高电压技术第三版课后答案

高电压技术第三版课后答案
【篇一：高电压技术(周泽存)课后作业与解答】
t>p11，1-1 解答：
电介质极化种类及比较
在外电场的作用下，介质原子中的电子运动轨道将相对于原子核发
生弹性位移，此为电子式极化或电子位移极化。

离子式结构化合物，出现外电场后，正负离子将发生方向相反的偏移，使平均偶极距不
再为零，此为离子位移极化。

极性化合物的每个极性分子都是一个偶极子，在电场作用下，原先
排列杂乱的偶极子将沿电场方向转动，显示出极性，这称为偶极子
极化。

在电场作用下，带电质点在电介质中移动时，可能被晶格缺陷捕获
或在两层介质的界面上堆积，造成电荷在介质空间中新的分布，从
而产生电矩，这就是空间电荷极化。

1-6
解答：由于介质夹层极化，通常电气设备含多层介质，直流充电时
由于空间电荷极化作用，电荷在介质夹层界面上堆积，初始状态时
电容电荷与最终状态时不一致；接地放电时由于设备电容较大且设
备的绝缘电阻也较大则放电时间常数较大（电容较大导致不同介质
所带电荷量差别大，绝缘电阻大导致流过的电流小，界面上电荷的
释放靠电流完成），放电速度较慢故放电时间要长达5～10min。

补充：1、画出电介质的等效电路（非简化的）及其向量图，说明电
路中各元件的含义，指出介质损失角。

图1－4－2中，rlk为泄漏电阻；ilk为泄漏电流；cg为介质真空和无损极化所形成的电容；ig为流过cg的电流；cp为无损极化所引
起的电容；rp为无损极化所形成的等效电阻；ip为流过rp－cp支
路的电流，可以分为有功分量ipr和无功分量ipc。

jg为真空和无损极化所引起的电流密度，为纯容性的；jlk为漏导引
起的电流密度，为纯阻性的；jp为有损极化所引起的电流密。

度，它由无功部分jpc和有功部分jpr组成。

容性电流jc与总电容
电流密度向量j之间的夹角为?，称为介质损耗角。

介质损耗角简称
介损角?，为电介质电流的相角领先电压相角的余角，功率因素角?
的余角，其正切tg?称为介质损耗因素，常用％表示，为总的有功电流密度与总无功电流密度之比。

第二章
p45，2-2
解答：汤森德理论认为电子崩向阳极不断发展，崩中的正离子撞击阴极也产生自由电子。

自由电子的撞击电离和正离子撞击阴极表面的电离的放电产生和发展的原因。

流注理论认为电子崩发展使崩头和崩尾场强增加而崩内场强减少，有利于崩内发生复合产生大量的光子，而光子又产生光电离，光子产生的电子也产生二次电子崩迅速汇入到主崩，以等离子体的形式向阴极发展就形成了流注。

异同点分为下面的相同点和相异点：
相同点：两者产生和发展都需要碰撞电离和电子崩。

相异点：汤逊理论主要考虑了电子的碰撞电离和正离子撞击阴极表面的电离；流柱理论主要考虑了电子的碰撞电离、空间电荷对电场畸变的影响和空间光电离。

应用条件：汤逊理论适合低气压、小距离的情况，?s。

?0.26cm，比较均匀的电场适用；流注理论是高气压、远距离的情况，
?s?0.26cm或不均匀的电场适用。

补充：1、说明巴申定律的实验曲线的物理意义是什么？解答：巴申曲线如下图所示：
其物理意义在于：在均匀的电场中，击穿电压ub是气体的相对密度?、极间距离s乘积的函数，只要?不变。

?s的乘积不变，ub也就
其原因可解释如下：假设s保持不变，当气体密度?增大时，电子的平均自由行程缩短了，相邻两次碰撞之间，电子积聚到足够动能的几率减小了，故ub必然增大。

