高電壓技術(shù)答案總復(fù)習(xí)資料1

1、一、填空題（40%）1. 電介質(zhì)的極化有四種基本類(lèi)型，其中在電場(chǎng)作用下所有電介質(zhì)中都存在的極化類(lèi)型是電子位移極化；由離子結(jié)合成的電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下還存在離子位移極化；只在極性電介質(zhì)中存在的極化類(lèi)型稱(chēng)為(偶極子)轉(zhuǎn)向極化；由于兩層（多層）電介質(zhì)而在界面上堆積帶電質(zhì)點(diǎn)形成電矩的極化現(xiàn)象稱(chēng)為夾層介質(zhì)界面極化（空間電荷極化）。2. 對(duì)于具有相同極間距（在相同電介質(zhì)中）的正極性針尖平板電極系統(tǒng)、負(fù)極性針尖平板電極系統(tǒng)、平板平板電極系統(tǒng)而言，按工頻擊穿電壓從高到低的順序排列為：>>。n 極性效應(yīng)(1).正棒-負(fù)板,分析： a.由于捧極附近積聚起正空間電荷，削弱了電離，使電暈放電難以形成，造成電

2、暈起始電壓提高。b.由于捧極附近積聚起正空間電荷在間隙深處產(chǎn)生電場(chǎng)加強(qiáng)了朝向板極的電場(chǎng)，有利于流注發(fā)展，故降低了擊穿電壓(2).負(fù)棒-正板,分析： a.捧附近正空間電荷產(chǎn)生附加電場(chǎng)加強(qiáng)了朝向棒端的電場(chǎng)強(qiáng)度，容易形成自持放電，所以其電暈起始電壓較低。b.在間隙深處，正空間電荷產(chǎn)生的附加電場(chǎng)與原電場(chǎng)方向相反，使放電的發(fā)展比較困難，因而擊穿電壓較高。結(jié)論：在相同間隙下 正捧-負(fù)板   負(fù)捧-正板電暈起始          高          

3、60;   低間隙擊穿壓       低               高3. 氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生方式有電子或正離子與氣體分子的碰撞電離、各種光輻射（光電離）、和 高溫下氣體中的熱能（熱電離）。4. 一般的，電介質(zhì)極化分為以下四種基本類(lèi)型：電子位移極化、離子位移極化、(偶極子)轉(zhuǎn)向極化、夾層介質(zhì)界面極化（空間電荷極化）。其中(偶極子)轉(zhuǎn)向極化、夾層介質(zhì)界面極化（空間電荷極化）伴隨著能量的損耗。5. 湯遜理論認(rèn)為，碰撞游離和 正離子撞擊陰

4、極造成的表面電離 是形成自持放電的主要因素。6. 雷電沖擊50%擊穿電壓是指氣隙被擊穿的概率為50%的沖擊電壓峰值。多次施加電壓（波形1.2/50ms）中，其中半數(shù)導(dǎo)致?lián)舸┑碾妷?，工程上以此?lái)反映間隙的耐受沖擊電壓的特性。7. 絕緣電阻試驗(yàn)不能發(fā)現(xiàn)設(shè)備的下列絕緣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。n 雙層介質(zhì)模型若絕緣內(nèi)部有集中性導(dǎo)電通道，或絕緣嚴(yán)重受潮電阻R1 、R2顯著降低、泄漏電流大大增加，時(shí)間常數(shù)t 大為減小吸收電流迅速衰減若絕緣內(nèi)部部分受潮 R1與R2中的一個(gè)數(shù)值降低時(shí)間常數(shù)t 也會(huì)大為減小吸收電流仍會(huì)迅速衰減.測(cè)量絕緣電阻能有效發(fā)現(xiàn)下列缺

