【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 局部放電，然后或快或慢地隨時(shí)間發(fā)展至固體介質(zhì)劣化損傷逐步擴(kuò)大，致使介質(zhì)擊穿。第7章 輸電線路和繞組中的波過(guò)程71為什么需要用波動(dòng)過(guò)程研究電力系統(tǒng)中過(guò)電壓？答：實(shí)際電力系統(tǒng)采用三相交流或雙極直流輸電，屬于多導(dǎo)線線路，而且沿線路的電場(chǎng)、磁場(chǎng)和損耗情況也不盡相同，因此所謂均勻無(wú)損單導(dǎo)線線路實(shí)際上是不存在的。但為了揭示線路波過(guò)程的物理本質(zhì)和基本規(guī)律，可暫時(shí)忽略線路的電阻和電導(dǎo)損耗，假定沿線線路參數(shù)處處相同，故首先研究均勻無(wú)損單導(dǎo)線中的波過(guò)程。72 試分析波阻抗的物理意義及其與電阻之不同點(diǎn)？答：分布參數(shù)線路的波阻抗與集中參數(shù)電路的電阻雖然有相同的量綱，但物理意義上有著本質(zhì)的不同：（1）波阻抗表示向同一方向傳播的電壓波和電流波之間比值的大??；電磁被通過(guò)波阻抗為Z的無(wú)損線路時(shí)，其能量以電磁能的形式儲(chǔ)存于周?chē)橘|(zhì)中．而不像通過(guò)電阻那樣被消耗掉。（2）為了區(qū)別不同方向的行波，Z的前面應(yīng)有正負(fù)號(hào)。（3）如果導(dǎo)線上有前行波，又有反行波，兩波相遇時(shí)，總電壓和總電流的比值不再等于波阻抗，即（4）波阻抗的數(shù)值Z只與導(dǎo)線單位長(zhǎng)度的電感L0和電容C0有關(guān)，與線路長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。73試分析直流電勢(shì)E合閘于有限長(zhǎng)導(dǎo)線(長(zhǎng)度為l，波阻為Z)的情況，末端對(duì)地接有電阻R(如圖724所示)。假設(shè)直流電源內(nèi)阻為零。(1)當(dāng)R=Z時(shí)，分析末端與線路中間的電壓波形；(2)時(shí)，分析末端與線路中間的電壓波形；(3)當(dāng)R=0時(shí)，分析末端的電流波形和線路中間的電壓波形。解：（1）當(dāng)R=Z時(shí)，沒(méi)有反射電壓波和反射電流波，即。則末端與線路中間的電壓相同，波形如下。圖(1) 末端接集中負(fù)載R=Z時(shí)的電壓波形（2）當(dāng)時(shí)，根據(jù)折射和反射系數(shù)計(jì)算公式（717），即末端電壓U2=u2f=2E，反射電壓u1b=E，線路中間的電壓，波形如下。圖(2) 末端開(kāi)路時(shí)的電壓波形（3）當(dāng)R=0時(shí)，根據(jù)折射和反射系數(shù)計(jì)算公式（717），即線路末端電壓U2=u2f=0，反射電壓u1b=E，線路中間的電壓。反射電流i1b=。在反射波到達(dá)范圍內(nèi)，導(dǎo)線上各點(diǎn)電流為，末端的電流。圖(3－1) 末端接地時(shí)末端的電流波形圖(3－2) 末端接地時(shí)線路中間的電壓波形74母線上接有波阻抗分別為ZZZ3的三條出線，從Z1線路上傳來(lái)幅值為E的無(wú)窮長(zhǎng)直角電壓波。求出在線路Z3出現(xiàn)的折射波和在線路Z1上的反射波。解：當(dāng)無(wú)窮長(zhǎng)直角波沿線路Z1達(dá)到母線后，在線路Z1上除、外又會(huì)產(chǎn)生新的行波、因此線路上總的電壓和電流為設(shè)線路Z2為無(wú)限長(zhǎng)，或在線路Z2上未產(chǎn)生反射波前，線路Z2上只有前行波沒(méi)有反行波，則線路Z2上的電壓和電流為同理，線路Z3上的電壓和電流為然而母線上只能有一個(gè)電壓電流，因此其左右兩邊的電壓電流相等，即，因此有將，，代入上式得，線路Z3出現(xiàn)的折射波線路Z1出現(xiàn)的反射波75有一直角電壓波E沿波阻抗為Z＝500的線路傳播，線路末端接有對(duì)地電容C＝。