趙智大高電壓技術(shù)課后答案教學(xué)提綱

第一章作業(yè)(zuòyè)1-1解釋下列術(shù)語（1）氣體中的自持放電；（2）電負(fù)性氣體；（3）放電時(shí)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(dāng)外加電場(chǎng)足夠強(qiáng)時(shí)，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(fù)性氣體：電子與某些氣體分子碰撞時(shí)易于產(chǎn)生負(fù)離子，這樣的氣體分子組成的氣體稱為電負(fù)性氣體；（3）放電時(shí)延：能引起電子崩并最終導(dǎo)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(gè)有效電子所需的時(shí)間稱為統(tǒng)計(jì)時(shí)延，出現(xiàn)有效電子到間隙擊穿所需的時(shí)間稱為放電形成時(shí)延，二者之和稱為放電時(shí)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(duì)氣體(qìtǐ)放電過程和自持放電條件的觀點(diǎn)有何不同？這兩種理論各適用于何種場(chǎng)合？答：湯遜理論認(rèn)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(jù)。流注理論認(rèn)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(chǎng)明顯畸，流注理論認(rèn)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(zhǎng)間隙電場(chǎng)氣隙放電。1-3在一極間距離為1cm的均勻電場(chǎng)(diànchǎng)電場(chǎng)(diànchǎng)氣隙中，電子碰撞電離系數(shù)α=11cm-1。今有一初始電子從陰極表面出發(fā)，求到達(dá)陽極的電子崩中的電子數(shù)目。解：到達(dá)陽極的電子崩中的電子數(shù)目為答：到達(dá)陽極(yángjí)的電子崩中的電子數(shù)目為59874個(gè)。第二頁，共40頁。1-5近似估算標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下半徑分別為1cm和1mm的光滑(guānghuá)導(dǎo)線的電暈起始場(chǎng)強(qiáng)。解：對(duì)半徑為1cm的導(dǎo)線對(duì)半徑(bànjìng)為1mm的導(dǎo)線1-10簡(jiǎn)述絕緣污閃的發(fā)展機(jī)理和防止對(duì)策。答：戶外絕緣子在污穢狀態(tài)下發(fā)生的沿面閃絡(luò)稱為絕緣子的污閃。絕緣子的污閃是一個(gè)受到電、熱、化學(xué)、氣候等多方面因素影響的復(fù)雜過程，通?？煞譃榉e污、受潮、干區(qū)形成、局部電弧的出現(xiàn)和發(fā)展等四個(gè)階段。防止絕緣子發(fā)生污閃的措施主要有：（1）調(diào)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(dǎo)體釉絕緣子；（5）新型合成絕緣子。答：半徑1cm導(dǎo)線起暈場(chǎng)強(qiáng)為39kV/cm，半徑1mm導(dǎo)線起暈場(chǎng)強(qiáng)為58.5kV/cm第三頁，共40頁。1-11試運(yùn)用所學(xué)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(shí)，空氣間隙的擊穿電壓增高，而絕緣子表面的閃絡(luò)電壓下降；（2）壓縮氣體的電氣強(qiáng)度遠(yuǎn)較常壓下的氣體為高；（3）沿面閃絡(luò)電壓顯著地低于純氣隙的擊穿電壓。答：（1）大氣濕度增大時(shí)，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(fù)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(shí)，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(luò)電壓下降；（2）氣壓很大時(shí)電子的自由行程(xíngchéng)變小，兩次碰撞之間從電場(chǎng)獲得的動(dòng)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(qiáng)度也高；（3）沿面閃絡(luò)電壓顯著地低于純氣隙的擊穿電壓是因?yàn)檠毓腆w介質(zhì)表面的電場(chǎng)與純氣隙間的電場(chǎng)相比發(fā)生了畸變，造成電場(chǎng)畸變的原因有：1.固體介質(zhì)與電極表面接觸不良，存在小縫隙；2.固體介質(zhì)表面由于潮氣形成水膜，水膜中的正負(fù)離子在電場(chǎng)作用下積聚在沿面靠近電極的兩端；3.