电气工程基础 下

编写
12 级电自 5 班 吴常达
设备篇
第九章
1、交流电弧电流有什么特点？熄灭交流电弧的条件是什么？
答：①交流电弧电流的波形基本是正弦波，并且每半个周期 自然过零一次。②恢复电压始终小于介质强度，即������������������(������) < ������������(������)。
2、为什么开关电器开断交流电弧的能力比开断直流电弧的能 力要强？
单
母
FG
线
接
③双母线接线——优点：与单母线分段接线比较，可靠性和 灵活性大为增加。缺点：设备较多，配电装置复杂，投资 大，经济性较差。母联断路器故障时，会导致两条母线停 电，当出线侧断路器或线路侧隔离开关故障时会停止对该线 路用户供电，进行倒母线操作时，隔离开关作为操作电器容 易误操作。
QF
W1 W2
D、 YNyn 联结，可测量线电压，相对地电压和零序电 压。
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三相五柱式电压互感器 YN yn d0 联结
三台单相电压互感器 YN yn d0 联结 16、为什么用一台三相三柱式电压互感器组成的 Yyn 联结的 电压互感器，其高压侧绕组的中性点不允许接地？
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答：因为若其接地，当系统发生单相接地时，由于互感器三 相中的零序电流产生的零序磁通是同相位的，不能通过三个 铁芯柱形成闭合回路，而只能通过空气间隙和互感器外壳构 成通路，因此磁路磁阻很大，零序励磁电流很大，会引起电 压互感器铁芯过热甚至烧坏。
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近形成了不导电的正电荷空间，阻碍阴极发射电子，使弧隙 表面出现一定的介质强度。
4、熄灭交流电弧经常采取的措施有哪些？请具体解释。
答：①用液体或气体吹弧。降低弧隙温度，加快去电离过 程，带来新鲜的、未电离的绝缘介质，从而增强弧隙介质的 绝缘强度。
②采用多断口灭弧。将一相触头的断点制造成两个或多个断 口串联的形式，从而形成多个电弧相串联的灭弧方式，电弧 比单断口拉得更长，被拉长的速度更快，同时电压被分配到 每个断口，使每个断口的恢复电压得以极大地降低，电弧更 容易熄灭。
8、分析自能式 SF6 断路器的工作原理。 答：自能式灭弧方式是指在开断短路电流时，依靠电弧自身 的能量加热 SF6 气体，产生灭弧所需要的高气压，利用灭弧室 的机械结构引导气流，对电弧产生吹拂作用。
9、简述断路器断口并联均压电容的作用。 答：解决由于断口之间连接部分存在对地电容，对断口间的 电容产生分压而导致的开断时断口恢复电压分配不均匀的问 题，以保证各断口实际电压值与均匀分配的电压之差小于 10%，以降低每个断口的灭弧压力。
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2、隔离开关和断路器的区别何在？它们的操作程序应如何正 确配合？有哪些防止误操作的措施？
答：隔离开关与断路器最根本的区别在于它没有专用的灭弧 装置，因此不能用以开断负荷电流或短路电流，否则在高电 压下触头间将产生电弧，可能烧损设备，危及人身安全。
只有在断路器断开后，隔离开关才能进行操作，即停电时， 要先断开断路器再断开隔离开关；送电时，要先合隔离开关 再合断路器。
为保证正确的操作顺序，隔离开关与断路器以及接地刀闸之 间要有防误闭锁装置，例如机械闭锁、电气闭锁、程序闭 锁、电脑闭锁等。
3、旁路母线有什么作用？可否用其来代替主母线？检修出线 断路器时应如何操作？
答：①旁路母线可以保证不停电检修与它相连的任一回路的 断路器，提高了供电可靠性。
②旁路母线不可以代替主母线。
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15、电流互感器与电压互感器的接线方式各有哪些？可以分别 测量哪些量？
答：①电流互感器常用的联结方式有以下几种：
A、 一个电流互感器组成的单相式联结，主要用于测量对
称负载的相电流。ABCL1AK1
K2
L2
B、 两个电流互感器组成的不完全星形联结，可以测量三
相电流，有功功率，无功功率，电能等。
A
B
17、SF6 全封闭组合电器的基本组成元件。 答：GIS 的主要组成元件包括断路器、隔离开关、接地开关、 电压互感器、电流互感器、避雷器、过渡元件、母线及各种 附属设备。
