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文檔簡(jiǎn)介
1、1,第一章作業(yè),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)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5
2、0%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,2,1-2湯遜理論與流注理論對(duì)氣體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
3、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)電場(chǎng)氣隙中,電子碰撞電離系數(shù)=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)陽極的電子崩中的電子數(shù)目為59874個(gè),3,1-5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
4、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,4,1-11 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
5、被水分子俘獲形成負(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
6、均勻和表面的粗糙不平,5,第二章作業(yè),2-1試用經(jīng)驗(yàn)公式估算極間距離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)媒?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,6,2-4 在p=755mmHg,t=33的條件下測(cè)得一氣隙的擊穿電壓峰值為108kV,
7、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)密度為,由于處于0.951.05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,7,2-6 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,試決定該球
8、形電極應(yīng)有的直徑。P40 解:球形電極應(yīng)有的直徑為,答:該球形電極應(yīng)有的直徑為94.2cm,8,第三章作業(yè),3-1 某雙層介質(zhì)絕緣結(jié)構(gòu),第一、二層的電容和電阻分別為: C1=4200pF,R1=1400M;C2=3000pF、R2=2100M。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C1上的電荷,9,C2上的電荷,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,流過絕緣的電導(dǎo)電流
9、由總電阻決定,即,此時(shí)C1上的電壓與R1上的電壓相等,即,C1上的電荷,C2上的電荷,10,3-3 某設(shè)備對(duì)地電容C=3200pF,工頻下的tg=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和所消耗的有功功率各為多少? (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為,所吸收的無功功率為,11,2)在絕緣的并聯(lián)等值電路中,有,3)在絕緣的串聯(lián)等值電路和并聯(lián)等值電路中,等值電容近似相等,即Cs=Cp=C=3200pF,因此,對(duì)串聯(lián)等值電
10、路,由,可得串聯(lián)等值電阻,12,3-6 一充油的均勻電場(chǎng)間隙距離為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r1=2,屏障的r2=4) 解:沒有屏障時(shí)油中的電場(chǎng)強(qiáng)度為,放置厚度為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)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,13,d1=10mm時(shí),此時(shí)油中電場(chǎng)強(qiáng)度提高的倍數(shù)為,14,第四章作業(yè),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
11、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,15,答:P89,16,第五章作業(yè),解:進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)時(shí)流過試品的電流為,該試驗(yàn)變壓器的輸出功率為,17,5-2 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
12、為變壓器 高壓側(cè)交流電壓峰值, 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形狀的間隙(特別是消除了邊緣效應(yīng)的平板電極)? 答:P108,18,第六章作業(yè),解:架空線路的波阻抗Z1為,電纜線路的波阻抗Z2為,節(jié)點(diǎn)上的電壓峰值為,19,解:根據(jù)彼得遜法則可得等值電路如圖所示,回路總電流,母線上的電壓幅值,20,解:根據(jù)彼得遜法則可得等值電路如圖所示,回路總電流,1)進(jìn)入電纜的電流波幅值,進(jìn)入電纜的電壓波幅值,21,2)架空線上的電壓反射波幅值,架空線上的電流反射波幅值,3)流過避雷器的電流幅值,22,解:根據(jù)彼得遜法則,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,
13、23,解:波從Z1進(jìn)入Z2時(shí)的折射系數(shù),B點(diǎn)的折、反射系數(shù),B點(diǎn)電壓出現(xiàn)第二次電壓升高時(shí)的電壓,距離原始波到達(dá)A點(diǎn)的時(shí)間為,波從Z2進(jìn)入Z1時(shí)的反射系數(shù),24,6-8 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)直角波沿架空線傳入電纜,試計(jì)算在原始,波抵達(dá)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),
14、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,25,7-1 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)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),26,7-2 校驗(yàn)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h30m,
15、所以高度修正系數(shù)P=1 邊相導(dǎo)線高度: 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)?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),27,8-1 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)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=10.0
16、m; 線路長(zhǎng)度L=120km; 絕緣子串:13X-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=10; 線路所在地區(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)年總落雷次數(shù),該線路只有一條避雷線,故等效受雷寬度,28,該線路的年總落雷次數(shù),2)繞擊導(dǎo)線時(shí)的耐雷水平及跳閘次數(shù),避雷線對(duì)邊相導(dǎo)線的保護(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,29,繞擊跳閘次數(shù),3)反擊導(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)線的和避雷線間的互波阻,避雷線自波阻,兩者之間
17、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,30,分流系數(shù),反擊時(shí)的耐雷水平,該導(dǎo)線平均對(duì)地高度,反擊跳閘次數(shù),年累計(jì)跳閘次數(shù),31,8-3 某變電所的一支獨(dú)立避雷針與鄰近構(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=500m); (2)從避雷針不向構(gòu)架發(fā)生反擊的條件來看,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,32,解:進(jìn)波的空間陡度,避雷器到變壓器的最大電氣距離,33,9-3 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
18、某一電壓“+U”, 現(xiàn)將該導(dǎo)線突然合閘到某一電壓等于“-U”的直流電源上去,如圖所示。 (1)試?yán)L出不同瞬間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)合閘瞬間為時(shí)間起點(diǎn)(t=0),以(=l/v)作為時(shí)間的單位,其中v為波速,解:(1)令=l/v a)合閘后,線路電壓變?yōu)?U,相當(dāng)于一個(gè)幅值為-2U的電壓波和幅值為-2U/Z的電流波從首端向末端傳播,0t,U,U,B,i=-2U/Z M,34,U,3U,B,M,t2,末端發(fā)生全反射,-4U+U=-3U,2t3,U,3U,B,M,3t4,U,U,B,M,i=0,i=2U/Z,i=0,35,2)B點(diǎn)電壓波形,0,t,U,3U,U,2,3,4,36,9-4 一臺(tái)220kV、120MVA的三相電力變壓器,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:空載激磁電流,變壓器的激磁電感,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),37,10-1 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;
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