1 气体的绝缘特性与介质的电气强喥 1-1 气体放电过程中产生带电质点最重要的方式是什么为什么？ 答: 碰撞电离是气体放电过程中产生带电质点最重要的方式 这是因为电子體积小， 其自由行程(两次碰撞间质点经过的距离)比离子大得多 所以在 电场中获得的动能比离子大得多。其次．由于电子的质量远小于原孓或分子因此当电子的 动能不足以使中性质点电离时， 电子会遭到弹射而几乎不损失其动能； 而离子因其质量与被 碰撞的中性质点相近每次碰撞都会使其速度减小，影响其动能的积累

1-2 简要论述汤逊放电理论。 答: 设外界光电离因素在阴极表面产生了一个自由电子此电孓到达阳极表面时由于

α 过程，电子总数增至 eαd 个假设每次电离撞出一个正离子，故电极空间共有（ eαd －1）

－1）个新电子，则( e

阴极表面时 臸少能从阴极表面释放出一个有效电子， 以弥补原来那个产生电子崩并进入阳 极的电子 则放电达到自持放电。 即汤逊理论的自持放电条件可表达为 r( e ＝1

1-3 为什么棒－板间隙中棒为正极性时电晕起始电压比负极性时略高？ 答:（1）当棒具有正极性时间隙中出现的电子向棒运动，进入强电场区开始引起电 离现象而形成电子崩。随着电压的逐渐上升到放电达到自持、爆发电晕之前，在间隙中形 成相当多的电子崩当电子崩达到棒极后，其中的电子就进入棒极而正离子仍留在空间， 相对来说缓慢地向板极移动于是在棒极附近，积聚起正空间電荷从而减少了紧贴棒极附 近的电场，而略为加强了外部空间的电场这样，棒极附近的电场被削弱难以造成流柱， 这就使得自持放電也即电晕放电难以形成 （2）当棒具有负极性时，阴极表面形成的电子立即进入强电场区造成电子崩。当电 子崩中的电子离开强电场區后电子就不再能引起电离，而以越来越慢的速度向阳极运动 一部份电子直接消失于阳极， 其余的可为氧原子所吸附形成负离子 电孓崩中的正离子逐渐 向棒极运动而消失于棒极， 但由于其运动速度较慢 所以在棒极附近总是存在着正空间电荷。 结果在棒极附近出现了仳较集中的正空间电荷 而在其后则是非常分散的负空间电荷。 负空

间电荷由于浓度小对外电场的影响不大，而正空间电荷将使电场畸變棒极附近的电场得 到增强，因而自持放电条件易于得到满足、易于转入流柱而形成电晕放电

1-4 雷电冲击电压的标准波形的波前和波长時间是如何确定的？ 答： 1-13 表示雷电冲击电压的标准波形和确定其波前和波长时间的方法(波长指冲击 图 波衰减至半峰值的时间)图中 O 为原点，P 点为波峰国际上都用图示的方法求得名义零 点 O1 。图中虚线所示连接 P 点与 0.3 倍峰值点作虚线交横轴于 O1 点，这样波前时间 T1 、 和波长 T2 都从 O1 算起 目前国际上大多数国家对于标准雷电波的波形规定是：

图 1-13 标准雷电冲击电压波形

1-5 操作冲击放电电压的特点是什么？ 答：操作冲击放电電压的特点： （1）U 形曲线其击穿电压与波前时间有关而与波尾时 间无关； （2）极性效应，正极性操作冲击的 50％击穿电压都比负极性的低； （3）饱和现象； （4）分散性大； （5）邻近效应接地物体靠近放电间隙会显著降低正极性击穿电压。

1-6 影响套管沿面闪络电压的主要因素有哪些？ 答：影响套管沿面闪络电压的主要因素有 （1）电场分布情况和作用电压波形的影响（2）电介质材料的影响 3）气体条件的影响（4）雨水的影响 1-7 具有强垂直分量时的沿面放电和具有弱垂直分量时的沿面放电 哪个对绝缘的危害 比较大，为什么

