高電壓技術第四版習題答案

高電壓技術第四版習題答案高電壓技術第四版習題答案高電壓技術第四版習題答案xxx公司高電壓技術第四版習題答案文件編號：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準審核制定方案設計，管理制度第一章

1‐1

極化種類電子式極化離子式極化偶極子極化夾層極化產(chǎn)生場合所需時間能量損耗無幾乎沒有有有產(chǎn)生原因束縛電子運行軌道偏移離子的相對偏移偶極子的定向排列自由電荷的移動任何電介質(zhì)-15s離子式結構電介質(zhì)-13s極性電介質(zhì)-10～10-2s多層介質(zhì)的交界面-1s～數(shù)小時1‐4

金屬導體

氣體，液體，固體

電導形式

（自由電子）電子電導

電導率γ很大（自由電子、正離子、負離子、雜質(zhì)電導、自身離解、雜質(zhì)、離子）

γ很小離子電導

ρ很大金屬導電的原因是自由電子移動；電介質(zhì)通常不導電，是在特定情況下電離、化學分解或熱離解出來的帶電質(zhì)點移動導致。

1‐6

由于介質(zhì)夾層極化，通常電氣設備含多層介質(zhì)，直流充電時由于空間電荷極化作用，電荷在介質(zhì)夾層界面上堆積，初始狀態(tài)時電容電荷與最終狀態(tài)時不一致；接地放電時由于設備電容較大且設備的絕緣電阻也較大則放電時間常數(shù)較大（電容較大導致不同介質(zhì)所帶電荷量差別大，絕緣電阻大導致流過的電流小，界面上電荷的釋放靠電流完成），放電速度較慢故放電時間要長達5～10min。

補充：

圖中C1

代表介質(zhì)的無損極化（電子式和離子式極化），C2

—R2

代表各種有損極化，而R3則代表電導損耗。

圖1－4－2中，Rlk為泄漏電阻；Ilk為泄漏電流；Cg為介質(zhì)真空和無損極化所形成的電容；Ig為流過Cg的電流；Cp為無損極化所引起的電容；Rp為無損極化所形成的等效電阻；Ip為流過Rp－Cp支路的電流，可以分為有功分量Ipr和無功分量Ipc。

Jg為真空和無損極化所引起的電流密度，為純?nèi)菪缘?；Jlk為漏導引起的電流密度，為純阻性的；Jp為有損極化所引起的電流密度，它由無功部分Jpc和有功部分Jpr組成。容性電流Jc與總電容電流密度向量J之間的夾角為δ，稱為介質(zhì)損耗角。介質(zhì)損耗角簡稱介損角δ，為電介質(zhì)電流的相角領先電壓相角的余角，功率因素角?的余角，其正切tgδ稱為介質(zhì)損耗因素，常用％表示，為總的有功電流密度與總無功電流密度之比。

第二章

掌握：

1.平均自由行程的概念，四種電離的基本原理，表面電離的四種形式、負離子的產(chǎn)生，去游離的三種形式。

2.湯遜理論和流注理論的放電機理，發(fā)展過程，自持放電條件，應用范圍及二者區(qū)別；巴申曲線及其含義，物理解釋

3.電暈放電的物理機理，基本過程，優(yōu)缺點，消除措施。

4.極性效應的概念，機理

2‐2

湯遜理論認為，當pd較小時，電子的碰撞電離和正離子撞擊陰極造成的表面電離起著主要作用，氣隙的擊穿電壓大體上是pd的函數(shù)。忽略了帶電質(zhì)點改變電場分布及光電離（1.湯遜理論沒有考慮電離出來的空間電荷會使電場畸變，從而對放電過程產(chǎn)生影響。2.湯遜理論沒有考慮光子在放電過程中的作用，即空間光電離和陰極表面光電離）。

