高電壓工程基礎(chǔ)第06章習(xí)題答案

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第6章 習(xí)題6.1 試列表比較電介質(zhì)的各種極化現(xiàn)象的性質(zhì)。極化方式現(xiàn)象電子式極化存在一切介質(zhì)中。（1）形成極化所需時(shí)間極短（因電子質(zhì)量極小），約,故其 不隨頻率變化；（2）它具有彈性，當(dāng)外電場(chǎng)去掉后，依靠正、負(fù)電荷間的吸引力，作用中心會(huì)馬上重合而呈現(xiàn)非極性，所以這種極化沒(méi)有損耗；（3）溫度對(duì)極化程度影響不大，具有不大的負(fù)的溫度系數(shù)。離子式極化存在離子結(jié)構(gòu)中。（1）建立極化時(shí)間短，約；（2）極化程度隨溫度增加略有增加，一般其具有正的溫度系數(shù)；（3）幾乎沒(méi)有能量損耗。偶極子式極化存在于極性介質(zhì)中。（1）偶極子極化是非彈性的，極化時(shí)消耗的電場(chǎng)能量在復(fù)原時(shí)不可能收回；（2）極

2、化時(shí)間較長(zhǎng)，約。極化程度與電源頻率f有關(guān)，f變高，偶極子來(lái)不及轉(zhuǎn)向，極化率減小；（3）隨溫度的增加極化程度先增加后降低。 夾層介質(zhì)界面極化存在由幾種不同介質(zhì)組成的絕緣體或介質(zhì)不均勻的絕緣中。（1）在工頻或低頻時(shí)，夾層的存在使整個(gè)介質(zhì)的等值電容增大，損耗也增大?？臻g電荷極化介質(zhì)內(nèi)的正、負(fù)自由離子在電場(chǎng)的作用下改變分布狀況時(shí)，將在電極附近形成空間電荷極化。它是緩慢進(jìn)行的，只有在低頻或超低頻的交變電壓下，才有可能發(fā)生這種極化現(xiàn)象6.2 極性液體或固體極性電介質(zhì)的介電常數(shù)與溫度、電壓頻率的關(guān)系如何？為什么？答：極性液體介電常數(shù)在溫度不變時(shí)，隨電壓頻率的增大而減小，然后趨于某一個(gè)值。當(dāng)頻率很低時(shí)，偶極子

3、來(lái)得及跟隨電場(chǎng)交變轉(zhuǎn)向，介電常數(shù)較大，當(dāng)頻率接近于某一值時(shí)，極性分子的轉(zhuǎn)向已經(jīng)跟不上電場(chǎng)的變化，介電常數(shù)就開(kāi)始減小。溫度過(guò)低時(shí)，由于分子間聯(lián)系緊密（例如液體介質(zhì)的黏度很大），分子難以轉(zhuǎn)向，所以也變?。ㄖ挥须娮邮綐O化）。所以極性液體、固體介質(zhì)的在低溫下先隨溫度的升高而增加，以后當(dāng)熱運(yùn)動(dòng)變得較強(qiáng)烈時(shí)，又隨溫度上升而減小。6.3 固體電介質(zhì)的電導(dǎo)和哪些因素有關(guān)，簡(jiǎn)述其原因。答：在固體電介質(zhì)上施加電壓時(shí)，介質(zhì)內(nèi)有電流流過(guò)，并隨外加電壓的增加而增加，當(dāng)電壓很高時(shí)，電流急劇增加直至絕緣擊穿。以聚酯薄膜為例，在均勻電場(chǎng)中電流-電壓特性如右圖。可分為三個(gè)區(qū)域，區(qū)域a為低電場(chǎng)電導(dǎo)區(qū)，區(qū)域b、c為高電場(chǎng)電導(dǎo)區(qū)。與