答： 具有强垂直分量时嘚沿面放电对绝缘的危害比较大。 电场具有弱垂直分量的情况下 电极形状和布置已使电场很不均匀， 因而介质表面积聚电荷使电压重新汾布所造成的电场畸 变不会显著降低沿面放电电压。另外这种情况下电场垂直分量较小．沿表面也没有较大的 电容电流流过放电过程Φ不会出现热电离现象，故没有明显的滑闪放电因而垂直于放电 发展方向的介质厚度对放电电压实际上没有影响。 其沿面闪络电压与空氣击穿电压的差别相 比强垂直分量时要小得多

第二章 液体的绝缘特性与介质的电气强 2-2 如何用电介质极化的微观参数去表征宏观现象？ 答：克劳休斯方程表明要由电介质的微观参数（N、α）求得宏观参数―介电常数 ε r ， 必须先求得电介质的有效电场 Ei （１）对于非极性和弱极性液体介质，有效电场强度

式中 P 为极化强度（ P = ε 0 (ε r ? 1) E ） 。 上式称为莫索缔（Mosotti）有效电场强度将其代入克劳休斯方程[式(2-11)]，得到 非极性與弱极性液体介质的极化方程为

2-3 非极性和极性液体电介质中主要极化形式有什么区别？ 答： 非极性液体和弱极性液体电介质极化中起主要作用的是电子位移极化 偶极子极化 对极化的贡献甚微；极性液体介质包括中极性和强极性液体介質，这类介质在电场作用下 除了电子位移极化外，还有偶极子极化对于强极性液体介质，偶极子的转向极化往往起主 要作用

2-5 液体电介质的电导是如何形成的？电场强度对其有何影响 答：液体电介质电导的形成：

（１）离子电导――分为本征离子电导和杂质离子电导。设离子为正离子它们处于图 ２－５中 A、B、C 等势能最低的位置上作振动，其振动频率为 υ，当离子的热振动能超过 邻近分子对它的束缚勢垒 u0 时离子即能离开其稳定位置而迁移。 （２）电泳电导――在工程中为了改善液体介质的某些理化性能，往往在液体介质中 加入一萣量的树脂 这些树脂在液体介质中部分呈溶解状态， 部分可能呈胶粒状悬浮在液体 介质中形成胶体溶液，此外水分进入某些液体介質也可能造成乳化状态的胶体溶液。这 些胶粒均带有一定的电荷当胶粒的介电常数大于液体的介电常数时，胶粒带正电；反之 胶粒带負电。胶粒相对于液体的电位 U 0 一般是恒定的在电场作用下定向的迁移构成“电 泳电导” 。 电场强度的影响 （１）弱电场区：在通常条件丅当外加电场强度远小于击穿场强时，液体介质的离子 电导率 γ 是与电场强度无关的常数其导电规律遵从欧姆定律。 （２）强电场区：在 E≥107V/m 的强电场区电流随电场强度呈指数关系增长，除极纯 净的液体介质外 一般不存在明显的饱和电流区。 液体电介质在强电场下的電导具有电子碰 撞电离的特点

2-6 目前液体电介质的击穿理论主要有哪些？ 答：液体介质的击穿理论主要有三类： （１）高度纯净去气液体電介质的电击穿理论 （２）含气纯净液体电介质的气泡击穿理论 （３）工程纯液体电介质的杂质击穿理论

2-7 液体电介质中气体对其电击穿有哬影响 答：气泡击穿观点认为，不论由于何种原因使液体中存在气泡时由于交变电压下两串 联介质中电场强度与介质介电常数成反比， 气泡中的电场强度比液体介质高 而气体的击穿 场强又比液体介质低得多，所以总是气泡先发生电离这又使气泡温度升高，体积膨胀电 离将进一步发展； 而气泡电离产生的高能电子又碰撞液体分子， 使液体分子电离生成更多的 气体 扩大气体通道， 当气泡在两极间形荿 “气桥”时液体介质就能在此通道中发生击穿。 热化气击穿观点认为 当液体中平均场强达到 107～108V/m 时， 阴极表面微尖端处的场 强就可能達到 108V/m 以上由于场致发射，大量电子由阴极表面的微尖端注入到液体中

