学文网电流与电压篇1
[关键词] 直流电动机 电压 电流 功率
直流电动机的电压、电流与功率问题，一直是高中物理“电功与电功率”这节内容教学中的难点。因为电动机电路属于非纯电阻电路，欧姆定律并不适用，而学生往往没真真理解欧姆定律的使用条件，常常也用欧姆定律来解直流电动机的电压、电流与功率问题，导致这类题目错误率很高。接下来笔者结合自己的实践经验来谈谈对这部分内容的教学体会。
一、直流电动机的电压与电流
直流电动机是根据通电线圈在磁场中转动的原理制成的，其线圈的等效电路如***1所示（即可等效为一个定值电阻
与一个无阻值的理想线圈串联而成）。当给电动机通上电，线圈在磁场中转动时，线圈导线切割磁感线，这样***圈中就会产生感应电动势。根据楞次定律可知，产生的感应电动势的方向与使线圈转动的电流方向相反，故称为反电动势ε。电动机线圈转动的越快，说明线圈的导线切割磁感线越快，所以反电动势ε就越大。又因为线圈本身具有直流电阻（等效为***1中的定值电阻R），因此加在电动机两端的电压应分为两部分：其一用来平衡反电动势ε；其二为线圈直流电阻上损失的电压U΄。
即有：U = ε + U΄；①
由于直流电动机的电流Ι（即电动机的工作电流）就是流过电动机线圈电阻的电流。
所以有：U΄ = ΙR；②
有①、②两式可得：
直流电动机两端的电压U =ε +ΙR；③
因此直流电动机的电流Ι=（Uε）/ R；④
由此可见部分电路欧姆定律Ι=U / R对电动机是不适用的。
当电动机接通电源后，启动的开始阶段电枢的转速较小，产生的反电动势很小，所以启动电流很大，最大可达额定电流的15―20倍。这一电流会使电网受到扰动，机组受到机械冲击，换向器产生火花。
为了限制启动电流，常在电枢回路内串入专门设计的可变电阻，其接线原理见***2。在启动过程中随着转速的不断增大，应及时逐级将各分段电阻短接，使启动电流限制在某一允许值以内，这一启动方式称为串联电阻启动。这种启动方式非常简单，设备轻便，广泛应用于各种中小型直流电动机中。但由于启动过程中能量消耗较大，不适用于经常启动的电动机和中、大型直流电动机中。
二、直流电动机的功率
如果用Ι去乘③式中的各项就可以得到：
UΙ=εΙ +Ι2R；⑤
电流与电压篇2
众所周知，油浸纸绝缘电力电缆的现场试验一般都采用直流电压。试验时可以同时测量泄漏电流，由泄漏电流的变化或者泄漏电流与试验电压的关系，可用以判断绝缘状况。数十年对油浸纸绝缘电力电缆采用直流耐压试验的实践，已证明其作为现场定期预防性试验项目能得出满意的试验结果，这也就是充油和压气电缆用直流电压进行现场试验的理由。这个试验方法也同样用于高压XLPE绝缘电缆，它似乎是唯一可行的方法。
1XLPE绝缘电缆线路用直流耐压试验的缺点
高压XLPE电缆线路的运行试验表明，现场采用直流耐压试验不能有效地检出有缺陷的XLPE绝缘电缆及附件。各国运行经验发现通过直流耐压试验的XLPE绝缘电缆及附件在投入运行后有击穿故障发生。
为此，CIGREWG21-09工作组(高压挤包绝缘电缆试验)于1984年向世界各国电缆制造商和电力公司调查，并组织进行模拟结构样品试验，进一步确认高压XLPE绝缘电缆采用直流耐压试验是不恰当的，其存在以下明显的缺点：
a)直流电压下绝缘电场分布与交流电压下电场分布不同，前者按电阻率分布，而后者按介电系数分布，尤其在电缆终端和接头等高压电缆附件中，直流电场强度的分布与交流电场强度分布完全不同。这往往造成交流工作电压下有缺陷部位在直流耐压的现场试验时不会击穿而被检出，或者在交流工作电压下绝不会产生问题的部位，而在直流耐压现场试验时发生击穿。
b)XLPE自身的固有场强高，要用很高的直流试验电压甚至严重损伤电缆才能检出。例如，20kVXLPE电缆绝缘的50%处有金属尖端，结果却在10U0的直流电压下才能使其击穿。再者，在接头内有金属尖端或密封电缆头周围有严重的缺陷，即使用12U0～16U0直流电压试验也不可能检出。
c)由于XLPE的高绝缘电阻和相应的空间电荷效应，尚不能排除在直流电压下会造成XLPE电缆绝缘非故意的预先损伤。直流耐压试验时形成的空间电荷，可造成电缆在投入交流工作电压运行时击穿，或附件界面因积聚电荷而沿界面滑闪。