反之当?减小时，电子在碰撞前积聚到足够动能的几率虽然增大了，但气体很稀薄，电子在走完全程中与气体分子相撞的总次数却减到很小，欲使击穿ub也须增大。

故在这两者之间，总有一个?值对造成撞击游离最有利，此时ub最小。

同样，可假设?保持不变，s值增大时，欲得一定的场强，电压必须
增大。

当s值减到过小时，场强虽大增，但电于在走完全程中所遇
到
的撞击次数己减到很小，故要求外加电压增大，才能击穿。

这两者
之间，也总有一个s的值对造成撞击游离最有利，此时ub最小。

2、什么叫“污闪”?发生污闪的最不利的大气条件是什么?列举提高
污闪电压的措施。

解答：绝缘子上有污秽且在毛毛雨、雾、露、雪
等不利天气下发生的闪络称为污闪。

现代电力系统防止污闪事故的
对策： 1、调整爬距
爬电比距：外绝缘“相－地“之间的爬电距离（cm）与系统最高工作（线）电压（kv，有效值）之比。

将爬距调大可以减少污闪事故的
发生。

可以通过增加绝缘子的片数和改变绝缘子的类型。

2、定期或不定期的清扫
3、涂料
涂憎水性涂料，如硅油或硅脂，近年来常采用室温化硅橡胶（rtv）
涂料。

4、半导体釉绝缘子
表面有电导电流流过，产生热量使污层不易吸潮。

5、新型合成绝
缘子
重量轻、抗拉、抗弯、耐冲击负荷、电气绝缘性能好、耐电弧性能好，但也存在价格贵、老化等问题。

3、电晕产生的物理机理是什么？它有哪些有害影响？试列举工程上各种防晕措施的实例。

解答：电晕放电是极不均匀电场中的一种自持放电现象，在极不均
匀电场中，在气体间隙还没有击穿之前，在电极曲率较大的附近的
空间的局部的场强已经很大了，从而在这局部强场中产生强烈的电离，但离电极稍远处场强已大为减弱，故此电离区域不能扩展到很大，只能在电极的表面产生放电的现象。

电晕放电的危害主要表现在这几个方面：
1）伴随着游离、复合、激励、反激励等过程而有声、光、热等效应，发出“咝咝”的声音，蓝色的晕光以及使周围气体温度升高等。

2）在
尖端或电极的某些突出处，电子和离于在局部强场的驱动下高速运动，与气体分子交换动量，形成“电风”。

当电极固定得刚性不够时，气体对“电风”的反作用力会使电晕极振动或转动。

3）电晕会产生高频脉冲电流，其中还包含着许多高次谐波，这会造
成对无线电的干扰。

4）电晕产生的化学反映产物具有强烈的氧化和腐蚀作用，所以，电
晕是促使有机绝缘老化的重要因素。

5）电晕还可能产生超过环保标
准的噪声，对人们会造成生理、心理的影响。

6）电晕放电，会有能
量损耗。

减少电晕放电的根本措施在于降低电极表面的场强，具体的措施有：改进电极形状、增大电极的曲率半径，采用分裂导线等。

4、极性效应的概念是什么？试以棒—板间隙为例说明产生机理。

解答：无论是长气隙还是短
气隙，击穿的发展过程都随着电压极性的不同而有所不同，即存在
极性效应。

1）机理
当棒极为正时，电子崩从棒极开始发展（因为此处的电场强度较高），电子迅速进入阳极（棒极），离子运动速度慢，棒极前方的
空间中留下了正离子，使电场发生了畸变，见赵智大，p18、图1－12，使接近棒极的电场减弱、前方电场增强，因此，正极性时放电
产生困难但发展比较容易，击穿电压较低。

当棒极为负时，电子崩仍然从棒极（因为此处的电场强度较高），
电子向阳极（板极扩散），离子相对运动速度较慢，畸变了电场，
见赵智大，p18，图1－13，使接近棒极的电场增强，前方电场减弱，因此，负极性时放电产生容易但发展比较困难，击穿电压较高。

正极性时放电产生困难但发展比较容易，击穿电压较低。

负极性时
放电产生容易但发展比较困难，击穿电压较高。

对于极不均匀电
场在加交流电压在缓慢升高电压的情况下，击穿通常发生在间隙为
正极性时。

第三章
1、什么叫间隙的伏秒特性曲线?它有什么作用?
解答：工程上常用在同一波形，不同幅值的冲击电压作用下，气隙
上出现的电压最大值和放电时间的关系，称为该气隙的伏秒特性，
表示该气隙伏秒特性的曲线，称为伏秒特性曲线。

