在比較時，也應(yīng)按相應(yīng)溫度時的值來比較。(6)每次測試結(jié)束時，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綜合計論：現(xiàn)行對絕緣的離線檢查性試驗存在哪些不足之處?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行；監(jiān)測間隔周期較長，不能及時發(fā)

34、現(xiàn)絕緣故障；停電后的設(shè)備狀態(tài)與運行時的設(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5-1簡述直流耐壓試驗與交流相比有哪些主要特點。5-2直流耐壓試驗電壓值的選擇方法是什么？5-3高壓實驗室中被用來測量交流高電壓的方法常用的有幾種？5-4簡述高壓試驗變壓器調(diào)壓時的基本要求。5-5 35kV電力變壓器，在大氣條件為時做工頻耐壓試驗，應(yīng)選用球隙的球極直徑為多大？球隙距離為多少？5-6工頻高壓試驗需要注意的問題？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簡述直流耐壓試驗與交流相比有哪些主要特點。答：（1）

35、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，所以試驗設(shè)備可以做得比較輕巧，適合于現(xiàn)場預(yù)防性試驗的要求。特別對容量較大的試品，如果做交流耐壓試驗，需要較大容量的試驗設(shè)備，在一般情況下不容易辦到。而做直流耐壓試驗時，只需供給絕緣泄漏電流（最高只達(dá)毫安級），試驗設(shè)備可以做得體積小而且比較輕便，適合現(xiàn)場預(yù)防性試驗的要求。（2）在試驗時可以同時測量泄漏電流，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)的補充信息。（3）直流耐壓試驗比之交流耐壓試驗更能發(fā)現(xiàn)電機端部的絕緣缺陷。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

36、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的性質(zhì)。5-2直流耐壓試驗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度一般要比交流下的高。在選擇試驗電壓值時必須考慮到這一點，直流耐壓試驗所用的電壓往往更高些，并主要根據(jù)運行經(jīng)驗來確定，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，可及時停止試驗，進(jìn)行處理。直流耐壓試驗的時間可以比交流耐壓試驗長一些，所以發(fā)電機試驗時是以每級0.5倍額定電壓分階

37、段升高，每階段停留1min，讀取泄漏電流值。電纜試驗時，在試驗電壓下持續(xù)5min，以觀察并讀取泄漏電流值。5-3高壓實驗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)將輸出的被測信號送至示波器顯示波形。5-4簡述高壓試驗變壓器調(diào)壓時的基本要求。答：試驗變壓器的電壓必須從零調(diào)節(jié)到指定值，同時還應(yīng)注意：(1) 電壓應(yīng)該平滑地調(diào)節(jié)，在有滑動觸頭的調(diào)壓器中，不應(yīng)該發(fā)生火花；(2) 調(diào)壓器應(yīng)在試驗變壓器的輸入端提供從零到額定

38、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)不小于試驗變壓器的容量。5-5 35kV電力變壓器，在大氣條件為時做工頻耐壓試驗，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電力變壓器的試驗電壓為因為電力變壓器的絕緣性能基本上不受周圍大氣條件的影響，所以保護(hù)球隙的實際放電電壓應(yīng)為若取，也就是說，球隙的實際放電電壓等于106.9kV(最大值）。因為球隙的放電電壓與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，在標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)下

39、的放電電壓為105kV(最大值）。而在試驗大氣狀態(tài)下的放電電壓 5-6工頻高壓試驗需要注意的問題？答：在電氣設(shè)備的工頻高壓試驗中，除了按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定認(rèn)真制定試驗方案外，還須注意下列問題：(1) 防止工頻高壓試驗中可能出現(xiàn)的過電壓；(2) 試驗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)生器的起動方式有哪幾種？答：沖擊電壓發(fā)生器的起動方式有以下兩種：是自起動方式。這時只要將點火球隙

40、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，F(xiàn)l即自行擊穿，起動整套裝置。可見這時輸出的沖擊電壓高低主要取決于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。是使各級電容器充電到一個略低于F1擊穿電壓的電壓水平上，處于準(zhǔn)備動作的狀態(tài)，然后利用點火裝置產(chǎn)生一點火脈沖，達(dá)到點火球隙F1中的一個輔助間隙上使之擊穿并引起F1主間隙的擊穿，以起動整套裝置。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，

41、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間的變化過程。第七章 輸電線路和繞組中的波過程7-1為什么需要用波動過程研究電力系統(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？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，分析末端與線路中間的電壓波形；(2)時，分析末端與線路中間的電壓波形；(3)當(dāng)R=0時，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Z

42、1上的反射波。7-5有一直角電壓波E沿被阻抗為Z500的線路傳播，線路末端接有對地電容CO.0l。(1)畫出計算末端電壓的彼德遜等值電路，并計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)格獨計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，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)電機的侵入波陡度。7-1為什么需要用波動過程研究電力系統(tǒng)中過電壓？答：實際電力系統(tǒng)采用三相

43、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、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？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，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)

44、有正負(fù)號。（3）如果導(dǎo)線上有前行波，又有反行波，兩波相遇時，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，分析末端與線路中間的電壓波形；(2)時，分析末端與線路中間的電壓波形；(3)當(dāng)R=0時，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，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) 末端接集中負(fù)載R=Z時的電壓波形（2）當(dāng)時，根