流注理論認為電子碰撞電離和空間光電離是維持自持放電的主要因素，并強調(diào)了空間電荷畸變電場的作用（充分注意到了空間電荷對電場畸變的作用）。

。。。。。。。湯森德放電機理在較均勻電場和

的范圍內(nèi)有效。

δ?S

<cmδ?S流注放電機理在不均勻電場和

>

c

m

的范圍內(nèi)有效。

補充1：

巴申（帕邢）定律的實驗曲線的物理意義：

假設S保持不變，當壓強P(氣體密度δ)增大時，電子的平均自由行程縮短了，相鄰兩次碰撞之間，電子積聚到足夠動能的幾率減小了。反之，當壓強P(氣體密度δ)減小時，電子在碰撞前積聚到足夠動能的幾率雖然增大了，但氣體很稀薄，電子在走完全程中與氣體分子相撞的總次數(shù)卻減到很小

，Ub所以會增大。

同樣，可假設壓強P(氣體密度δ)保持不變。S值增大時，欲得一定的場強，電壓必須增大。當S值減到過小時，場強雖大增，但電子在走完全程中所遇到的撞擊次數(shù)己減到很小。故要求外加電壓增大，才能擊穿。

U形曲線（在兩者之間，總存在一個壓強P(氣體密度δ)對造成撞擊電離最有利，此時Ub最小。）

補充2：

電暈產(chǎn)生的物理機理是：電暈放電是極不均勻電場中的一種自持放電現(xiàn)象，在極不均勻電場中，在氣體間隙還沒有擊穿之前，在電極曲率較大的附近的空間的局部的場強已經(jīng)很大了，從而在這局部強場中產(chǎn)生強烈的電離，但離電極稍遠處場強已大為減弱，故此電離區(qū)域不能擴展到很大，只能在電極的表面產(chǎn)生放電的現(xiàn)象。電暈放電的危害主要表現(xiàn)在這幾個方面：1）伴隨著游離、復合、激勵、反激勵等過程而有聲、光、熱等效應，發(fā)出“咝咝”的聲音，藍色的暈光以及使周圍氣體溫度升高等。2）在尖端或電極的某些突出處，電子和離于在局部強場的驅(qū)動下高速運動，與氣體分子交換動量，形成“電風”。當電極固定得剛性不夠時，氣體對“電風”的反作用力會使電暈極振動或轉(zhuǎn)動。3）電暈會產(chǎn)生高頻脈沖電流，其中還包含著許多高次諧波，這會造成對無線電的干擾。4）電暈產(chǎn)生的化學反映產(chǎn)物具有強烈的氧化和腐蝕作用，所以，電暈是促使有機絕緣老化的重要因素。5）電暈還可能產(chǎn)生超過環(huán)保標準的噪聲，對人們會造成生理、心理的影響。6）電暈放電，會有能量損耗。減少電暈放電的根本措施在于降低電極表面的場強，具體的措施有：改進電極形狀、增大電極的曲率半徑，采用分裂導線等。補充3：

無論是長氣隙還是短氣隙，擊穿的發(fā)展過程都隨著電壓極性的不同而有所不同，即存在極性效應。

1）機理當棒極為正時，電子崩從棒極開始發(fā)展（因為此處的電場強度較高），電子迅速進入陽極（棒極），離子運動速度慢，棒極前方的空間中留下了正離子，使電場發(fā)生了畸變，見趙智大，p18、圖1－12，使接近棒極的電場減弱、前方電場增強，因此，正極性時放電產(chǎn)生困難但發(fā)展比較容易，擊穿電壓較低。當棒極為負時，電子崩仍然從棒極（因為此處的電場強度較高），電子向陽極（板極擴散），離子相對運動速度較慢，畸變了電場，見趙智大，p18，圖1－13，使接近棒極的電場增強，前方電場減弱，因此，負極性時放電產(chǎn)生容易但發(fā)展比較困難，擊穿電壓較高。正極性時放電產(chǎn)生困難但發(fā)展比較容易，擊穿電壓較低。負極性時放電產(chǎn)生容易但發(fā)展比較困難，擊穿電壓較高。對于極不均勻電場在加交流電壓在緩慢升高電壓的情況下，擊穿通常發(fā)生在間隙為正極性時。

第三章

1.

