电力系统概述习题答案

电力系统概述习题答案
第一章电力系统概述习题答案
一、填空题
1．根据一次能源的不同，发电厂可分为火力发电厂、水力发电厂、风力发电厂和核能发电厂等。

2．按发电厂的规模和供电范围不同，又可分为区域性发电厂、地方发电厂和自备专用发电厂等。

3．火电厂分为凝汽式和供热式火力发电厂。

4．水电厂根据集中落差的方式分为堤坝式、引水式和混合式。

5．水电厂按运行方式分为有调节、无调节和抽水蓄能电厂。

6．变电所根据在电力系统的地位和作用分为枢纽变电所、中间变电所、地区变电所、终端变电所。

二、判断题
1、火力发电厂是利用煤等燃料的化学能来生产电能的工厂。

（√）
2、抽水蓄能电站是利用江河水流的水能生产电能的工厂。

（×）
3、变电站是汇集电源、升降电压和分配电力的场所, 是联系发电厂和用户的中间环节。

（√）
4、中间变电站处于电力系统的枢纽点, 作用很大。

（×）
5、直接参与生产、输送和分配电能的电气设备称为一次设备。

（√）
6、电流互感器与电流表都是电气一次设备。

（×）
7、用电设备的额定电压与电力网的额定电压相等。

（√）
8、发电机的额定电压与电力网的额定电压相等。

（×）
9、变压器一次绕组的额定电压与电力网的额定电压相等。

（×）
10、变压器二次绕组的额定电压等于电力网额定电压的1.1 倍。

（×）
11、二次设备是用在低电压、小电流回路的设备。

（√）
12、信号灯和控制电缆都是二次设备。

（√）
三、简答题
1．发电厂和变电所的类型有哪些？分别说明发电厂的生产过程和变电所的作用。

答：发电厂分火力发电厂、水力发电厂、风力发电厂和核能发电厂。

火力发电厂是将燃料的化学能转换成电能的工厂。

其生产过程是利用燃料的化学能使锅炉产生蒸汽，蒸汽进入汽轮机做功，推动汽轮机转子转动，将热能转换成机械能，汽轮机转动带动发电机转子旋转，在发电机内将机械能转换成电能。

水力发电厂是把水的位能和动能转变成电能的工厂。

利用水的能量推动水轮机转动，再带动发电机发电。

核电厂利用核裂变能转化成热能，再按火电厂的发电方式，将热能转化成电能，它是用核反应堆和蒸汽发生器替代了锅炉设备。

根据变电所在电力系统的地位和作用分成枢纽变电所、中间变电所、地区变电所和终端变电所。

枢纽变电所位于电力系统的枢纽点，汇集多个电源电压等级一般为330～500KV。

一旦停电，将造成大面积停电，引起整个系统解列，甚至瘫痪，对电力系统运行的稳定性和可靠性起着重要作用。

中间变电所汇集2～3个电源和若干线路，电压等级一般为220～330KV，高压侧起交换功率的作用或使长距离输电线路分段，同时降压对一个区域供电。

全所停电后，将引起区域电网的解列。

在电力系统中主要起中间环节的作用。

地区变电所的电压等级一般为110～220KV，主要向一个地区用户供电，是一个地区或一个中小城市的主要变电所。

一旦停电，将造成该地区或城市供电的紊乱，甚至中断供电。

终端变电所位于配电线路的末端，接近负荷处，电压等级一般为35～110KV，经降压后直接向用户供电。

2．电气一次设备及二次设备的作用及范围是什么？
答：电气一次设备直接参与电能的生产、输送、分配和使用电能。

分为：
（1）生产和转换电能的设备。

如发电机、变压器、电动机。

（2）接通或开断电路的设备。

如高压断路器、隔离开关、熔断器、
重合器等。

（3）载流导体。

如母线、电缆等，用于按照一定的要求把各种电气设备连接起来，组成传输和分配电能的电路。

（4）互感器。

分电压互感器和电流互感器，分别将一次侧的高电压或大电流变为二次侧的低电压或小电流，以供给二次回路的测量仪表和继电器。

（5）保护电器。

如限制短路电流的电抗器和防御过电压的避雷器等。

（6）接地装置。

如埋入地下的金属接地体（或连接成接地网）。

3．供电设备、用电设备和电力网的额定电压之间有什么关系？
答：用电设备的额定电压与电力网的额定电压相等；发电机的额定电压等于连接电网额定电压的1.05倍；变压器一次绕组额定电压一般与连接电网额定电压相等，但与发电机直接相连者等于发电机额定电压；变压器二次绕组额定电压一般等于连接电网额定电压的1.1倍，但空载变压器或经短线路与用户相连或小阻抗变压器其二次绕组额定电压等于连接电网额定电压的1.05倍。

