高電壓技術(shù)課后習(xí)題答案詳解

1、.1-1氣體放電過(guò)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(guò)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(guò)的距離)比離子大得多，所以在電場(chǎng)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(jiǎn)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(yáng)極表面時(shí)由于過(guò)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

2、。這些正離子在電場(chǎng)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(lái)那個(gè)產(chǎn)生電子崩并進(jìn)入陽(yáng)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(chǎng)區(qū)，開(kāi)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，

3、相對(duì)來(lái)說(shuō)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(chǎng)，而略為加強(qiáng)了外部空間的電場(chǎng)。這樣，棒極附近的電場(chǎng)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(chǎng)區(qū)，造成電子崩。當(dāng)電子崩中的電子離開(kāi)強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)后，電子就不再能引起電離，而以越來(lái)越慢的速度向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)。一部份電子直接消失于陽(yáng)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

4、荷由于濃度小，對(duì)外電場(chǎng)的影響不大，而正空間電荷將使電場(chǎng)畸變。棒極附近的電場(chǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)時(shí)間的方法(波長(zhǎng)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(guó)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(zhǎng)都從算起。目前國(guó)際上大多數(shù)國(guó)家對(duì)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

5、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(wú)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(chǎng)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(duì)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(duì)絕緣的危害比較大。電場(chǎng)具有弱垂直分量的情況下，電極形狀

6、和布置已使電場(chǎng)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(chǎng)畸變，不會(huì)顯著降低沿面放電電壓。另外這種情況下電場(chǎng)垂直分量較小沿表面也沒(méi)有較大的電容電流流過(guò)，放電過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)熱電離現(xiàn)象，故沒(méi)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(duì)放電電壓實(shí)際上沒(méi)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(wèn)其正極性50%操作沖擊擊穿電壓為多少kV?（空氣相對(duì)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=1300k

7、V。查高電壓技術(shù)可得空氣絕對(duì)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)?？諝饷芏刃Ｕ驍?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(wèn)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 2-1

8、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（）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(wú)外電場(chǎng)時(shí) （b）有外電場(chǎng)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(chǎng)。（）對(duì)于非極性和弱極性液體介質(zhì)，有效電場(chǎng)強(qiáng)度式中，為極化強(qiáng)度（）。上式稱為莫索締（Mosotti）有效電場(chǎng)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（）對(duì)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

9、的距離近，相互作用強(qiáng)，造成強(qiáng)的附加電場(chǎng)，洛倫茲球內(nèi)分子作用的電場(chǎng)0，莫索締有效電場(chǎng)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(duì)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(chǎng)作用下，除了電子位移極化外，還有偶極子極化，對(duì)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：（）溫度對(duì)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??；隨著溫度的升高，液

10、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(chǎng)取向，使極化減弱，又開(kāi)始減小。（）頻率對(duì)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(lái)不及轉(zhuǎn)動(dòng)，因而值變小。其中相當(dāng)于直流電場(chǎng)下的介電常數(shù)，ff1以后偶極子越來(lái)越跟不上電場(chǎng)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(chǎng)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36。2-5液體電介質(zhì)的電導(dǎo)是如何形成的？電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)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A、B、C等勢(shì)能最低的位置上作振動(dòng)

11、，其振動(dòng)頻率為，當(dāng)離子的熱振動(dòng)能超過(guò)鄰近分子對(duì)它的束縛勢(shì)壘時(shí)，離子即能離開(kāi)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(shù)脂，這些樹(shù)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(duì)于液體的電位一般是恒定的，在電場(chǎng)作用下定向的遷移構(gòu)成“電泳電導(dǎo)”。電場(chǎng)強(qiáng)度的影響（）弱電場(chǎng)區(qū)：在通常條件下，當(dāng)外加電場(chǎng)強(qiáng)度遠(yuǎn)小于擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，液體介質(zhì)的離子電導(dǎo)率是與電場(chǎng)強(qiáng)度無(wú)關(guān)的

12、常數(shù)，其導(dǎo)電規(guī)律遵從歐姆定律。（）強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)：在E107V/m的強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)，電流隨電場(chǎng)強(qiáng)度呈指數(shù)關(guān)系增長(zhǎng)，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(chǎng)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：（）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(duì)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(chǎng)強(qiáng)度與介質(zhì)介電常數(shù)成反比，氣泡中的電場(chǎng)強(qiáng)度比液體介質(zhì)高，而氣體的擊穿場(chǎng)強(qiáng)又比液體介質(zhì)