固體介質(zhì)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(jīng)驗(yàn)公式估算極間距離(jùlí)d=2cm的均勻電場(chǎng)氣隙在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)Eb。P32解：d=2cm的均勻電場(chǎng)氣隙平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)為2-3在線路設(shè)計(jì)時(shí)已確定某線路的相鄰導(dǎo)線間氣隙應(yīng)能耐受峰值為±1800kV的雷電沖擊電壓，試?yán)?lìyòng)經(jīng)驗(yàn)公式近似估計(jì)線間距離至少應(yīng)為若干？P36解：導(dǎo)線間的氣隙可以用棒-棒氣隙近似表示對(duì)正極性雷電沖擊：對(duì)負(fù)極性雷電沖擊：取兩者中較大者308cm答：標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)為29.26kV/cm答：線間距離至少應(yīng)為308cm。第五頁，共40頁。2-4在p=755mmHg，t=33的條件下測(cè)得一氣隙的擊穿電壓峰值為108kV，試近似求取該氣隙在標(biāo)準(zhǔn)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(duì)(xiāngduì)密度為：由于(yóuyú)δ處于0.95～1.05之間2-5某110kV電氣設(shè)備的外絕緣應(yīng)有的工頻耐壓水平（有效值）為260kV，如該設(shè)備將安裝到海拔3000m的地方運(yùn)行，問出廠時(shí)（工廠位于平原地區(qū)）的試驗(yàn)電壓影增大(zēnɡdà)到多少？P39解：出廠時(shí)的試驗(yàn)電壓值：答：該氣隙在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的擊穿電壓值為113.2kV。答：出廠試驗(yàn)電壓值應(yīng)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(yàn)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(shè)空氣的電氣強(qiáng)度E0=30kV/cm，試決定(juédìng)該球形電極應(yīng)有的直徑。P40解：球形電極應(yīng)有的直徑為：答：該球形電極(diànjí)應(yīng)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(zhì)(jièzhì)絕緣結(jié)構(gòu)，第一、二層的電容和電阻分別為：C1=4200pF，R1=1400MΩ；C2=3000pF、R2=2100MΩ。當(dāng)加上40kV直流電壓時(shí)，試求：（1）當(dāng)t=0合閘初瞬，C1、C2上各有多少電荷？（2）到達(dá)穩(wěn)態(tài)后，C1、C2上各有多少電荷？絕緣的電導(dǎo)電流為多大？解：（1）絕緣結(jié)構(gòu)的等值電路如圖所示：t=0合閘初瞬時(shí)，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(shí)，因?yàn)樽饔秒妷篣為直流，所以C1和C2可視為開路(kāilù)，流過絕緣的電導(dǎo)電流由總電阻決定，即此時(shí)(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(shè)備對(duì)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(shè)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(shè)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(shè)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(duì)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(chǎng)間隙距離(jùlí)為30mm，極間施加工頻電壓300kV。若在極間放置一個(gè)屏障，其厚度分別為3mm和10mm，求油中的電場(chǎng)強(qiáng)度各比沒有屏障時(shí)提高多少倍？（設(shè)油的εr1=2，屏障的εr2=4）解：沒有屏障時(shí)油中的電場(chǎng)強(qiáng)度為放置厚度(hòudù)為d1的屏障時(shí)（令d為未放屏障時(shí)的間隙距離，E1為油中的電場(chǎng)強(qiáng)度，E2為屏障中的電場(chǎng)強(qiáng)度）聯(lián)立解得油中的電場(chǎng)(diànchǎng)強(qiáng)度為d1=3mm時(shí)，此時(shí)油中電場(chǎng)強(qiáng)度提高的倍數(shù)為第十二頁，共40頁。