高電壓工程基礎(chǔ)-第06章習(xí)題答案

1、第6章習(xí)題6.1試列表比較電介質(zhì)的各種極化現(xiàn)象的性質(zhì)。極化方式現(xiàn)象電子式極化存在一切介質(zhì)中。（1）形成極化所需時間極短 （因電子質(zhì)量極小）1015s ，故其與 不隨頻率變化；（2）它具有彈性，當外電場去掉后，依靠正、負電 荷間的吸引力，作用中心會馬上重合而呈現(xiàn)非極性，所以這種極化沒有損耗；（3）溫度對極化程度影響不大，片具有不大的負的溫度系數(shù)。離子式極化存在離子結(jié)構(gòu)中。（1）建立極化時間短，約 1013s； （2）極化程度隨溫度增 加略有增加，一般其 a具有正的溫度系數(shù)；（3）幾乎沒有能量損耗。偶極子式極 化存在于極性介質(zhì)中。（1）偶極子極化是非彈性的， 極化時消耗的電場能量在 復(fù)原時/、可能

2、收回；（2）極化時間較長，約 10 1010 2s o極化程度與電源 頻率f有關(guān)，f變高，偶極子來不及轉(zhuǎn)向，極化率減小； （3）隨溫度的增加 極化程度先增加后降低。夾層介質(zhì)界 面極化存在由幾種不向介質(zhì)組成的絕緣體或介質(zhì)不均勻的絕緣中。（1）在工頻或低頻時，夾層的存在使整個介質(zhì)的等值電容增大，損耗也增大?？臻g電荷極 化介質(zhì)內(nèi)的正、負自由離子在電場的作用卜改變分布狀況時，將在電極附近形成空間電荷極化。它是緩慢進行的，只有在低頻或超低頻的交變電仃，才后可能發(fā)生這種極化現(xiàn)象極性液體或固體極性電介質(zhì)的介電常數(shù)與溫度、電壓頻率的關(guān)系如何？為什么？答：極性液體介電常數(shù)在溫度不變時，隨電壓頻率的增大而減小，然

3、后趨于某一個值。 當頻率很低時，偶極子來得及跟隨電場交變轉(zhuǎn)向， 介電常數(shù)較大，當頻率接近于某一值時， 極性 分子的轉(zhuǎn)向已經(jīng)跟不上電場的變化，介電常數(shù)就開始減小。溫度過低時，由于分子間聯(lián)系緊密（例如液體介質(zhì)的黏度很大），分子難以轉(zhuǎn)向，所以即也變?。ㄖ挥须娮邮綐O化）。所以極性液體、固體介質(zhì)的片在低溫下先隨溫度的升高而增加，以后當熱運動變得較強烈時，；r又隨溫度上升而減小。固體電介質(zhì)的電導(dǎo)和哪些因素有關(guān)，簡述其原因。答：在固體電介質(zhì)上施加電壓時，介質(zhì)內(nèi)有電流流過，并隨外加 電壓的增加而增加，當電壓很高時，電流急劇增加直至絕緣擊穿。以聚酯薄膜為例，在均勻電場中電流-電壓特性如右圖。可分為三 個區(qū)域，區(qū)

4、域 a為低電場電導(dǎo)區(qū)，區(qū)域 b、c為高電場電導(dǎo)區(qū)。與氣體，液體介質(zhì)相比，無明顯的飽和區(qū)。通常認為，低電場電導(dǎo)區(qū)（常用介質(zhì)的工作范圍） 以離子電導(dǎo)為主，而高電場電導(dǎo)區(qū)以電子電導(dǎo)為主。低電場電導(dǎo)區(qū)如果離子的濃度和遷移率一定時，則電流與電壓成比例。介質(zhì)內(nèi)帶電粒子產(chǎn)生的原因有以下幾種：（1）晶格缺陷；（2）解離；（3）弗倫克爾效應(yīng)固體介質(zhì)的電導(dǎo)與溫度呈指數(shù)關(guān)系，=Ae-/k/T電介質(zhì)的等效電路是怎樣的？某些大電容量的設(shè)備如電容器、長電纜、大容量的電機等，經(jīng)直流高壓試驗后，要求較長時間的接地放電，為什么？產(chǎn)答：（1）如圖，Cg為純電容支路，代表介質(zhì)的幾何電容及無損極化過程，流過電流；Rp和Cp代表有損極

