供电局考试高电压要点

1 气体放电的汤森德机理与流注机理的主要区别及各自的适用范围 答 汤森德机理认为电子的碰撞电离和正离子撞击引领科技早就成的表面的电离对自持放 电起主要作用 流注机理认为电子的撞击电离和空间光电离是自持放电的主要因素 汤森德理论只适用于均匀电场和鸭 s 0 26 的情况 流注理论适用于鸭 s 0 26 的情况 2 帕邢定律 在均匀电场中 击穿电压 Ub 与气体相对密度 极间距离 S 并不具有单独 的函数关系 而是仅与它们的积有关系 只要 S 的乘积不变 Ub 也就不变 帕邢定律和 汤森德理论相互支持 3 汤森德理论的不足 汤森德放电理论是在气压较低 S 值较小的条件下 进行放电试 验的基础上建立起来的 只在一定的 S 范围内反映实际情况 在空气中 当 S 0 26cm 时 放电理论就不能用该理论来说明了 原因是 汤森德理论没有考虑电离出来的空间电荷 会使电场畸变 从而对放电过程产生影响 汤森德理论没有考虑光子在放电过程中的作 用 4 气体中电晕放电的几种效应 声 光 热等效应 在尖端或电极某些突出处形成电风 产生对无线电有干扰的高次谐波 产生某些化学反应 产生人可以听到的噪声 产生能 量损耗 5 滑闪放电现象 在分界面气隙场强法线分量较强的情况下 当电压升高到超过某临界值 时 放电的性质发生变化 其中某些细线的长度迅速增长 并转变为较明亮的浅紫色的树 枝状火花 这种树枝状火花具有较强的不稳定性 不断地改变放电通道的路径 并有轻的 爆裂声 6 大气条件对气隙击穿电压的影响 气隙的击穿电压随着大气密度或大气中湿度的增加而 升高 大气条件对外绝缘的沿面闪络电压也有类似的影响 7 提高气隙击穿电压的方法及原理 答 改善电场分布 原理 气隙电场分布越均匀 气隙的击穿电压就越高 适当的改进 电极形状 增大电极的曲率半径 改善电场分布 就能提高气隙的击穿电压和预放电电压 采用高度真空 原理 采用高度真空 削弱气隙中撞击电离过程 提高气隙的击穿电压 增高气压 原理 增高气体的压强可以减小电子的平均自由程 阻碍撞击电离的发展 提高气隙的击穿电压 采用高耐电强度气体 原理 SF6 CCL2F2 CCL4 等气体耐电强 度比空气高得多 采用这类气体或在其他气体总混入一定比例的这类气体 可以大大提高 气隙的击穿电压 8 SF6 为何可以作为高压绝缘气体 答 从 SF6 的物理化学特性知 SF6 稳定性高 要使 SF6 分子电离 不仅要供给电离能 而 且还要供给离解能 绝缘性好 SF6 气体密度大 电子在其中的自由程小 不易从电场积 累足够的动能 减小了电子撞击电离的概率 从而在 SF6 气体中 单个电子崩中带电粒子 的分布与在空气中有很大不同 不利于流注的发展 从而使击穿场强提高 9 为什么绝缘子采用附加金具 设计时应考虑哪些问题 答 采用附加金具可以有效的调整该结点附近的电场 改善该结点附近气隙放电和沿面放 电的性能 设计保护金具时应考虑本身的几何形状 结构尺寸 各部件在联接点与绝缘子 链 分裂导线 链端接金具相互位置配合等问题 10 固体电介质老化的原因和种类 答 老化原因 电气设备的绝缘材料在运行过程中 由于物理因素如电 热 光 机械力 高能辐射等 化学因素如氧气 臭氧 盐雾 酸 碱 潮湿等 生物因素如微生物 霉菌 等 会发生一系列不可逆的变化 从而导致其物理 化学 电和机械等性能的劣化 种类 固体介质的环境老化 固体介质的电老化 电离性老化 电导性老化 电解性老 化 固体介质的热老化 11 输电线路的防雷措施 答 架设避雷线 降低杆塔接地电阻 架设耦合地线 采用不平衡接线方式 装设自动 重合闸 采用消弧线圈接地方式 装设管型避雷器 加强绝缘 12 局部放电对固体介质老化的影响 答 高压电气装置的某些部分 常会存在不同程度的电晕或局部放电 这里附近大气中的 臭氧含量就可能较多 臭氧与某些绝缘物相互作用 会生成氧化物或过氧化物 导致主键 的断裂 造成老化 13 液体电介质的老化机理 答 新油在与空气接触的过程中逐渐吸收氧气 初期吸收的氧气将与油中的不饱和碳氢化 合物起化学反风 形成饱和的化合物 这段时期称为 A 期此后油再吸收氧气 就生成稳定 的油的氧化物和低分子量的有机酸这段时期称为 B 期此后油再进进一步氧化 油中酸性产 物的浓度达一定程度时 便产生加聚和缩聚作用 生成中性的高分子树脂质及沥青质 使 油呈混浊的胶凝状态 最后成为固体的油泥沉淀 在此加聚和绵聚过程中 同时析出水分 这段时期称为 C 期 象 1 色逐渐深暗 从淡黄色变为棕褐色 从透明变为混油 2 粘度 增大 闪燃点增高 灰分和水分增多 3 酸价增加 4 绝缘性能变坏 表现在电阻率下降 介质损耗角增大 击穿电压降低 5 出现沉淀物 14 绝缘电阻测量的吸收比 极化指数 答 令 t 15s 和 t 60s 瞬间的两个电流值 I15 和 I60 所对应的绝缘电阻分别为 R15 和 R60 则 比值 K R60 R15 即为吸收比 极化指数取绝缘体在加压后 t 10min 和 t 1min 时的绝缘电阻 值 K R10 R1 如绝缘良好 则比值不小于某一定值 1 5 2 0 15 泄露电阻测量与绝缘电阻测量的不同特点 答 1 泄漏电流和绝缘电阻的测量原理一致 2 加在试品上的直流高压比兆欧表的工作 电压高得多 能发现兆欧表不能发现的某些缺陷 3 