d1=10mm時(shí)，此時(shí)油中電場(chǎng)(diànchǎng)強(qiáng)度提高的倍數(shù)為第十三頁，共40頁。第四章作業(yè)(zuòyè)4-1測(cè)量絕緣電阻能發(fā)現(xiàn)那些絕緣缺陷？試比較它與測(cè)量泄漏電流實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的異同。答：測(cè)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(yán)重受潮；兩極間有貫穿性的缺陷等。測(cè)量絕緣電阻和測(cè)量泄露電流試驗(yàn)項(xiàng)目的相同點(diǎn)：兩者的原理(yuánlǐ)和適用范圍是一樣的，不同的是測(cè)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(shí)間的變化情況，因此能比測(cè)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(jìn)行(jìnxíng)工頻耐壓試驗(yàn)時(shí)流過試品的電流為該試驗(yàn)(shìyàn)變壓器的輸出功率為第十六頁，共40頁。5-2當(dāng)習(xí)圖-4中的球隙F擊穿時(shí)，試驗(yàn)變壓器T的初級(jí)繞組所接的電壓表PV的讀數(shù)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(cè)交流電壓峰值(fēnɡzhí)，所以變壓器初級(jí)繞組電壓表讀數(shù)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(yīng)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(diǎn)上的電壓峰值為第十八頁，共40頁。解：根據(jù)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(jù)彼得遜法則可得等值電路(diànlù)如圖所示，回路總電流（1）進(jìn)入電纜(diànlǎn)的電流波幅值進(jìn)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(jù)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(shí)，其值為略第二十二頁，共40頁。解：波從Z1進(jìn)入Z2時(shí)的折射(zhéshè)系數(shù)B點(diǎn)的折、反射系數(shù)B點(diǎn)電壓出現(xiàn)(chūxiàn)第二次電壓升高時(shí)的電壓距離(jùlí)原始波到達(dá)A點(diǎn)的時(shí)間為波從Z2進(jìn)入Z1時(shí)的反射系數(shù)第二十三頁，共40頁。6-8一條架空線與一根末端開路、長(zhǎng)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(zhǎng)直角(zhíjiǎo)波沿架空線傳入電纜，試計(jì)算在原始波抵達(dá)(dǐdá)電纜與架空線連接點(diǎn)A以后38us時(shí)，電纜中點(diǎn)M處的電壓值。解：架空線的波阻抗波從Z1進(jìn)入(jìnrù)Z2時(shí)在A點(diǎn)的折射系數(shù)電纜線的波阻抗電纜線的波速電纜在B點(diǎn)開路所以折、反射系數(shù)波從Z2進(jìn)入Z1時(shí)在A點(diǎn)的反射系數(shù)波從A點(diǎn)到達(dá)B點(diǎn)所需要的時(shí)間38us時(shí)B點(diǎn)經(jīng)過兩次電壓升高且B點(diǎn)電壓已到達(dá)M點(diǎn)，故M點(diǎn)電壓第二十四頁，共40頁。7-1為了保護(hù)煙囪及附近的構(gòu)筑物，在一高73m的煙囪上裝一根長(zhǎng)2m的避雷針，煙囪附近構(gòu)筑物的高度(gāodù)及相對(duì)位置如圖，試計(jì)算各構(gòu)筑物是否處于該避雷針的保護(hù)范圍之內(nèi)。解：避雷針高度h=73+2=75m所以高度修正(xiūzhèng)系數(shù)對(duì)左側(cè)構(gòu)筑物，其高度所對(duì)應(yīng)水平面上的保護(hù)(bǎohù)半徑所以左側(cè)構(gòu)筑物在該避雷針保護(hù)范圍之內(nèi)對(duì)右側(cè)構(gòu)筑物，其高度所對(duì)應(yīng)水平面上的保護(hù)半徑所以右側(cè)構(gòu)筑物不在該避雷針保護(hù)范圍之內(nèi)第二十五頁，共40頁。7-2校驗(yàn)(xiàoyàn)習(xí)題圖-14所示鐵塔結(jié)構(gòu)是否能保證各相導(dǎo)線都受到避雷線的有效保護(hù)。