《高電壓技術(shù)》學(xué)習(xí)指導(dǎo)

《高電壓技術(shù)》課程學(xué)習(xí)指導(dǎo)資料

第一部分課程學(xué)習(xí)目的及總體要求

一、課程的學(xué)習(xí)目的

通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生理解電氣設(shè)備絕緣結(jié)構(gòu)的基本特性和高電壓試驗(yàn)的基本方法,

掌握電力系統(tǒng)中雷電過電壓和主要內(nèi)部過電壓的產(chǎn)生機(jī)理、影響因素及防護(hù)措施等基本知識(shí),

正確理解電力系統(tǒng)絕緣配合的基本概念、理論依據(jù)和處理原則。

二、課程的總體要求

(1)氣體間隙擊穿及沿面放電的物理過程

(2)固體及液體電介質(zhì)電導(dǎo)、極化、介質(zhì)損耗、擊穿等?

(3)絕緣預(yù)防性試驗(yàn)及高電壓試驗(yàn)的原理、試驗(yàn)方法

(4)電力系統(tǒng)產(chǎn)生過電壓的機(jī)理及各種過電壓保護(hù)裝置的原理及應(yīng)用，以及對(duì)電力系

統(tǒng)過電壓進(jìn)行防護(hù)的基本方法。

(5)絕緣配合的原則及方法

第二部分課程學(xué)習(xí)的基本要求及重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容分析

第一章氣體的絕緣特性與介質(zhì)的電氣強(qiáng)度

1、本章學(xué)習(xí)要求

(1)應(yīng)熟悉的內(nèi)容

氣體在高電壓(強(qiáng)電場(chǎng))作用下由電介質(zhì)演變成導(dǎo)體的物理過程、湯遜理論、巴申定律

和流注理論。

(2)應(yīng)掌握的內(nèi)容

影響氣體放電的因素及提高放電電壓的方法。

2、本章重點(diǎn)難點(diǎn)分析

(1)重點(diǎn)

不均勻電場(chǎng)中氣體放電的特性；沖擊電壓作用下氣體間隙的擊穿；電壓波形對(duì)極不均

勻電場(chǎng)放電電壓的影響；沿面放電的基本原理及影響因素

(2)難點(diǎn)

電子崩、湯遜理論、流注理論、不均勻電場(chǎng)放電時(shí)的極性效應(yīng)。

3、習(xí)題講解

1-1氣體放電過程中產(chǎn)生帶電質(zhì)點(diǎn)最重要的方式是什么，為什么？

答：碰撞電離是氣體放電過程中產(chǎn)生帶電質(zhì)點(diǎn)最重要的方式。

這是因?yàn)殡娮芋w積小，其自由行程(兩次碰撞間質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過的距離)比離子大得多，所以在

電場(chǎng)中獲得的動(dòng)能比離子大得多。其次.由于電子的質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子或分子，因此當(dāng)電子的

動(dòng)能不足以使中性質(zhì)點(diǎn)電離時(shí)，電子會(huì)遭到彈射而幾乎不損失其動(dòng)能；而離子因其質(zhì)量與被

碰撞的中性質(zhì)點(diǎn)相近，每次碰撞都會(huì)使其速度減小，影響其動(dòng)能的積累。

『2簡(jiǎn)要論述湯遜放電理論。

答：設(shè)外界光電離因素在陰極表面產(chǎn)生了一個(gè)自由電子，此電子到達(dá)陽極表面時(shí)由于or

過程，電子總數(shù)增至e"rf個(gè)。假設(shè)每次電離撞出一個(gè)正離子，故電極空間共有（e"一1）個(gè)正

離子。這些正離子在電場(chǎng)作用下向陰極運(yùn)動(dòng)，并撞擊陰極.按照系數(shù)7的定義，此（earf-l）

個(gè)正離子在到達(dá)陰極表面時(shí)可撞出了（6叔一1）個(gè)新電子，則（e叔-1）個(gè)正離子撞擊陰極表面

時(shí)，至少能從陰極表面釋放出一個(gè)有效電子，以彌補(bǔ)原來那個(gè)產(chǎn)生電子崩并進(jìn)入陽極的電子,

則放電達(dá)到自持放電。即湯遜理論的自持放電條件可表達(dá)為r（earf-1）=1或/e就=1。

1-3為什么棒一板間隙中棒為正極性時(shí)電暈起始電壓比負(fù)極性時(shí)略高？

答：（1）當(dāng)棒具有正極性時(shí)，間隙中出現(xiàn)的電子向棒運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)，開始引起電

離現(xiàn)象而形成電子崩。隨著電壓的逐漸上升，到放電達(dá)到自持、爆發(fā)電暈之前，在間隙中形

成相當(dāng)多的電子崩。當(dāng)電子崩達(dá)到棒極后，其中的電子就進(jìn)入棒極，而正離子仍留在空間，

相對(duì)來說緩慢地向板極移動(dòng)。于是在棒極附近，積聚起正空間電荷，從而減少了緊貼棒極附

近的電場(chǎng)，而略為加強(qiáng)了外部空間的電場(chǎng)。這樣，棒極附近的電場(chǎng)被削弱，難以造成流柱，

這就使得自持放電也即電暈放電難以形成。

（2）當(dāng)棒具有負(fù)極性時(shí)，陰極表面形成的電子立即進(jìn)入強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)，造成電子崩。當(dāng)電子

崩中的電子離開強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)后，電子就不再能引起電離，而以越來越慢的速度向陽極運(yùn)動(dòng)。一

部份電子直接消失于陽極，其余的可為氧原子所吸附形成負(fù)離子。電子崩中的正離子逐漸向

棒極運(yùn)動(dòng)而消失于棒極，但由于其運(yùn)動(dòng)速度較慢，所以在棒極附近總是存在著正空間電荷。

結(jié)果在棒極附近出現(xiàn)了比較集中的正空間電荷，而在其后則是非常分散的負(fù)空間電荷。負(fù)空

間電荷由于濃度小，對(duì)外電場(chǎng)的影響不大，而正空間電荷將使電場(chǎng)畸變。棒極附近的電場(chǎng)得

到增強(qiáng)，因而自持放電條件易于得到滿足、易于轉(zhuǎn)入流柱而形成電暈放電。

1-4雷電沖擊電壓的標(biāo)準(zhǔn)波形的波前和波長(zhǎng)時(shí)間是如何確定的？

答：圖1-13表示雷電沖擊電壓的標(biāo)準(zhǔn)波形和確定其波前和波長(zhǎng)時(shí)間的方法（波長(zhǎng)指沖擊

波衰減至半峰值的時(shí)間）。圖中O為原點(diǎn),P點(diǎn)為波峰。國(guó)際上都用圖示的方法求得名義零點(diǎn)0I。

圖中虛線所示，連接P點(diǎn)與0.3倍峰值點(diǎn)作虛線交橫軸于01點(diǎn)，這樣波前時(shí)間4、和波長(zhǎng)心

都從O|算起。

目前國(guó)際上大多數(shù)國(guó)家對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)雷電波的波形規(guī)定是：

圖1-13標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓波形

7；一波前時(shí)間7；-半峰值時(shí)間UmaX沖擊電壓峰值

1-5操作沖擊放電電壓的特點(diǎn)是什么？

答：操作沖擊放電電壓的特點(diǎn)：（I）U形曲線，其擊穿電壓與波前時(shí)間有關(guān)而與波尾時(shí)間

無關(guān)；（2）極性效應(yīng)，正極性操作沖擊的50%擊穿電壓都比負(fù)極性的低；（3）飽和現(xiàn)象；（4）

分散性大；（5）鄰近效應(yīng)，接地物體靠近放電間隙會(huì)顯著降低正極性擊穿電壓。

1-6影響套管沿面閃絡(luò)電壓的主要因素有哪些?

