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α=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 n a= eαd= e11?1=59874
高电压 一、填空题(每空1分，共40分) 1.气体放电与气体压强及气隙长度的乘积pd 有关，pd 值较小时气体放电现象可用__汤逊理论_____进行解释；pd 值较大时，一般用__流注理论___进行解释。 2.按照外界能量来源的不同，游离可分为碰撞游离、___光游离____、热游离和表面游离等不同形式。 3.SF6气体具有较高的电气强度的主要原因之一是____强电负_______性。 4.在极不均匀电场中，空气湿度的增加会____提高____空气间隙击穿电压。 5.电晕放电一般发生在曲率半径较____小___的电极表面附近。 6.通常用____等值附盐密度_____来表征绝缘子表面的污秽度。 7.形成表面污闪的必要条件是___局部放电____的产生，流过污秽表面的____泄漏电流____足以维持一定程度的热游离是闪络的充分条件。 8.对支持绝缘子，加均压环能提高闪络电压的原因是__改善（电极附近的）电场分布_____。 9.当绝缘油干净时，改善电场均匀程度能使持续电压作用下的击穿电压__提高______。 10.电介质的绝缘电阻随温度上升而____降低______。 11.变压器油做工频耐压试验时的加压时间通常为__1min_______。 12.测量微小的局部放电的方法是__电脉冲法（电测法）___。 13静电电压表中屏蔽电极的作用是消除___边缘效应______影响。 14.用平衡电桥法测量试品的tg δ时，若试品一极接地，则只能采用__反____接法，调节元件将处在_____高______电位。 15.工频耐压试验时，当试品的电容为C (u F)，试验电压为U (kV)，则工频试验变压器的 容量S (kV ·A)应不小于___2310CU ω-?____。 16.对变压器绕组做雷电冲击试验，除了要做全波试验，一般还要做___雷电阶段波___试验。 17.己知单位长度导线的电容和电感分别为C 。和Lo ，则波在导线上的传播速度 _____ 18.电力架空线路上雷电行波的传输速度为___3?108m/s______。 19.电力电缆上雷电行波的传播速度为___1.5?108m/s ________。 20.行波经过并联电容或串联电感后能____降低______(抬高、降低)波的陡度。 21.交压器绕组间过电压的传递含两个分量，即__静电分量_和_电磁耦合分量_____。 22.接地装置的冲击系数α =__Ri/R____，当火花效应大于电感效应时，α 将__>1_____。 23.雷击塔次数与雷击线路次数的比值称为__击杆率_______。 24.当导线受到雷击出现冲击电晕以后，它与其它导线间的耦合系数将____增大_____。 25.避雷针的保护范围是指具有___0.1%____左右____雷击____概率的空间范围。 26.发电厂大型电网的接地电阻值除了与当地土质情况有关外，主要取决于_接地网的面积。 27·电气设备的基本冲击绝缘水平(BIL)与避雷器残压Ur 的关系为__BIL=（1.25~1.4）Ur__。 28.我国35-220kV 电网的电气设备绝缘水平是以避雷器_____5_____kA 下的残压作为绝缘配合的设计依据。 29.设变压器的激磁电感和对地杂散电容为100mH 和1000pf ，则当切除该空载变压器时，设 在电压为100kV 、电流为10A 时切断，则变压器上可能承受的最高电压为__141.4kV_______。 30.导致非线性谐振的原因是铁芯电感的____饱和______性。
第一章 气体放电的基本物理过程 （1）在气体放电过程中，碰撞电离为什么主要是由电子产生的？ 答：气体中的带电粒子主要有电子和离子，它们在电场力的作用下向各自的极板运动，带正 电荷的粒子向负极板运动，带负电荷的粒子向正极板运动。电子与离子相比，它的质量更小， 半径更小，自由行程更大，迁移率更大，因此在电场力的作用下，它更容易被加速，因此电 子的运动速度远大于离子的运动速度。更容易累积到足够多的动能，因此电子碰撞中性分子 并使之电离的概率要比离子大得多。所以，在气体放电过程中，碰撞电离主要是由电子产生 的。 （2）带电粒子是由哪些物理过程产生的，为什么带电粒子产生需要能量 ？ 答：带电粒子主要是由电离产生的，根据电离发生的位置，分为空间电离和表面电离。根据 电离获得能量的形式不同，空间电离又分为光电离、热电离和碰撞电离，表面电离分为正离 子碰撞阴极表面电离、光电子发射、热电子发射和强场发射。