高电压技术课后习题答案.docx
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高电压技术课后习题答案
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%中击放电电压；（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%中击放电电压：
使间隙击穿概率为50%勺冲击电压，也称为50%中击击穿电压；
（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
d111Leer▲
naee59874
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1cm和1mm勺光滑导线
的电晕起始场强。
解:
对半径为1cm的导线
0303
Ec30m3
（1）3011
（1）39（kV/cm）
<'rSv''11
对半径为1mm勺导线
Ec3011（1—0.3）58.5（kV/cm）
211
答:
半径1cm导线起晕场强为39kV/cm,半径1mm导线起晕场强为
cm
1-10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。
1-11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。
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。
P32
解：
d=2cm的均匀电场气隙平均击穿场强为
j—1-d11—（kV/cm）
答：
标准大气条件下的平均击穿场强为cm2-3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为土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）/
（1800308（cm）
75
U50%d
110）/6
对负极性雷电冲击：
U50%1106d
（11
取两者中较大者308cm
答：
线间距离至少应为
800
308cm
282（cm）
P38
2-4在p=755mmHgt=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标准大气条件下的击穿电压值。
解：
在p=755mmH-gt=33条件下的空气相对密度为：
p7551
10
27333
t760
由于衣处于〜-
UU
UU_（kV）
00
答：
该气隙在标准大气条件下的击穿电压值为
2-5
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：
1
UKaU12604
a10300010
4
pH260
325（kV）
答：
出厂试验电压值应增大到325kVo
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，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:
D2R
2
Ug
x
ma
2
2
刀1000
30-
（cm）
c
答：
该球形电极应有的直径为
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=1400MD;C2=3000pF、R2=2100也。
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，电压按电容反比分配
U1
C2
即
U
C
，可得
2
1
C2
U
3000
40
3
U
10
1
C
C
1
2
42003000
50/3
（kV）
R1ci—
1
U
II
R2C2二
Ir
U1
U2
C1上的电荷Q1C1U1
4200
12
10
50/3103
70（C）
C2上的电荷QC2I2C2（UU）
12
300010（40
50/3）103
70（C）
U为直流，所以
C1和C2可视为开
（2）稳态时，因为作用电压
路，流过绝缘的电导电流由总电阻决定，即
403
10
800
（A）
（14002100）6—
107
此时C1上的电压与R1上的电压相等，即
16（kV
U1400
11
C1上的电荷
QCU
4200
111
C2上的电荷
RI
1067）
（80/
1
2
10
10
QC2U2
300010
16
（40
16）
C）
10
72（C
3-3某设备对地电容C=3200pF,工频下的tg3=，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
232
PUCtg（3210）314320010
（W）
所吸收的无功功率为
1030Va
tgr
（2）在绝缘的并联等值电路中，有
tg
（M）
1
i
3142
320010
（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tgCSr
可得串联等值电阻
rtg
3143200
（k）
一102
s
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求油中的电场强度各比没有屏障时提高多少倍？
（设油的er1=2，屏障的er2=4）
解：
没有屏障时油中的电场强度为
E1Ed
r1E
d
U
300
100（kV/cm
E
）
0
301
d
10
放置厚度为di的屏障时（令
d为未放屏障时的间隙距离，E1为油
中
的电场强度，E2为屏障中的电场强度）
联立解得油中的电场强度为
d1=3mm寸，E
i
300
1r
2r1
42（3
/—（kV/cm）
此时油中电场强度提高的倍数为
EE0
E
100
d1=10mn9寸，
^^^3O0^=j12O（kV/cm
21（31））
此时油中电场强度提高的倍数为
E120
E100
10
4-1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。
4-4根据绝缘预防性试验的结果来判斷电气设备绝缘状态时，除了要重视每一项试验的结果外・为什么还要进行综台分析判断？
当其中个别试验项目不台格宁达不到规程的有关要求时，应如何处理刊
答：
P89・
51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
I2fCU103
3
40010（A）
2
504103
该试验变压器的输出功率为
P
12
401
23
323
2
fCU0504
10
00200（kVA）
5-2当习图-4中的球隙F击穿时，试验变压器
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，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/2
T的初级绕组所接的
习图・4题5-2图
图中】AVt380V/0-400V；T：
400V/100kVi
F：
^6.25cm»
400（V）
100
5-6为什么选用球隙而不是其他形状的间隙（特别是消除了边缘效应的平板电极）？
答:
P108
6-1条电容为0.0077切F/k叽电感为（k933mH/km的架空线路和…根电容为
0,187pF/km.电廡为的电缆相连°当•峰值光50kV的电斥波沿若电缆传播到架空线上去，求节点上的电庄峰值竹
解：
架空线路的波阻抗Z1为
103
10
346（）
6
电缆线路的波阻抗Z2为
L-
2
C2
10
3
10
29（）
节点上的电压峰值为
Ui
2乙
Ui
346。
（kV）
Z1Z2
34629
2
5
6-3一幅值等于1000A的冲击电流波从一条波阻抗Z】=5000的架空线路流人一根波阻抗乙=500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R=loon（习图-6儿试求：
解：
：
根据彼得逊法则可得等值电路如图所示，回路总电流r<-■'
I）漩辽耀詩溜2◎厳憶巻汕2600
0
Z（Z/4）
6-7在一董长架牢输电线（淤职抗与•座变电所之间接有•段长：
km.波阻抗为800的电缆段，设变电所中冬种设备的影响相肖于一只1000DH的电阻〉在架空线上出现了一个幅值为90kV的空压波并传入电缆和变电所，波在该电缆中的传播速度约为13km/盼问在设备节点E（0图-9）上出现第二次电压升向时.该处电压为若十？
又出现这一现象与原始波到达梨空线和电缆间节点A的瞬间°相漏名少时间节
<3）因反射而返回架空线的功率和串联电阻所吸收的功率。
z.
2Uq
5=1OkV
—
2]
匕IS
也=10题6・8图
厂J~
习图76题―1图
8-5安装在终端变电所的220kV变压器的冲击耐压水平U“=945kV,220kV阀式避雷器的冲击放电电压U“=630kV。
设进波陡度a=450kV/Ms,求避雷器安装点到变压器的最大容许电气距离
习图题9-3图
片型绝缘子的泄露距离Lo=29cm;
型绝缘子串的雷电冲击放电电压UCFO=100+（kV），式中n—片数］
解：
（1）求绝缘子串应有的片数
取13片
按工作电压要求num220
1KL1~~29
e0
按操作过电压要求，该绝缘子串应有的工频湿闪电压幅值为
682
14
2202
J
682kV
60
n
nn,
取12片
对悬垂绝缘子串，再增加一片零值绝缘子，得
121
所以绝缘子片数应取13
13片
（2）工作电压要求的塔头净空气间距so的工频击穿电压幅值为
2202
UU
50〜13
按照《110〜750kV架空输电线路设计技术规定条文说明》
dU50/1000/1000
50~
即so=
操作过电压的塔头净空气间距ss的50%E极性击穿电压为
220
U
50%6）
对应的等值工频击穿电压为
UU50%s）
e50（~
）
操作过电压要求的塔头净空气间距
U
e50（~）
/100
0
雷电过电压的塔头净空气间距SI的50%&穿电压
为UcF（=100+（kV）=
按照《110〜750kV架空输电线路设计技术规定条文说明》雷电过电压的塔头净空气间距si
UCFO
SI15
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