答：影響套管沿面閃絡(luò)電壓的主要因素有

（1）電場(chǎng)分布情況和作用電壓波形的影響

（2）電介質(zhì)材料的影響

（3）氣體條件的影響

（4）雨水的影響

1-7具有強(qiáng)垂直分量時(shí)的沿面放電和具有弱垂直分量時(shí)的沿面放電，哪個(gè)對(duì)絕緣的危害比

較大，為什么？

答：具有強(qiáng)垂直分量時(shí)的沿面放電對(duì)絕緣的危害比較大。電場(chǎng)具有弱垂直分量的情況下,

電極形狀和布置己使電場(chǎng)很不均勻，因而介質(zhì)表面積聚電荷使電壓重新分布所造成的電場(chǎng)畸

變，不會(huì)顯著降低沿面放電電壓。另外這種情況下電場(chǎng)垂直分量較小.沿表面也沒有較大的

電容電流流過，放電過程中不會(huì)出現(xiàn)熱電離現(xiàn)象，故沒有明顯的滑閃放電，因而垂直于放電

發(fā)展方向的介質(zhì)厚度對(duì)放電電壓實(shí)際上沒有影響。其沿面閃絡(luò)電壓與空氣擊穿電壓的差別相

比強(qiáng)垂直分量時(shí)要小得多。

1-8某距離4m的棒-極間隙。在夏季某日干球溫度=30℃,濕球溫度=25℃,氣壓=99.8kPa

的大氣條件下，問其正極性50%操作沖擊擊穿電壓為多少kV?（空氣相對(duì)密度=0.95）

答：距離為4m的棒-極間隙，其標(biāo)準(zhǔn)參考大氣條件下的正極性50%操作沖擊擊穿電壓

Qo標(biāo)準(zhǔn)=130OkVO

查《高電壓技術(shù)》可得空氣絕對(duì)濕度"=20g∕n?。從而∕ι/3=21,再由圖3-1求得參數(shù)

K=L1。求得參數(shù)g=——?^-=1300/(500×4×0.95×l.1)=0.62,于是由圖3-3

500LδK

得指數(shù)τn=W-0.34o

空氣密度校正因數(shù)Kd=S'"=0?95°?34=0.9827

濕度校正因數(shù)K/,=K"=1.1°34=1.033

所以在這種大氣條件下，距離為4m的棒-極間隙的正極性50%操作沖擊擊穿電壓為

。50夏=Ko標(biāo)準(zhǔn)?K∣?(=1300X0.9827X1.033=1320kV。

1-9某母線支柱絕緣子擬用于海拔4500m的高原地區(qū)的35kV變電站，問平原地區(qū)的制造

廠在標(biāo)準(zhǔn)參考大氣條件下進(jìn)行Imin工頻耐受電壓試驗(yàn)時(shí)，其試驗(yàn)電壓應(yīng)為多少kV?

解：查GB311.1-1997的規(guī)定可知，35kV母線支柱絕緣子的Imin干工頻耐受電壓應(yīng)為

IOOkV,則可算出制造廠在平原地區(qū)進(jìn)行出廠Imin干工頻耐受電壓試驗(yàn)時(shí)，其耐受電壓U應(yīng)

為

U=K,〃o=------_=-----------lθθ=154kV

“°l.l-H×10^4l.l-4500×10^4

第二章液體和固體介質(zhì)的絕緣的電氣強(qiáng)度

1、本章學(xué)習(xí)要求

(1)應(yīng)熟悉的內(nèi)容

了解液體和固體介質(zhì)擊穿的理論及擊穿電壓的影響因素，理解組合絕緣的電氣強(qiáng)度。

(2)應(yīng)掌握的內(nèi)容

極化、電導(dǎo)、損耗的基本概念及介損角正切值。

2、本章重點(diǎn)難點(diǎn)分析

(1)重點(diǎn)

極化、電導(dǎo)、介質(zhì)損耗的概念及介損角正切值。

(2)難點(diǎn)

液體和固體電介質(zhì)的擊穿理論、組合絕緣的電氣強(qiáng)度。

3、習(xí)題講解

2-1電介質(zhì)極化的基本形式有哪幾種，各有什么特點(diǎn)？

答：電介質(zhì)極化的基本形式有

(1)電子位移極化

圖(1)電子式極化

(2)偶極子極化

E

OOORO

€J€5ζ^^5C5

ΘθθθO

OOQ>Q)O

什

U

(b)

圖（2）偶極子極化

（a）無外電場(chǎng)時(shí)（b）有外電場(chǎng)時(shí)

I-電極2一電介質(zhì)（極性分子）

2-2如何用電介質(zhì)極化的微觀參數(shù)去表征宏觀現(xiàn)象？

答：克勞休斯方程表明，要由電介質(zhì)的微觀參數(shù)（N、α）求得宏觀參數(shù)一介電常數(shù)￡）.,

必須先求得電介質(zhì)的有效電場(chǎng)與。

（1）對(duì)于非極性和弱極性液體介質(zhì)，有效電場(chǎng)強(qiáng)度

P6-+2

Er.=Eγ+——=—r----￡

'3/3

式中，P為極化強(qiáng)度（P=￡。（耳-1*）。

上式稱為莫索締（MOSOtti）有效電場(chǎng)強(qiáng)度，將其代入克勞休斯方程［式（2-11）］,得到非

極性與弱極性液體介質(zhì)的極化方程為

εr-i_Na

￡,.+23f0

（2）對(duì)于極性液體介質(zhì)，由于極性液體分子具有固有偶極矩，它們之間的距離近，相

互作用強(qiáng)，造成強(qiáng)的附加電場(chǎng)，洛倫茲球內(nèi)分子作用的電場(chǎng)g≠0,莫索締有效電場(chǎng)不適用。

2-3非極性和極性液體電介質(zhì)中主要極化形式有什么區(qū)別？

答：非極性液體和弱極性液體電介質(zhì)極化中起主要作用的是電子位移極化，偶極子極化

對(duì)極化的貢獻(xiàn)甚微；極性液體介質(zhì)包括中極性和強(qiáng)極性液體介質(zhì)，這類介質(zhì)在電場(chǎng)作用下，

除了電子位移極化外，還有偶極子極化，對(duì)于強(qiáng)極性液體介質(zhì)，偶極子的轉(zhuǎn)向極化往往起主

要作用。

2-4極性液體的介電常數(shù)與溫度、電壓、頻率有什么樣的關(guān)系？

答：（1）溫度對(duì)極性液體電介質(zhì)的J值的影響

如圖2-2所示，當(dāng)溫度很低時(shí)，由于分子間的聯(lián)系緊密，液體電介質(zhì)黏度很大，偶極子

轉(zhuǎn)動(dòng)困難，所以J很?。浑S著溫度的升高，液體電介質(zhì)黏度減小，偶極子轉(zhuǎn)動(dòng)幅度變大，句隨

之變大；溫度繼續(xù)升高，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，阻礙極性分子沿電場(chǎng)取向，使極化減弱，J又開

始減小。

(2)頻率對(duì)極性液體電介質(zhì)的￡,值的影響

如圖2-1所示，頻率太高時(shí)偶極子來不及轉(zhuǎn)動(dòng)，因而3值變小。其中*0相當(dāng)于直流電場(chǎng)

下的介電常數(shù)，f>f1以后偶極子越來越跟不上電場(chǎng)的交變，J值不斷下降：當(dāng)頻率f=f2時(shí)I

偶極子已經(jīng)完全跟不上電場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)了，這時(shí)只存在電子式極化，J減小到￡依，常溫下，極性液

體電介質(zhì)的J*3~6<,

2-5液體電介質(zhì)的電導(dǎo)是如何形成的？電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)其有何影響？

答：液體電介質(zhì)電導(dǎo)的形成：

(1)離子電導(dǎo)一一分為本征離子電導(dǎo)和雜質(zhì)離子電導(dǎo)。設(shè)離子為正離子，它們處于圖

2-5中A、B、C等勢(shì)能最低的位置上作振動(dòng)，其振動(dòng)頻率為U,當(dāng)離子的熱振動(dòng)能超過鄰

近分子對(duì)它的束縛勢(shì)壘"。時(shí)，離子即能離開其穩(wěn)定位置而遷移。

(2)電泳電導(dǎo)一一在工程中，為了改善液體介質(zhì)的某些理化性能，往往在液體介質(zhì)中

加入一定量的樹脂，這些樹脂在液體介質(zhì)中部分呈溶解狀態(tài)，部分可能呈膠粒狀懸浮在液體

介質(zhì)中，形成膠體溶液，此外，水分進(jìn)入某些液體介質(zhì)也可能造成乳化狀態(tài)的膠體溶液。這

些膠粒均帶有一定的電荷，當(dāng)膠粒的介電常數(shù)大于液體的介電常數(shù)時(shí)，膠粒帶正電；反之，

膠粒帶負(fù)電。膠粒相對(duì)于液體的電位UO一般是恒定的，在電場(chǎng)作用下定向的遷移構(gòu)成“電泳

電導(dǎo)"。

電場(chǎng)強(qiáng)度的影響

(1)弱電場(chǎng)區(qū)；在通常條件下，當(dāng)外加電場(chǎng)強(qiáng)度遠(yuǎn)小于擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，液體介質(zhì)的離子

電導(dǎo)率7是與電場(chǎng)強(qiáng)度無關(guān)的常數(shù)，其導(dǎo)電規(guī)律遵從歐姆定律。

(2)強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)：在E2107V/m的強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)，電流隨電場(chǎng)強(qiáng)度呈指數(shù)關(guān)系增長(zhǎng)，除極純凈