原子或分子呈中性状态，要使 原子核外的电子摆脱原子核的约束而成为自由电子，必须施加一定的外加能量，使基态的原 子或分子中结合最松弛的那个电子电离出来所需的最小能量称为电离能。 （3）为什么SF6气体的电气强度高？ 答：主要因为SF6气体具有很强的电负性，容易俘获自由电子而形成负离子，气体中自由 电子的数目变少了，而电子又是碰撞电离的主要因素，因此气体中碰撞电离的能力变得很弱， 因而削弱了放电发展过程。 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：汤逊理论的基本观点：电子碰撞电离是气体电离的主要原因；正离子碰撞阴极表面使阴 极表面逸出电子是维持气体放电的必要条件；阴极逸出电子能否接替起始电子的作用是自持 放电的判据。它只适用于低气压、短气隙的情况。 气体放电流注理论以实验为基础，它考虑了高气压、长气隙情况下空间电荷对原有电场的影 响和空间光电离的作用。 在初始阶段，气体放电以碰撞电离和电子崩的形式出现，但当电子崩发展到一定程度之后， 某一初始电子的头部集聚到足够数量的空间电荷，就会引起新的强烈电离和二次电子崩，这 种强烈的电离和二次电子崩是由于空间电荷使局部电场大大增强以及发生空间光电离的结 果，这时放电即转入新的流注阶段。 1-3 在一极间距离为1cm 的均匀电场气隙中，电子碰撞电离系数α=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。 答：e αd=e11=59874。 1-5 试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。P15 皮克公式 1-6 气体介质在冲击电压下的击穿有何特点？其冲击电气强度通常用哪些方式表示？ 答：在持续电压（直流、工频交流）作用下，气体间隙在某一确定的电压下发生击穿。而在 冲击电压作用下，气体间隙的击穿就没有这种某一个确定的击穿电压，间隙的击穿不仅与电 cm ,1 m ,/5.58)1 .03.0(1*1*30)3.01(30/39)1 3.0(1*1*30)3.01(301.01导线半径空气相对密度光滑导线导线表面粗糙系数--=-=+=+==+=+===r m cm kV r m E cm kV r m E m c m c δδδδδ
第二章习题 2.1氮气的电离能为15.5eV ，求能引起光电离的光子的最大波长是多少？是否在可见光范围内？ 解：-19-19 1eV 1.60210C V=1.60210J =??? i i hc h W W γλ≥?≤ 348196.6310J S,C=310m/s,15.5 1.60210J i h W --=???=??带入，得到： 80nm λ≤ 所以能够引起光电离的光子的最大波长是80nm ，不在可见光范围内，而大概在紫外线范围内。紫外线的波长范围是（10-400nm ） 2.2一紫外灯的主要谱线的波长是25 3.7nm ，用以照射铜电极时，问会不会引起电极表面电子发射？ 解：-19-19 1eV 1.60210C V=1.60210J =??? 8 341993106.63107.810J 253.710 c h h γλ---?==?=?? 19193.9 1.60210 6.2510J e W --=??=? e h W γ> 所以会引起电极表面电子发射。 2.3 SF 6气体的电离能为15.6eV ，问要引起碰撞电离时电子的速度至少应为多大（电子质量-30-19e m =0.9110kg,1eV=1.610J ??）? 解：212 i mv W ≥ 302190.50.911015.6 1.610v --???≥?? 2125.48610v ≥? 62.3410v ≥?m/s
2.4 用放射性同位素照射一均匀场间隙，使间隙每秒钟在每一立方厘米中产生107对正负带电质点。若两电极之间的距离d ＝5cm ，问图2－3中饱和电流密度等于多少？ Q=nqsl=0.5*107*1.602*10-19*5*St j=Q/St=0.5*107*1.602*10-19*5=4.005*10-12A/cm 2 2.5 2105 0.135, 4.5410x e e e λ λ λ λλλλ----==?取x=2,取x=10 2.6 一个1cm 长的均匀间隙中，电子碰撞电离系数α＝11cm －1。若有一个初始电子从阴极出 发，求到达阳极的电子崩中的电子数。 解：n ＝e 11 2.7同轴圆柱电极间电场为不均匀电场，内电极表面 电力线最密，场强最大；离内电极越远场强越小； 外电极内表面场强最小。 