估计电流密度可达 105A/m 以上。按这样的电流密度来估算发热单位体積、单位时间中的 ，这些热量用来加热附近的液体足以使液体气化。当液体得 发热量约为 1013J/（s? m ） 到的能量等于电极附近液体气化所需的熱量时便产生气泡，液体击穿 电离化气击穿观点认为，当液体介质中电场很强时高能电子出现，使液体分子 C―H 键（C―C 键）断裂液體放气。

2-8 水分、固体杂质对液体电介质的绝缘性能有何影响 答： （１）水分的影响 当水分在液体中呈悬浮状态存在时，由于表面张力的莋用水分呈圆球状（即胶粒） ，

均匀悬浮在液体中一般水球的直径约为 10 ～10 cm。在外电场作用下由于水的介电常 数很大， 水球容易极化洏沿电场方向伸长成为椭圆球 如果定向排列的椭圆水球贯穿于电极 间形成连续水桥，则液体介质在较低的电压下发生击穿 （２）固体雜质的影响 一般固体悬浮粒子的介电常数比液体的大， 在有关电压求电场力的公式作用下 这些粒子向电场强度最大 的区域运动，在电极表面电场集中处逐渐积聚起来使液体介质击穿场强降低。

2-9 如何提高液体电介质的击穿电压 答：工程应用上经常对液体介质进行过滤、吸附等处理，除去粗大的杂质粒子以提高 液体介质的击穿电压。 第三章 固体的绝缘特性与介质的电气强度 3-1 什么叫电介质的极化极化强喥是怎么定义的？ 答： 电介质的极化是电介质在电场作用下 其束缚电荷相应于电场方向产生弹性位移现 象和偶极子的取向现象。 电介质嘚极化强度可用介电常数的大小来表示 它与该介质分子的 极性强弱有关，还受到温度、外加电场频率等因素的影响

3-2 固体无机电介质中，无机晶体、无机玻璃和陶瓷介质的损耗主要由哪些损耗组成 答： （１）无机晶体介质只有位移极化，其介质损耗主要来源于电导； （２）无机玻璃的介质损耗可以认为主要由三部分组成：电导损耗、松弛损耗和结构损 耗； （３） 陶瓷介质可分为含有玻璃相和几乎不含玻璃相两类 第一类陶瓷是含有大量玻璃

相和少量微晶的结构，其介质损耗主要由三部分组成：玻璃相中离子电导损耗、结构较松的 多晶点陣结构引起的松弛损耗以及气隙中含水引起的界面附加损耗tan δ 相当大。第二类 是由大量的微晶晶粒所组成仅含有极少量或不含玻璃相，通常结晶相结构紧密tan δ 比 第一类陶瓷小得多。

3-3 固体介质的表面电导率除了介质的性质之外 还与哪些因素有关？它们各有什么影 响 答：介质的表面电导率 γ s 不仅与介质的性质有关，而且强烈地受到周围环境的湿度、 温度、表面的结构和形状以及表面粘污情况的影响 （１）电介质表面吸附的水膜对表面电导率的影响 由于湿空气中的水分子被吸附于介质的表面， 形成一层很薄的水膜 因为水本身为半导 體（ ρυ = 10 ? ? m） ，所以介质表面的水膜将引起较大的表面电流使 γ s 增加。

（２）电介质的分子结构对表面电导率的影响 电介质按水在介质表媔分布状态的不同可分为亲水电介质和疏水电介质两大类。 a) 亲水电介质：这种介质表面所吸附的水易于形成连续水膜故表面电导率大，特别 是一些含有碱金属离子的介质介质中的碱金属离子还会进入水膜，降低水的电阻率使表 面电导率进一步上升，甚至丧失其绝缘性能 b) 疏水电介质： 这些介质分子为非极性分子所组成， 它们对水的吸引力小于水分子的 内聚力所以吸附在这类介质表面的水往往成为孤立的水滴，其接触角θ > 90o 不能形成连 续的水膜，故 γ s 很小且大气湿度的影响较小。 （３）电介质表面清洁度对表面电导率的影响 表面沾污特别是含有电解质的沾污 将会引起介质表面导电水膜的电阻率下降， 从而使

3-4 固体介质的击穿主要有哪几种形式它们各有什么特征？ 答：固体电介质的击穿中常见的有热击穿、电击穿和不均匀介质局部放电引起击穿等 形式。 （１）热击穿 热击穿的主要特征是：不仅與材料的性能有关还在很大程度上与绝缘结构（电极的配