解：因?yàn)楸芾拙€高度h<30m，所以高度修正系數(shù)P=1邊相導(dǎo)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(cè)面保護(hù)寬度為：因?yàn)?yīnwèi)所以邊相導(dǎo)線可以受到保護(hù)兩根避雷線內(nèi)側(cè)保護(hù)范圍（圓弧的低點(diǎn)）高點(diǎn)大于中相導(dǎo)線高度（23.07m）,所以也能受到有效保護(hù)綜上可知，各相導(dǎo)線均能受到有效保護(hù)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(shì)及尺寸如圖所示。各有關(guān)(yǒuguān)數(shù)據(jù)如下：避雷線半徑rg=5.5mm，其懸點(diǎn)高度hg=32.7m；上相導(dǎo)線懸點(diǎn)高度hw(U)=25.7m;下相導(dǎo)線懸點(diǎn)高度hw(L)=20.2m;避雷線在15℃時(shí)的弧垂fg=6.0m;導(dǎo)線在15℃時(shí)的弧垂fw=10.0m;線路長(zhǎng)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(shù)Td=50。求這條線路的耐雷水平、雷擊跳閘率及實(shí)際年累計(jì)跳閘次數(shù)。解：（1）年總落雷(luòl(fā)éi)次數(shù)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(shù)（2）繞擊導(dǎo)線(dǎoxiàn)時(shí)的耐雷水平及跳閘次數(shù)避雷線對(duì)邊相導(dǎo)線(dǎoxiàn)的保護(hù)角繞擊率繞擊時(shí)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(shù)（3）反擊(fǎnjī)導(dǎo)線時(shí)的耐雷水平及跳閘次數(shù)離避雷線最遠(yuǎn)的一相導(dǎo)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(shù)考慮電暈影響后的耦合系數(shù)塔身電感該導(dǎo)線橫擔(dān)處的高度第二十九頁，共40頁。分流(fēnliú)系數(shù)反擊(fǎnjī)時(shí)的耐雷水平該導(dǎo)線(dǎoxiàn)平均對(duì)地高度反擊跳閘次數(shù)年累計(jì)跳閘次數(shù)第三十頁，共40頁。8-3某變電所的一支獨(dú)立(dúlì)避雷針與鄰近構(gòu)架的相對(duì)位置及其接地裝置的結(jié)構(gòu)如圖所示。（1）試估算此獨(dú)立避雷針的沖擊接地電阻（設(shè)該處土壤電阻率ρ=500Ω●m）;（2）從避雷針不向構(gòu)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(jìn)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(zhǎng)度為l的末端開路導(dǎo)線預(yù)先充電到某一電壓“+Uφ”,現(xiàn)將該導(dǎo)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?yán)L出不同瞬間(shùnjiān)的電壓波與電流波沿線分布圖（時(shí)間繪到末端第二次反射波抵達(dá)線路中點(diǎn)M瞬間(shùnjiān)為止）；（2）試?yán)L出該線的開路末端B和中點(diǎn)M的電壓和電流隨時(shí)間而變化的波形圖[取開關(guān)合閘瞬間(shùnjiān)為時(shí)間起點(diǎn)（t=0），以τ(=l/v)作為時(shí)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(dāng)于一個(gè)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(diǎn)電壓(diànyā)波形0t-Uφ-3Uφ+Uφτ2τ3τ4τ第三十五頁，共40頁。9-4一臺(tái)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(duì)地電容C=5000pF。求切除這樣一臺(tái)空載變壓器時(shí)可能引起的最大過電壓倍數(shù)。（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(shí)產(chǎn)生的最大電壓極限值相應(yīng)的過電壓倍數(shù)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(hù)特性為：（1）10kA下的殘壓為1100kV；（2）標(biāo)準(zhǔn)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