赵智大高电压技术课后答案课堂

1、1,第一章作业,1-1,解释下列术语,1,气体中的自持放电；,2,电负性气体,3,放电时延；,4,50,冲击放电电压；,5,爬电比距,答,1,气体中的自持放电：当外加电场足够强时，即使除去外界电,离因子，气体中的放电仍然能够维持的现象,2,电负性气体：电子与某些气体分子碰撞时易于产生负离子，这样,的气体分子组成的气体称为电负性气体,3,放电时延：能引起电子崩并最终导致间隙击穿的电子称为有效电,子，从电压上升到静态击穿电压开始到出现第一个有效电子所需的,时间称为统计时延，出现有效电子到间隙击穿所需的时间称为放电,形成时延，二者之和称为放电时延,4,50,冲击放电电压：使间隙击穿概率为,50,的冲

2、击电压，也称为,50,冲击击穿电压,5,爬电比距：爬电距离指两电极间的沿面最短距离，其与所加电压,的比值称为爬电比距，表示外绝缘的绝缘水平，单位,cm/kV,2,1-2,汤逊理论与流注理论对气体放电过程和自持放电条件的观点有,何不同？这两种理论各适用于何种场合,答,汤逊理论认为电子碰撞电离是气体放电的主要原因，二次电,子来源于正离子撞击阴极使阴极表面逸出电子，逸出电子是维持,气体放电的必要条件。所逸出的电子能否接替起始电子的作用是,自持放电的判据。流注理论认为形成流注的必要条件是电子崩发,展到足够的程度后，电子崩中的空间电荷足以使原电场明显畸,流注理论认为二次电子的主要来源是空间的光电离,汤逊

3、理论的适用范围是短间隙、低气压气隙的放电；流注理论适,用于高气压、长间隙电场气隙放电,1-3,在一极间距离为,1cm,的均匀电场电场气隙中，电子碰撞电离系,数,11cm-1,今有一初始电子从阴极表面出发，求到达阳极的,电子崩中的电子数目,解,到达阳极的电子崩中的电子数目为,5987,1,11,e,e,n,d,a,答,到达阳极的电子崩中的电子数目为,59874,个,3,1-5,近似估算标准大气条件下半径分别为,1cm,和,1mm,的光滑导线的,电晕起始场强,解,对半径为,1cm,的导线,kV/cm,39,1,1,3,0,1,1,1,30,3,0,1,30,r,m,E,c,对半径为,1mm,的导线

4、,kV/cm,5,58,1,1,0,3,0,1,1,1,30,c,E,1-10,简述绝缘污闪的发展机理和防止对策,答,户外绝缘子在污秽状态下发生的沿面闪络称为绝缘子的污闪,绝缘子的污闪是一个受到电、热、化学、气候等多方面因素影响,的复杂过程，通常可分为积污、受潮、干区形成、局部电弧的出,现和发展等四个阶段。防止绝缘子发生污闪的措施主要有：,1,调整爬距（增大泄露距离,2,定期或不定期清扫；,3,涂料,4,半导体釉绝缘子；,5,新型合成绝缘子,答,半径,1cm,导线起晕场强为,39kV/cm,半径,1mm,导线起晕场强为,58.5kV/cm,4,1-11,试运用所学的气体放电理论，解释下列物理现

5、象,1,大气的湿度增大时，空气间隙的击穿电压增高，而绝缘子表,面的闪络电压下降,2,压缩气体的电气强度远较常压下的气体为高,3,沿面闪络电压显著地低于纯气隙的击穿电压,答,1,大气湿度增大时，大气中的水分子增多，自由电子易于,被水分子俘获形成负离子，从而使放电过程受到抑制，所以击穿,电压增高；而大气湿度增大时，绝缘子表面容易形成水膜，使绝,缘子表面积污层受潮，泄漏电流增大，容易造成湿闪或污闪，绝,缘子表面闪络电压下降,2,气压很大时电子的自由行程变小，两次碰撞之间从电场获得,的动能减小，电子的碰撞电离过程减弱，所以击穿电压升高，气,体的电气强度也高,3,沿面闪络电压显著地低于纯气隙的击穿电压是