13、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(chǎng)強(qiáng)達(dá)到107108V/m時(shí)，陰極表面微尖端處的場(chǎng)強(qiáng)就可能達(dá)到108V/m以上。由于場(chǎng)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(lái)估算發(fā)熱，單位體積、單位時(shí)間中的發(fā)熱量約為1013J/（s），這些熱量用來(lái)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)

14、，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(chǎng)很強(qiáng)時(shí)，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(duì)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(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(chǎng)作用下，由于水的介電常數(shù)很大，水球容易極化而沿電場(chǎng)方向伸長(zhǎng)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(chǎng)力作用下，這些粒子向電場(chǎng)強(qiáng)度最大的區(qū)域運(yùn)動(dòng)，在電

15、極表面電場(chǎng)集中處逐漸積聚起來(lái)，使液體介質(zhì)擊穿場(chǎng)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(duì)液體介質(zhì)進(jìn)行過(guò)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(chǎng)作用下，其束縛電荷相應(yīng)于電場(chǎng)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(lái)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(chǎng)頻率等因素的影響。3-2固體無(wú)機(jī)電介質(zhì)中，無(wú)機(jī)晶體、無(wú)機(jī)玻璃和陶瓷介質(zhì)的損耗主要由哪些損耗組成？答：（）無(wú)機(jī)晶體介質(zhì)只有位移極化，其介質(zhì)損耗主要來(lái)源于電導(dǎo)；（）無(wú)機(jī)玻璃的介質(zhì)損

16、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；（）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，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(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。（）電介質(zhì)

17、表面吸附的水膜對(duì)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。（）電介質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)對(duì)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(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(duì)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

18、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。（）電介質(zhì)表面清潔度對(duì)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(jiàn)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(qiáng)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(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)隨溫度

19、升高而增大，或變化不大。均勻電場(chǎng)中電擊穿場(chǎng)強(qiáng)反映了固體介質(zhì)耐受電場(chǎng)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(qiáng)度低的氣體開(kāi)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。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：（）電的作用：帶電粒子對(duì)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；（）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

20、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(shù)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(shù)枝化的原因是多方面的，所產(chǎn)生的樹(shù)枝亦不同。（） 電樹(shù)枝樹(shù)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(wú)任何局部放電的情況下，由于介質(zhì)中局部電場(chǎng)集中而發(fā)生。（）水樹(shù)枝樹(shù)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(shù)枝，一般稱為水樹(shù)枝，即直流電壓下也能促進(jìn)樹(shù)枝化。（）電化學(xué)樹(shù)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(shù)枝。3-7均勻固體介質(zhì)的熱擊穿電壓

21、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(lái)討論（1）脈沖熱擊穿認(rèn)為電場(chǎng)作用時(shí)間很短，以致導(dǎo)熱過(guò)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(zhǎng)時(shí)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(guò)程的異同。答：（）氣體介質(zhì)的擊穿過(guò)程氣體放電都有從電子碰撞電離開(kāi)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(yáng)極運(yùn)動(dòng)時(shí)，如電場(chǎng)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(yáng)極的行進(jìn)過(guò)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

22、。電子數(shù)如雪崩式的增長(zhǎng)，即出現(xiàn)電子崩。（） 液體介質(zhì)的擊穿過(guò)程a) 電擊穿理論以碰撞電離開(kāi)始為擊穿條件。液體介質(zhì)中由于陰極的場(chǎng)致發(fā)射或熱發(fā)射的電子在電場(chǎng)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(chǎng)中得到的能量大于h時(shí)，電子就能在運(yùn)動(dòng)過(guò)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(chǎng)強(qiáng)度與介質(zhì)介電常數(shù)成反比，氣泡中的電場(chǎng)強(qiáng)度比液體介質(zhì)高，而氣體的擊穿場(chǎng)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

23、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)氣泡在兩極間形成“氣橋”時(shí)，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(guò)程固體電介質(zhì)的擊穿中，常見(jiàn)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(chǎng)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(kāi)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

24、介質(zhì)擊穿。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?？?，吸

25、收比的比值會(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

26、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(chǎng)測(cè)量tan而電橋無(wú)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(chǎng)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(kāi)；（2）采用移相電源；（3）倒相法。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。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(cè)靈敏度

27、、抗干擾能力、局限性等)。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(kāi)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(cè)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(duì)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(cè)量誤差。試驗(yàn)后也應(yīng)這樣做，以求安全。(2)高壓測(cè)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(duì)被試