第二章电弧与电气触头的基本知识习题答案
一、填空题
1．电弧的由阴级区、阳极区和弧柱区三部分组成。

2．弧柱中自由电子的主要来源有热电子发射、强电场发射、碰撞游离以及热游离。

3．影响去游离的因素有电弧温度、介质的特性、气体介质的压力以及触头材料。

4．开关电器中常用灭弧方法有提高触头的分闸速度、采用多断口、吹弧、以及短弧原理灭弧、利用固体介质的狭缝狭沟灭弧等。

5．按接触面的形式触头可分为点接触、线接触、面接触。

6．触头按结构形式可分为固定触头、可断触头、可动触头。

二、判断题
1、：电弧是一种气体游离放电的现象 . （√）
2、：开关在开断电路时, 无需考虑电弧熄灭与否 . （×）
3、：断路器的开断能力是指断路器在切断电流时熄灭电弧的能力 . （√）
4、：电弧的产生和维持是触头间中性质点被游离的结果 . （√）
5、：电弧形成之初电子的来源是强电场发射及强电流发射 . （×）
6、：电弧稳定燃烧之后主要靠热游离来维持 . （√）
7、：电弧的熄灭依赖于去游离作用强于游离作用 . （√）
8、：去游离有两种形式: 复合和扩散 . （√）
9、：直流电弧的熄灭条件是拉长电弧 . （×）
10、：交流电弧较直流电弧易于熄灭 . （√）
11、：熄灭交流电弧的主要问题是增强介质绝缘强度的恢复 . （×）
12、：交流电流过零时, 电弧自然熄灭 . 若电流过零后, 出现电击穿现象（√）
13、：在直流电弧和交流电弧中, 将长弧切割成短弧灭弧是利用了近阴极效应 . （√）
14、：接触电阻值的大小直接反映了电气触头的质量 . （√）
15、：断路器中的动、静触头属于可动触头 . （×）
16、：母线之间的连接属于固定触头 . （√）
17、：少油断路器中的滚动触头属于可动触头 . （√）
18、：插座式触头与指形触头相比较, 自净作用差 . （×）
19、：最能反映触头工作状况的参数是接触电阻。

（√）
20、：在电气触头表面镀银的作用是防止触头受电弧烧伤。

（√）
三、简答题
1．电弧具有什么特征？它对电力系统和电气设备有哪些危害？答：电弧有阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成；电弧温度很高；电弧是一种自持放电
现象；电弧是一束游离的气体。

电弧的存在延长了开关电器开断故障电路的时间，加重了电力系统短路故障的危害。

电弧产生的高温，将使触头表面熔化和蒸发，烧坏绝缘材料，对充油电气设备还可能引起着火、爆炸等危险。

由于电弧在电动力、热力作用下能移动，很容易造成飞弧短路和
伤人，或引起事故的扩大。

2．电弧的游离和去游离方式各有哪些？影响去游离的因素是什么？
答：电弧的游离方式有（1）热电子发射（2）强电场发射（3）碰撞游离（4）热游离
电弧中发生游离的同时，还存在着相反的过程，即去游离。

去游离过程包括复合和扩散两种形式。

影响去游离的因素
（1）电弧温度
电弧是由热游离维持的，降低电弧温度就可以减弱热游离，减少新的带电质点的的产生。

同时，也减小了带电质点的运动速度，加强了复合作用。

（2）介质的特性
这些特性包括：导热系数、热容量、热游离温度、介电强度等。

若这些参数值大，则去游离过程就越强，电弧就越容易熄灭。

（3）气体介质的压力
气体的压力越大，电弧中质点的浓度就越大，质点间的距离就越小，复合作用越强，电弧就越容易熄灭。

（4）触头材料
当触头采用熔点高、导热能力强和热容量大的耐高温金属时，减少了热电子发射和电弧中的金属蒸汽，有利于电弧熄灭。

除了上述因素以外，去游离还受电场电压等因素的影响。

3．简述电弧的形成过程
答：电弧形成的过程如下：
断路器断开过程中电弧是这样形成的。

触头刚分离时突然解除接触压力，阴极表面立即出现高温炽热点，产生热电子发射；同时，由于触头的间隙很小，使得电压强度很高，产生强电场发射。

从阴极表面逸出的电子在强电场作用下，加速向阳极运动，发生碰撞游离，导致触头间隙中带电质点急剧增加，温度骤然升高，产生热游离并且成为游离的的主要因素，此时，在外加电压作用下，间隙被击穿，形成电弧。