00r 00max r x (1) 2x ln 22/ln (2)21/(ln )/(r ln x r r R x r r x Q Q E A xl l l Q R U E dx l r l Q R C l U r R E U x r R E E U r εεπεεπεεπεε===== ====?距离圆柱轴线距离处的电场强度为： 式中：Q-在长度为的电极上的电荷 A-半径、长度为的圆柱等位面面积 由于内外电极间的电压为： 所以长度为的电极间的电容为： 将式带入式最大场强出现在内圆柱表面，值为： av max av )//ln()ln E U R r E R r d r d f R E r r r r =--+= ==平均场强：
高电压工程第二版答案1到11章25 -------------------------------------------------------------------------------- 1-1答：汤逊理论的核心是：①电离的主要因素是空；1-2答：自持放电的条件是式（1-9），物理意义；1-3答：均匀场放电特点：再均匀电场中，气体间隙；1-4答：由大到小的排列顺序为：板—板，负极性棒；1-5答：冲击特点见P23：①当冲击电压很低时；1-6答：伏秒特性的绘制方法见P24，其意义在于；1-7答：（1）工频电压作用下的特点：见P19—；1-8答：影 1-1答：汤逊理论的核心是：①电离的主要因素是空间碰撞电离。②正离子碰撞阴极导致的表面电离是自持放电的必要条件。汤逊理论是在气压较低，Pd值较小的条件下的放电基础上建立起来的，因此这一理论可以较好地解释低气压，短间隙中的放电现象，对于高气压，长间隙的放电现象无法解释（四个方面大家可以看课本P9）。流注理论认为：。。。（P11最下面），该理论适用于高气压长间隙的放电现象的解释。 1-2答：自持放电的条件是式（1-9），物理意义为：当一个电子从阴极发出向阳及运动的过程中，发生碰撞电离，产生正离子，在正离子到达阳极后，碰撞阴极再次产生电子，只有当产生的电子比上一次多的时候才会形成电子崩，进而出现自持放电现象。因此该式为自持放电的条件。 1-3答：均匀场放电特点：再均匀电场中，气体间隙内的流注一旦形成，放电将达到自持的成都，间隙就被击穿；极不均匀场放电特点：P13下侧。 1-4答：由大到小的排列顺序为：板—板，负极性棒—板，棒--棒，正极性棒—板。其中板--板之间相当于均匀电场，因此其击穿电压最高，其余三个的原因见P20图1-20以及上面的解析。 1-5答：冲击特点见P23：①当冲击电压很低时。。。②随着电压的升高。。。③随着电压继续升高。。。④最后。。。用50%冲击击穿电压或伏秒特性来表示击穿特性，但是工程上为方便起见，通常用平均伏秒特性或者50％伏秒特性来表示气体间隙的冲击穿特性。 1-6答：伏秒特性的绘制方法见P24，其意义在于（P23最下面）并且通过伏秒特性，可以进一步对保护间隙进行改进设计，从而更好地保护电气设备的绝缘。 1-7答：（1）工频电压作用下的特点：见P19—P20，包括均匀场，稍不均匀场，极不均匀场的放电特点。（2）雷电冲击电压作用下的特点：同1-5题。（3）操作冲击电压作用下的特点：P25第二段：研究表明。。。。正极性操作冲击电压击穿电压较负极性下要低得多。 1-8答：影响气体间隙击穿的主要因素为气体间隙中的电场分布，施加电压的波形，气体的种类和状态等. 1-9答：提高间隙击穿电压的措施：一,改善电场的分布：①②③二，削弱活抑制电离过程①②③具体内容见P28。
第一章 1—1 气体中带电质点是通过游离过程产生的。游离是中性原子获得足够的能量(称游离能)后成为正、负带电粒子的过程。根据游离能形式的不同，气体中带电质点的产生有四种不同方式： 1.碰撞游离方式在这种方式下，游离能为与中性原子(分子)碰撞瞬时带电粒子所具有的动能。虽然正、负带电粒子都有可能与中性原子(分子)发生碰撞，但引起气体发生碰撞游离而产生正、负带电质点的主要是自由电子而不是正、负离子。 2.光游离方式在这种方式下，游离能为光能。由于游离能需达到一定的数值，因此引起光游离的光主要是各种高能射线而非可见光。 3.热游离方式在这种方式下，游离能为气体分子的内能。由于内能与绝对温度成正比，因此只有温度足够高时才能引起热游离。 4.金属表面游离方式严格地讲，应称为金属电极表面逸出电子，因这种游离的结果在气体中只得到带负电的自由电子。使电子从金属电极表面逸出的能量可以是各种形式的能。 气体中带电质点消失的方式有三种： 1.扩散带电质点从浓度大的区域向浓度小的区域运动而造成原区域中带电质点的消失，扩散是一种自然规律。 