发电厂及电气主系统上海电大课程习题

第第 1 章章 气体放电过程的分析气体放电过程的分析 1-1 以空气作为绝缘的优缺点如何？ 1-2 为什么碰撞电离主要是由电子而不是离子所引起? 1-3 氖气的电离电压为 21.56 V，求取引起碰撞电离时电子所需最小速度和引起 光电离时光子所需最大波长。 1-4 氧分子(O2)的电离能为 12.5 eV， 如果由气体分子的平均动能直接使O2产生热 电离，试问气体的绝对温度应该为多少？ 1-5 负离子怎样形成，对气体放电有何作用？ 1-6 气体间隙带电粒子扩散的原因是什么，何种带电粒子扩散较快？ 1-7 非自持放电和自持放电的主要差别是什么？ 1-8 在平行平板电极装置中由于照射x射线，每 1 cm3大气中每秒产生 107对正负 离子，若两极间距是d = 5 cm，问饱和电流密度是多少？ 1-9 用实验方法求取某气体的 ， 平行平板间距离是 0.4 cm， 电压为 8 kV时得稳 态电流为 3.810-8 A，维持场强不变，将平板间距离减至 0.1 cm后，电流减 为 3.810-9 A，试计算，并计算每秒由外电离因素而使阴极发射出的电子 数。 1-10 平行平板电极间距离d= 0.1 cm时，击穿电压为 4.6 kV，气体为空气，标准大 气条件，取A=6460 /cm，B=1.9105 V/cm，试求电离系数，d=1.0 cm时， 击穿电压为 31.6 kV，再求。 1-11 图 1-19 给出了平行平板电极的起始放电电压与气体压力的关系，问间隙距 离d1和d2哪个大？ 图 1-19 习题 1-11 图 1-12 为什么随着 d 变化，放电过程由汤逊放电转变为流注放电？ 1-13 电晕会产生哪些效应，工程上常采用哪些防晕措施？ 1-14 比较长空气间隙与短空间间隙中的放电击穿过程各有什么主要特点。 1-15 为什么长间隙击穿的平均场强远小于短间隙？ 1-16 试计算均匀电场空气间隙的击穿电压最小值及气压与间隙距离乘积的最小 值。取A=6460 /cm，B=1.9105 V/cm，=0.025。 第第 2 章章 不同电压形式下空气的绝缘特性不同电压形式下空气的绝缘特性 2-1 雷电放电可分为哪几个主要阶段？ 2-2 国家标准对雷电冲击全波、雷电冲击截波、操作冲击的波形是怎样规定的？ 2-3 均匀电场和不均匀电场的放电时延各有什么特点？ 2-4 气隙的伏秒特性是怎样制定的？ 2-5 间隙的伏秒特性和电场分布有何关系？ 2-6 标准大气条件下，下列情况下空气间隙的击穿场强约为多少 kV/cm？(气隙 距离约 1m2 m，电压均以峰值计) (a) 均匀电场，各种电压。 (b) 极不均匀电场，最不利的电场情况，最不利的电压极性，直流电压、工 频电压、雷电冲击、操作冲击。 2-7 为什么高真空和高压力都能提高间隙的击穿电压？ 2-8 一些卤族元素化合物(如SF6)具有高电气强度的原因是什么？ 2-9 已知地线最大场强为 13.9 kV/cm，地线半径 r = 0.53 cm，分裂导线最大场强 A 相为 23.3 kV/cm，B 相为 25.2 kV/cm，导线半径 r=1.18 cm，估计下列气 象条件能否发生电晕？(题中所给场强为峰值。计算时取表面粗糙系数 m= 0.82。) 标准大气条件； t = 35，p = 99.9 kPa。 第第 3 章章 高压外绝缘及沿面放电高压外绝缘及沿面放电 3-1 在大气条件为 p =99.8 kPa，干球温度 30，湿球温度 27.5时，某棒形间 隙在 1.2/50 s 冲击电压作用下测得其 50%击穿电压为 90 kV。 问在标准状态 下击穿电压应等于多少？ 3-2 均匀电场中沿面闪络电压比纯空气间隙的击穿电压要低，原因是什么？ 3-3 提高套管工频滑闪电压有哪些途径？单纯增加沿面距离效果如何？ 3-4 某套管在工频试验电压下刚好无滑内现象，若试验电压幅值不变，但施加标 准雷电冲击电压，问试验中能否出现滑闪，为什么？ 3-5 沿面放电中导致滑闪放电的主要原因是什么，并加以解释。 3-6 介质材料，作用电压种类、大气环境湿度等对沿面闪络电压有何影响？ 3-7 简述绝缘子的污闪过程。 