大高電壓技術(shù)課后答案ppt課件

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(chǎn)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)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%

2、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。,1,1-2湯遜理論與流注理論對氣體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

3、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的均勻電場電場氣隙中，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)，求到達陽極的電子崩中的電子數(shù)目。 解：到達陽極的電子崩中的電子數(shù)目為,答：到達陽極的電子崩中的電子數(shù)目為59874個。,2,1-5近似估算標準大氣條件下半徑分別為1cm和1mm的光滑導線的電暈起始場強。 解：對半徑為1cm的導線,對半徑為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(luò)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

4、影響的復雜過程，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,3,1-11 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(luò)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(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，大氣中的水分子增多，自由電子

5、易于被水分子俘獲形成負離子，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）氣壓很大時電子的自由行程變小，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(luò)電壓顯著地低于純氣隙的擊穿電壓是因為沿固體介質(zhì)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(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(zhì)表

6、面電阻不均勻和表面的粗糙不平。,4,第二章作業(yè),2-1試用經(jīng)驗公式估算極間距離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(shè)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，試利用經(jīng)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。,5,2-4 在p=755mmHg，t=33的條件下測得一氣隙的擊穿電壓峰

7、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的地方運行，問出廠時（工廠位于平原地區(qū)）的試驗電壓影增大到多少？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。,6,2-6 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(shè)空氣的電氣強度E0=3

8、0kV/cm，試決定該球形電極應有的直徑。P40 解：球形電極應有的直徑為：,答：該球形電極應有的直徑為94.2cm。,7,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(jié)構(gòu)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C1上的電荷,8,C2上的電荷,（2）穩(wěn)態(tài)時，因為作用電壓U為直流，所以C1和C

9、2可視為開路，流過絕緣的電導電流由總電阻決定，即,此時C1上的電壓與R1上的電壓相等，即,C1上的電荷,C2上的電荷,9,3-3 某設(shè)備對地電容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,10,（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

10、=3200pF。,因此，對串聯(lián)等值電路，由,可得串聯(lián)等值電阻,11,3-6 一充油的均勻電場間隙距離為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(shè)油的r1=2，屏障的r2=4） 解：沒有屏障時油中的電場強度為,放置厚度為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)立解得油中的電場強度為,d1=3mm時，,此時油中電場強度提高的倍數(shù)為,12,d1=10mm時，,此時油中電場強度提高的倍數(shù)為,13,第四章作業(yè),4-1 測量絕緣電阻能發(fā)現(xiàn)那些絕緣缺陷？試比較它與

11、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。,14,答：P89.,15,第五章作業(yè),解：進行工頻耐壓試驗時流過試品的電流為,該試驗變壓器的輸出功率為,16,5-2 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(shù)為若干？ 答：查附錄球隙放電電壓表 可知

12、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， 所以變壓器初級繞組電壓表 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的平板電極）？ 答：P108,17,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)點上的電壓峰值為,18,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,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,（1）進入電纜的電流波幅值,進入電纜的電壓波幅值,20,（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,21,解：根據(jù)彼得遜法則，畫出

13、其等值電路如圖所示。電阻吸收功率最大時，其值為,略,22,解：波從Z1進入Z2時的折射系數(shù),B點的折、反射系數(shù),B點電壓出現(xiàn)第二次電壓升高時的電壓,距離原始波到達A點的時間為,波從Z2進入Z1時的反射系數(shù),23,6-8 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的無限長直角波沿架空線傳入電纜，試計算在原始,波抵達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Z2時在A點的折射系數(shù),電纜線的波阻抗,電纜線的波速,電纜在B點開路

14、所以折、反射系數(shù),波從Z2進入Z1時在A點的反射系數(shù),波從A點到達B點所需要的時間,38us時B點經(jīng)過兩次電壓升高且B點電壓已到達M點，故M點電壓,24,7-1 為了保護煙囪及附近的構(gòu)筑物，在一高73m的煙囪上裝一根長2m的避雷針，煙囪附近構(gòu)筑物的高度及相對位置如圖，試計算各構(gòu)筑物是否處于該避雷針的保護范圍之內(nèi)。,解： 避雷針高度h=73+2=75m 所以高度修正系數(shù),對左側(cè)構(gòu)筑物，其高度所對應水平面上的保護半徑,所以左側(cè)構(gòu)筑物在該避雷針保護范圍之內(nèi),對右側(cè)構(gòu)筑物，其高度所對應水平面上的保護半徑,所以右側(cè)構(gòu)筑物不在該避雷針保護范圍之內(nèi),25,7-2 校驗習題圖-14所示鐵塔結(jié)構(gòu)是否能保證各相導

15、線都受到避雷線的有效保護。,解： 因為避雷線高度h30m，所以高度修正系數(shù)P=1 邊相導線高度： hx=28.4-2.15-3.18=23.07m 在此高度的水平面上，避雷線側(cè)面保護寬度為：,因為,所以邊相導線可以受到保護,兩根避雷線內(nèi)側(cè)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,26,8-1 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(guān)數(shù)據(jù)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

16、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：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、雷擊跳閘率及實際年累計跳閘次數(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,27,該線路的年總落雷次數(shù),（2）繞擊導線時的耐雷水平及跳閘次數(shù),避雷線對邊相導線的保護角,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,28,繞擊跳閘次數(shù),（3）反擊導線時的耐雷水平及跳閘次數(shù)

17、,離避雷線最遠的一相導線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,該導線橫擔處的高度,29,分流系數(shù),反擊時的耐雷水平,該導線平均對地高度,反擊跳閘次數(shù),年累計跳閘次數(shù),30,8-3 某變電所的一支獨立避雷針與鄰近構(gòu)架的相對位置及其接地裝置的結(jié)構(gòu)如圖所示。,（1）試估算此獨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,31,解：進波的空間陡度,避雷器到變壓器的

18、最大電氣距離,32,9-3 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“+U”, 現(xiàn)將該導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）試繪出不同瞬間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(guān)合閘瞬間為時間起點（t=0），以(=l/v)作為時間的單位，其中v為波速。,解：(1)令=l/v a)合閘后，線路電壓變?yōu)?U，相當于一個幅值為-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,33,-U,-3U

19、,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=0,34,(2)B點電壓波形,0,t,-U,-3U,+U,2,3,4,35,9-4 一臺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(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產(chǎn)生的最大電壓極限值,相應的過電壓倍數(shù),36,10-1 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；