高電壓技術作業(yè)2013級

高電壓技術

各章作業(yè)

解答第一章作業(yè)1-2極性液體和極性固體電介質的相對介電常數(shù)與溫度和電壓頻率的關系如何？為什么？答：極性液體和極性固體電介質的相對介電常數(shù)與溫度的關系：低溫的時候，隨著溫度的升高，偶極子轉向極化增加，εr上升；溫度進一步升高，分子熱運動加劇，妨礙了偶極子轉向極化，εr下降。極性液體和極性固體電介質的相對介電常數(shù)與電場頻率的關系：頻率越高，則εr越小，因為此時夾層極化、轉向極化等均跟不上電場的變化，最后只有電子位移極化在起作用。第一章作業(yè)1-5正弦交變電場作用下，電介質的等效電路是怎樣的？為什么測量高壓電氣設備的絕緣電阻時，需按標準規(guī)范的時間下量取，并同時記錄溫度？答：正弦交變電場作用下，電介質的等效電路如下圖所示。測量高壓電氣設備的絕緣電阻時，加在設備絕緣上電壓是直流電壓。在直流電壓作用下，絕緣上由極化引起的電流衰減需要一段時間完成，因此，需按標準規(guī)范的時間來量取。同時絕緣電阻受溫度影響，因此要記錄溫度，以便于換算到標準溫度條件。第一章作業(yè)1-6某些電容量較大的設備經(jīng)直流高壓試驗之后，其接地放電時間要求長達5~10min，為什么？答：電容量較大的設備經(jīng)直流高壓試驗之后，其電容上充有大量的電荷，為了操作安全以及不影響下一次試驗結果，因此要求電容要充分放電，時間長達5~10min。第二章作業(yè)2-2氣體放電的湯森德理論與流注機理主要區(qū)別在哪里？它們各自的適用范圍有多大？答：湯森德理論認為，δd很小的時候，氣體間隙的擊穿主要由電子的碰撞和正離子撞擊陰極表面造成的表面電離所引起。流注理論認為電子的碰撞電離和空間光電離是形成自持放電的主要因素，而空間電荷對電場的畸變作用是產(chǎn)生光電離的重要原因。δd≤0.26cm，湯森德理論δd>0.26cm,流注理論第二章作業(yè)2-3長氣隙火花放電與短氣隙火花放電的本質區(qū)別在哪里？形成先導過程的條件是什么？為什么長氣隙擊穿的平均場強遠小于短氣隙的？答：長氣隙火花放電與短氣隙火花放電的本質區(qū)別是：對于前者，熾熱的導電通道是在放電發(fā)展過程中建立的（會形成先導），而不是在整個間隙被流注通道貫穿后建立的，因此，長間隙擊穿的平均場強遠小于短間隙擊穿的平均場強。形成先導過程的條件：氣隙超過一定長度（1m）即會發(fā)展先導過程。第二章作業(yè)2-4正先導過程與負先導過程的發(fā)展機理有何區(qū)別？答：正先導對應正棒-負板情況，由正極向負極推進，發(fā)展速度快。負先導對應負棒-正板情況，逐級發(fā)展到對面板極，發(fā)展速度慢。且在負先導接近板極時，負先導與板極之間電場加強，從板極發(fā)出迎面先導（正先導）。1、什么叫伏秒特性？其形狀與電場形式有何關系？伏秒特性有何用途？答：對某一雷電沖擊電壓波形（電壓波形保持不變，但電壓幅值不同）下，擊穿電壓值與擊穿時間有關，而這一關系稱為伏秒特性。其形狀與電場形式的關系：①均勻或者稍不均勻電場的伏秒特性是曲線左上翹，右邊較平坦。即是只在很小范圍內向上翹。②極不均勻電場的伏秒特性曲線整體上翹，即是在較大范圍內左上翹。作用：常見的閥型避雷器保護變壓器的絕緣配合。要求閥型避雷器能可靠保護變壓器，則閥型避雷器的伏秒特性位于變壓器的伏秒特性的下方。第三章作業(yè)2、絕緣子表面積污的時候，在什么條件下出現(xiàn)閃絡？在大雨下的閃絡電壓是否一定比小雨下的高？答：表面臟污的絕緣子在受潮情況下的閃絡稱為污閃，其閃絡電壓稱為污閃電壓。不一定。只有污穢容易被大雨沖掉的時候，才會使得其污閃電壓提高。第三章作業(yè)第四章作業(yè)1.固體電介質的擊穿形式有哪幾種？不同擊穿形式下的擊穿電壓有何區(qū)別？答：固體電介質的擊穿形式有電擊穿，熱擊穿，電化學擊穿。電擊穿所對應的擊穿電壓高，熱擊穿所對應的擊穿電壓較低，電化學擊穿所對應的擊穿電壓比熱擊穿的擊穿電壓低。第四章作業(yè)2.什么是固體電介質的累積效應？答：指當作用在固體介質的電壓為幅值較低或作用時間較短的沖擊電壓時，會在固體介質中形成局部損傷或者不完全擊穿，這些不完全擊穿每施加一次沖擊電壓就向前延伸一步；隨著加壓次數(shù)的增加，介質的擊穿電壓也隨之下降。第四章作業(yè)3.液體電介質的擊穿形式有那幾種？在沖擊電壓下一般發(fā)生哪種形式的擊穿？答：液體電介質的擊穿分為純凈液體電介質的擊穿與非純凈液體電介質的擊穿。其中，純凈液體電介質的擊穿形式有電擊穿與氣泡擊穿。而非純凈液體電介質的擊穿是雜質小橋擊穿。沖擊電壓下一般發(fā)生的是電擊穿。第四章作業(yè)4.變壓器油中水分有哪幾種存在狀態(tài)？溶解態(tài)的水分對油在標準試油杯中的工頻擊穿電壓有影響嗎？答：變壓器油中水分存在的狀態(tài)有溶解態(tài)、懸浮態(tài)以及沉淀態(tài)。沒有影響。懸浮態(tài)的水對擊穿電壓影響較大。第五章作業(yè)1、電氣設備絕緣的預防性試驗分為哪兩類?它們各自有何特點?答：電氣設備絕緣的預防性試驗分為：絕緣特性試驗與耐壓試驗。絕緣特性試驗是指在絕緣上施加較低的電壓或者是用其他不會損傷絕緣的方法來測量絕緣的各種特性，從而判斷絕緣內部的缺陷情況。絕緣特性試驗因所加的電壓較低，不會對絕緣造成損傷，故稱為非破壞性試驗。主要包括：絕緣電阻的測量、泄漏電流測量、局部放電測量、介質損耗角正切測量。耐壓試驗是指在絕緣上施加規(guī)定的比工作電壓高得多的試驗電壓，直接檢驗絕緣的耐受情況。耐壓試驗因所加電壓較高，可能使絕緣受到損傷，絕緣存在嚴重缺陷時還可能使絕緣發(fā)生擊穿，故這類試驗也稱為破壞性試驗。主要包括：工頻交流耐壓試驗、直流耐壓試驗、沖擊耐壓試驗。