6、因为沿固体介,质表面的电场与纯气隙间的电场相比发生了畸变，造成电场畸变,的原因有,1,固体介质与电极表面接触不良，存在小缝隙,2,固体,介质表面由于潮气形成水膜，水膜中的正负离子在电场作用下积,聚在沿面靠近电极的两端,3,固体介质表面电阻不均匀和表面的粗,糙不平,5,第二章作业,2-1,试用经验公式估算极间距离,d=2cm,的均匀电场气隙在标准大气,条件下的平均击穿场强,Eb,P32,解,d=2cm,的均匀电场气隙平均击穿场强为,kV,26,29,2,1,66,6,1,55,24,66,6,55,24,d,E,b,2-3,在线路设计时已确定某线路的相邻导线间气隙应能耐受峰值为,1800kV,的

7、雷电冲击电压，试利用经验公式近似估计线间距离至少应,为若干,P36,解,导线间的气隙可以用棒,棒气隙近似表示,对正极性雷电冲击,cm,308,6,5,75,1800,6,5,75,50,d,d,U,对负极性雷电冲击,cm,282,6,110,1800,6,110,50,d,d,U,取两者中较大者,308cm,答,标准大气条件下的平均击穿场强为,29.26kV/cm,答,线间距离至少应为,308cm,6,2-4,在,p=755mmHg,t=33,的条件下测得一气隙的击穿电压峰值为,108kV,试近似求取该气隙在标准大气条件下的击穿电压值,P38,解,在,p=755mmHg,t=33,条件下的空气

8、相对密度为,954,0,33,273,1,755,760,3,101,9,2,9,2,t,p,由于,处于,0.95,1.05,之间,kV,2,113,954,0,108,0,0,U,U,U,U,2-5,某,110kV,电气设备的外绝缘应有的工频耐压水平（有效值）为,260kV,如该设备将安装到海拔,3000m,的地方运行，问出厂时,工厂位于平原地区）的试验电压影增大到多少,P39,解,出厂时的试验电压值,答,该气隙在标准大气条件下的击穿电压值为,113.2kV,kV,325,260,10,3000,1,1,1,260,10,1,1,1,4,4,H,U,K,U,p,a,答,出厂试验电压值应增大到

9、,325kV,7,2-6,为避免额定电压有效值为,1000kV,的试验变压器的高压引出端发生,电晕放电，在套管上部安装一球形屏蔽极。设空气的电气强度,E0=30kV/cm,试决定该球形电极应有的直径,P40,解,球形电极应有的直径为,cm,2,94,30,1000,2,2,2,2,ma,x,c,g,E,U,R,D,答,该球形电极应有的直径为,94.2cm,8,第三章作业,3-1,某双层介质绝缘结构，第一、二层的电容和电阻分别为,C1=4200pF,R1=1400M,C2=3000pF,R2=2100M,当加上,40kV,直流电压时，试求,1,当,t=0,合闸初瞬,C1,C2,上各有多少电荷,2

10、,到达稳态后,C1,C2,上各有多少电荷？绝缘的电导电流为多大,解,1,绝缘结构的等值电路如图所示,t=0,合闸初瞬时，电压按电容反比分配,R,1,R,2,C,1,C,2,U,1,U,2,U,即,1,2,2,1,C,C,U,U,可得,67,16,3,50,10,40,3000,4200,3000,3,2,1,2,1,kV,U,C,C,C,U,所以,C1,上的电荷,70,10,3,50,10,4200,3,12,1,1,1,C,U,C,Q,9,C2,上的电荷,70,10,3,50,40,10,3000,3,12,1,2,2,2,2,C,U,U,C,U,C,Q,2,稳态时，因为作用电压,U,为直流

