高電壓技術(shù)第四版習(xí)題答案

高電壓技術(shù)第四版習(xí)題答案高電壓技術(shù)第四版習(xí)題答案高電壓技術(shù)第四版習(xí)題答案xxx公司高電壓技術(shù)第四版習(xí)題答案文件編號(hào)：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準(zhǔn)審核制定方案設(shè)計(jì)，管理制度第一章

1‐1

極化種類電子式極化離子式極化偶極子極化夾層極化產(chǎn)生場(chǎng)合所需時(shí)間能量損耗無(wú)幾乎沒有有有產(chǎn)生原因束縛電子運(yùn)行軌道偏移離子的相對(duì)偏移偶極子的定向排列自由電荷的移動(dòng)任何電介質(zhì)-15s離子式結(jié)構(gòu)電介質(zhì)-13s極性電介質(zhì)-10～10-2s多層介質(zhì)的交界面-1s～數(shù)小時(shí)1‐4

金屬導(dǎo)體

氣體，液體，固體

電導(dǎo)形式

（自由電子）電子電導(dǎo)

電導(dǎo)率γ很大（自由電子、正離子、負(fù)離子、雜質(zhì)電導(dǎo)、自身離解、雜質(zhì)、離子）

γ很小離子電導(dǎo)

ρ很大金屬導(dǎo)電的原因是自由電子移動(dòng)；電介質(zhì)通常不導(dǎo)電，是在特定情況下電離、化學(xué)分解或熱離解出來(lái)的帶電質(zhì)點(diǎn)移動(dòng)導(dǎo)致。

1‐6

由于介質(zhì)夾層極化，通常電氣設(shè)備含多層介質(zhì)，直流充電時(shí)由于空間電荷極化作用，電荷在介質(zhì)夾層界面上堆積，初始狀態(tài)時(shí)電容電荷與最終狀態(tài)時(shí)不一致；接地放電時(shí)由于設(shè)備電容較大且設(shè)備的絕緣電阻也較大則放電時(shí)間常數(shù)較大（電容較大導(dǎo)致不同介質(zhì)所帶電荷量差別大，絕緣電阻大導(dǎo)致流過(guò)的電流小，界面上電荷的釋放靠電流完成），放電速度較慢故放電時(shí)間要長(zhǎng)達(dá)5～10min。

補(bǔ)充：

圖中C1

代表介質(zhì)的無(wú)損極化（電子式和離子式極化），C2

—R2

代表各種有損極化，而R3則代表電導(dǎo)損耗。

圖1－4－2中，Rlk為泄漏電阻；Ilk為泄漏電流；Cg為介質(zhì)真空和無(wú)損極化所形成的電容；Ig為流過(guò)Cg的電流；Cp為無(wú)損極化所引起的電容；Rp為無(wú)損極化所形成的等效電阻；Ip為流過(guò)Rp－Cp支路的電流，可以分為有功分量Ipr和無(wú)功分量Ipc。

Jg為真空和無(wú)損極化所引起的電流密度，為純?nèi)菪缘模籎lk為漏導(dǎo)引起的電流密度，為純阻性的；Jp為有損極化所引起的電流密度，它由無(wú)功部分Jpc和有功部分Jpr組成。容性電流Jc與總電容電流密度向量J之間的夾角為δ，稱為介質(zhì)損耗角。介質(zhì)損耗角簡(jiǎn)稱介損角δ，為電介質(zhì)電流的相角領(lǐng)先電壓相角的余角，功率因素角?的余角，其正切tgδ稱為介質(zhì)損耗因素，常用％表示，為總的有功電流密度與總無(wú)功電流密度之比。

