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1、高电压技术第4章习题答案4-1测量绝缘电阻能发现哪些绝缘缺陷 ？试比拟它 与测量泄漏电流试验工程的异同。答：测量绝缘电阻能有效地发现以下缺陷：总体绝 缘质量欠佳；绝缘受潮；两极间有贯穿性的导电通道； 绝缘外表情况不良。测量绝缘电阻和测量泄露电流试验 工程的相同点：两者的原理和适用范围是一样的，不同 的是测量泄漏电流可使用较高的电压（10kV及以上），因 此能比测量绝缘电阻更有效地发现一些尚未完全贯穿的 集中性缺陷。4-2绝缘枯燥时和受潮后的吸收特性有什么不同？ 为什么测量吸收比能较好的判断绝缘是否受潮？答：绝缘枯燥时的吸收特性R- 2,而受潮后的吸收 R0特性2 1。如果测试品受潮，那么在测试
2、时，吸收电流 R0不仅在起始时就减少，同时衰减也非常快，吸收比的比 值会有明显不同，所以通过测量吸收比可以判断绝缘是 否受潮。4-3简述西林电桥的工作原理。为什么桥臂中的一 个要采用标准电容器？这一试验工程的测量准确度受到 哪些因素的影响？答：西林电桥是利用电桥平衡的原理，当流过电桥的电 流相等时，电流检流计指向零点，即没有电流通过电流检流计，此时电桥相对桥臂上的阻抗乘积值相等，通过 改变R和C来确定电桥的平衡以最终计算出 G和tan 3 , 采用标准电容器是因为计算被试品的电容需要多个值来 确定，如果定下桥臂的电容值，在计算出tan 6的情况下仅仅调节电阻值就可以最终确定被试品电容值的大 小
3、。这一试验工程的测量准确度受到以下因素的影响： 处于电磁场作用范围的电磁干扰、温度、试验电压、试 品电容量和试品外表泄露的影响。4-5什么是测量tan S的正接线和反接线？它们各适 用于什么场合？答：正接线是被试品G的两端均对地绝缘，连接电 源的高压端，而反接线是被试品接于电源的低压端。反 接线适用于被试品的一极固定接地时，而正接线适用于 其它情况。7-1为什么需要用波动过程研究电力系统中过电 压？答：实际电力系统采用三相交流或双极直流输电， 属于多导线线路，而且沿线路的电场、磁场和损耗情况 也不尽相同，因此所谓均匀无损单导线线路实际上是不 存在的。但为了揭示线路波过程的物理本质和根本规律，
4、可暂时忽略线路的电阻和电导损耗，假定沿线线路参数 处处相同，故首先研究均匀无损单导线中的波过程。7-2试分析波阻抗的物理意义及其与电阻之不同 点？答：分布参数线路的波阻抗与集中参数电路的电阻 虽然有相同的量纲，但物理意义上有着本质的不同：1波阻抗表示向同一方向传播的电压波和电流波 之间比值的大小；电磁被通过波阻抗为Z的无损线路时， 其能量以电磁能的形式储存于周围介质中.而不像通过 电阻那样被消耗掉。2为了区别不同方向的行波，Z的前面应有正负 号。3如果导线上有前行波，又有反行波，两波相遇 时，总电压和总电流的比值不再等于波阻抗，即4波阻抗的数值Z只与导线单位长度的电感L0 和电容Co有关，与线
5、路长度无关。7-3试分析直流电势 E合闸于有限长导线（长度为 l ,波阻为Z）的情况，末端对地接有电阻 R（如图7-24 所示）。假设直流电源内阻为零。解：1当R=Z时，没有反射电压波和反射电流波， 即加 0。那么末端与线路中间的电压相同， U2 Ui加u1f E,波形如下。图（1）末端接集中负载 R=Z时的电压波形当R时，根据折射和反射系数计算公式7-17，2.1,即末端电压U2=U2f=2E,反射电压U1b=E,线路中间;的电压U1 U1b U1f 2E,波形如下。图(2)末端开路时的电压波形当R=0时，根据折射和反射系数计算公式7-17,0,1,即线路末端电压 U2=u2f=0,反射电压