的液體介質(zhì)外，一般不存在明顯的飽和電流區(qū)。液體電介質(zhì)在強(qiáng)電場(chǎng)下的電導(dǎo)具有電子碰撞

電離的特點(diǎn)。

2-6目前液體電介質(zhì)的擊穿理論主要有哪些？

答：液體介質(zhì)的擊穿理論主要有三類：

(1)高度純凈去氣液體電介質(zhì)的電擊穿理論

(2)含氣純凈液體電介質(zhì)的氣泡擊穿理論

(3)工程純液體電介質(zhì)的雜質(zhì)擊穿理論

2-7液體電介質(zhì)中氣體對(duì)其電擊穿有何影響？

答：氣泡擊穿觀點(diǎn)認(rèn)為，不論由于何種原因使液體中存在氣泡時(shí)，由于交變電壓下兩串

聯(lián)介質(zhì)中電場(chǎng)強(qiáng)度與介質(zhì)介電常數(shù)成反比，氣泡中的電場(chǎng)強(qiáng)度比液體介質(zhì)高，而氣體的擊穿

場(chǎng)強(qiáng)又比液體介質(zhì)低得多，所以總是氣泡先發(fā)生電離，這又使氣泡溫度升高，體積膨脹，電

離將進(jìn)一步發(fā)展；而氣泡電離產(chǎn)生的高能電子又碰撞液體分子，使液體分子電離生成更多的

氣體，擴(kuò)大氣體通道，當(dāng)氣泡在兩極間形成“氣橋”時(shí)I液體介質(zhì)就能在此通道中發(fā)生擊穿。

熱化氣擊穿觀點(diǎn)認(rèn)為，當(dāng)液體中平均場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到107?108V/m時(shí)，陰極表面微尖端處的場(chǎng)

強(qiáng)就可能達(dá)到108V/m以上。由于場(chǎng)致發(fā)射，大量電子由陰極表面的微尖端注入到液體中，估

計(jì)電流密度可達(dá)105A/π?以上。按這樣的電流密度來估算發(fā)熱，單位體積、單位時(shí)間中的發(fā)熱

量約為1013J/（s?加3）,這些熱量用來加熱附近的液體，足以使液體氣化。當(dāng)液體得到的能

量等于電極附近液體氣化所需的熱量時(shí)，便產(chǎn)生氣泡，液體擊穿。

電離化氣擊穿觀點(diǎn)認(rèn)為，當(dāng)液體介質(zhì)中電場(chǎng)很強(qiáng)時(shí)，高能電子出現(xiàn)，使液體分子C-H鍵

（C-C鍵）斷裂，液體放氣。

2-8水分、固體雜質(zhì)對(duì)液體電介質(zhì)的絕緣性能有何影響？

答：（1）水分的影響

當(dāng)水分在液體中呈懸浮狀態(tài)存在時(shí)，由于表面張力的作用，水分呈圓球狀（即膠粒），均

勻懸浮在液體中，一般水球的直徑約為IOT?IoTCmo在外電場(chǎng)作用下，由于水的介電常數(shù)很

大，水球容易極化而沿電場(chǎng)方向伸長(zhǎng)成為橢圓球，如果定向排列的橢圓水球貫穿于電極間形

成連續(xù)水橋，則液體介質(zhì)在較低的電壓下發(fā)生擊穿。

（2）固體雜質(zhì)的影響

一般固體懸浮粒子的介電常數(shù)比液體的大，在電場(chǎng)力作用下，這些粒子向電場(chǎng)強(qiáng)度最大

的區(qū)域運(yùn)動(dòng)，在電極表面電場(chǎng)集中處逐漸積聚起來，使液體介質(zhì)擊穿場(chǎng)強(qiáng)降低。

2-9如何提高液體電介質(zhì)的擊穿電壓？

答：工程應(yīng)用上經(jīng)常對(duì)液體介質(zhì)進(jìn)行過濾、吸附等處理，除去粗大的雜質(zhì)粒子，以提高

液體介質(zhì)的擊穿電壓。

2-10固體無機(jī)電介質(zhì)中，無機(jī)晶體、無機(jī)玻璃和陶瓷介質(zhì)的損耗主要由R那些損耗組成？

答：（1）無機(jī)晶體介質(zhì)只有位移極化，其介質(zhì)損耗主要來源于電導(dǎo)；

（2）無機(jī)玻璃的介質(zhì)損耗可以認(rèn)為主要由三部分組成：電導(dǎo)損耗、松弛損耗和結(jié)構(gòu)損

耗；

（3）陶瓷介質(zhì)可分為含有玻璃相和幾乎不含玻璃相兩類，第一類陶瓷是含有大量玻璃

相和少量微晶的結(jié)構(gòu)，其介質(zhì)損耗主要由三部分組成：玻璃相中離子電導(dǎo)損耗、結(jié)構(gòu)較松的

多晶點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)引起的松弛損耗以及氣隙中含水引起的界面附加損耗，tanb相當(dāng)大。第二類是

由大量的微晶晶粒所組成，僅含有極少量或不含玻璃相，通常結(jié)晶相結(jié)構(gòu)緊密，tan3比第一

類陶瓷小得多。

2-11固體介質(zhì)的表面電導(dǎo)率除了介質(zhì)的性質(zhì)之外，還與哪些因素有關(guān)？它們各有什么影

響？

答：介質(zhì)的表面電導(dǎo)率九不僅與介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，而且強(qiáng)烈地受到周圍環(huán)境的濕度、溫

度、表面的結(jié)構(gòu)和形狀以及表面粘污情況的影響。

（1）電介質(zhì)表面吸附的水膜對(duì)表面電導(dǎo)率的影響

由于濕空氣中的水分子被吸附于介質(zhì)的表面，形成一層很薄的水膜。因?yàn)樗旧頌榘雽?dǎo)

體（4=K）5O?ΠI）,所以介質(zhì)表面的水膜將引起較大的表面電流，使八增加。

（2）電介質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)對(duì)表面電導(dǎo)率的影響

電介質(zhì)按水在介質(zhì)表面分布狀態(tài)的不同，可分為親水電介質(zhì)和疏水電介質(zhì)兩大類。

a）親水電介質(zhì)：這種介質(zhì)表面所吸附的水易于形成連續(xù)水膜，故表面電導(dǎo)率大，特別

是一些含有堿金屬離子的介質(zhì)，介質(zhì)中的堿金屬離子還會(huì)進(jìn)入水膜，降低水的電阻率，使表

面電導(dǎo)率進(jìn)一步上升，甚至喪失其絕緣性能。

b)疏水電介質(zhì)：這些介質(zhì)分子為非極性分子所組成，它們對(duì)水的吸引力小于水分子的

內(nèi)聚力，所以吸附在這類介質(zhì)表面的水往往成為孤立的水滴，其接觸角0>9(T,不能形成連續(xù)

的水膜，故心很小，且大氣濕度的影響較小。

(3)電介質(zhì)表面清潔度對(duì)表面電導(dǎo)率的影響

表面沾污特別是含有電解質(zhì)的沾污，將會(huì)引起介質(zhì)表面導(dǎo)電水膜的電阻率下降，從而使九

升高。

2-12固體介質(zhì)的擊穿主要有哪幾種形式？它們各有什么特征？

答：固體電介質(zhì)的擊穿中，常見的有熱擊穿、電擊穿和不均勻介質(zhì)局部放電引起擊穿等

形式。

(1)熱擊穿

熱擊穿的主要特征是：不僅與材料的性能有關(guān)，還在很大程度上與絕緣結(jié)構(gòu)(電極的配

置與散熱條件)及電壓種類、環(huán)境溫度等有關(guān)，因此熱擊穿強(qiáng)度不能看作是電介質(zhì)材料的本

征特性參數(shù)。

(2)電擊穿

電擊穿的主要特征是：擊穿場(chǎng)強(qiáng)高，實(shí)用絕緣系統(tǒng)不可能達(dá)到：在一定溫度范圍內(nèi)，擊

穿場(chǎng)強(qiáng)隨溫度升高而增大，或變化不大。均勻電場(chǎng)中電擊穿場(chǎng)強(qiáng)反映了固體介質(zhì)耐受電場(chǎng)作

