姚春球版《发电厂电气部分》计算题及参考答案

第二章导体的发热、电动力及开关电器的灭弧原理1.发热对导体和电器有何不良影响？答：机械强度下降、接触电阻增加、绝缘性能下降。

2.导体的长期发热和短时发热各有何特点？答：长期发热是指正常工作电流长期通过引起的发热。

长期发热的热量，一部分散到周围介质中去，一部分使导体的温度升高。

短时发热是指短路电流通过时引起的发热。

虽然短路的时间不长，但短路的电流很大，发热量很大，而且来不及散到周围的介质中去，使导体的温度迅速升高。

~~~~热量传递的基本形式：对流、辐射和导热。

对流：自然对流换热河强迫对流换热3.导体的长期允许载流量与哪些因素有关？提高长期允许载流量应采取哪些措施？答：I=根号下(αFτω/R)，因此和导体的电阻R、导体的换热面F、换热系数α有关。

提高长期允许载流量，可以：减小导体电阻R、增大导体的换热面F、提高换热系数α。

4.计算导体短时发热度的目的是什么？如何计算？答：确定导体通过短路电流时的最高温度是否超过短时允许最高温度，若不超过，则称导体满足热稳定，否则就是不满足热稳定。

计算方法见笔记“如何求θf”。

6.电动力对导体和电器有何影响？计算电动力的目的是什么？答：导体通过电流时，相互之间的作用力称为电动力。

正常工作所产生的电动力不大，但是短路冲击电流所产生的电动力可达很大的数值，可能导致导体或电器发生变形或损坏。

导体或电器必须能承受这一作用力，才能可靠的工作。

进行电动力计算的目的，是为了校验导体或电器实际所受到的电动力是否超过期允许应力，以便选择适当强度的电器设备。

这种校验称为动稳定校验。

7.布置在同一平面中的三相导体，最大电动力发生在哪一相上？试简要分析。

答：布置在同一平面中的三相导体，最大电动力发生在中间的那一相上。

具体见笔记本章第五节。

8.导体动态应力系数的含义是什么？什么情况下才需考虑动态应力？答：导体动态应力系数β用来考虑震动的影响、β表示动态应力与静态应力之比，以此来求得实际动态过程的最大电动力。

配电装置的硬导体及其支架都具有质量和弹性，组成一个弹性系统，在两个绝缘子之间的硬导体可当作两端固定的弹性梁，这种情况下就需要考虑动态应力。

9.大电流母线为什么广泛采用全连式分相封闭母线？答：防止相间短路；屏蔽磁场、减小干扰和对附近钢构的影响；减小相间电动力；不用安装昂贵的机组断路器。

10.何谓碰撞游离、热游离、去游离？他们在电弧的形成和熄灭过程中起何作用？答：碰撞游离即电场游离：在电场作用下，带电粒子被加速到一定能量，碰撞前面的中性质点，形成新的带电粒子，连锁发生的结果，使间隙中带电粒子增多。

热游离：由于电弧的高温，中性质点自动离解成自由电子和正离子的现象。

去游离：使带电质点减少的过程，称为去游离过程。

碰撞游离进行的结果，使触头间充满自由电子和正离子，具有很大的电导。

热游离的作用是维持电弧的稳定燃烧。

要熄灭电弧，必须采取措施加强去游离作用、并削弱游离作用。

11.开关电器中的电弧有何危害？答：1）电弧的高温可能造成导体或绝缘的烧坏；2）由于电弧的导电性，从而延长了开关设备切断电路的时间；3）一定条件下会形成间歇电弧，在系统中形成谐振过电压。

12.交流电弧有何特点？交流电弧的熄灭条件是什么？答：交流电弧的特点：1）伏安特性为动态特性；2）电弧电压的波形呈马鞍形变化；3）电流每半周过零一次，电弧会暂时自动熄灭。

交流电弧的熄灭条件：介质强度恢复过程u d(t) > 弧隙电压恢复过程u r(t)。