4．交流电弧有什么特征？熄灭交流电弧的条件是什么？
答：（1）交流电弧特征：在交流电路中，电流瞬时值随时间变化，因而电弧的温度、直径以及电弧电压也随时间变化，电弧的这种特性称为动特性。

由于弧柱的受热升温或散热降温都有一定过程，跟不上快速变化的电流，所以电弧温度的变化总滞后于电流的变化，这种现象称为电弧的热惯性。

（2）交流电弧的熄灭条件
交流电流过零后，电弧是否重燃取决于弧隙介质强度和弧隙电压的恢复。

在电弧电流过零时，电弧自然熄灭。

电流过零后，弧隙中同时存在着两个作用相反的恢复过程，即介质强度恢复过程U j（t）和弧隙电压的恢复过程U hf（t）。

如果弧隙介质强度在任何情况下都高于弧隙恢复电压，则电弧熄灭；反之，如果弧隙恢复电压高于弧隙介质强度，弧隙就被击穿，电弧重燃。

因此，交流电弧的熄灭条件为U j（t）> U hf（t）5．什么是近阴极效应？哪些灭弧方法利用了近阴极效应？
在电流过零瞬间（t=0），介质强度突然出现升高的现象，称为近阴极效应。

这是因为电流过零后，弧隙的电极极性发生了改变，弧隙中剩余的带电质点的运动方向也相应改变，质量小的电子立即向新的阳极运动，而比电子质量大1000多倍的正离子则原地未动，导致在新的阴极附近形成了一个只有正电荷的离子层，这个正离子层电导很低，大约有150～250V的起始介质强度。

在低压电器中，常利用近阴极效应这个特性来灭弧。

如利用短弧原理灭弧法。

6．什么是弧隙介质强度和弧隙恢复电压？
答：弧隙介质能够承受外加电压作用而不致使弧隙击穿的电压称为弧隙的介质强度。

当电弧电流过零时电弧熄灭，而弧隙的介质强度要恢复到正常状态值还需一定的时间，此恢复过程称之为弧隙介质强度的恢复过程，以耐受的电压U j（t）表示。

电流过流前，弧隙电压呈马鞍形变化，电压值很低，电源电压的绝大部分降落在线路和负载阻抗上。

电流过零时，弧隙电压正处于马鞍形的后蜂值处。

电流过零后，弧隙电压从后蜂值逐渐增长，一直恢
复到电源电压，这一过程中的弧隙电压称为恢复电压，其电压恢复过程以U hf（t）表示。

8.短路类型对断路器的开断有何影响？
答：断路器开断电力系统短路电流时，弧隙恢复电压的最大值受两方面因素的影响：一方面是弧隙电压恢复过程的性质，即恢复过程是周期性的还是非周期性的；另一方面是开断瞬间工频恢复电压U0的大小。

而这两方面的因素又都决定于电路参数。

实际上，开断瞬间工频恢复电压值U0除了受电路参数的影响外，不同的短路形式也会产生明显的影响。

断路器开断单相短路电路时，电流过零的瞬间，工频恢复电压值U0近似等于电源电压最大值。

因为在三相交流电路中，各相电流过零时间不同，所以当断路器开断中性点不直接接地系统中三相短路时，电弧电流过零也有先后。

先过零的一相电弧先熄灭，此相称为首先开断相。

首先开断相触头间的工频恢复电压为相电压的1.5倍，加重了断路器的开断难度。

当断路器开断中性点直接接地系统中的三相接地短路或开断两相短路时，工频恢复电压的最大值为相电压的1.3倍。

9.断路器断口并联电阻和电容的作用是什么？
答：采用多断口结构时，对每一个断口在开断位置的电压分配和开断过程中的恢复电压分配将出现不均匀现象，从而影响整个断路器的灭弧能力。

为了顺利熄灭电弧，应使两个断口的电压均衡分配，可在每个断口上并联一个比C d（约为几十皮法）大得多的电容C（一般为1000～2000皮法），称为均压电容，并联均压电容后，两断口上的电压分布接近相等，从而保证了断路器的灭弧能力。

10．开关电器中常采用的基本灭弧方法有哪些？各自的原理何在？
答：（1）提高触头的分闸速度。

迅速拉长电弧，有利于迅速减小弧柱中的电位梯度，增加电弧与周围介质的接触面积，加强冷却和扩散的作用。

（2）采用多断口
在熄弧时，多断口把电弧分割成多个相串联的小电弧段。

多断口
使电弧的总长度加长，导致弧隙的电阻增加；在触头行程、分闸速度相同的情况下，电弧被拉长的速度成倍增加，使弧隙电阻加速增大，提高了介质强度的恢复速度，缩短了灭弧时间。