用能力的最大限度，它僅與材料的化學(xué)組成及性質(zhì)有關(guān)，是材料的特性參數(shù)之一。

(3)不均勻電介質(zhì)的擊穿

擊穿從耐電強(qiáng)度低的氣體開始，表現(xiàn)為局部放電，然后或快或慢地隨時(shí)間發(fā)展至固體介

質(zhì)劣化損傷逐步擴(kuò)大，致使介質(zhì)擊穿。

2-13局部放電引起電介質(zhì)劣化、損傷的主要原因有哪些？

答：局部放電引起電介質(zhì)劣化損傷的機(jī)理是多方面的，但主要有如下三個(gè)方面：

(1)電的作用：帶電粒子對(duì)電介質(zhì)表面的直接轟擊作用，使有機(jī)電介質(zhì)的分子主鏈斷

裂；

(2)熱的作用：帶電粒子的轟擊作用引起電介質(zhì)局部的溫度上升，發(fā)生熱熔解或熱降

解；

(3)化學(xué)作用：局部放電產(chǎn)生的受激分子或二次生成物的作用，使電介質(zhì)受到的侵蝕

可能比電、熱作用的危害更大。

2-14聚合物電介質(zhì)的樹枝化形式主要有哪幾種？它們各是什么原因形成的？

答：引起聚合物電介質(zhì)樹枝化的原因是多方面的，所產(chǎn)生的樹枝亦不同。

(1)電樹枝

樹枝因介質(zhì)中間歇性的局部放電而緩慢地?cái)U(kuò)展，或在脈沖電壓作用下迅速發(fā)展，或在無

任何局部放電的情況下，由于介質(zhì)中局部電場(chǎng)集中而發(fā)生。

(2)水樹枝

樹枝因存在水分而緩慢發(fā)生，如在水下運(yùn)行的200?700V低壓電纜中也發(fā)現(xiàn)有樹枝，一

般稱為水樹枝，即直流電壓下也能促進(jìn)樹枝化。

(3)電化學(xué)樹枝

因環(huán)境污染或絕緣中存在雜質(zhì)而引起，如電纜中由于腐蝕性氣體在線芯處擴(kuò)散，與銅發(fā)

生反應(yīng)就形成電化學(xué)樹枝。

2-15均勻固體介質(zhì)的熱擊穿電壓是如何確定的？

答：一般情況下，可以近似化為以下兩種極端情況來討論

(1)脈沖熱擊穿

認(rèn)為電場(chǎng)作用時(shí)間很短，以致導(dǎo)熱過程可以忽略不計(jì)，則熱平衡方程為

(2)穩(wěn)態(tài)熱擊穿

電壓長(zhǎng)時(shí)間作用，介質(zhì)內(nèi)溫度變化極慢，熱擊穿臨界電壓為

2-16試比較氣體、液體和固體介質(zhì)擊穿過程的異同。

答：(1)氣體介質(zhì)的擊穿過程

氣體放電都有從電子碰撞電離開始發(fā)展到電子崩的階段。

由于外電離因素的作用，在陰極附近出現(xiàn)一個(gè)初始電子，這一電子在向陽極運(yùn)動(dòng)時(shí)，如

電場(chǎng)強(qiáng)度足夠大，則會(huì)發(fā)生碰撞電離，產(chǎn)生1個(gè)新電子。新電子與初始電子在向陽極的行進(jìn)

過程中還會(huì)發(fā)生碰撞電離，產(chǎn)生兩個(gè)新電子，電子總數(shù)增加到4個(gè)。第三次電離后電子數(shù)將

增至8個(gè)，即按幾何級(jí)數(shù)不斷增加。電子數(shù)如雪崩式的增長(zhǎng)，即出現(xiàn)電子崩。

(2)液體介質(zhì)的擊穿過程

a)電擊穿理論以碰撞電離開始為擊穿條件。

液體介質(zhì)中由于陰極的場(chǎng)致發(fā)射或熱發(fā)射的電子在電場(chǎng)中被加速而獲得動(dòng)能，在它

碰撞液體分子時(shí)又把能量傳遞給液體分子，電子損失的能量都用于激發(fā)液體分子的熱振動(dòng)。

當(dāng)電子在相鄰兩次碰撞間從電場(chǎng)中得到的能量大于hu時(shí)，電子就能在運(yùn)動(dòng)過程中逐漸積累

能量，至電子能量大到一定值時(shí)I電子與液體相互作用時(shí)便導(dǎo)致碰撞電離。

b)氣泡擊穿理論

液體中存在氣泡時(shí)，由于交變電壓下兩串聯(lián)介質(zhì)中電場(chǎng)強(qiáng)度與介質(zhì)介電常數(shù)成反比，氣

泡中的電場(chǎng)強(qiáng)度比液體介質(zhì)高，而氣體的擊穿場(chǎng)強(qiáng)又比液體介質(zhì)低得多，所以氣泡先發(fā)生電

離，使氣泡溫度升高，體積膨脹，電離進(jìn)一步發(fā)展；而氣泡電離產(chǎn)生的高能電子又碰撞液體

分子，使液體分子電離生成更多的氣體，擴(kuò)大氣體通道，當(dāng)氣泡在兩極間形成"氣橋”時(shí)，

液體介質(zhì)就能在此通道中發(fā)生擊穿。

(3)固體介質(zhì)的擊穿過程

固體電介質(zhì)的擊穿中，常見的有熱擊穿、電擊穿和不均勻介質(zhì)局部放電引起擊穿等形式。

a)熱擊穿

當(dāng)固體電介質(zhì)加上電場(chǎng)時(shí)，電介質(zhì)中發(fā)生的損耗將引起發(fā)熱，使介質(zhì)溫度升高，最終導(dǎo)

致熱擊穿。

b)電擊穿

在較低溫度下，采用了消除邊緣效應(yīng)的電極裝置等嚴(yán)格控制的條件下，進(jìn)行擊穿試驗(yàn)時(shí)

出現(xiàn)的一種擊穿現(xiàn)象。

c)不均勻介質(zhì)局部放電引起擊穿

從耐電強(qiáng)度低的氣體開始，表現(xiàn)為局部放電，然后或快或慢地隨時(shí)間發(fā)展至固體介質(zhì)劣

化損傷逐步擴(kuò)大，致使介質(zhì)擊穿。

第三章絕緣的預(yù)防性試驗(yàn)

1、本章學(xué)習(xí)要求

(1)應(yīng)熟悉的內(nèi)容

絕緣電阻、吸收比、泄漏電流、介質(zhì)損耗角正切、局部放電的測(cè)量原理。

(2)應(yīng)掌握的內(nèi)容

測(cè)試方法的正確使用；各類預(yù)防性試驗(yàn)?zāi)軌虬l(fā)現(xiàn)的絕緣缺陷類型。

2、本章重點(diǎn)難點(diǎn)分析

(1)重點(diǎn)

如何根據(jù)各類絕緣預(yù)防性試驗(yàn)對(duì)絕緣的性能進(jìn)行判別。

(2)難點(diǎn)

介質(zhì)損耗角正切和局部放電的測(cè)量。

3、習(xí)題講解

3-1測(cè)量絕緣電阻能發(fā)現(xiàn)哪些絕緣缺陷?試比較它與測(cè)量泄漏電流試驗(yàn)項(xiàng)目的異同。

答：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。測(cè)量絕緣電阻和測(cè)量泄露電流試驗(yàn)項(xiàng)目的相同點(diǎn)：兩

者的原理和適用范圍是一樣的，不同的是測(cè)量泄漏電流可使用較高的電壓(IOkV及以上)，因

此能比測(cè)量絕緣電阻更有效地發(fā)現(xiàn)一些尚未完全貫通的集中性缺陷。

3-2絕緣干燥時(shí)和受潮后的吸收特性有什么不同？為什么測(cè)量吸收比能較好的判斷絕緣

是否受潮？

答：絕緣干燥時(shí)的吸收特性上〉2,而受潮后的吸收特性區(qū)。1。如果測(cè)試品受潮，那

么在測(cè)試時(shí)，吸收電流不僅在起始時(shí)就減少，同時(shí)衰減也非?？?，吸收比的比值會(huì)有明顯不

同，所以通過測(cè)量吸收比可以判斷絕緣是否受潮。

3-3簡(jiǎn)述西林電橋的工作原理。為什么橋臂中的一個(gè)要采用標(biāo)準(zhǔn)電容器?這一試驗(yàn)項(xiàng)目的

測(cè)量準(zhǔn)確度受到哪些因素的影響？

答：

西林電橋是利用電橋平衡的原理，當(dāng)流過電橋的電流相等時(shí)，電流檢流計(jì)指向零點(diǎn)，即

沒有電流通過電流檢流計(jì)，此時(shí)電橋相對(duì)橋臂上的阻抗乘積值相等，通過改變后和a來確定

電橋的平衡以最終計(jì)算出G和tan6。采用標(biāo)準(zhǔn)電容器是因?yàn)橛?jì)算被試品的電容需要多個(gè)值來

確定，如果定下橋臂的電容值，在計(jì)算出tan6的情況下僅僅調(diào)節(jié)電阻值就可以最終確定被試

品電容值的大小。

這一試驗(yàn)項(xiàng)目的測(cè)量準(zhǔn)確度受到下列因素的影響：處于電磁場(chǎng)作用范圍的電磁干擾、溫

度、試驗(yàn)電壓、試品電容量和試品表面泄露的影響。

3-4在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量tanδ而電橋無法達(dá)到平衡時(shí)，應(yīng)考慮到什么情況并采取何種措施使電橋