第五章作業(yè)2.什么叫絕緣的吸收比?絕緣干燥和受潮時的吸收現(xiàn)象有何特點?答：吸收比是反映絕緣電阻的過渡過程的，主要由絕緣的吸收電流引起。

吸收比是指被試品在加壓60s時的絕緣電阻與加壓15s時的絕緣電阻之比:越大，表明絕緣性能越好，吸收現(xiàn)象顯著。

絕緣干燥時的吸收電流下降較慢，吸收現(xiàn)象顯著,吸收比越大。

第五章作業(yè)3.用QS1西林電橋測量介質損耗角正切時主要有幾種接線方式？他們各適用于什么場合？答：用QS1西林電橋測量介質損耗角正切時，主要有正接線與反接線兩種方式。正接線方式測量機構方便操作，要求被試品兩端對地絕緣，抗干擾性能較好，測量準確度較高。反接線方式要求測量機構的絕緣性能要好，適用于在現(xiàn)場測量一端接地的被試品，抗干擾性能較差。第六章作業(yè)1、工頻高電壓主要有哪幾種測量方法？用靜電電壓表測量工頻電壓時，測出的是電壓的有效值還是最大值？答：工頻高電壓主要有低壓側測量方式與高壓側測量方式。而高壓側測量主要有：測量球隙，靜電電壓表測量，電容分壓器配用低壓儀表，高壓電容器配用整流裝置。用靜電電壓表測量工頻高壓時，測出的是電壓的有效值。第六章作業(yè)2、直流高電壓主要有哪幾種測量方法？答：直流高壓主要有棒隙或者是球隙，用電阻分壓器配合低壓儀表，用高值電阻與直流電流表串聯(lián)，靜電電壓表。第七章作業(yè)7-1試分析波阻抗的物理意義及其與電阻之不同點。答：波阻抗：①電阻要消耗能量，波阻抗是貯藏能量而不是消耗能量。②波阻抗表示同一方向傳播的電壓波與電流波的比值。當導線上同時存在前行波與反行波的時候，電壓與電流的比值不再等于波阻抗，而電阻始終是流過其上的電壓與電流的比值。③電阻與材料的長度有關，而波阻抗只與線路單位長度的電感L0與電容C0有關。波阻抗是分布參數(shù)導線的特性阻抗，具有阻抗的量綱。與電阻的不同點如下：第七章作業(yè)7-2試論述彼得遜法則的適用范圍。答：彼得遜法的適用范圍如下：波必須是從分布參數(shù)電路入射，且是流動的結點A兩邊的線路為無限長，或者雖為有限長，但來自另一端的反射波尚未到達A點。第七章作業(yè)7-5

在何種情況下應使用串聯(lián)電感來降低入侵波的陡度？在何種情況下應使用并聯(lián)電容？試舉例。答：當Z2較小的時候，采用串聯(lián)電感的方式較好；當Z1較大的時候，采用并聯(lián)電容的方式對于波阻抗較大的設備（如發(fā)電機），通常采用并聯(lián)電容的方式降低入侵波的陡度