第二章

掌握：

1.平均自由行程的概念，四種電離的基本原理，表面電離的四種形式、負(fù)離子的產(chǎn)生，去游離的三種形式。

2.湯遜理論和流注理論的放電機(jī)理，發(fā)展過(guò)程，自持放電條件，應(yīng)用范圍及二者區(qū)別；巴申曲線及其含義，物理解釋

3.電暈放電的物理機(jī)理，基本過(guò)程，優(yōu)缺點(diǎn)，消除措施。

4.極性效應(yīng)的概念，機(jī)理

2‐2

湯遜理論認(rèn)為，當(dāng)pd較小時(shí)，電子的碰撞電離和正離子撞擊陰極造成的表面電離起著主要作用，氣隙的擊穿電壓大體上是pd的函數(shù)。忽略了帶電質(zhì)點(diǎn)改變電場(chǎng)分布及光電離（1.湯遜理論沒有考慮電離出來(lái)的空間電荷會(huì)使電場(chǎng)畸變，從而對(duì)放電過(guò)程產(chǎn)生影響。2.湯遜理論沒有考慮光子在放電過(guò)程中的作用，即空間光電離和陰極表面光電離）。

流注理論認(rèn)為電子碰撞電離和空間光電離是維持自持放電的主要因素，并強(qiáng)調(diào)了空間電荷畸變電場(chǎng)的作用（充分注意到了空間電荷對(duì)電場(chǎng)畸變的作用）。

。。。。。。。湯森德放電機(jī)理在較均勻電場(chǎng)和

的范圍內(nèi)有效。

δ?S

<cmδ?S流注放電機(jī)理在不均勻電場(chǎng)和

>

c

m

的范圍內(nèi)有效。

補(bǔ)充1：

巴申（帕邢）定律的實(shí)驗(yàn)曲線的物理意義：

假設(shè)S保持不變，當(dāng)壓強(qiáng)P(氣體密度δ)增大時(shí)，電子的平均自由行程縮短了，相鄰兩次碰撞之間，電子積聚到足夠動(dòng)能的幾率減小了。反之，當(dāng)壓強(qiáng)P(氣體密度δ)減小時(shí)，電子在碰撞前積聚到足夠動(dòng)能的幾率雖然增大了，但氣體很稀薄，電子在走完全程中與氣體分子相撞的總次數(shù)卻減到很小

，Ub所以會(huì)增大。

同樣，可假設(shè)壓強(qiáng)P(氣體密度δ)保持不變。S值增大時(shí)，欲得一定的場(chǎng)強(qiáng)，電壓必須增大。當(dāng)S值減到過(guò)小時(shí)，場(chǎng)強(qiáng)雖大增，但電子在走完全程中所遇到的撞擊次數(shù)己減到很小。故要求外加電壓增大，才能擊穿。

U形曲線（在兩者之間，總存在一個(gè)壓強(qiáng)P(氣體密度δ)對(duì)造成撞擊電離最有利，此時(shí)Ub最小。）

補(bǔ)充2：

電暈產(chǎn)生的物理機(jī)理是：電暈放電是極不均勻電場(chǎng)中的一種自持放電現(xiàn)象，在極不均勻電場(chǎng)中，在氣體間隙還沒有擊穿之前，在電極曲率較大的附近的空間的局部的場(chǎng)強(qiáng)已經(jīng)很大了，從而在這局部強(qiáng)場(chǎng)中產(chǎn)生強(qiáng)烈的電離，但離電極稍遠(yuǎn)處場(chǎng)強(qiáng)已大為減弱，故此電離區(qū)域不能擴(kuò)展到很大，只能在電極的表面產(chǎn)生放電的現(xiàn)象。電暈放電的危害主要表現(xiàn)在這幾個(gè)方面：1）伴隨著游離、復(fù)合、激勵(lì)、反激勵(lì)等過(guò)程而有聲、光、熱等效應(yīng)，發(fā)出“咝咝”的聲音，藍(lán)色的暈光以及使周圍氣體溫度升高等。2）在尖端或電極的某些突出處，電子和離于在局部強(qiáng)場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下高速運(yùn)動(dòng)，與氣體分子交換動(dòng)量，形成“電風(fēng)”。當(dāng)電極固定得剛性不夠時(shí)，氣體對(duì)“電風(fēng)”的反作用力會(huì)使電暈極振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。3）電暈會(huì)產(chǎn)生高頻脈沖電流，其中還包含著許多高次諧波，這會(huì)造成對(duì)無(wú)線電的干擾。4）電暈產(chǎn)生的化學(xué)反映產(chǎn)物具有強(qiáng)烈的氧化和腐蝕作用，所以，電暈是促使有機(jī)絕緣老化的重要因素。5）電暈還可能產(chǎn)生超過(guò)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的噪聲，對(duì)人們會(huì)造成生理、心理的影響。6）電暈放電，會(huì)有能量損耗。減少電暈放電的根本措施在于降低電極表面的場(chǎng)強(qiáng)，具體的措施有：改進(jìn)電極形狀、增大電極的曲率半徑，采用分裂導(dǎo)線等。補(bǔ)充3：

