趙智大高電壓技術課后答案教學提綱

第一章作業(yè)(zuòyè)1-1解釋下列術語（1）氣體中的自持放電；（2）電負性氣體；（3）放電時延；（4）50%沖擊放電電壓；（5）爬電比距。答：（1）氣體中的自持放電：當外加電場足夠強時，即使除去外界電離因子，氣體中的放電仍然能夠維持的現(xiàn)象；（2）電負性氣體：電子與某些氣體分子碰撞時易于產生負離子，這樣的氣體分子組成的氣體稱為電負性氣體；（3）放電時延：能引起電子崩并最終導致間隙擊穿的電子稱為有效電子，從電壓上升到靜態(tài)(jìngtài)擊穿電壓開始到出現(xiàn)第一個有效電子所需的時間稱為統(tǒng)計時延，出現(xiàn)有效電子到間隙擊穿所需的時間稱為放電形成時延，二者之和稱為放電時延；（4）50%沖擊放電電壓：使間隙擊穿概率為50%的沖擊電壓，也稱為50%沖擊擊穿電壓；（5）爬電比距：爬電距離指兩電極間的沿面最短距離，其與所加電壓的比值稱為爬電比距，表示外絕緣的絕緣水平，單位cm/kV。第一頁，共40頁。1-2湯遜理論與流注理論對氣體(qìtǐ)放電過程和自持放電條件的觀點有何不同？這兩種理論各適用于何種場合？答：湯遜理論認為電子碰撞電離是氣體(qìtǐ)放電的主要原因，二次電子來源于正離子撞擊陰極使陰極表面逸出電子，逸出電子是維持氣體(qìtǐ)放電的必要條件。所逸出的電子能否接替起始電子的作用是自持放電的判據。流注理論認為形成流注的必要條件是電子崩發(fā)展到足夠的程度后，電子崩中的空間電荷足以使原電場明顯畸，流注理論認為二次電子的主要來源是空間的光電離。湯遜理論的適用范圍是短間隙、低氣壓氣隙的放電；流注理論適用于高氣壓、長間隙電場氣隙放電。1-3在一極間距離為1cm的均勻電場(diànchǎng)電場(diànchǎng)氣隙中，電子碰撞電離系數α=11cm-1。今有一初始電子從陰極表面出發(fā)，求到達陽極的電子崩中的電子數目。解：到達陽極的電子崩中的電子數目為答：到達陽極(yángjí)的電子崩中的電子數目為59874個。第二頁，共40頁。1-5近似估算標準大氣條件下半徑分別為1cm和1mm的光滑(guānghuá)導線的電暈起始場強。解：對半徑為1cm的導線對半徑(bànjìng)為1mm的導線1-10簡述絕緣污閃的發(fā)展機理和防止對策。答：戶外絕緣子在污穢狀態(tài)下發(fā)生的沿面閃絡稱為絕緣子的污閃。絕緣子的污閃是一個受到電、熱、化學、氣候等多方面因素影響的復雜過程，通常可分為積污、受潮、干區(qū)形成、局部電弧的出現(xiàn)和發(fā)展等四個階段。防止絕緣子發(fā)生污閃的措施主要有：（1）調整爬距（增大泄露(xièlòu)距離）（2）定期或不定期清掃；（3）涂料；（4）半導體釉絕緣子；（5）新型合成絕緣子。答：半徑1cm導線起暈場強為39kV/cm，半徑1mm導線起暈場強為58.5kV/cm第三頁，共40頁。1-11試運用所學的氣體放電理論，解釋下列物理現(xiàn)象：（1）大氣的濕度增大時，空氣間隙的擊穿電壓增高，而絕緣子表面的閃絡電壓下降；（2）壓縮氣體的電氣強度遠較常壓下的氣體為高；（3）沿面閃絡電壓顯著地低于純氣隙的擊穿電壓。答：（1）大氣濕度增大時，大氣中的水分子增多，自由電子易于被水分子俘獲形成(xíngchéng)負離子，從而使放電過程受到抑制，所以擊穿電壓增高；而大氣濕度增大時，絕緣子表面容易形成(xíngchéng)水膜，使絕緣子表面積污層受潮，泄漏電流增大，容易造成濕閃或污閃，絕緣子表面閃絡電壓下降；（2）氣壓很大時電子的自由行程(xíngchéng)變小，兩次碰撞之間從電場獲得的動能減小，電子的碰撞電離過程減弱，所以擊穿電壓升高，氣體的電氣強度也高；（3）沿面閃絡電壓顯著地低于純氣隙的擊穿電壓是因為沿固體介質表面的電場與純氣隙間的電場相比發(fā)生了畸變，造成電場畸變的原因有：1.固體介質與電極表面接觸不良，存在小縫隙；2.固體介質表面由于潮氣形成水膜，水膜中的正負離子在電場作用下積聚在沿面靠近電極的兩端；3.固體介質表面電阻不均勻和表面的粗糙不平。