由于施加在试品上的直流高压是逐渐 增大的 所以可以在升压过程中监视泄漏电流的增长动向 4 兆欧表刻度的非线性度很强 尤其是在接近高量程段 刻度甚密 难以精确分辨 微安表的刻度则基本上是现行的 能 够精确读取 16 西林电桥的原理和接线 17 工频高压实验的方法 特点 答 1 测量球隙 2 静电电压表 测量有效值 3 3 分压器配用低压仪表 4 高压电容 器配用整流装置 特点 1 一般都是单相的 需要三相时 常将 3 个单相变压器接成三相应用 2 绝缘裕度 很小 平时工作电压一般不允许超过其额定电压 3 通常均为间歇工作方式 无须冷却系 统 对应于不同的运行时间有不同的允许电压和电流值 4 一 二次绕组的电压变化高 其高压绕组由于电压高 需要较厚的绝缘层和较宽的油间隙 两绕组间的绝缘间距较大 故其漏抗较大 5 要求有较好的输出电压波形 为此应采用优质的铁心和较低的磁通密 度 6 为了减少对局部放电试验的干扰 要求试验变压器自身的局部放电电压应足够高 18 行波折反射规律 A 在结点 A 处要发生行波的折射与反射 反射电压波 U1f 自结点 A 沿线路 z1 返回传播 折射电压波则自结点 A 沿线路 z2 继续向前传播 B 折射电压波就是 线路 z2 上的前行电压波 C 折射值永远为正 说明折射电压波 U2q 总是与入射电压波 u1q 同极性 当 z2 0 时 u 0 当 z2 时 u 2 因此 0 u 2 D 折射系数可正可 负 当 z2 0 时 u 1 当 z2 时 u 1 因此 1 u 1 E 折射系数与反射系 数存在以下关系 1 彼得孙法则 适用范围 要满足先决条件是线路 Z2 中没有反 行波或 Z2 中的反行波尚未达到结点 A 19 单相变压器绕组波过程的影响 答 绕组中的初始电压分布不均匀 大部分电位降落在绕组首端附近 绕组首端的电位 梯度最大 对于纠结式绕组其入口电容比标准值要大许多 绕组中稳态电压分布最大电位 梯度出现在绕组首端 随着振荡过程的发展 最大电位梯度的出现点将向绕组深处传播 以致绕组各点将在不同时刻出现最大电位梯度 对绕组纵绝缘的保护和设计是个很重要的 问题 同时在运行中 变压器绕组还可能受到截断波的作用 改善绕组中的电位分布的 方法 采用补偿对地电容 C0dx 的影响的方法 采用增大纵电容 K0 dxde 办法使绕组对 地电容 C0dx 的影响相对减小 20 保护间隙与管型避雷器的优缺点 答 保护间隙 a 优点 当雷电波入侵时 间隙先击穿 工作母线接地 避免了被保护设 备上的电压升高 从而保护了设备 b 缺点 过电压消失后 间隙中仍有由工作电压所产 生的工频电弧电流 此电流时间隙安装处的短路电流 由于间隙的熄弧能力较差 往往不 能自行熄灭 将引起断路器跳闸 管型避雷器 a 优点 具有较高熄弧能力的保护间隙 b 缺点 伏秒特性较陡 且放电分散 性较大 动作后工作母线之快捷接地形成截波 对变压器纵绝缘不利 21 阀型避雷器 答 阀型避雷器分为普通型和磁吹型 其中磁吹型利用磁吹电弧来强迫熄弧 其单个间隙 的熄弧能力较高 能在较高的恢复电压下切断较大的工频续流 故串联的间隙和阀片的数 目都较少 保护性好 而普通型的熄弧能力完全靠间隙的自然熄弧能力 其阀片热容量有 限 不能承受较长时间的内过电压冲击电流的作用 故此类避雷器不容许在内过电压下动 作 22 感应雷过电压机理 答 当雷击线路附近大地时 由于电磁感应 在线路的导线上会产生感应过电压 在雷云 放电的起始阶段 存在着向大地发展的先导放电过程 线路处于雷云与先导通道的电场中 由于静电感应 沿导线方向的电场强度分量 Ex 将导线两端与雷云异号的正电荷吸引到靠近 先导通道的一段导线上来成为束缚电荷 导线上的负电荷则由于 Ex 的排斥作用而使其向两 端运动 经线路的泄露电导和系统的中性点而流入到大地 因为先导通道发展的速度不大 所以导线上电荷的运动速度也很缓慢 由此而引起的导线上的电流也很小 同时由于导线 对地的泄露电导的存在 导线电位将与远离雷云处的导线电位相同 当雷云对线路附近的 地面放电时 先导通道中的负电荷被迅速中和 先导通道所产生的电场迅速降低 使导线 上的束缚正电荷得到释放 沿导线向两侧运动形成感应雷过电压 23 提高线路耐雷水平的方法 答 a 降低杆塔接地电阻 Rch b 提高耦合系数 k 措施 将单避雷线改为双避雷线 或在导线下方增设架空地线 作用主要是增强导地线间 的耦合作用 同时也增加了地线的分流 24 变电所进线保护的原因 原理 方法 答 原因 a 输电线路的绝缘水平与变电所的绝缘水平是不同的 输电线路的绝缘陡度高 定义 靠近变电站 1 2Km 的一段进线即为进线段 靠近变电站 1 2Km 的一段进线的防 雷保护 即进线段保护 作用 变电站进线段保护的作用有两个 其一限制雷电侵入波电压作用下流过避雷器 的电流 其二是降低最终进入变电站雷电侵入波的波头陡度 原理 对 35 110kv 无避雷线的线路在靠近变电所的一段进线上必须架设避雷线以保证雷电 波只在此进线段外出现 进线段内出现雷电波的概率将大大减小 在进线段以外落雷时 由于进线段导线本身阻抗的作用使流经避雷器的雷电流受到限制 同时由于在进线段内导 线上冲击电晕的影响将使入侵波陡度和幅值下降 这样就可以保证进线段以外落雷时变电 所不会发生事故 方法 对 35kv 的小容量变电所 