4、氣體，液體介質(zhì)相比，無(wú)明顯的飽和區(qū)。通常認(rèn)為，低電場(chǎng)電導(dǎo)區(qū)（常用介質(zhì)的工作范圍）以離子電導(dǎo)為主，而高電場(chǎng)電導(dǎo)區(qū)以電子電導(dǎo)為主。低電場(chǎng)電導(dǎo)區(qū)如果離子的濃度和遷移率一定時(shí)，則電流與電壓成比例。介質(zhì)內(nèi)帶電粒子產(chǎn)生的原因有以下幾種：（1）晶格缺陷；（2）解離；（3）弗倫克爾效應(yīng)固體介質(zhì)的電導(dǎo)與溫度呈指數(shù)關(guān)系， 6.4 電介質(zhì)的等效電路是怎樣的？某些大電容量的設(shè)備如電容器、長(zhǎng)電纜、大容量的電機(jī)等，經(jīng)直流高壓試驗(yàn)后，要求較長(zhǎng)時(shí)間的接地放電，為什么？答：（1）如圖，Cg為純電容支路，代表介質(zhì)的幾何電容及無(wú)損極化過(guò)程，流過(guò)電流Ic=I1； Rp和Cp代表有損極化電流支路，流過(guò)電流Ip=I2；R代表電導(dǎo)電流支路

5、，流過(guò)的電流為i=i3。 （2）因設(shè)備的電容量較大時(shí)，這些設(shè)備往往存在空間電荷極化現(xiàn)象，去掉外加電壓之后，介質(zhì)內(nèi)部電荷釋放電導(dǎo)完成，時(shí)間常數(shù)很大，過(guò)程十分緩慢。6.5 電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)的目的，分哪兩大類(lèi)？各有哪些項(xiàng)目？答：目的：考驗(yàn)絕緣耐壓的情況，判斷絕緣的狀況。分類(lèi)：耐壓試驗(yàn)和檢查性試驗(yàn)。耐壓試驗(yàn)：模仿設(shè)備絕緣在運(yùn)行中可能受到的各種電壓（包括電壓波形、幅值、持續(xù)時(shí)間等），對(duì)絕緣施加與之等價(jià)或更為嚴(yán)峻的電壓，從而考驗(yàn)絕緣耐受這類(lèi)電壓的能力。耐壓試驗(yàn)主要包含交流耐壓試驗(yàn)，直流耐壓試驗(yàn)，雷電沖擊耐壓試驗(yàn)，操作沖擊耐壓試驗(yàn)等，這類(lèi)試驗(yàn)顯然是最有效和最可信的，但耐壓試驗(yàn)只能在絕緣缺陷已發(fā)展到

6、較嚴(yán)重的程度時(shí)，才能以擊穿破壞的形式揭示出來(lái)且不能明顯地揭示絕緣缺陷的性質(zhì)和根源。這類(lèi)試驗(yàn)有可能導(dǎo)致絕緣的破壞，故也稱(chēng)為破壞性試驗(yàn)。檢查性試驗(yàn)：非破壞性試驗(yàn)，用以在較低電壓下或用其它不會(huì)損傷絕緣的方法測(cè)量絕緣的各種情況，從而判斷絕緣內(nèi)部的缺陷。主要包括絕緣電阻試驗(yàn)，介質(zhì)損耗角正切試驗(yàn)，局部放電試驗(yàn)和絕緣油的氣相色譜分析等。6.6 進(jìn)行絕緣電阻的測(cè)試，能發(fā)現(xiàn)絕緣內(nèi)部的哪些缺陷？哪些因素影響絕緣電阻測(cè)量的準(zhǔn)確度，為什么？答：（1）測(cè)量絕緣電阻能有效地發(fā)現(xiàn)下列缺陷：總體絕緣質(zhì)量欠佳；絕緣受潮；兩極間有貫穿性的導(dǎo)電通道；絕緣表面情況不良。（2）影響因素有：殘留電荷、溫度。6.7 什么叫介質(zhì)損耗？為什么

