高电压技术(第三版)课后习题答案_2

第一章作业n 1-1说明以下用语(1)气体中带防脱落机构的放电(2)电负性气体(3)放电延迟(4)50%冲击放电电压(5)沿面距离。a:(1)气体中带脱落防止机构的放电：在施加电场足够强的情况下，即使去除外部的电脱因子、气体中放电不能维持的现象(2)电负性气体：电子与某气体分子碰撞时容易产生负离子，这样由气体分子组成的气体称为电负性气体(3)放电延迟：将引起电子崩溃而达到间隙破坏的电子称为有效电子，将从电压上升后出现静态破坏电压到出现最初的有效电子为止所需的时间称为统计延迟，将从出现有效电子到间隙破坏为止所需的时间称为放电形成延迟，将两者之和称为放电延迟(4)50%冲击放电电压：也称为使间隙破坏概率为50%冲击电压50%冲击破坏电压；(5)沿面距离：沿面距离是指两电极间的沿面最短距离，与施加电压之比称为沿面距离，表示外部绝缘的绝缘水平，为单位cm/kV。1-2汤姆森理论和流动注射理论在气体放电过程和带防脱落机构放电条件的观点上有何不同？ 这两种理论分别适用于什么情况？答：汤姆逊理论认为电子碰撞电离是气体放电的主要原因，二次电子是正离子碰撞阴极从阴极表面发射电子，发射电子是维持气体放电的必要条件。 脱落的电子是否继承起始电子的作用是脱落防止机构放电的判断基准。 流动注入理论认为形成流动注入所需要的条件是在电子衰变充分发展后，电子衰变中的空间电荷能够明显地使原电场畸变，流动注入理论认为二次电子的主要来源是空间的光电分离。汤姆逊理论的适用范围为短间隙、低压气隙放电的流程注理论适用于高压、长间隙电场气隙放电。在13极间距离为1cm的均匀电场气隙中，电子碰撞电离系数=11cm-1。 现在，有从阴极表面求出到达阳极的电子崩解中的电子数的初期电子。解：到达阳极的电子衰变中的电子数na=ead=e111=59874a :到达阳极的电子衰变中的电子数为59874个。估算了1-5标准大气条件下半径1cm和1mm的光滑代码的电晕开始电场强度。解：相对于半径1cm的导线在半径1mm的导线上a :半径1cm导线的电晕电场强度为39kV/cm，半径1mm的导线的电晕电场强度为58.5kV/cm简述1-10绝缘污闪的发展机理及防范对策。a :户外绝缘子脏的状态下发生的沿面闪络被称为绝缘子的污点。 绝缘子污闪是受电、热、化学、气候等多方面因素影响的复杂过程，通常分为污染、湿气、干旱区形成、局部电弧的出现和发展等4个阶段。 防止绝缘子污染的措施主要有： (1)调整蠕变距离(加大泄漏距离) (2)定期或不定期清扫(3)涂料(4)半导体釉料绝缘体(5)新型合成绝缘子。使用1-11学习的气体放电理论，说明以下的物理现象(1)大气湿度增大时，气隙的破坏电压增高，绝缘子表面的闪烁电压降低(2)压缩气体的电强度远高于常压下的气体，(3)沿面闪烁电压明显低于纯气隙的破坏电压。a:(1)如果大气的湿度增大，则大气中的水分子变多，自由电子容易被水分子捕获而成为负离子，因此放电过程被抑制，因此破坏电压变高，大气的湿度增大，则容易在绝缘子表面形成水膜，绝缘子表面积的污垢层受到湿气，泄漏电流增大(2)气压大时电子的自由行程变小，2次碰撞期间由电场得到的动能变小，电子的碰撞电离过程变弱，破坏电压变高，气体的电强度也变高(3)沿面闪烁电压明显低于纯气隙的破坏电压是因为沿固体介质表面的电场与纯气隙间的电场相比发生畸变，电场畸变的原因在于：1.固体介质与电极表面的接触不良，存在小的间隙水膜中的正负离子通过电场积蓄在沿面电极的两端附近3 .固体电介质的表面电阻的不均匀和表面粗糙度的不均匀。第二章作业根据2-1试用经验式推定极间距离d=2cm的均匀电场气隙在标准大气条件下的平均破坏电场强度Eb。 P32型解： d=2cm的均匀电场气隙平均破坏电场强度e=24.55d 6.66d/d=24.551 6.66 1/2=29.26(kV/cm )乙组联赛a :标准大气条件下平均破坏电场强度为29.26kV/cm设计2-3线路时，确认某线路的相邻导线之间的气隙能承受峰值1800kV的雷涌电压，使用经验式估算线路间距离的型号P36解：导线之间的气隙为棒-棒气隙，可近似对正极性雷的冲击u50%=755.6d d=(1800 )- 75 )/5.6=308 (厘米)负极性雷击：u50%=1106d d=(1800 )- 110 )/6=282 (厘米)取两者中较大的一方308cm答：线间距离必须至少为308厘米。