5、陷(1)總體絕緣質(zhì)量欠佳(2)絕緣受潮(3)兩極間有貫穿性的導(dǎo)電通道(4)絕緣表面情況不良（比較有或無(wú)屏蔽極時(shí)所測(cè)得的值即可知二、問(wèn)答題（40%）1. 變壓器油受潮及混入雜質(zhì)時(shí)，油間隙的工頻擊穿電壓降低很多，為什么？在工程上采取哪些提高擊穿電壓的措施？ u 解:非純凈液體電介質(zhì)的小橋擊穿理論: 纖維(雜質(zhì))電場(chǎng)力的作用下，在電場(chǎng)方向定向，并逐漸沿電力線(xiàn)方向排列成雜質(zhì)的“小橋;水分及纖維(雜質(zhì))等的電導(dǎo)大，引起泄漏電流增大、發(fā)熱增多，促使水分汽化、氣泡擴(kuò)大: 液體電介質(zhì)最后在氣體通中發(fā)生擊穿。變壓器油受潮及混入雜質(zhì)時(shí)，可以看成雜質(zhì)與油間隙的串聯(lián)，因?yàn)閳?chǎng)強(qiáng)的分布與介質(zhì)的介電常數(shù)成反比，氣泡er=1

6、，小于液體的er ，承擔(dān)比液體更高的場(chǎng)強(qiáng)，而氣體耐電強(qiáng)度卻低，因此，氣泡先行電離，當(dāng)電離的氣泡在電場(chǎng)中堆積成氣體通道，擊穿在此通道內(nèi)發(fā)生 。u 工程上提高液體電介質(zhì)擊穿電壓的方法：提高以及保持油的品質(zhì)；覆蓋層；絕緣層; 極間障。u 提高以及保持油的品質(zhì)（過(guò)濾：除去纖維、水分、有機(jī)酸，防潮：制造、檢修，祛氣：除去水分和氣體，防塵）；覆蓋層（材料：1mm的固體絕緣薄層。漆膜、膠紙帶、漆布帶作用機(jī)理：阻礙雜質(zhì)小橋中熱擊穿的發(fā)展，適用情況：油品質(zhì)越差，電場(chǎng)越均勻，電壓作用 時(shí)間越長(zhǎng)，則覆蓋層的效果越顯著）；絕緣層（材料： 厚可達(dá)幾十毫米的固體絕緣層，作用機(jī)理：覆在曲率半徑較小的電極上，降低這部分空間的

7、場(chǎng)強(qiáng)，且固體絕緣層的耐電強(qiáng)度也較高，不易造成局部放電，適用情況：不均勻電場(chǎng)中（變壓器高壓引線(xiàn)和屏蔽環(huán)、充油套管的導(dǎo)電桿包有絕緣層）：極間障（材料： 厚度為27mm的固體絕緣板，紙板、膠 紙、膠布層壓板，作用機(jī)理：能機(jī)械地阻隔雜質(zhì)小橋，改善電場(chǎng)分布，適用情況：不均勻電場(chǎng)中效果顯著，較均勻電場(chǎng)中也有效果）2. 在過(guò)電壓保護(hù)中對(duì)避雷器有哪些要求？這些要求是怎樣反映到閥式避雷器的電氣特性參數(shù)上來(lái)的？這些參數(shù)如何反映避雷器的性能優(yōu)越？試全面比較閥式避雷器與氧化鋅避雷器的性能。解：避雷器是限制過(guò)電壓從而使與之相并聯(lián)電氣設(shè)備絕緣免受過(guò)電壓作用的器件。對(duì)避雷器的第一個(gè)要求是能將過(guò)電壓限制到電氣設(shè)備絕緣耐受的數(shù)

8、值，這就要求避雷器的最大殘壓（殘壓為沖擊電壓作用下，流過(guò)避雷器的沖擊電流在避雷器上的壓降）應(yīng)低于設(shè)備絕緣的沖擊耐壓值。對(duì)于閥式避雷器還需要保證避雷器的伏秒特性（取決于放電間隙）與被保護(hù)設(shè)備絕緣的伏秒特性有正確的配合，以免發(fā)生電氣設(shè)備絕緣先于避雷器間隙放電前發(fā)生擊穿。避雷器僅滿(mǎn)足上述要求還是不夠的，對(duì)避雷器的第二個(gè)要求是應(yīng)在過(guò)電壓作用結(jié)束后，能迅速截?cái)嚯S后發(fā)生的工頻續(xù)流以不致于發(fā)生工頻短路引起跳閘而影響正常供電。閥式避雷器與氧化鋅避雷器利用閥片電阻在工頻電壓下電阻很大的非線(xiàn)性特性使工頻續(xù)流能在第一次過(guò)零時(shí)就切斷。對(duì)避雷器的第三個(gè)要求是避雷器（閥式和氧化鋅）還應(yīng)具有一定的通流以免發(fā)生熱過(guò)度而造成瓷