調(diào)到平衡？

答：此時(shí)可能是處于外加電場(chǎng)的干擾下，應(yīng)采用下列措施使電橋調(diào)到平衡：

(1)加設(shè)屏蔽，用金屬屏蔽罩或網(wǎng)把試品與干擾源隔開；

(2)采用移相電源；

(3)倒相法。

3-5什么是測(cè)量tan3的正接線和反接線?它們各適用于什么場(chǎng)合？

答：正接線是被試品G的兩端均對(duì)地絕緣，連接電源的高壓端，而反接線是被試品接于

電源的低壓端。反接線適用于被試品的一極固定接地時(shí)，而正接線適用于其它情況。

3-6綜合比較本章中介紹的各種預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目的效能和優(yōu)缺點(diǎn)(能夠發(fā)現(xiàn)和不易發(fā)現(xiàn)的

絕緣缺陷種類、檢測(cè)靈敏度、抗干擾能力、局限性等)。

答：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。測(cè)量絕緣電阻不能發(fā)現(xiàn)下列缺陷：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：因?yàn)橐呀?jīng)老化的絕緣，其絕

緣電阻還可能是相當(dāng)高的。

3-7總結(jié)進(jìn)行各種預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)。

答：測(cè)量絕緣電阻時(shí)應(yīng)注意下列幾點(diǎn)：

(1)試驗(yàn)前應(yīng)將試品接地放電一定時(shí)間。對(duì)容量較大的試品，一般要求5-10min.這是為

了避免被試品上可能存留殘余電荷而造成測(cè)量誤差。試驗(yàn)后也應(yīng)這樣做，以求安全。

(2)高壓測(cè)試連接線應(yīng)盡量保持架空，確需使用支撐時(shí)，要確認(rèn)支撐物的絕緣對(duì)被試品絕

緣測(cè)量結(jié)果的影響極小。

(3)測(cè)量吸收比時(shí)，應(yīng)待電源電壓達(dá)穩(wěn)定后再接入試品，并開始計(jì)時(shí)。

(4)對(duì)帶有繞組的被試品，加先將被測(cè)繞組首尾短接，再接到L端子：其他非被測(cè)繞組也

應(yīng)先首尾短接后再接到應(yīng)接端子。

(5)絕緣電阻與溫度有十分顯著的關(guān)系。絕緣溫度升高時(shí)，絕緣電阻大致按指數(shù)率降低?吸

收比的值也會(huì)有所改變。所以，測(cè)量絕緣電阻時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)確記錄當(dāng)時(shí)絕緣的溫度，而在比較時(shí)，

也應(yīng)按相應(yīng)溫度時(shí)的值來比較。

(6)每次測(cè)試結(jié)束時(shí)，應(yīng)在保持兆歐表電源電壓的條件下，先斷開L端子與被試品的連線,

以免試品對(duì)兆歐表反向放電，損壞儀表。

3-8綜合計(jì)論：現(xiàn)行對(duì)絕緣的離線檢查性試驗(yàn)存在哪些不足之處?探索一下：對(duì)某些電氣

設(shè)備絕緣進(jìn)行在線檢測(cè)的可能性和原理性方法。

答：不足之處：需要停電進(jìn)行，而不少重耍的電力設(shè)備不能輕易地停止運(yùn)行；監(jiān)測(cè)間隔

周期較長(zhǎng)，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)絕緣故障；停電后的設(shè)備狀態(tài)與運(yùn)行時(shí)的設(shè)備狀態(tài)不相符，影響診

斷的正確性。

第四章電氣絕緣高電壓試驗(yàn)

1、本章學(xué)習(xí)要求

(I)應(yīng)熟悉的內(nèi)容

工頻高電壓、直流高電壓、沖擊高電壓的產(chǎn)生原理。

(2)應(yīng)掌握的內(nèi)容

工頻高電壓、直流高電壓、沖擊高電壓的測(cè)量方法，各類高電壓試驗(yàn)的具休實(shí)施方法。

2、本章重點(diǎn)難點(diǎn)分析

(1)重點(diǎn)

各類高電壓試驗(yàn)的實(shí)施方法及作用。

(2)難點(diǎn)

試驗(yàn)變壓器的串級(jí)裝置、多級(jí)沖擊電壓發(fā)生器的原理。

3、習(xí)題講解

4-1簡(jiǎn)述直流耐壓試驗(yàn)與交流相比有哪些主要特點(diǎn)。

答：(1)直流下沒有電容電流，要求電源容量很小，加上可么用串級(jí)的方法產(chǎn)生高壓直

流，所以試驗(yàn)設(shè)備可以做得比較輕巧，適合于現(xiàn)場(chǎng)預(yù)防性試驗(yàn)的要求。特別對(duì)容量較大的試

品，如果做交流耐壓試驗(yàn)，需要較大容量的試驗(yàn)設(shè)備，在一般情況下不容易辦到。而做直流

耐壓試驗(yàn)時(shí)，只需供給絕緣泄漏電流(最高只達(dá)毫安級(jí))，試驗(yàn)設(shè)備可以做得體積小而且比較

輕便，適合現(xiàn)場(chǎng)預(yù)防性試驗(yàn)的要求。

(2)在試驗(yàn)時(shí)可以同時(shí)測(cè)量泄漏電流，由所得的"電壓一電流"曲線能有效地顯示絕緣

內(nèi)部的集中性缺陷或受潮，提供有關(guān)絕緣狀態(tài)的補(bǔ)充信息。

(3)直流耐壓試驗(yàn)比之交流耐壓試驗(yàn)更能發(fā)現(xiàn)電機(jī)端部的絕緣缺陷。其原因是直流下沒

有電容電流流經(jīng)線棒絕緣，因而沒有電容電流在半導(dǎo)體防暈層上造成的電壓降，故端部絕緣

上分到的電壓較高，有利于發(fā)現(xiàn)該處絕緣缺陷。

(4)在直流高壓下，局部放電較弱，不會(huì)加快有機(jī)絕緣材料的分解或老化變質(zhì)，在某種

程度上帶有非破壞性試驗(yàn)的性質(zhì)。

4-2直流耐壓試驗(yàn)電壓值的選擇方法是什么？

答：由于直流下絕緣的介質(zhì)損耗很小，局部放電的發(fā)展也遠(yuǎn)比交流下微弱，所以直流下

絕緣的電氣強(qiáng)度一般要比交流下的高。在選擇試驗(yàn)電壓值時(shí)必須考慮到這一點(diǎn)，直流耐壓試

驗(yàn)所用的電壓往往更高些，并主要根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來確定，一般為額定電壓的2倍以上，且是

逐級(jí)升壓，一旦發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，可及時(shí)停止試驗(yàn)，進(jìn)行處理。直流耐壓試驗(yàn)的時(shí)間可以比交

流耐壓試驗(yàn)長(zhǎng)一些,所以發(fā)電機(jī)試驗(yàn)時(shí)是以每級(jí)0.5倍額定電壓分階段升高,每階段停留Imin,

讀取泄漏電流值。電纜試驗(yàn)時(shí)，在試驗(yàn)電壓下持續(xù)5min,以觀察并讀取泄漏電流值。

4-3高壓實(shí)驗(yàn)室中被用來測(cè)量交流高電壓的方法常用的有幾種？

答：用測(cè)量球隙或峰值電壓表測(cè)量交流電壓的峰值，用靜電電壓表測(cè)量交流電壓的有效

值(峰值電壓表和靜電電壓表還常與分壓器配合使用以擴(kuò)大儀表的量程)，為了觀察被測(cè)電壓

的波形，也可從分壓器低壓側(cè)將輸出的被測(cè)信號(hào)送至示波器顯示波形。

4-4簡(jiǎn)述高壓試驗(yàn)變壓器調(diào)壓時(shí)的基本要求。

答：試驗(yàn)變壓器的電壓必須從零調(diào)節(jié)到指定值，同時(shí)還應(yīng)注意：

(1)電壓應(yīng)該平滑地調(diào)節(jié)，在有滑動(dòng)觸頭的調(diào)壓器中，不應(yīng)該發(fā)生火花；

(2)調(diào)壓器應(yīng)在試驗(yàn)變壓器的輸入端提供從零到額定值的電壓，電壓具有正弦波形且沒有

畸變；

(3)調(diào)壓器的容量應(yīng)不小于試驗(yàn)變壓器的容量?