3-8 为什么大气污染地区的输电线路在大雾、凝露、或毛毛雨天气易发生绝缘子 冒火及闪络停电事故，而雷雨季节却少见这类现象？ 3-9 为提高绝缘子的污闪电压，可采取哪些措施？ 3-10 简述对绝缘子的电气性能及机械性能的要求？ 3-11 光滑瓷套管，r=6，内直径 6 cm，壁厚 3 cm，管内装有直径为 6 cm或 3 cm 的导杆时，试用经验公式估算这两种情况滑闪放电的起始电压各为多少？ 3-12 某平板玻璃厚 2 mm，要通过工频滑闪放电来测定其相对介电常数，试验中 测得工频滑闪电压为 17 kV(有效值)，试估算： 该平板玻璃的相对介电常数多大？ 该平板玻璃的比表面电容值多大？ 第第 4 章章 液体、固体电介质的电气性能液体、固体电介质的电气性能 4-1 电介质极化的基本形式有哪几种，各自的主要特点是什么？ 4-2 极性液体或极性固体电介质的介电常数与温度、电压、频率的关系如何？ 4-3 试将下列常用电介质按极性强弱分类(中性、弱极性、强极性)，并指出它们 在常温、工频电压下的介电常数约为多少？ 气体类：H2，N2，O2，CO2，CH4，空气 液体类：纯水，酒精，变压器油，蓖麻油 4-4 测定电介质或电气设备的绝缘电阻时，规定取加压一分钟时的数值，为什 么？ 4-5 测量绝缘的泄漏电流为什么用直流电压而不用交流电压？ 4-6 电介质的电导与金属电导有何区别？ 4-7 直流和交流电场下的电介质损耗有何差别？选择交流电气设备的绝缘材料 一般应注意什么问题？ 4-8 交流电气设备的介质损耗与哪些因素有关？为什么介质损耗的大小由 tan 的大小来反映？ 4-9 为什么标准电容器采用气体绝缘？为什么电力电容器采用油纸绝缘？ 4-10 设平行平板电极间为真空时电容为 0.1 F。 现放入 r=3.18 的固体介质， 加上 工频 5 kV 电压后，介质损失有 25 W，试计算放入的固体介质的 tan。 4-11 设双层电介质各部分的特性为C1， tan1及C2， tan2， 试求双层电介质的tan。 4-12 高压单芯电缆共 20 m，tan=0.005, r=3.8，现其中有 1 m因发生局部损坏， 该部位的tan增至 0.05，r基本不变，问这时电缆的tan应为多少？ 4-13 固体电介质电击穿的特点是什么？为提高其电击穿电压常采取什么措施？ 4-14 固体电介质热击穿有什么主要特点？高压设备的绝缘受潮后， 为什么容易造 成热击穿？ 4-15 绝缘在冲击电压作用下常常是电击穿而不是热击穿，在高频电压下常常是 热击穿而不是电击穿，为什么？ 4-16 纯净液体介质的电击穿理论和气泡击穿理论，二者本质上的差别在哪里？ 4-17 有两个标准油杯，一个含杂质较多的油，另一个含杂质较少的油，试问： 当施加工频电压时两杯油的击穿电压差别如何？ 当施加雷电冲击电压时，两杯油击穿电压的差别又如何？ 4-18 为什么纤维等杂质对极不均匀电场下变压器油的击穿电压影响较小？ 4-19 为何油的洁净度较高时， 改善油间隙电场的均匀性， 能显著提高工频或直流 击穿电压？ 4-20 为什么油纸组合绝缘的耐电强度比纸和油单一介质时都高？ 4-21 固体绝缘材料的耐热等级用什么表示，其含义是什么？ 4-22 为提高油纸绝缘在长期电压作用下的电气强度，可在哪些方面采取措施？ 第第 5 章章 绝缘监测和诊断绝缘监测和诊断 5-1 绝缘诊断技术包括哪些基本环节？ 5-2 什么叫绝缘的破坏性试验和非破坏性试验？你所知道的电力设备的破坏性 试验和非破坏性试验有哪几种？ 5-3 为什么用绝缘电阻表测量电力设备绝缘的吸收比， 可比仅测量施压 60 s 下的 绝缘电阻值，检出绝缘缺陷的灵敏度可更高一些？ 5-4 用光电法测量泄漏电流比之传统法具有什么优点？ 5-5 请画出进行三相 220 kV/10 kV 电力变压器高压绕组对低压绕组同时对外壳 的主绝缘进行 tan 测试的试验接线全图，其中应包括西林电桥的接线和试 品的详细接法。 5-6 当有损耗的试品绝缘按并联等效电路代表时，请推导出式(5-9)、式(5-10)所 示的结果。 5-7 西林电桥使用于电场强烈的环境时， 有可能需将C4与R4脱开， 而改与R3并联， 才能取得平衡。请推导证明，此时的tan-C4R3。 