伏秒特性曲线在工程上有很重要的应用，是防雷设计中实现保护设
备和被保护设备的绝缘配合的依据。

入侵雷电波
例如：在上图中需要用保护间隙来保护变压器免于遭受雷击，设保
护间隙和变压器的伏秒特性曲线分别为s2和s1，则需要s2的伏秒
特性曲线一直在s1的下方，如下图所示，这样不管在什么样的雷电
波的侵袭下，保护间隙总先于变压器放电，从而保护了变压器。

2、试举例提高气隙（气体间隙）击穿电压的各种方法。

解答：提
高气体间隙的击穿电压的常用的措施如下： 1）改善电场分布
一般说来，电场分布越均匀，气隙的击穿电压就越高。

故如能适当
地改进电极形状、增大电极的曲率半径，改善电场分布，就能提高
气隙的击穿电压；利用电晕提高击穿电压；利用屏障提高击穿电压。

2）采用高度真空
从气体撞击游离的理论可知，将气隙抽成高度的真空能抑制撞击游
离的发展，提高气隙的击穿电压。

3）增高气压
增高气体的压力可以减小电子的平均自由行程，阻碍撞击游离的发展，从而提高气隙的击穿电压。

4）采用高耐电强度气体
卤族元素的气体：六氟化硫（sf6）、氟里昂（ccl2f2）等耐电强度
比气体高的多，采用该气体或在其他气体中混入一定比例的这类气体，可以大大提高击穿电压。

第五章
p145： 5－1
解答：测定绝缘电阻可检查出的缺陷有：（1）总体绝缘质量欠佳；（2）绝缘受潮；（3）两极间有贯穿性的导电通道；（4）绝缘表面
情况不良（比较有无屏蔽）。

不能发现的缺陷：（1）局部缺陷；（2）老化（绝缘老化以后其电阻可能还很高）。

因此加的电压比设
备实际运行电压低故当绝缘严重下降时效果较好否则差，适合于绝
缘状态的初步诊断。

需要注意表面泄漏电流对绝缘电阻测量的影响。

测定泄漏电流可检查出的缺陷除绝缘电阻能测定的除外还包括一些
兆欧表所不能发现的缺陷。

需要注意表面泄漏电流对绝缘电阻测量
的影响。

（1）受潮：电导增加，损耗增加，介损增大。

（2）穿透性导电通道，电流增加，介损增大。

（3）绝缘内含气泡的电离，绝缘分层、脱壳，放电消耗能量，介损
增大。

（4）绝缘老化劣化，绕组上附积油泥；（5）绝缘油脏污、
劣化等。

但对下列故障的效果较差
（1）非穿透性的局部损坏，损耗增加不大，介损变化不大。

（2）
很小部分绝缘的老化和劣化，损耗增加不大，介损变化不大。

（3）
个别的绝缘弱点，损耗增加不大，介损变化不大。

测量结果容易受外界条件影响，包括1）外界电磁场的干扰影响；2）温度的影响；3）试验电压的影响；4）试品电容量的影响；5）试品
表面泄漏的影响。

第七章
p240-241:7-1
解答：波阻抗表示分布参数线路中前行电压波与前行电流波的比值；反行电压波与反行电流波比值的相反数；计算公式如下
z?
l0c0
，
l0和c0表示单位长度的电感和电容。

波阻抗与电阻的不同：（1）
波阻抗仅仅是一个比例常数，没有长度概念，而电阻不
是；（2）波阻抗吸收的功率一电磁能的形式存储在导线周围的媒介中，并没有消耗；而电阻吸收的功率和能量均转化为热能了。

第八章
8－3解答：非线性特性伏安特性如下：u
?cia
式中a=0.01～0.04，远小于sic的。

与传统的sic避雷器相比的优点：
1）结构简化、体积小、耐污性能好：由于优异的非线形性能，在相同电压作用下sic避雷器流过电流较大需要串联火花间隙，但zno
避雷器流过电流小省去了串联火花间隙，
2）保护性能优越：有很好的非线性伏安特性，可以进一步降低被保护设备的绝缘水平；没有保护间隙，有良好的陡波特性，适合于伏
秒特性平坦的sf6组合电器和气体绝缘变电站的保护。