7、可以用介質(zhì)損失角正切來(lái)判斷介質(zhì)的品質(zhì)？試分析介質(zhì)損耗與所施加電壓的幅值、頻率及溫度的關(guān)系（以一種極性液體和一種離子式固體介質(zhì)為例）。答：（1）絕緣材料在電場(chǎng)作用下，由于介質(zhì)電導(dǎo)和介質(zhì)極化的滯后效應(yīng)，會(huì)引起一部分電能轉(zhuǎn)化為熱的效應(yīng)，稱(chēng)為“介質(zhì)損耗”。（2）一般來(lái)說(shuō)，新的、良好絕緣，在其額定電壓范圍內(nèi)，絕緣的tan是幾乎不變的，當(dāng)電壓上升或下降時(shí)測(cè)得的tan是接近一致的，不會(huì)出現(xiàn)回環(huán)。絕緣中存在氣泡、分層、脫殼等情況時(shí)，當(dāng)所加試驗(yàn)電壓足以使絕緣中的氣隙電離或產(chǎn)生局部放電等情況時(shí)，tan的值將隨試驗(yàn)電壓的升高而迅速增大；且當(dāng)試驗(yàn)電壓下降時(shí)，tan-u曲線會(huì)出現(xiàn)回環(huán)。（3）溫度對(duì)tan有直接影響，影響

8、的程度隨材料、結(jié)構(gòu)的不同而異。一般情況，tan是隨溫度上升而增大的?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)，設(shè)備溫度時(shí)變化的，為了便于比較，應(yīng)將不同溫度下測(cè)得tan值換算至20°C下。 一般來(lái)說(shuō)，在額定電壓范圍內(nèi)，良好的絕緣，其tan值是幾乎不變的（盡在接近額定電壓時(shí)tan值可能略有增加），測(cè)定tan時(shí)所加電壓，雖好接近于被試品的正常工作電壓。所加電壓過(guò)低，則不易發(fā)現(xiàn)絕緣中的缺陷，過(guò)高則容易對(duì)絕緣造成不必要的損傷。 tan值隨頻率增加而倒數(shù)式地下降；tan隨溫度增加而作指數(shù)式上升。6.8簡(jiǎn)述用西林電橋測(cè)量tan的原理，分析哪些因素影響測(cè)量的準(zhǔn)確度？答：（1）西林電橋測(cè)量tan的原理如教材中圖所示，當(dāng)電橋平衡時(shí)，

9、檢流計(jì)G中無(wú)電流通過(guò)，說(shuō)明A和B兩點(diǎn)間無(wú)電位差，因此UCA與UCB以及UAD與UBD大小相等，相位相同，即UCAUAD=UCBUBD，所以在橋臂CA和AD中流過(guò)相同的電流IX，在橋臂CB和BD中流過(guò)相同的電流IN，各橋臂電壓之比應(yīng)等于相應(yīng)橋臂阻抗之比，于是得：ZXZ3=ZNZ4或ZXZ4=ZNZ3上式中，ZX=RX+1jCX ， ZN=1jCN，Z3=R3 ，Z4=11R4+jC4代入上式，并使等式兩邊的虛部和實(shí)部分別相等，則可得到CX=R4R3CNtan=C4R4（2）影響電橋準(zhǔn)確度的主要因素 ：處于電磁場(chǎng)范圍的電磁干擾、溫度、試驗(yàn)電壓、試品電容量和試品表面泄漏的影響。6.9 局部

10、放電測(cè)量中什么叫視在放電量？試推導(dǎo)三電容模型中一次局部放電的真實(shí)放電量。答：（1）在進(jìn)行局部放電檢測(cè)時(shí)，根據(jù)氣隙放電時(shí)試品上電壓變化U和試品電容來(lái)確定放電電荷量q=UCm+CbCgCb+CgCbUg-Ur，q即為視在放電量，是可以測(cè)定的。（2）qr=Cg+CmCbCm+CbUg-UrCg+CbUg-Ur6.10 總結(jié)比較本章中介紹的各種非破壞性試驗(yàn)的功效和優(yōu)缺點(diǎn)（包括能檢測(cè)出的絕緣缺陷種類(lèi)、檢測(cè)靈敏度、抗干擾能力、局限性等）。答：非破壞性試驗(yàn)，用以在較低電壓下或用其它不會(huì)損傷絕緣的方法測(cè)量絕緣的各種情況，從而判斷絕緣內(nèi)部的缺陷。主要包括絕緣電阻試驗(yàn)，介質(zhì)損耗角正切試驗(yàn)，局部放電試驗(yàn)和絕緣油的氣