5-8 正接法和反接法西林电桥各应用在什么 5-9 请推导出电流比较式电桥测量 tan 的结果即书中式(5-18)。 5-10 测量电力设备的绝缘局部放电时，常测量“视在局部放电量”这一指标。它 是什么含义。试用介质三电容模型，推导说明视在放电电荷量q与介质中真 实放电电荷量qr之间的关系。 一台500 kV电力变压器新产品在实验室中的PD 放电量允许值约为多大？ 5-11 图 5-27 为进行绝缘局部放电试验的原理接线图。HV为交流高压试验源，Z 为低通滤波器，Cx为被试品电容，其值为 2000 pF，Ck为耦合电容，其值为 200 pF。由Cm和Rm组成检测阻抗。当HV达到一定的试验电压值时，若Ck上 产生了 5 pC的局部放电量，请问由此因素可误解为Cx上发生了多少pC的视 在局部放电量？（本题需有推导说明） 图 5-28 局部放电试验原理接线 5-12 除了用脉冲电流法测量绝缘中的局部放电外， 还采用哪些方法来测量局部放 电？ 5-13 有那几种绝缘预防性试验方法，各具有什么特点？ 5-14 对电力设备绝缘进行高电压耐压试验时， 所采用的电压波形是那几种？各应 用在什么场合？ 5-15 什么叫做电力设备的在线检测？它比离线的检测具有什么优点? 第第 6 章章 稳态高电压试验设备稳态高电压试验设备 6-1 高压试验变压器和电力变压器相比有何异同？ 6-2 需对一台 66 kV/10 kV/10000 kVA 的电力变压器进行高压绕组对低压绕组和 铁芯、铁外壳进行工频耐压试验。已知高压绕组对低压绕组及地的电容量为 6200 pF，试验电压为 140 kV。请选择一台合适的高压试验变压器的额定电 压及容量。 6-3 串级试验变压器有何优缺点？ 6-4 有一台 1500 kV（总输出额定电压）自耦式串级试验变压器装置，能输出的 总的额定容量为 1500 kVA，串级数 n=3，低压绕组及激磁绕组的额定电压 各为 10 kV，当工作在额定电压及额定容量下，请问： (1) 第、级变压器高压绕组中流过的电流各为多大？（注：最下级 为，依此类推。） (2) 第、级变压器低压绕组中流过的电流各为多大？ (3) 第、级变压器的激磁绕组中流过的电流各为多大？ (4) 竖立的各级高压套管顶端的对地电压UA，UA，UA 各为多高？ (5) 横向的各级高压套管顶端的对地电压UX，UX，UX 各为多高？ (6) 每个变压器套管本身所承受到的电压为多高？ (7) 各级变压器下面的支持绝缘子承受到的总电压各为多高？ 6-5 求串级数为 4 级时的串级试验变压器的利用率 。 6-6 作为交流高电压试验设备，LC 串联谐振装置与高压试验变压器相比，具有 哪些优越性?它在使用上有何局限性? 6-7 利用试验变压器产生操作冲击电压波以及电力变压器进行感应操作冲击电 压波试验时， 为什么波长时间Tz与铁芯中的起始磁通量0和铁芯的饱和磁通 量s相关？ 6-8 对练习题 5-5 所述电力变压器进行泄漏电流试验， 施加的直流电压为 40 kV， 请画出半波整流电路及全试验接线图，若系数为 3%，在试品刚退出运行之 热状态下，其最大泄漏电流考虑为 0.5 mA，请选择试验变压器、高压硅堆、 滤波电容 C 的技术规格。 6-9 若要用两支高压硅堆产生：(1)一端为正 70 kV，另一端为负 70 kV 的对称直 流高压；(2)对地正 140 kV；(3)对地负 40 kV 的直流高压。假定 U 和 U 均 很小， 试分别画出几种可能的接线图， 并提出对变压器、 电容器的电压要求， 及硅堆的标称反向电压的要求。 6-10 图中为二级倍压直流电路。 若点 5 与点 0 间所加正弦波工频电压有效值为 U kV ，考虑试品和图中各电容器的泄漏电流极小，请你计算： (1) 电容C1和C2所受到的直流电压为多高？ (2) 硅堆D1和D2所受到的最高反向电压为多高？ (3) 用高压静电电压表分别测量点 1 与点 0 及点 2 与点 0 间的电压， 其电压 指示值为多高？ (4) 用高压静电电压表分别测量点 3 与点 0 及点 4 与点 0 间的电压， 其电压 指示值为多高？ 图 6-24 二级倍压直流电路 6-11 串级倍压直流高压装置的串级数受到什么因素的制约？ 