5、化電流支路，流過電流； 代 K上 IIs-表電導(dǎo)電流支路，流過的電流為。+T +1斗（2）因設(shè)備的電容量較大時，這些設(shè)備往往存在空間電荷極化現(xiàn)象，去 r 掉外加電壓之后，介質(zhì)內(nèi)部電荷釋放電導(dǎo)完成，時間常數(shù)。很大，過程十分緩慢。電氣設(shè)備絕緣試驗的目的，分哪兩大類？各有哪些項目？ 答：目的：考驗絕緣耐壓的情況，判斷絕緣的狀況。分類：耐壓試驗和檢查性試驗。耐壓試驗：模仿設(shè)備絕緣在運行中可能受到的各種電壓（包括電壓波形、幅值、持續(xù)時 間等），對絕緣施加與之等價或更為嚴峻的電壓，從而考驗絕緣耐受這類電壓的能力。耐壓 試驗主要包含交流耐壓試驗，直流耐壓試驗，雷電沖擊耐壓試驗， 操作沖擊耐壓試驗等，這類試驗

6、顯然是最有效和最可信的，但耐壓試驗只能在絕緣缺陷已發(fā)展到較嚴重的程度時，才能以擊穿破壞的形式揭示出來且不能明顯地揭示絕緣缺陷的性質(zhì)和根源。這類試驗有可能導(dǎo)致絕緣的破壞，故也稱為破壞性試驗。檢查性試驗：非破壞性試驗，用以在較低電壓下或用其它不會損傷絕緣的方法測量絕緣 的各種情況，從而判斷絕緣內(nèi)部的缺陷。主要包括絕緣電阻試驗， 介質(zhì)損耗角正切試驗，局部放電試驗和絕緣油的氣相色譜分析等。進行絕緣電阻的測試， 能發(fā)現(xiàn)絕緣內(nèi)部的哪些缺陷？哪些因素影響絕緣電阻測量的準確 度，為什么？答：（1）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。（2）

7、影響因素有：殘留電荷、溫度。什么叫介質(zhì)損耗？為什么可以用介質(zhì)損失角正切tgd來判斷介質(zhì)的品質(zhì)？試分析介質(zhì)損耗與所施加電壓的幅值、頻率及溫度的關(guān)系（以一種極性液體和一種離子式固體介質(zhì)為 例）。答：（1）絕緣材料在電場作用下，由于介質(zhì)電導(dǎo)和介質(zhì)極化的滯后效應(yīng)，會引起一部分電能 轉(zhuǎn)化為熱的效應(yīng)，稱為“介質(zhì)損耗”。（2） 一般來說，新的、良好絕緣，在其額定電壓范圍內(nèi)，絕緣的 tan 8是幾乎不變的，當電 壓上升或下降時測得的 tan 8是接近一致的，不會出現(xiàn)回環(huán)。絕緣中存在氣泡、分層、脫殼 等情況時，當所加試驗電壓足以使絕緣中的氣隙電離或產(chǎn)生局部放電等情況時，tan 8的值將隨試驗電壓的升高而迅速增大

8、；且當試驗電壓下降時，tan &u曲線會出現(xiàn)回環(huán)。（3）溫度對tan 8有直接影響，影響的程度隨材料、結(jié)構(gòu)的不同而異。一般情況， tan 8是隨 溫度上升而增大的。 現(xiàn)場試驗時，設(shè)備溫度時變化的，為了便于比較，應(yīng)將不同溫度下測得tan 8值換算至20C下。一般來說，在額定電壓范圍內(nèi)，良好的絕緣，其 tan 8值是幾乎不變的（盡在接近額定 電壓時tan 8值可能略有增加），測定tan 8時所加電壓，雖好接近于被試品的正常工作電壓。 所加電壓過低，則不易發(fā)現(xiàn)絕緣中的缺陷，過高則容易對絕緣造成不必要的損傷。tan謨隨頻率增加而倒數(shù)式地下降；tan 8隨溫度增加而作指數(shù)式上升。6.8簡述用西林電橋測量