無(wú)論是長(zhǎng)氣隙還是短氣隙，擊穿的發(fā)展過(guò)程都隨著電壓極性的不同而有所不同，即存在極性效應(yīng)。

1）機(jī)理當(dāng)棒極為正時(shí)，電子崩從棒極開始發(fā)展（因?yàn)榇颂幍碾妶?chǎng)強(qiáng)度較高），電子迅速進(jìn)入陽(yáng)極（棒極），離子運(yùn)動(dòng)速度慢，棒極前方的空間中留下了正離子，使電場(chǎng)發(fā)生了畸變，見趙智大，p18、圖1－12，使接近棒極的電場(chǎng)減弱、前方電場(chǎng)增強(qiáng)，因此，正極性時(shí)放電產(chǎn)生困難但發(fā)展比較容易，擊穿電壓較低。當(dāng)棒極為負(fù)時(shí)，電子崩仍然從棒極（因?yàn)榇颂幍碾妶?chǎng)強(qiáng)度較高），電子向陽(yáng)極（板極擴(kuò)散），離子相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較慢，畸變了電場(chǎng)，見趙智大，p18，圖1－13，使接近棒極的電場(chǎng)增強(qiáng)，前方電場(chǎng)減弱，因此，負(fù)極性時(shí)放電產(chǎn)生容易但發(fā)展比較困難，擊穿電壓較高。正極性時(shí)放電產(chǎn)生困難但發(fā)展比較容易，擊穿電壓較低。負(fù)極性時(shí)放電產(chǎn)生容易但發(fā)展比較困難，擊穿電壓較高。對(duì)于極不均勻電場(chǎng)在加交流電壓在緩慢升高電壓的情況下，擊穿通常發(fā)生在間隙為正極性時(shí)。

第三章

1.

2.氣隙的伏秒特性的定義，制作，應(yīng)用；基本電壓波形

3.大氣條件對(duì)氣隙擊穿電壓的影響

4.

5.提高氣隙擊穿電壓的方法

補(bǔ)充1：

間隙伏秒特性曲線：工程上常用在同一波形，不同幅值的沖擊電壓作用下，氣隙上出現(xiàn)的電壓最大值和放電時(shí)間的關(guān)系，稱為該氣隙的伏秒特性，表示該氣隙伏秒特性的曲線，稱為伏秒特性曲線。伏秒特性曲線在工程上有很重要的應(yīng)用，是防雷設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)保護(hù)設(shè)備和被保護(hù)設(shè)備的絕緣配合的依據(jù)。補(bǔ)充2：

提高氣隙（氣體間隙）擊穿電壓的方法有：

1.改善電場(chǎng)分布。

增大電極曲率半徑（簡(jiǎn)稱屏蔽）

減小表面場(chǎng)強(qiáng)。如變壓器套管端部加球形屏蔽罩；采用擴(kuò)徑導(dǎo)線等

改善電極邊緣

第4/8頁(yè)

電極邊緣做成弧形

使電極具有最佳外形。

如穿墻高壓引線上加金屬扁球

2.高真空的采用

削弱間隙中的碰撞電離過(guò)程，從而顯著增高間隙的擊穿電壓

高真空中擊穿機(jī)理發(fā)生了改變：撞擊電離的機(jī)制不起主要作用，而擊穿與強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射有關(guān)