第十章 1、对主接线的基本要求有哪些？ 答：①可靠性，供电可靠性是指能够长期、连续、正常地向 用户供电的能力，保证供电可靠性是电气主接线最基本的要 求。 ②灵活性，电气主接线应力求简单明了，运行灵活，操作方 便，能够适应各种运行条件的变化。 ③经济性，电气主接线的设计必须综合考虑技术和经济两方 面的情况，在满足运行可靠灵活的基础上，尽量使主接线简 单清晰，经济合理，做到投资省，占地面积少，年运行费用 低。
②单母线分段接线——优点：既具有单母线接线简单清晰， 方便经济的优点，又在一定程度上提高了供电可靠性。缺 点：某一段母线或母线侧的隔离开关发生故障或检修时，该 段母线上所有回路都要长时间停电。当某一回路断路器需要
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检修时，该回路也需要停电，而且它增加了分段设备的投资 和占地面积。
线带
旁
路
母
线
的
FD
C
A
L1
L1
A
K1
K1
K2
K2
L2
L2
C、 三个电流互感器组成的完全星形联结，可以测量三相 电流，有功功率，无功功率，电能等，而且能反应相 间及接地故障。
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A
B
C
A
A
L1
L1
L1
A
K1
K1
K1
K2
K2
K2
L2
L2
L2
D、 零序联结，反应零序电流，用于零序保护中。
A
B
C
L1
L1
L1
KA
K1
K1
K1
K2
⑤用特殊金属材料做触头。采用铜钨合金等耐高温的金属材 料做触头，以减少热电子的发射和金属的蒸气量，抑制电离 作用使弧隙介质强度恢复加快，提升开断能力，同时延长触 头的寿命。
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5、为何必须严格控制 SF6 断路器中水分的含量？ 答：①水分可以引起化学反应。SF6 断路器中的水分在电弧的 作用下参与 SF6 气体的分解反应，生成腐蚀性极强的氟化氢等 分解物，它们对 SF6 断路器内的零部件有腐蚀作用，会降低绝 缘器件的绝缘电阻和破坏金属器件的表面镀层。 ②水分对绝缘性能产生影响。当温度骤降时，SF6 断路器中的 水蒸气可能冷凝成露水附在绝缘器件表面，造成沿面放电事 故，在较高气压下，SF6 气体含水量过高，其耐压强度也会有 所下降。
14、真空开关常用的触头材料有哪些？如何正确地进行选用？ 答：真空开关常用的触头材料有钨和钼等难熔金属，以钨和 钼为主的合金，铜铬合金等。 采用钨和钼等难熔金属做触头材料，可以获得良好的耐压强 度和抗熔焊性，但在开断大电流时，电弧将难以熄灭，使真 空断路器失去了分断电流的能力；以钨和钼为主，加入少量 的铜、铋等的合金材料，基本保持了难熔金属做真空断路器 触头材料的优点，同时克服了其截流的缺点；选用铜铬合金 做触头材料可以获得较高的介质强度，其开断电流大，截流 水平低，耐电弧烧蚀能力非常好，冷凝后的触头表面光滑， 弧后重燃概率低，适宜用在高电压，大开断电流的真空断路 器中。
11、电压互感器的开口三角形绕组有何作用？ 答：电压互感器的开口三角形绕组就是将三相电压互感器的 副边绕组依次首尾相接但不形成闭合，开口电压等于三相电 压的矢量和，正常情况下开口三角形绕组的输出电压为零。 当发生一相接地时，向量和等于√������倍线电压，可用于故障报 警；当一相高压熔丝熔断时，向量和等于线电压，可用于故 障报警，所以其作用为用于检测零序电压。
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④双母线分段接线在双母线接线的基础上提高了可靠性和灵 活性，但增加了断路器的数量，接线复杂，投资较大。
⑤带旁路母线接线——优点：提高了供电可靠性，可以保证 不停电检修与它相连的任一回路的断路器，且运行操作灵活 方便。缺点：增加了投资与占地面积，而且旁路断路器的保 护为了适应各回路出线的要求，整定比较复杂。
③当需要检修出线断路器时，应先依次合母线侧、旁路母线 侧的旁路隔离开关，再合旁路断路器，对旁路母线充电，确 认旁路母线无问题后拉开旁路断路器 QF，合上要检修线路与 旁路母线相连的隔离开关，再合上旁路断路器，然后就可以 断开要检修断路器及其两侧的隔离开关，线路断路器在做好 安全措施后即可进行检修。
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12、SF6 全封闭组合电器有何特点？ 答：①优点：节省占用面积和空间，运行安全可靠，不产生 噪音和无线电干扰，安装周期短，维护工作量小，检修周期 长。 ②缺点：对材料性能、加工精度与装配工艺的要求高，金属 材料消耗大，造价昂贵，故障损失严重，检修措施要求严 密。
