高电压技术第4章习题答案

4-1测量绝缘电阻能发现哪些绝缘缺陷?试比较它与测量泄漏电流试验项目的异同。

答：测量绝缘电阻能有效地发现下列缺陷：总体绝缘质量欠佳；绝缘受潮；两极间有贯穿性的导电通道；绝缘表面情况不良。

测量绝缘电阻和测量泄露电流试验项目的相同点：两者的原理和适用范围是一样的，不同的是测量泄漏电流可使用较高的电压(10kV 及以上)，因此能比测量绝缘电阻更有效地发现一些尚未完全贯通的集中性缺陷。

4-2绝缘干燥时和受潮后的吸收特性有什么不同？为什么测量吸收比能较好的判断绝缘是否受潮？ 答：绝缘干燥时的吸收特性02R R ∞>，而受潮后的吸收特性01R R ∞≈。

如果测试品受潮，那么在测试时，吸收电流不仅在起始时就减少，同时衰减也非常快，吸收比的比值会有明显不同，所以通过测量吸收比可以判断绝缘是否受潮。

4-3简述西林电桥的工作原理。

为什么桥臂中的一个要采用标准电容器?这—试验项目的测量准确度受到哪些因素的影响?答：西林电桥是利用电桥平衡的原理，当流过电桥的电流相等时，电流检流计指向零点，即没有电流通过电流检流计，此时电桥相对桥臂上的阻抗乘积值相等，通过改变R 3和C 4来确定电桥的平衡以最终计算出C x 和tan δ。

采用标准电容器是因为计算被试品的电容需要多个值来确定，如果定下桥臂的电容值，在计算出tan δ的情况下仅仅调节电阻值就可以最终确定被试品电容值的大小。

这一试验项目的测量准确度受到下列因素的影响：处于电磁场作用范围的电磁干扰、温度、试验电压、试品电容量和试品表面泄露的影响。

4-5什么是测量tan δ的正接线和反接线?它们各适用于什么场合?答：正接线是被试品C X 的两端均对地绝缘，连接电源的高压端，而反接线是被试品接于电源的低压端。

反接线适用于被试品的一极固定接地时，而正接线适用于其它情况。

7-1为什么需要用波动过程研究电力系统中过电压？答：实际电力系统采用三相交流或双极直流输电，属于多导线线路，而且沿线路的电场、磁场和损耗情况也不尽相同，因此所谓均匀无损单导线线路实际上是不存在的。

但为了揭示线路波过程的物理本质和基本规律，可暂时忽略线路的电阻和电导损耗，假定沿线线路参数处处相同，故首先研究均匀无损单导线中的波过程。

7-2 试分析波阻抗的物理意义及其与电阻之不同点？答：分布参数线路的波阻抗与集中参数电路的电阻虽然有相同的量纲，但物理意义上有着本质的不同：（1）波阻抗表示向同一方向传播的电压波和电流波之间比值的大小；电磁被通过波阻抗为Z 的无损线路时，其能量以电磁能的形式储存于周围介质中．而不像通过电阻那样被消耗掉。

（2）为了区别不同方向的行波，Z 的前面应有正负号。

（3）如果导线上有前行波，又有反行波，两波相遇时，总电压和总电流的比值不再等于波阻抗，即Z u u u u Z i i u u i u bf b f b f b f ≠-+=++= （4）波阻抗的数值Z 只与导线单位长度的电感L 0和电容C 0有关，与线路长度无关。

7-3试分析直流电势E 合闸于有限长导线(长度为l ，波阻为Z)的情况，末端对地接有电阻R(如图7-24所示)。

假设直流电源内阻为零。

解：（1）当R=Z 时，没有反射电压波和反射电流波，即10b u =。

则末端与线路中间2l 的电压相同，2111b f u u u u E ==+=，波形如下。

图(1) 末端接集中负载R=Z 时的电压波形（2）当R =∞时，根据折射和反射系数计算公式（7-17），1,2==βα，即末端电压U 2=u 2f =2E ，反射电压u 1b =E ，线路中间2l 的电压1112b f u u u E =+=，波形如下。

图(2) 末端开路时的电压波形（3）当R=0时，根据折射和反射系数计算公式（7-17），1,0-==βα，即线路末端电压U 2=u 2f =0，反射电压u 1b =-E ，线路中间2l 的电压1110b f u u u =+=。

反射电流i 1b =11b f u E i Z Z--=-=。

在反射波到达范围内，导线上各点电流为if b f i i i i 2111=+=，末端的电流212E i i Z-==。

图(3－1) 末端接地时末端的电流波形图(3－2) 末端接地时线路中间2l 的电压波形7-4母线上接有波阻抗分别为Z1、Z2、Z3的三条出线，从Z1线路上传来幅值为E 的无穷长直角电压波。

