高電壓技術(shù)(周澤存)課后作業(yè)與解答

極化種類產(chǎn)生場(chǎng)合所需時(shí)間能量損耗產(chǎn)生原因電子式極化任何電介質(zhì)無束縛電子運(yùn)動(dòng)軌道偏移離子式極化離子式電介質(zhì)幾乎沒有離子的相對(duì)偏移轉(zhuǎn)向極化極性電介質(zhì)有偶極子的定向排列空間電荷極化多層介質(zhì)交界面10-2s～數(shù)分鐘有自由電荷的移動(dòng)離子式結(jié)構(gòu)化合物，出現(xiàn)外電場(chǎng)后，正負(fù)離子將發(fā)生方向相反的偏移，使平均偶極距不再為零，電介質(zhì)對(duì)外呈現(xiàn)出極性，這種由離子的位移造成的極化稱為離子式極化。極性化合物的每個(gè)極性分子都是一個(gè)偶極子，在電場(chǎng)作用下，原先排列雜亂的偶極子將沿電場(chǎng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，整個(gè)電介質(zhì)的偶極矩不再為零，對(duì)外呈現(xiàn)出極性，這種由偶極子轉(zhuǎn)向造成的極化稱為偶極子式極化。在電場(chǎng)作用下，帶電質(zhì)點(diǎn)在電介質(zhì)中移動(dòng)時(shí)，可能被晶格缺陷捕獲或在兩層介質(zhì)的界面上堆積，造成電荷在介質(zhì)空間中新的分布，從而產(chǎn)生電矩，這就是空間電荷極化。解答：由于介質(zhì)夾層極化，通常電氣設(shè)備含多層介質(zhì)，直流充電時(shí)由于空間電荷極化作用，電荷在介質(zhì)夾層界面上堆積，初始狀態(tài)時(shí)電容電荷與最終狀態(tài)時(shí)不一致；接地放電時(shí)由于設(shè)備電容較大且設(shè)備的絕緣電阻也較大則放電時(shí)間常數(shù)較大(電容較大導(dǎo)致不同介質(zhì)所帶電荷量差別大，絕緣電阻大導(dǎo)致流過的電流小，界面上電荷的釋放靠電流完成),放電速度較慢故放電時(shí)間要長(zhǎng)達(dá)5～10min。補(bǔ)充：1、畫出電介質(zhì)的等效電路(非簡(jiǎn)化的)及其向量圖，說明電路中各元件的含義，指出介質(zhì)損失角。EE電流密度和場(chǎng)強(qiáng)相量和無功分量Ip?；鸬碾娏髅芏龋蔁o功部分Jpe和有功部分Jpr組成。容性電流J。與總電容電流密度向量J之間的夾角為δ,稱為介質(zhì)損耗角。介質(zhì)損耗角簡(jiǎn)稱介損角δ,為電介質(zhì)電流的相角領(lǐng)先電壓相角的余角，功率因素角φ的余角，其正切tgδ稱為介質(zhì)損耗因素，常用%表示，為總的有功電流密度與總無功電流密度之比。解答：湯遜理論認(rèn)為電子崩向陽極不斷發(fā)展，崩中的正離子撞擊陰極也產(chǎn)生自由電子。自由電子的撞擊電離和正離子撞擊陰極表面的電離的放電產(chǎn)生和發(fā)展的原因。流注理論認(rèn)為電子崩發(fā)展使崩頭和崩尾場(chǎng)強(qiáng)增加而崩內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)減少，有利于崩內(nèi)發(fā)生復(fù)合產(chǎn)生大量的光子，而光子又產(chǎn)生光電離，光子產(chǎn)生的電子也產(chǎn)生二次電子崩迅速匯入到主崩，以等離子體的形式向陰極發(fā)展就形成了流注。相同點(diǎn)：兩者產(chǎn)生和發(fā)展都需要碰撞電離和電子崩。相異點(diǎn)：湯遜理論主要考慮了電子的碰撞電離和正離子撞擊陰極表面的電離；流柱理論主要考慮了電子的碰撞電離、空間電荷對(duì)電場(chǎng)畸變的影響和空間光電離。補(bǔ)充：1、說明巴申定律的實(shí)驗(yàn)曲線的物理意義是什么?其物理意義在于：在均勻的電場(chǎng)中，擊穿電壓U,是氣體的相對(duì)密度δ、極間距離S乘積的函數(shù)，只要δ·S其原因可解釋如下：假設(shè)S保持不變，當(dāng)氣體密度δ增大時(shí)，電子的平均自由行程縮短了，相鄰兩次碰撞之間，電子積聚到足夠動(dòng)能的幾率減小了，故U,必然增大。