采用多断口时，加在每一断口上的电压成倍减少，降低了弧隙的恢复电压，亦有利于熄灭电弧。

（3）吹弧。

用新鲜而且低温的介质吹拂电弧时，可以将带电质点吹到弧隙以外，加强了扩散，并代之以绝缘性能高的新鲜介质，同时，由于电弧被拉长变细，使弧隙的电导下降。

吹弧还使电弧的温度下降，热游离减弱，复合加快。

按吹弧气流产生的方法：
1）用油气吹弧
2）用压缩空气或六氟化硫气体吹弧
3）产气管吹弧
按吹弧的方向分为：
1）纵吹
2）横吹
3）纵横吹
（4）短弧原理灭弧
在交流电路中，当电流自然过零时，所有短弧几乎同时熄灭，而每个短弧都在新阴极附近产生150～250V的起始介质强度。

在直流电路中，每一短弧的阴极区有8～11V 电压降。

如果所有串联短弧阴极区的起始介质强度或阴极区的电压降的总和永远大于触头间的外施电压，电弧就不再重燃而熄灭。

（5）利用固体介质的狭缝狭沟灭弧
触头间产生电弧后，在磁吹装置产生的磁场作用下，将电弧吹入又灭弧片构成的狭缝中，
把电弧迅速拉长的同时，使电弧与灭弧片的内壁紧密接触，对电弧的表面进行冷却和吸附，产生强烈的去游离。

（6）用耐高温金属材料制作触头
触头材料对电弧中的去游离也有一定影响，用熔点高、导热系数和热容量大的耐高温金属制作触头，可以减少热电子发射和电弧中的金属蒸汽，从而减弱了游离过程，有利于熄灭电弧。

（7）用优质灭弧介质
灭弧介质的特性，如导热系数、电强度、热游离温度、热容量等，对电弧的游离程度具有很大影响，这些参数值越大，去游离作用就越强。

在高压开关中，广泛采用压缩空气、六氟化硫（SF6）气体、真空等作为灭弧介质。

11．什么是电气触头？电气触头有哪些形式？
答：电气触头是指两个导体或几个导体之间相互接触的部分，如母线或导线的接触连接处以及开关电器中的动、静触头。

（1）按接触面的形式分类
1）点接触
2）线接触
3）面接触
（2）按结构形式分类
1）固定触头
可拆卸的连接
不可拆卸的连接
2）可断触头
对接式
插入式
3）可动触头
12．什么是触头的接触电阻？影响接触电阻的因素有哪些？
答：电气触头中导体与导体之间的接触电阻是触头的接触电阻。

触头的表面加工状况、表面氧化程度、触头间的压力及接触情况等都会影响接触电阻值。

下面分析影响接触电阻的因素。

（1）触头间的压力
触头接触面积的大小受施加压力的影响，如图2-18所示。

在不加
外力情况下，将两个触头施加外力时，总的接触面增大了，自然接触电阻就小了。

故压力是影响接触电阻的重要因素。

（2）触头材料及预防氧化的措施
触头一般由铜、黄铜和青铜等材料制成。

这些材料在空气中极易氧化。

为了防止氧化，通常在触头表面镀上一层锡或铅锡合金。

在户外装置或潮湿场所使用的大电流触头，最好在触头表面镀银。

银在空气中不易氧化。

镀银触头的接触电阻比较稳定。

对钢制触头，其接触表面应镀锡，并涂上两层漆加以密封。

必须在铝制触头表面涂中性凡士林油加以覆盖，以防氧化。

13．为什么触头要保证有足够的动稳定和热稳定？
当触头短时间内通过大电流时，如短路电流、电动机的起动电流等，所产生的热效应和电动力具有冲击特性，对触头能否正常工作造成很大威胁。

可能带来诸如触头熔焊和短时过热、触头接触压力下降、关合时触头弹跳等不良后果。

因此，开关电器必须采取有效措施，保证在通过短路电流时有足够的动稳定和热稳定。

第三章开关电器习题答案
一、填空题
1．开关电器按功能分为断路器、隔离开关、熔断器、负荷开关、以及自动重合器和自动分段器。

2．高压断路器按所采用的灭弧介质分为油断路器、压缩空气断路器、和真空断路器、六氟化硫断路器。

3．高压断路器的技术参数有额定电压、最高工作电压、额定电流、额定开段电流、额定断流容量、关合电流、动稳定电流、热稳定电流、分闸时间、合闸时间以及操作循环。

4．真空断路器的操作过电压常用抑制方法有采用低电涌真空灭弧室、在负载端并联电容、在负载端并联电阻和电容、串联电感、安装避雷器。

5．
SF断路器灭弧室的结构分为单压式和双压式。

6
6．操动机构分为手动机构、弹簧机构、电磁机构、液压机构、电。