2.氣隙的伏秒特性的定義，制作，應用；基本電壓波形

3.大氣條件對氣隙擊穿電壓的影響

4.

5.提高氣隙擊穿電壓的方法

補充1：

間隙伏秒特性曲線：工程上常用在同一波形，不同幅值的沖擊電壓作用下，氣隙上出現(xiàn)的電壓最大值和放電時間的關系，稱為該氣隙的伏秒特性，表示該氣隙伏秒特性的曲線，稱為伏秒特性曲線。伏秒特性曲線在工程上有很重要的應用，是防雷設計中實現(xiàn)保護設備和被保護設備的絕緣配合的依據(jù)。補充2：

提高氣隙（氣體間隙）擊穿電壓的方法有：

1.改善電場分布。

增大電極曲率半徑（簡稱屏蔽）

減小表面場強。如變壓器套管端部加球形屏蔽罩；采用擴徑導線等

改善電極邊緣

第4/8頁

電極邊緣做成弧形

使電極具有最佳外形。

如穿墻高壓引線上加金屬扁球

2.高真空的采用

削弱間隙中的碰撞電離過程，從而顯著增高間隙的擊穿電壓

高真空中擊穿機理發(fā)生了改變：撞擊電離的機制不起主要作用，而擊穿與強場發(fā)射有關

應用：真空斷路器中用作絕緣和滅弧。

3.高氣壓的采用

減小電子的平均自由行程，削弱電離過程

例：大氣壓力下空氣的電氣強度僅約為變壓器油的1/5～1/8，提高壓力至1～，空氣的電氣強度和一般的液、固態(tài)絕緣材料如變壓器油、電瓷、云母等的電氣強度相接近

壓縮空氣絕緣及其它壓縮氣體絕緣在一些電氣設備中已得到采用

如：高壓空氣斷路器、高壓標準電容器等

4.高電氣強度氣體的采用

含鹵族元素的氣體化合物，如六氟化硫（SF6）、氟利昂（CCl2F2）等，其電氣強度比空氣的要高很多。

第四章

掌握：小橋理論

補充1：

液體熱擊穿的發(fā)生過程：

1)液體中的雜質(zhì)在電場力的作用下，在電場方向定向，并逐漸沿電力線方向排列成雜質(zhì)的“小橋”；

2)水分及纖維等的電導大，引起泄漏電流增大、發(fā)熱增多，促使水分汽化、氣泡擴大；

3)液體電介質(zhì)最后在氣體通道中發(fā)生擊穿。

第五章

掌握：

耐壓實驗和檢查性實驗1.絕緣電阻與吸收比的測量：兆歐表原理、接線，絕緣電阻、吸收比、極化指數(shù)，可發(fā)現(xiàn)的缺陷。2.泄露電流的測量：原理、接線，微安表的位置，可發(fā)現(xiàn)的缺陷。3.介質(zhì)損耗角正切的測量：原理、接線、測量方法，正、反接線的使用場合，抗干擾措施。

5‐1

非破壞性試驗，即檢查性試驗，包含的種類：絕緣電阻試驗、介質(zhì)損耗角正切試驗、局部放電試驗、絕緣油的氣相色譜分析等

5‐2

補充1：

P130圖5‐1‐2用兆歐表測套管絕緣的接線圖。

端子G的作用：防止從法蘭沿套管表面的泄露電流也將流過線圈，使得兆歐表第5/8頁的指示只反映套管的體積絕緣電阻。

第六章

掌握：

1.工頻高壓試驗基本內(nèi)容，電路原理2.直流高壓試驗基本內(nèi)容3.沖擊電壓發(fā)生器基本原理，單邊高效回路，掌握基本實驗電路。

第七章

掌握：

1．輸電線路的波過程掌握波沿均勻無損單導線的傳播（波過程的概念，電“大”、“小”系統(tǒng)，電報方程，波過程的四個基本規(guī)律，波阻抗和波速的概念，波的折射與反射（折返射定理和推倒），彼得遜法則，波穿過串聯(lián)電感與通過并聯(lián)電容，波的多次折射與反射（網(wǎng)格法），波的衰減與變形（簡講）。2．繞組中的波過程掌握波作用于單繞組時引起的振蕩（入口電容的概念，初始、穩(wěn)態(tài)電位分布和最大電位包絡線，降低電位梯度的措施），三相繞組中的波過程。