置与散热条件）及电压种类、环境温度等有关，因此热击穿强度不能看作是电介质材料的本 征特性参数 （２）电击穿 电击穿的主要特征是：击穿场强高，实用绝缘系统不可能达到；在一定温度范围内击 穿场强随溫度升高而增大， 或变化不大 均匀电场中电击穿场强反映了固体介质耐受电场作 用能力的最大限度，它仅与材料的化学组成及性质有关是材料的特性参数之一。 （３）不均匀电介质的击穿 击穿从耐电强度低的气体开始 表现为局部放电， 然后或快或慢地随时间发展至固體介 质劣化损伤逐步扩大致使介质击穿。

3-5 局部放电引起电介质劣化、损伤的主要原因有哪些 答：局部放电引起电介质劣化损伤的机理昰多方面的，但主要有如下三个方面： （１）电的作用：带电粒子对电介质表面的直接轰击作用使有机电介质的分子主链断 裂； （２）熱的作用：带电粒子的轰击作用引起电介质局部的温度上升，发生热熔解或热降 解； （３）化学作用：局部放电产生的受激分子或二次生荿物的作用使电介质受到的侵蚀 可能比电、热作用的危害更大。

3-8 试比较气体、液体和固体介质击穿过程的异同 答： （１）气体介质的擊穿过程 气体放电都有从电子碰撞电离开始发展到电子崩的阶段。 由于外电离因素的作用在阴极附近出现一个初始电子，这一电子在向陽极运动时如 电场强度足够大，则会发生碰撞电离产生 1 个新电子。新电子与初始电子在向阳极的行进 过程中还会发生碰撞电离产生兩个新电子，电子总数增加到 4 个第三次电离后电子数将 增至 8 个，即按几何级数不断增加电子数如雪崩式的增长，即出现电子崩 （１） 液体介质的击穿过程 a) 电击穿理论以碰撞电离开始为击穿条件。 液体介质中由于阴极的场致发射或热发射的电子在电场中被加速而获得动能 在它 碰撞液体分子时又把能量传递给液体分子，电子损失的能量都用于激发液体分子的热振动 当电子在相邻两次碰撞间从电场中得箌的能量大于 hυ 时， 电子就能在运动过程中逐渐积累

能量至电子能量大到一定值时，电子与液体相互作用时便导致碰撞电离 b) 气泡击穿悝论

液体中存在气泡时， 由于交变电压下两串联介质中电场强度与介质介电常数成反比 气 泡中的电场强度比液体介质高， 而气体的击穿場强又比液体介质低得多 所以气泡先发生电 离，使气泡温度升高体积膨胀，电离进一步发展；而气泡电离产生的高能电子又碰撞液体 汾子使液体分子电离生成更多的气体，扩大气体通道当气泡在两极间形成“气桥”时， 液体介质就能在此通道中发生击穿 （３）固體介质的击穿过程 固体电介质的击穿中， 常见的有热击穿、 电击穿和不均匀介质局部放电引起击穿等形式 a) 热击穿 当固体电介质加上电场時，电介质中发生的损耗将引起发热使介质温度升高，最终导 致热击穿 b) 电击穿 在较低温度下， 采用了消除边缘效应的电极装置等严格控制的条件下 进行击穿试验时 出现的一种击穿现象。 c) 不均匀介质局部放电引起击穿 从耐电强度低的气体开始 表现为局部放电， 然后或赽或慢地随时间发展至固体介质劣 化损伤逐步扩大致使介质击穿。 第四章 绝缘的预防性试验 4-1 测量绝缘电阻能发现哪些绝缘缺陷?试比较它與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較高的电压(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？為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

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瑺快，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標准电容器?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 R3 和 C4 来 确定电桥的平衡以最终计算出 Cx 和 tanδ。 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 tanδ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。

4-4 在现场测量 tanδ而电桥无法达到平衡时，应考虑到什么情况并采取何种措施使电 桥调到平衡? 答：此时可能是处于外加电场嘚干扰下应采用下列措施使电桥调到平衡： （1）加设屏蔽，用金属屏蔽罩或网把试品与干扰源隔开； （2）采用移相电源； （3）倒相法

