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第7章 什么叫电场?什么叫电场强度?

什么叫电场?什么叫电场强度?

在带电体周围的空间引入其他带电体时,被引入的带电体将受到力的作用,我们就说在带电体周围的空间中存在电场。电场强度是表示电场作用于带电体上的作用力的大小与方向的一个物理量,以字母E表示,单位为伏/米(V/m)。

什么是电力线?

为了直观而形象地描绘电场,人们在电场中画出的一种几何曲线,称为电力线。在静电场中,电力线总是从正电荷出发,终止于负电荷,不闭合、不中断、不相交。

电场影响的标准如何?

电场影响的标准,大多数国家要求控制在。10kV/m以下,对于变电站开关场,个别地点也不应超过15kV/m。

静电的危害主要表现在哪些方面?

(1)引起爆炸和火灾。静电的电量虽然不大,但电压却很高,容易发生放电,出现静电火花。在有可燃液体的作业场所,静电火花可能引起火灾;在有由易燃物品形成爆炸性混合物的场所,静电火花可能引起爆炸。

(2)静电电击。虽然静电的能量很小,由此引起的电击不致直接使人丧命,但却能导致受击者坠落、摔倒,引起二次事故,电击还能使人精神紧张,妨碍工作。

(3)静电妨碍生产的正常进行。静电对有些电子控制设备产生干扰,影响正常调控运行。

暂态感应电流对人体是否有影响?

暂态感应电流是由于被感应物体本身积蓄的电荷对人体放电的结果,它对于人体的影响可以用能量来表示。研究结果表明,暂态电击造成人体死亡所需要的能量约为30J。在这样大的能量之下,会引起人体心脏纤维性颤动,使人致死。但是在500kV变电所中通常很难有积蓄30J能量的被感应物体。例如变电所内特大车辆的对地电容约3000pF,当其感应电压达到15kV时,所积蓄的能量仅有0.675J,比造成人体死亡的30J能量小得很多。我国电力科学研究院采用雨伞进行暂态感应电流试验,当感应电压为8.6kV,伞的对地电容为47pF时,感应的能量约为3.5mJ,这时人接触雨伞有严重刺疼的感觉。因此,暂态感应电流对人体的影响主要是感觉反应。被感应物体积蓄的能量从0.5mJ开始,一直到接近30J为止,都会使人体有所感觉,产生感觉反应的范围很广。综上所述,由于暂态感应电流作用时间极短,而且被感应物体不可能积蓄那么大的能量,所以它对人身没有危险。但在高电场作用下暂态感应电流对人体的影响却比较大,主要表现在以下两个方面:

(1)在高电场中如果被感应物体的感应电压数值比较高时,虽然人体并没有接触被感应物体,但被感应物体仍会经过小空气间隙对人体放电。

(2)人体站立在高电场中不接触任何带电物体和被感应物体,但是会出现毛发竖立,手臂与衣服之间有刺痛的感觉,人的头发对帽子,脚部对鞋子都会产生放电现象。

什么是保护接地与保护接零?

保护接地多用在三相电源中性点不接地的供电系统中。将三相用电设备的外壳用导线和接地电阻相联就是保护接地。当人碰到一相因绝缘损坏已与金属外壳短路的电机,则此相电流将分两路入地,由于接地电阻远小于人体电阻,所以大部分电流通过接地电阻入地,流入人体电流微小,人身安全得以保证。要求高压设备接地保护的接地电阻为1~10Ω。

在动力和照明共用的低压三相四线供电系统中,电源中点接地,这时应采用保护接零,即把设备的外壳用导线和中线相连。假如设备与外壳相连,则该相导线即与中线形成短路,致使该相熔丝熔断,免除危险。

必须指出的是,同一配电线路中,不允许一部分设备接地,另一部分设备接中线。因为当接地设备的外壳碰线时,则该设备的外壳与相邻接零设备的外壳之间具有大小为相电压U的电位差,非常危险。

什么是工作接地?

为保证电力设备和设施安全运行和满足正常故障要求而进行的接地,称为工作接地,如电源中性点的直接接地或经消弧线圈接地以及防雷设备的接地等。工作接地要求的电阻值为0.5~10Ω。

什么是防雷接地?

防雷接地是为了让强大的雷电流安全导入地中,以减少雷电流流过时引起的电位升高。防雷接地的电阻值为1~30Ω。

中性点与零点、零线有何区别?

凡三相绕组的首端(或尾端)连接在一起的共同连接点,称电源中性点。当电源的中性点与接地装置有良好的连接时,该中性点便称为零点;而由零点引出的导线,则称为零线。

什么是尖端放电?