28、品絕緣測(cè)量結(jié)果的影響極小。(3)測(cè)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(kāi)始計(jì)時(shí)。(4)對(duì)帶有繞組的被試品，加先將被測(cè)繞組首尾短接，再接到L端子：其他非被測(cè)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(cè)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(lái)比較。(6)每次測(cè)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(kāi)L端子與被試品的連線，以免試品對(duì)兆歐表反向放電，損壞儀表。4-8對(duì)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(qǐng)開(kāi)拓性

29、地、探索性地考慮一下，也請(qǐng)大致估計(jì)一下這些方法各適用于何種電氣設(shè)備，對(duì)探測(cè)何種絕緣缺陷可能有效。答：略4-9綜合計(jì)論：現(xiàn)行對(duì)絕緣的離線檢查性試驗(yàn)存在哪些不足之處?探索一下：對(duì)某些電氣設(shè)備絕緣進(jìn)行在線檢測(cè)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(cè)間隔周期較長(zhǎng)，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(jiǎn)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(méi)有電容電流，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(chǎng)預(yù)防性試驗(yàn)的要求。特別對(duì)容量較大的試品

30、，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(chǎng)預(yù)防性試驗(yàn)的要求。（2）在試驗(yàn)時(shí)可以同時(shí)測(cè)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(méi)有電容電流流經(jīng)線棒絕緣，因而沒(méi)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(huì)加快有機(jī)絕緣材料的分解或老化變質(zhì)，在某種

31、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(lái)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?，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(zhǎng)一些，所以發(fā)電機(jī)試驗(yàn)時(shí)是以每級(jí)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(lái)測(cè)量交流高電壓的方法

32、常用的有幾種？答：用測(cè)量球隙或峰值電壓表測(cè)量交流電壓的峰值，用靜電電壓表測(cè)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(cè)電壓的波形，也可從分壓器低壓側(cè)將輸出的被測(cè)信號(hào)送至示波器顯示波形。5-4簡(jiǎn)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(méi)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

33、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)為若取，也就是說(shuō)，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(wèn)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

34、認(rèn)真制定試驗(yàn)方案外，還須注意下列問(wèn)題：(1) 防止工頻高壓試驗(yàn)中可能出現(xiàn)的過(guò)電壓；(2) 試驗(yàn)電壓的波形畸變與改善措施。5-7簡(jiǎn)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(guò)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(guò)觸發(fā)球隙的擊穿，并聯(lián)地對(duì)試品放電，從而在試品上流過(guò)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：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?jiàn)這時(shí)輸出的沖擊電壓高低主要取

35、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(jí)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(cè)量沖擊電壓的方法有哪幾種？答：目前最常用的測(cè)量沖擊電壓的方法有：分壓器-示波器；測(cè)量球隙；分壓器-峰值電壓表。球隙和峰值電壓表只能測(cè)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(guò)程。6-1簡(jiǎn)述什么是在線監(jiān)測(cè)，哪些設(shè)備需要實(shí)施在線監(jiān)測(cè)？在線監(jiān)測(cè)與離線試驗(yàn)各有什么優(yōu)缺點(diǎn)

36、？答：在線監(jiān)測(cè)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(cè)絕緣的狀況。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(cè)。離線試驗(yàn)需要停電進(jìn)行；監(jiān)測(cè)間隔周期較長(zhǎng)，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(cè)面寬；檢測(cè)設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，使用方便；適合小型系統(tǒng)和設(shè)備，同時(shí)對(duì)設(shè)備的影響小。6-2變壓器絕緣故障有哪些類型，對(duì)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(guò)分析油中溶解氣體的成分來(lái)判斷變壓器存在的絕緣故障。1.過(guò)熱故障：當(dāng)熱應(yīng)力只引起熱源處絕緣油分解

37、時(shí)，所產(chǎn)生的特征氣體主要是CH4和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CO2。2.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C2H2、H2，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C2H2、H2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H2，其次CH4。3.絕緣受潮：含有大量的H2。6-3按監(jiān)測(cè)對(duì)象分類，絕緣油中溶解故障氣體監(jiān)測(cè)裝置可分為哪幾類，各有什