9、套爆裂。閥式避雷器與氧化鋅避雷器的工作原理相同，且都能避免在被保護(hù)設(shè)備上產(chǎn)生截波，但由于兩者采用的非線(xiàn)性閥片電阻材料不同，表征閥式避雷器與氧化鋅避雷器的電氣參數(shù)和性能有所不同。u 兩種避雷器的電氣參數(shù)有以下不同：1) 閥式避雷器沖擊放電電壓和殘壓（一般兩者數(shù)值相同）是衡量限制過(guò)電壓能力的參數(shù)，其數(shù)值越低對(duì)被保護(hù)設(shè)備絕緣越有利。滅弧電壓是保證避雷器可靠滅?。唇?cái)喙ゎl續(xù)流）的參數(shù)，避雷器安裝點(diǎn)可能出現(xiàn)的最高工頻電壓應(yīng)小于滅弧電壓。工頻放電電壓是保證閥式避雷器不在內(nèi)過(guò)電壓下動(dòng)作的參數(shù)。體現(xiàn)閥式避雷器保護(hù)性能與滅弧性能的綜合參數(shù)是保護(hù)比（殘壓與滅弧電壓之比）和切斷比（工頻放電電壓與滅弧電壓之比）。2

10、) 氧化鋅避雷器殘壓（雷電沖擊殘壓、操作沖擊殘壓、陡坡沖擊殘壓）是衡量氧化鋅避雷器對(duì)不同沖擊過(guò)電壓限壓能力的參數(shù)。持續(xù)運(yùn)行電壓和額定電壓是保證氧化鋅避雷器可靠運(yùn)行所允許的最大工頻持續(xù)電壓和最高工頻電壓（非持續(xù)性）。1mA下直流和工頻參考電壓是反應(yīng)氧化鋅避雷器熱穩(wěn)定性及壽命的參數(shù)。荷電率（持續(xù)運(yùn)行電壓峰值與參考電壓之比）是表征氧化鋅閥片電阻在運(yùn)行中承受電壓負(fù)荷的指標(biāo)。u 兩種避雷器的性能有以下不同：1) 保護(hù)性能。由于氧化鋅避雷器的發(fā)片電阻非線(xiàn)性更好以及一般沒(méi)有放電間隙，氧化鋅避雷器抑制過(guò)電壓的能力要比閥式避雷器好。2) 適用范圍。閥式避雷器閥片的通流容量較小。所以一般只適用于限制雷電過(guò)電壓以及

11、過(guò)電壓能量較小的內(nèi)部過(guò)電壓（如切空載變壓器過(guò)電壓），而氧化鋅避雷器不僅可限制雷電過(guò)電壓，由于閥片通流容量大，所以也可以用以限制內(nèi)部過(guò)電壓（如切合空載線(xiàn)路過(guò)電壓）；閥式避雷器動(dòng)作后工頻電弧的熄滅要依賴(lài)于工頻續(xù)流的過(guò)零，但在直流系統(tǒng)中無(wú)這種過(guò)零，所以閥式避雷器就不能用于直流系統(tǒng)，氧化鋅避雷器就不能用于直流系統(tǒng)，氧化鋅避雷器工頻續(xù)流的切斷是依靠閥片電阻優(yōu)良的非線(xiàn)性（在工頻電壓下電阻異常的大），所以可用于直流系統(tǒng)中。3) 運(yùn)行環(huán)境的影響作用。閥式避雷器有放電間隙，間隙放電電壓的分散性使閥式避雷器性能易受溫度、濕度、氣壓、污穢等環(huán)境條件的影響，而氧化鋅避雷器由于無(wú)放電間隙，所以不會(huì)受到這些運(yùn)行環(huán)境的影響

