高电压技术(第三版)课后习题集答案解析2

第一章作业N 1-1描述了以下术语(1)气体的自持放电；(2)电负性气体；(3)放电延迟；(4)50%冲击放电电压；(5)年空比距离。A: (1)气体的自持放电：当外部电场足够强时，即使除去外部电。脱离因子、气体的放电仍然可以维持的现象；(2)电负性气体：电子与特定气体分子碰撞时，容易产生负离子由气体分子组成的气体，电负性也称为气体。(3)放电延迟：导致电子崩溃，最终可能破坏间隙的电子称为有效电子，从电压上升到静态击穿电压后第一个有效电子出现所需的时间称为统计延迟，从有效电子到间隙破坏所需的时间称为放电形成延迟，二者相加称为放电延迟。(4)50%冲击放电电压：作为冲击电压，间隙破坏概率为50%50%冲击屈服电压；(5)漏电距离比率：漏电距离表示两个电极之间的最短曲面距离，与添加的电压的比率称为提升比距离，表示外部绝缘的绝缘级别，cm/kV单位。1-2汤森理论和流动注射理论对气体放电过程和自持放电条件有何不同？这两种理论分别适用于什么情况？答：汤姆森理论认为，电子碰撞电离是气体放电的主要原因，第二次电子认为，正离子撞击阴极，使阴极表面电子逸出，是维持气体放电的必要条件。逸出的电子能否继承起始电子的作用是其自身拥有的放电标准。流动注射理论认为电子衰变发展到足够的程度后，电子衰变的空间电荷对原始电场相当奇怪，流动注射理论认为二次电子的主要来源是空间的光电池。汤姆森理论的应用范围为短间隙、低压气隙放电；流动注射理论适用于高压、长间隙电场气隙放电。1-3单极间距离为1厘米的均匀电场气隙中电子碰撞电离系数=11厘米-1。现在，为了寻找到达两极的电子衰变的电子数，在阴极表面开始了早期电子。解决方案：到达两极的电子崩溃的电子数量Na=ead=e111=59874答：到达两极的电子衰变电子的数量是59874个。1-5近似估计标准大气条件下光滑导线的电晕起始场强，每个半径为1厘米和1毫米。解决方案：半径为1厘米的导线测量对于半径为1mm的导线答：半径1厘米导体的光晕场强为39kV/cm，半径1毫米导体的光晕场强为58.5kV/cm简述1-10绝缘污染闪络的发展机制及预防措施。答：在污染状态下，沿室外绝缘体发生的表面的闪光复盖称为绝缘体的污染闪光复盖。绝缘体的污染闪变是受电、热、化学、气候等多种因素影响的复杂过程，一般可分为污垢、湿气、干旱地区形成、局部电弧的出现和发展等四个阶段。防止绝缘子污闪的措施包括：(1)调整爬坡距离(增加泄漏距离)(2)定期或不规则清洁；(3)涂层；(4)半导体釉绝缘体；(5)新型合成绝缘子。1-11请运用所学的气体放电理论，解释以下物理现象。(1)随着大气湿度的增加，气隙的屈服电压提高，绝缘体表面的闪络电压降低。(2)压缩气体的电气强度比大气压下的气体高得多。(3)表面闪络电压明显低于纯气隙的击穿电压。答：(1)大气湿度增加，大气水分子增加，自由电子易于水分子形成负离子，从而抑制放电过程，从而提高屈服电压。大气湿度增加，绝缘体表面容易形成水膜，因此绝缘体表面污染层受潮，泄漏电流增加，湿闪光或污染闪光，绝缘体表面闪络电压下降。(2)气压严重时，电子的自由行程变小，两次碰撞之间从电场中获得的动能减少，电子的碰撞电离过程减弱，因此击穿电压提高，气体的电强度也高；(3)沿表面的闪络电压明显低于纯气隙的击穿电压，与纯气隙之间的电场相比，沿固体介质表面的电场发生了畸变，导致电场畸变。1.固体介质与电极表面接触不正确，有小间隙；2.固体介质表面因湿气形成水膜，水膜的量或阳离子通过电场作用沿面在电极两端积累。固体介质表面电阻不均匀性和表面粗糙度。第二章作业2-1试验经验公式估算了标准大气条件下极间距离d=2cm的均匀电场气隙的平均击穿场强Eb。P32解决方案：d=2厘米均匀电场气隙的平均屈服场强e=24.55d 6.66D/d=24.551 6.66 1/2=29.26(kV/cm)b答：在标准大气条件下，平均屈服场强为29.26kV/cm在2-3线路设计中，确定了特定线路相邻导线之间的空气间隙必须能够承受高达1800kV的闪电冲击电压，因此，需要使用经验公式至少估计直线之间的距离吗？P36解决方案：导线之间的气隙可以使用杆杆-杆气隙近似阳极雷和闪电的冲击。u50%=755.6dd=(1800-75)/5.6=308(厘米)阴极闪电冲击：u50%=1106dd=(1800-110)/6=282(厘米)两者中较大的是308厘米答：直线之间的距离必须至少为308厘米。