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13、简述触头结构对真空断路器开断性能的影响。 答：①圆盘形触头结构简单，机械强度好，易加工，但开断 电流较小，对于电流较大的聚集型电流难以开断。 ②横向磁场触头采用与弧柱轴线相垂直的磁场，延缓阳极斑 点的产生，使真空断路器的开断能力有了较大的提升。 ③纵向磁场触头使得开断电流又有了进一步的提高。
答：在电弧电流过零瞬间，由于近阴极效应，弧隙立即呈现 约为 150~250V 的起始介质强度，而交流电弧电流每半个周期 会自然过零一次，这对于交流电弧的熄灭是非常有利的。
3、什么叫近阴极效应？为什么会产生近阴极效应？ 答：①在电弧电流过零瞬间，弧隙立即呈现约为 150~250V 的 起始介质强度，这种现象称为近阴极效应。 ②电弧电流过零前，弧隙间充满电子及正离子，在电流过零 后，弧隙电极的极性发生了变化，弧隙中各种带电粒子的运 动方向随之改变，质量较小的电子立即向新的正电极方向运 动，而质量比电子大一千多倍的正离子几乎未动，在阴极附
10、在运行中，电流互感器的二次侧为何不允许开路？ 答：正常工作时，二次侧电流产生的二次磁动势对一次磁动 势有去磁作用，合成磁通不大，E2 也很小，二次绕组开路 时，二次电流及二次磁动势为零，一次磁动势不变，将全部 用于励磁，励磁磁动势的大小由正常时很小的 I0N1 骤变为
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I1N1，使得铁芯中的磁通骤增而达到饱和，磁通波形变为平顶 波，二次绕组将在磁通过零时感应出很高的尖顶波电动势， 其峰值可达数千伏甚至上万伏，这会危及到工作人员的安全 和二次设备的绝缘。另外，由于铁芯磁通骤增使铁芯损耗增 大，可造成严重发热甚至使电流互感器烧毁。此外，在铁芯 中还会产生剩磁，使互感器特性变坏，因此，当电流互感器 一次绕组有电流时，二次绕组不允许开路。
6、为何要确定断路器中 SF6 气体的压力？ 答：在 SF6 气体绝缘设备中，SF6 气体是主要绝缘介质和灭弧 介质，其绝缘强度和灭弧能力取决于气体的密度，SF6 气体密 度降低会使气体绝缘设备耐压强度下降，会使断路器开断容 量下降。另外，SF6 气体密度的降低通常是由泄露引起的，而 泄露点的存在会使大气中的水分向设备内渗透，使 SF6 气体的 含水量上升。
③快速拉长电弧。使弧隙的电场骤降，并使电弧的长度和表 面积增大，有利于冷却电弧及带电质点的复合和扩散，增强 去电离作用，加快介质强度的恢复。
④将长电弧分成几段短电弧。充分利用近阴极效应产生的起 始介质强度，将电弧分割成几段短电弧，当每一段的介质强 度总值大于加在开关电器的断口上的恢复电压时，电弧不会 复燃，将被熄灭。
4、比较常用的几种主接线方式的可靠性，各有何利弊？ 答：常用的几种主接线方式的可靠性由低到高依次为：单母 线接线、单母线分段接线、双母线接线、双母线分段接线、 带旁路母线的接线、一个半断路器接线。 各种接线的利弊如下： ①单母线接线——优点：简单明了，采用设备少，运行操作 简单，便于扩建，造价低。缺点：供电可靠性低，灵活性 差，当母线或母线侧的隔离开关等元件发生故障或检修时， 所有接在该母线上的回路都要受到影响而停电。当某一回路 断路器需要检修时，该回路也需要停电。
K2
K2
L2
L2
L2
E、 三角形联结，用于 Yd11 联结的变压器的差动保护电流
回路中。
A
B
C
KA
KA
L1
L1
L1
KA
K1
K1
K1
K2
K2
K2
L2
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②电压互感器常见的联结方式有以下几种： A、 单相接线，测量某一相间电压或相对地电压。
B、 不完全星形联结，可测量线电压，不能测量相电压。
C、 Yyn 联结，只能用来测量线电压，不能用来测量相对 地电压及监视电网对地绝缘。
7、分析单压式 SF6 断路器的工作原理及其优点。 答：工作原理：单压式灭弧室只有一个较低的气压系统，灭 弧室的可动部分带有辅助压气，依靠分闸时气缸与活塞的相 对运动，像打气筒一样使气体压力短时升高，形成高压气体 吹拂电弧使之熄灭，动触头的运动速度决定了吹气量的大
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小。一旦分闸操作结束，压气作用随即消失，触头间恢复为 低压气体。分闸时，由于压气缸的作用，可使气体压力比原 来升高 1~2 倍，单压式灭弧室由于带有压气装置，又称为压 气式灭弧室。 优点：结构简单，无需加热，造价低，性能优良。