高電壓技術(shù)課后習(xí)題答案

1、第一章作業(yè)1-1解釋下列術(shù)語(1)氣體中的自持放電；(2)電負(fù)性氣體；(3)放電時延；(4) 50%中擊放電電壓；(5)爬電比距。答：(1)氣體中的自持放電：當(dāng)外加電場足夠強(qiáng)時，即使除去外界電 離因子，氣體中的放電仍然能夠維持的現(xiàn)象；(2)電負(fù)性氣體：電子與某些氣體分子碰撞時易于產(chǎn)生負(fù)離子，這樣 的氣體分子組成的氣體稱為電負(fù)性氣體；(3)放電時延：能引起電子崩并最終導(dǎo)致間隙擊穿的電子稱為有效 電子，從電壓上升到靜態(tài)擊穿電壓開始到出現(xiàn)第一個有效電子所需 的時間稱為統(tǒng)計時延，出現(xiàn)有效電子到間隙擊穿所需的時間稱為放 電形成時延，二者之和稱為放電時延；(4) 50%中擊放電電壓：使間隙擊穿概率為 50

2、%勺沖擊電壓，也稱為 50%中擊擊穿電壓；(5)爬電比距：爬電距離指兩電極間的沿面最短距離，其與所加電 壓的比值稱為爬電比距，表示外絕緣的絕緣水平，單位cm/kV。1-2湯遜理論與流注理論對氣體放電過程和自持放電條件的觀點 有何不同？這兩種理論各適用于何種場合？答：湯遜理論認(rèn)為電子碰撞電離是氣體放電的主要原因，二次電 子來源于正離子撞擊陰極使陰極表面逸出電子，逸出電子是維持 氣體放電的必要條件。所逸出的電子能否接替起始電子的作用是 自持放電的判據(jù)。流注理論認(rèn)為形成流注的必要條件是電子崩發(fā) 展到足夠的程度后，電子崩中的空間電荷足以使原電場明顯畸， 流注理論認(rèn)為二次電子的主要來源是空間的光電離。湯

3、遜理論的適用范圍是短間隙、低氣壓氣隙的放電；流注理論 適用于高氣壓、長間隙電場氣隙放電。1-3在一極間距離為 1cm的均勻電場電場氣隙中，電子碰撞電離 系數(shù)a=11cm-1 o今有一初始電子從陰極表面出發(fā)，求到達(dá)陽極 的電子崩中的電子數(shù)目。解：到達(dá)陽極的電子崩中的電子數(shù)目為naii ie59874答：到達(dá)陽極的電子崩中的電子數(shù)目為59874個1-5近似估算標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下半徑分別為1cm和1mm勺光滑導(dǎo)線的電暈起始場強(qiáng)解：對半徑為1cm的導(dǎo)線3 9(kV/cm)0.3/0.3、Ec 30ms (1 丁)30 1 1 (1 一.r S.11對半徑為1mm勺導(dǎo)線0.3Ec 30 1 1 (1 )58

4、.5(kV/cm).0.1 1答：半徑1cm導(dǎo)線起暈場強(qiáng)為39kV/cm,半徑1mn#線起暈場強(qiáng)為cm1-10簡述絕緣污閃的發(fā)展機(jī)理和防止對策。答：戶外絕緣子在污穢狀態(tài)下發(fā)生的沿面閃絡(luò)稱為絕緣子的污閃。絕緣子的污閃是一個受到電、熱、化學(xué)、氣候等多方面因素影響的復(fù)雜過程，通?？煞譃榉e污、受潮、干區(qū)形成、局部電弧的出現(xiàn)和發(fā)展等四個階段。防止絕緣子發(fā)生污閃的措施主要有：（1）調(diào)整爬距（增大泄露距離）（2）定期或不定期清掃；（3）涂料；（4）半導(dǎo)體釉絕緣子；（5）新型合成絕緣子。1-11試運用所學(xué)的氣體放電理論，解釋下列物理現(xiàn)象：(1)大氣的濕度增大時，空氣間隙的擊穿電壓增高，而絕緣子表 面的閃絡(luò)電壓

