高电压技术(第三版)课后习题答案_2

1、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%中击放电电压；(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%中击放电电压：使间隙击穿概率为 50%勺

2、冲击电压，也称为 50%中击击穿电压；(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。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。汤逊理论的

3、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a =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naee59874答：到达阳极的电子崩中的电子数目为 59874个1-5近似估算标准大气条件下半径分别为1cm和1mm勺光滑导线的电晕起始场强。解:对半径为1cm的导线0 30 3Ec 30m 3 (1) 30 1 1 (1) 39( kV / cm)r Sv1 1对半径为1mm勺导线Ec 30 1 1 (1 0.3)58.5( k

4、V/cm)21 1答:半径1cm导线起晕场强为39kV/cm,半径1mm导线起晕场强为cm1-10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）调整爬导距（体釉增大绝泄缘露子距；（离）5（）新2型）合定成期绝或缘不子定。期清扫；（ 3）涂料；（ 4）半1- 11试运用所学的气体放电理论，解释下列物理现象：（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

5、降；（2）压缩气体的电气强度远较常压下的气体高；（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二两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

6、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。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E/ d 11/ 2 (kV/cm )bJJ答：标准大气条件下的平均击穿场强为cm2-3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 为士 1800kV的雷电冲击电压，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

7、正极性雷电冲击：(1800 308(cm)d110)/67575)/Ud50%对负极性雷电冲击：U 1106d50%取两者中较大者308cm答：线间距离至少应为800308cm282(cm)P382-4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。解：在p=755mmH-g t=33条件下的空气相对密度为：p7551t760由于8处于之间U _UU U273 3310(kV)答：该气隙在标准大气条件下的击穿电压值为。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

8、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：11 260 UKaU260Pu 4104H300010325(kV)答：出厂试验电压值应增大到 325kVo生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：D2Rg max22100030(cm)答：该球形电极应有的直径为第三章作业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=1400MD;C2=30

9、00pF、R2=2100也。当加上 40kV直流电压时，试求：一(1 )当t=0合闸初瞬，C1、C2上各有多少电荷R2 C2 U21(2)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50 / 3(kV )U1C2即UC，可得21CU30002U40310C C1 24200300C1上的电荷C2上的电荷350/ 3)10Q1C1U170( C)QC2lb70( C)124200 1050 / 310312300010(40C2 (Ul )(2)稳态时，因为作用电压l为直流，所以C1和C2可视为开路，流过绝

10、缘的电导电流由总电阻决定，即I40 31U108006 (A)(14002100)6R R10712此时C1上的电压与R1上的电压相等，即U14001 1C1上的电荷Q C UR I 6 (80 /10 7)164200210101 1 1C2上的电荷QC2U23000 10(4016(kV)(C)16) 1072(C)1233-3某设备对地电容 C=3200pF,工频下的tg 3 =，如果所施加的工 频电压等于32kV,求：（1）（2） 干（3） 若干 解：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为若如果用串联等值电路表示，则其

11、中的电容值CS和电阻值r各位（1）该设备所吸收的有功功率为23212P UCtg（3210 ）314320010(W)所吸收的无功功率为Q P1030Vatg r(2)在绝缘的并联等值电路中，有tg(M )CtgU C R Ci231-320010|c R(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因此，对串联等值电路，由可得串联等值电阻tgG rr tg3143200 1 (k )2C 103-6 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

12、有屏障时提高多少倍（设油的 e r1=2，屏障的e r2=4）解: 没有屏障时油中的电场强度为U 300100（kV/cmE)0 d放置厚度为 中 的电场强度d为未放屏障时的间隙距离，E1为油di的屏障时E2为屏障中的电场强度)rE 2 Er112U E (dd )E d112 1UE联立解得油中的电场强度为r111r2r1d仁3mm寸，E c 3002/(kV/cm )i4(3/2E Eo此时油中电场强度提高的倍数为E100d1=10mn9寸，300120(kV/cm此时油中电场强度提高的倍数为E120E1001 0e-rou4-1测量绝缘电阻能发现那些绝缘缺陷试比较它与测量泄漏电流实验 项

13、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。4-4根据绝缘预防性试验的结果来判斷电气设备绝缘状态时，除了要重视每一项试验 的结果外为什么还要进行综台分析判断？当其中个别试验项目不台格宁达不到规程的有关 要求时，应如何处理刊答：P8951怎样选择试验变压器的额定电压和额定容量？设-被

14、试品的电容量为4UU0pF* 所加的试验电压有效值为4D0kVf试求进行这一工频耐压试验时流过试品的电流和该试验变 压器的输出功率。解：进行工频耐压试验时流过试品的电流为3I 2 fCU 1050 410 340010 3(A)2该试验变压器的输出功率为2 fCU 050 410402013200(kVA)习图4题5-2團图中i AVt 380V/0-400V； T： 400V/100kV5F： 6. 25cm c=3cmfiiF _ d5-2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，此电压为变

15、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U / 2400(V)1005-6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第六章作业6-1 条电容为乩007碍尸什叫 电感为（h 9rnmlr/km的架空线路和一根电容为 0, 187pF/km,电感为0.1肓mH/lm旳电缆和遂当 峰值先50kV的电压波沿看电缆传播 到架空线上去、求节点上的电压熾值竹解：架空线路的波阻抗Z1为10 3346(10Ci电缆线路的波阻抗 Z2为ZL 10231029()节点上的电压峰值为u25Ui2Zi346Ui346 0(kV)Z1Z2346296 - 3 幅

16、值等于1000A的冲击电流波从一条波阻抗Z】=5000的架空线路流人一根波 阻抗乙=500的电缆线路，在二者连接的节点A上并联有一只阀式避雷器的工作电阻R = 100Q 习图-6儿试求：解：根据彼得逊法则可得等值电路 如图所示，回路总电流宜I 讦；宀2600Z (Z / 4)习图-5 聽6-2图6-7在一饕长架牢输电线（波职抗与 座变电所之间接有段长：km.波阻抗为800的电缆段，设变电所中冬种设备的影响相肖于一只1000DH的电阻在架空线上出现了一个幅值为90kV的电压波并传入电缆和变电所，波在该电缆中的传播速度约为 1亠“亠. J现第二次电压升向时该处电住为若十？又出Z1-8OQI km所

17、吸收的功率。Z|4节点A的瞬间相滿务少时间*R= 10000Q )2B 占一5=1 OkvA 7, Lf B习图J0题68图厂习图76 题8= 1图8-5安装在终端变电所的220kV变压器的冲击耐压水平U g=945kV, 220kV阀式避 雷器的冲击放电电压U“ = 630kV。设进波陡度a = 450kV/Ms,求避雷器安装点到变压器的最 大容许电气距离I习图-18题9-3图J J J J片型绝缘子的泄露距离Lo=29cm;型绝缘子串的雷电冲击放电电压 UCFO=100+(kV)，式中n片数解：(1)求绝缘子串应有的片数按工作电压要求n220250%6)取13片按操作过电压要求，该绝缘子串应有的工频湿闪电压幅值为220 268214682kV60取12片对悬垂绝缘子串，再增加一片零值绝缘子，得n 121n n13所以绝缘