在24p=755mmhg、t=33的条件下测量的气隙破坏电压峰值为108kV，近似求出了该气隙在标准大气条件下的破坏电压值。 p28解： p=755mmHg、t=33条件下的空气相对密度为d=2.9p=2.9101.37551=0.954t.t76027333在0.951.05之间U dU公司u=u=108=113.2(kV )00d.d0.954a :该气隙在标准大气条件下的破坏电压值为113.2kV。2-5某110kV电气设备的外部绝缘所需的商用频率耐压水平(有效值)为260kV，如果该设备设置在海拔3000m的场所运行，则询问出厂时(工厂在平原地区)的试验电压影响变大了多少解：出厂时的试验电压值：1U=KaU p=1260=260- H10-41.1- 3000 10-41.1=325(kV )a :出厂试验的电压值请增大到325kV。为了避免发生2-6额定电压有效值为1000kV的试验变压器的高压端子电晕放电在套筒上部安装了球状屏蔽。 使空气的电强度E0=30kV/cm，试着决定了该球形电极的直径。 P40解：球形电极的直径如下所示D=2R=2ugmax=22 1000e30c.ca :该球形电极的直径必须为94.2cm。=94.2厘米第三章工作3-1某两层电介质的绝缘结构，第一、二层的电容和电阻分别为C1=4200pF、R1=1400M； C2=3000pF，R2=2100M。 施加40kV的直流电压时，要求：(1)t=0投入当初，C1、C2中有多少电荷？(2)进入稳定状态后，C1、C2分别有多少电荷？ 绝缘的电导电流是多少？解： (1)绝缘结构的等效电路如图所示t=0接通初期瞬间，电压与容量成反比地分配即，即u1=c.c2好的，不用了uc.c21u=c.c2U=300040 1031c.c4200 300021=50/3=16.67(kV )C1上的电荷Q1=C1U1=420010-12 50/3103=70(mC )C2上的电荷Q2=C2 U2=C2 (u-u1 )=3000-12 (40-50/3 ) 103=70(mC )(2)稳定时，由于作用电压u为直流，因此可以看作C1和C2开路，绝缘中流过的电导电流由总电阻决定I=u=40 103=8010-6=11.43(mA )6RR(1400 2100) 10712此时C1的电压与R1的电压相等，即U=R I=1400106(80/7 )10-6=16(kV )11C1上的电荷Q=C U=420010-1216103=67.2(mC )111C2电荷Q2=C2 U2=300010-12 (40-16 ) 103=72 (MC )3-3某设备的对地电容器C=3200pF、商用频率下的tg=0.01、施加的商用电压等于32kV时，可求出(1)该设备的绝缘吸收的无效功率和消耗的有效功率分别是多少？(2)用并联等值电路表示该设备的绝缘时，电阻值r是多少？(3)用串联等值电路表示的话，其中的电容值Cs和电阻值r的各位数是多少解： (1)该设备吸收的有效功率为p=U2 WC TDD=(32103 ) 2314320010-120.01=10.3(W )吸收的无功功率Q=p=10.3=1030Var=1.03kVartgd公司0.01(2)在绝缘的并联等效电路中tgd=IIrc.c=U/R=1R=1=1=99.5(MW )-12UwCRwCwCtgd314 3200100.01(3)在绝缘的串联等效电路和并联等效电路中，等效电容近似相等于Cs=Cp=C=3200pF。 因此，对于串联等效电路得到串联等效电阻tgd=wCs rr=tgd公司=0.01=9.95(kW )wC公司314 3200 10-12s填充3-6油的均匀电场间隙距离为30mm，极间加工频率电压为300kV。 在极间放置障壁时，其厚度分别为3mm和10mm，求出油中的电场强度是没有障壁时的几倍(设油的r1=2、障壁的r2=4)解：没有障壁时的油中的电场强度为e=u=300=100(kV/cm )-10d.d30 10放置厚度为d1的挡板时(d为未放置挡板时的间隙距离，E1为油中)的电场强度，E2是屏障中的电场强度)ee=er 2战斗机er112U=E (d - d ) E d1121u用联立求解油中的电场强度E=1d.dd - d战斗机e11r1ee300r 2战斗机r1d1=3mm时，E=2(0.3/4 )=105.26(kV/cm )(3 - 0.3)/2 )1此时油中电场强度提高的倍数E1- E0=5.26=0.0526e1000d1=10mm时E=300=120(kV