5、下降；(2)壓縮氣體的電氣強(qiáng)度遠(yuǎn)較常壓下的氣體高；(3)沿面閃絡(luò)電壓顯著地低于純氣隙的擊穿電壓。答：(1)大氣濕度增大時，大氣中的水分子增多，自由電子易于 被水分子俘獲形成負(fù)離子，從而使放電過程受到抑制，所以擊穿 電壓增高；而大氣濕度增大時，絕緣子表面容易形成水膜，使絕 緣子表面積污層受潮，泄漏電流增大，容易造成濕閃或污閃，絕緣 子表面閃絡(luò)電壓下降；(2)氣壓很大時電子的自由行程變小，兩次碰撞之間從電場獲得 的動能減小，電子的碰撞電離過程減弱，所以擊穿電壓升高，氣體 的電氣強(qiáng)度也高；(3)沿面閃絡(luò)電壓顯著地低于純氣隙的擊穿電壓是因為沿固體介 質(zhì)表面的電場與純氣隙間的電場相比發(fā)生了畸變，造成電場

6、畸變的 原因有：1.固體介質(zhì)與電極表面接觸不良，存在小縫隙；2.固體介質(zhì)表面由于潮氣形成水膜，水膜中的正負(fù)離子在電場作用下積聚在 沿面靠近電極的兩端；3.固體介質(zhì)表面電阻不均勻和表面的粗糙不 平。弟一早作業(yè)2-1試用經(jīng)驗公式估算極間距離d=2cm的均勻電場氣隙在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的平均擊穿場強(qiáng)Eb。P321/2(kV/cm )解：d=2cm的均勻電場氣隙平均擊穿場強(qiáng)為答：標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的平均擊穿場強(qiáng)為cm2-3在線路設(shè)計時已確定某線路的相鄰導(dǎo)線間氣隙應(yīng)能耐受峰值為土 1800kV的雷電沖擊電壓，試?yán)媒?jīng)驗公式近似估計線間距離至少應(yīng)為若干？ P36示對正極性雷電沖擊：7575)/ (1800 308

7、(cm)解：導(dǎo)線間的氣隙可以用棒-棒氣隙近似表U 50%對負(fù)極性雷電沖擊：U 50% 1106d110)/6(11取兩者中較大者 308cm答：線間距離至少應(yīng)為800308cm282(cm)2-4在p=755mmHg t=33的條件下測得一氣隙的擊穿電壓峰值為 108kV,試近似求取該氣隙在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的擊穿電壓值。P38解：在p=755mmHg t=33條件下的空氣相對密度為:p7551t760由于右處于之祠一UU00273 3310(kV)答：該氣隙在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的擊穿電壓值為2-5某110kV電氣設(shè)備的外絕緣應(yīng)有的工頻耐壓水平（有效值）為260kV,如該設(shè)備將安裝到海拔 3000m的

8、地方運行，問出廠時（工廠位于平原地區(qū)）的試驗電壓影增大到多少? 解：出廠時的試驗電壓值：UKaU110P391260300010 4260325(kV)答：出廠試驗電壓值應(yīng)增大到 325kV。2-6為避免額定電壓有效值為 1000kV的試驗變壓器的高壓引出端發(fā) 生電暈放電，在套管上部安裝一球形屏蔽極。設(shè)空氣的電氣強(qiáng)度E0=30kV/cm,試決定該球形電極應(yīng)有的直徑。P40解：球形電極應(yīng)有的直徑為：D2RUg ma xkT2 (cm) 100030c答：該球形電極應(yīng)有的直徑為第三章作業(yè)3-1某雙層介質(zhì)絕緣結(jié)構(gòu)，第一、二層的電容和電阻分別為：C1=4200pF, R1=1400隨；C2=3000p