應(yīng)用：真空斷路器中用作絕緣和滅弧。

3.高氣壓的采用

減小電子的平均自由行程，削弱電離過(guò)程

例：大氣壓力下空氣的電氣強(qiáng)度僅約為變壓器油的1/5～1/8，提高壓力至1～，空氣的電氣強(qiáng)度和一般的液、固態(tài)絕緣材料如變壓器油、電瓷、云母等的電氣強(qiáng)度相接近

壓縮空氣絕緣及其它壓縮氣體絕緣在一些電氣設(shè)備中已得到采用

如：高壓空氣斷路器、高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器等

4.高電氣強(qiáng)度氣體的采用

含鹵族元素的氣體化合物，如六氟化硫（SF6）、氟利昂（CCl2F2）等，其電氣強(qiáng)度比空氣的要高很多。

第四章

掌握：小橋理論

補(bǔ)充1：

液體熱擊穿的發(fā)生過(guò)程：

1)液體中的雜質(zhì)在電場(chǎng)力的作用下，在電場(chǎng)方向定向，并逐漸沿電力線方向排列成雜質(zhì)的“小橋”；

2)水分及纖維等的電導(dǎo)大，引起泄漏電流增大、發(fā)熱增多，促使水分汽化、氣泡擴(kuò)大；

3)液體電介質(zhì)最后在氣體通道中發(fā)生擊穿。

第五章

掌握：

耐壓實(shí)驗(yàn)和檢查性實(shí)驗(yàn)1.絕緣電阻與吸收比的測(cè)量：兆歐表原理、接線，絕緣電阻、吸收比、極化指數(shù)，可發(fā)現(xiàn)的缺陷。2.泄露電流的測(cè)量：原理、接線，微安表的位置，可發(fā)現(xiàn)的缺陷。3.介質(zhì)損耗角正切的測(cè)量：原理、接線、測(cè)量方法，正、反接線的使用場(chǎng)合，抗干擾措施。

5‐1

非破壞性試驗(yàn)，即檢查性試驗(yàn)，包含的種類：絕緣電阻試驗(yàn)、介質(zhì)損耗角正切試驗(yàn)、局部放電試驗(yàn)、絕緣油的氣相色譜分析等

5‐2

補(bǔ)充1：

P130圖5‐1‐2用兆歐表測(cè)套管絕緣的接線圖。

端子G的作用：防止從法蘭沿套管表面的泄露電流也將流過(guò)線圈，使得兆歐表第5/8頁(yè)的指示只反映套管的體積絕緣電阻。

第六章

掌握：

1.工頻高壓試驗(yàn)基本內(nèi)容，電路原理2.直流高壓試驗(yàn)基本內(nèi)容3.沖擊電壓發(fā)生器基本原理，單邊高效回路，掌握基本實(shí)驗(yàn)電路。

第七章

掌握：

1．輸電線路的波過(guò)程掌握波沿均勻無(wú)損單導(dǎo)線的傳播（波過(guò)程的概念，電“大”、“小”系統(tǒng)，電報(bào)方程，波過(guò)程的四個(gè)基本規(guī)律，波阻抗和波速的概念，波的折射與反射（折返射定理和推倒），彼得遜法則，波穿過(guò)串聯(lián)電感與通過(guò)并聯(lián)電容，波的多次折射與反射（網(wǎng)格法），波的衰減與變形（簡(jiǎn)講）。2．繞組中的波過(guò)程掌握波作用于單繞組時(shí)引起的振蕩（入口電容的概念，初始、穩(wěn)態(tài)電位分布和最大電位包絡(luò)線，降低電位梯度的措施），三相繞組中的波過(guò)程。

7‐1

波阻抗表示分布參數(shù)線路中前行電壓波與前行電流波的比值；反行電壓波與反行電流波比值的相反數(shù)；計(jì)算公式如下Z=L0，

L0和C0表示單位長(zhǎng)度的電C0感和電容。

波阻抗與電阻的不同：（1）波阻抗僅僅是一個(gè)比例常數(shù)，沒有長(zhǎng)度概念，而電阻不是；（2）波阻抗吸收的功率以電磁能的形式存儲(chǔ)在導(dǎo)線周圍的媒介中，并沒有消耗；而電阻吸收的功率和能量均轉(zhuǎn)化為熱能了。

