高电压技术(第三版)课后习题答案_2

1、第一章作业第一章作业1-1 解释下列术语解释下列术语 （1）气体中的自持放电；（）气体中的自持放电；（2）电负性气体；）电负性气体； （3）放电时延；（）放电时延；（4）50%冲击放电电压；（冲击放电电压；（5）爬电比距。）爬电比距。 答：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？

2、这两种理论各适用于何种场合？有何不同？这两种理论各适用于何种场合？ 答：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 在一极间距离为在一极间距离为 1cm 的均匀电场电场气隙中，电子碰撞电离的均匀电场电场气隙中，电子碰撞电离 系数系数 =11cm-1。今有一初始电子从阴极表面出发，求到达阳极。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。的电子崩中的电子数目。 解：解：到达阳极的电子崩中的电子数目为na ed e111 59874 答：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近似估算标准大气条件下半径分别为 1cm 和和 1mm 的光

3、滑导的光滑导 线的线的电晕起始场强。电晕起始场强。解：解：对半径为 1cm 的导线）（）（cmmc/kV39113 . 011130)r0.3(130E对半径为 1mm 的导线)/(5 .58)11 . 03 . 01 (1130EcmkVc答：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。简述绝缘污闪的发展机理和防止对策。 答：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。1-11 试运用所学的气体放电理论，解释下列物理现象：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）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；

4、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；）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。）沿面闪络电压显著地低于纯气隙的击穿电压。 答：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。第二章作业第二章作业2-1 试用经验公式估算极间距离试用经验公式估算极间距离 d=2cm 的均

5、匀电场气隙在标准大的均匀电场气隙在标准大 气条件下的平均击穿场强气条件下的平均击穿场强 Eb。P32 解：解：d=2cm 的均匀电场气隙平均击穿场强为 E 24.55 6.66 / d 24.551 6.66 1/ 2 29.26(kV/cm )b 答：答：标准大气条件下的平均击穿场强为 29.26kV/cm 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为1800kV 的雷电冲击电压，试利用经验公式近似估计线间距的雷电冲击电压，试利用经验公式近似估计线间距离至少离至少应为若干？应为若干？P36 解：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： U 75 5.6d d (1800 75) / 5.6 308(cm)50% 对负极性雷电冲击： U110 6d d (1800110) / 6 282(cm)50% 取两者中较大者 308cm 答：答：线间距离至少应为 308cm。2-4 在在 p=755mmHg，t=33 的条件下测得一气隙的击穿电压峰值的条件下测得一气隙的击穿电压峰值 为为 108kV，试

6、近似求取该气隙在标准大气条件下的击穿电压值。，试近似求取该气隙在标准大气条件下的击穿电压值。 P38 解：解：在 p=755mmHg，t=33 条件下的空气相对密度为： p101.31 2.9 2.9 755 0.954t760273 33 由于 处于 0.951.05 之 间 U108U U U113.2(kV)000.954 答：答：该气隙在标准大气条件下的击穿电压值为 113.2kV。2-5 某某 110kV 电气设备的外绝缘应有的工频耐压水平（有效值）电气设备的外绝缘应有的工频耐压水平（有效值） 为为 260kV，如该设备将安装到海拔，如该设备将安装到海拔 3000m 的地方运行，问出厂的地方运行，问出厂 时（工厂位于平原地区）的试验电压影增大到多少？时（工厂位于平原地区）的试验电压影增大到多少？P39 解：解：出厂时的试验电压值： 11U KaU p 260 260 1.1 H1041.1 3000 104 325(kV)答：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的试验变压器的高压

7、引出端发 生生 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。，试决定该球形电极应有的直径。P40 解：解：球形电极应有的直径为： Ugmax2 1000D 2R 2 2 E30c 答：答：该球形电极应有的直径为 94.2cm。94.2(cm)第三章作业第三章作业3-1 某双层介质绝缘结构，第一、二层的电容和电阻分别为：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。当加上 40kV 直流电压时，试求：直流电压时，试求： （1）当）当 t=0 合闸初瞬，合闸初瞬，C1、C2 上各有多少电荷？上各有多少电荷？ （2）到达稳态后，）到达稳态后，C1、C2 上各有多少电荷？绝缘的电导电流为多大？上各有多少电荷？绝缘的电导电流为多大？解：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UC12即，可得UC 21 C300023UU 40 101C C4200 300

8、0 12 50 / 3 16.67(kV )C1上的电荷Q1 C1U1 42001012 50 / 310370(C)C2上的电荷Q2 C2U2 C2 (U U1 ) 3000 1012 (40 50 / 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3U40 10806I 1011.43(A) 6R R(1400 2100) 107 12此时 C1 上的电压与 R1 上的电压相等，即66U R I 140010(80 / 7)1016(kV) 11 C1 上的电荷123Q C U 4200101610 67.2(C)111 C2 上的电荷Q2 C2U2 30001012 (40 16) 103 72(C)3-3 某设备对地电容某设备对地电容 C=3200pF，工频下的，工频下的 tg=0.01，如果所施加，如果所施加 的工频电压等于的工频电压等于 32kV，求：，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？）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

9、备的绝缘用并联等值电路来表示，则其中电阻值）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 为若为若 干？干？ （3）如果用串联等值电路表示，则其中的电容值）如果用串联等值电路表示，则其中的电容值 Cs和电阻值和电阻值 r 各位各位 若干？若干？ 解：解：（1）该设备所吸收的有功功率为 P U 2Ctg (32 103 )2 314 3200 1012 0.0110.3(W)所吸收的无功功率为 P10.3Q 1030Var1.03kVartg0.01（2）在绝缘的并联等值电路中，有Itg IRCU / R111 R 99.5(M) 12UCRCCtg314 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，由可得串联等值电阻tg Cs rtg0.01r 9.95(k)12C314 3200 10s3-6 一充油的均匀电场间隙距离为一充油的均匀电场间隙距离为 30mm，极间施加工频电压，极间施加工频电压 300kV。若在极间放置一个屏障，其厚度分别为若在极间放置一个屏障，其厚度分别为 3mm 和和 10mm，求油，求油 中的电场强度各比没有屏障时提高多少倍？（设油的中的电场强度各比没有屏障时提高多少倍？（设油的r1r1=2，屏障的，屏障的 r2r2=4）解：）解：没有屏障时油中的电场强度为 U300E100(kV/cm )01d30 10 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 油中 的电场强度，E2 为屏障中的电场强度）EE r11r 22U E (d d ) E

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