9、F、R2=2100隨。當(dāng)加上 40kV 直流電壓時，試求：(1)當(dāng)t=0合閘初瞬，C1、C2上各有多少電荷？(2)到達(dá)穩(wěn)態(tài)后，C1、C2上各有多少電荷？絕緣的電導(dǎo)電流為多大?解：(1)絕緣結(jié)構(gòu)的等值電路如圖所示：t=0合閘初瞬時，電壓按電容反比分配U 1 C 2R1 ciU1JrR2 C2 ; U21 r即 u C ,可得-2-1C2 U 300040U101 CC420030001250 / 3(kV )C1上的電荷Q1 C1U14200 10 1250 / 310370( C)C2 上的電荷QC2U2C2 (U U )3000 10 12 (4050 / 3)10370( C)(2)穩(wěn)態(tài)時

10、，因為作用電壓 U為直流，所以C1和C2可視為開 路，流過絕緣的電導(dǎo)電流由總電阻決定，即I403110800(A) (14002100)"一RR10712此時C1上的電壓與R1上的電壓相等，即U R I (80 /116(kV1400 1067)0 6)11C1上的電荷Q C U 211634200 10 10(C)11172( CC2上的電荷QC2U23000 10 12(4016)1033-3某設(shè)備對地電容 C=3200pF,工頻下的tg 6=,如果所施加的工 頻電壓等于32kV,求：(1)該設(shè)備絕緣所吸收的無功功率和所消耗的有功功率各為多少？(2)如果該設(shè)備的絕緣用并聯(lián)等值電路

11、來表示，則其中電阻值 R為若干？(3)如果用串聯(lián)等值電路表示，則其中的電容值CS和電阻值r各位若干？解：(1)該設(shè)備所吸收的有功功率為P U 2 Ctg (32103 )2314320010(W)所吸收的無功功率為Q P1030Vatg r(2)在絕緣的并聯(lián)等值電路中，有tg k U /R1131423200 10(M ): R 11ICCtgU C R C(3)在絕緣的串聯(lián)等值電路和并聯(lián)等值電路中，等值電容近似相等，即 Cs=Cp=C=3200pF因此，對串聯(lián)等值電路，由 tgG r可得串聯(lián)等值電阻r tgC 3143200 1 (k )102s3-6 一充油的均勻電場間隙距離為 30mm極

12、間施加工頻電壓 300kV。 若在極間放置一個屏障，其厚度分別為 3mm和10mm求油中的電場強(qiáng) 度各比沒有屏障時提高多少倍？（設(shè)油的£r1=2,屏障的 £/2=4）解：沒有屏障時油中的電場強(qiáng)度為U 300100（kV/cmE）01d 10放置厚度為d1的屏障時（令d為未放屏障時的間隙距離，E1為油r2(d的電場強(qiáng)度，E2為屏障中的電場強(qiáng)度）Er 11U EE d1聯(lián)立解得油中的電場強(qiáng)度為d1=3mm寸)E300(kV/cm )/(342此時油中電場強(qiáng)度提高的倍數(shù)為日？E1000d1=10mn9寸,300(31)120(kV/cm此時油中電場強(qiáng)度提高的倍數(shù)為E120i 0-

13、E1000第四章作業(yè)4-1測量絕緣電阻能發(fā)現(xiàn)那些絕緣缺陷？試比較它與測量泄漏電流實 驗項目的異同。答：測量絕緣電阻能有效地發(fā)現(xiàn)下列缺陷：絕緣總體狀態(tài)不佳；絕緣 整 體受潮或局部嚴(yán)重受潮；兩極間有貫穿性的缺陷等。測量絕緣電阻和測 量泄露電流試驗項目的相同點：兩者的原理和適用范圍是一樣的，不同 的是測量泄漏電流可使用較高的電壓（10kV及以上），并且可一觀察泄漏 電流隨時間的變化情況，因此能比測量絕緣電阻更有效地發(fā)現(xiàn)一些尚未 完全貫通的集中性缺陷。4-4根據(jù)絕緣預(yù)防性試驗的結(jié)果來判斷電氣設(shè)備絕緣狀態(tài)時，除了要重視每一項試驗 的結(jié)果外，為什么還要進(jìn)行綜合分析判斷？當(dāng)其中個別試驗項目不合格寧達(dá)不到規(guī)程

