《电力工程基础》习题与解答

答：积云的形成：地面湿气受热上升，在空中与不同冷热气团相遇，凝成水滴或冰晶，形成积云。

雷云的形成：积云在运动过程中受到强气流的作用，形成了带有正负电荷的两部分积云，这种带电积云称为雷云。

云与云及云与地强大电场的形成：受上下气流的强烈撞击和摩擦，雷云中的电荷越积越多，一方面在空中形成了正负不同雷云间的强大电场，另一方面临近地面的雷云使大地或建筑物感应出与其极性相反的电荷，这样雷云与大地或建筑物间也形成了强大电场。

导电通道的形成：强大电场强度破坏空气的绝缘性能，使之变为导体，在雷云和大地之间形成导电通道。

先导放电：从雷云到大地之间以逐级发展的、高电导的、高温的、具有极高电位的先导通道将雷云到大地之间的气隙击穿而形成的放电过程。

主放电：当先导放电的头部接近异性雷云的电荷中心或地面上的感应电荷中心时，就开始进入放电的第二阶段，即主放电阶段。主放电又叫回击放电，其放电电流即雷电流可达几十万安培，电压可达几百万伏，温度可达2万摄氏度。在几个微秒时间内，使周围的空气通道烧成白热而猛烈膨胀，并出现耀眼的亮光和巨响，这就是通常所说的“打闪”和“打雷”。

4、避雷针的保护有什么特点？

答：避雷针高于被保护物，使先导向避雷针方向发展，将雷电吸引到避雷针本身上来，由于避雷针具有良好的接地，可以安全地将雷电流引入大地，从而保护了设备免受直接雷击。

5、变电所对直击雷和雷电波的入浸各采取什么防范措施？

答：（1）装设避雷针，防止直击雷；（2）在靠近变压器侧装设阀型避雷器，以限制雷电波入侵时的过电压；（3）变电所进线段保护，以限制流经避雷器的雷电流和限制入侵波的陡度；（4）三绕组变压器的低压绕组任一相装设避雷器，防止感应过电压。

二、分析题

1、 为什么电压等级高的电网中性点采用直接接地的方式？

答：电压等级较高时，当发生单相接地，如果采用直接接地的方式，则中性点对地电位不变，非故障相对地电压还是相电压，降低了电力网绝缘的投资，而且电压等级越高，效果越明显；而中性点不接地或者经消弧线圈接地时，中性点对地电位变成相电压电位，因此非故障相对地电压变成线电压大小，造成了较大的绝缘投资。

2、 为何同一台发电机、变压器或母线供电的低压线路只能采用一种保护方式？ 答：因为在三相四线制采用保护接零方式的电力网中，如有采用保护接地方式的电气装

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置时，当后者一根绝缘损坏发生碰壳短路时，接地电流将受到接地电阻的限制，致使保护装置不动作，故障不能及时切除。同时，当接地电流通过电源的中性点接地电阻时，零线上产生高电位，使采用保护接零的电气设备上都将带有不允许的高电位，而危及工作人员的安全。

3、 管型避雷器与保护间隙有何不同和相同之处？ 答：管型避雷器与保护间隙的相同点：

（1）都有两个间隙；（2）当雷电波入侵时，都是间隙先击穿，工作母线接地，避免了被保护设备上的电压升高，从而保护了设备。

管型避雷器与保护间隙的不同点：

（1）保护间隙的两个间隙不是串联的，而管型避雷器的间隙是串联的；

（2）保护间隙的熄弧能力比较差，往往不能自行熄灭，续流比较严重，会引起断路器跳闸；管型避雷器具有较高熄弧能力，续流消失时间较快。

4、为什么额定电压低于35kV的线路一般不装设避雷线？

答：低于35kV的线路是中性点不接地系统，当雷击杆顶对一相导线放电时，工频接地电流很小，不会引起线路的跳闸；线路比较低，受到建筑物和树木的保护，累击的几率比较小。

5、试说明在何种情况下，保护变电所免受直击雷的避雷针可以装设在变电所的构架上，何种情况下则又不行，为什么？

答：对于110kV及以上的变电所，可以将避雷针架设在配电装置的构架上，这是由于此类电压等级配电装置的绝缘水平较高，雷击避雷针时在配电构架上出现的高电位不会造成反击事故。

对于35kV及以下的变电所，因其绝缘水平较低，故不允许将避雷针装设在配电构架上，以免出现反击事故，需要架设独立避雷针。

三、计算题

1、某工厂油罐直径12米，高出地面15米，现在采用单根避雷针保护，针距离罐壁至少5米的距离，求避雷针的高度。

解：当针距离罐壁至少5米时，为了保护整个油罐，则保护的半径至少17米。

h?当h?,r?(h?hx)p(1)??x2x 根据下式：?

