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1、n1 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 冲击放电电压 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 冲击放电电压 使间隙击穿概率为50 的冲击电压 也称为 50 冲
2、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
3、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 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 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的光滑导线的 电晕起始场强 解 对半径为1cm的导线 对半径为1mm的导线 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
4、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 答 半径1cm导线起晕场强为39kV cm 半径1mm导线起晕场强为 58 5kV cm 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为高 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
5、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 第二章作业
6、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 2 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 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 对负极性雷电冲击 取两者中较大者308cm 答 标准大气条件下的平均击穿场强为29 26kV cm 答 线间距离至少应为308cm 2 4 在p 755mmHg t 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
7、击穿电压值 P38 解 在p 755mmHg t 33条件下的空气相对密度为 由于 处于0 95 1 05之间 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 答 该气隙在标准大气条件下的击穿电压值为113 2kV 答 出厂试验电压值应增大到325kV 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
8、 球形电极应有的直径为 答 该球形电极应有的直径为94 2cm 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 1400M C2 3000pF R2 2100M 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 即 可得 所以C1上的电荷 C2上的电荷 2 稳态时 因为作用电压 U为直流 所以C1和C2可视为 开路 流过绝缘 的电导电 流由总电 阻决定 即 此时C1上的电压与R1
9、上的电压相等 即 C1上的电荷 C2上的电荷 3 3 某设备对地电容C 3200pF 工频下的tg 0 01 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 所吸收的无功功率为 2 在绝缘 的并联等值电 路中 有 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 可得串联等值电 阻 3 6 一充油的均
10、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 r1 2 屏障的 r2 4 解 没有屏障时油中的电场强度为 放置厚度为d1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时 此时油中电场强度提高的倍数为 d1 10mm时 此时油中电场强度提高的倍数为 第四章作业 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 整体受潮
11、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 答 P89 第五章作业 解 进行工频耐压试验时流过试品的电流为 该试验变压器的输出功率为 5 2 当习图 4中的球隙F击穿时 试验变压器T的初级绕组所接的电压表 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79 5kV 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 5 6
12、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 第六章作业 解 架空线路的波阻抗Z1为 电缆线路的波阻抗Z2为 节点上的电压峰值为 解 根据彼得逊法则可得等值电路如图 所示 回路总电流 母线上的电压幅值 解 根据彼得逊法则可得等值电路如图 所示 回路总电流 1 进入电缆的电流波幅值 进入电缆的电压波幅值 2 架空线上的电压反射波幅值 架空线上的电流反射波幅值 3 流过避雷器的电流幅值 解 根据彼得逊法则 画出其等值电路如图所示 电阻吸收功率最大时 其值为 略 解 波从Z1进入Z2时的折射系数 B点的折 反射系数 B点电压出现第二次电压升高时的电压 距离原始波
13、到达A点的时间为 波从Z2进入Z1时的反射系数 6 8 一条架空线与一根末端开路 长1km 的电缆相连 架空线电容为11 4pF m 电 感为0 978uH M 电缆具有电容136pF m 电感0 75uH m 一幅值为10kV的无限 长直角波沿架空线传入电缆 试计算在原 始 波抵达电缆与架空线连接点A以后38us时 电缆中点M处的电压值 解 架空线的波阻抗 波从Z1进入Z2时在A点的折射系数 电缆线的波阻抗 电缆线的波速 电缆在B点开路所以折 反射系数 波从Z2进入Z1时在A点的反射系数 波从A点到达B点所需要的时间 38us时B点经过两次电压升高且B点电压已到达M点 故M点电压 7 1 为
14、了保护烟囱及附近的构筑物 在一高73m的烟囱上装一根长2m的避雷 针 烟囱附近构筑物的高度及相对位置如图 试计算各构筑物是否处于该避 雷针的保护范围之内 解 避雷针高度h 73 2 75m 所以高度修正系数 对左侧构筑物 其高度所对应水平面 上的保护半径 所以左侧构筑物在该避雷针保护范围之内 对右侧构筑物 其高度所对应水平面上的保护半径 所以右侧构筑物不在该避雷针保护范围之内 7 2 校验习题图 14所示铁塔结构是否能保证各相导线都受到避雷线 的有效保护 解 因为避雷线高度h 30m 所以高度修正系数 P 1 边相导线高度 hx 28 4 2 15 3 18 23 07m 在此高度的水平面上
15、避雷线侧面保护宽度 为 因为所以边相导线可以受到保护 两根避雷线内侧保护范围 圆弧的低点 高点 大于中相导线高度 23 07m 所以也能受到有效保护 综上可知 各相导线均能受到有效保护 8 1 某平原地区220kV架空线路所采用的杆塔形势及尺寸如图所示 各有关数据如下 避雷线半径rg 5 5mm 其悬点高度hg 32 7m 上相导线悬点高度hw U 25 7m 下相导线悬点高度hw L 20 2m 避雷线在15 时的弧垂fg 6 0m 导线在15 时的弧垂fw 10 0m 线路长度L 120km 绝缘子串 13 X 4 5型盘型绝缘子 其冲击放电电压 U50 1245kV 每片绝缘子的高度H
16、0 146m 杆塔的冲击接地电阻Ri 10 线路所在地区的雷暴日数Td 50 求这条线路的耐雷水平 雷击跳闸率及实际年累计跳闸 次数 解 1 年总落雷次数 该线路只有一条避雷线 故等效受雷宽度 该线路的年总落雷次数 2 绕击导线时的耐雷水平及跳闸次数 避雷线对边相导线的保护角 绕击率 绕击时线路的耐雷水平 雷电流大于I2的概率 建弧率 绕击跳闸次数 3 反击导线时的耐雷水平及跳闸次数 离避雷线最远的一相导线的和避雷线间的互波阻 避雷线自波阻 两者之间的几何耦合系数 考虑电晕影响后的耦合系数 塔身电感 该导线横担处的高度 分流系数 反击时的耐雷水平 该导线平均对地高度 反击跳闸次数 年累计跳闸次数 8 3 某变电所的一支独立避雷针与邻近构架的相对位置及其接地装置 的结构如图所示 1 试估算此独立避雷针的冲击接地 电阻 设该处土壤电阻率 500 m 2 从避雷针不向构架发生反击的条 件来看 此接地装置能否满足要求 解 1 查表7 5 得 此避雷针的冲击接地电阻 2 地上部分不发生反击的条件 所以此接地装置满足要求 解 进波的空间陡度 避雷器到变压器的最大电气距离 9 3 一根波阻抗为Z 长