第四頁，共40頁。第二章作業(yè)(zuòyè)2-1試用經驗公式估算極間距離(jùlí)d=2cm的均勻電場氣隙在標準大氣條件下的平均擊穿場強Eb。P32解：d=2cm的均勻電場氣隙平均擊穿場強為2-3在線路設計時已確定某線路的相鄰導線間氣隙應能耐受峰值為±1800kV的雷電沖擊電壓，試利用(lìyòng)經驗公式近似估計線間距離至少應為若干？P36解：導線間的氣隙可以用棒-棒氣隙近似表示對正極性雷電沖擊：對負極性雷電沖擊：取兩者中較大者308cm答：標準大氣條件下的平均擊穿場強為29.26kV/cm答：線間距離至少應為308cm。第五頁，共40頁。2-4在p=755mmHg，t=33的條件下測得一氣隙的擊穿電壓峰值為108kV，試近似求取該氣隙在標準大氣條件下的擊穿電壓值。P38解：在p=755mmHg，t=33條件下的空氣相對(xiāngduì)密度為：由于(yóuyú)δ處于0.95～1.05之間2-5某110kV電氣設備的外絕緣應有的工頻耐壓水平（有效值）為260kV，如該設備將安裝到海拔3000m的地方運行，問出廠時（工廠位于平原地區(qū)）的試驗電壓影增大(zēnɡdà)到多少？P39解：出廠時的試驗電壓值：答：該氣隙在標準大氣條件下的擊穿電壓值為113.2kV。答：出廠試驗電壓值應增大到325kV。第六頁，共40頁。2-6為避免額定電壓有效值為1000kV的試驗變壓器的高壓引出端發(fā)生電暈放電，在套管上部安裝一球形屏蔽極。設空氣的電氣強度E0=30kV/cm，試決定(juédìng)該球形電極應有的直徑。P40解：球形電極應有的直徑為：答：該球形電極(diànjí)應有的直徑為94.2cm。第七頁，共40頁。第三章作業(yè)(zuòyè)3-1某雙層介質(jièzhì)絕緣結構，第一、二層的電容和電阻分別為：C1=4200pF，R1=1400MΩ；C2=3000pF、R2=2100MΩ。當加上40kV直流電壓時，試求：（1）當t=0合閘初瞬，C1、C2上各有多少電荷？（2）到達穩(wěn)態(tài)后，C1、C2上各有多少電荷？絕緣的電導電流為多大？解：（1）絕緣結構的等值電路如圖所示：t=0合閘初瞬時，電壓按電容反比分配即，可得所以(suǒyǐ)C1上的電荷第八頁，共40頁。C2上的電荷(diànhè)（2）穩(wěn)態(tài)時，因為作用電壓U為直流，所以C1和C2可視為開路(kāilù)，流過絕緣的電導電流由總電阻決定，即此時(cǐshí)C1上的電壓與R1上的電壓相等，即C1上的電荷C2上的電荷第九頁，共40頁。3-3某設備對地電容C=3200pF，工頻下的tgδ=0.01，如果所施加的工頻電壓等于32kV，求：（1）該設備絕緣所吸收的無功功率(gōnglǜ)和所消耗的有功功率(gōnglǜ)各為多少？（2）如果該設備的絕緣用并聯(lián)等值電路來表示，則其中電阻值R為若干？（3）如果用串聯(lián)等值電路表示，則其中的電容值Cs和電阻值r各位若干？解：（1）該設備所吸收的有功功率(gōnglǜ)為所吸收(xīshōu)的無功功率為第十頁，共40頁。（2）在絕緣的并聯(lián)(bìnglián)等值電路中，有（3）在絕緣的串聯(lián)等值電路(diànlù)和并聯(lián)等值電路(diànlù)中，等值電容近似相等，即Cs=Cp=C=3200pF。因此(yīncǐ)，對串聯(lián)等值電路，由可得串聯(lián)等值電阻第十一頁，共40頁。3-6一充油的均勻電場間隙距離(jùlí)為30mm，極間施加工頻電壓300kV。若在極間放置一個屏障，其厚度分別為3mm和10mm，求油中的電場強度各比沒有屏障時提高多少倍？（設油的εr1=2，屏障的εr2=4）解：沒有屏障時油中的電場強度為放置厚度(hòudù)為d1的屏障時（令d為未放屏障時的間隙距離，E1為油中的電場強度，E2為屏障中的電場強度）聯(lián)立解得油中的電場(diànchǎng)強度為d1=3mm時，此時油中電場強度提高的倍數為第十二頁，共40頁。