电荷在导体表面分布的情况取决于导体表面的形状。曲率半径越小的地方电荷越密集,形成的电场也越强,这样会使空气发生电离,在空气中产生大量的电子和离子。在一定的条件下会导致空气击穿而放电,这种现象称为尖端放电。

什么叫电击?

在高压输电线路下或高压设备附近,当人接触电场中对地绝缘的物体时,可能会产生有刺痛感的电流,这种现象称为电击。

穿着绝缘鞋的人接触接地体或者触及具有不同感应电位的物体,也会产生这种现象。

什么叫暂态电击?什么叫稳态电击?

由静电感应产生的电击可分为两类,一类是暂态电击,一类是稳态电击。

暂态电击是指人体接触受到静电感应的物体的瞬间,原来积蓄在被感应物体上的电荷通过人体释放,亦即由暂态电流造成的电击。暂态电击常伴随有火花放电发生。这是由于被感应物体的电压较高,当人接近被感应物体但尚未完全接触时,其间的小空气间隙击穿而发生火花放电。这和人走过地毯后再接触门把手可能产生的静电放电相类似。

稳态电击是指人接触被感应物体后,由于被感应物体与高压带电体的电容相耦合,产生流过人体的持续工频电流造成的电击。

什么叫气体放电?

气体介质在强电场作用下,失去绝缘能力而变成导电体,称为气体介质的击穿,也称为气体放电。

什么叫谐振?

所谓谐振,是指振荡回路的固有自振频率与外加电源频率相等或接近时出现一种周期性或准周期性的运行状态,其特征是某一个或几个谐波幅值将急剧上升。复杂的电感、电容电路可以有一系列的自振频率,而非正弦电源则含有一系列的谐波,因此,只要某部分电路的自振频率与电源的谐振频率之一相等(或接近)时,这部分电路就会出现谐振。

什么叫线性谐振?

所谓线性谐振是指在由恒定电感、电容和电阻组成的回路中所产生的谐振,这是电力系统中最简单的谐振形式。

什么叫非线性谐振?

所谓非线性(铁磁)谐振是指在电力系统中,由于变压器、电压互感器、消弧线圈等铁芯电感的磁路饱和作用而激发起持续性的较高幅值的铁磁谐振过电压,它具有与线性谐振过电压完全不同的特点和性能。

铁磁谐振可以是基波谐振、高次谐波谐振,也可以是分次谐波谐振。其表现形式可能是单相、两相或三相对地电压升高,或因低频摆动引起绝缘闪络或避雷器爆炸;或产生高值零序电压分量,出现虚幻接地现象和不正确的接地指示;或者在电压互感器中出现过电流,引起熔断器熔断或互感器烧毁;还可能使小容量的异步电动机发生反转等现象。

什么叫电平?

在计算和测量高频通道的衰耗时,需要用到电平的概念。

电路中任一点的功率P1和另一点的功率P2之比的对数,称为电平(相对电平)。

电平的概念来源于声学。用两点功率之比的对数来定义电平,是因为人声音强弱的感觉符合对数规律的缘故。

将电平再放大10倍,称之为分贝(dB),即dB=10lgP1/P2。

什么叫干扰?有何危害?

在实际环境中必然存在着由自然因素或人为因素产生的电磁能量,电子设备在该环境中工作,这些电磁能量会通过一定的途径进入电子电路,产生电子设备正常工作所不需要的信号;此外电子设备内部也会产生影响正常工作的信号,我们把这一类信号称作电噪声(简称噪声)。影响电子电路正常工作的噪声称电磁干扰,简称干扰。

干扰产生于干扰源。在电力系统中,高压断路器和隔离开关拉合闸产生的电弧,空载母线或线路的投入,变压器并联电容器组、串补电容器和并联电抗器的操作,直流回路的操作,雷击、短路故障、电晕、绝缘子的闪络,控制装置、保护装置动作等都是干扰源。干扰源的电压或电流通过电磁感应、静电感应及传导作用,经由装置的输出、输入和电源回路进入继电保护装置,就构成了对继电保护装置的干扰。

二次回路出现的干扰具有幅值高(电压高达数千伏)、频率高(达10kHz~3MHz)、干扰持续的时间短(μs级或ms级)等特点,这样的干扰侵入继电保护装置可能会引起继电保护误动或拒动,危及电力系统的正常运行和安全。

什么叫电晕?它有何危害?