反之當(dāng)δ減小時(shí)，電子在碰撞前積聚到足夠動(dòng)能的幾率雖然增大總有一個(gè)δ值對(duì)造成撞擊游離最有利，此時(shí)U,最小。同樣，可假設(shè)δ保持不變，S值增大時(shí)，欲得一定的場(chǎng)強(qiáng)，電壓2、什么叫“污閃”?發(fā)生污閃的最不利的大氣條件是什么?列舉提高污閃電壓的措施。解答：絕緣子上有污穢且在毛毛雨、霧、露、雪等不利天氣下發(fā)生的閃絡(luò)稱為污閃。爬電比距：外絕緣“相一地”之間的爬電距離(cm)與系統(tǒng)最高工作(線)電壓(kV,有效值)之比。將爬距調(diào)大可以減少污閃事故的發(fā)生。可以通過增加絕緣子的片數(shù)和改變絕緣子的類型。涂憎水性涂料，如硅油或硅脂，近年來常采用室溫化硅橡膠(RTV)涂料。表面有電導(dǎo)電流流過，產(chǎn)生熱量使污層不易吸潮。5、新型合成絕緣子3、電暈產(chǎn)生的物理機(jī)理是什么?它有哪些有害影響?試列舉工程上各種防暈措施的實(shí)例。解答：電暈放電是極不均勻電場(chǎng)中的一種自持放電現(xiàn)象，在極不均勻電場(chǎng)中，在氣體間隙還沒有擊穿之前，在電極曲率較大的附近的空間的局部的場(chǎng)強(qiáng)已經(jīng)很大了，從而在這局部強(qiáng)場(chǎng)中產(chǎn)生強(qiáng)烈的電離，但離電極稍遠(yuǎn)處場(chǎng)強(qiáng)已大為減弱，故此電離區(qū)域不能擴(kuò)展到很大，只能在電極的表面產(chǎn)生放電的現(xiàn)象。1)伴隨著游離、復(fù)合、激勵(lì)、反激勵(lì)等過程而有聲、光、熱等效應(yīng)，發(fā)出“咝咝”的聲音，藍(lán)色的暈光以及使周2)在尖端或電極的某些突出處，電子和離于在局部強(qiáng)場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下高速運(yùn)動(dòng)，與氣體分子交換動(dòng)量，形成“電風(fēng)”。當(dāng)電極固定得剛性不夠時(shí)，氣體對(duì)“電風(fēng)”的反作用力會(huì)使電暈極振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。4)電暈產(chǎn)生的化學(xué)反映產(chǎn)物具有強(qiáng)烈的氧化和腐蝕作用，所以，電暈是促使有機(jī)絕緣老化的重要因素。5)電暈還可能產(chǎn)生超過環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的噪聲，對(duì)人們會(huì)造成生理、心理的影響。6)電暈放電，會(huì)有能量損耗。減少電暈放電的根本措施在于降低電極表面的場(chǎng)強(qiáng)，具體的措施有：改進(jìn)電極形狀、增大電極的曲率半徑，采用1)機(jī)理當(dāng)棒極為正時(shí)，電子崩從棒極開始發(fā)展(因?yàn)榇颂幍碾妶?chǎng)強(qiáng)度較高),電子迅速進(jìn)入陽極(棒極),離子運(yùn)動(dòng)速度慢，棒極前方的空間中留下了正離子，使電場(chǎng)發(fā)生了畸變，見趙智大，p18、圖1-12,使接近棒極的電場(chǎng)減弱、前方電場(chǎng)增強(qiáng)，因此，正極性時(shí)放電產(chǎn)生困難但發(fā)展比較容易，擊穿電壓較低(起暈電壓高，擊穿電壓低)。當(dāng)棒極為負(fù)時(shí)，電子崩仍然從棒極(因?yàn)榇颂幍碾妶?chǎng)強(qiáng)度較高),電子向陽極(板極擴(kuò)散),離子相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較慢，畸變了電場(chǎng)，見趙智大，p18,圖1-13,使接近棒極的電場(chǎng)增強(qiáng)，前方電場(chǎng)減弱，因此，負(fù)極性時(shí)放電產(chǎn)生容易但發(fā)展比較困難，擊穿電壓較高(起暈電壓低，擊穿電壓高)。