可根据变电所的重要性和雷电活动强度等情况采取简化的 进线保护 为限制流入变电所阀型避雷器的雷电流 在进线首端装设一组管型避雷器或保 护间隙 对 35 110kv 变电所 如进线段装设避雷器有困难或进线段杆塔接地电阻难于下降 可在进线段的终端杆上安装一组 1000uH 左右的电抗线圈来代替进线段 此电抗线圈既能 限制过电流避雷器的雷电流又能限制入侵波陡度 25 避雷器的保护距离 变压器距避雷器的最大允许电气距离与哪些因素有关 答 避雷器与变电站之间的最大允许距离 lm Uj U5 2a v Uj U5 2a 因此可见 避雷 器与变电站之间的最大允许距离与来波陡度 a a a v 和变压器的冲击耐压强度 Uj 与避 雷器的残压 U5 有关 1 电解质极化 A 电子位移极化 当无外电场时 电子云的中心与原子核重合 感应电 矩为 0 当外加电场时 电场力使正电荷原子核向电场方向位移 负电荷的电子云中心向电 场反方向位移 但原子核对电子云的引力又使两者倾于重合 当这两种作用力达到平衡时 感应电矩也达到稳定 这个过程称为电子位移极化 特点 它是弹性的 不引起能量损耗 完成极化所需时间极短 单元粒子的电子位移极化电矩与温度无关 温度的变化只改变介 质的电子位移极化率 B 离子位移极化 在无外电场时 各正负离子对构成的偶极矩彼此 相消 合成电矩为 0 加上外电场后 正离子向电场方向位移 负离子向电场反方向位移 正负离子对构成的偶极矩不再完全消失 介质呈极化 称为离子位移极化 特点 极化过 程极短 有微量的能量损耗 电介质的离子极化率随温度的升高而略有增大 C 转向极化 在极性介质中 即使没有外加电场 由于分子正负电荷的作用中心不重合 具有偶极矩 由于分子的不规则运动 使各分子偶极矩方向的排列顺序无序 因此 宏观上对外不呈现 合成电矩 当有外电场时 固有偶极矩就有转向电场方向的趋势 顺电场方向作定向排列 但由于受分子热运动的干扰 这种转向定向的排列不能完成 对外呈宏观电矩 特点 转 向极化的建立需要较长时间 伴有能量损耗 温度对其影响很大 D 空间电荷极化 在大 多数绝缘结构中 电介质往往呈层式结构 可能存在某种晶格缺陷 在电场作用系 带电 质点在电介质中移动时 可能被晶格缺陷捕获 或在两层介质的界面上堆积 造成电荷在 介质空间的新分布 从而产生电矩 特点 极化过程缓慢 这种性质的极化只有在低频时 才有意义 伴有能量损耗 2 电介质的等效电路 因为测量绝缘电阻时 电阻中的介质电导与损耗 温度 频率等 因素有关 为了保证测量的结果准确性 应按标准规范的时间下录取 并同时记录温度 保证这些变量的一致性 3 某些容量较大的设备经直流高电压试验后 其接地放电时间要长达 5 10 分钟 经直 流高压试验后的设备外壳会存储负荷 若其电容量较大 则存储电荷量也较多 同时在大 地表面感应出负电荷 从而形成强电场 易击穿空气 造成损失 所以要将设备接地放电 将其上电荷放走 从而场强变弱至消失 第二章 4 气体放电的机理 纯净的中性状态的气体是不导电的 只有在气体中出现了带电质点 后 才可能导电 并在电场的作用下 发展成各种形式的气体放电现象 气体中带电质点 的来源 形式及消失 气体分子本身发生电离 气体中的固体或液体金属发生表面电离 形式 撞击电离 光电离 热电离 表面电离 负离子的形成 消失 带电质点受电场力 的作用流入电极并中和电量 带电质点的扩散 带电质点的复合 5 帕邢 流注汤森德机理的区别及各自适用范围 帕邢定律提出在均匀电场中 击穿电 压 Ub 与气体相对密度 极间距离 S 并不具有单独的函数关系 而是仅于它们的积有函 数关系 只要 S 乘积不变 Ub 就不变 现在 汤森德理论给这个定律以理论上的论证 他以碰撞电离和正离子撞击阴极表面为基础提出 但它没有考虑电离出来的空间电荷会使 电场畸变 也没考虑光子在放电过程中的作用 而流注定理认为电子的撞击电离和空间光 电离是自持放电的主要因素 并充分注意到了空间电荷对电场畸变的作用 它是对汤森德 理论的补充 帕邢定律适用于均匀电场中 汤森德理论适用于气压较低 小于大气压 S 值较小的均匀电场中 流注定理使用于 S 较大 S 0 26 的均匀 不均匀电场中 6 电晕放电是极不均匀电场所特有的一种自持放电形式 它与其他形式的放电有本质的 区别 它取决于电极外气体空间的电导 即取决于外施电压的大小 电极形状 极间距离 气体的性质和密度等 7 不均匀电场中长气隙火花放电和短气隙火花放电区别 形成先导过程的条件 为何长 气隙击穿的平均场强小于短气隙 8 正先导过程与负先导过程的区别 9 气隙的沿面放电 沿着气体与固体介质的分界面上发展的放电现象 第三章 10 气隙的击穿时间有升压时间 t0 统计时延 ts 放电发展时间 tf 组成 11 气隙的伏秒特性及作用 对于非持续做作用的电压来说 气隙的击穿电压就不能简单 地用单一的击穿电压值来表示了 对于某一定的电压波形 必须用电压峰值和延续时间共 同表示 作用 12 如何提高气息击穿电压 改善电场分布 气隙电场分布越均匀 气隙的击穿电压就越 高 故如能适当改进电极形状 增大电极的曲率半径 改善电场分布 就能提高气隙的击 穿电压和预放电电压 采用高度真空 从气体放电理论可知 采用高度真空 削弱气隙中 的撞击电离过程 也能提高气隙击穿电压 增高气压 增高气压可以减小电子的平均自由 程 