7‐3

設(shè)t＝0時(shí)刻合匝，（1）R=Z時(shí)，0<=t<l/2v時(shí)線路中間電壓為0；t>=l/2v時(shí)線路中間電壓為E。0<t<l/v時(shí)線路末端電壓為0；t>=l/v時(shí)線路末端電壓為E。（2）當(dāng)R=∞時(shí)，4kl/v<=t<4kl/v+l/2v時(shí)線路中間電壓為0；4kl/v+l/2v<=t<4kl/v+3l/2v時(shí)線路中間電壓為E，4kl/v+3l/2v<=t<4kl/v+5l/2v時(shí)線路中間電壓為2E，4kl/v+5l/2v<=t<4kl/v+7l/2v時(shí)線路中間電壓為E，4kl/v+7l/2v<=t<4kl/v+4l/v時(shí)線路中間電壓為0。4kl/v<=t<4kl/v+l/v時(shí)線路末端電壓為0；4kl/v+l/v<=t<4kl/v+3l/v時(shí)線路中間電壓為2E，4kl/v+3l/v<=t<4kl/v+4l/v時(shí)線路中間電壓為0。（3）當(dāng)R=0時(shí)，2kl/v<=t<2kl/v+l/2v時(shí)線路中間電壓為0；2kl/v+l/2v<=t<2kl/v+3l/2v時(shí)線路中間電壓為E，2kl/v+3l/2v<=t<2kl/v+2l/v時(shí)線路中間電壓為0。線路末端電壓一直為0。7‐9

截波產(chǎn)生電位梯度比全波更大，相當(dāng)于全波加直角波，直角波幅值大、陡度高、產(chǎn)生電位梯度高。實(shí)際測(cè)量也驗(yàn)證了這一點(diǎn)。

補(bǔ)充1

第6/8頁(yè)改善繞組初始電位分布的方法：1.補(bǔ)償對(duì)地電容影響的方法。具體做法：在繞組首端裝設(shè)電容環(huán)和電容匝。2.增大縱電容K0/dx,使繞組對(duì)地電容的影響相對(duì)減少。具體的做法：采用糾結(jié)式繞組，一般糾結(jié)式繞組的αl＝左右。

補(bǔ)充2

?

u

q

+

u

f

=

u

??i=iq+if導(dǎo)線上任何一點(diǎn)的電壓或電流，等于通過(guò)該點(diǎn)的前行波與反行波之和，

??uq=ziq前行波電壓與電流之比為+z，反行波電壓與電流之比為‐z。

=

?

?

u

f

zi

f

?補(bǔ)償3無(wú)窮長(zhǎng)直角波通過(guò)并聯(lián)電容（1）劃出集中參數(shù)等值電路（2）折、反射波頭各為什么形狀（3）求出折射電壓最大值。

（3）u2qmax=2z2u1q=au1q

z1+z2第八章

掌握：雷電參數(shù)（幅值和波形，表達(dá)式，雷暴日、小時(shí)）

第九章

第7/8頁(yè)掌握：掌握耐雷水平的定義，雷擊塔頂，檔距中間和繞擊的耐雷水平表達(dá)式，掌握輸電線路的防雷措施。

補(bǔ)充1

避雷線的作用：吸引雷擊于避雷線而避免導(dǎo)線直接受雷擊，耦合作用降低導(dǎo)線上承受過(guò)電壓。

補(bǔ)充2

P272

第十章

掌握：

掌握發(fā)、變電站的直擊雷防護(hù)，變電站對(duì)入侵雷電波的防護(hù)，變電站進(jìn)線段保護(hù)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)的防雷保護(hù)。

10‐1

100kV及以上絕緣水平較高，避雷針可以裝設(shè)在架構(gòu)上，但變壓器絕緣水平較低，