正極性時(shí)放電產(chǎn)生困難但發(fā)展比較容易，擊穿電壓較低。負(fù)極性時(shí)放電產(chǎn)生容易但發(fā)展比較困難，擊穿電壓較高。對(duì)于極不均勻電場(chǎng)在加交流電壓在緩慢升高電壓的情況下，擊穿通常發(fā)生在間隙為正極性時(shí)。解答：工程上常用在同一波形，不同幅值的沖擊電壓作用下，氣隙的最大擊穿電壓和放電時(shí)間的關(guān)系稱為該氣隙的伏秒特性，表示該氣隙伏秒特性的曲線，稱為伏秒特性曲線。伏秒特性曲線在工程上有很重要的應(yīng)用，是防雷設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)保護(hù)設(shè)備和被保護(hù)設(shè)備的絕緣配合的依據(jù)。例如：在上圖中需要用保護(hù)間隙來保護(hù)變壓器免于遭受雷擊，設(shè)保護(hù)間隙和變壓器的伏秒特性曲線分別為S?和S?,則需要S?的伏秒特性曲線一直在S?的下方，如下圖所示，這樣不管在什么樣的雷電波的侵襲下，保護(hù)間隙總先于t1)改善電場(chǎng)分布一般說來，電場(chǎng)分布越均勻，氣隙的擊穿電壓就越高。故如能適當(dāng)?shù)馗倪M(jìn)電極形狀、增大電極的曲率半徑，改善電場(chǎng)分布，就能提高氣隙的擊穿電壓；利用電暈提高擊穿電壓；利用屏障提高擊穿電壓。2)采用高度真空從氣體撞擊游離的理論可知，將氣隙抽成高度的真空能抑制撞擊游離的發(fā)展，提高氣隙的擊穿電壓。3)增高氣壓增高氣體的壓力可以減小電子的平均自由行程，阻礙撞擊游離的發(fā)展，從而提高氣隙的擊穿電壓。4)采用高耐電強(qiáng)度氣體鹵族元素的氣體：六氟化硫(SF?)、氟里昂(CCl?F?)等耐電強(qiáng)度比氣體高的多，采用該氣體或在其他氣體中混入一定比例的這類氣體，可以大大提高擊穿電壓。道；(4)絕緣表面情況不良(比較有無屏蔽)。不能發(fā)現(xiàn)的缺陷：(1)局部缺陷；(2)老化(絕緣老化以后其電阻可能還很高)。因此加的電壓比設(shè)備實(shí)際運(yùn)行電壓低故當(dāng)絕緣嚴(yán)重下降時(shí)效果較好否則差，適合于絕緣狀態(tài)的初步診斷。需要注意表面泄漏電流對(duì)絕緣電阻測(cè)量的影響。測(cè)定泄漏電流可檢查出的缺陷除絕緣電阻能測(cè)定的除外還包括一些兆歐表所不能發(fā)現(xiàn)的缺陷。需要注意表面泄漏電流對(duì)絕緣電阻測(cè)量的影響。(1)受潮：電導(dǎo)增加，損耗增加，介損增大。(2)穿透性導(dǎo)電通道，電流增加，介損增大。(3)絕緣內(nèi)含氣泡的電離，絕緣分層、脫殼，放電消耗能量，介損增大。(4)絕緣老化劣化，繞組上附積油泥；(5)絕緣油臟污、劣化等。但對(duì)下列故障的效果較差(1)非穿透性的局部損壞，損耗增加不大，介損變化不大。(2)很小部分絕緣的老化和劣化，損耗增加不大，介損變化不大。(3)個(gè)別的絕緣弱點(diǎn)，損耗增加不大，介損變化不大。測(cè)量結(jié)果容易受外界條件影響，包括1)外界電磁場(chǎng)的干擾影響；2)溫度的影響；3)試驗(yàn)電壓的影響；4)試品電容量的影響；5)試品表面泄漏的影響。第七章P240-241:7-1解答：波阻抗表示分布參數(shù)線路中前行電壓波與前行電流波的比值；反行電壓波與反行電流波比值的相反數(shù)；計(jì)W2kmF數(shù)，沒有長(zhǎng)度概念，而電阻不是；(2)波阻抗吸收的功率一電磁能的形式存儲(chǔ)在導(dǎo)線周圍的媒介中，并沒有消耗；而電阻吸收的功率和能量均轉(zhuǎn)化為熱能了。第八章8—3解答：非線性特性伏安特性如下：u=Ci?式中a=0.01～0.04,遠(yuǎn)小于S;C的。