2.复合复合是正、负带电质点相互结合后成为中性原子(分子)的过程。复合是游离的逆过程，因此在复合过程中要释放能量，一般为光能。 、水蒸汽)分子易吸附气体中的自由 3.电子被吸附这主要是某些气体(如SF 6 电子成为负离子，从而使气体中自由电子(负的带电质点)消失。 1—2 自持放电是指仅依靠自身电场的作用而不需要外界游离因素来维持的放电。外界游离因素是指在无电场作用下使气体中产生少量带电质点的各种游离因素，如宇宙射线。讨论气体放电电压、击穿电压时，都指放电已达到自持放电阶段。 汤生放电理论的自持放电条件用公式表达时为 γ(eαs-1)=1 此公式表明：由于气体中正离子在电场作用下向阴极运动，撞击阴极，此时已起码撞出一个自由电子(即从金属电极表面逸出)。这样，即便去掉外界游离因素，仍有引起碰撞游离所需的起始有效电子，从而能使放电达到自持阶段。 1—3 汤生放电理论与流注放电理论都认为放电始于起始有效电子通过碰撞游离形成电子崩,但对之后放电发展到自持放电阶段过程的解释是不同的。汤生放电理论认为通过正离子撞击阴极，不断从阴极金属表面逸出自由电子来弥补引起电子碰撞游离所需的有效电子。而流注放电理论则认为形成电子崩后，由于正、负空间电荷对电场的畸变作用导致正、负空间电荷的复合，复合过程所释放的光能又引起光游离，光游离结果所得到的自由电子又引起新的碰撞游离，形成新的电子崩且汇合到最初电子崩中构成流注通道，而一旦形成流注，放电就可自己维持。因此汤生放电理论与流注放电理论最根本的区别在于对放电达到自持阶段过程的解释不同，或自持放电的条件不同。 汤生放电理论适合于解释低气压、短间隙均匀电场中的气体放电过程和现象，而流注理论适合于大气压下，非短间隙均匀电场中的气体放电过程和现象。
1-1气体放电过程中产生带电质点最重要的方式是什么，为什么？ 答: 碰撞电离是气体放电过程中产生带电质点最重要的方式。 这是因为电子体积小，其自由行程(两次碰撞间质点经过的距离)比离子大得多，所以在电场中获得的动能比离子大得多。其次．由于电子的质量远小于原子或分子，因此当电子的动能不足以使中性质点电离时，电子会遭到弹射而几乎不损失其动能；而离子因其质量与被碰撞的中性质点相近，每次碰撞都会使其速度减小，影响其动能的积累。 1-2简要论述汤逊放电理论。 答: 设外界光电离因素在阴极表面产生了一个自由电子，此电子到达阳极表面时由于过程，电子总数增至d eα个。假设每次电离撞出一个正离子，故电极空间共有（d eα－1）个正离子。这些正离子在电场作用下向阴极运动，并撞击阴极．按照系数γ的定义，此（d eα－1） eα－1）个正离子在到达阴极表面时可撞出γ（d 个新电子，则(d eα-1)个正离子撞击阴极表面时，至少能从阴极表面释放出一个有效电子，以弥补原来那个产生电子崩并进入阳极的电子，则放电达到自持放电。即汤逊理论的自持放电条件可表达为r(d eα＝1。 eα-1)=1或γd 1-3为什么棒－板间隙中棒为正极性时电晕起始电压比负极性时略高？ 答:（1）当棒具有正极性时，间隙中出现的电子向棒运动，进入强电场区，开始引起电离现象而形成电子崩。随着电压的逐渐上升，到放电达到自持、爆发电晕之前，在间隙中形成相当多的电子崩。当电子崩达到棒极后，其中的电子就进入棒极，而正离子仍留在空间，相对来说缓慢地向板极移动。于是在棒极附近，积聚起正空间电荷，从而减少了紧贴棒极附近的电场，而略为加强了外部空间的电场。这样，棒极附近的电场被削弱，难以造成流柱，这就使得自持放电也即电晕放电难以形成。 （2）当棒具有负极性时，阴极表面形成的电子立即进入强电场区，造成电子崩。当电子崩中的电子离开强电场区后，电子就不再能引起电离，而以越来越慢的速度向阳极运动。一部份电子直接消失于阳极，其余的可为氧原子所吸附形
第一章
?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α=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 n a= eαd= e11?1=59874 答：到达阳极的电子崩中的电子数目为59874个。
第一章作
?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α=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 n a? e?d? e11?1?59874 答：到达阳极的电子崩中的电子数目为59874个。