6、U1b=-E,ii1f o线路中间；的电压U1 U1b U1f 0。反射电流i1b=在反射波到达范围内，导线上各点电流为ii i“ ie 2*末 端的电流i2 ii等。图(31)末端接地时末端的电流波形图(3-2)末端接地时线路中间 -的电压波形27-4母线上接有波阻抗分别为 Z1、Z2、Z3的三条出 线，从Z1线路上传来幅值为E的无穷长直角电压波。 求出在线路Z3出现的折射波和在线路Z1上的反射波。解：当无穷长直角波Uf e沿线路Z1到达母线后，在 线路Z1上除u”、i1f外又会产生新的行波U1b、i%因此线路 上总的电压和电流为设线路Z2为无限长，或在线路Z2上未产生反射波 前，线路Z2上
7、只有前行波没有反行波，那么线路 Z2上 的电压和电流为同理，线路Z3上的电压和电流为然而母线上只能有一个电压电流，因此其左右两边的电压电流相等，即 将各乙，V乙，U1U2 U3 i i i2 i3 ,因此有曳Z3,.Z1, Uif E代入上式得, 13 fi 1b线路Z3出现的折射波线路Z1出现的反射波7-6波在传播中的衰减与畸变的主要原因？说明冲 击电晕对雷电波波形影响的原因？答：波的衰减和变形受到以下因素的影响：1线路电阻和绝缘电导的影响实际输电线路并不满足无变形条件式7-28，因此波在传播过程中不仅会衰减，同时还会变形。此外由 于集肤效应，导线电阻随着频率的增加而增加。任意波 形的电磁波
8、可以分解成为不同频率的分量，因为各种频 率下的电阻不同，波的衰减程度不同，所以也会引起波 传播过程中的变形。2冲击电晕的影响由于电晕要消耗能量，消耗能量的大小又与电压的 瞬时值有关，故将使行波发生衰减的同时伴随有波形的 畸变。冲击电晕对雷电波波形影响的原因：雷电冲击波的幅值很高，在导线上将产生强烈的冲 击电晕。研究说明，值因；而且与电压陡度的关系非常小。 由此可以认为，在不是非常陡峭的波头范围内，冲击电 晕的开展主要只与电压的瞬时值有关。但是不同的极性 对冲击电晕的开展有显著的影响。当产生正极性冲击电 晕时，电子在电场作用下迅速移向导线，正空间电荷加 强距离导线较远处的电场强度，有利于电晕的进
9、一步开 展；电晕外观是从导线向外引出数量较多较长的细丝。 当产生负极性电晕时，正空间电荷的移动不大，它的存 在减弱了距导线较远处的电场强度.使电晕不易开展； 电晕外观上是较为完整的光圈。由于负极性电晕开展较 弱，而雷电大局部是负极性的，所以在过电压计算中常 以负极性电晕作为计算的依据。7-7当冲击电压作用于变压器绕组时，在变压器绕 组内将出现振荡过程，试分析出现振荡的根本原因，并 由此分析冲击电压波形对振荡的影响。答：出现振荡的根本原因：由于变压器的稳态电位 分布与起始电位分布不同，因此从起始分布到稳态分布, 其间必有一个过渡过程。而且由于绕组电感和电容之间 的能量转换，使过渡过程具有振荡性质
10、。冲击电压波形对振荡的影响：变压器绕组的振荡过 程，与作用在绕组上的冲击电压波形有关。波头陡度愈 大，振荡愈剧烈；陡度愈小，由于电感分流的影响，起 始分布与稳态分布愈接近，振荡就会愈缓和，因而绕组 各点的对地电位和电位梯度的最大值也将降低。此外波 尾也有影响，在短波作用下，振荡过程尚未充分激发起 来时，外加电压已经大大衰减，故使绕组各点的对地电 位和电位梯度也较低。7-8说明为什么需要限制旋转电机的侵入波陡度答：在直接与电网架空线连接方式下，雷电产生的 冲击电压直接从线路传到电机，对电机的危害性很大， 需采取限制侵入波陡度的保护措施，使得侵入电机的冲 击电压的波头较平缓，匝间电容的作用也就相应