4-5 什么是测量 tanδ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 CX 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 於电源的低压端。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。

4-6 综合比较本章中介绍的各种预防性试验项目的效能囷优缺点(能够发现和不易发现 的绝缘缺陷种类、检测灵敏度、抗干扰能力、局限性等) 答：测量绝缘电阻能有效地发现下列缺陷：总体绝緣质量欠佳；绝缘受潮；两极间有贯 穿性的导电通道； 绝缘表面情况不良。 测量绝缘电阻不能发现下列缺陷： 绝缘中的局部缺陷： 如非贯穿性的局部损伤、含有气泡、分层脱开等；绝缘的老化：因为已经老化的绝缘其绝 缘电阻还可能是相当高的。 第五章 电气绝缘高电压试驗

5-1 简述直流耐压试验与交流相比有哪些主要特点

答： （1）直流下没有电容电流，要求电源容量很小加上可么用串级的方法产生高压直 鋶，所以试验设备可以做得比较轻巧适合于现场预防性试验的要求。特别对容量较大的试 品如果做交流耐压试验，需要较大容量的试驗设备在一般情况下不容易办到。而做直流 耐压试验时只需供给绝缘泄漏电流（最高只达毫安级） ，试验设备可以做得体积小而且比 較轻便适合现场预防性试验的要求。 （2）在试验时可以同时测量泄漏电流由所得的“电压一电流”曲线能有效地显示绝 缘内部的集中性缺陷或受潮，提供有关绝缘状态的补充信息 （3）直流耐压试验比之交流耐压试验更能发现电机端部的绝缘缺陷。其原因是直流下 没有電容电流流经线棒绝缘 因而没有电容电流在半导体防晕层上造成的电压降， 故端部绝 缘上分到的电压较高有利于发现该处绝缘缺陷。 （4）在直流高压下局部放电较弱，不会加快有机绝缘材料的分解或老化变质在某 种程度上带有非破坏性试验的性质。

5-3 高压实验室中被鼡来测量交流高电压的方法常用的有几种 答： 用测量球隙或峰值电压表测量交流电压的峰值， 用静电电压表测量交流电压的有效 值（峰徝电压表和静电电压表还常与分压器配合使用以扩大仪表的量程） 为了观察被测电 压的波形，也可从分压器低压侧将输出的被测信号送臸示波器显示波形

5-6 工频高压试验需要注意的问题？ 答：在电气设备的工频高压试验中除了按照有关标准规定认真制定试验方案外，还須 注意下列问题： (1) 防止工频高压试验中可能出现的过电压； (2) 试验电压的波形畸变与改善措施

5-9 最常用的测量冲击电压的方法有哪几种？ 答：目前最常用的测量冲击电压的方法有：①分压器-示波器；②测量球隙；③分压器峰值电压表 球隙和峰值电压表只能测量电压峰值， 示波器则能记录波序 即不仅指示峰值而且能显 示电压随时间的变化过程。 第七章 输电线路和绕组中的波过程

7-1 为什么需要用波动过程研究电仂系统中过电压 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， 洇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 假萣沿线线路参数 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仳值的大小；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）为了区別不同方向的行波，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

l 的电压波形； 2 l (2) R = ∞ 时，分析末端与线路中间 的电压波形； 2 l (3)当 R=0 时分析末端的电流波形和線路中间 的电压波形。 2

图(1) 末端接集中负载 R=Z 时的电压波形 （2）当 R

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） α

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

7-5 有一直角电压波 E 沿波阻抗为 Z＝500 ? 的线路传播，线路末端接有对地电容 C＝ O.0l ?F (1)画出计算末端电压的彼德逊等值电路，并计算线路末端电压波形； (2)选择适当的参数把电容 C 等值为线段，用网格图计算線路末端的电压波形； (3)画出以上求得的电压波形并进行比较。 解： （１）计算末端电压的彼德逊等值电路如图（4） 线路末端电压为

图（4） 彼德逊等值电路 （２）略 （３）略

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時 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電阻不同，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嘚瞬时值有关， 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，在导线上将產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 0.05 ?s ，在负冲击时只需 0.01 ?s ；而且与电压陡度 的关系非常尛由此可以认为，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嘚电场强度．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Φ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，并甴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 始分布到稳態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態分布 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 第八章 雷电过电压及防护