13.何谓弧隙介质强度恢复过程？何谓弧隙电压恢复过程？它们与哪些因素有关？答：弧隙介质强度恢复过程u d(t)：电弧电流过零时，弧隙介质的绝缘能力由起始介质强度逐渐增强的过程。

弧隙电压恢复过程u r(t)：电弧电流过零时，经过由电路参数所决定的电磁振荡，弧隙电压逐渐由熄弧电压恢复到电源电压的过程。

起始介质强度出现后，弧柱区介质强度的恢复过程与断路器的灭弧装置结构、介质特性、电弧电流、冷却条件及触头分开速度等因素有关。

弧隙电压恢复过程与电路参数及负荷性质有关。

14.熄灭交流电弧的基本方法有哪些？答：1）采用灭弧能力强的灭弧介质；2）利用气体或油吹弧；3）采用特殊金属材料作灭弧触头；4）在断路器的主触头两端加装低值并联电阻；5）采用多断口熄弧；6）提高断路器触头的分离速度；7）低压开关中的熄弧方法：利用金属灭弧栅灭弧；利用固体介质狭缝灭弧。

15．减少钢构损耗和发热的措施：加大钢构和载流导体之间的距离；断开载流导体附近的钢构闭合回路并加上绝缘垫；采用电磁屏蔽；采用分相封闭母线。

16．分相封闭母线的优点：防止相间短路，保证人员接触外壳的安全；短路时母线间的电动力大大减小；减少了母线附近钢构的发热；提高母线的载流量；安装维护的工作量小。

缺点：母线散热条件差；外壳产生损耗；有色金属消耗量增加。

第三章电器设备的结构和工作原理1.绝缘子按结构型式分为哪几类？其作用是什么？答：绝缘子按结构型式分为：支柱式、套管式及盘形悬式。

绝缘子的作用是：支持和固定裸载流导体，并使裸载流导体与地绝缘，或使装置中处于不同电位的载流导体之间绝缘。

2.敞露母线有哪几种？各适用什么场合？母线靠什么绝缘？用多条矩形母线时每相为何最好不超过3条？答：敞露母线有4种：矩形母线：一般用于35kV及以下、持续工作电流在4000A以下的配电装置中；槽形母线：一般用于35kV及以下、持续工作电流在4000-8000A的配电装置中；管形母线：一般用于110kV及以上、持续工作电流在8000A以上的配电装置中；绞线圆形软母线：一般用于35kV及以上屋外配电装置。

母线与地之间的绝缘靠绝缘子维持，相间绝缘靠空气维持。

每相条数增加时，因散热条件差及集肤效应和邻近效应影响，允许载流量并不成正比增加，当每相有3条及以上时，电流并不在条间平均分配。

所以多条矩形母线时每相最好不超过3条。

3.封闭母线有哪两类？各用于什么场合？答：全连式分相封闭母线与共箱式封闭母线。

它们一般用于厂用回路。

5.电抗器按用途分为哪几类？其作用各是什么？答：电抗器按用途分为：限流电抗器：限制短路电流；串联电抗器：它与并联电容补偿装置或交流滤波装置回路中的电容器串联，组成谐振回路，滤除指定的高次谐波，抑制其他次谐波放大，减少系统电压波形畸变，提高电压质量，同时减少电容器组涌流；中压并联电抗器：向电网提供可阶梯调节的感性无功，补偿电网剩余容性无功，保证电压稳定在允许范围内；超高压并联电抗器：用于补偿输电线路的充电功率，以降低系统的工频过电压水平。

6.高压断路器的作用是什么？按采用的灭弧介质分为哪几类？答：高压断路器的作用是接通和断开正常工作电流、过负荷电流和故障电流。

按采用的灭弧介质分为：SF6断路器、真空断路器、油断路器、空气断路器。

7.高压断路器的基本结构怎样？有哪些主要技术参数？答：高压断路器的基本结构包括：通断元件、绝缘支撑元件、传动元件、操动机构、机座。

主要技术参数如下：1）额定电压U N：高压断路器设计时所采用的标称电压；2）额定电流I N：高压断路器在规定的环境温度下，能长期通过且其载流部分和绝缘部分的温度不超过其长期最高允许温度的最大标称电流；3）额定开断电流I N br：高压断路器进行开断操作时首先起弧的某相电流，称为开断电流。