4-535kV電力變壓器，在大氣條件為P=LO5X1()5pa,t=27℃時(shí)做工頻耐壓試驗(yàn)，應(yīng)

選用球隙的球極直徑為多大？球隙距離為多少？

解：根據(jù)《規(guī)程》，35kV電力變壓器的試驗(yàn)電壓為

US=85x85%=72(kV)

因?yàn)殡娏ψ儔浩鞯慕^緣性能基本上不受周圍大氣條件的影響，所以保護(hù)球隙的實(shí)際放電

電壓應(yīng)為

Uo=(1.05~1.15)US

若取UO=I.05US=LO5x72x0=106.9(kV,最大值)，也就是說，球隙的實(shí)際放電

電壓等于106.9kV(最大值)。因?yàn)榍蛳兜姆烹婋妷号c球極直徑和球隙距離之間關(guān)系是在標(biāo)準(zhǔn)大

氣狀態(tài)下得到的，所以應(yīng)當(dāng)把實(shí)際放電電壓換算到標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)下的放電電壓UO,即

273+27

×106.9=105.7(kV,?^Z<?),

0.289×1050

查球隙的工頻放電電壓表，若選取球極直徑為IOCm,則球隙距離為4cm時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)大氣

狀態(tài)下的放電電壓為105kV(最大值)。而在試驗(yàn)大氣狀態(tài)下的放電電壓

?0.289×1050,

U=---------------×105=106.2(kV,最大值)

°(I300

4-6工頻高壓試驗(yàn)需要注意的問題？

答：在電氣設(shè)備的工頻高壓試驗(yàn)中，除了按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定認(rèn)真制定試驗(yàn)方案外，還須

注意下列問題：

(1)防止工頻高壓試驗(yàn)中可能出現(xiàn)的過電壓；

(2)試驗(yàn)電壓的波形畸變與改善措施。

4-7簡(jiǎn)述沖擊電流發(fā)生器的基本原理。

答：由一組高壓大電容量的電容器，先通過直流高壓并聯(lián)充電，充電時(shí)間為幾十秒到幾

分；然后通過觸發(fā)球隙的擊穿，并聯(lián)地對(duì)試品放電，從而在試品上流過沖擊大電流。

4-8沖擊電壓發(fā)生器的起動(dòng)方式有咖幾種？

答：沖擊電壓發(fā)生器的起動(dòng)方式有以下兩種：

①是自起動(dòng)方式。這時(shí)只要將點(diǎn)火球隙F1的極間距離調(diào)節(jié)到使其擊穿電壓等于所需的充

電電壓α,當(dāng)R上的電壓上升到等于UC時(shí)，F(xiàn)l即自行擊穿，起動(dòng)整套裝置。可見這時(shí)輸出的

沖擊電壓高低主要取決于Fl的極間距離，提高充電電源的電壓，只能加快充電速度和增大沖

擊波的輸出頻度，而不能提高輸出電壓。

②是使各級(jí)電容器充電到一個(gè)略低于Fl擊穿電壓的電壓水平上，處于準(zhǔn)備動(dòng)作的狀態(tài)，

然后利用點(diǎn)火裝置產(chǎn)生一點(diǎn)火脈沖，達(dá)到點(diǎn)火球隙F1中的一個(gè)輔助間隙上使之擊穿并引起F1

主間隙的擊穿，以起動(dòng)整套裝置。

4-9最常用的測(cè)量沖擊電壓的方法有哪幾種？

答：

目前最常用的測(cè)量沖擊電壓的方法有：①分壓器-示波器；②測(cè)量球隙；③分壓器-峰值電

壓表。

球隙和峰值電壓表只能測(cè)量電壓峰值，示波器則能記錄波序，即不僅指示峰值而且能顯

示電壓隨時(shí)間的變化過程。

第五章電氣絕緣在線檢測(cè)

1、本章學(xué)習(xí)要求

學(xué)生通過本章的學(xué)習(xí)，應(yīng)該了解各種在線檢測(cè)的基本原理，理解在線檢測(cè)和離線檢測(cè)相

比的優(yōu)點(diǎn)。

2、本章重點(diǎn)難點(diǎn)分析

(1)重點(diǎn)

在線檢測(cè)實(shí)施的必要性及其優(yōu)點(diǎn)。

(2)難點(diǎn)

各種在線檢測(cè)方法的原理。

3、習(xí)題講解

5-1簡(jiǎn)述什么是在線監(jiān)測(cè)，哪些設(shè)備需要實(shí)施在線監(jiān)測(cè)？在線監(jiān)測(cè)與離線試驗(yàn)各有什么優(yōu)

缺點(diǎn)？

答：在線監(jiān)測(cè)是在電力設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)下連續(xù)或周期性監(jiān)測(cè)絕緣的狀況。一些不能停止

運(yùn)行的重要電力設(shè)備需要實(shí)施在線監(jiān)測(cè)。離線試驗(yàn)需要停電進(jìn)行；監(jiān)測(cè)間隔周期較長(zhǎng)，不能

及時(shí)發(fā)現(xiàn)絕緣故障；停電后的設(shè)備狀態(tài)與運(yùn)行時(shí)的設(shè)備狀態(tài)不相符，影響診斷的正確性，但

是離線試驗(yàn)投資較小；檢測(cè)面寬；檢測(cè)設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，使用方便；適合小型系統(tǒng)和設(shè)備，同

時(shí)對(duì)設(shè)備的影響小。

5-2變壓器絕緣故障有哪些類型，對(duì)應(yīng)的故障氣體特點(diǎn)是什么？

答：變壓器絕緣故障主要分為三類：熱故障、電故障及其絕緣受潮，故障不同時(shí)，油中

溶解的故障氣體成分不同，因此可以通過分析油中溶解氣體的成分來判斷變壓器存在的絕緣

故障。

1.過熱故障:當(dāng)熱應(yīng)力只引起熱源處絕緣油分解時(shí),所產(chǎn)生的特征氣體主要是CH4和C2H4,

且C2H4所占比例隨著故障點(diǎn)溫度的升高而增加。當(dāng)故障涉及固體材料時(shí)，則還會(huì)產(chǎn)生大量的

CO和Cθ2o

2.放電故障：放電故障是由于電應(yīng)力作用而造成絕緣裂化，按能量密度不同可以分成電弧

放電、火花放電和局部放電等。

（1）電弧放電：油中溶解的故障特征氣體主要是C2H2、H2,其次是大量的C2H4、CH4。

（2）火花放電：汕中溶解氣體的特征氣體以C2H2、Fh為主。

（3）局部放電：油中的氣體組分含量隨放電能量密度不同而異，一般總烽不高，主要成

分是H2,其次CH4。

3.絕緣受潮：含有大量的H2。

5-3按監(jiān)測(cè)對(duì)象分類，絕緣油中溶解故障氣體監(jiān)測(cè)裝置可分為哪幾類，各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？

答：變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)根據(jù)不同的原則可以分為不同的種類。以監(jiān)測(cè)對(duì)象分

類可歸結(jié)為以下幾類：

（1）測(cè)量可燃性氣體含量（TCG）,包括H2、CO和各類氣體涇類含量的總和

（2）測(cè)量單種氣體濃度。分析與實(shí)踐都證明變壓器發(fā)生過熱或局部放電時(shí)，所產(chǎn)生的氣

體多含有較多的H2,因此可以通過監(jiān)測(cè)H2的變化判斷變壓器是否存在故障。

（3）測(cè)量多種氣體組分的濃度。

5-4容性電氣設(shè)備tan6的監(jiān)測(cè)方法有哪些？各適用于哪些場(chǎng)合？

答：監(jiān)測(cè)方法有：高壓電橋法、相位差法和全數(shù)字測(cè)量法。各監(jiān)測(cè)方法的適用場(chǎng)合分別

如下：

（1）高壓電橋法：硬件間接測(cè)量；

（2）相位差法：硬件直接測(cè)量；

（3）全數(shù)字測(cè)量法：軟件計(jì)算。

5-5按檢測(cè)器帶寬分類，局部放電在線監(jiān)測(cè)有哪些類型？各有什么特點(diǎn)？

答：傳感器的積分方式有兩種，分別適用于寬帶型和窄帶型傳感器。

（1）寬帶型傳感器：線圈兩端并接有一個(gè)積分電阻，信號(hào)電壓"⑺和所監(jiān)測(cè)的電流/1（0

成線性關(guān)系。

（2）窄帶型傳感器：具有較好的抗干擾性能。

5-6油中氣體在線監(jiān)測(cè)、局部放電在線監(jiān)測(cè)和tanδ監(jiān)測(cè)的干擾信號(hào)主要有哪些？特點(diǎn)是

什么？如何消除各種干擾？

答：1）油中氣體在線監(jiān)測(cè)的干擾信號(hào)

2）局部放電在線監(jiān)測(cè)的干擾信號(hào)r

（1）線路或其它鄰近設(shè)備的電暈放電和內(nèi)部的局部放電；

（2）電力系統(tǒng)的載波通信和高頻保護(hù)信號(hào)對(duì)監(jiān)測(cè)的干擾；

（3）可控硅整流設(shè)備引起的干擾；

（4）無線電廣播的干擾；

（5）其他周期性干擾。

消除的方法：（1）選擇合適的監(jiān)測(cè)頻帶；（2）差動(dòng)平衡系統(tǒng)以及其它方法。

3）tan6監(jiān)測(cè)的干擾信號(hào)

5-7為什么說在線監(jiān)測(cè)技術(shù)是實(shí)施狀態(tài)維修的基礎(chǔ)?

