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一、填空题（40%）1. 汤森德（Townsend）机理可以用来解释均匀电场下的 气体 击穿现象。（放电始于有效电子通过碰撞游离形成电子崩，通过正离子撞击阴极不断从阴极金属表面逸出自由电子来弥补引起的电子碰撞游离所需的有效电子。）。巴申（Paschen）定律是指：在dS较小的情况下，气体的击穿电压与dS具有有稳定的关系，均匀电场中气体的击穿电压Ub 是气体相对密度和电极间距离的乘积dS的函数 。2. 雷电冲击50%击穿电压是指：气隙被击穿的概率为50%的冲击电压峰值。多次施加电压（波形1.2/50ms）中，其中半数导致击穿的电压，工程上以此来反映间隙的耐受冲击电压的特性。多种因素影响气隙的击穿电压，一般的说来，提高气隙击穿电压的方法有（写出任意三种）改善电场分布，使之尽量均匀，改进电极形状，利用空间电荷畸变电场的作用；高气压的采用，减小电子的平均自由行程，削弱电离过程；采用高度真空，削弱间隙中的碰撞电离过程；高电气强度气体的采用，工程上采用含卤族元素的气体化合物，如六氟化硫（SF6）等，其电气强度比空气的要高很多，可以大大提高气隙的击穿电压。对于固体电介质，影响其击穿电压的因素有（写出任意三种）：电压作用时间，温度，电场均匀程度，电压种类，累积效应，受潮等。3. 行波通过 串联电感 和 并联电容 都能降低其陡度，改变波形。架设避雷线还能限制雷电流幅值，避雷线还能限制感应过电压幅值。两者都能用于防雷保护接线中。(参阅p277：避雷线是高压和超高压输电线路最基本的防雷措施，其主要目的是防止雷直击导线，此外，避雷线雷电流还有分流作用，可以减小流入杆塔的雷电流，使塔顶电位下降；避雷线对导线有耦合作用，可以降低导线上的感应过电压。)（参阅p287-288：变电所进线保护段的作用在于限制流经避雷器的雷电流幅值和限制入侵波陡度。由于线路本身阻抗的作用使流经避雷器的雷电流受到限制，同时由于在进线段上冲击电晕的影响将使入侵波的陡度和幅度下降。变电所内设备距避雷器的最大允许电气距离，就是根据进线段以外落雷的条件下求得的，这样可以保证进线段以外落雷时变电所不会发生事故）4. 冲击电晕使线路波阻抗降低2030，波速；，由于冲击电晕的影响，使行波的幅值 减小衰减，波形 变形，耦合系数耦合系数变大 5. 为了降低入侵波陡度可以使用串联电感、并联电容、和 进线保护段的措施。（参阅p215：一有限长的线段，经过多次反射后，可按条件的不同以一集中参数的电容或电感来近似。）氧化锌避雷器的保护比是指 标称放电电流下的残压与最大持续运行电压峰值的比值或压比与荷电率之比，压比是指 通过波形为8/20ms标称冲击放电电流下的残压与起始动作电压之比。6. 输电线路上出现的大气过电压分为两种，一种是 直击雷过电压、 另一种是 感应雷过电压。7. 雷击杆塔塔顶时，作用在线路绝缘子串上的电压应考虑 塔顶电压 、导线上的耦合电压（由于避雷线与导线的耦合作用产生的，此电压与雷电流同极性）、导线上的感应电压 （由于雷电通道的电磁场作用产生的，此电压与雷电流异极性） 电压的共同作用（当不考虑线路上的工作电压时）。二、问答题（40%）1. 表征电介质绝缘特性的四个特征参数是什么，它们分别表示什么样的绝缘特性？对于极性液体电介质，其介电常数与温度、外加电压的频率有什么样的关系？为什么？ 表征电介质绝缘特性的四个特征参数是：极化特性：介电常数；损耗特性：介损tg；电气传导特性：电导G 或电阻 R；电气击穿特性：击穿电压Uc 或击穿场强Ec。极性液体电介质，其介电常数与温度、外加电压的频率有关，极性液体电介质的介电常数主要转向极化决定。