(1)畫(huà)出計(jì)算末端電壓的彼德遜等值電路，并計(jì)算線路末端電壓波形；(2)選擇適當(dāng)?shù)膮?shù)，把電容C等值為線段，用網(wǎng)格圖計(jì)算線路末端的電壓波形；(3)畫(huà)出以上求得的電壓波形，并進(jìn)行比較。解：（１）計(jì)算末端電壓的彼德遜等值電路如圖（4），線路末端電壓為圖（4）　彼德遜等值電路（２）略 （３）略76波在傳播中的衰減與畸變的主要原因？說(shuō)明沖擊電暈對(duì)雷電波波形影響的原因？答：波的衰減和變形受到以下因素的影響：（1）線路電阻和絕緣電導(dǎo)的影響實(shí)際輸電線路并不滿足無(wú)變形條件（式728），因此波在傳播過(guò)程中不僅會(huì)衰減，同時(shí)還會(huì)變形。此外由于集膚效應(yīng)，導(dǎo)線電阻隨著頻率的增加而增加。任意波形的電磁波可以分解成為不同頻率的分量，因?yàn)楦鞣N頻率下的電阻不同，波的衰減程度不同，所以也會(huì)引起波傳播過(guò)程中的變形。（2）沖擊電暈的影響由于電暈要消耗能量，消耗能量的大小又與電壓的瞬時(shí)值有關(guān)，故將使行波發(fā)生衰減的同時(shí)伴隨有波形的畸變。沖擊電暈對(duì)雷電波波形影響的原因：雷電沖擊波的幅值很高，在導(dǎo)線上將產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊電暈。研究表明，形成沖擊電暈所需的時(shí)間非常短，；而且與電壓陡度的關(guān)系非常小。由此可以認(rèn)為，在不是非常陡峭的波頭范圍內(nèi)，沖擊電暈的發(fā)展主要只與電壓的瞬時(shí)值有關(guān)。但是不同的極性對(duì)沖擊電暈的發(fā)展有顯著的影響。當(dāng)產(chǎn)生正極性沖擊電暈時(shí)，電子在電場(chǎng)作用下迅速移向?qū)Ь€，正空間電荷加強(qiáng)距離導(dǎo)線較遠(yuǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度，有利于電暈的進(jìn)一步發(fā)展；電暈外觀是從導(dǎo)線向外引出數(shù)量較多較長(zhǎng)的細(xì)絲。當(dāng)產(chǎn)生負(fù)極性電暈時(shí)，正空間電荷的移動(dòng)不大，它的存在減弱了距導(dǎo)線較遠(yuǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度．使電暈不易發(fā)展；電暈外觀上是較為完整的光圈。由于負(fù)極性電暈發(fā)展較弱，而雷電大部分是負(fù)極性的，所以在過(guò)電壓計(jì)算中常以負(fù)極性電暈作為計(jì)算的依據(jù)。77當(dāng)沖擊電壓作用于變壓器繞組時(shí)，在變壓器繞組內(nèi)將出現(xiàn)振蕩過(guò)程，試分析出現(xiàn)振蕩的根本原因，并由此分析沖擊電壓波形對(duì)振蕩的影響。答：出現(xiàn)振蕩的根本原因：由于變壓器的穩(wěn)態(tài)電位分布與起始電位分布不同，因此從起始分布到穩(wěn)態(tài)分布，其間必有一個(gè)過(guò)渡過(guò)程。而且由于繞組電感和電容之間的能量轉(zhuǎn)換，使過(guò)渡過(guò)程具有振蕩性質(zhì)。沖擊電壓波形對(duì)振蕩的影響:變壓器繞組的振蕩過(guò)程，與作用在繞組上的沖擊電壓波形有關(guān)。波頭陡度愈大，振蕩愈劇烈；陡度愈小，由于電感分流的影響，起始分布與穩(wěn)態(tài)分布愈接近，振蕩就會(huì)愈緩和，因而繞組各點(diǎn)的對(duì)地電位和電位梯度的最大值也將降低。此外波尾也有影響，在短波作用下，振蕩過(guò)程尚未充分激發(fā)起來(lái)時(shí)，外加電壓已經(jīng)大大衰減，故使繞組各點(diǎn)的對(duì)地電位和電位梯度也較低。78說(shuō)明為什么需要限制旋轉(zhuǎn)電機(jī)的侵入波陡度。