d1=10mm時，此時油中電場(diànchǎng)強度提高的倍數為第十三頁，共40頁。第四章作業(yè)(zuòyè)4-1測量絕緣電阻能發(fā)現(xiàn)那些絕緣缺陷？試比較它與測量泄漏電流實驗項目的異同。答：測量絕緣電阻能有效地發(fā)現(xiàn)下列缺陷：絕緣總體狀態(tài)不佳；絕緣整體受潮或局部嚴重受潮；兩極間有貫穿性的缺陷等。測量絕緣電阻和測量泄露電流試驗項目的相同點：兩者的原理(yuánlǐ)和適用范圍是一樣的，不同的是測量泄漏電流可使用較高的電壓(10kV及以上)，并且可一觀察泄漏電流隨時間的變化情況，因此能比測量絕緣電阻更有效地發(fā)現(xiàn)一些尚未完全貫通的集中性缺陷。第十四頁，共40頁。答：P89.第十五頁，共40頁。第五章作業(yè)(zuòyè)解：進行(jìnxíng)工頻耐壓試驗時流過試品的電流為該試驗(shìyàn)變壓器的輸出功率為第十六頁，共40頁。5-2當習圖-4中的球隙F擊穿時，試驗變壓器T的初級繞組所接的電壓表PV的讀數為若干？答：查附錄球隙放電電壓表可知圖中球隙F放電電壓峰值為79.5kV,此電壓為變壓器高壓側交流電壓峰值(fēnɡzhí)，所以變壓器初級繞組電壓表讀數5-6為什么選用球隙而不是其他(qítā)形狀的間隙（特別是消除了邊緣效應的平板電極）？答：P108第十七頁，共40頁。第六章作業(yè)(zuòyè)解：架空(jiàkōng)線路的波阻抗Z1為電纜(diànlǎn)線路的波阻抗Z2為節(jié)點上的電壓峰值為第十八頁，共40頁。解：根據彼得遜法則可得等值電路(diànlù)如圖所示，回路總電流母線(mǔxiàn)上的電壓幅值第十九頁，共40頁。解：根據彼得遜法則可得等值電路(diànlù)如圖所示，回路總電流（1）進入電纜(diànlǎn)的電流波幅值進入(jìnrù)電纜的電壓波幅值第二十頁，共40頁。（2）架空線上的電壓反射(fǎnshè)波幅值架空線上的電流(diànliú)反射波幅值（3）流過避雷器的電流(diànliú)幅值第二十一頁，共40頁。解：根據彼得遜法則(fǎzé)，畫出其等值電路如圖所示。電阻吸收功率最大時，其值為略第二十二頁，共40頁。解：波從Z1進入Z2時的折射(zhéshè)系數B點的折、反射系數B點電壓出現(xiàn)(chūxiàn)第二次電壓升高時的電壓距離(jùlí)原始波到達A點的時間為波從Z2進入Z1時的反射系數第二十三頁，共40頁。6-8一條架空線與一根末端開路、長1km的電纜相連，架空線電容為11.4pF/m、電感為0.978uH/M；電纜具有電容136pF/m、電感0.75uH/m。一幅值為10kV的無限長直角(zhíjiǎo)波沿架空線傳入電纜，試計算在原始波抵達(dǐdá)電纜與架空線連接點A以后38us時，電纜中點M處的電壓值。解：架空線的波阻抗波從Z1進入(jìnrù)Z2時在A點的折射系數電纜線的波阻抗電纜線的波速電纜在B點開路所以折、反射系數波從Z2進入Z1時在A點的反射系數波從A點到達B點所需要的時間38us時B點經過兩次電壓升高且B點電壓已到達M點，故M點電壓第二十四頁，共40頁。7-1為了保護煙囪及附近的構筑物，在一高73m的煙囪上裝一根長2m的避雷針，煙囪附近構筑物的高度(gāodù)及相對位置如圖，試計算各構筑物是否處于該避雷針的保護范圍之內。解：避雷針高度h=73+2=75m所以高度修正(xiūzhèng)系數對左側構筑物，其高度所對應水平面上的保護(bǎohù)半徑所以左側構筑物在該避雷針保護范圍之內對右側構筑物，其高度所對應水平面上的保護半徑所以右側構筑物不在該避雷針保護范圍之內第二十五頁，共40頁。7-2校驗(xiàoyàn)習題圖-14所示鐵塔結構是否能保證各相導線都受到避雷線的有效保護。解：因為避雷線高度h<30m，所以高度修正系數P=1邊相導線(dǎoxiàn)高度：hx=28.4-2.15-3.18=23.07m在此高度的水平面上，避雷線側面保護寬度為：因為(yīnwèi)所以邊相導線可以受到保護兩根避雷線內側保護范圍（圓弧的低點）高點大于中相導線高度（23.07m）,所以也能受到有效保護綜上可知，各相導線均能受到有效保護第二十六頁，共40頁。