3）无续流（正常电压作用下电阻大电流小为微安级，可以认为无续流）、无需吸收续流能量，动作负载轻、能重复动作实施保护。

4）通流容量大，能制成重载避雷器。

第九章
补充：1、①说明避雷线的作用。

②为什么降低接地电阻、架设耦合地线可以降低线路的雷击掉闸率，后者用于什么情况？解答：①吸
引雷击于避雷线而避免导线直接受雷击，耦合作用降低导线上承受
过电压。

②降低接地电阻可以提高线路的耐雷水平，减少线路的雷
击跳匝率。

架设耦合地线具有一定的分流作用和增大导地线之间的
耦合系数，可以减少线路承受的过电压从而提高雷击跳匝率。

后者
用于降低杆塔接地电阻有困难的情况。

2、综述输电线路的防雷措施。

一、避雷线（架空地线）
沿全线装设避雷线是目前为止110kv及其以上架空线最重要和最有
效的防雷措施。

35kv及以下一般不全线架设避雷线，因为其绝缘水
平较低，即使增加绝缘水平仍很难防止直击雷，可以靠增加绝缘水
平使线路在短时间故障情况运行，主要靠消弧线圈和自动重合闸装置。

二、降低杆塔接地电阻
这是提高线路耐雷水平和减少反击概率的主要措施，措施有采用多根放射状水平接地体、连续身长接地体、长效土壤降阻剂等。

三、加强线路的绝缘
例如增加绝缘子的片数、改用大爬距悬式绝缘子、增大塔头空气距离。

在实施上有很大的难度，一般为提高线路的耐雷水平，均优先【篇二：高电压技术课后答案】
上产生出来的新电子数等于或大于n.，那么即使除去外界电离因子的作用，放电也不会停止，即放电仅仅依靠已产生出来的电子和正离子就能维持下去的放电。

电负性气体：电子与某些气体分子发生碰撞时，电子与中性分子结合形成负离子，像这些易于产生负离子的气体称为电负性气体。

50%冲击放电电压：气隙被击穿的概率为50%的冲击电压峰值，也就是说如果施加10次电压有4到6次击穿，则这一电压就被认为是50%冲击放电电压。

爬电比距：外绝缘“相-地”之间的爬电距离与系统最高工作线电压之比。

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。

1-2
汤逊理论认为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形，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、低压气隙的放电，流注理论适用于高气压、长气隙电场气隙放电。

1-12
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
2、定期或不定期清扫
3、涂料
4、半导体秞绝缘子
5、新型合成绝缘子
1-13
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
子捕获形成负离子，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、压缩气体气压很大，电子的自由行程变小，不易积累能量，发
生碰撞电离的
概率减小，所以击穿电压升高，电气强度也高。

3、固体介质表面电场发生畸形，其原因可能有1，固体介质与电极表面接触不
良，存在小缝隙；2，固体介质表面由于受潮气形成水膜，其中的离
子受电场的驱动而沿着介质表面移动。

3，固体介质表面电阻的不均
匀和表面的粗糙不平
自由行程长度：任一粒子在1cm的行程中的碰撞次数的倒数
带电粒子的迁移率：带电粒子在单位场强下沿电场方向的漂移速度
电子崩：设外界电离因子在阴极附近产生了一个初始电子，若空间
的电场强度足够大，该电子向阳极运动时就会引起碰撞电离，产生
出一个新电子，初始电子和新电子继续向阳极运动，又会引起新的
碰撞电离，产生更多的电子，以此类推，电子数将按几何级数不断
增多，像雪崩似的发展，因而这种急剧增大的空间电子流被称为“电
子崩”
完成气隙击穿的必备条件：
1，足够大的电场强度或足够高的电压
2，在气隙中存在能引起电子崩并导致流注和主放电的有效电子
3，需要一定的时间，让放电得以逐步发展并完成击穿
提高气体介质电气强度的方法：
途径：1，改善气隙中的电场分布，使之尽量均匀2，设法削弱或抑
制气体介质中的电离过程
具体方法：1，改进电极形状以改善电场分布（增大曲率半径，消除
电极表面毛刺尖角）
2，利用空间电荷改善电场分布（减小导线直径，电晕放电，改变空间电荷分布）
3，采用屏障（间隙放屏障，其表面与电力线垂直）
4，采用高气压（减小电子的自由行程，抑制电离）
5，采用高电气强度气体（卤族元素，强电负性）
6，采用高真空（抑制气隙中的碰撞电离）
提高固体介质击穿电压的措施：
1，
2，
3，改进制造工艺，清除介质杂质改进绝缘设计，尽可能使电场均匀改善运行条件，注意防潮，尘污，加强散热冷却
2-9
sf6气体具有特别高的电气强度主要是因为这些气体都具有很强的电负性，容易俘获自由电子而形成负离子，电子变成负离子后，其引起碰撞电离的能力就
变得很弱，因而消弱了放电发展过程。