2-4 p=755mmHg，t=33条件下测量的气隙的最大屈服电压为108kV，近似标准大气条件下气隙的屈服电压值。P38解决方案：p=755mmHg，t=33条件下的空气相对密度为：D=2.9p=2.9101.37551=0.954t76027333介于0.95和1.05之间，因此乳头u2=u2=108=113.2(kV)00d0.954答：在标准大气条件下，气隙的屈服电压值为113.2kV。2-5一个110kV电气设备外部绝缘的电源频率压力级别(有效值)为260kV。例如，该装置将安装在海拔3000米的地方运行，并询问工厂(工厂位于平原)的测试电压阴影增加了多少。P39解决方案：工厂测试电压值：1U=KaU p2=1260=260-H10-41.1- 3000 10-41.1=325(kV)答：工厂测试电压值应增加到325kV。防止出现额定电压为2-6 rms为1000kV的测试变压器的高压引线电晕放电，在套管顶部安装球形屏蔽杆。设定空气的电气强度E0=30kV/cm，以决定球形电极的直径。P40解决方案：球形电极的直径为：D=2R=2uGmax=22 1000e30c答：球形电极的直径必须为94.2厘米。=94.2(厘米)第三章作业3-1双层介质绝缘结构，第一层，第二层电容和电阻：C1=4200pF，R1=1400m；C2=3000pF，R2=2100m。添加40kV直流电压时，请尝试以下操作：(1) t=0肺的早期瞬间C1，C2中各有多少电荷？2)达到正常状态后，C1，C2各有多少电荷？(？绝缘电导电流是多少？解决方案：(1)绝缘结构的等效回路如图所示。T=0向肺的初始瞬间，电压按电容按比例分配也就是说u12=c2是的，可以uc21u2=c2U=300040 1031C C4200 300021=50/3=16.67(kV)C1的电荷Q1=C1U1=420010-1250/3103=70(mC)C2的电荷Q2=C2 U2=C2(u-u1)=30010-12(40-50/3)103=70(mC)(2)在正常状态下，C1和C2可以视为开路，因为作用电压u是直流，绝缘的电导电流由总电阻决定。也就是说I=u2=40 1032=8010-6=11.43(mA)6R R(1400 2100) 10712此时，C1的电压等于R1的电压。也就是说U=R I=1400106(80/7)10-6=16(kV)11C1的电荷Q=C U=420010-1216103=67.2(mC)111C2上的电荷Q2=c2u 2=300010-12(40-16)103=72(MC)应用工频电压，例如3-3设备对接地电容C=3200pF，工频tg=0.01，32kV:(1)该设备绝缘吸收的无功功率和消耗的有效功率分别是多少？(2)如果该装置的绝缘性表示为并行等效电路，那么其中电阻值r是多少？(3)如果显示为串行等效电路，那么电容值Cs和电阻值r是多少？解决方案：(1)设备吸收的有效功率如下：p=U2 wct DGD=(322103)2343210010-120.01=10.3(W)吸收的无功功率Q=p2=10.3=1030Var=1.03kVarTgd0.01(2)在绝缘并行等效电路中Tgd=IIrc2=U/R2=1R=12=1=99.5(MW)-12UwCRwCWCtgd314 3200100.01(3)绝缘串联等效电路和并联等效电路中等效电容近似等，即Cs=Cp=C=3200pF。因此，对于串行等效回路可以得到串联等效电阻Tgd=wCs rR=Tgd2=0.01=9.95(kW)WC314 3200 10-12s3-6充油的均匀电场间隙距离为30mm，极间加工频率电压为300kV。如果在两极之间放置3mm和10mm厚的屏障，油中电场的强度会比没有障碍物时高多少倍？(油的r1=2，挡墙的r2=4)解决方案：没有挡墙时油的场强e2=u2=300=100(kV/cm)-10d30 10放置厚度为D1的挡墙时(如果没有挡墙，则d为间隙距离，E1位于油中)场强，E2是挡墙的场强)ee=eR 2eR112U=E (d-d) E d1121u联立解决方案的场强如下E=1dD-de11R1ee300R 2R1如果D1=3mm，则E=2(0.3/4=105.26(kV/cm)(3-0.3)/2)1此时油的场强增加的倍数为E1-E02=5.26=0.0526e1000如果D1=10mm，E=300=120(kV/cm)2(1/4)(3 -1)/2)1此时油的场强增加的倍数为E-E2=120