38、么優(yōu)缺點(diǎn)？答：變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)根據(jù)不同的原則可以分為不同的種類。以監(jiān)測(cè)對(duì)象分類可歸結(jié)為以下幾類：（1）測(cè)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(cè)量單種氣體濃度。分析與實(shí)踐都證明變壓器發(fā)生過(guò)熱或局部放電時(shí)，所產(chǎn)生的氣體多含有較多的H2，因此可以通過(guò)監(jiān)測(cè)H2的變化判斷變壓器是否存在故障。（3）測(cè)量多種氣體組分的濃度。6-4容性電氣設(shè)備tan的監(jiān)測(cè)方法有哪些？各適用于哪些場(chǎng)合？答：監(jiān)測(cè)方法有：高壓電橋法、相位差法和全數(shù)字測(cè)量法。各監(jiān)測(cè)方法的適用場(chǎng)合分別如下：（1）高壓電橋法：硬件間接測(cè)量；（2）相位差法：硬件直接測(cè)量；（3）全數(shù)字測(cè)量法：軟件計(jì)算。6-5按

39、檢測(cè)器帶寬分類，局部放電在線監(jiān)測(cè)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(cè)的電流i1(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(cè)、局部放電在線監(jiān)測(cè)和tan監(jiān)測(cè)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(cè)的干擾信號(hào)2）局部放電在線監(jiān)測(cè)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(duì)監(jiān)測(cè)的干擾；（3）可控硅整流設(shè)備引起的干擾；（4）無(wú)線電廣播的干擾；（5）其他

40、周期性干擾。消除的方法：（1）選擇合適的監(jiān)測(cè)頻帶；（2）差動(dòng)平衡系統(tǒng)以及其它方法。3）tan監(jiān)測(cè)的干擾信號(hào)6-7為什么說(shuō)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)是實(shí)施狀態(tài)維修的基礎(chǔ)？答：在線監(jiān)測(cè)技術(shù)比離線監(jiān)測(cè)技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)在于能夠監(jiān)測(cè)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(guò)程中發(fā)生故障，有些裝置在離線狀態(tài)下無(wú)法檢測(cè)出它的故障，所以在線監(jiān)測(cè)能夠較為準(zhǔn)確的決定是否進(jìn)行維修。6-8對(duì)于在線監(jiān)測(cè)裝置，測(cè)量重復(fù)性和測(cè)量精度哪個(gè)更重要，為什么？答：測(cè)量精度更為重要，對(duì)于在線監(jiān)測(cè)裝置，由于我們對(duì)于故障的診斷是以概率的方式來(lái)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)變化造成故障現(xiàn)象的出現(xiàn)，但是

41、過(guò)后又迅速消失，所以測(cè)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(cè)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(guò)程及各階段的特點(diǎn)。答：雷電放電的基本過(guò)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(kāi)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(guò)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(guò)先導(dǎo)放電所開(kāi)辟的狹小電離通道發(fā)生猛烈的

42、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(guò)，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)0.030.05s。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。答：根據(jù)式（8-4），。其中，P為雷電流幅值超過(guò)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(duì)應(yīng)的概率分別為45.61%、27.03%、10.00%、7.31%、

43、1.97%、0.53%。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)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)

44、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(kāi)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(guò)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，=

45、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，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8-6什么是避雷線的保護(hù)角？保護(hù)角對(duì)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(lái)表示避雷線對(duì)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)

46、，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(guò)電壓消失后，保護(hù)間隙中仍有工頻續(xù)流流過(guò)，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(duì)變壓器縱絕緣不利。不同點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jiǎn)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(chǎng)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(shuō)說(shuō)

47、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(wú)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(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)，其兩端之間的工頻電壓峰值或直

48、流電壓，通常用U1mA表示。從該電壓開(kāi)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）保護(hù)比標(biāo)稱放

49、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(guò)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(guò)電壓，避雷器用于防止沿輸電線路侵入變電所的感應(yīng)雷過(guò)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6X7組成，長(zhǎng)為1.2m，其正極性U50%為700kV，桿塔沖擊接地電阻Ri為7，導(dǎo)線

50、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，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，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15.6H，沖擊接地電阻為10。線路采用28片XP-16絕緣子，串長(zhǎng)4.48m，其正極性U50%為2.35MV，負(fù)極性U50%為2

51、.74MV，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(guò)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)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

52、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(duì)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(guò)20，最大不應(yīng)超過(guò)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)角及降低桿塔的接地電阻Ri。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(guò)5kA(在330500kV級(jí)為10kA)

53、，而且必須保證來(lái)波陡度a不超過(guò)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(kāi)關(guān)可能經(jīng)常開(kāi)斷而線路側(cè)又帶有工頻電壓(熱備用狀態(tài))，沿線襲來(lái)的雷電波(其幅值為U50%)在此處碰到了開(kāi)路的末端，于是電壓可上升到2U50%，這時(shí)可能使開(kāi)路的斷路器和隔離開(kāi)關(guān)對(duì)地放電，引起工頻短路，將斷路器或隔離開(kāi)關(guān)的絕緣支座燒毀，為此在靠近隔離開(kāi)關(guān)或斷路器處裝設(shè)一組排氣式避雷器FE。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型閥式避雷器，其安裝點(diǎn)到變壓