14、的有關(guān) 要求時，應(yīng)如何處理“答：P89.第五章作業(yè)51怎樣選擇試驗變壓器的額定電壓和額定容量？設(shè)一被試品的電容量為4000pF.所加的試驗電壓有效值為400kV,試求進(jìn)行這一工頻耐壓試驗時流過試品的電流和該試驗變壓器的輸出功率.解：進(jìn)行工頻耐壓試驗時流過試品的電流為I 2 fCU 10 3250 4 10400 10 3(A)P2132 fCU 0該試驗變壓器的輸出功率為2340 21 350 4 1000200(kVA)5-2當(dāng)習(xí)圖-4中的球隙F擊穿時，試驗變壓器 T的初級繞組所接的電壓表PV的讀數(shù)為若干？ 答：查附錄球隙放電電壓表 可知圖中球隙F放電電壓峰 值為，此電壓為變壓器高壓側(cè) 交流

15、電壓峰值，所以變壓器初級繞組電壓 表讀數(shù)U / 2習(xí)圖7題5-2圖圖中工 AVt 380V/0-400V； T： 4OOV/lQOkV5 F； 6. 25cm» d=3em400100(V)5-6為什么選用球隙而不是其他形狀的間隙（特別是消除了邊緣效 應(yīng)的平板電極）？答：P108第六章作業(yè)6-1條電容為0.0077即F/km、電將為0. 9：HmI1/km的架空線路和根電容為當(dāng)峰值為50kV的電玨波沿著電纜傳播0, 187pF/km.電感為。.155mH/kn的電纜相連。 到架空綾上去、求節(jié)點上的電壓峰值.解：架空線路的波阻抗Z1為10310346(6電纜線路的波阻抗 Z2為629(

16、節(jié)點上的電壓峰值為2Zi346Ui Ui _3460(kV)Z1 Z2346290解:瞰據(jù)聊得曬O用蹲等僧雕路細(xì)圖除猱上畫蝌慈噌泳與電流反射波的幅值6 - 3 一幅值等于1000A的沖擊電流波從一條波阻抗Z = 500。的架空線路流入一根波 阻抗Z2=50Q的電纜線路，在二者連接的節(jié)點A上并聯(lián)有一只閥式避雷器的工作電阻R = loon（習(xí)圖-6）,試求：I一U-2600Z (Z / 4)圖-3 腰6 - 2困6-7在一條長架事輸電線（波阻抗Z】-4Q0m 與 座變電所之間接白段長1km、 波阻抗為800的電纜段，設(shè)變電所中各種設(shè)備的影響相當(dāng)于一只10000C的電阻）在架線 上出現(xiàn)了一個幅值為9

17、0kV的電壓波并傳入電纜和變電所.波在該電纜中的傳播速度約為1廿km/s,問在設(shè)備節(jié)點B （西圖-9）上出現(xiàn)第二次電壓升高時，該處電衣為若干？又出 現(xiàn)這一現(xiàn)象與原始波5到達(dá)柒空線和電纜間節(jié)點A的瞬間，相隔多少時間辛（3）因反射而返回架空線的功率和串聯(lián)電阻所吸收的功率。Z1C)2Un5=1°kV L¥習(xí)窗10題68圖困8-5安裝在終端變電所的220kV變壓器的沖擊耐壓水平U=945kV, 220kV閥式避 雷器的沖擊放電電壓U、= 630kV0設(shè)進(jìn)波陡度。= 450kV/pts,求避雷器安裝點到變壓器的最 大容許電氣距離。30 X 4mmlOOkA片型絕緣子的泄露距離L0=29cm;型絕緣子串的雷電沖擊放電電壓 UCFO=100+(kV),式中n一片數(shù)解：(1)求絕緣子串應(yīng)有的片數(shù)取13片按工作電壓要求nUm2201 K L1 29e 0按操作過電壓要求，該絕緣子串應(yīng)有的工頻濕閃電壓幅值為682142202682kV60nnn,取12片對懸垂絕緣子串，再增加一片零值絕緣子，得121, C所以絕緣子片數(shù)應(yīng)取1313片(2)工作電壓要求的塔頭凈空