阻碍撞击电离的发展 从而提高气隙击穿电压 采用高耐电强度气体 气压较高时 容器的密封比较困难 即使做到了密封 造价也较贵 近期人们发现某些含卤族元素的气 体 其耐电强度比空气高得多 使用该类气体或在其他气体中混合入一定比例该类气体可 大大提高气隙的击穿电压 13 影响气隙沿面闪络电压的因素 电场状况和电压波形的影响 气体条件的影响 介质 表面状态的影响 表面粗糙度的影响 雨水的影响 污秽的影响 提高气隙沿面闪络电压 的方法 屏障 使放在电场中的固体介质在电场等位面方向具有突出的棱缘称为屏障 屏 蔽 改善电极形状 使沿固体介质表面的电位分布均匀化 使其最大电位梯度减小 也可 以提高沿面闪络电压 该方法称为屏蔽 加电容极板 在交变电压下工作的多层式绝缘结 够中 在各层间加金属极板 使在两极间形成一串联 并联电容链 消除窄气隙 将电极 附近的绝缘结构设计得避免窄气隙的存在 绝缘表面的处理 很多有机绝缘物 有很强的 吸水性 受潮后 他们的绝缘性大为恶化 改变局部绝缘体的表面电阻率 可使最大沿面 电位梯度减小 从而提高沿面放电电压或起晕电压 强制固定绝缘沿面各点的电位 附加 金具 在多个电器元件联接枢纽处 另附加某种金具 可简单有效地调整该结点附近的电 场 改善该结点附近气隙放电和沿面放电的性能 14 金具有哪些功用 设计时应考虑哪些问题 A 改善沿链的电压分布和防止绝缘子 链 端金具上的电晕 引离电弧 B 绝缘子链 分裂导线 链端连接金具 保护金具等本身的 几何形状 结构尺寸 各部件在联接点的相互位置配合等 均复杂多变 这时应靠实验和 实际运行经验的积累来改进和完善 均压环或屏蔽环在其安装位置处若有可观的交变磁通 穿过 则这类环状金具还应做成开口的 以防在其中产生感应环流 第四章 15 影响固体电介质击穿电压的因素 电压作用时间的影响 温度的影响 电场均匀度和 介质厚度的影响 电压频率的影响 受潮度的影响 机械力的影响 多层性的影响 累积 效应的影响 提高固体电介质击穿电压的方法 改进绝缘设计 改进制造工艺 改善运行 条件 16 固体电介质老化的形式 原因 结果 A 固体介质的环境老化 包括光氧老化 臭氧 老化 盐雾酸碱等污染性化学老化 其中最主要的使光氧老化 对有机绝缘物 环境老化 尤为显著 太阳射到地面的部分紫外线的能量大于多数有机绝缘物中主价键的键能 因而 多数有机绝缘物在紫外光的作用下会逐渐老化 高分子电介质吸收紫外光能量后 有部分 分子被激励 当存在氧气或臭氧时 还会引发高分子的氧化降解反应 称为光氧化反应 臭氧与某些有机绝缘物相互作用 会生成氧化物或过氧化物 导致主键的断裂 造成老化 含有酸 碱 盐类的污秽尘埃 与雨 露 霜 雪相结合 对绝缘物的长期作用 显然会 对绝缘物产生腐蚀 改善绝缘材料本身的性能 B 固体介质的点老化 电离性老化 在较 强电场作用下存在电离 电晕 局部放电 沿面放电等现象 会导致局部电场畸变 带电 质点撞击气泡壁 使绝缘物分解 化学腐蚀 局部温度升高 电导性老化 液态的导电物 质引起 导致绝缘层的击穿 电解性老化 在直流电压长期作用下 即使所加电压远低于 局部放电起始电压 由于介质内布进行着电化学过程 介质也会逐渐老化 最终导致击穿 17 提高液体电介质击穿电压及其影响因素 A 因素 液体介质本身品质的影响 电压作 用时间的影响 电场情况的影响 温度的影响 压强的影响 B 提高 提高并保持油的品 质 压力过滤法 真空喷雾法 吸附剂法 覆盖 绝缘层 极间障 第五章 18 电气设备绝缘试验分类 A 耐压试验 模仿设备绝缘在运行中可能受到的各种电压 对绝缘施加与之等价的或更为严峻的电压 从而考验绝缘耐受这类电压的能力 称为耐压 试验 这类试验最有效 最可信 可能导致绝缘的破坏 故也称破坏性试验 B 检查性试 验 测定绝缘某些方面的特性 并据此间接的判断绝缘的状况 称为检查性试验 一般在 较低电压下进行 通常不会导致绝缘的击穿损坏 也称非破坏性试验 19 用兆欧表测定绝缘电阻 一般电介质都可以用电介质的等效电路代表 串联支路 Rp Cp 代表电介质的吸收特性 如绝缘良好 则 R1k 和 Rp 值都较大 这不仅使最后稳定的绝 缘电阻值 R1k 较高 而且要经过较长的时间才能达到此稳定值 反之 如绝缘受潮 或存 在某些穿透性的导电通道 则不仅最后稳定的绝缘电阻值很低 而且还会很快达到稳定值 因此 可用吸收比来反映绝缘的状况 通常用时间为 60s 和 15s 的绝缘电阻值之比 K R60 R15 作为相互比较的共同标准 若绝缘良好 则此值应大于某一定值 某些容量 较大的电气设备 其绝缘的极化和吸收过程很长 上述的吸收比 K 还不能充分反映绝缘吸 收过程的整体 而且 随着电气设备绝缘结构和规模的不同 这最初 60s 内极化过程的发 展趋向与其后整体过程的发展趋向也不一定很一致 为此 对这类大中型电气设备的绝缘 制定另一指标 取绝缘体在加压后 10min 和 1min 所测的绝缘电阻值 R10 和 R1 之比 极化 指数 P R10 R1 若绝缘良好 应小于某一定值 20 测定泄露电流 本试验是将直流高压加到被试品上 测量流经被试绝缘的泄露电流 其实际是测绝缘电阻 特点 所加直流电压较高 能揭示兆欧表不能发现的某些绝缘缺陷 所加直流高压是逐渐升高的 在升压过程中 从所测电流与电压关系的线性度 可指示绝 缘情况 