11、减弱。8-3雷电过电压是如何形成的？答：雷电过电压的形成包括以下几种情况。1直击雷过电压a.雷直击于地面上接地良好的物体图 8-3时， 流过雷击点A的电流即为雷电流io采用电流源彼德逊 等值电路，那么雷电流沿雷道波阻抗z。下来的雷电入射波的幅值10=1/2 , A 点的电压幅值Ua ir,ob.雷直击于输电线路的导线图 8-4时，电流波 向线路的两侧流动，如果电流电压均以幅值表示，那么导线被击点A的过电压幅值为2感应雷过电压雷云对地放电过程中，放电通道周围空间电磁场急剧变化，会在附近线路的导线上产生过电压图 8-5。在雷云放电的先导阶段，先导通道中充满了电荷，如图8-5a所示，这些电荷对导线产
12、生静电感应，在负先 导附近的导线上积累了异号的正束缚电荷，而导线上的 负电荷那么被排斥到导线的远端。因为先导放电的速度 很慢，所以导线上电荷的运动也很慢，由此引起的导线中的电流很小，同时由于导线对地泄漏电导的存在，导 线电位将与远离雷云处的导线电位相同。领先导到达附 近地面时，主放电开始，先导通道中的电荷被中和，与 之相应的导线上的束缚电荷得到解放，以波的形式向导 线两侧运动，如图8-5b所示。电荷流动形成的电流 i乘以导线的波阻抗z即为两侧流动的静电感应过电压波U iZ。8-5设某变电所的四支等高避雷针，高度为 25m 布置在边长为42m的正方形的四个顶点上，试绘出高度 为11m的被保护设备
13、，试求被保护物高度的最小保护宽 度。解：略8-9试述金属氧化锌避雷器的特性和各项参数的意 义。答：金属氧化物避雷器电气特性的根本技术指标：1）额定电压一一避雷器两端允许施加的最大工 频电压有效值，与热负载有关，是决定避雷器各种特性 的基准参数。12）最大持续运行电压一一允许持续加在避雷器 两端的最大工频电压有效值，决定了避雷器长期工作的 老化性能。3）参考电压一一避雷器通过lmA工频电流阻性 分量峰值或者lmA直流电流时，其两端之间的工频电压 峰值或直流电压，通常用 U1mA表示。从该电压开始， 电流将随电压的升高而迅速增大，并起限制过电压作用。 因此又称起始动作电压，也称转折电压或拐点电压4
14、）残压一一放电电流通过避雷器时两端出现的 电压峰值。包括三种放电电流波形下的残压，避雷器的 保护水平是三者残压的组合。5通流容量一一表示阀片耐受通过电流的能力。6压比MOA通过波形为8/20 s的标称冲 击放电电流时的残压与其参考电压之比。压比越小，表 示非线性越好，通过冲击放电电流时的残压越低，避雷 器的保护性能越好。7电率一一MOA的最大持续运行电压峰值与 直流参考电压的比值。荷电率愈高，说明避雷器稳定性 能愈好，耐老化，能在靠近“转折点长期工作。8保护比一一标称放电电流下的残压与最大持续 运行电压峰值的比值或压比与荷电率之比。 保护比越小， MOA的保护性能越好。8-21什么是接地？接地
15、有哪些类型？各有何用 途？残：接地一一指将电力系统中电气装置和设施的某 些导电局部，经接地线连接至接地极。埋入地中并直接 与大地接触的金属导体称为接地极，电气装置、设施的 接地端子与接地极连接用的金属导电局部称为接地线。接地按用途可分为：1工作接地一一为运行需要所设的接地， 如中性 点直接接地、中性点经消弧线圈、电阻接地；2保护接地一一电气装置的金属外壳、 配电装置 的构架和线路杆塔等，由于绝缘损坏有可能带电，为防 止其危及人身和设备的平安而设的接地；3防雷接地一一为雷电保护装置避雷针、避雷 线和避雷器等向大地泄放雷电流而设的接地；4静电接地一一为防止静电对易燃油、 天然气贮 罐、氢气贮罐和管道等的危险作用而设的接地。8-22什么是接地电阻，接触电压和跨步电压？答：接地装置对地电位u与通过接地极流入地中电 流i的比值称为接地电阻。人在地面上离设备水平距离为处于设备外壳、架构 或墙壁离地面的垂直距离处两点间的电位差，称为接触 电位差，即接触电压Uto当人在分布电位区域内跨开一步，两脚间水平距 离的电位差，称为跨步电位差，即跨步电压Us。