答：在直接與電網(wǎng)架空線連接方式下，雷電產(chǎn)生的沖擊電壓直接從線路傳到電機(jī)，對(duì)電機(jī)的危害性很大，需采取限制侵入波陡度的保護(hù)措施，使得侵入電機(jī)的沖擊電壓的波頭較平緩，匝間電容的作用也就相應(yīng)減弱。第八章 雷電過(guò)電壓及防護(hù)81試述雷電放電的基本過(guò)程及各階段的特點(diǎn)。答：雷電放電的基本過(guò)程包括先導(dǎo)放電、主放電和余輝放電三個(gè)階段。（1）先導(dǎo)放電階段——開(kāi)始產(chǎn)生的先導(dǎo)放電是跳躍式向前發(fā)展。先導(dǎo)放電常常表現(xiàn)為分枝狀，這些分枝狀的先導(dǎo)放電通常只有一條放電分支達(dá)到大地。~，相應(yīng)于先導(dǎo)放電階段的雷電流很小。（2）主放電階段——主放電過(guò)程是逆著負(fù)先導(dǎo)的通道由下向上發(fā)展的。在主放電中，雷云與大地之間所聚集的大量電荷，通過(guò)先導(dǎo)放電所開(kāi)辟的狹小電離通道發(fā)生猛烈的電荷中和，放出巨大的光和熱。在主放電階段，雷擊點(diǎn)有巨大的電流流過(guò)，主放電的時(shí)間極短。（3）余輝放電階段——當(dāng)主放電階段結(jié)束后，雷云中的剩余電荷將繼續(xù)沿主放電通道下移，使通道連續(xù)維持著一定余輝。余輝放電電流僅數(shù)百安，~。82試述雷電流幅值的定義，分別計(jì)算下列雷電流幅值出現(xiàn)的概率：30kA、50kA、88kA、100kA、150kA、200kA。答：根據(jù)式（84）。其中，P為雷電流幅值超過(guò)I的概率，I為雷電流幅值。則雷電流幅值為30kA、50kA、88kA、100kA、150kA、200kA時(shí)，%、%、%、%、%、%。83雷電過(guò)電壓是如何形成的？答：雷電過(guò)電壓的形成包括以下幾種情況。（1）直擊雷過(guò)電壓（圖83）時(shí)，流過(guò)雷擊點(diǎn)A的電流即為雷電流i。采用電流源彼德遜等值電路，則雷電流沿雷道波阻抗下來(lái)的雷電入射波的幅值I0=I/2，A點(diǎn)的電壓幅值。（圖84）時(shí)，電流波向線路的兩側(cè)流動(dòng)，如果電流電壓均以幅值表示，則導(dǎo)線被擊點(diǎn)A的過(guò)電壓幅值為（2）感應(yīng)雷過(guò)電壓雷云對(duì)地放電過(guò)程中，放電通道周?chē)臻g電磁場(chǎng)急劇變化，會(huì)在附近線路的導(dǎo)線上產(chǎn)生過(guò)電壓（圖85）。在雷云放電的先導(dǎo)階段，先導(dǎo)通道中充滿了電荷，如圖85（a）所示，這些電荷對(duì)導(dǎo)線產(chǎn)生靜電感應(yīng)，在負(fù)先導(dǎo)附近的導(dǎo)線上積累了異號(hào)的正束縛電荷，而導(dǎo)線上的負(fù)電荷則被排斥到導(dǎo)線的遠(yuǎn)端。因?yàn)橄葘?dǎo)放電的速度很慢，所以導(dǎo)線上電荷的運(yùn)動(dòng)也很慢，由此引起的導(dǎo)線中的電流很小，同時(shí)由于導(dǎo)線對(duì)地泄漏電導(dǎo)的存在，導(dǎo)線電位將與遠(yuǎn)離雷云處的導(dǎo)線電位相同。當(dāng)先導(dǎo)到達(dá)附近地面時(shí)，主放電開(kāi)始，先導(dǎo)通道中的電荷被中和，與之相應(yīng)的導(dǎo)線上的束縛電荷得到解放，以波的形式向?qū)Ь€兩側(cè)運(yùn)動(dòng)，如圖85（b）所示。電荷流動(dòng)形成的電流乘以導(dǎo)線的波阻抗即為兩側(cè)流動(dòng)的靜電感應(yīng)過(guò)電壓波。84某變電所配電構(gòu)架高11m，擬在構(gòu)架側(cè)旁裝設(shè)獨(dú)立避雷針進(jìn)行保護(hù)，避雷針距構(gòu)架至少5m。試計(jì)算避雷針最低高度。解：由題意可知，=+ 5=，m 分別令p=1，p=，列出