11、，所以,C1,和,C2,可视为开路,流过绝缘的电导电流由总电阻决定，即,43,11,10,7,80,10,2100,1400,10,40,6,6,3,2,1,A,R,R,U,I,此时,C1,上的电压与,R1,上的电压相等，即,16,10,7,80,10,1400,6,6,1,1,kV,I,R,U,C1,上的电荷,2,67,10,16,10,4200,3,12,1,1,1,C,U,C,Q,C2,上的电荷,72,10,16,40,10,3000,3,12,2,2,2,C,U,C,Q,10,3-3,某设备对地电容,C=3200pF,工频下的,tg,0.01,如果所施加的,工频电压等于,32kV,求,

12、1,该设备绝缘所吸收的无功功率和所消耗的有功功率各为多少,2,如果该设备的绝缘用并联等值电路来表示，则其中电阻值,R,为若,干,3,如果用串联等值电路表示，则其中的电容值,C,s,和电阻值,r,各位若,干,解,1,该设备所吸收的有功功率为,W,3,10,01,0,10,3200,314,10,32,12,2,3,2,Ctg,U,P,所吸收的无功功率为,kVar,03,1,Var,1030,01,0,3,10,tg,P,Q,11,2,在绝缘的并联等值电路中，有,3,在绝缘的串联等值电路和并联等值电路中，等值电容近似相,等，即,Cs=Cp=C=3200pF,M,5,99,01,0,10,3200,

13、314,1,1,1,12,Ctg,R,C,R,C,U,R,U,I,I,tg,C,R,因此，对串联等值电路，由,r,C,tg,s,可得串联等值电阻,k,95,9,10,3200,314,01,0,12,s,C,tg,r,12,3-6,一充油的均匀电场间隙距离为,30mm,极间施加工频电压,300kV,若在极间放置一个屏障，其厚度分别为,3mm,和,10mm,求油中的电场,强度各比没有屏障时提高多少倍？（设油的,r1,2,屏障的,r2,4,解,没有屏障时油中的电场强度为,kV,cm,100,10,30,300,1,0,d,U,E,放置厚度为,d1,的屏障时（令,d,为未放屏障时的间隙距离,E1,为

14、油中,的电场强度,E2,为屏障中的电场强度,2,2,1,1,E,E,r,r,1,2,1,1,d,E,d,d,E,U,联立解得油中的电场强度为,1,1,2,1,1,1,r,r,r,d,d,d,U,E,d1=3mm,时,kV/cm,26,105,2,3,0,3,4,3,0,2,300,1,E,此时油中电场强度提高的倍数为,0526,0,100,26,5,0,0,1,E,E,E,13,d1=10mm,时,kV/cm,120,2,1,3,4,1,2,300,1,E,此时油中电场强度提高的倍数为,2,0,100,100,120,0,0,1,E,E,E,14,第四章作业,4-1,测量绝缘电阻能发现那些绝缘

15、缺陷？试比较它与测量泄漏电流实验,项目的异同,答,测量绝缘电阻能有效地发现下列缺陷：绝缘总体状态不佳；绝缘,整体受潮或局部严重受潮；两极间有贯穿性的缺陷等。测量绝缘电阻,和测量泄露电流试验项目的相同点：两者的原理和适用范围是一样的,不同的是测量泄漏电流可使用较高的电压,10kV,及以上,并且可一观,察泄漏电流随时间的变化情况，因此能比测量绝缘电阻更有效地发现,一些尚未完全贯通的集中性缺陷,15,答,P89,16,第五章作业,解,进行工频耐压试验时流过试品的电流为,A,5,0,10,400,10,4,50,2,10,2,3,3,3,fCU,I,该试验变压器的输出功率为,kV,200,10,400

16、,10,4,50,2,10,2,3,2,3,3,2,fCU,P,17,5-2,当习图,4,中的球隙,F,击穿时，试验变压器,T,的初级绕组所接的电压表,PV,的读数为若干,答,查附录球隙放电电压表,可知图中球隙,F,放电电压峰,值为,79.5kV,此电压为变压器,高压侧交流电压峰值,所以变压器初级绕组电压表,读数,V,9,224,400,100,2,5,79,U,5-6,为什么选用球隙而不是其他形状的间隙（特别是消除了边缘效应,的平板电极）,答,P108,18,第六章作业,解,架空线路的波阻抗,Z1,为,346,10,00778,0,10,933,0,6,3,1,1,1,C,L,Z,电缆线路的