2调频串联谐振装置实例
传统的直流电压试验存在着严重缺点，必须寻求新的较为有效的试验方法。非常自然的、符合绝缘机理的倾向，是采用交流电压试验方法，关键是要开发新型的交流电压试验设备。本文将详细介绍由西门子柏林电力电缆厂等研制的8MVA，160kV调频串联谐振试验装置。
2.1移动式
调频串联谐振装置设计的首要目的是试验安全、简便和快速，整个试验设备均安装在低底架的大卡车上。最重的组件是电抗器，重156.8kN。车辆总重量约400kN。
2.2试验电压连接线
电源电压经OHL门架的户外终端和变压器的输出端或气体绝缘开关(GIS)而馈电至用户的电缆线路。通常连接到试验设备的电抗器，包括可接至户外套管或试验电缆的插入式浇注树脂绝缘管。内部绝缘为SF6，以便能够快速、安全和干燥地装配。
1—带有固定电感的电抗器，并可改变电压输出；2—户外终端；3—已装在电缆盘上的试验电缆，带有符合IEC859的开关设备的密封终端；4—馈电连接电缆；5—SF6气体充气站；6—用液压驱动的起吊机；7—控制室；8—户外终端运输用的贮存器
2.3户外套管
户外套管的户外部分有防水硅橡胶裙边，并模铸在耐压的增强玻璃纤维塑料支撑管上。户外套管的内部，导体是用交联聚乙烯绝缘并用硅橡胶电容式应力锥来控制场强。附加的内部绝缘为SF6。这种结构使安装比较容易，此外，试验也不会受天气的影响。
户外套管装在电抗器上，用柔软的铜导线接至被试电缆线路的户外密封终端。如果该铜导线很长或沿着曲折的途径，则应采用绝缘子来支撑。
2.4GIS馈电的试验电缆
如果被试电缆和系统端接在GIS(气体绝缘开关设备)内，则电源馈电线可接至为试验而特殊安装的连接器壳体，壳体尺寸符合IEC859要求。
两端都有密封终端的试验电缆绕在电缆盘(安装在车上)上，而且可拉开至70m长。用电子器件控制电缆盘的传动机构使敷设试验电缆时达到灵活而且支撑牢固。用试验电缆可接至现场GIS附近的任何地方。
试验电缆的密封终端，与户外套管一样都是充以SF6气体，确保装配工作简易和安全。
2.5初级电源的连接电缆
在大多数使用场合，试验电源均从用户的系统获取。根据被试电缆的长度和电容，视在功率可能需要达200kVA。但是，在很多的试验场合下，可能仅仅需要电源视在功率小于50kVA。为此，运输车还有装在电缆盘上的连接电缆，长度200m。
在所接入的电源负荷较大的场合或者馈电位置远离公用电源系统时，本移动式大容量调频串联谐振装置还添加有可灵活移动的发电机。
2.6绝缘气体源的环境安全
运输车上有SF6气体充气站，提供所需的SF6气体以及充气至密封终端的真空和压力系统，并提供可排气和再充气5MPa的压力容器。
2.7在运输车上起吊工作
户外终端或试验电缆密封终端安装至电抗器需要质量达100kg的起重机。起重机也安装在拖车上。这样，在用户的现场就可直接进行工作而不受其他任何辅助设备的限制。
在开始安装的时候，通常不可能与用户的电网相连接。因此，起重机由直流电动机液压驱动，直流电动机由拖车上的蓄电池供电。这样，进行试验的准备工作不会有任何延误。
2.8设备控制和用户操作室
运输车是按成套移动式调频串联装置而设计的，适用于户外使用。因此，也装有宽敞的测试间。其内包括电子器件控制设备，计算机控制的联机装置以及容纳操作和观察人员的足够空间。用户能在各种气候条件下从事试验，而且便于试验时做记录或试验全部结束后立即编写试验报告。
3运行经验
本试验装置自研制成功后，已用于110kVXLPE绝缘电缆线路的现场试验，并取得初步有效运行经验。
自从1996年以来，已在高压电缆线路进行交流电压试验。大约80%的试验连接是经由户外密封终端而进行的，约20%则是经由GIS开关装置进行。在已试验的电缆线路中，长度最长的约3.8km，最高试验电压为160kV，仅利用试验设备最大功率的50%。这意味着还可以试验更长的电缆线路。
经由户外密封终端可方便地把交流电压馈电至被试电缆线路。接线方式如***2所示。利用铜导线把电抗器的电压输出接至电缆密封终端。
4结束语