第第 7 章章 稳态高电压的测量 稳态高电压的测量 7-1 用铜球间隙测量高电压， 需满足哪些条件才能保证国家标准规定的测量不确 定度？ 7-2 用高压静电电压表测量稳态高电压有什么优缺点？ 7-3 有哪几类交流峰值电压表，各具有什么特点？ 7-4 一台测工频高电压的电阻分压器， 额定电压为100 kV(有效值)， 阻值为4 M， 对地杂散电容为 1000 pF, 求由于杂散电容所引起的峰值和相位测量误差， 以及在额定测量电压下热耗的功率值。 7-5 有一台电容分压器， 若在低压臂C2上并联一个高阻R2。 试证明： 在测电压时， 所测到的低压臂电压U2的幅值，会比无R2(R2)时小50/(R2C2)2%， 相位领先arctan1/ (R2C2)。为被测电压的角频率。 7-6 高压充气标准电容器有什么功用? 第第 8 章章 冲击高电压及大电流的产生 冲击高电压及大电流的产生 8-1 在说明多级冲击电压发生器动作原理时， 为什么必须强调装置对地杂散电容 所起的作用？ 8-2 为什么图 8-4 中g2的动作过电压最高为 1.5？ 8-3 某冲击电压发生器的等效电路如图中所示。已知C1为 20 nF，C2为 2 nF，阻 尼电阻Rd 为 100 。（1）若要获得标准雷电冲击波形，设暂不计L的影响， 请用近似公式计算Rf和Rt以及效率。（2）若考虑回路电感与C1、C2及Rf、 Rt的总电感为 18.86 H， 且波前电阻Rf及放电电阻Rt仍按上面计算值不变时， 请计算一下冲击波形。 图 8-13 冲击电压发生器等效电路 8-4 一台冲击电压发生器的主放电回路总电感L为 100 H，设发生器串联放电时 的冲击电容值C1甚大于试品和其他负荷电容的总值C2。 请应用放电回路处于 临界阻尼条件下的波前时间的简化计算式， 计算出产生标准雷电冲击波的最 大允许的C2值。（指示：综合式（8-20）及式（8-21）可求出） 第第 9 章章 冲击高电压的测量 冲击高电压的测量 9-1 请推导出书中式（9-5）的结果。 9-2 有一台 1000 kV冲击电阻分压器，高压臂阻值R1=10000 ，其圆柱体平均 直径d为 10 cm，圆柱体长度l为 2.8 m，底盘离地高度h为 35 cm。假设顶上 未装屏蔽环，请你： （1）根据书中式（7-21），估算分压器对地杂散电容总值。 （2）估算此分压器的实验方波响应时间Tn。 （3）初步判断能否用它来测量 1.2 s/50 s 冲击全波。 （4）判断能否用它来测量 250 s/2500 s 的操作冲击波。 （5）在测量 1000 kV时，考虑在电缆输出端，亦即R4（书中图 9-6）的上端 的电压为 2 kV，然后经第二次分压，把合适的电压输到数字示波器上。现 按书上图 9-6 进行接线， 求不考虑电缆电阻影响下的电阻R2、 R3及R4的阻值。 9-3 一台兼作负荷电容的分压器，高压臂电容C1为 500 pF，若用它测量 1000 kV 幅值的冲击电压， 同轴电缆的波阻抗Z0为 50 ， 电缆的电容量C0为 2000 pF， 电缆输出端的电压设为 2 kV。然后经电阻分压器二次分压，把信号电压输 到数字示波器上。考虑二次分压用的电阻分压器阻值很大，其阻抗效应可予 忽略。请按书中图 9-9 的接线，设计计算C2和C3的大小。 9-4 一台低阻尼串联阻容分压器，高压臂电容为 300 pF，阻尼电阻R1d为 380 ， 高压臂分布电阻为 80 ， 被测电压为 1000 kV， 同轴电缆的波阻抗Z为 50 ， 电缆输出端的电压设为 2 kV。然后经电阻分压器二次分压，把信号电压输 到数字示波器上，请你： (1) 按书上图 9-10 求C2及R2值。 (2) 按书上图 9-8 配置电缆的匹配电阻并画出总测量接线图。 9-5 请总结在交流、直流、雷电冲击和操作冲击高电压下，各采用什么类型的分 压器？ 9-6 用微分积分（D/I）系统测量冲击高电压具有哪些优点？ 9-7 用国产额定电压为 250 kV（有效值），电容量为 30 pF的压缩气体标准电容 器作为D/I系统的Cd（见书中图 9-11），同轴电缆的波阻抗Z0为 75 ，所用 的补偿型无源积分器的等效积分时间常数T0为 0.40 ms。用此D/I系统测量 350 kV幅值的 1.2 s/50