11、相色譜分析等。功效種類(lèi)能檢測(cè)出的絕緣缺陷種類(lèi)檢測(cè)靈敏度抗干擾能力局限性絕緣電阻試驗(yàn)總體絕緣質(zhì)量欠佳；絕緣受潮；兩極間有貫穿性的導(dǎo)電通道；絕緣表面情況不良。一般較強(qiáng)不能發(fā)現(xiàn)如非貫穿性的局部損傷、含有氣泡、分層脫開(kāi)、絕緣老化等問(wèn)題。介質(zhì)損耗角試驗(yàn)絕緣受潮、穿透性導(dǎo)電通道、絕緣內(nèi)含有氣泡的游離、絕緣分層和脫殼以及絕緣有臟污或劣化。比較靈敏會(huì)受到外界磁場(chǎng)、溫度、試驗(yàn)電壓、試品電容量、視頻表面泄漏電流的影響不能發(fā)現(xiàn)非穿透性的局部損壞、很小部分絕緣的老化劣化、個(gè)別的絕緣弱點(diǎn)局部放電試驗(yàn)絕緣中存在的局部缺陷，特別是在缺陷程度上不嚴(yán)重時(shí)，用別的方法往往很難發(fā)現(xiàn)，而用局部放電的方法，卻能比較靈敏的指示出來(lái)。非電

12、方法不夠靈敏電的方法比較靈敏非電的方法抗干擾能力較強(qiáng)電的方法易受到干擾外界噪聲影響很大，難以做出準(zhǔn)確判斷絕緣油氣相色譜可以發(fā)現(xiàn)充油電氣設(shè)備中局部性缺陷（局部過(guò)熱、局部放電）迅速便捷，不需要設(shè)備停電比較靈敏較強(qiáng)對(duì)于某些突發(fā)性故障，例如匝間短路，在故障潛伏期不易發(fā)現(xiàn)6.11 某空氣電容器的電容為50pF，當(dāng)電極間加入某種液體介質(zhì)后，電容增大到125pF，試問(wèn)原因何在？該液體使電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)大致為多少？答：（1）當(dāng)電極間加入某種液體介質(zhì)后，由于該液體的介電常數(shù)比空氣的介電常數(shù)大，電容增大的原因是極化。 （2）相對(duì)介電常數(shù)r=x0=CxC0=12550=2.56.12 變壓器油20的電導(dǎo)率=10

13、-13S/cm，設(shè)油間隙為2cm，電極面積為2m2，間隙作用電壓為40kV，問(wèn)該間隙的電導(dǎo)電流為多少？解：間隙的電阻R=LS=LrS=1×109 電導(dǎo)電流為Ig=UR=4×10-5A6.13 類(lèi)似于雙層電介質(zhì)的絕緣結(jié)構(gòu)，第一、二層的電容、電阻分別為：C1=4200pF，R1=1400M，C2=3000pF，R2=2100M。當(dāng)施加40kV直流電壓時(shí)，試求：=0合閘時(shí)，C1、C2上的電荷；充電穩(wěn)定時(shí)，C1、C2上的電荷；計(jì)算過(guò)渡過(guò)程時(shí)間大致多長(zhǎng)。解：（1）Q1=C1U1=C1C2C1+C2U=Q2=7×10-5C （2）Q1=C1U1=C1R1R1+R2U=6.72×10-5C Q1=C2U1=C2R2