答：在線監(jiān)測(cè)技術(shù)比離線監(jiān)測(cè)技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)在于能夠監(jiān)測(cè)裝置運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)，而實(shí)施

狀態(tài)維修也必須是裝置在運(yùn)行過程中發(fā)生故障，有些裝置在離線狀態(tài)下無法檢測(cè)出它的故障,

所以在線監(jiān)測(cè)能夠較為準(zhǔn)確的決定是否進(jìn)行維修。

5-8對(duì)于在線監(jiān)測(cè)裝置，測(cè)量重復(fù)性和測(cè)量精度哪個(gè)更重要，為什么？

答：測(cè)量精度更為重要，對(duì)于在線監(jiān)測(cè)裝置，由于我們對(duì)于故障的診斷是以概率的方式

來劃分，而且裝置實(shí)時(shí)運(yùn)行時(shí)，各個(gè)時(shí)段的運(yùn)行狀態(tài)并不一樣，有可能因?yàn)槲⑿〉囊粋€(gè)變化

造成故障現(xiàn)象的出現(xiàn)，但是過后又迅速消失，所以測(cè)量重復(fù)性一是解決有些細(xì)微的變化但還

未達(dá)到故障的現(xiàn)象，防止誤動(dòng)作；二是多次測(cè)量以確定達(dá)到故障時(shí)的概率值，保證繼電保護(hù)

裝置動(dòng)作。

第六章輸電線路及繞組中的波過程

1、本章學(xué)習(xí)要求

(I)應(yīng)熟悉的內(nèi)容

學(xué)生通過本章的學(xué)習(xí)，應(yīng)該了解波傳播的物理概念，理解波傳播過程中發(fā)生衰減和畸變

的因素。

(2)應(yīng)掌握的內(nèi)容

波阻抗的概念及其物理意義，波的折反射分析，波的多次折反射，彼德遜法則，波通過

串聯(lián)電感和并聯(lián)電容，波在多導(dǎo)線系統(tǒng)中的傳播，變壓器和電機(jī)繞組中的波過程。

2、本章重點(diǎn)難點(diǎn)分析

(1)重點(diǎn)

波折反射的分析，線路未端斷開和接地時(shí)的折反射過程，彼德遜法則的具體應(yīng)用，波通

過串聯(lián)電感和并聯(lián)電容時(shí)陡度的變化，波在多導(dǎo)線系統(tǒng)中傳播時(shí)耦合系數(shù)的概念，變壓器繞

組中的波過程。

(2)難點(diǎn)

波折反射的分析，波通過串聯(lián)電感和并聯(lián)電容的分析過程，變壓器繞組中波過程的分析。

3、習(xí)題講解

6-1為什么需要用波動(dòng)過程研究電力系統(tǒng)中過電壓？

答：實(shí)際電力系統(tǒng)采用三相交流或雙極直流輸電，屬于多導(dǎo)線線路，而且沿線路的電場(chǎng)、

磁場(chǎng)和損耗情況也不盡相同，因此所謂均勻無損單導(dǎo)線線路實(shí)際上是不存在的。但為了揭示

線路波過程的物理本質(zhì)和基本規(guī)律，可暫時(shí)忽略線路的電阻和電導(dǎo)損耗，假定沿線線路參數(shù)

處處相同，故首先研究均勻無損單導(dǎo)線中的波過程。

6-2試分析波阻抗的物理意義及其與電阻之不同點(diǎn)？

答：分布參數(shù)線路的波阻抗與集中參數(shù)電路的電阻雖然有相同的量綱，但物理意義上有

著本質(zhì)的不同：

(1)波阻抗表示向同一方向傳播的電壓波和電流波之間比值的大??；電磁被通過波阻抗

為Z的無損線路時(shí)，其能量以電磁能的形式儲(chǔ)存于周圍介質(zhì)中?而不像通過電阻那樣被消耗

掉。

(2)為了區(qū)別不同方向的行波，Z的前面應(yīng)有正負(fù)號(hào)。

(3)如果導(dǎo)線上有前行波，又有反行波，兩波相遇時(shí)，總電壓和總電流的比值不再等于

波阻抗，即

U勺+以u(píng)+u

—=—-----=Z7—-f-----h≠乙

iif+ibuf-uh

(4)波阻抗的數(shù)值Z只與導(dǎo)線單位長(zhǎng)度的電感L0和電容Co有關(guān)，與線路長(zhǎng)度無關(guān)。

6-3試分析直流電勢(shì)E合閘于有限長(zhǎng)導(dǎo)線(長(zhǎng)度為1,波阻為Z)的情況，末端對(duì)地接有電

阻R。假設(shè)直流電源內(nèi)阻為零。

(1)當(dāng)R=Z時(shí)，分析末端與線路中間'的電壓波形；

2

(2)R=8時(shí)，分析末端與線路中間'的電壓波形；

2

(3)當(dāng)R=O時(shí)，分析末端的電流波形和線路中間L的電壓波形。

2

解：(1)當(dāng)R=Z時(shí)，沒有反射電壓波和反射電流波，即"小=0。則末端與線路中間;的

電壓相同，u2=ui=M,ft+uif=E,波形如下。

圖(1)末端接集中負(fù)載R=Z時(shí)的電壓波形

(2)當(dāng)R=OO時(shí)，根據(jù)折射和反射系數(shù)計(jì)算公式(7-17),a=2,β=\,即末端電壓

U2=U2f=2E,反射電壓Ulb=E,線路中間;的電壓"]="]〃+//=2E,波形如下。

圖(2)末端開路時(shí)的電壓波形

(3)當(dāng)R=O時(shí)，根據(jù)折射和反射系數(shù)計(jì)算公式(7-17),α=0,戶=-1,即線路末端電壓

U2=U2尸O,反射電壓Uib=-E,線路中間7的電壓"[=%+"]/=O。反射電流

必=一也=-二g=在反射波到達(dá)范圍內(nèi)，導(dǎo)線上各點(diǎn)電流為A=2J,末端的

-2E

電流ζ=i|~Γ

圖(3-1)末端接地時(shí)末端的電流波形

圖(3-2)末端接地時(shí)線路中間一的電壓波形

2

6-4母線上接有波阻抗分別為Zl、Z2、Z3的三條出線，從Zl線路上傳來幅值為E的無窮

長(zhǎng)直角電壓波。求出在線路Z3出現(xiàn)的折射波和在線路Zl上的反射波。

解：當(dāng)無窮長(zhǎng)直角波陶.=E沿線路Zl達(dá)到母線后，在線路Zl上除//、L外又會(huì)產(chǎn)生

新的行波?,?八，因此線路上總的電壓和電流為

“I="]/+M∣?

%=“/+ixb

設(shè)線路Z2為無限長(zhǎng)，或在線路Z2上未產(chǎn)生反射波前，線路Z2上只有前行波沒有反行波,

則線路Z2上的電壓和電流為

"9="0/

G=i2f

同理，線路Z3上的電壓和電流為

”3=”3/

”3=?/

然而母線上只能有一個(gè)電壓電流，因此其左右兩邊的電壓電流相等，即%=%="3,

Z1=?+??因此有

將竺=4,乜=Z?,"=-Z],"/=E代入上式得,

zi∕l2fl?b

線路Z3出現(xiàn)的折射波

g=J=LE-Z瓦)=------—--------

32

Z3Z3z1z3+z1z2+z2z3

2Z2Z3

〃3="3Z3

Z]Z3+Z]Z?+Z2Z3

線路Zl出現(xiàn)的反射波

Z∣Z3+Z∣Z?-Z^ZR

E

Z](Z]Z3+ZjZ9+Z?7Z3)

Z]Z3+Z]Z°—Z2Z3

=-Z∣h=-E()

Z]Z3+Z]Z?7+Z9Z^

E+EZ]Z3+Z￡-Z.?_E2(Z]Z3+Z]Z?)