在极不均匀的电场的气隙中,随着外加电压的提高,在曲率半径小的电极附近将出现浅蓝色的晕光,这种现象叫电晕。发生电晕的起始电压称为电晕起始电压。电晕发生时,除了有晕光、芒光以外,还伴有吱吱的放电声,并产生臭氧等。电晕放电时,电晕电流是一个断断续续的高频脉冲电流。电晕会引起功率衰耗,并对无线电通信产生严重干扰,所以常用分裂导线、扩径导线或空芯导线等增大半径的方法来减少电晕。

导线电晕产生的少量臭氧(O3)和氮的氧化物(NOx)对周围环境也将形成污染。

电晕对导线上波过程有何影响?

雷击导线时,雷电流的幅值可达数十千安至数百千安。即使以10kA计,它在导线上所造成的电压可达1000kV,因此,在雷电作用时导线上会产生极为强烈的冲击电晕。由冲击电晕引起的损耗可以使波在传播过程中产生强烈的衰减和变形。由冲击电晕造成导线等值半径的增大,可以使受击导线的自波阻下降,而导线间的互波阻却不改变,因此,这将使导线间的耦合系数增大。这些都是防雷保护设计中的有利因素。

电晕有哪几种现象?

(1)电晕可听噪音。当导线周围的空气发生游离,产生电晕现象时,被游离分子的电子在电场作用下高速地运动,不断与其他分子发生碰撞,因而伴随着嘶嘶的电晕可听噪音。

(2)电晕腐蚀。当导线表面的气体发生游离放电时,会使周围空气中产生NO2气体,它与导线表面的空气中的水雾接触,形成了腐蚀的酸类——硝酸,硝酸会在导线表面与铝化合,形成硝酸铝等化合物,使铝导线光洁的外表面受到腐蚀,这就是电晕腐蚀现象。

(3)电晕损耗。当导线实际工作电压U与起始电晕电压U0的比值为1.05~1.1时,导线传输效率会降低5%左右。只有当U比U0高得很多时,功率损耗才比较严重。由于一般总是把U0选择得比较高,让U0大于U,既使U/U0<1,因此,相对输电线路而言,变电所导线的电晕功率损耗是很轻的。

(4)电晕无线电干扰。电晕无线电干扰是选择导线的重要因素之一。对应不同的干扰频率有不同的允许值,干扰频率为1MHz的电晕无线电干扰允许值为42dB,当U/U0≤0.9时,其无线电干扰将低于允许标准。对500kV电压等级,导线实际可能达到的最高运行相电压U=317.5kV,为满足上述电晕无线电干扰的要求,应使U0>352.8kV。

(5)电晕发光。变电站电晕发光现象主要指在夜间。

在超高压变电站导线的电晕效应以电晕无线电干扰为主,接下来的排序为电晕损耗、电晕可听声、电晕发光,其中电晕腐蚀的影响最轻。

什么是暂态超越?

在超高压电网中发生短路时,暂态电流几乎可达到稳态短路电流幅值的两倍,而且由于时间常数很大,直流分量衰减很慢,这将使速断电流元件出现超范围动作的现象,即所谓暂态超越。

什么是电气设备的额定值?

任何一个电气设备,为了安全可靠地工作,都必须有一定的电流、电压和功率的限制和规定值。这种规定值就称为额定值。

什么是用电设备的效率?

由于能量在转换和传递过程中不可避免地有各种损耗,使输出功率P2总是小于输入功率P1。为了衡量能量在转换或传递过程中的损耗程度,把P2与P1的比值称为用电设备的效率,用η=(P2/P1)×100%表示。

什么叫自然功率?

输电线路既能产生无功功率(由于分布电容)又能消耗无功功率(由于串联阻抗)。当线路上的这两种无功功率适能相互平衡时,将沿线路传递的固定有功功率,叫做线路的“自然功率”或“波阻抗功率”。因为这种情况相当于在线路末端接入了一个波阻抗值的负荷。若传输的有功功率低于自然功率,线路将向系统传送出无功功率;高于自然功率时,则将吸收系统的无功功率。什么叫电力系统?

电力系统:指由发电厂(不包括动力部分)、变电站、输配电线路直到用户等在电气上相互联结的整体,它包括了从发电、输电、配电直到用电这样一个全过程。

什么叫动力系统?

动力系统:指电力系统加上发电厂的动力部分、供热以及用热设备。

发电厂的动力部分包括:

(1)火电厂的锅炉、汽轮机、燃气轮机、热网等。

(2)水电厂的水库、水轮机。

(3)原子能电厂的核反应堆锅炉、汽轮机等。

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