17、波阻抗,Z2,为,29,10,187,0,10,155,0,6,3,2,2,2,C,L,Z,节点上的电压峰值为,kV,27,92,50,29,346,346,2,2,1,2,1,1,1,u,Z,Z,Z,u,u,19,解,根据彼得逊法则可得等值电路如图,所示，回路总电流,2U,0,Z,Z,Z,Z,Z,Z,Z,kA,9,2,16,100,400,600,2,2,4,2,0,Z,Z,Z,U,I,母线上的电压幅值,kV,40,9,2,400,600,2,2,0,I,Z,U,U,20,解,根据彼得逊法则可得等值电路如图,所示，回路总电流,2,I,1,Z,1,Z,1,R,Z,2,kA,875,1,50,1

18、00,500,500,1000,2,2,2,1,1,1,Z,R,Z,Z,I,I,1,进入电缆的电流波幅值,kV,5,62,50,25,1,2,2,2,Z,I,U,进入电缆的电压波幅值,kA,25,1,3,2,2,I,I,21,2,架空线上的电压反射波幅值,kV,5,437,500,5,62,1,1,2,1,Z,I,U,U,架空线上的电流反射波幅值,kA,875,0,500,5,437,1,1,1,Z,U,I,3,流过避雷器的电流幅值,kA,625,0,3,1,I,I,R,22,解：根据彼得逊法则，画出其等值电路如图所示,电阻吸收功率最大时，其值为,略,550,50,500,2,1,Z,Z,R,

19、23,解：波从,Z1,进入,Z2,时的折射系数,3,1,80,400,80,2,2,2,1,2,Z,Z,Z,A,B,点的折、反射系数,us,30,100,1000,3,3,v,l,t,AB,B,点电压出现第二次电压升高时的电压,V,21,98,90,98,0,3,2,1,98,1,3,1,1,0,k,U,U,B,A,B,A,B,距离原始波到达,A,点的时间为,98,0,10000,80,80,10000,2,2,R,Z,Z,R,B,98,1,80,10000,10000,2,2,2,Z,R,R,B,波从,Z2,进入,Z1,时的反射系数,3,2,400,80,80,400,2,1,2,1,Z,Z

20、,Z,Z,A,24,6-8,一条架空线与一根末端开路、长,1km,的电缆相连，架空线电容为,11.4pF/m,电,感为,0.978uH/M,电缆具有电容,136pF/m,电感,0.75uH/m,一幅值为,10kV,的无限长,直角波沿架空线传入电缆，试计算在原始,波抵达电缆与架空线连接点,A,以后,38us,时，电缆中点,M,处的电压值,解：架空线的波阻抗,波从,Z1,进入,Z2,时在,A,点的折射系数,9,292,10,4,11,10,978,0,12,6,1,1,1,C,L,Z,电缆线的波阻抗,3,74,10,136,10,75,0,12,6,2,2,2,C,L,Z,电缆线的波速,m/us,

21、100,10,136,10,75,0,1,1,12,6,2,2,C,L,v,39,0,3,74,9,292,3,74,2,2,2,1,2,Z,Z,Z,A,电缆在,B,点开路所以折、反射系数,2,B,1,B,波从,Z2,进入,Z1,时在,A,点的反射系数,6,0,3,74,9,292,3,74,9,292,2,1,2,1,Z,Z,Z,Z,A,波从,A,点到达,B,点所需要的时间,us,10,100,1000,v,l,AB,38us,时,B,点经过两次电压升高且,B,点电压已到达,M,点，故,M,点电压,k,48,12,10,1,6,0,1,2,39,0,1,0,U,u,B,A,B,A,M,25,