（1）与温度的关系（p4）：先随温度的升高而增加，到达最大值后，随温度的升高而下降。原因是：低温时，分子间的粘附力强，转向困难（转向极化贡献小），介电常数校小；随着温度的升高，分子间的粘附力减弱，转向较容易（转向极化贡献大），介电常数校大；随着温度的进一步升高，分子的热运动加剧，对偶极矩的定向排列的干扰加剧，阻碍转向极化的完成，所以，随着温度的进一步升高，介电常数反而减小。（2）与外电压的频率的关系：在到达某一临界频率之前保持较大的值，超过临界频率后逐渐减小，随频率的继续增加，趋向于一个较低的数值。原因是：频率很低时，偶极子来得及跟随电场交变转向，介电常数较大，接近直流电压的介电常数；当频率超过某一临界值时，偶极子转向已经跟不上外电压频率的变化，介电常数开始减小，随着外电压频率的继续增加，最终趋向于由位移极化引起的介电常数。2. 在过电压保护中对避雷器有哪些要求？这些要求是怎样反映到阀式避雷器的电气特性参数上来的？这些参数如何反映避雷器的性能优越？试全面比较阀式避雷器与氧化锌避雷器的性能。解：避雷器是限制过电压从而使与之相并联电气设备绝缘免受过电压作用的器件。对避雷器的第一个要求是能将过电压限制到电气设备绝缘耐受的数值，这就要求避雷器的最大残压（残压为冲击电压作用下，流过避雷器的冲击电流在避雷器上的压降）应低于设备绝缘的冲击耐压值。对于阀式避雷器还需要保证避雷器的伏秒特性（取决于放电间隙）与被保护设备绝缘的伏秒特性有正确的配合，以免发生电气设备绝缘先于避雷器间隙放电前发生击穿。避雷器仅满足上述要求还是不够的，对避雷器的第二个要求是应在过电压作用结束后，能迅速截断随后发生的工频续流以不致于发生工频短路引起跳闸而影响正常供电。阀式避雷器与氧化锌避雷器利用阀片电阻在工频电压下电阻很大的非线性特性使工频续流能在第一次过零时就切断。对避雷器的第三个要求是避雷器（阀式和氧化锌）还应具有一定的通流以免发生热过度而造成瓷套爆裂。阀式避雷器与氧化锌避雷器的工作原理相同，且都能避免在被保护设备上产生截波，但由于两者采用的非线性阀片电阻材料不同，表征阀式避雷器与氧化锌避雷器的电气参数和性能有所不同。u 两种避雷器的电气参数有以下不同：1) 阀式避雷器冲击放电电压和残压（一般两者数值相同）是衡量限制过电压能力的参数，其数值越低对被保护设备绝缘越有利。灭弧电压是保证避雷器可靠灭弧（即截断工频续流）的参数，避雷器安装点可能出现的最高工频电压应小于灭弧电压。工频放电电压是保证阀式避雷器不在内过电压下动作的参数。体现阀式避雷器保护性能与灭弧性能的综合参数是保护比（残压与灭弧电压之比）和切断比（工频放电电压与灭弧电压之比）。2) 氧化锌避雷器残压（雷电冲击残压、操作冲击残压、陡坡冲击残压）是衡量氧化锌避雷器对不同冲击过电压限压能力的参数。持续运行电压和额定电压是保证氧化锌避雷器可靠运行所允许的最大工频持续电压和最高工频电压（非持续性）。1mA下直流和工频参考电压是反应氧化锌避雷器热稳定性及寿命的参数。荷电率（持续运行电压峰值与参考电压之比）是表征氧化锌阀片电阻在运行中承受电压负荷的指标。u 两种避雷器的性能有以下不同：1) 保护性能。由于氧化锌避雷器的发片电阻非线性更好以及一般没有放电间隙，氧化锌避雷器抑制过电压的能力要比阀式避雷器好。2) 适用范围。阀式避雷器阀片的通流容量较小。所以一般只适用于限制雷电过电压以及过电压能量较小的内部过电压（如切空载变压器过电压），而氧化锌避雷器不仅可限制雷电过电压，由于阀片通流容量大，所以也可以用以限制内部过电压（如切合空载线路过电压）；阀式避雷器动作后工频电弧的熄灭要依赖于工频续流的过零，但在直流系统中无这种过零，所以阀式避雷器就不能用于直流系统，氧化锌避雷器就不能用于直流系统，氧化锌避雷器工频续流的切断是依靠阀片电阻优良的非线性（在工频电压下电阻异常的大），所以可用于直流系统中。