第8章 习题 8.1 直流电源合闸于L-C 电路，电容C 上电压会比电源高吗？ 为什么？如果电源是交流，电 容C 上电压会发生什么变化，它与哪些因素有关？ 解： 1）直流电源合闸于L-C 电路，电容C 上电压会比电源高。因为，如图所示 C 假定一个无穷大直流电源对集中参数的电感、电容充电，且t=0-，i=0, u c =0。 在t=0时合闸：()()()()dt t i C dt t di L t u t u E c L ?+=+=1 ，即()()E t u dt t u d LC c c =+22，解为()()01cos c u t E t ω=- ，0ω= C 上的电压可达到2E 。 也可以这样理解，当电容上电压为E 时，回路中电流达最大值，电感中电流不能突变，继续给电容充电，使得电容上电压达到2E 。 2）如果电源是交流，在15-16个周波后，暂态分量可认为已衰减至零，电容电压的幅值为 2 022 0C U E ωωω =-，0ω为回路的自振角频率。此时电容电压与回路自振角频率和电源频率有关，可见电容上电压在非常大的范围内变化。 8.2 什么是导线的波速、波阻抗？分布参数的波阻抗的物理意义与集中参数电路中的电阻有何不同？ 解：波阻抗：在无损均匀导线中，某点的正、反方向电压波与电流波的比值是一个常数Z ，该常数具有电阻的量纲Ω，称为导线的波阻抗。 波速：平面电磁波在导线中的传播速度，0 01C L ±=ν，波速与导线周围介质有关，与导 线的几何尺寸及悬挂高度无关。 波阻抗虽然与电阻具有相同的量纲，而且从公式上也表示导线上电压波与电流波的比值，但两者的物理含义是不同的： 1) 波阻抗表示只有一个方向的电压波和电流波的比值，其大小只决定于导线单位长度的电
高压电技术课后习题答案 第一章电介质的极化、电导和损耗第二章气体放电理论 1）流注理论未考虑的现象。表面游离 2）先导通道的形成是以的出现为特征。C--A（碰撞游离B（表面游离C（热游离D （光游离3）电晕放电是一种。A--A（自持放电B（非自持放电C（电弧放电D（均匀场中放电 4）气体内的各种粒子因高温而动能增加，发生相互碰撞而产生游离的形式称为 C--A.碰撞游离B.光游离C.热游离D.表面游离 5）以下哪个不是发生污闪最危险的气象条件，D--A.大雾B.毛毛雨C.凝露D.大雨6）以下哪种材料具有憎水性，A--A.硅橡胶B.电瓷C.玻璃D金属 20）极性液体和极性固体电介质的相对介电常数与温度和电压频率的关系如何, 为什么, 极化液体相对介电常数在温度不变时，随电压频率的增大而减小，然后就见趋近于某一个值，当频率很低时，偶极分子来来得及跟随电场交变转向，介电常数较大，当频率接近于某一值时，极性分子的转向已经跟不上电场的变化，介电常数就开始减小。在电压频率不变时，随温度的升高先增大后减小，因为分子间粘附力减小，转向极化对介电常数的贡献就较大，另一方面，温度升高时分子的热运动加强，对极性分子的定向排列的干扰也随之增强，阻碍转向极化的完成。极性固体介质的相对介电常数与温度和频率的关系类似与极性液体所呈现的规律。 21）电介质电导与金属电导的本质区别为何,,）带电质点不同: 电介质为带电离子（固有离子，杂质离子）；金属为自由电子。,）数量级不同：电介质的丫小，泄漏电流小; 金属电导的电流很大。,）电导电流的受影响因素不同: 电介质中由离子数目
决定，对所含杂质、温度很敏感; 金属中主要由外加电压决定，杂质、温度不是主要因素。 22）简要论述汤逊放电理论。设外界光电离因素在阴极表面产生了一个自由电子，此电子到达阳极表面时由于a过程，电子总数增至e a d个。假设每次电离撞出一个正离子，故电极空间共有（e a d ,1）个正离子。这些正离子在电场作用下向阴极运动，并撞击阴极（按照系数丫的定义，此（e a d,1）个正离子在到达阴极表面时可撞出丫（e a d ,1）个新电子，则（e a d -1）个正离子撞击阴极表面时，至少能从阴极表面释放出一个有效电子，以弥补原来那个产生电子崩并进入阳极的ad电子，则放电达到自持放电。即汤逊理论的自持放电条件可表达为r（ e-1）=1或Y e a d ,1 o 23）为什么棒, 板间隙中棒为正极性时电晕起始电压比负极性时略高, 答: 在不均匀电场中，电压极性对气隙的击穿电压和气隙击穿发展过程影响很大，称为极性效 应。当棒具有正极性时：在棒极附近，积聚起正空间电荷，减少了紧贴棒极附近的电场，而略微加强了外部空间的电场，棒极附近难以造成流注，使得自持放电、即电晕放电难以形成，所以棒—板间隙中棒为正极性时电晕起始电压比负极性时略高U+（电晕）＞ U-（电晕）当棒具有负极性时：电子崩中电子离开强电场区后，不在引起电离，正离子逐渐向棒极运动，在棒极附近出现了比较集中的正空间电荷，使电场畸变棒极附近的电场得到增强，因而自持放电条件就抑郁得到满足、易于转入流注而形成电晕现象，所以棒—板间隙中棒为负极性时击穿电压比正极性时高U+（击穿）＜ U-（击穿） 24）影响套管沿面闪络电压的主要因素有哪些, 1）电场分布情况和作用电压波形的影响、电介质材料的影响、气体条件的影响、雨水的影响。