兆欧表刻度的非线性度很强 尤其在接近高量程段 刻度甚密 难以精确分辨 微安表的刻度则基本上是线性的 能精确读取 21 因影响西林电桥准确度的因素 A 本试验高压电源对桥体杂散电容的影响 由于标准 电容器的电容一般仅约 50 100pF 被试品电容一般也仅约几十到几千 pF 都很小 故这些 杂散电容的存在就可能使测量结果有较大的误差 如高压引线上出现电晕 则还有电晕漏 导与上述杂散电容 C1 或 C2 并联 B 外界电场干扰 外界高压带电体通过杂散电容耦合 到桥体 带来干扰电流流入桥臂 造成测量误差 C 外界磁场干扰 当电桥处在交变磁场 中 桥路内将感应出一干扰电势 显然也会造成测量误差 解决 将电桥的低压部分全部 用接地的金属网屏蔽起来 能基本消除上述三种误差 第六章 22 工频高压试验 A 工频高压由工频高压试验变压器获得 B 该变压器与其他变压器的 区别 一般都是单相的 需要三相时 常将三个单相变压器接成三相应用 不会受到大气 过电压及电力系统操作过电压的侵袭 其绝缘相对其额定电压的安全裕度较小 故其平时 工作电压一般不允许超过其额定电压 通常均为间歇工作方式 每次工作持续时间较短 不必采用加强的冷却系统 为此 对应于不同的电压和电流负荷 有不同的允许持续工作 时间 一 二次绕组的电压变比高 其高压绕组由于电压高 需用较厚的绝缘层和较宽的 油隙距 两绕组间的绝缘间距较大 故其漏抗较大 要求有较好的输出电压剥削 为此应 采用优质的铁芯和较低的磁通密度 C 如何测高压 测量球隙 静电电压表 分压器配用 低压仪表 高压电容器配用整流装置 23 直流高压试验 A 将交流电压通过整流而得 B 怎么测 棒隙或球隙 电阻分压器配 合低压仪表 用高值电阻与直流电流表串联 静电电压表 C 区别 第七章 24 四个规律方程 u uq uf i iq if uq z iq uf z if 波速 v 1 L0 C0 波阻抗 z L0 C0 波阻抗的物理意义及与电阻不同点 意义 电压行波与电流行波的比值 在物理 含义上 电阻要消耗能量 而波阻抗并不消耗能量 当行波幅值一定时 波阻抗决定了单 位时间内导线获得电磁能量的大小 波阻抗与线路长度无关 而电阻与线路长度有关 行波折反射规律 A 在结点 A 处要发生行波的折射与反射 反射电压波 U1f 自结点 A 沿线 路 z1 返回传播 折射电压波则自结点 A 沿线路 z2 继续向前传播 B 折射电压波就是线路 z2 上的前行电压波 C 折射值永远为正 说明折射电压波 U2q 总是与入射电压波 u1q 同极 性 当 z2 0 时 u 0 当 z2 时 u 2 因此 0 u 2 D 折射系数可正可负 当 z2 0 时 u 1 当 z2 时 u 1 因此 1 u 1 E 折射系数与反射系数存 在以下关系 1 彼得孙法则 适用范围 要满足先决条件是线路 Z2 中没有反行波 或 Z2 中的反行波尚未达到结点 A 25 通过串联电感和并联电容对行波有何影响 A 无限长直角波通过电感后改变为一指数 波头的行波 串联电感起了降低来波上升速率的作用 降低行波的上升速率对电力系统的 防雷保护具有重要意义 B 并联电容与串联电感的作用一样 可以使入侵波的波头变平缓 26 冲击电晕对线路波过程的影响 A 负极性电晕对过电压波形的衰减和变形比较小 对 过电压保护不利 而雷击又大部分是负极性的 因而应着重考虑负极性电晕的影响 B 由 于电晕要消耗能量 消耗能量的大小又与电晕的瞬时值有关 故将使行波发生衰减的同时 伴有波形的畸变 C 电晕在波尾上将停止发展 并且电晕圈逐步消失 衰减后的波形与原 始波形的波尾相交点可近似视为衰减后波形的波幅 D 电晕后导线对地电容增大 导线波 阻抗和波速将下降 27 绕组与线路中行波过程的不同 第八章 28 雷电参数含义 iz 流经被击物体的电流 iz VLz0 z0 zj 流经被击物体的电流 iz 与 被击物体的阻抗 zj 有关 zj 越大则 iz 越小 反之越大 当 zj 0 时 流经被击物体的电流被 定义为 雷电流 以 iL 表示 iL VL 实际上 被击物体的阻抗不可能为 0 值 29 避雷针 避雷线的作用 避雷针 线 高于被保护的物体 其作用是吸引雷电击于自 身 并将雷电流迅速泄入大地 从而使避雷针 线 附近的物体得到保护 30 避雷器饿作用及类型 作用 限制过电压以保护电气设备 类型 保护间隙 管型避 雷器 阀型避雷器和氧化锌避雷器等几种 保护间隙 管型避雷器主要用于限制大气过电 压 一般用于配电系统 线路和发 变电所近线段保护 阀型避雷器用于变电所和发电厂 的保护 在 220KV 及以下系统主要用于限制大气过电压 在超高压系统中还用来限制内过 电压或作内过电压的后备保护 31 试比较阀型避雷器与氧化锌避雷器的性能 阀型避雷器分普通型和磁吹型 普通型的 熄弧完全依靠间隙的自然熄弧能力 没有采取强迫熄弧的措施 其阀片的热容量有限 不 能承受较长持续时间的内过电压冲击电流的作用 不容许在内过电压下动作 只使用于 220KV 及以下系统中 作为限制大气过电压用 磁吹型 用磁吹电弧来强迫熄弧 其单个 间隙的熄弧能力较高 能在较高恢复电压下切断较大的工频续流 其冲击放电电压和残压 较低 保护性能较好 热容量大时允许通过电压作用下的冲击电流 氧化锌避雷器 可以 做成无间隙 无续流 保护性能优越 