用于长距离电缆线路的交流电压试验，需要相当大和重的试验设备。为此，以往的XLPE电缆都是采用直流电压试验。高压XLPE电缆线路的运行经验表明，采用直流电压耐压试验不能有效地检出XLPE电缆缺陷，特别是有缺损的XLPE电缆附件。这一点已取得国际共识，采用更有效的试验方法势在必行。
通过对工频串联谐振试验装置的研究和试制，已获得一种适合于XLPE绝缘电缆和附件的试验方法，即施加工频或接近工频的交流电压，在电缆及附件上产生的电场分布与实际运行工作电压下的电场分布相同，能够比较有效地检出XLPE电缆及附件缺陷，并逐步成为各国用作XLPE绝缘电缆线路的现场试验方法。
本文所介绍的新型调频串联谐振试验装置，是把供电电源、产生试验能量的主设备、连接至电缆线路的专用连接线和控制单元等所有组件全部安装在低底架的拖车上。这样就能机动灵活便于运作。迄今，最频繁使用的是把试验电压接至户外密封终端，也进行过把交流电压经由试验电缆而馈电至符合IEC859的GIS开关设备。运行经验表明，该装置的电气系统和连接技术两者的研制都是令人满意的，而且可对高压XLPE绝缘电缆线路进行既可靠又经济的交流电压试验。
综上所述，开发并应用适合现场试验的交流高压试验装置具有现实意义。我们要借助国外的经验，加强试验设备研制开发，加强试验技术的研究，希望高压XLPE绝缘电缆线路的现场试验会有突破性成就。
参考文献
1WeinbergW，GoehlichL,ScharchmidtJ.SitetestsofXLPE-insulatedhigh-voltagecablesystemswithACvoltage［J］.ElektrizittsWirtschaft,1997,96(9):400～407
电流与电压篇3
关键词：±800kV直流输电；绝缘配合；避雷器布置
前言
目前，随着直流电压等级由原来的500 kV上升到800 kV，导致换流站和线路的绝缘部分在总设备投资所占比重相当大。如输送容量约为原来的2倍，因绝缘故障带来的损失以及系统的扰动问题严重。所以，优化直流系统过电压保护，进而确定合适的换流站绝缘水平，在换流站设备设计、制造和试验中是很重要的部分。如果绝缘水平取得过高就会造成换流站的设备尺寸过大即难度太高，若取得过低则导致运行中故障率或是停电损失和维护费用增加，进而造成经济浪费。
1.换流站交流侧的操作过电压及电压选择
1.1操作过电压
换流站的交流侧中有单相接地和两相接地以及三相接地故障出现，随后在故障清除的过程中，换流变和滤波器组会通过系统的阻抗进行充电，进而引起暂态过程在交流侧产生过电压，而且电压不能采取有效措施来控制。由相间过电压通过换流变传递到了阀侧，需要计算出换流站交流侧A类型避雷器与换流阀V类型避雷器的保护水平以及能量的工况。若果按保守的方法来计算故障清除过电压时，假设在故障期间以及故障之后换流站一直处于闭锁的状态，由于阀闭锁时，串联的两个阀相间接在避雷器上，产生能量很小，另外阀侧相间过电压最高。如果故障期间阀闭锁投入旁通对时，就会有部分阀相间接在避雷器上，其能量最高。所以，这与常规低压直流工程一样，换流变的断路器和交流滤波器组装有合闸电阻，能够抑制交流滤波器组和换流变的操作过电压。
1.2换流站交、直流侧避雷器额定电压的选择
在某一瓷器厂生产的420 kV避雷器在吸收较高的预注能量之后，能够承受1.03倍避雷器额定电压的时间超过了1000秒，所以，如果选择的额定电压为400 kV的国产避雷器也能够保证安全。跟据调查本厂的换流站交流侧选择的额定电压达到400 kV，则直流工程的换流变侧A类型的避雷器额定电压选择为399 kV，这是多年实践运行的经验。所以，这里建议换流站交流侧的避雷器，还包括交流母线避雷器都选用额定电压为400 kV的避雷器，即不需要照搬以前500 kV直流工程的模式，交流母线避雷器只需选用420 kV避雷器，作为换流变侧和交流滤波器母线侧则选用400 kV避雷器。这种用电模式使交流母线避雷器仅用于雷电侵入波的保护，而对于操作过电压不起限制作用。另一方面，还可以根据雷电的侵入波过电压来研究结果进而决定是否要装母线避雷器。
2.直流侧避雷器的配置及防雷措施