sf6气体的电气强度约为空气的2.5倍，而其灭弧能力高达空气的100倍以上，所以它成为除空气外应用最广泛的气体介质。

gis优点：1，大大节省占地面积和空间体积
2，运行安全可靠
3，有利于环保，使运行人员不受电场和磁场的影响
4，安装工作量小，检修周期长
电介质的电导与金属导体的电导有何不同
1，带电质点不同：电介质为带电离子；金属为自由电子
2，数量级不同：电介质的电导小，泄漏电流小；金属电导的电流很大，
为什么选用球隙而不是其他形状的间隙来测量高电压？球隙中的电场在极间距离不大时为稍不均匀电场，与其他不均匀电场相比有下列优点：1，击穿时延小，伏秒特性在1微秒左右即已变平，放电电压的分散性小，具有稳定的放电电压值和较高的测量精度。

耐雷水平：雷击线路时，其绝缘尚不发生闪络的最大雷电流幅值或能引起绝缘闪络的最小雷电流幅值。

雷击跳闸率:雷暴日为40时，100km的线路每年因雷击而引起的跳闸次数建弧率：由冲击闪络转变为稳定工频电弧的概率
避雷线保护角：是指避雷线悬挂点与被保护导线之间的连线，与避
雷线悬挂点铅垂方向的夹角。

输电线路防雷保护措施：
1，避雷线(架空地线)
2，降低杆塔接地电阻（提高线路耐雷水平和减少反击概率）
3，加强线路绝缘(增加绝缘子串中的片数，增大塔头空气间距，改
用大爬距悬式绝缘子
4，耦合地线（提高耐雷水平和降低雷击跳闸率，不可拦截直击雷，但有一定的分流作用和增大地线之间的耦合系数
5，消弧线圈（减小建弧率和断路器的跳闸次数）
6，管式避雷器（仅用在线路上雷电压特别大的场合或绝缘薄弱点
的防雷保护，可以免除线路绝缘的冲击闪络，建弧率降为0）
7，线路阀式避雷器（不必全线安装，减小雷击跳闸率）
8，不平衡绝缘（一回路的三相绝缘子片数少于另一回路的三相）
9，自动重合闸
电力系统绝缘配合的根本任务：正确处理过电压和绝缘这一对矛盾，以达到优质，安全，经济供电的目的
绝缘配合的核心问题：确定各种电气设备的绝缘水平，它是绝缘设
计的首要前提，往往以各种耐压试验所用的试验电压值来表示
特高压交流输电的优点和特点
1，更大的输电容量
2，更远的输送距离
3，大幅降低输电损耗
4，显著节约线路走廊用地
5，显著节约投资
6，限制交流系统短路容量的需要
直流输电系统的工作原理：交流系统送出交流功率给整流站的交流
母线，经换流变压器，送到整流器，把交流功率变换成直流功率，
然后由直流线路把直流功率输送给逆变站内的逆变器，逆变器把直
流功率变换成交流功率再经换流变压器，将交流功率送入受电端的
交流电力系统。

【篇三：高电压技术课后答案(吴广宁)】
s=txt>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？
1-2简要论述汤逊放电理论。

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？ 1-4雷电冲击电压的标准波形的波前和波长时间是如何确定的？
1-5操作冲击放电电压的特点是什么？
1-6影响套管沿面闪络电压的主要因素有哪些？
1-7具有强垂直分量时的沿面放电和具有弱垂直分量时的沿面放电，哪个对于绝缘的危害比较大，为什么？
1-8某距离4m的棒-极间隙。

在夏季某日干球温度=30℃，湿球温度=25℃，气压=99.8kpa的大气条件下，问其正极性50%操作冲击击
穿电压为多少kv?（空气相对密度=0.95）
1-9某母线支柱绝缘子拟用于海拔4500m的高原地区的35kv变电站，问平原地区的制造厂在标准参考大气条件下进行1min工频耐受
电压试验时，其试验电压应为多少kv？
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e?d个。

假设每次电离撞出一个正离子，故电极空间共有（e?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?的定义，此（e－1）
个正离子在到达阴极表面时可撞出?（e?d?d－1）个新电子，则(e?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。

1-3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。