高电压工程课后答案 1.1空气作为绝缘的优缺点如何？ 答：优点：空气从大气中取得，制取方便，廉价，简易，具有较强的自恢复能力。缺点：空气比重较大，摩擦损失大，导热散热能力差。空气污染大，易使绝缘物脏污，且空气是助燃物当仿生电流时，易烧毁绝缘，电晕放电时有臭氧生成，对绝缘有破坏作用。 1.2为什么碰撞电离主要是由电子而不是离子引起？ 答：由于电子质量极小，在和气体分子发生弹性碰撞时，几乎不损失动能，从而在电场中继续积累动能，此外，一旦和分子碰撞，无论电离与否均将损失动能，和电子相比，离子积累足够造成碰撞电离能量的可能性很小。 1.5负离子怎样形成，对气体放电有何作用？ 答：在气体放电过程中，有时电子和气体分子碰撞，非但没有电离出新电子，碰撞电子反而别分子吸附形成了负离子，离子的电离能力不如电子，电子为分子俘获而形成负离子后电离能力大减，因此在气体放电过程中，负离子的形成起着阻碍放电的作用。 1.7非自持放电和自持放电主要差别是什么？ 答：非自持放电必须要有光照，且外施电压要小于击穿电压，自持放电是一种不依赖外界电离条件，仅由外施电压作用即可维持的一种气体放电。 1.13电晕会产生哪些效应，工程上常用哪些防晕措施？ 答：电晕放电时能够听到嘶嘶声，还可以看到导线周围有紫色晕光，会产生热效应，放出电流，也会产生化学反应，造成臭氧。 工程上常用消除电晕的方法是改进电极的形状，增大电极的曲率半径。 1.14比较长间隙放电击穿过程与短间隙放电放电击穿过程各有什么主要特点？ 答：长时间放电分为先导放电和主放电两个阶段，在先导放电阶段中包括电子崩和流注的形成和发展过程，短间隙的放电没有先导放电阶段，只分为电子崩流注和主放电阶段。 2.1雷电放电可分为那几个主要阶段？ 答：主要分为先导放电过程，主放电过程，余光放电过程。 2.4气隙常见伏秒特性是怎样制定的？如何应用伏秒特性？ 答：制定的前提条件是①同一间隙②同一波形电压③上升电压幅值。当电压较低时击穿发生在波尾，取击穿时刻t1作垂线与此时峰值电压横轴的交点为1，当电压升高时，击穿也发生在峰值，取击穿时刻的值t2作垂线与此时峰值电压横轴的交点为2，当电压进一步升高时，击穿发生在波前，取此时击穿时刻t3作垂线与击穿电压交点为3，连接123 应用：伏秒特性对于比较不同设备绝缘的冲击击穿特性有重要意义，如果一个电压同时作用于两个并联气隙s1和s2上，若某一个气隙先击穿了，则电压被短接截断，另一个气隙就不会击穿。 2.7为什么高真空和高压力都能提高间隙的击穿电压？简述各自运用的局限性？ 答：在高气压条件下，气压增加会使气体密度增大，电子的自由行程缩短，削弱电离工程从而提高击穿电压，但高气压适用于均匀电场的条件下而且要改进电极形状，点击应仔细加工光洁，气体要过滤，滤去尘埃和水分 在高真空条件下虽然电子的自由行程变得很大，但间隙中已无气体分子可供碰撞，故电离过程无从发展，从而可以显著提高间隙的击穿电压，但是在电气设备中气固液等几种绝缘材料往往并存，而固体液体绝缘材料在高真空下会逐渐释放出气体，因此在电气设备中只有在真空断路器等特殊场合下才采用高真空作为绝缘。 2.8什么是细线效应？
高电压技术第7章习 题答案
第七章 输电线路和绕组中的波过程 7-1为什么需要用波动过程研究电力系统中过电压？ 7-2试分析波阻抗的物理意义及其与电阻之不同点？ 7-3试分析直流电势E 合闸于有限长导线(长度为l ，波阻为Z)的情况，末端对地接有电阻R(习题7-3图)。假设直流电源内阻为零。 (1)当R=Z 时，分析末端与线路中间2l 的电压波形； (2)∞=R 时，分析末端与线路中间2 l 的电压波形； (3)当R=0时，分析末端的电流波形和线路中间2 l 的电压波形。 习题7-3图 7-4母线上接有波阻抗分别为1Z 、2Z 、3Z 的三条出线，从Z1线路上传来幅值为E 的无穷长直角电压波。求出在线路Z3出现的折射波和在线路Z1上的反射波。 7-5有一直角电压波E 沿被阻抗为Z ＝500Ω的线路传播，线路末端接有对地电容C ＝O.0l F μ。 (1)画出计算末端电压的彼德逊等值电路，并计算线路末端电压波形； (2)选择适当的参数，把电容C 等值为线段，用网格独计算线路末端的电压波形； (3)画出以上求得的电压波形，并进行比较。