氧化锌避雷器是换流站设备重点保护的装置，它配置的原则是：首先，交流侧的过电压用交流侧避雷器来限制；其次，直流侧的过电压由直流侧避雷器限制。而重点的保护设备由紧靠它的避雷器进行直流输电系统过电压直接的保护。
2.1母线平波电抗器对避雷器参数的影响水平
平波电抗器选择两种形式，即干式空心或油浸式。它的一半装在中性母线上，与全装在极线的方案相比，能够使串联的两个脉动换流器中间的母线电压几乎为纯直流电压，所以，避雷器参考电压将低于平波电抗器全装在极线时的避雷器参考电压，进而能在很大程度上降低避雷器保护水平以及高电位脉动换流器各点的绝缘水平。其中中性母线装平波电抗器的缺点还是存在的，主要有以下几点：其一是，需选择阀底部的设备，还包括最低电位的换流变，要求绝缘水平高于中性母线的绝缘水平；其二是，避雷器的能量要求需大于高能量；其三是，增加了中性母线电抗器等设备的投资。
2.2阀避雷器的能量结构形式
阀避雷器按能量大小可分为三种，即V1、V2和V3。其中，V1只需满足800 kV在运行时最高电位换流变压器阀侧绕组接地故障下的能量要求较高。而V2在工作时需满足下组400 kV换流器，在单独运行时400 kV高电位换流变压器阀侧绕组接地故障下的能量要求相对较低。最后，V3需要满足换流站交流侧接地故障以及清除和逆变站失去交流电源等故障的能量要求，即要求最低。
2.3避雷器布置的两种方案
两种方案的主要区别是方案一主要采用的是V3避雷器与M2进行串联来保护上组高电位的换流变压器阀侧绕组。而第二种方案主要采用避雷器A2，来直接保护处于较高电位的换流变阀侧绕组。其中方案一的优点是只需要用一个避雷器就能实现，而且它的电压低于A2避雷器，所以对外绝缘要求的高度就相应低。由于中性母线的装平波电抗器，能够降低避雷器的电压，进而获得较低的保护水平。两外方案二的优点是，A2能直接保护最高电位的换流变阀侧绕组。而且同样由于中性母线装平波电抗器，能够降低A2避雷器的保护电压。另一方面，避雷器在交流一个周期后才能承受一次较高的电压，需要选择较高荷电率来获得比方案一低的保护水平。其缺点就是数量较多，且额定电压高，进而对外绝缘要求高，安装角度上，有较大高度，需要考虑空气间隙，要求占空间较大。
3.换流站保护水平以及耐受电压和绝缘配合分析
换流站保护水平和耐受电压，当换流站的设备由串联连接的避雷器进行保护时，这样所能起到的保护水平等于发生故障时流过每个避雷器配合电流相应的保护水平之和。而另一种保守的方法，是将每个避雷器各自最严重故障下确定的保护水平进行相加。其中每个避雷器最严重故障下需要保护水平对应的配合电流相差很大，由于不可能在同一时刻和同一故障中出现，所以确定的保护水平留有额外保障。
4.正负800 kV直流线路的过电压和绝缘配合
正负800 kV直流线路最大的特点有两个：其一是，绝缘水平的很高，即雷击避雷线或者塔顶发生反击闪络的可能性极低；其二是，杆塔较高，较易发生绕击。所以，需要建议地面倾斜角较大地区的线路来进一步的减小地线保护角。在海拔高度低于1000 m的直流工作电压，要求的空气间隙空间为2.3 m；在操作过电压下要求的间隙为6.2 m；沿用800kV高压交流线路大气过电压空气间隙击穿电压会与绝缘子串闪络电压配合比达到0.8，就需要要求空气间隙为8m左右。然而，实际上直流线路在发生雷击闪络时，造成的后果没有交流线路那么严重，所以，按此间隙控制塔头尺寸是不合理的。即正负800 kV直流线路的过电压和绝缘配合应该以直流工作电压或操作过电压间隙控制塔头的尺寸。正负800 kV直流线路采用的是绝缘子串，要求杆塔空气间隙最小在7.2m左右，远远超过操作过电压要求的6.2m空气间隙空间。
5.结语
输电线所需电压的分布会因工程而不同，进而需要根据工程设计的具体参数通过仿真计算来求得。因此在进行绝缘配合时，仿真计算研究就显得十分重要，来确定合理的避雷器配合电流。另外，对换流站的雷电过电压保护和直流线路的防雷保护还需要进一步探究。
参考文献：
[1]周沛洪，修木洪，谷定燮，戴敏，娄颖.正负800 kV直流系统过电压保护和绝缘配合研究[J].高电压技术，2006.
