高电压技术(第三版)课后习题答案_2

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%

2、的冲击电压，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 。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

3、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nae d e11 159874答：到达阳极的电子崩中的电子数目为 59874个专业word可编辑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Ec = 30m S (1?3) =30父1父1 x(1 +-03=) =39( kV / cm)r11对半径为1mm的导线0.

4、3Ec -30 1 1 (1 ) =58.5(kV/cm)0.1 1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/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 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。专业 word可编辑1-11试运用所学的气体放电理论，解释下列

5、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，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

6、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。专业 word可编辑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 o P32解：d=2cm的均匀电场气隙平均击穿场强为24.55/ d 24.55 16.66 1/ 2E 6.66j2926(kV/cm )答：标准大气条件下的平均击穿场强为29.26kV/cm2-3在线路设计时已

7、确定某线路的相邻导线间气隙应能耐受峰值为±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 示对正极性雷电冲击：75 5.6dd75) / 5.650%(1800308(cm)对负极性雷电冲击116d d 110)/ 6U 50%0(1800282(cm)取两者中较大者308cm答：线间距离至少应为308cm1专业word可编辑100.954273 33答：该气隙在标准大气条件下的击穿电压值为113.2kV2-4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

8、标准大气条件下的击穿电压值P38解：在p=755mmHg , t=33条件下的空气相对密度为 ：p 2.9 101.375512.9t760由于6处于0.951.05之间UU113.2(kV)0.9542-5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：260UKaUp101.130002601.1 H 410 4325(kV)答：出厂试验电压值应增大到325kV。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

9、，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：94.2(cm)2D 2R g ma 2Ux厂 10002E30c 答：该球形电极应有的直径为 94.2cm。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 Q; C2=3000pF、R2=2100M Q。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)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，

10、电压按电容反比分配U 1 C 2即 U C ,可得21C2 U 3000U1 "CC 42003000124010R1R250 / 316.67( kV )C1 二U1U2专业word可编辑C1上的电荷 Q1 C1U1 70( C)4200 10 1250/3103C2上的电荷C2U2C2 (UU1 )30001012(4050 / 3)10370(C)(2)稳态时，因为作用电压U为直流，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I U40380111.43(10A)RR 714002100)10 6 712此时C1上的电压与R1上的电压相等，即 U R I (8

11、0 /116(kV1400 10 67)0 6)11C1上的电荷Q C U 211634200 101067.2( C)111C2上的电荷72( C)Q2C2U23000 10 12(4016)1033-3某设备对地电容 C=3200pF ,工频下的tg 8=0.01 ,如果所施加 的工频电压等于 32kV ,求：(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 Cs和电阻值r各位 若干？解：(1)该设备所吸收的有功功率为P U 2 Ctg (32103 )23143200

12、10 10.0110.3(W)所吸收的无功功率为专业word可编辑Q P 10.31030Va1.03kVatg r 0.01-专业 word可编辑(2)在绝缘的并联等值电路中99.5(M )1 iCtg314 2 3200100.01(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tg可得串联等值电阻Cs rr tg0.013143200 2 1 9.95(k )C s1 °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

13、油中的电场 强度各比没有屏障时提高多少倍？（设油的 4=2 ,屏障的 照=4 ）解: 没有屏障时油中的电场强度为U 300100（kV/cmE）0 301d10放置厚度为di的屏障时（令d为未放屏障时的间隙距离，E1为的电场强度，E2为屏障中的电场强度）E E r1 1r 22U E （d d ）E d1121联立解得油中的电场强度为EU专业word可编辑1 d dri11d1=3mm 时，E 2i3000.3 (3/ 4/ 20.3)ri105.26(kV/cmEi E05.26此时油中电场强度提高的倍数为0.0526E1000d1=10mmt N E 300120(kV/cm'21

14、(31)/)1 74R此时油中电场强度提高的倍数为120E E100i 00.2E10004-1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。专业word可编辑4-4根据绝缘预防性试验的结果来判断电气设备绝缘状态时，除了要重视每一

15、项试验的结果外，为什么还要进行综合分析判断？当其中个别试验项目不合格，达不到规程的有关 要求时，应如何处理6答：P89.第五章作业5-1怎样选择试验变压器的额定电压和额定容量？设一被试品的电容量为4000pF, 所加的试验电压有效值为400kV,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I 2 fCU 10 325010 3400 10 30.5(A)该试验变压器的输出功率为2 fCU1350 4 1040 2013200(kVA)，试验变压器T的初级绕组所接的习图-4题5-2图中，I MAV： 380V/0-400V； T： 4

16、00V/100kV；F： $6* 25cm+ d = 3cm400(特别是消除了边缘效5-2当习图-4中的球隙F击穿时 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U 79.5 /%2224.9(V)1005-6为什么选用球隙而不是其他形状的间隙 应的平板电极)？答：P108专业word可编辑第六章作业5-1-条电容为O.OO77即F/km、电感为0. 933ml 1/km的架空线珞和一根电容为0. 187PF/km,电感为0. 153mH/km的电缆相连当峰值为50kV的电压