3) 运行环境的影响作用。阀式避雷器有放电间隙，间隙放电电压的分散性使阀式避雷器性能易受温度、湿度、气压、污秽等环境条件的影响，而氧化锌避雷器由于无放电间隙，所以不会受到这些运行环境的影响。4) 维护与监测：氧化锌避雷器维护简单，省去了放电间隙定期清理。氧化锌避雷器具有各种优点，但运行过程中由于没有放电间隙隔离工频工作电压而应注意发片电阻的老化问题，所以应定期检测氧化锌避雷器的工频泄漏电流，尤其是工频泄漏电流中的阻性电流分量（其大小直接反映出阀片电阻的老化程度）3. 介质损耗角正切tgd是否能反映介质绝缘性能？通过tgd的测量能够发现哪些类型的绝缘缺陷？请问为什么？试简要阐述西林电桥的测量原理（测量原理图及测量结果表达式）并分析影响电桥准确度的因素及消除方法。n 介质的能量损耗： 电导引起的损耗，周期性极化引起的损耗。介质损耗定义为 介质在交流电压作用下的有功功率损耗，一般用tgd表示。n 在绝缘试验中，tgd 的测量是一项基本测试项目。当绝缘受潮劣化或含有杂质时，tgd 将显著增加。通过tgd的测量可以发现1) 受潮2) 穿透性导电通道3) 绝缘内含气泡的电离，绝缘分层、脱壳4) 绕组上附积油泥(绝缘老化劣化!)5) 绝缘油脏污、劣化等6) 如果（！）所加试验电压足以使绝缘中的气隙电离或产生局部放电等情况时，tg的值将随试验电压的升高而迅速增大；通过测tgd U 的关系曲线加以判断。n 上述绝缘缺陷将导致介质的电导增加，即介损tgd增加，因而可以判别介质有绝缘缺陷。tgd对大面积分布的绝缘缺陷较灵敏有效，对局部缺陷不灵敏（无效）。n 西林电桥的基本原理令可得如图所示的西林电桥接线图。对串联等值回路，对并联等值回路，令，如C4以mF计，则在数值上。n 影响电桥准确度的主要因素1) 高压电源对桥体杂散电容的影响，高压引线与低压臂之间有电场的影响，可以看作其间有杂散电容Cs2) 外界电场的干扰，其间的杂散电容Ci会引入干扰电流，造成测量误差3) 外界磁场干扰，电桥处在交变磁场中，将在桥体感应出一干扰电势。n 消除主要影响的方法1) 屏蔽：将电桥的低压部分，包括被试品和标准电容器的低压电极在内，用接地的金属网屏蔽起来2) 消除外界电磁场干扰时的方法，两次测量法：倒换试验变压器原边电源线的两头。 第一次测得tgd1和Cx， 第二次测得tgd2和Cx， 准确的tgd 和Cx值计算公式为，。3) 检流计正反接抗磁场干扰。设无磁干扰时，两个测量臂的数值分别为R3和C4；设存在磁干扰时，两个测量臂的数值分别为(R3+DR3)和(C4+DC4)；把检流计和电桥两臂相接的两端倒换一下，两个测量臂的数值将分别为 (R3-DR3)和(C4- D C4)。当检流计正接时测得：；当检流计反接时测得：，因无磁场干扰时：，故可得：。4. 行波通过 串联电感 和 并联电容 都能降低其陡度，改变波形。架设避雷线还能限制雷电流幅值，避雷线还能限制感应过电压幅值。两者都能用于防雷保护接线中。三、计算题（20%）如图所示波阻抗分别为Z1和Z2 的线路经集中参数电阻R相连，连接点分别为A点和B点，现有幅值为1000kV无限长直角电压U0沿着波阻抗为Z1的线路向波阻抗为Z2的线路方向传播，已知波阻抗为Z1和Z2的线路为无线长，Z1=100W，Z2=50W，R=10W，求：（1） 入射波到达A点后，A点和B点的电位值；（2） 入射波到达A点后，线路Z1上的反射电压波和反射电流波。2U0+-Z1RABZ2RABZ2Z1C解：（1）入射波到达A点后的彼得逊等效电路如图所示。（2）入射波到达A点后，线路Z1上的反射电压波和反射电流波方法一：， 方法二：，6