在额定电压U N下断路器能可靠地开断的最大短路电流，称为额定开断电流；4）t秒热稳定电流I t：在保证断路器不损坏的条件下，在规定时间t秒内允许通过断路器的最大短路电流有效值；5）动稳定电流i es：断路器在闭合状态下，允许通过的最大短路电流峰值；6）额定关合电流I Ncl：在额定电压下，断路器能可靠地闭合的最大短路电流峰值。

7）动作时间：包括分闸时间（全分闸时间=固有分闸时间+燃弧时间）与合闸时间（断路器从接到合闸命令起到触头刚接触的时间间隔）。

8.简述SF6断路器单压式灭弧室的基本结构和灭弧原理。

答：书P86-87。

9.简述LW6-220型SF6断路器基本结构和工作原理。

答：书P88。

10.简述真空断路器基本结构和工作原理。

答：书P93。

18.隔离开关的作用是什么？其操动机构有哪几种？答：隔离开关的作用：1）隔离电源，在空气中形成明显的开断点；2）切换电路，改变运行方式；3）接通或切断规程允许的小电流电路；4）利用自带的地刀，方便维修。

隔离开关的操动机构有手动式和动力式两大类。

19.熔断器的主要作用什么？其基本结构怎样？什么叫限流式熔断器？什么是熔断器的保护特性曲线？答：熔断器的主要作用：保护电路中的电器设备、使其免受过载和短路电流的危害。

基本结构：熔丝、支持熔件的触头、外壳、特殊物质（石英砂）。

当电路发生短路故障时，其短路电流增长到最大值有一定时限。

如果熔断器的熔断时间（包括熄弧时间）小于短路电流达到最大值的时间，即可认为熔断器限制了短路电流的发展，此种熔断器成为限流式熔断器，否则为不限流熔断器。

熔断器的保护特性曲线（安秒特性）：熔体熔断时间ｔ与通过电流Ｉ的关系。

20.简述RM10型低压熔断器的灭弧原理。

答：发生短路故障时，其熔体窄部几乎同时融化，形成数段电弧，同时残留的宽部受重力作用而下落，将电弧拉长变细；在电弧高温的作用下，纤维管的内壁有少量纤维汽化并分解为氢、二氧化碳和水汽，这些气体都有很好的灭弧性能，加之熔管是封闭的，使其内部压力迅速增大，加速了电弧的去游离，从而使电弧迅速熄灭。

所以，RM10型熔断器属限流型。

21. 简述RN1型高压熔断器的灭弧原理。

答：如果被保护电路发生过负荷，当工作锡熔体发热到其熔点时，锡桥首先融化，被锡包围的紫铜部分则逐渐溶解在锡滴中，形成合金（冶金效应或金属熔剂法），电阻增加，发热加剧，随后在焊有锡桥处熔断，产生电弧，从而使熔体沿全长融化，形成多条并联的细电弧，电弧在石英砂的冷却作用下熄灭。

24.电流互感器和电压互感器的作用是什么？简述电磁式电流互感器和电压互感器的工作原理和特点。

答：电流互感器和电压互感器的作用是：将一次系统的大电流、高电压成比例的缩小为小电流、低电压，向二次系统供电，实现二次回路对一次回路的测量、控制、保护等作用。

电流互感器的工作原理：磁势平衡原理：I1·N1 + I2·N2 = I0·N1，I0为励磁电流，非常小，可认为是0，于是I1=-I2·(N2/N1)= -k·I2。

它的特点是二次侧阻抗非常小、接近于短路运行的变压器，并且二次侧电流I2仅取决于一次侧电流I1。

电压互感器的工作原理：电磁感应定律：U1/U2 = N1/N2, U1 ≈k·U2。

它的特点是二次侧阻抗非常大，接近于空载运行的变压器，并且二次侧电压U2仅取决于一次侧电压U1。

25.简述电容式电压互感器的工作原理。

答：电容分压原理、串联补偿电抗。