《高电压工程基础(第2版)》第07章习题答案

 1 《高电压技术》习题解答 

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： 

1.1.碰撞游离方式碰撞游离方式碰撞游离方式 在这种方式下，游离能为与中性原子在这种方式下，游离能为与中性原子在这种方式下，游离能为与中性原子((分子分子))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正、负带电粒子都有可能与中性原子((分子分子))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复合是正、负带电质点相互结合后成为中性原子((分子分子))的过程。复合是游离的逆过程，因此

第9章 习题

9.1 雷电流、落雷密度是怎样定义的？

答：雷电流：雷击具有一定参数的物体时，流过被击物的电流与被击物之波阻抗有关，波阻抗越小，流过被击物电流愈大，当波阻抗为零时，流经被击物的电流定义为雷电流。实际上被击物阻抗不可能为零，因此规程规定，雷电流是指雷击于电阻（等值）小于等于30欧的低接地电阻物体时，流过该物体的电流。

落雷密度：每一个雷暴日，每平方公里对地面落雷次数，称为地面落雷密度。

9.2 说明阀式避雷器中残压、额定（灭弧）电压、保护特性、续流的含义及定义。

答：残压：当避雷器上过电压的瞬时值达到放电间隙的冲击放电电压bU时，间隙击穿，电压波即被截断，这时避雷器呈现小电阻，它在最大允许冲击电流下的压降称为残压RU。

额定（灭弧）电压：我国有关规程规定，阀式避雷器的间隙灭弧电压，在中性点直接接地的系统中，应取设备最高运行线电压的80%，而在中性点非直接接地的系统中，取值不应低于设备最高运行线电压的100%。

保护特性：为了保证避雷器有良好的保护性能，要求间隙应有平坦的伏秒特性和较强的熄灭工频续流的能力，阀片电阻是非线性的，它在大电流（冲击电流）时呈现小电阻，以保证其上的压降（残压）足够低，而在冲击电流过后，阀片在电网的工频电压作用下呈现大电阻，以限制工频续流，有利于间隙灭弧。

续流：避雷器在雷电冲击作用下动作，冲击电压消失后，加在该避雷器上的恢复电压即系统的工频电压，它将使间隙中继续流过工频电流，称其为续流。

9.3 金属氧化物避雷器有哪些优点？

答：金属氧化物避雷器优点如下：

1）非线性系数值很小；2）保护性能好；3）金属氧化物避雷器基本无续流，动作负载轻，耐重复动作能力强；4）通流容量大；5）结构简单，尺寸小，易于大批量生产，造价低；6）可适用于多种特殊需要。

9.4 试述雷击地面时，被击点电位的计算模型。设雷电流I = l00 kA，被击点A对地的电阻R = 30Ω。求A点的电位（雷电通道波阻抗 Z0 = 300 Ω）。

第3章 习题

3.1 用经验公式计算间隙距离为2cm的均匀电场空气间隙的工频平均击穿场强。

解： 根据经验公式24.226.08=+bUδdδd，我们假设实验环境为标准大气下，此时

1=δ，又有所给数据2=dcm，代入后可计算得到57.04=bUkV，又因为：

=bbUE

d，我们可得到工频平均击穿场强28.52/=bEkVcm。

3.2 试证明同轴圆柱电极在外电极半径R不变而改变内电极半径r时，其自持放

电电压出现极大值的条件是R/r=e（提示：即内电极表面场强出现极小值的

条件）。

解：

距离圆柱轴线距离x处的电场强度为：/(ln)xREUx

r=。

最大场强即为内圆柱表面的场强，即：

maxr/(rln)REEU

r==。

其自持放电电压出现极大值的条件即内电极表面场强出现极小值的条件，因此需

要求出Emax取极小值的条件。当lnRr

r取极大值时，rE极小，此时ln1R

r=，也就是Re

r=。

3.3 推导同心球间隙的电场不均匀系数的表达式。

解：

离球心距离为x处的电场强度为： 2()xRrEU

Rrx=

−。最大场强应为内球的表面场强，即：

()maxrREEU

Rrr==

−。

平均场强为：/()avEURr=−。

因此电场不均匀系数f为：max

avERf

Er==。

3.4 试确定750kV工频试验变压器高压出线端对墙的距离(安全系数可取为1.8)。

解:

由棒-板间隙的平均击穿场强3.35/=bEkVcm，我们可计算得到750kV的放电距离为：750223.88

3.35===

bUdcm

E，取安全系数1.8=α，则出线端对墙的安全距离

为223.881.8402.98cm=。

3.5 输电线路导线对杆塔的间隙系数为1.35，间隙长度为8m，问该间隙在操作

过电压下的最小击穿电压为多少？

解： 根据书中所给经验公式：min3.4

18/=

+U

d，d为间隙距离，将数据代入公式计算得

到：

min

amin3.43.41.7MV

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

KLCE

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, uc=0。

在t=0时合闸：dttiCdttdiLtutuEcL1，即EtudttudLCcc22，解为01coscutEt，01LC，可见电容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20220CUE，0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，称为导线的波阻抗。

波速：平面电磁波在导线中的传播速度，001CL，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感和电容，与线路的长度无关，而导线的电阻与长度成正比；

2) 波阻抗说明导线周围电介质所获得的电磁能的大小，以电磁能的形式储存在周围电介质中，并不被消耗，而电阻则吸收电源能量并转变为热能消耗掉；

3) 波阻抗有正、负号，表示不同方向的流动波，而电阻则没有。