12、。4) 維護(hù)與監(jiān)測(cè)：氧化鋅避雷器維護(hù)簡(jiǎn)單，省去了放電間隙定期清理。氧化鋅避雷器具有各種優(yōu)點(diǎn)，但運(yùn)行過(guò)程中由于沒(méi)有放電間隙隔離工頻工作電壓而應(yīng)注意發(fā)片電阻的老化問(wèn)題，所以應(yīng)定期檢測(cè)氧化鋅避雷器的工頻泄漏電流，尤其是工頻泄漏電流中的阻性電流分量（其大小直接反映出閥片電阻的老化程度）3. 變壓器油中含有氣泡時(shí)，因其 er=1小于液體的er，使氣泡中的電場(chǎng)較油中的 大，而氣泡的 耐電強(qiáng)度（擊穿電壓）比油的耐電強(qiáng)度（擊穿電壓）小，故導(dǎo)致油間隙的擊穿電壓 下降。4. 請(qǐng)畫(huà)出正弦交變電場(chǎng)作用下電介質(zhì)的等效電路，為什么測(cè)量高壓電氣設(shè)備的絕緣電阻時(shí)，需要按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的時(shí)間下錄取，并同時(shí)記錄溫度？解：在正弦交變電場(chǎng)

13、作用下，電介質(zhì)的等效電路為Cg：代表介質(zhì)的幾何電容及無(wú)損極化過(guò)程，流過(guò)的電流ig ；Cp-Rp：代表有損極化電流支路，流過(guò)電流ip ； Rlk：代表電導(dǎo)電流支路，流過(guò)的電流為ilk。如絕緣良好，則Rlk和Rp的值都比較大，這就不僅使穩(wěn)定的絕緣電阻值（就是Rlk的值）較高，而且要經(jīng)過(guò)校長(zhǎng)的時(shí)間才能達(dá)到此穩(wěn)定值（因中間串聯(lián)支路的時(shí)間常數(shù)較大)。如絕緣受潮，或存在穿透性的導(dǎo)電通道，則不僅最后穩(wěn)定的絕緣電阻值Rlk很低，而且還會(huì)很快達(dá)到穩(wěn)定值。因此，用絕緣電阻隨時(shí)間變化的關(guān)系來(lái)反映絕緣的狀況。在測(cè)量中通常用記錄加壓60s時(shí)的絕緣電阻與加壓15s時(shí)的絕緣電阻。兩者的比值稱(chēng)為吸收比。電介質(zhì)絕緣的漏電導(dǎo)隨溫

14、度上升而增大，近似于指數(shù)關(guān)系（G0溫度為0的絕緣電導(dǎo)；Git為溫度為t的漏電導(dǎo)；a為溫度系數(shù)），因此在測(cè)量漏電導(dǎo)（絕緣電阻）時(shí)應(yīng)記錄當(dāng)時(shí)的溫度。并聯(lián)等值電路串等值電路 四、計(jì)算題（20%）如圖所示，Z =400W，l =120m，a=30kV/ms。今有一無(wú)限幅值的斜角波沿波阻抗為Z的導(dǎo)線(xiàn)向B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。若t=0時(shí)波到達(dá)A點(diǎn)，間隙JX在t=2.4ms時(shí)動(dòng)作，試求：1. JX的動(dòng)作電壓；2. B點(diǎn)的最大電壓；3. 導(dǎo)線(xiàn)上的電壓波形。解：（1）JX的動(dòng)作電壓；架空線(xiàn)t=2.4ms時(shí)，（2）B點(diǎn)的最大電壓；當(dāng),后，這就相當(dāng)于線(xiàn)路上有3個(gè)波，1）原來(lái)的入射波；2)從B點(diǎn)來(lái)的反射波；3）后，從A點(diǎn)向兩側(cè)的波。在A(yíng)點(diǎn)左側(cè)，到達(dá)的位置上，電壓為零。在A(yíng)右側(cè)，到達(dá)的位置上