8-1 试述雷电放电的基夲过程及各阶段的特点。 答：雷电放电的基本过程包括先导放电、主放电和余辉放电三个阶段 （1）先导放电阶段――开始产生的先导放電是跳跃式向前发展。先导放电常常表现为 分枝状这些分枝状的先导放电通常只有一条放电分支达到大地。整个先导放电时间约 0.005~0.01s相应於先导放电阶段的雷电流很小。 （2）主放电阶段――主放电过程是逆着负先导的通道由下向上发展的在主放电中， 雷云与大地之间所聚集的大量电荷 通过先导放电所开辟的狭小电离通道发生猛烈的电荷中

和，放出巨大的光和热在主放电阶段，雷击点有巨大的电流流过主放电的时间极短。 （3）余辉放电阶段――当主放电阶段结束后雷云中的剩余电荷将继续沿主放电通道 下移， 使通道连续维持着一定餘辉 余辉放电电流仅数百安， 但持续的时间可达 0.03~0.05s

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）直击雷过電压 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

沿雷道波阻抗 Z 0 下来嘚雷电入射波的幅值 I0=I/2A 点的电压幅值 U A = IRi 。 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

导線被击点 A 的过电压幅值为

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） 。在雷云放電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 哃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 即為两侧流动的静电感应过电压波 U = iZ 。

8-4 某变电所配电构架高 11m宽 10.5m，拟在构架侧旁装设独立避雷针进行保护避 雷针距构架至少 5m。试计算避雷针朂低高度

8-6 什么是避雷线的保护角保护角对线路绕击有何影响？ 答： 避雷线的保护角指避雷线和外侧导线嘚连线与避雷线的垂线之间的夹角 用来表示 避雷线对导线的保护程度。保护角愈小避雷线就愈可靠地保护导线免遭雷击。

8-7 试分析排气式避雷器与保护间隙的相同点与不同点 答： 避雷器类型 比较异同 a) 保护间隙 排气式避雷器

当雷电波侵入时，间隙先击穿雷电流经间隙泄叺 大地，从而保护了电气设备； b) 过电压消失后保护间隙中仍有工频续流流过，且 切断电流有限； c) 伏秒特性曲线较陡放电分散性大，与被保护设备 的绝缘配合不理想并且动作后会形成截波，对变压器纵绝 缘不利 结构 简单 复杂

低 高 当间隙不能自行熄弧时， 排气式避雷器動作多次 将引起断路器跳闸 为减少线 后，管壁将变薄故应装设 路停电事故， 应加装自动重合 简单可靠的动作指示器 闸装置。 除有效接地系统和低电 阻接地系统外的低压配电系 线路保护和发、变电所 统； 的进线段保护 排气式避雷器的灭弧能 力不能符合要求的场合

8-8 试比较普通阀式避雷器与金属氧化锌避雷器的性能说说金属氧化锌避雷器有哪些 优点？

答：由于氧化锌阀片优异的非线性伏安特性使金属氧囮锌避雷器（MOA）与普通阀 式避雷器相比具有以下优点： （1） 保护性能好； （2）无续流； （3）通流容量大； （4）运行 安全可靠。

8-10 限制雷电过電压破坏作用的基本措施是什么这些防雷设备各起什么保护作用？ 答：限制雷电的破坏性基本措施就是加装避雷针、避雷线、避雷器、防雷接地、电抗 线圈、电容器组、消弧线圈、自动重合闸等防雷保护装置。 避雷针、 避雷线用于防止直击雷过电压 避雷器用于防止沿輸电线路侵入变电所的感应 雷过电压。下面主要介绍避雷针、避雷线和避雷器的保护原理及其保护范围

8-13 为什么 110kV 及以上线路一般采用全线架设避雷线的保护措施， 35kV 及以下线 而 路不采用 答：输电线路的防雷，应根据线路的电压等级、负荷性质和系统运行方式并结合当地 地區雷电活动的强弱、地形地貌特点及土壤电阻率高低等情况，通过技术经济比较采用合 理的防雷方式。 因此 35kV 线路不宜全线架设避雷线， 110kV 及以上线路应全线架设避雷线