通流容量大 体积小 重量轻 结构简单 运行维 护方便 使用寿命长 是避雷器发展的主要方向 也是未来特高压系统关键的过电压保护 装置 第九章 32 提高耐雷水平 降低雷击跳闸率 A 输电线路中 对一般高度杆塔 冲击接地电阻 Rch 上的电压降是塔顶电位的主要成分 因此降低接地电阻可以有效的减小塔顶电位和耐 雷水平 增加耦合系数 K 可以减少绝缘子串上电压和减小感应过电压 因此同样可以提高 耐雷水平 33 防雷措施 架设避雷线 降低杆塔接地电阻 架设耦合地线 采用不平衡绝缘方式 装设自动重合闸 采用消弧线圈接地方式 装设管型避雷器 加强绝缘 第十章 34 直击雷保护有哪些 目击雷保护有哪些 35 变电所进线段保护的作用 限制流经避雷器的雷电流和限制入侵波的陡度 原理 第一章 1 气体中带电质点产生的形式有 1 气体分子本身产生电离 2 气体中的固体和液体表 面电离 消失的形式有 1 带电质点受电场力的作用流入电极并中和电量 2 带电质点 的扩散和复合 2 电介质的极化 电导 能量损耗的概念 答 电介质的极化是电介质在电场作用下 其束缚电荷相应于电场方向产生弹性位移现象 和偶极子的取向现象 这时电荷的偏移大都是在原子或分子的范围内作微观位移 并产生 电矩 即偶极矩 极化形式有电子位移极化 离子位移极化和空间电荷 极向位移极化 电导 由电离出来的自由电子 正离子 负离子在电场作用下移动造成的 损耗 通常均 采用介质损耗角正切 tg 来表征介质中比的损耗大小 为介质中总有功电流密度与总无 功电流密度之比 总损耗功率 第二章 3 汤森德放电机理与流注放电机理的差别 联系和适用范围 答 1 流注理论认为电子撞击 电离和空间光电离是自持放电的主要因素 并充分注意到了空间电荷的畸变作用 2 汤森德 时 均匀电场或稍不均匀电场 电子崩经过整个气隙产生的电离总数尚不足以发展成流注 流注 适用于不均与电场 气隙中能发展成流注 气隙放电过程按流注理论进行 4 帕型定律 在均匀电场中击穿电压与气体相对密度 极间距离 并不具有单独的函数关 系 而是仅与它们的积有函数关系 只要 乘积不变 也就不变 5 电晕放电概念 物理过程与效应 答 伴随着电离而存在的复合和反激励辐射出大量光子 使在黑暗中可以看到在该区域附近 空间有蓝色的晕光 电晕放电是既不均电场所特有的自持放电形式 过程 随着电压升高 有规律的重复电流脉冲电流脉冲幅值基本不变 平均电流不断增加 频率增加电压升高到 一定程度 出现负值大得多的不规则电流脉冲 效应 1 声光电效应 2 电风 3 无线电干扰 4 化学反应 5 噪声 6 能量损耗 6 长气隙与短气隙放电过程的异同 答 长气隙 1 正先导过程 2 负先导过程 3 迎面先导过程 4 主放电过程 7 气隙的沿面放电概念 答 沿面放电 沿着气体与固体 或液体 介质的分界面上发展 的放电现象闪络 沿面放电发展到贯穿两级 使整个气息沿面击穿 滑闪放电 电压升高到 超过某临界值时 放电的性质发生变化 其中某些细线的长度迅速增加 并转为较为明亮 的浅紫色的树枝状火花 这种树枝火花具有较强的不稳定性 不断地改变放电通道的路径 并伴有轻微的爆炸声 第三章 8 气隙击穿时间的组成 答 1 升压时间 2 统计时延 3 放电发展时间 9 伏秒特性概念及作用 答 气隙在该电压波形下的伏秒特性 对于某一定的电压波形 必须用电压峰值和延续时 间两者来共同表示 作用 设并联的两个气隙的伏秒特性带分别为 S1 S2 S2 位于 S1 的 左下方 意味着在任何波峰值下 都将是 S2 先被击穿 即 S2 可靠地保护了 S1 使 S1 不 被击穿 10 提高气隙击穿电压的方法及原理 答 1 改善电场分布 如适当的改进电极形状 增大 电极的曲率半径 就能够提高气隙的击穿电压和预放电电压 2 采用高度真空 能削弱气 隙中的撞击电离过程 也能够提高气隙的击穿电压 3 增高气压 增加气体的压强可以减 少电子的平均自由程 阻碍撞击电离的发展 从而提高了气隙的击穿电压 4 采用高耐电 强度的气体 如 SF6 Ccl2f2 等 来提高气隙的击穿电压 11 SF6 气体的特性 1 SF6 气体的物理化学性能 稳定性非常高 2 SF6 气体的绝缘特性 1 电离和离解特性 2 电场特性 SF6 气体绝缘只适用于均匀电场和稍不均匀电场 3 极性效应 SF6 气体绝缘结构的绝缘水平是由负极性电压决定的 4 时间特性 减少有效电子出现的概率 使平均统计时延及其分散性增大 5 压力特性 SF6 气体 的运行和维护 防止和消除污染 保持气体的纯度 防止 SF6 气体液化 使用 的原因 1 具有较高的耐压强度 2 具有很强的灭弧能力 3 是无色 无味 无嗅 无毒 不燃的惰性 气体 4 SF6 的稳定性很高 在 500K 温度的持续作用下 它不会分解 也不会与其他材料 发生化学反应 5 对金属和其他绝缘材料没有腐蚀作用 6 在中等压力下 可以被液化 便于 储存和运输 12 影响气隙沿面闪络电压的因素 1 电场状况和电压波形的影响 均匀电场 无论电压波 形如何 闪络电压与闪络距离大致呈线性关系 但是闪络电压的大小与波形有关 主要是 指频率 2 大气条件的影响 1 大体均匀电场 随气压升高 闪络电压增加 但不如 均匀电场明显 2 不均匀气隙中影响显著 但是有最大值 3 介质表面状态的影响工频沿 面闪络电压随雨水电阻率的增大而提高 