22、7-1,为了保护烟囱及附近的构筑物，在一高,73m,的烟囱上装一根长,2m,的避雷,针，烟囱附近构筑物的高度及相对位置如图，试计算各构筑物是否处于该避,雷针的保护范围之内,解,避雷针高度,h,73+2=75m,所以高度修正系数,635,0,75,5,5,5,5,h,P,对左侧构筑物，其高度所对应水平面,上的保护半径,50,m,7375,58,635,0,10,2,75,5,1,2,5,1,P,h,h,r,x,xL,所以左侧构筑物在该避雷针保护范围之内,对右侧构筑物，其高度所对应水平面上的保护半径,40,m,495,23,635,0,38,75,P,h,h,r,x,xR,所以右侧构筑物不在该避雷

23、针保护范围之内,26,7-2,校验习题图,14,所示铁塔结构是否能保证各相导线都受到避雷线,的有效保护,解,因为避雷线高度,h,30m,所以高度修正系数,P,1,边相导线高度,h,x,28.4-2.15-3.18=23.07m,在此高度的水平面上，避雷线侧面保护宽度,为,m,505,2,1,07,23,4,28,47,0,47,0,P,h,h,r,x,x,m,8,1,x,r,因为,所以边相导线可以受到保护,两根避雷线内侧保护范围（圆弧的低点）高点,m,65,24,4,5,7,5,7,4,28,4,0,P,D,h,h,大于中相导线高度,23.07m,所以也能受到有效保护,综上可知，各相导线均能受

24、到有效保护,27,8-1,某平原地区,220kV,架空线路所采用的杆塔形势及尺寸如图所示,各有关数据如下,避雷线半径,r,g,5.5mm,其悬点高度,h,g,32.7m,上相导线悬点高度,h,w(U,25.7m,下相导线悬点高度,h,w(L,20.2m,避雷线在,15,时的弧垂,f,g,6.0m,导线在,15,时的弧垂,f,w,10.0m,线路长度,L,120km,绝缘子串,13,X-4.5,型盘型绝缘子，其冲击放电电压,U,50,1245kV,每片绝缘子的高度,H,0.146m,杆塔的冲击接地电阻,R,i,10,线路所在地区的雷暴日数,T,d,50,求这条线路的耐雷水平、雷击跳闸率及实际年累

25、计跳闸,次数,解：,1,年总落雷次数,该线路只有一条避雷线，故等效受雷宽度,m,8,114,6,667,0,7,32,4,3,2,4,4,f,h,h,B,t,28,该线路的年总落雷次数,216,48,50,07,0,120,1000,8,114,1000,d,T,l,B,N,2,绕击导线时的耐雷水平及跳闸次数,避雷线对边相导线的保护角,47,27,7,25,7,32,64,3,arctg,绕击率,07,2,9,3,86,7,32,47,27,9,3,86,lg,g,h,P,0085,0,10,07,2,P,绕击时线路的耐雷水平,kA,45,12,100,1245,100,50,2,U,I,雷电

26、流大于,I,2,的概率,19,72,10,88,45,12,2,P,建弧率,913,0,10,14,13,146,0,732,1,220,45,0,10,14,3,45,0,10,14,45,0,2,75,0,2,75,0,1,2,75,0,l,U,E,n,29,绕击跳闸次数,2,0,913,0,7219,0,00851,0,216,48,2,2,P,P,N,n,3,反击导线时的耐雷水平及跳闸次数,离避雷线最远的一相导线的和避雷线间的互波阻,避雷线自波阻,6,513,10,5,5,6,3,2,7,32,2,ln,60,2,ln,60,3,g,g,g,r,h,Z,3,73,3,13,129,45

27、,ln,60,ln,60,gw,gw,gw,d,d,Z,两者之间的几何耦合系数,143,0,6,513,3,73,0,g,gw,Z,Z,k,考虑电晕影响后的耦合系数,18,0,143,0,3,1,0,1,k,k,k,塔身电感,uH,35,16,7,32,5,0,0,g,t,t,h,L,L,该导线横担处的高度,m,098,22,13,146,0,2,20,a,h,30,92,0,分流系数,反击时的耐雷水平,kA,24,89,6,2,5,13,143,0,5,13,4,7,32,1,6,2,35,16,92,0,186,0,32.7,22.098,10,92,0,186,0,1,1245,6,2,