17、波沿着电缆传播 到架空线上去，求节点上的电压峰值.解：架空线路的波阻抗Z10.93310 3电缆线路的波阻抗i飞iZ2为0.0077810346(6专业word可编辑C20.155 1030.1871029()节点上的电压峰值为uu 25ui2Z1 1346092.27(kV)34Zi Z26296-2加求习图5所示变电所母线上的电压幅值,其中Z为架空出线的波阻抗(约4(X)n), Z'为电缆出线的波阻抗(约32。兀从一条架空线上入侵的过电压波幅值5 =600kV.解：根据彼得逊法则可得等值电路如图所示，回路总电流2U2600习图5题62(Z / 4)400100 /(Z / 2)16

18、2.9(kA)母线上的电崖即2U0Z Z Z Z Z ' Z'UIZ 26004002U 02.940(kV)6-3 一幅值等于1000A的冲击电流波从一条波阴抗4 = 5000的架空线路流入一根波阻抗Z2-50a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及=ioon (习I-6)c试求:(1)进入电缆的电压波旨电流波的幅值;(2)架空线上的电压反射波与电流反射波的幅值，(3)流过避雷器的电流幅值Irc解：根据彼得逊法则可得等值电路如图 所示，回路总电流21000I2i Z500Ii iZ R 500100 /TZ -50121.875(kA)(1)进入电缆

19、的电流波幅值I22 I 1.25(kA)3进入电缆的电压波幅值U 262.5(kV)2550(2)架空线上的电压反射波幅值I62.5500U U Z437.5(kV)1211架空线上的电流反射波幅值 ''U 437.5I 1 0.875(kA)i Z500''1(3)流过避雷器的电流幅值专业 word可编辑1II R _ 0.625(kA) 36 5呆波殂抗等于5。的架七线经-串联电阻区与根波阻抗等于5cq的电缆相连（习图-8）,设原始波5、八为已知，从架空线传入电缆，而电阻R之值对应于所吸收的功率为最大时，试求工（1）流入电缆的电压折射波与电流折射波;（2）节

20、点A处的电压反射波与电流反射波:Zi-50012Zi-ison（3）因反射而返回架空线的功率和串联电阻所吸收的功率.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R ZiZ250050550(.b),左手 替-条长桀型*电级:(tfc限命名I =例0处与一建变电所之间接有 段长4小 波阻抗为8。口的电缆段，设变电所中各种设备的影响相当于一只loooon的电阻3在架空线 上出现了一个幅值为90kV的电压波并传入电疏和变电所，波在该电缆中的传播速度约为 *km/%向在设髀点B图上出现第二次电压升高时,该处电脸瞬也 如现这一现象与原始波U到达架空线和电缆由节点A的瞬间，相隔多

21、少时间中 ifcrf * * . a.J « sr. * * ?二 G: n' j." * 1 ''* F B1A ! Bi解：波从Z1进入Z2时的折射系数2Z22A Z400280-波从Z2进入Z1时的反射系数ZlZ240080 80 400Z AZ12B点的折、反射系数凡 IOkV -z.80Q/80Z】=400n匕1km_ L3Tl/?=iooooo|J310000800.9880100003 0()10002RB 2R 10000Z21.98 B 10000_RZ2Z280RB点电压出现第二次电压升高时的电压a b(1 a b)U0131.9

22、8 (1230.98)9098.21 kV一r，一 3l距离原始波到达A点的时间为t3lVAB30us专业word可编辑习图70 题6,8图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0.9781L00.75 013611.4106292.9(12电缆线的波阻抗ZiZ 2101274.3(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1100m/电缆线的波速usL C0.75

23、J13L 12 22 060波从Z1进入Z2时在A点的折射系 数波从Z2进入Z1时在A点的反射系 数电缆在2Z2274.3292.9Z1Z274.3B点开路所以折、反射系数0.39ZZ12AZZ1292.9 74.30.6292.974.3波从A点到达B点所需要的时间38us时B点经过两次电压升高且UMA B (1 AlAB1000 s100B110uB点电压已到达M点，故M点电压b)U00.39 2(10.6 1)1012.48kV7-1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：

24、避雷针高度h=73+2=75m所以高度修正系数P 5.55.5 0.635Ch540mrxL(1.5h2hx )P (1.5 752 10)0.63558.7375m对左侧构筑物，其高度所对应水平 面上的保护半径50m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专业 word可编辑rxR(hhx)P(7538)0.63523.495m40m所以右侧构筑物不在该避雷针保护范围之内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：hx=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：rx0.47(hhx )P0.47(28.423.07)因为 1.8所以边相导线可以受到保护r m x 两根避雷线内侧保护范围(圆弧的低点)高点h0 h D 28.47.57.524.65m4P大于中相导线高度（23.07m）,所以也能受到有效保护 综上可知，各相导线均能受到有效保护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rg=5.5mm）其悬点高度hg=32.7m ;上相导线悬点高度hw（u）=25.7m;下相与线悬点高度hw（L）=20.2m;避雷线在15 c时的弧垂fg