1、第一章作业 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%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
2、压：使间隙击穿概率为 50%的冲击电压，也称为50%冲击击穿电压； （ 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
3、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 =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 59874111 een da 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 )k V / c m(3911 3.0111303.0130 rmE c对半径为 1mm的导线 )k
4、V / c m(5.5811.0 3.011130 cE1-10 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。 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：
5、 （ 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
6、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 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 )k V / c m(26.292/166.6155.24/66.655.24 dE b 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 1
7、800kV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： )cm(3086.5/)751800(6.575%50 ddU对负极性雷电冲击： )cm(2826/)1101800(6110%50 ddU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击穿电压值。 P38 解： 在 p=755mmHg， t=33条件
8、下的空气相对密度为： 954.033273 1755760 3.1019.29.2 tp由于 处于 0.95 1.05之间 )kV(2.113954.0 10800 UUUU2-5 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。 )kV(3252601030001.11260101.1144 HUKU pa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
9、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： )cm(2.9430 10002222 m a x cgEURD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
10、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 R 1R 2C 1C 2U 1U 2U即 1221CCUU ，可得 )(67.163/50104030004200 3000 32121kVUCC CU所以 C1上的电荷 )(70103/50104200 312111CUCQ C2上的电荷 )(7010)3/5040(103000)( 31212222CUUCUCQ （ 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 )(43.111078010)21001400( 1040 66321A
11、RR UI 此时 C1上的电压与 R1上的电压相等，即 )(1610)7/80(101400 6611 kVIRU C1上的电荷 )(2.671016104200 312111 CUCQ C2上的电荷 )(7210)1640(103000 312222 CUCQ 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
12、）该设备所吸收的有功功率为 )W(3.1001.0103200314)1032( 12232 C t gUP所吸收的无功功率为 k V a r03.1V a r103001.0 3.10 tg PQ（ 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。 )M(5.9901.0103 2 0 03 1 4 111/ 12 C t gRCRCU RUIItgCR因此，对串联等值电路，由 rCtgs 可得串联等值电阻 )k(95.9103200314 01.0 12 sCtgr3-6 一充油的均匀电场间隙距离为 30mm
13、，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 )k V / c m(1001030 300 10 dUE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） 2211 EE rr 1211 )( dEddEU 联立解得油中的电场强度为 112111rrrdddUEd1=3mm时， )k V / c m(26.1052/)3.03(4/3.023001 E此时油中电场强度提高的倍数为 0
14、526.0100 26.5001 EEEd1=10mm时， )k V / c m(1202/)13(4/123001 E此时油中电场强度提高的倍数为 2.0100 100120001 EEE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
15、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 )A(5.010400104502102 333 f C UI该试验变压器的输出功率为 )k V A(20010400104502102 32332 f C UP5-2 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 )V(9.224400100 2/5.79 U5-6 为什么选用球隙而不是其他形状的间隙（特别
16、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 )(3461000778.0 10933.0 63111 CLZ电缆线路的波阻抗 Z2为 )(2910187.0 10155.0 63222 CLZ节点上的电压峰值为 )kV(27.925029346 34622 12111 uZZZuu 解 ： 根据彼得逊法则可得等值电路如图所示，回路总电流 2 U0ZZ ZZ ZZ Z )kA(9.216/1004006002)2/()4/(20ZZZUI母线上的电压幅值 )kV(409.240060022 0 IZUU解 ： 根据彼得逊法则可得等值电路如图所示，
17、回路总电流 2 I 1 Z 1Z1R Z2)kA(875.150/10050050010002/22111ZRZZII（ 1）进入电缆的电流波幅值 )kV(5.625025.1222 ZIU进入电缆的电压波幅值 )kA(25.1322 II（ 2）架空线上的电压反射波幅值 )kV(5.4375005.621121 ZIUU架空线上的电流反射波幅值 )kA(875.0500 5.4371 11 ZUI（ 3）流过避雷器的电流幅值 )kA(625.031 II R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 )(5505050021 ZZR解：波从 Z1进入 Z2时的
18、折射系数 31804008022212 ZZ ZAB点的折、反射系数 us30100100033 vlt ABB点电压出现第二次电压升高时的电压 V21.9890)98.0321(98.131)1( 0 kUU BABAB 距离原始波到达 A点的时间为 98.01000080 801000022 RZ ZRB 98.18010000 10000222 ZR RB波从 Z2进入 Z1时的反射系数 3240080804002121 ZZ ZZA6-8 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.
19、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 )(9.292104.11 10978.0 12 6111 CLZ电缆线的波阻抗 )(3.7410136 1075.0 12 6222 CLZ电缆线的波速 m / u s100101361075.01112622 CLv39.03.749.292 3.7422212 ZZ ZA电缆在 B点开路所以折、反射系数 2B 1B波从 Z2进入 Z1时在 A点的反射系数 6.03.749.292
20、 3.749.2922121 ZZ ZZA波从 A点到达 B点所需要的时间 us101001000 vl AB38us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 kV48.1210)16.01(239.0)1( 0 Uu BABAM 7-1 为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 635.0755.55.5 hP对左侧构筑物，其高度所对应水平面上的保护半径 50mm7375.58635.0)10275
21、5.1()25.1( Phhr xxL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 40mm495.23635.0)3875()( Phhr xxR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 h30m，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，避雷线侧面保护宽度为： m505.21)07.234.28(47.0)(47.0 Phhr xxm8.1xr因为 所以边相导线可以受到保护 两根避雷线
22、内侧保护范围（圆弧的低点）高点 m65.244 5.75.74.2840 PDhh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%=1
23、245kV；每片绝缘子的高度 H=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 m8.114)6667.07.32(4)32(44 fhhB t该线路的年总落雷次数 216.485007.01201000 8.1141000 dTlBN （ 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 47.277.257.32 64.3a r c t g绕击率 07.29.3867.3247.279.386lg ghP 00851.
24、010 07.2 P绕击时线路的耐雷水平 kA45.121001245100 %502 UI雷电流大于 I2的概率 %19.7210 88/45.122 P建弧率 913.01014)13146.0732.1220(45.01014)3(45.010)1445.0(275.0275.01275.0lUE n绕击跳闸次数 27.0913.07219.000851.0216.4822 PPNn（ 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 6.513105.5 )63/27.32(2ln602ln60 3ggg rhZ 3.733.13 129.4
25、5ln60ln60 gwgwgw ddZ两者之间的几何耦合系数 143.06.5133.730 ggwZZk考虑电晕影响后的耦合系数 186.0143.03.101 kkk塔身电感 uH35.167.325.0)(0 gtt hLL该导线横担处的高度 m098.2213146.02.20 ah92.0分流系数 反击时的耐雷水平 kA24.896.25.13143.05.1347.3216.235.1692.0186.032.722.0981092.0)186.01(12456.216.2)1(0%501ccgttaihkhhLkhhRkUI该导线平均对地高度 m5.1310322.20 ch%68.910 88/24.891 P反击跳闸次数 065.1913.00968.025.0216.4811 PgNn年累计跳闸次数 335.1065.127.021 nnn