與傳統(tǒng)的S;C避雷器相比的優(yōu)點(diǎn)：1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、體積小、耐污性能好：由于優(yōu)異的非線形性能，在相同電壓作用下S;C避雷器流過電流較大需要串聯(lián)火花間隙，但ZnO避雷器流過電流小省去了串聯(lián)火花間隙，2)保護(hù)性能優(yōu)越：有很好的非線性伏安特性，可以進(jìn)一步降低被保護(hù)設(shè)備的絕緣水平；沒有保護(hù)間隙，有良好的3)無續(xù)流(正常電壓作用下電阻大電流小為微安級(jí)，可以認(rèn)為無續(xù)流)、無需吸收續(xù)流能量，動(dòng)作負(fù)載輕、能重復(fù)動(dòng)作實(shí)施保護(hù)。4)通流容量大，能制成重載避雷器。第九章補(bǔ)充：1、①說明避雷線的作用。②為什么降低接地電阻、架設(shè)耦合地線可以降低線路的雷擊掉閘率，后者用于什么情況?解答：①吸引雷擊于避雷線而避免導(dǎo)線直接受雷擊，耦合作用降低導(dǎo)線上承受過電壓。②降低接地電阻可以提高線路的耐雷水平，減少線路的雷擊跳匝率。架設(shè)耦合地線具有一定的分流作用和增大導(dǎo)地線之間的耦合系數(shù)，可以減少線路承受的過電壓從而提高雷擊跳匝率。后者用于降低桿塔接地電阻有困難的情況。2、綜述輸電線路的防雷措施。一、避雷線(架空地線)沿全線裝設(shè)避雷線是目前為止110kV及其以上架空線最重要和最有效的防雷措施。35kV及以下一般不全線架設(shè)避雷線，因?yàn)槠浣^緣水平較低，即使增加絕緣水平仍很難防止直擊雷，可以靠增加絕緣水平使線路在短時(shí)間故障情況運(yùn)行，主要靠消弧線圈和自動(dòng)重合閘裝置。二、降低桿塔接地電阻這是提高線路耐雷水平和減少反擊概率的主要措施，措施有采用多根放射狀水平接地體、連續(xù)身長(zhǎng)接地體、長(zhǎng)效三、加強(qiáng)線路的絕緣例如增加絕緣子的片數(shù)、改用大爬距懸式絕緣子、增大塔頭空氣距離。在實(shí)施上有很大的難度，一般為提高線路的耐雷水平，均優(yōu)先采用降低桿塔接地電阻的方法。在導(dǎo)線的下方加裝一條耦合地線，具有一定的分流作用和增大導(dǎo)地線之間的耦合系數(shù)，可提高線路的耐雷水平和降低雷擊跳閘率。能使雷電過電壓所引起的一相對(duì)地沖擊閃絡(luò)不轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的工頻電弧，即大大減少建弧率和斷路器的跳閘次數(shù)。不作密集安裝，僅用作線路上雷電過電壓特別大或絕緣薄弱點(diǎn)的防雷保護(hù)。能免除線路的沖擊閃絡(luò)，使建弧率降七、不平衡絕緣為了避免線路落雷時(shí)雙回路同時(shí)閃絡(luò)跳閘而造成的完全停電的嚴(yán)重局面，當(dāng)采用通常的防雷措施都不能滿足要求時(shí)在雷擊線路時(shí)絕緣水平較低的線路首先跳閘，保護(hù)了其它線路。八、自動(dòng)重合閘由于線路絕緣具有自恢復(fù)功能，大多數(shù)雷擊造成的沖擊閃絡(luò)和工頻電弧在線路跳閘后能迅速去電離，線路絕緣不會(huì)發(fā)生永久性的損壞和劣化，自動(dòng)重合閘的效果很好。第十章解答：100kV及以上絕緣水平較高，避雷針可以裝設(shè)在架構(gòu)上，但變壓器絕緣水平較低，變壓器門形架構(gòu)上不應(yīng)裝設(shè)避雷針。絕緣水平為35kV及以下的配電裝置來說，雷擊架構(gòu)避雷針時(shí)很容易導(dǎo)致絕緣的逆閃絡(luò)(反擊),顯然不允許。解答：由于避雷器動(dòng)作后產(chǎn)生的負(fù)電壓波在避雷器與變壓器之間多次折反射引起的。變壓器上電壓高于避雷器殘壓的原因是變壓器距避雷器有一定的距離，避雷器擊穿時(shí)刻剛過避雷器的電壓也要經(jīng)過變壓器產(chǎn)生全反射，入射電壓十全反射電壓大于避雷器殘壓。補(bǔ)充：1、請(qǐng)畫出一