28、1,6,2,1,0,50,1,c,c,g,t,t,a,i,h,k,h,h,L,k,h,h,R,k,U,I,该导线平均对地高度,m,5,13,10,3,2,2,20,c,h,68,9,10,88,24,89,1,P,反击跳闸次数,0,1,913,0,0968,0,25,0,216,48,1,1,P,g,N,n,年累计跳闸次数,33,1,065,1,27,0,2,1,n,n,n,31,8-3,某变电所的一支独立避雷针与邻近构架的相对位置及其接地装置,的结构如图所示,1,试估算此独立避雷针的冲击接地,电阻（设该处土壤电阻率,500,m,2,从避雷针不向构架发生反击的条,件来看，此接地装置能否满足要求

29、,解：,1,查表,7-5,得,3,0,i,75,0,i,此避雷针的冲击接地电阻,8,21,1,05,0,3,8,ln,3,2,500,75,0,3,3,0,1,8,ln,2,d,l,l,n,n,R,n,R,R,i,i,i,e,i,i,i,i,2,地上部分不发生反击的条件,m,7,66,5,13,1,0,8,21,2,0,1,0,2,0,1,h,R,s,i,所以此接地装置满足要求,32,解：进波的空间陡度,避雷器到变压器的最大电气距离,5,1,300,450,m,kV,v,a,a,105,5,1,2,630,945,2,max,m,a,U,U,l,i,s,i,w,33,9-3,一根波阻抗为,Z,

30、长度为,l,的末端开路导线预先充电到某一电压,U,现将该导线突然合闸到某一电压等于,U,的直流电源上去，如图所示,1,试绘出不同瞬间的电压波与电流波沿线分布图（时间绘到末端第二次反,射波抵达线路中点,M,瞬间为止,2,试绘出该线的开路末端,B,和中点,M,的电压和电流随时间而变化的波形图,取,开关合闸瞬间为时间起点,t,0,，以,l,v,作为时间的单位，其中,v,为波速,解,1,令,l,v,a,合闸后，线路电压变为,U,相当于一个幅值为,2,U,的电,压波和幅值为,2,U,Z,的电流,波从首端向末端传播,0t,U,U,B,i,-2,U,Z M,34,U,3,U,B,M,t2,末端发生全反射,4

31、,U,U,-3,U,2,t3,U,3,U,B,M,3,t4,U,U,B,M,i,0,i,2,U,Z,i,0,35,2)B,点电压波形,0,t,U,3,U,U,2,3,4,36,9-4,一台,220kV,120MVA,的三相电力变压器，其空载激磁电流等于,额定电流的,2,高压绕组每相对地电容,C=5000pF,求切除这样一台,空载变压器时可能引起的最大过电压倍数。（提示：最大可能截流值,为空载激磁电流的幅值,解：空载激磁电流,A,9,10,02,0,10,220,10,120,02,0,2,3,6,0,n,n,n,U,S,I,I,变压器的激磁电感,H,27,64,9,10,314,10,220,3,L,n,T,I,U,L,切除该空载变压器时产生的最大电压极限值,kV,5,1747,414,1,9,10,10,5000,27,64,2,12,L,T,M,A,X,I,C,L,U,相应的过电压倍数,46,8,3,220,2,15,1,5,1747,3,2,n,MA,X,MA,X,U,k,U,U,U,K,37,10-1,一座,500kV,变电所，所用避雷器在雷电冲击波下的保护特性为,1,10kA,下的残压为,1100kV,2,标准冲击全波下的放电电压峰值为,840kV,3,陡波放电电压峰值为,1150kV,试求,1,该避雷器雷电冲击保护水平,U,p(l,2,该变电所,500k