7-6波在传播中的衰减与畸变的主要原因？说明冲击电晕对雷电波波形影响的原因？ 7-7当冲击电压作用于变压器绕组时，在变压器绕组内将出现振荡过程，试分析出现振荡的根本原因，并由此分析冲击电压波形对振荡的影响。 7-8说明为什么需要限制旋转电机的侵入波陡度。
7-1为什么需要用波动过程研究电力系统中过电压？ 答：实际电力系统采用三相交流或双极直流输电，属于多导线线路，而且沿线路的电场、磁场和损耗情况也不尽相同，因此所谓均匀无损单导线线路实际上是不存在的。但为了揭示线路波过程的物理本质和基本规律，可暂时忽略线路的电阻和电导损耗，假定沿线线路参数处处相同，故首先研究均匀无损单导线中的波过程。 7-2 试分析波阻抗的物理意义及其与电阻之不同点？ 答：分布参数线路的波阻抗与集中参数电路的电阻虽然有相同的量纲，但物理意义上有着本质的不同： （1）波阻抗表示向同一方向传播的电压波和电流波之间比值的大小；电磁被通过波阻抗为Z 的无损线路时，其能量以电磁能的形式储存于周围介质中．而不像通过电阻那样被消耗掉。 （2）为了区别不同方向的行波，Z 的前面应有正负号。 （3）如果导线上有前行波，又有反行波，两波相遇时，总电压和总电流的比值不再等于波阻抗，即 Z u u u u Z i i u u i u b f b f b f b f ≠-+=++= （4）波阻抗的数值Z 只与导线单位长度的电感L 0和电容C 0有关，与线路长度无关。 7-3试分析直流电势E 合闸于有限长导线(长度为l ，波阻为Z)的情况，末端对地接有电阻R(如图7-24所示)。假设直流电源内阻为零。 (1)当R=Z 时，分析末端与线路中间 2 l 的电压波形； (2)R =∞时，分析末端与线路中间2 l 的电压波形； (3)当R=0时，分析末端的电流波形和线路中间2l 的电压波形。
第五章 绝缘的高压试验 一、选择题 1)用铜球间隙测量高电压，需满足那些条件才能保证国家标准规定的测量不确定度？ A 铜球距离与铜球直径之比不大于0.5 B 结构和使用条件必须符合IE C 的规定 C 需进行气压和温度的校正 D 应去除灰尘和纤维的影响 2)交流峰值电压表的类型有： A 电容电流整流测量电压峰值 B 整流的充电电压测量电压峰值 C 有源数字式峰值电压表 D 无源数字式峰值电压表 3)关于以下对测量不确定度的要求，说法正确的是： A 对交流电压的测量，有效值的总不确定度应在±3％范围内 B 对直流电压的测量，一般要求测量系统测量试验电压算术平均值的测量总不确定度应 不超过±4％ C 测量直流电压的纹波幅值时，要求其总不确定度不超过±8％的纹波幅值 D 测量直流电压的纹波幅值时，要求其总不确定度不超过±2％的直流电压平均值。 4)构成冲击电压发生器基本回路的元件有冲击电容C1，负荷电容C2，波头电阻R1和波 尾电阻R2，为了获得一很快由零上升到峰值然后较慢下降的冲击电压，应使 ______。 A ．C1＞＞C2、R1＞＞R2 B ．C1＞＞C2、R1＜＜R2 C ．C1＜＜C2、R1＞＞R2 D ．C1＜＜C2、R1＜＜R2 5)用球隙测量交直流电压时，关于串接保护电阻的说法，下面哪些是对的？ A 球隙必须串有很大阻值的保护电阻 B 串接电阻越大越好 C 一般规定串联的电阻不超过500Ω D 冲击放电时间很短，不需要保护球面。 6)电容分压器的低压臂的合理结构是______。 A 低压臂电容的内电感必须很小 B 应该用同轴插头，插入低压臂的屏蔽箱 C 电缆输入端应尽可能靠近电容C 2的两极。 D abc 环路线应该比较长 7)标准规定的认可的冲击电压测量系统的要求是： A 测量冲击全波峰值的总不确定度为±5％范围内 B 当截断时间s T s c μμ25.0<≤时，测量冲击截波的总不确定度在±5％范围内 C 当截断时间s T c μ2≥时，测量冲击电压截波的总不确定度在±4％范围内 D 测量冲击波形时间参数的总不确定度在±15％范围内 8)光电测量系统有哪几种调制方式： A 幅度－光强度调制（AM －IM ） B 调频－光强度调制（FM －IM ） C 数字脉冲调制 D 利用光电效应
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α=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 n a= eαd= e11?1=59874 答：到达阳极的电子崩中的电子数目为59874个。