8-1某平原地區(qū)220kV架空線路所采用的桿塔形勢及尺寸如圖所示。各有關(yǒuguān)數據如下：避雷線半徑rg=5.5mm，其懸點高度hg=32.7m；上相導線懸點高度hw(U)=25.7m;下相導線懸點高度hw(L)=20.2m;避雷線在15℃時的弧垂fg=6.0m;導線在15℃時的弧垂fw=10.0m;線路長度L=120km;絕緣子串：13×X-4.5型盤型絕緣子，其沖擊放電電壓U50%=1245kV；每片絕緣子的高度H=0.146m;桿塔的沖擊接地電阻Ri=10Ω;線路所在(suǒzài)地區(qū)的雷暴日數Td=50。求這條線路的耐雷水平、雷擊跳閘率及實際年累計跳閘次數。解：（1）年總落雷(luòl(fā)éi)次數該線路只有一條避雷線，故等效受雷寬度第二十七頁，共40頁。該線路的年總落雷(luòl(fā)éi)次數（2）繞擊導線(dǎoxiàn)時的耐雷水平及跳閘次數避雷線對邊相導線(dǎoxiàn)的保護角繞擊率繞擊時線路的耐雷水平雷電流大于I2的概率建弧率第二十八頁，共40頁。繞擊跳閘(tiàozhá)次數（3）反擊(fǎnjī)導線時的耐雷水平及跳閘次數離避雷線最遠的一相導線(dǎoxiàn)的和避雷線間的互波阻避雷線自波阻兩者之間的幾何耦合系數考慮電暈影響后的耦合系數塔身電感該導線橫擔處的高度第二十九頁，共40頁。分流(fēnliú)系數反擊(fǎnjī)時的耐雷水平該導線(dǎoxiàn)平均對地高度反擊跳閘次數年累計跳閘次數第三十頁，共40頁。8-3某變電所的一支獨立(dúlì)避雷針與鄰近構架的相對位置及其接地裝置的結構如圖所示。（1）試估算此獨立避雷針的沖擊接地電阻（設該處土壤電阻率ρ=500Ω●m）;（2）從避雷針不向構架發(fā)生反擊(fǎnjī)的條件來看，此接地裝置能否滿足要求？解：（1）查表7-5，得此避雷針的沖擊(chōngjī)接地電阻（2）地上部分不發(fā)生反擊的條件所以此接地裝置滿足要求第三十一頁，共40頁。解：進波的空間(kōngjiān)陡度避雷器到變壓器的最大電氣(diànqì)距離第三十二頁，共40頁。9-3一根波阻抗為Z，長度為l的末端開路導線預先充電到某一電壓“+Uφ”,現(xiàn)將該導線突然合閘到某一電壓等于“-Uφ”的直流電源上去，如圖所示。（1）試繪出不同瞬間(shùnjiān)的電壓波與電流波沿線分布圖（時間繪到末端第二次反射波抵達線路中點M瞬間(shùnjiān)為止）；（2）試繪出該線的開路末端B和中點M的電壓和電流隨時間而變化的波形圖[取開關合閘瞬間(shùnjiān)為時間起點（t=0），以τ(=l/v)作為時間的單位，其中v為波速]。解：(1)令τ=l/va)合閘后，線路電壓變?yōu)?Uφ，相當于一個幅值為-2Uφ的電壓波和幅值為-2Uφ/Z的電流波從首端(shǒuduān)向末端傳播0<t<τ-Uφ+UφBi=-2Uφ/ZM第三十三頁，共40頁。-Uφ-3UφBMτ<t<2τ末端(mòduān)發(fā)生全反射，-4Uφ+Uφ=-3Uφ2τ<t<3τ-Uφ-3UφBM3τ<t<4τ-Uφ+UφBMi=0i=2Uφ/Zi=0第三十四頁，共40頁。(2)B點電壓(diànyā)波形0t-Uφ-3Uφ+Uφτ2τ3τ4τ第三十五頁，共40頁。9-4一臺220kV、120MVA的三相(sānxiānɡ)電力變壓器，其空載激磁電流等于額定電流的2%，高壓繞組每相對地電容C=5000pF。求切除這樣一臺空載變壓器時可能引起的最大過電壓倍數。（提示：最大可能截流值為空載激磁電流的幅值）解：空載激磁(jīcí)電流變壓器的激磁(jīcí)電感切除該空載變壓器時產生的最大電壓極限值相應的過電壓倍數第三十六頁，共40頁。10-1一座500kV變電所，所用避雷器在雷電沖擊波下的保護特性為：（1）10kA下的殘壓為1100kV；（2）標準沖擊全波下的放電電壓峰值為840kV；（3）陡波放電電壓峰值為1150