45、據(jù)折射和反射系數(shù)計算公式（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) 末端開路時的電壓波形（3）當(dāng)R=0時，根據(jù)折射和反射系數(shù)計算公式（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)線上各點電流為，末端的電流。圖(31) 末端接地時末端的電流波形圖(32) 末端接地時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

46、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Z500的線路傳播，線路末端接有對地電容CO.0l。(1)畫出計算末端電壓的彼德遜等值電路，并計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

47、：（）計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（）略（）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，同時還會變形。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，因為各種頻率下的電阻不同，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值有關(guān)，故將使行波發(fā)生衰減的同時伴隨

48、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)生強烈的沖擊電暈。研究表明，形成沖擊電暈所需的時間非常短，大約在正沖擊時只需0.05，在負(fù)沖擊時只需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。當(dāng)產(chǎn)生正極性沖擊電暈時，電子在電場作用下迅速移向?qū)Ь€，正空間電荷加強距離導(dǎo)線較遠(yuǎn)處的電場強度，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，正空間電荷的移動不大，它的存在減弱了距導(dǎo)線較遠(yuǎn)處的電場強度使電暈不易發(fā)展；

49、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，所以在過電壓計算中常以負(fù)極性電暈作為計算的依據(jù)。7-7當(dāng)沖擊電壓作用于變壓器繞組時，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，因此從起始分布到穩(wěn)態(tài)分布，其間必有一個過渡過程。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

50、會愈緩和，因而繞組各點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，外加電壓已經(jīng)大大衰減，故使繞組各點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，對電機的危害性很大，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。8-2試述雷電流幅值的定義，分別計算下列雷電流幅值出現(xiàn)的概率：30kA、50kA、88kA、100kA、150kA、

51、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)獨立避雷針進(jìn)行保護(hù)，避雷針距構(gòu)架至少5m。試計算避雷針最低高度。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的正方形的四個頂點上，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。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)間隙的相同點與不同點。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？8-9試述金屬氧化物避雷器的特性和各項參數(shù)的意義。8-10限制雷電過電壓破壞作用的基本措施

52、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6X7組成，長為1.2m，其正極性U50%為700kV，桿塔沖擊接地電阻為7，導(dǎo)線和避雷線的直徑分別為21.5mm和7.8mm，15時避雷線弧垂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。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，

53、相距21.4m，其懸掛高度為37m，15時弧垂9.5m。桿塔電桿15.6H，沖擊接地電阻為10。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，其安裝點到變壓器的電氣距離為50m，運行中經(jīng)常有兩路出線，其導(dǎo)線的平均

54、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)電機絕緣的特點及直配電機的防雷保護(hù)措施。8-19說明直配電機防雷保護(hù)中電纜段的作用。8-20試述氣體絕緣變電所防雷保護(hù)的特點和措施。8-21什么是接地？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200m，雷電流為40A時沖擊系數(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300m，試估算其接地網(wǎng)的工頻接地

55、電阻。8-1試述雷電放電的基本過程及各階段的特點。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。整個先導(dǎo)放電時間約0.0050.01s，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，雷擊點有巨大的電流流過，主放電的時間極短。（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

56、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)的時間可達(dá)0.030.05s。8-2試述雷電流幅值的定義，分別計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，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

57、體（圖8-3）時，流過雷擊點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電入射波的幅值I0=I/2，A點的電壓幅值。b.雷直擊于輸電線路的導(dǎo)線（圖8-4）時，電流波向線路的兩側(cè)流動，如果電流電壓均以幅值表示，則導(dǎo)線被擊點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。因為先導(dǎo)放電的速度很慢，所以導(dǎo)線上電荷的運

58、動也很慢，由此引起的導(dǎo)線中的電流很小，同時由于導(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，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)運動，如圖8-5（b）所示。電荷流動形成的電流乘以導(dǎo)線的波阻抗即為兩側(cè)流動的靜電感應(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)獨立避雷針進(jìn)行保護(hù)，避雷針距構(gòu)架至少5m。試計算避雷針最低高度。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

59、支等高避雷針，高度為25m，布置在邊長為42m的正方形的四個頂點上，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)間隙的相同點與不同點。答： 避雷器類型比較異同保護(hù)間隙排氣式避雷器相同點a) 當(dāng)雷電波侵入時，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

60、陡，放電分散性大，與被保護(hù)設(shè)備的絕緣配合不理想，并且動作后會形成截波，對變壓器縱絕緣不利。不同點結(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，將引起斷路器跳閘。為減少線路停電事故，應(yīng)加裝自動重合閘裝置。排氣式避雷器動作多次后，管壁將變薄，故應(yīng)裝設(shè)簡單可靠的動作指示器。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？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：（1） 保

61、護(hù)性能好；（2）無續(xù)流；（3）通流容量大；（4）運行安全可靠。8-9試述金屬氧化鋅避雷器的特性和各項參數(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，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。因此又稱起始動作電壓，也稱轉(zhuǎn)折電壓或拐點電壓（4

62、) 殘壓放電電流通過避雷器時兩端出現(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820的標(biāo)稱沖擊放電電流時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”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、自動重合閘等防雷保護(hù)裝置。避雷針、避雷線用于防止直