54、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(duì)地高度為10m，試確定應(yīng)有的進(jìn)線保護(hù)段長(zhǎng)度。解：略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。答：旋轉(zhuǎn)電機(jī)絕緣的特點(diǎn)：（1） 在相同電壓等級(jí)的電氣設(shè)備中，旋轉(zhuǎn)電機(jī)的絕緣水平最低；（2） 電機(jī)在運(yùn)行中受到發(fā)熱、機(jī)械振動(dòng)、臭氧、潮濕等因素的作用使絕緣容易老化。特別在槽口部分，電場(chǎng)極不均勻，在過(guò)電壓作用下容易受傷；（3） 保護(hù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)用的磁吹避雷器(FCD型)的保護(hù)性能與電機(jī)絕緣水平的配合裕度很小；（4） 由于電機(jī)繞組的匝間電容K很小，所以當(dāng)沖擊波作用時(shí)，匝間所受電壓為，要使該電壓低于電機(jī)繞組的匝間耐壓，必須把來(lái)波陡度a限制得很低

55、，試驗(yàn)結(jié)果表明，為了保護(hù)匝間絕緣必須將侵入波陡度限制在5kV/s以下；（5） 電機(jī)繞組中性點(diǎn)一般是不接地的，三相進(jìn)波時(shí)在直角波頭情況下，中性點(diǎn)電壓可達(dá)進(jìn)波電壓的兩倍，因此必須對(duì)中性點(diǎn)采取保護(hù)措施。試驗(yàn)證明，侵入波陡度降低時(shí)，中性點(diǎn)過(guò)電壓也隨之減小，當(dāng)侵入波陡度降至2kV/s以下時(shí)，中性點(diǎn)過(guò)電壓不超過(guò)進(jìn)波的過(guò)電壓。直配電機(jī)的防雷保護(hù)措施：（1) 發(fā)電機(jī)出線母線上裝一組MOA或FCD型避雷器，以限制侵入波幅值，取其3kA下的殘壓與電機(jī)的絕緣水平相配合，保護(hù)電機(jī)主絕緣。（2) 采用進(jìn)線段保護(hù)，一般采用電纜段與排氣式避雷器配合的典型進(jìn)線段保護(hù)，它們聯(lián)合作用以限制流經(jīng)避雷器中的雷電流幅值使之小于3kA。

56、（3) 在發(fā)電機(jī)母線上裝設(shè)一組并聯(lián)電容器，包括電纜段電容在內(nèi)一般每相電容應(yīng)為0.250.5F，可以限制雷電侵入波的陡度a使之小于2kV/s，同時(shí)可以降低感應(yīng)雷過(guò)電壓使之低于電機(jī)沖擊耐壓強(qiáng)度，保護(hù)電機(jī)匝間絕緣和中性點(diǎn)絕緣。（4) 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)有引出線時(shí)，中性點(diǎn)應(yīng)加裝避雷器保護(hù)，如電機(jī)繞組中性點(diǎn)并未引出，則每相母線并聯(lián)電容應(yīng)增至1.52.0F。8-19說(shuō)明直配電機(jī)防雷保護(hù)中電纜段的作用。答：有電纜段的直配電機(jī)保護(hù)接線如圖8-37(a)所示，雷直擊于電纜首端的架空線路，排氣式避雷器FE2動(dòng)作，電纜芯線與外皮經(jīng)FE2短接在一起，雷電流流過(guò)FE2和接地電阻R1 所形成的電壓iR1 同時(shí)作用在芯線和外皮上，沿著外皮將有電流i2 流向電機(jī)側(cè)，于是在電纜外皮本身的電感L2上出現(xiàn)壓降，此壓降是由環(huán)繞外皮的磁力線變化所造成的，這些磁力線也必然全部環(huán)繞芯線，在芯線上同時(shí)感應(yīng)出一個(gè)大小等于的反電動(dòng)勢(shì)來(lái)，它將阻止雷電流從電纜首端A點(diǎn)沿芯線向電機(jī)流動(dòng)，也即限制了流經(jīng)避雷器F的雷電流。8-20試述氣體絕緣變電所防雷保護(hù)的特點(diǎn)和措施。答：氣體絕緣變電所(GIS)防雷保護(hù)有以下特點(diǎn)：（1）G