第一章 电力系统绝缘配合 1、解释电气设备的绝缘配合和绝缘水平的定义 答：电气设备的绝缘配合是指综合考虑系统中可能出现的各种作用过电压、保护装置特性及设备的绝缘特性，最终确定电气设备的绝缘水平。 电气设备的绝缘水平是指电气设备能承受的各种试验电压值，如短时工频试验电压，长时工频试验电压，雷电冲击试验电压及各种操作冲击电压 2、电力系统绝缘配合的原则是什么？ 答：电力系统绝缘配合的原则是根据电气设备在系统应该承受的各种电压，并考虑过电压的限压措施和设备的绝缘性能后，确定电气设备的绝缘水平。 3、输电线路绝缘子串中绝缘子片数是如何确定的？ 答：根据机械负荷确定绝缘子的型式后绝缘子片数的确定应满足：在工作电压下不发生雾闪；在操作电压下不发生湿闪；具有一定的雷电冲击耐受强度，保证一定的耐雷水平。 具体做法：按工作电压下所需的泄露距离初步确定绝缘子串的片数，然后按照操作过电压和耐雷水平进行验算和调整。 4、变电站内电气设备的绝缘水平是否应该与输电线路的绝缘水平相配合？为什么？ 答：输电线路绝缘与变电站中电气设备之间不存在绝缘水平相配合问题。通常，线路绝缘水平远高于变电站内电气设备的绝缘水平，以保证线路的安全运行。从输电线路传入变电站的过电压由变电站母线上的避雷器限制，而电气设备的绝缘水平是以避雷器的保护水平为基础确定的。 第二章 内部过电压 1、有哪几种形式的工频过电压？ 答：主要有空载长线路的电感-电容效应引起的工频过电压，单相接地致使健全相电压升高引起的工频过电压以及发电机突然甩负荷引起的工频过电压等。 2、电源的等值电抗对空长线路的电容效应有什么影响？ 答：电源的等值电抗X S 可以加剧电容效应，相当于把线路拉长。电源容量愈小，电源的等值电抗X S 愈大，空载线路末端电压升高也愈大。 3、线路末端加装并联电抗器对空长线路的电容效应有什么影响？ 答：在超高压电网中，常用并联电抗器限制工频过电压，并联电抗器接于线路末端，使末端电压下降。这是因为并联电抗器的电感补偿了线路对地电容，减小流经线路的电容电流，从而削弱了电容效应的缘故。 4、试写出估算操作过电压幅值的计算公式。 答：（1）空载变压器分闸过电压：U m I =； （2）空载线路合闸过电压：2()3m m m m U E E E =-=； （3）空载线路分闸过电压：1(1)(21)n m m U n E +=-+； （4）电弧接地过电压： 5、产生切空载变压器过电压的根本原因是什么？ 答：空载变压器相当于等效一个励磁电感，切空载变压器相当于切电感，所以在切消弧线圈、电动机、并联电抗器等电感元件时也会产生同类过电压。 6、影响合空载线路过电压的因素有哪些？ 答：影响合空载线路过电压的因素有合闸相位角θ、线路上残余电压的极性和大小、母线的出线数及断路器合闸时三相的同期性等都会影响合闸过电压的大小。 7、为什么断路器带并联电抗器电阻能限制合空载线路过电压？ 答：在超高压电网中，常用电抗器限制工频电压升高。在并联电抗器接于线路末端，使末端电压下降。这是因为并联电抗器的电感补偿了对地电容，减小流经线路的电容电流，从而削弱了电容效应的缘故。
第一章 1.计算同轴圆柱电极的不均匀系数f ，其中内导体外直径为100 mm ，外壳的内直径为320 mm 。 解： d R r =- , av U E d = , max ln U E R r r = max ln av d E r f r d E r = =+ 其中 R=160mm ，r=50mm 。代入上式可得f=1.89<2，所以此时电场是稍不均匀的。 2. 离地高度10m 处悬挂单根直径3cm 导线，导线上施加有效值6 3.5kV 工频交流电压，请计算导线表面最大场强。若将该导线更换为水平布置的双分裂导线，两导线总截面积保持与单根导线一致，线间距离30cm ，请重新计算导线表面最大场强。 解：1)：等效成圆柱—板电极：由课本P9页可查的公式为max 0.9 ln U E r d r r =+， 其中U=63.5kV ，d=10m ，r=1.5cm 。代入上式可得：max 5.858/E kV cm =。 2）由题意可知：2212 r r ππ= ，可得：1 1.060.0106r cm m = ==，两导线相邻S=30cm=0.3m, 10.01060.03530.3 r S == 对于二分裂导线，由课本P9页可查得公式。 所以2 112max 211(122) (2)ln r r U S S E H r r S +-= ，其中H=10m, max 5.450/E kV cm = 3.总结常用调整电场强度的措施。 解： 1）、改变电极形状 ①增大电极曲率半径；②改善电极边缘；③使电极具有最佳外形； 2）、改善电极间电容分布 ①加屏蔽环；②增设中间电极； 3）、利用其他措施调整电场 ①采用不同的电介质；②利用电阻压降；③利用外施电压强制电压分布； 第二章 1、解：由题意：2 12 e e i m v eV ≥ ，因此：62.7510/e v m s ≥ ==?