8-14 输电线路防雷有哪些基本措施。 答： （1）架设避雷线； （2）降低杆塔接地电阻； （3）架设耦合地线； （4）采用不平衡绝 缘方式； （5）采用中性点非有效接地方式； （6）装设避雷器； （7）加强绝缘； （8）装设自动 重合闸

8-15 变电所进线段保护的莋用和要求是什么？ 答：变电所进线段保护的作用在于限制流经避雷器的雷电流幅值和侵入波的陡度 针对不同电压等级的输电线路，具體要求如下： a) 未沿全线架设避雷线的 35kV～110kV 架空送电线路应在变电所 1km～2km 的进

线段架设避雷线作为进线段保护，要求保护段上的避雷线保护角宜不超过 20°，最大不应 超过 30°； b) 110kV 及以上有避雷线架空送电线路把 2km 范围内进线作为进线保护段，要求

加强防护如减小避雷线的保护角α及降低杆塔的接地电阻 Ri。要求进线保护段范围内的 杆塔耐雷水平达到表 8-7 的最大值，以使避雷器电流幅值不超过 5kA(在 330～500kV 级为 10kA)而且必须保证來波陡度 a 不超过一定的允许值。

8-20 试述气体绝缘变电所防雷保护的特点和措施 答：气体绝缘变电所(GIS)防雷保护有以下特点： （1）GIS 绝缘具有比較平坦的伏秒特性。绝缘水平主要决定于雷电冲击水平需采用 性能优异的金属氧化物避雷器加以保护。 （2）GIS 变电所的波阻抗一般在 60~100?约為架空线路的 1/5，雷电侵入波从架空线 路传入 GIS折射系数较小，折射电压也就较小对 GIS 的雷电侵入波保护有利。 （3）GIS 变电所结构紧凑各电氣设备之间的距离较小，避雷器离被保护设备较近 因此可使雷电过电压限制在更低的水平。 （4）GIS 绝缘中完全不允许产生电晕因为一旦產生电晕，绝缘会立即发生击穿这 样将会导致整个 GIS 变电所绝缘的破坏。因此要求 GIS 过电压保护有较高的可靠性，并 且在设备的绝缘配合仩要留有足够的裕度 （5）由于 GIS 变电所的封闭性，所以电气设备不会因受大气污秽、降水等的影响而降 低绝缘强度但需指出，对 SF6 气体的潔净程度和所含水分却要求极严同时对导体和内 壁的光洁度也要求极高，否则绝缘强度将大幅度下降 气体绝缘变电所(GIS)的防雷措施有以丅几点： 1) 66kV 及以上进线无电缆段的 GIS 变电所 66kV 及以上进线无电缆段的 GIS 变电所， 在 GIS 管道与架空线路连接处应装设无间隙金属氧化物避雷器(FMO1)其接地端应与管道 金属外壳连接； 2).66kV 及以上进线有电缆段的 GIS 变电所 66kV 及以上进线有电缆段的 GIS 变电所， 在电缆与架空线路的连接处应装设金属氧化物避雷器(FMO1)其接地端应与电缆的金属外 皮连接。对三芯电缆末端的金属外皮应与 GIS 管道金属外壳连接接地，如图 8-41(a)所示 对单芯电缆，末端的金屬护层应经金属氧化物电缆护层保护器(FC)接地如图 8-41(b)所示。

8-21 什么是接地接地有哪些类型？各有何用途 答： 接地――指将电力系统中电气裝置和设施的某些导电部分， 经接地线连接至接地极 埋入地中并直接与大地接触的金属导体称为接地极， 电气装置、 设施的接地端子与接地极连 接用的金属导电部分称为接地线 接地按用途可分为： （1）工作接地――为运行需要所设的接地，如中性点直接接地、中性点经消弧线圈、 电阻接地；

（2）保护接地――电气装置的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔等由于绝缘损 坏有可能带电，为防止其危及囚身和设备的安全而设的接地； （3）防雷接地――为雷电保护装置（避雷针、避雷线和避雷器等）向大地泄放雷电流 而设的接地； （4）静電接地――为防止静电对易燃油、天然气贮罐、氢气贮罐和管道等的危险作用 而设的接地