7‐1

波阻抗表示分布參數(shù)線路中前行電壓波與前行電流波的比值；反行電壓波與反行電流波比值的相反數(shù)；計算公式如下Z=L0，

L0和C0表示單位長度的電C0感和電容。

波阻抗與電阻的不同：（1）波阻抗僅僅是一個比例常數(shù)，沒有長度概念，而電阻不是；（2）波阻抗吸收的功率以電磁能的形式存儲在導線周圍的媒介中，并沒有消耗；而電阻吸收的功率和能量均轉(zhuǎn)化為熱能了。

7‐3

設t＝0時刻合匝，（1）R=Z時，0<=t<l/2v時線路中間電壓為0；t>=l/2v時線路中間電壓為E。0<t<l/v時線路末端電壓為0；t>=l/v時線路末端電壓為E。（2）當R=∞時，4kl/v<=t<4kl/v+l/2v時線路中間電壓為0；4kl/v+l/2v<=t<4kl/v+3l/2v時線路中間電壓為E，4kl/v+3l/2v<=t<4kl/v+5l/2v時線路中間電壓為2E，4kl/v+5l/2v<=t<4kl/v+7l/2v時線路中間電壓為E，4kl/v+7l/2v<=t<4kl/v+4l/v時線路中間電壓為0。4kl/v<=t<4kl/v+l/v時線路末端電壓為0；4kl/v+l/v<=t<4kl/v+3l/v時線路中間電壓為2E，4kl/v+3l/v<=t<4kl/v+4l/v時線路中間電壓為0。（3）當R=0時，2kl/v<=t<2kl/v+l/2v時線路中間電壓為0；2kl/v+l/2v<=t<2kl/v+3l/2v時線路中間電壓為E，2kl/v+3l/2v<=t<2kl/v+2l/v時線路中間電壓為0。線路末端電壓一直為0。7‐9

截波產(chǎn)生電位梯度比全波更大，相當于全波加直角波，直角波幅值大、陡度高、產(chǎn)生電位梯度高。實際測量也驗證了這一點。

補充1

第6/8頁改善繞組初始電位分布的方法：1.補償對地電容影響的方法。具體做法：在繞組首端裝設電容環(huán)和電容匝。2.增大縱電容K0/dx,使繞組對地電容的影響相對減少。具體的做法：采用糾結式繞組，一般糾結式繞組的αl＝左右。

補充2

?

u

q

+

u

f

=

u

??i=iq+if導線上任何一點的電壓或電流，等于通過該點的前行波與反行波之和，

??uq=ziq前行波電壓與電流之比為+z，反行波電壓與電流之比為‐z。

=

?

?

u

f

zi

f

?補償3無窮長直角波通過并聯(lián)電容（1）劃出集中參數(shù)等值電路（2）折、反射波頭各為什么形狀（3）求出折射電壓最大值。

（3）u2qmax=2z2u1q=au1q

z1+z2第八章

掌握：雷電參數(shù)（幅值和波形，表達式，雷暴日、小時）

第九章

第7/8頁掌握：掌握耐雷水平的定義，雷擊塔頂，檔距中間和繞擊的耐雷水平表達式，掌握輸電線路的防雷措施。

補充1

避雷線的作用：吸引雷擊于避雷線而避免導線直接受雷擊，耦合作用降低導線上承受過電壓。

補充2

P272

第十章

掌握：

掌握發(fā)、變電站的直擊雷防護，變電站對入侵雷電波的防護，變電站進線段保護，旋轉(zhuǎn)電機的防雷保護。

10‐1

100kV及以上絕緣水平較高，避雷針可以裝設在架構上，但變壓器絕緣水平較低，