9、 tan 8的原理，分析哪些因素影響測量的準確度？答：（1）西林電橋測量tan消勺原理如教材中圖所示，當電橋平衡時，檢流計G中無電流通過，說明A和B兩點間無電位差，因此 與 以及 與大小相等，相位相同，即 ，所以在橋臂 CA和AD中流過相同的電流，在橋臂CB和BD中流過相同的電流，各橋臂電壓之比應(yīng)等于相應(yīng)橋臂阻抗之比，于是得： 或上式中， 代入上式，并使等式兩邊的虛部和實部分別相等，則可得到（2）影響電橋準確度的主要因素：處于電磁場范圍的電磁干擾、溫度、試驗電壓、試品電容量和試品表面泄漏的影響。6.9局部放電測量中什么叫視在放電量？試推導(dǎo)三電容模型中一次局部放電的真實放電量. q。答：（1）在

10、進行局部放電檢測時，根據(jù)氣隙放電時試品上電壓變化和試品電容來確定放電電荷量，即為視在放電量，是可以測定的?？偨Y(jié)比較本章中介紹的各種非破壞性試驗的功效和優(yōu)缺點（包括能檢測出的絕緣缺陷種類、檢測靈敏度、抗干擾能力、局限性等）。答：非破壞性試驗，用以在較低電壓下或用其它不會損傷絕緣的方法測量絕緣的各種情況，從而判斷絕緣內(nèi)部的缺陷。 主要包括絕緣電阻試驗， 介質(zhì)損耗角正切試驗， 局部放電試驗和絕緣油的氣相色譜分析等。效 種類能檢測出的絕緣缺 陷種類檢測靈敏度抗干擾能力局限性絕緣電阻試驗總體絕緣質(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。較強不能發(fā)現(xiàn)如非貫 穿性的局部損 傷、含

11、有氣泡、 分層脫開、絕緣 老化等問題。介質(zhì)損耗角試驗絕緣受潮、穿透性導(dǎo) 電通道、絕緣內(nèi)含有 氣泡的游離、絕緣分 層和脫殼以及絕緣 有臟污或劣化。比較靈敏會受到外界磁 場、溫度、試驗 電壓、試品電容 量、視頻表向泄 漏電流的影響不能發(fā)現(xiàn)非穿透 性的局部損壞、 很小部分絕緣的 老化劣化、個別 的絕緣弱點局部放電試驗絕緣中存在的局部 缺陷，特別是在缺陷 程度上/、嚴重時，用 別的方法往往很難 發(fā)現(xiàn)，而用局部放電 的方法，卻能比較靈 敏的指小出來。非電方法不 夠靈敏 電的方法比 較靈敏非電的方法抗干 擾能力較強 電的方法易受到 干擾外界噪聲影響很 大，難以做出準 確判斷絕緣油氣相色譜可以發(fā)現(xiàn)充油電氣

12、設(shè)備中局部性缺陷 （局部過熱、局部放 電）迅速便捷，不需 要設(shè)備停電比較靈敏較強對于杲些突發(fā)性 故障，例如匝間 短路，在故障潛 伏期不易發(fā)現(xiàn)某空氣電容器的電容為 50pF,當電極間加入某種液體介質(zhì)后，電容增大到125pF,試問原因何在？該液體使電介質(zhì)的相對介電常數(shù)大致為多少？答：(1)當電極間加入某種液體介質(zhì)后，由于該液體的介電常數(shù)比空氣的介電常數(shù)大，電容增大的原因是極化。(2)相對介電常數(shù)一一 一變壓器油20c的電導(dǎo)率r =10-13S/cm,設(shè)油間隙為2cm,電極面積為2m2,間隙作用電 壓為40kV,問該間隙的電導(dǎo)電流為多少？解：間隙的電阻- -電導(dǎo)電流為 -類似于雙層電介質(zhì)的絕緣結(jié)構(gòu)，第一、二層的電容、電阻分別為：C1=4200pF ,R1=1400MQ , C2=3000pF, R2=2100MQ。當施加 40kV 直流電壓時，試求：t=0合閘時，C