电流与电压篇4
关键词:变压器；直流电阻；不平衡率
0引 言
变压器直流电阻是反映变压器绕组物理特性的一个重要方面，直阻的异常变化往往表明变压器线圈存在损坏或局部接触不良。生产实践中，除了通过测量变压器各相绕组的直流电阻,并计算各相绕组直流电阻相互间的差别,也就是不平衡率是否超过一定标准来判定绕组电阻试验数据是否合格外，还应通过对历史测试数据的变化进行对比，才能更为有效，更为准确地发现设备存在的问题。
1 测量分析
1.1规范要求
根据规范要求，三相变压器应测出线间电阻，有中性点引出的变压器，要测出相电阻；带有分接头的线圈，在大修和交接试验时，要测出所有分接头位置的线圈电阻，在小修和预试时，只需测出使用位置上的线圈电阻。由于变压器制造质量、运行单位维修水平、试验人员使用的仪器精度及测量接线方式的不同，测出的三相电阻值也不相同，通常引入如下误差公式进行判别：R%=[(Rmax-Rmin)/RP]×100% ， RP=(Rab +Rbc +Rac)/3 。
式中 R%误差百分数
Rmax 实测中的最大值(Ω)
Rmin 实测中的最小值(Ω)
RP 三相中实测的平均值(Ω)
规范要求，1.6MVA以上变压器,各相绕组电阻相互间的差别(又称相间差),不应大于三相平均值的2%;无中性点引出的绕组,线间差别不应大于三相平均值的1%。且三相不平衡率变化量大于0.5%应引起注意,大于1%应查明原因;各绕组电阻与以前相同部位、相同温度下的历次结果相比,不应有明显差别,其差别不应大于2%,当超过1%时应引起注意。
1.2 有关换算
在进行比较分析时，一定要在相同温度下进行，如果温度不同，则要按下式换算至75℃时的电阻值：R75℃=RtK，K=(T+75))/(T+t)
式中 R75℃75℃时的直流电阻值(Ω)
Rt实测直流电阻值时的温度(Ω)
T常数(铜导线为234.5,铝导线为225)
t测量时的温度
为了确定缺陷所在的相别,对于无中性点引出的三相变压器,还需将测得的线间电阻换算成每相电阻｡设三相变压器的可测线间电阻为Rab､Rbc､Rac,每相电阻为Ra､Rb､Rc, 式中RP=(Rab+Rbc+Rca)/2
当变压器线圈为Y型联接时,相电阻为：
Ra=(Rab+Rac-Rbc)/2
Rb=(Rab+Rbc-Rac)/2
Rc=(Rac+Rbc-Rab)/2
注:如果三相平衡,相电阻等于0.5倍线电阻。
当变压器线圈为型联接,且a连y､b连z､c连x时:
Ra=(Rac-RP)-RabRbc/(Rac-RP)
Rb=(Rab-RP)-RacRbc/(Rab-RP)
Rc=(Rbc-RP)-RabRac/(Rbc-RP)
当变压器线圈为型联接,且a连z､b连x､c连y时：
Ra=(Rab-RP)-RacRbc/(Rab-RP)
Rb=(Rbc-RP)-RabRac/(Rbc-RP)
Rc=(Rac-RP)-RabRbc/(Rac-RP)
注：如果三相平衡,相电阻等于1.5倍线电阻｡
2