但是有饱和趋势 2 工频沿面闪络电压随雨良 的增大而降低 但是也有饱和趋势 当雨量增大到 4mm min 后 闪络电压基本稳定 13 提高影响气隙沿面闪络电压的因素 1 屏蔽和屏障 2 加电容极板 3 消除窄气隙 4 绝 缘表面处理 5 改变局部绝缘体的表面电阻率 6 强制固定绝缘沿面各点的点位 7 附加金具 8 阻抗调节 14 附加金具作用 以及考虑的问题 答 作用 可以简单而有效的调整结点附近的电场 改善结点附近气隙放电和沿面放电的性能 悬式 或棒式 绝缘子链端保护金具的作用主 要是改善沿链的电压分布和防止绝缘子和链端金具上的电晕 有时在绝缘子链的接地端也 装有保护金具 起引离电弧的作用 第四章 15 固体电介质的老化的原因和种类 答 1 固体介质的环境老化 大气老化包括 光氧老化 臭氧老化 烟雾酸碱老化 等污 染性化学老化以光氧老化为主 主要是影响有机绝缘 2 固体电介质的电老化 电介质在电 场的长时间作用下 会逐渐发生某些物理化学变化 例如电解 电离 氧化等 形成新的 物质 逐渐使介质的物理 化学性能发生不可逆的劣化 最终寻致被击穿 3 固体电介质的 热老化在较高温度下 固体介质会逐渐热老化 过程为 热裂解 氧化裂解 交联 以及 低分子挥发物的逸出 16 部放电对固体介质的影响 17 液体电解质的老化机理 答 新油在与空气接触的过程中逐渐吸收氧气 初期吸收的氧气将与油中的不饱和碳氢化 合物起化学反风 形成饱和的化合物 这段时期称为 A 期此后油再吸收氧气 就生成稳定 的油的氧化物和低分子量的有机酸这段时期称为 B 期此后油再进进一步氧化 油中酸性产 物的浓度达一定程度时 便产生加聚和缩聚作用 生成中性的高分子树脂质及沥青质 使 油呈混浊的胶凝状态 最后成为固体的油泥沉淀 在此加聚和绵聚过程中 同时析出水分 这段时期称为 C 期 象 1 色逐渐深暗 从淡黄色变为棕褐色 从透明变为混油 2 粘度 增大 闪燃点增高 灰分和水分增多 3 酸价增加 4 绝缘性能变坏 表现在电阻率下降 介质损耗角增大 击穿电压降低 5 出现沉淀物 第五章 18 绝缘电阻吸收比 极化指数 答 令 t 15s 和 t 60s 瞬间的两个电流值 I15 和 I60 所对应的绝缘电阻分别为 R15 和 R60 则 比值 即为吸收比 极化指数取绝缘体在加压后 t 10min 和 t 1min 时的绝缘电阻值 如绝 缘良好 则比值不小于某一定值 1 5 2 0 19 测量绝缘电阻和测量泄露电流的主要区别 1 泄漏电流和绝缘电阻的测量原理一致 2 加在试品上的直流高压比兆欧表的工作电压高得多 能发现兆欧表不能发现的某些缺陷 3 由于施加在试品上的直流高压是逐渐增大的 所以可以在升压过程中监视泄漏电流的增 长动向 4 兆欧表刻度的非线性度很强 尤其是在接近高量程段 刻度甚密 难以精确分 辨 微安表的刻度则基本上是现行的 能够精确读取 20 西林电桥基本原理及接线 第六章 21 工频高压变频实验特点 答 1 一般都是单相的 需要三相时 常将 3 个单相变压器接成三相应用 2 绝缘裕度很 小 平时工作电压一般不允许超过其额定电压 3 通常均为间歇工作方式 无须冷却系统 对应于不同的运行时间有不同的允许电压和电流值 4 一 二次绕组的电压变化高 其 高压绕组由于电压高 需要较厚的绝缘层和较宽的油间隙 两绕组间的绝缘间距较大 故 其漏抗较大 5 要求有较好的输出电压波形 为此应采用优质的铁心和较低的磁通密度 6 为了减少对局部放电试验的干扰 要求试验变压器自身的局部放电电压应足够高 22 工频高压测量方法 答 1 测量球隙 2 静电电压表 测量有效值 3 3 分压器配用 低压仪表 4 高压电容器配用整流装置 七 输电线路和绕组中的波过程输电线路的波阻抗 1 波阻抗与集中参数电阻有什么不同 答 波阻抗是表示参数线路 或绕组 的参数 阻 抗表示集中参数电路 或元件 的参数 波阻抗表示具有同一方向的电压波与电流波大小 的比值 阻抗则等于此阻抗上电压与电流之比 电磁波通过波阻抗时 能量以电磁形式存 储在周围介质中 而不是被消耗 而当 R 不为 0 时阻抗消耗能量 波阻抗的数值只与导线 单位长度的电感 L0 和电容 C0 有关 与导线长度无关 而阻抗与导线长度有关 另外 同 样的一条线路在讨论雷电或操作过电压作用下要用分布参数的波阻抗来表征 而讨论工频 稳态电压作用下则用集中参数电路 如 型 的阻抗来表征 2 冲击电晕对波过程有什么影响 为什么 答 由于冲击电晕使周围空气游离 好像增大 了导线的半径 将增大导线单位长度的对地电容 C0 所以当考虑冲击电晕时 波速将减慢 约为光速的 0 75 倍 3 行波传到线路开路的末端时 末端电压如何变化 为什么 答 行波传到线路开路的末 端时 即电压波为全反射 使末端的电压升高为入射电压的 2 倍 这是很危险的 从能量 的角度解释 由于末端开路时 末端电流为零 入射波的全部能量转变为电场能量的缘故 4 行波传到线路末端对地接有匹配电阻时 末端电压如何变化 为什么 答 线路末端接电阻 R 且 R Z1 时 反射电压为零 折射电压等于入射电压 表明波到线 路末端不发生反射 行波传到末端时全部能量都消耗在电阻 R 上了 这种情况称为阻抗匹 配 在进行高压测量时 在电缆末端接一匹配电阻 其值等于电缆波阻抗 就可以消除波 传到电缆末端时的折 