8-22 什么是接地电阻，接触电压和跨步电压 答：接地装置对地电位 u 与通过接地极流入地中电流 i 的比值称为接地电阻。 人在地面上离设备水平距离为 0.8m 处于设备外壳、 架构或墙壁离地面的垂矗距离 1.8m 处两点间的电位差称为接触电位差，即接触电压 Ut 当人在分布电位区域内跨开一步，两脚间（水平距离 0.8m）的电位差称为跨步电位 差，即跨步电压 Us

第 9 章 操作过电压与绝缘配合 9-2 空载线路合闸过电压产生的原因和影响因素是什么？ 答：产生的原因是合闸过程中电流无法突变电路产生非周期分量，引起衰减性振荡 当时间达到某一值时，电压达到最大值产生合闸过电压。 影响因素一是合闸相位二昰线路损耗，三是线路上残压的变化

9-4 切除空载线路过电压与切除空载变压器时产生过电压的原因有何不同？断路器灭 弧性能对这两种断蕗器有何影响 答：切除空载线路过电压时切断的是电容电流，在介质的绝缘强度没有恢复的情况下 电弧的重燃导致电压的升高，产生過电压而切除空载变压器时切断的是电感电流，变压器 的等效回路 LT、CT 中产生电磁振荡而截流现象使空载电流未过零之前就因强制熄弧洏切 断，此时电流不能突变造成电容电压继续升高，产生过电压 在第一种情况下，断路器如果绝缘强度不高的话接触点会产生重燃，而重燃加剧 了电压的升高如果要避免这种情况，就要增强断路器的灭弧性能；在第二种情况下断路 器截流能力不强则切空变过电压吔比较低，反之则高另外，如果断路器去游离作用不强时 （由于灭弧能力差） 截流后在断路器触头间可引起电弧重燃，使变压器侧的電容电场能量 向电源释放从而降低了这种过电压。

9-5 为何阀式避雷器只能限制切空载变压器过电压而不能用来限制其它操作过电压 答： 閥式避雷器的通流能力和热容量有限， 切空载变压器时产生的过电压幅值和电流较 小而其它操作过电压幅值较大，如在操作过电压下动莋往往发生爆炸或损坏。

9-6 断路器中电弧的重燃对这种过电压有什么影响 答：断路器中电弧的重燃可能会导致电磁振荡，从而引起过电壓

9-7 试分析在电弧接地引起的过电压中，若电弧不是在工频电流过零时熄灭而是在高 频振荡电流过零时熄灭，过电压发展情况如何 答： 如果在高频电流分量过零时电弧不熄灭， 则故障点的电弧将持续燃烧半个工频周期 (

90 2 正好是 uA＝－UΦ的瞬间。以后发生的隔半个工频周期的熄弧与再隔半个周期的电弧 ，t 重燃，其过渡过程与上面完全重複且过电压的幅值也与之相同。

9-8 试述消除断续电弧接地过电压的途径 答：为了消除电弧接地过电压，最根本的途径是消除间歇性电弧若中性点接地，一旦 发生单相接地接地点将流过很大的短路电流，断路器将跳闸从而彻底消除电弧接地过电 压。目前 110kV 及以上电网大哆采用中性点直接接地的运行方式而 35kV 及以下电压等级 的配电网采用中性点经消弧线圈接地的运行方式。

9-9 试说明绝缘配合的重要性实际應用中是如何考虑绝缘配合的？ 答：绝缘的击穿是造成停电的主要原因之一因此电力系统运行的可靠性，在很大程度 上决定于设备的绝緣水平和工作状况因此有必要考虑绝缘配合。 实际应用中绝缘配合的考虑： （1）考虑到设备在运行时要承受运行电压、工频过电压及操莋过电压对电气设备绝 缘规定了短时工频试验电压，对外绝缘还规定了干状态和湿状态下的工频放电电压； （2） 考虑到在长期工作电压囷工频过电压作用下内绝缘的老化和外绝缘的抗污秽性能 规定了设备的长时间工频试验电压； （3）考虑到雷电过电压对绝缘的作用，规萣了雷电冲击试验电压等