對于配電站進線段防雷保護，利用電感線圈可降低入侵波的陡度

第八章作業(yè)8-1論述雷電流幅值的意義。答：當被擊物體的波阻抗等于零的時候，流經(jīng)被擊物體的電流被定義為雷電流。實際工程中，將雷擊于低接地阻抗的物體時流過該物體的電流當成雷電流。雷電流的強度可用雷電流幅值來表示。雷電流幅值的概率分布規(guī)律如下：概率分布規(guī)律

（多雷區(qū)）

（少雷區(qū)）

第九章作業(yè)9-2試全面分析雷擊桿塔時影響耐雷水平的各種因素的作用，工程實際中往往采用哪些措施來提高耐雷水平，試述其理由。答：

I1與分流系數(shù)β，桿塔等值電感Lg，Rch，K，U50%有關。其中，減小

β，Lg，Rch，可提高耐雷水平，增大K，U50%也可提高耐雷水平。實際工程中，常采用降低桿塔接地電阻和增大耦合系數(shù)作為提高耐雷水平的主要手段。由于對一般高度桿塔，沖擊接地電阻上的電壓降是塔頂電位的主要成分，因此降低接地電阻可以有效減小塔頂電位和提高耐雷水平，。增加耦合系數(shù)可以減小感應過電壓和絕緣子串上的電壓，因此同樣可以提高耐雷水平。第九章作業(yè)9-3為什么繞擊時的耐雷水平遠低于雷擊桿塔時的耐雷水平？答：繞擊時的耐雷水平：

雷擊桿塔塔頂時的耐雷水平：由此可以知道，同樣絕緣水平條件下，繞擊時的耐雷水平比雷擊桿塔塔頂時的耐雷水平低。

另一方面，同樣幅值的雷電流作用下，雷擊桿塔塔頂時，由于避雷線的分流作用以及耦合作用，使得絕緣子串上承擔的電壓有所降低，從而提高了耐雷水平。第十章作業(yè)10-2當雷電波自線路入侵變電站時，試分析變壓器上出現(xiàn)振蕩波的原因，以及變壓器上電壓高于避雷器殘壓的原因。答：當雷電波自線路入侵變電站時，如果避雷器與變壓器之間有一定電氣距離的時候，一旦避雷器動作，相當于從避雷器處有一負電壓波入射，這個負的電壓波在避雷器和變壓器之間發(fā)生來回的折射和反射，因此，使得變壓器上的電壓出現(xiàn)振蕩。而振蕩電壓最大值為：由此式可以看出，這個電壓是高于避雷器的殘壓的。第十章作業(yè)10-3為什么要限制入侵波的陡度？一般采取什么措施？答：1、對于變電站的防雷保護而言，由變壓器上所出現(xiàn)最高振蕩電壓來看，需要限制入侵波的陡度，從而限制變壓器上所出現(xiàn)的最高電壓，使其低于變壓器的沖擊耐值?？赏ㄟ^進線段保護來限制入侵波陡度。2、對于旋轉電機的防雷保護而言，為了保護繞組的匝間絕緣以及中性點絕緣，需要對入侵波陡度加以限制。其防雷保護要求限制入侵波的陡度在a=2kV/μs以下?？赏ㄟ^并聯(lián)電容來限制入侵波陡度。第十一章作業(yè)11-1試簡述工頻過電壓的特性及對系統(tǒng)正常運行的危害。答：工頻過電壓是指電力系統(tǒng)在正常或者故障運行時可能出現(xiàn)幅值超過最大工作相電壓、頻率為工頻或者接近工頻的電壓升高。它對系統(tǒng)正常運行的危害如下：（1）工頻電壓升高將直接影響操作過電壓的幅值。（2）工頻電壓升高將影響保護電器的工作條件和效果。（3）工頻電壓升高持續(xù)時間長，對設備絕緣及其運行性能有重大的影響。第十二章作業(yè)12-8試說明斷路器滅弧能力的強弱對切空變和切空線過電壓的影響。答：切除空載變壓器時，當采用滅弧能力弱的斷路器時，容易使得斷路器觸頭發(fā)生重燃，此時空載變壓器等值電容上的儲能會通過電源釋放，過電壓消失。斷路器觸頭反復重燃，則空載變壓器不斷釋放儲能，此時能在電容上產(chǎn)生的過電壓也會大大降低。切空線時，斷路器滅弧能力弱時，會使得電源向空載線路對地電容充電，使得空載線路上的電壓出現(xiàn)振蕩，產(chǎn)生過電壓。此時，斷路器重燃是產(chǎn)生過電壓的根本原因。第十三章作業(yè)13-1試述電力系統(tǒng)絕緣配合的目的及其原則。答：絕緣配合的最終目的就是確定電氣設備的絕緣水平，也就是確定電氣設備的試驗電