1、一、填空題（40%）1. 電介質(zhì)的極化有四種基本類型，其中在電場作用下所有電介質(zhì)中都存在的極化類型是電子位移極化；由離子結(jié)合成的電介質(zhì)在電場作用下還存在離子位移極化；只在極性電介質(zhì)中存在的極化類型稱為(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)點形成電矩的極化現(xiàn)象稱為夾層介質(zhì)界面極化（空間電荷極化）。2. 對于具有相同極間距（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(1).正棒-負板,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)生電場加強了朝向板極的電場，有利于流注發(fā)展，故降低了擊穿電壓(2).負棒-正板,分析： a.捧附近正空間電荷產(chǎn)生附加電場加強了朝向棒端的電場強度，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)生的附加電場與原電場方向相反，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-負板   負捧-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)導致?lián)舸┑碾妷?，工程上以此來反映間隙的耐受沖擊電壓的特性。7. 絕緣電阻試驗不能發(fā)現(xiàn)設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)部有集中性導電通道，或絕緣嚴重受潮電阻R1 、R2顯著降低、泄漏電流大大增加，時間常數(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中的一個數(shù)值降低時間常數(shù)t 也會大為減小吸收電流仍會迅速衰減.測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電通道(4)絕緣表面情況不良（比較有或無屏蔽極時所測得的值即可知二、問答題（40%）1. 變壓器油受潮及混入雜質(zhì)時，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))電場力的作用下，在電場方向定向，并逐漸沿電力線方向排列成雜質(zhì)的“小橋;水分及纖維(雜質(zhì))等的電導大，引起泄漏電流增大、發(fā)熱增多，促使水分汽化、氣泡擴大: 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，可以看成雜質(zhì)與油間隙的串聯(lián)，因為場強的分布與介質(zhì)的介電常數(shù)成反比，氣泡er=1

6、，小于液體的er ，承擔比液體更高的場強，而氣體耐電強度卻低，因此，氣泡先行電離，當電離的氣泡在電場中堆積成氣體通道，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)（過濾：除去纖維、水分、有機酸，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，電場越均勻，電壓作用 時間越長，則覆蓋層的效果越顯著）；絕緣層（材料： 厚可達幾十毫米的固體絕緣層，作用機理：覆在曲率半徑較小的電極上，降低這部分空間的

7、場強，且固體絕緣層的耐電強度也較高，不易造成局部放電，適用情況：不均勻電場中（變壓器高壓引線和屏蔽環(huán)、充油套管的導電桿包有絕緣層）：極間障（材料： 厚度為27mm的固體絕緣板，紙板、膠 紙、膠布層壓板，作用機理：能機械地阻隔雜質(zhì)小橋，改善電場分布，適用情況：不均勻電場中效果顯著，較均勻電場中也有效果）2. 在過電壓保護中對避雷器有哪些要求？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：避雷器是限制過電壓從而使與之相并聯(lián)電氣設備絕緣免受過電壓作用的器件。對避雷器的第一個要求是能將過電壓限制到電氣設備絕緣耐受的數(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，流過避雷器的沖擊電流在避雷器上的壓降）應低于設備絕緣的沖擊耐壓值。對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）與被保護設備絕緣的伏秒特性有正確的配合，以免發(fā)生電氣設備絕緣先于避雷器間隙放電前發(fā)生擊穿。避雷器僅滿足上述要求還是不夠的，對避雷器的第二個要求是應在過電壓作用結(jié)束后，能迅速截斷隨后發(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性特性使工頻續(xù)流能在第一次過零時就切斷。對避雷器的第三個要求是避雷器（閥式和氧化鋅）還應具有一定的通流以免發(fā)生熱過度而造成瓷

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設備上產(chǎn)生截波，但由于兩者采用的非線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）是衡量限制過電壓能力的參數(shù)，其數(shù)值越低對被保護設備絕緣越有利。滅弧電壓是保證避雷器可靠滅?。唇財喙ゎl續(xù)流）的參數(shù)，避雷器安裝點可能出現(xiàn)的最高工頻電壓應小于滅弧電壓。工頻放電電壓是保證閥式避雷器不在內(nèi)過電壓下動作的參數(shù)。體現(xiàn)閥式避雷器保護性能與滅弧性能的綜合參數(shù)是保護比（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不同沖擊過電壓限壓能力的參數(shù)。持續(xù)運行電壓和額定電壓是保證氧化鋅避雷器可靠運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)運行電壓峰值與參考電壓之比）是表征氧化鋅閥片電阻在運行中承受電壓負荷的指標。u 兩種避雷器的性能有以下不同：1) 保護性能。由于氧化鋅避雷器的發(fā)片電阻非線性更好以及一般沒有放電間隙，氧化鋅避雷器抑制過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電壓以及

11、過電壓能量較小的內(nèi)部過電壓（如切空載變壓器過電壓），而氧化鋅避雷器不僅可限制雷電過電壓，由于閥片通流容量大，所以也可以用以限制內(nèi)部過電壓（如切合空載線路過電壓）；閥式避雷器動作后工頻電弧的熄滅要依賴于工頻續(xù)流的過零，但在直流系統(tǒng)中無這種過零，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放電間隙，所以不會受到這些運行環(huán)境的影響

12、。4) 維護與監(jiān)測：氧化鋅避雷器維護簡單，省去了放電間隙定期清理。氧化鋅避雷器具有各種優(yōu)點，但運行過程中由于沒有放電間隙隔離工頻工作電壓而應注意發(fā)片電阻的老化問題，所以應定期檢測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，因其 er=1小于液體的er，使氣泡中的電場較油中的 大，而氣泡的 耐電強度（擊穿電壓）比油的耐電強度（擊穿電壓）小，故導致油間隙的擊穿電壓 下降。4. 請畫出正弦交變電場作用下電介質(zhì)的等效電路，為什么測量高壓電氣設備的絕緣電阻時，需要按標準規(guī)范的時間下錄取，并同時記錄溫度？解：在正弦交變電場

13、作用下，電介質(zhì)的等效電路為Cg：代表介質(zhì)的幾何電容及無損極化過程，流過的電流ig ；Cp-Rp：代表有損極化電流支路，流過電流ip ； Rlk：代表電導電流支路，流過的電流為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)過校長的時間才能達到此穩(wěn)定值（因中間串聯(lián)支路的時間常數(shù)較大)。如絕緣受潮，或存在穿透性的導電通道，則不僅最后穩(wěn)定的絕緣電阻值Rlk很低，而且還會很快達到穩(wěn)定值。因此，用絕緣電阻隨時間變化的關(guān)系來反映絕緣的狀況。在測量中通常用記錄加壓60s時的絕緣電阻與加壓15s時的絕緣電阻。兩者的比值稱為吸收比。電介質(zhì)絕緣的漏電導隨溫

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；Git為溫度為t的漏電導；a為溫度系數(shù)），因此在測量漏電導（絕緣電阻）時應記錄當時的溫度。并聯(lián)等值電路串等值電路 四、計算題（20%）如圖所示，Z =400W，l =120m，a=30kV/ms。今有一無限幅值的斜角波沿波阻抗為Z的導線向B點運動。若t=0時波到達A點，間隙JX在t=2.4ms時動作，試求：1. JX的動作電壓；2. B點的最大電壓；3. 導線上的電壓波形。解：（1）JX的動作電壓；架空線t=2.4ms時，（2）B點的最大電壓；當,后，這就相當于線路上有3個波，1）原來的入射波；2)從B點來的反射波；3）后，從A點向兩側(cè)的波。在A點左側(cè)，到達的位置上，電壓為零。在A右側(cè)，到達的位置上