反射情况 从而正确的测量到来波的波形和幅值 5 使用彼德逊法则的先决条件是什么 答 彼德逊法则是流动波沿分布参数线路传到节点 后 在该节点只有一次折 反射过程的前提条件下 利用波方程推导出来的 所以在使用 彼德逊法时 要满足以下两个条件 1 波沿分布参数的线路射入 2 波在该节点只 有一次折 反射过程 6 为什么一般采用并联电容 而不是串联电感的方法来降低来波陡度 答 行波通过串联 电感和并联电容时 波头都会被拉平 但是由于波刚传到电感时发生的正反射会使电感首 端电压抬高 危及电感首端绝缘 所以一般采用并联电容 而不是串联电感的方法来降低 来波陡度 变压器绕组中的波过程 1 绕组中的起始电压分布与哪些因素有关 答 绕组中的起始电压分布与距绕组首端为 x 点的电压 u 对地电容 c 匝间电容 k 绕组长度 l 等因素有关 2 行波刚传到变压器绕组时 为什么可以用入口电容来等效 答 当行波刚传到变压器绕 组时 由于电感的阻流作用 流过电感的电流可忽略 所有从绕组首端的匝间电容的 看进 去的总电容链 因为电容链震荡元件数目是无穷的 所以 行波刚传到变压器绕组时 可 以用入口电容来等效 3 什么是变压器的内保护 答 所谓变压器的内保护即是在变压器绕组的内部结构上采取 保护措施 减少暂态震荡 其关键是改善变压器绕组的起始电压分布 使绕组的始态电位 分布尽量接近稳态电位分布 从而降低绕组对地过电压和最大电位梯度 4 采用哪些措施可以改善变压器绕组的电压分布 答 改善变压器绕组的电压分布 可以 降低绕组内部振荡时产生的最大电位和最大电位梯度 通常采用以下两种方法 1 在绕 组首端部位加一些电容环和电容匝 2 使用纠结式绕组变压器代替连续式绕组变压器 5 为什么电机绕组可以用波阻抗和波速来表征绕组内波过程的参数 答 电机绕组的波过 程 由于电机绕组是嵌放在各个槽内 匝间电容很小 近似计算时可以忽略纵向电容 所 以电机绕组的等值电路就与长线路一样仅由对地电容和绕组电位电感组成 因此 电机绕 组可以用波阻抗和波速来表征绕组内波过程的参数 1 简述波传播过程的反射和折射 当波沿传输线路传播 遇到线路参数发生突变 即有波 阻抗发生突变的节点时 会在波阻抗发生突变的节点上产生折射与反射 2 波阻抗与集中参数电阻本质上有什么不同 1 波阻抗表示同一方向的电压波与电流波 的比值 电磁波通过波阻抗为 Z 的导线时 能量以电能 磁能的方式储存在周围介质中 而不是被消耗掉 2 若导线上前行波与反行波同时存在时 则导线上总电压与总电流的 比值不再等于波阻抗 3 波阻抗 Z 的数值只取决于导线单位长度的电感和电容 与线路长 度无关 4 为了区别不同方向的流动波 波阻抗有正 负号 3 彼得逊法则的内容 应用和需注意的地方 在计算线路中一点的电压时 可以将分布电 路等值为集中参数电路 线路的波阻抗用数值相等的电阻来代替 把入射波的 2 倍作为等 值电压源 这就是计算节点电压的等值电路法则 也称彼得逊法则 利用这一法则 可以 把分布参数电路中波过程的许多问题简化成一些集中参数电路的暂态计算 但必须注意 如果 Z1 Z2 是有限长度线路的波阻抗 则上述等值电路只适用于在 Z1 Z2 端部的反射波尚 未回到节点以前的时间内 八 雷电放电及防雷保护装置 电力系统防雷保护 1 雷电对地放电过程分为几个阶段 答 1 先导放电 放电不连续 放电分级先导 持续 时间为 0 005 0 01S 雷电流很小 2 主放电 时间极短 50 100 电流极大 电荷高 速运动 3 余光放电 电流不大 电流持续时间较长 约 0 03 0 05 1 什么是雷电参数 1 雷电放电的等值电路 2 雷电流波形 3 雷暴日与雷暴小时 雷暴日是一年中有雷电的日数 在一天内只要听到过雷声 无论 次数多少 均计为 一 个雷暴日 雷暴小时数则是 一年中发生雷电放电的小时数 即在一个小时内只有 一 次雷电 就计作 一个雷电小时 4 地面落雷密度和输电线路落雷总次数 地面落雷密 度是指每一雷暴日每平方千米地面遭受雷击的次数 以 表示 与雷暴日数有关 如下 1 防雷的基本措施有哪些 请简要说明 基本措施是设置避雷针 避雷线 避雷器和接地 装置 避雷针 线 可以防止雷电直接击中被保护物体 称为直击雷保护 避雷器可以防 止沿输电线侵入变电所的雷电冲击波 称为侵入波保护 接地装置的作用是减少避雷针 线 或避雷器与大地之间的电阻值 达到降低雷电冲击电压幅值的目的 2 电容器在直配电机防雷保护中的主要作用是什么 用是限制侵入波陡度 和降低感应雷 过电压 3 感应过电压是怎么产生的 请介绍简单的计算公式 对地放电过程中 放电通道周围的 空间电磁场将发生急剧变化 因而当雷击输电线附近的地面时 虽未直击导线 由于雷电 过程引起周围电磁场的突变 也会在导线上感应出一个高电压来 这就是感应过电压 它 包含静电感应和电磁感应两个分量 一般以静电感应分量为主 设地面雷击点距输电线路 正下方的水平距离为 S 一般当 S 超过 65m 时 规程规定 导线上感应过电压的幅值可按 下式计算 kV 其中 I 为雷电流幅值 单位为 kA S 为地面雷击点距线路的水平距离 单位为 m h 为导线平均对地高度 单位为 m 4 简述避雷针的保护原理和单根保护范围的计算 避雷针的保护原理是当雷云放电时使地 面电场畸变 在避雷针的顶端形成局部场强集中的空