?当hx?h,rx?(1.5h?2hx)p(2)?2?

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如果按照（1）式计算，则避雷针的保护高度达到32米，不满足hx按照（2）式计算，

h?，因为hx?15米 2p?5.5 h

，得出h?31.6米。即在距离罐壁5米的地方，hx?15米；rx?17米，代入（2）

避雷针的高度应达到31.5米，才能让整个油罐在保护范围内。

m，试估计其2、220kV变电站，土壤电阻率为3?102?m，变电站的面积为100?100接地网的工频接地电阻值。

解：变电所内需要有良好的接地装置以满足工作、安全和防雷保护的接地要求。一般的做法是根据安全和工作接地要求敷设一个统一的接地网，然后在避雷针和避雷器下面增加接地体以满足防雷接地的要求。

接地电阻的计算公式如下：

R?0.4?4????0.5?( )LSS 则：R?0.5*300/100?1.5?

3、两支等高避雷针，其高度为17m，水平相距40m，在左边避雷针右前方有一被保护物，距离该避雷针水平方向15m，垂直方向9m，高度5m，问是否在避雷针的保护范围内？

解：首先确定两根避雷针的最小保护范围：

h0?h?D=17－40/7=11.28m； 7p

bx?1.5h()（11.28－5）=9.42m 0?hx=1.5

即在两支避雷针的中心距离上避雷针的最小保护范围在5m高的地方也有9.42m，故保护物在避雷针的保护范围内。

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第九章 电力工程设计习题与解答

一、 问答题 1、何为电气平面图？

答：电气平面图主要表示某一电气工程中电气设备、装置和线路的平面布置。它一般是在建筑平面的基础上绘制出来的。常见的电气工程平面图有线路平面图、变电所平面图、照明平面图、弱电系统平面图、防雷与接地平面图等。

2、何为CAD技术？

答：CAD （ Computer Aided Design ）是指计算机辅助设计，它是利用计算机软硬件系统辅助工程技术人员对产品或工程进行设计、分析、修改以及交互式显示输出的一种方法和手段，是一门多学科的综合性应用技术，也是计算机技术的一个重要的应用领域。

3、变电站一次部分设计的主要步骤？

答：（1）、分析原始资料，了解变电所负荷情况、环境、变电所的地位等等； （2）、变电站主变压器的选择；（3）、主接线方案的拟定；（4）、主接线方案的技术经济比较，选出最佳方案；（5）、所用电设计；（6）、短路电流计算，当变电站低压侧的短路电流太大，考虑加装电抗器后计算短路电流；（7）、设备选择，列清单；（8）、电气平面布置；（9）、绘制相关图纸，如主接线图、平面布置图、配置图等。

4、建筑配电系统设计中照明设计应从哪几方面考虑？

答：（1）光源选择：电光源按其发光原理分热辐射光源和气体放电光源两类。根据相关标准和规范对光源选择的要求并从节能的角度考虑，建筑配电系统主要选择荧光灯和节能灯作为照明光源。

（2）灯具的选择：灯具是灯泡和灯罩的统称。有了灯罩，就可以使光源发出的光通量得到更充分的利用和合理的分配，还可以限制眩光、保护灯泡、增加美感。根据相关标准和规范对灯具选择的要求，建筑配电系统室内灯具的效率不宜低于70％。

（3）灯具的布置：对灯具布置的要求除需要保证最低照度条件外，还应使工作面上的照度均匀、光线射向适当；眩光作用小；少阴影；检修方便；工作安全；布置整齐美观并能与建筑空间充分协调。有两种布置方式：均匀布置和选择布置。

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