求出在线路Z3出现的折射波和在线路Z1上的反射波。

解：当无穷长直角波E u if =沿线路Z 1达到母线后，在线路Z 1上除1f u 、1f i 外又会产生新的行波1b u 、1b i ，因此线路上总的电压和电流为⎪⎭⎪⎬⎫+=+=b f b f i i i u u u 111111 设线路Z 2为无限长，或在线路Z 2上未产生反射波前，线路Z 2上只有前行波没有反行波，则线路Z 2上的电压和电流为⎪⎭⎪⎬⎫==f f i i u u 2222 同理，线路Z 3上的电压和电流为3333f f u u i i =⎫⎪⎬=⎪⎭然而母线上只能有一个电压电流，因此其左右两边的电压电流相等，即123u u u ==，123i i i =+，因此有23112311f f f b f f f b u u u u i i i i ==+⎫⎪⎬+=+⎪⎭将11Z i u f if=，222Z i u f f =，333f f u Z i =，11Z i u bib -=，E u if =代入上式得， 线路Z3出现的折射波2232113313122321()b Z Z i i E Z i Z Z Z Z Z Z Z Z ==-=++ 233331312232Z Z u i Z Z Z Z Z Z Z ==++ 线路Z1出现的反射波13122311131223()b Z Z Z Z Z Z i E Z Z Z Z Z Z Z +-=++ 131223*********()b b Z Z Z Z Z Z u Z i E Z Z Z Z Z Z +-=-=-++ 131223131211113122311312232()()()Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z E i E E Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z +-+=+=++++ 1312232311312231312232()Z Z Z Z Z Z Z Z u E E E Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z +-=-=++++7-6波在传播中的衰减与畸变的主要原因？说明冲击电晕对雷电波波形影响的原因？答：波的衰减和变形受到以下因素的影响：（1）线路电阻和绝缘电导的影响实际输电线路并不满足无变形条件（式7-28），因此波在传播过程中不仅会衰减，同时还会变形。

此外由于集肤效应，导线电阻随着频率的增加而增加。

任意波形的电磁波可以分解成为不同频率的分量，因为各种频率下的电阻不同，波的衰减程度不同，所以也会引起波传播过程中的变形。

（2）冲击电晕的影响由于电晕要消耗能量，消耗能量的大小又与电压的瞬时值有关，故将使行波发生衰减的同时伴随有波形的畸变。

冲击电晕对雷电波波形影响的原因：雷电冲击波的幅值很高，在导线上将产生强烈的冲击电晕。

研究表明，形成冲击电晕所需的时间非常短，大约在正冲击时只需0.05μs ，在负冲击时只需0.01μs ；而且与电压陡度的关系非常小。

由此可以认为，在不是非常陡峭的波头范围内，冲击电晕的发展主要只与电压的瞬时值有关。

但是不同的极性对冲击电晕的发展有显著的影响。

当产生正极性冲击电晕时，电子在电场作用下迅速移向导线，正空间电荷加强距离导线较远处的电场强度，有利于电晕的进一步发展；电晕外观是从导线向外引出数量较多较长的细丝。

当产生负极性电晕时，正空间电荷的移动不大，它的存在减弱了距导线较远处的电场强度．使电晕不易发展；电晕外观上是较为完整的光圈。

由于负极性电晕发展较弱，而雷电大部分是负极性的，所以在过电压计算中常以负极性电晕作为计算的依据。

7-7当冲击电压作用于变压器绕组时，在变压器绕组内将出现振荡过程，试分析出现振荡的根本原因，并由此分析冲击电压波形对振荡的影响。

答：出现振荡的根本原因：由于变压器的稳态电位分布与起始电位分布不同，因此从起始分布到稳态分布，其间必有一个过渡过程。

而且由于绕组电感和电容之间的能量转换，使过渡过程具有振荡性质。

冲击电压波形对振荡的影响:变压器绕组的振荡过程，与作用在绕组上的冲击电压波形有关。

波头陡度愈大，振荡愈剧烈；陡度愈小，由于电感分流的影响，起始分布与稳态分布愈接近，振荡就会愈缓和，因而绕组各点的对地电位和电位梯度的最大值也将降低。

此外波尾也有影响，在短波作用下，振荡过程尚未充分激发起来时，外加电压已经大大衰减，故使绕组各点的对地电位和电位梯度也较低。

7-8说明为什么需要限制旋转电机的侵入波陡度。

答：在直接与电网架空线连接方式下，雷电产生的冲击电压直接从线路传到电机，对电机的危害性很大，需采取限制侵入波陡度的保护措施，使得侵入电机的冲击电压的波头较平缓，匝间电容的作用也就相应减弱。

8-3雷电过电压是如何形成的？答：雷电过电压的形成包括以下几种情况。

（1）直击雷过电压a.雷直击于地面上接地良好的物体（图8-3）时，流过雷击点A 的电流即为雷电流i 。

采用电流源彼德逊等值电路，则雷电流000022i i Z Z Z i ≈+=沿雷道波阻抗0Z 下来的雷电入射波的幅值I 0=I/2，A 点的电压幅值i A IR U =。

b.雷直击于输电线路的导线（图8-4）时，电流波向线路的两侧流动，如果电流电压均以幅值表示，则2220000Z Z Z IZ Z Z U i +=+=导线被击点A 的过电压幅值为 Z Z Z Z I Z i U +===00ZA 22（2）感应雷过电压 雷云对地放电过程中，放电通道周围空间电磁场急剧变化，会在附近线路的导线上产生过电压（图8-5）。

在雷云放电的先导阶段，先导通道中充满了电荷，如图8-5（a ）所示，这些电荷对导线产生静电感应，在负先导附近的导线上积累了异号的正束缚电荷，而导线上的负电荷则被排斥到导线的远端。

因为先导放电的速度很慢，所以导线上电荷的运动也很慢，由此引起的导线中的电流很小，同时由于导线对地泄漏电导的存在，导线电位将与远离雷云处的导线电位相同。

当先导到达附近地面时，主放电开始，先导通道中的电荷被中和，与之相应的导线上的束缚电荷得到解放，以波的形式向导线两侧运动，如图8-5（b ）所示。

电荷流动形成的电流i 乘以导线的波阻抗Z 即为两侧流动的静电感应过电压波iZ U =。

8-5设某变电所的四支等高避雷针，高度为25m ，布置在边长为42m 的正方形的四个顶点上，试绘出高度为11m 的被保护设备，试求被保护物高度的最小保护宽度。