Z]Z](Z]Z3+Z]Z?+Z2Z3)Z](Z]Z3+Z]Z?+Z2Z3)

"E—E(?±?-?)E2Z2Z3

,

Z1Z3+Z1Z2+Z2Z3Z]Z3+Z]Z?+Z’Zs

6-5波在傳播中的衰減與畸變的主要原因？說明沖擊電暈對(duì)雷電波波形影響的原因？

答：波的衰減和變形受到以下因素的影響：

(1)線路電阻和絕緣電導(dǎo)的影響

實(shí)際輸電線路并不滿足無變形條件(式7-28),因此波在傳播過程中不僅會(huì)衰減，同時(shí)還

會(huì)變形。此外由于集膚效應(yīng)，導(dǎo)線電阻隨著頻率的增加而增加。任意波形的電磁波可以分解

成為不同頻率的分量，因?yàn)楦鞣N頻率下的電阻不同，波的衰減程度不同，所以也會(huì)引起波傳

播過程中的變形。

(2)沖擊電暈的影響

由于電暈要消耗能量，消耗能量的大小又與電壓的瞬時(shí)值有關(guān)，故將使行波發(fā)生衰減的

同時(shí)伴隨有波形的畸變。

沖擊電暈對(duì)雷電波波形影響的原因：

雷電沖擊波的幅值很高，在導(dǎo)線上將產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊電暈。研究表明，形成沖擊電暈所

需的時(shí)間非常短，大約在正沖擊時(shí)只需0.05μs,在負(fù)沖擊時(shí)只需0.01μs;而且與電壓陡度的

關(guān)系非常小。由此可以認(rèn)為，在不是非常陡峭的波頭范圍內(nèi)，沖擊電暈的發(fā)展主要只與電壓

的瞬時(shí)值有關(guān)。但是不同的極性對(duì)沖擊電暈的發(fā)展有顯著的影響。當(dāng)產(chǎn)生正極性沖擊電暈時(shí),

電子在電場(chǎng)作用下迅速移向?qū)Ь€，正空間電荷加強(qiáng)距離導(dǎo)線較遠(yuǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度，有利于電暈

的進(jìn)一步發(fā)展；電暈外觀是從導(dǎo)線向外引出數(shù)量較多較長(zhǎng)的細(xì)絲。當(dāng)產(chǎn)生負(fù)極性電暈時(shí)，正

空間電荷的移動(dòng)不大，它的存在減弱了距導(dǎo)線較遠(yuǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度?使電暈不易發(fā)展；電暈外

觀上是較為完整的光圈。由于負(fù)極性電暈發(fā)展較弱，而雷電大部分是負(fù)極性的，所以在過電

壓計(jì)算中常以負(fù)極性電暈作為計(jì)算的依據(jù)。

6-6當(dāng)沖擊電壓作用于變壓器繞組時(shí)，在變壓器繞組內(nèi)將出現(xiàn)振蕩過程，試分析出現(xiàn)振蕩

的根本原因，并由此分析沖擊電壓波形對(duì)振蕩的影響。

答：出現(xiàn)振蕩的根本原因：由于變壓器的穩(wěn)態(tài)電位分布與起始電位分布不同，因此從起

始分布到穩(wěn)態(tài)分布，其間必有一個(gè)過渡過程。而且由于繞組電感和電容之間的能量轉(zhuǎn)換，使

過渡過程具有振蕩性質(zhì)。

沖擊電壓波形對(duì)振蕩的影響:變壓器繞組的振蕩過程，與作用在繞組上的沖擊電壓波形有

關(guān)。波頭陡度愈大，振蕩愈劇烈；陡度愈小，由于電感分流的影響，起始分布與穩(wěn)態(tài)分布愈

接近，振蕩就會(huì)愈緩和，因而繞組各點(diǎn)的對(duì)地電位和電位梯度的最大值也將降低。此外波尾

也有影響，在短波作用下，振蕩過程尚未充分激發(fā)起來時(shí)，外加電壓已經(jīng)大大衰減，故使繞

組各點(diǎn)的對(duì)地電位和電位梯度也較低?

6-7說明為什么需要限制旋轉(zhuǎn)電機(jī)的侵入波陡度。

答：在直接與電網(wǎng)架空線連接方式下，雷電產(chǎn)生的沖擊電壓直接從線路傳到電機(jī)，對(duì)電

機(jī)的危害性很大，需采取限制侵入波陡度的保護(hù)措施，使得侵入電機(jī)的沖擊電壓的波頭較平

緩，匝間電容的作用也就相應(yīng)減弱。

第七章雷電過電壓及其防護(hù)

1、本章學(xué)習(xí)要求

(I)應(yīng)熟悉的內(nèi)容

學(xué)生通過本章的學(xué)習(xí)，應(yīng)該了解雷電產(chǎn)生的原因、過程及參數(shù)；熟悉接地的基本概念及

原理；氣體絕緣變電氣的防雷保護(hù)

(2)應(yīng)掌握的內(nèi)容

通過本章的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生熟練掌握避雷針、避雷線的保護(hù)范圍；避雷器的保護(hù)原理：

各類避雷器的保護(hù)原理及電氣參數(shù)；輸電線路的耐雷水平、雷擊跳閘率、防雷保護(hù)措施；發(fā)

電廠直擊雷及沿線路入侵的雷電過電壓的防雷保護(hù)。

2、本章重點(diǎn)難點(diǎn)分析

(1)重點(diǎn)

避雷針(線)的保護(hù)范圍，避雷器的保護(hù)原理；輸電線路的耐雷水平、雷擊跳閘率、防

雷保護(hù)措施；變電所的防雷保護(hù)措施

(2)難點(diǎn)

變電所內(nèi)閥形避雷器的保護(hù)作用分析；輸電線路耐雷水平的分析；旋轉(zhuǎn)電機(jī)的防雷保護(hù)分析。

3、習(xí)題講解

7-1試述雷電放電的基本過程及各階段的特點(diǎn)。

答：雷電放電的基本過程包括先導(dǎo)放電、主放電和余輝放電三個(gè)階段。

(1)先導(dǎo)放電階段--開始產(chǎn)生的先導(dǎo)放電是跳躍式向前發(fā)展。先導(dǎo)放電常常表現(xiàn)為分

枝狀，這些分枝狀的先導(dǎo)放電通常只有一條放電分支達(dá)到大地。整個(gè)先導(dǎo)放電時(shí)間約

0.005~0.01s,相應(yīng)于先導(dǎo)放電階段的雷電流很小。

(2)主放電階段--主放電過程是逆著負(fù)先導(dǎo)的通道由下向上發(fā)展的。在主放電中，雷

云與大地之間所聚集的大量電荷，通過先導(dǎo)放電所開辟的狹小電離通道發(fā)生猛烈的電荷中和，

放出巨大的光和熱。在主放電階段，雷擊點(diǎn)有巨大的電流流過，主放電的時(shí)間極短。

(3)余輝放電階段-—當(dāng)主放電階段結(jié)束后，雷云中的剩余電荷將繼續(xù)沿主放電通道下

移，使通道連續(xù)維持著一定余輝。余輝放電電流僅數(shù)百安，但持續(xù)的時(shí)間可達(dá)0.03~0.05s。

7-2試述雷電流幅值的定義，分別計(jì)算下列雷電流幅值出現(xiàn)的概率：30kA,50kA、88kA、

IOOkA、150kA,200kAo

答：根據(jù)式P=I(T/。其中，P為雷電流幅值超過I的概率，I為雷電流幅值。則雷電流

幅值為30kA、50kA,88kA、100kA>150kA>20OkA時(shí),對(duì)應(yīng)的概率分別為45.61%、27.03%、

10.00%、7.31%、1.97%、0.53%。

7-3雷電過電壓是如何形成的？

答：雷電過電壓的形成包括以下幾種情況。

(1)直擊雷過電壓

a.雷直擊于地面上接地良好的物體時(shí)，流過雷擊點(diǎn)A的電流即為雷電流i。采用電流源彼

德遜等值電路，則雷電流

7

/=y?2∕0≈2z0

沿雷道波阻抗Zo下來的雷電入射波的幅值lo=I∕2,A點(diǎn)的電壓幅值UA=/&。

b.雷直擊于輸電線路的導(dǎo)線時(shí)，電流波向線路的兩側(cè)流動(dòng)，如果電流電壓均以幅值表示,

則

.2U。/Z。

z

Z<>+2