高电压技术课后习题答案详解

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高电压技术课后习题答案详解之欧阳理创编

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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α过程,电子总数增至deα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)个正离子在到达阴极表面时可撞出γ(d eα-1)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)=1或γd eα=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。

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。

高电压技术课后习题答案详解之欧阳学文创作

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11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?欧阳学文答: 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。

12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α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)个正离子在到达阴极表面时可撞出γ(d eα-1)个新电子,则(d eα1)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 eα1)=1或γd eα=1。

13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。

高电压技术课后习题答案详解之欧阳术创编

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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α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)个正离子在到达阴极表面时可撞出γ(d eα-1)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)=1或γd eα=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。

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。

(完整版)《高电压技术》习题解答

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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,因此在复合过程中要释放能量,一般为光能。

高电压技术课后题答案详解

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高电压技术课后题答案详解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- C.热游离3)电晕放电是一种。

A--A.自持放电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--C.热游离5)以下哪个不是发生污闪最危险的气象条件D-D.大雨6)以下哪种材料具有憎水性A--A.硅橡胶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1)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。

2)数量级不同:电介质的γ小,泄漏电流小;金属电导的电流很大。

3)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α过程,电子总数增至eαd 个。

假设每次电离撞出一个正离子,故电极空间共有(eαd -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(eαd -1)个正离子在到达阴极表面时可撞出γ(eαd -1)个新电子,则( eαd -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αd电子,则放电达到自持放电。

高电压技术课后习题答案详解之欧阳学创编

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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α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)个正离子在到达阴极表面时可撞出γ(d eα-1)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)=1或γd eα=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。

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。

高电压技术课后答案

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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泄义答: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、保护装苣特性及设备的绝缘特性, 最终确建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,确能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:任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左绝缘子串的片数,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需器的保护水平为基础确左的。

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髙引起的工频过电压 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:电源的等值电抗凡可以加剧电容效应,相当于把线路拉长。

电源容疑愈小,电源的等值电抗凡愈大,空载 线路末端电压升髙也愈大。

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:在超髙压电网中,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。

高电压技术课后习题及答案.docx

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第一章作业■ 解释下列术语(1)气体屮的自持放电;(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,即使除左•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:能引起电了崩并最终导致间隙击穿的电了称为有效电子,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而最短距离,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°J■1-2汤逊理论与流注理论对气体放电过程和口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:汤逊理论认为电了碰撞电离是气体放电的主要原因,二次电子来源于正离了撞击阴极使阴极表面逸出电子,逸岀电了是维持气休放电的必雯条件。

所逸出的电子能否接替起始电子的作川是自持放电的判据。

流汴理论认为形成流注的必要条件是电了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。

汤逊理论的适川范围是短间隙、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。

在一极间距离为1cm的均匀电场电场气隙屮,电子碰撞电离系数a =11cm-1o 今有一初始电子从阴极表而出发,求到达阳极的电子崩中的电子数冃。

解:到达阳极的电子崩屮的电子数忖为n(l— e(xd =e}M =59874答:到达阳极的电子崩屮的电子数冃为59874个。

1・5近似估算标准大气条件卜•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(03、£ =30/7^ l + -y= =30xlxlx I 后丿对半径为1mm的导线( 03 'E =30xlxlx 1+• ‘ •=5&5(kV/cm)答:半径1cm导线起晕场强为39kV/cm,半径1mm Y线起晕场强为58.5kV/cm1-10简述绝缘污闪的发展机理和防止对策。

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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deα个。

假设每次电离撞出一个正离子,故电极空间共有(deα-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(deα-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(deα-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(deα=1。

eα-1)=1或γd1-3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成负离子。

电子崩中的正离子逐渐向棒极运动而消失于棒极,但由于其运动速度较慢,所以在棒极附近总是存在着正空间电荷。

结果在棒极附近出现了比较集中的正空间电荷,而在其后则是非常分散的负空间电荷。

负空间电荷由于浓度小,对外电场的影响不大,而正空间电荷将使电场畸变。

棒极附近的电场得到增强,因而自持放电条件易于得到满足、易于转入流柱而形成电晕放电。

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?答:图1-13表示雷电冲击电压的标准波形和确定其波前和波长时间的方法(波长指冲击波衰减至半峰值的时间)。

图中O 为原点,P 点为波峰。

国际上都用图示的方法求得名义零点1O 。

图中虚线所示,连接P 点与倍峰值点作虚线交横轴于1O 点,这样波前时间1T 、和波长2T 都从1O 算起。

目前国际上大多数国家对于标准雷电波的波形规定是:,图1-13 标准雷电冲击电压波形1T -波前时间 2T -半峰值时间 max U 冲击电压峰值1-5操作冲击放电电压的特点是什么?答:操作冲击放电电压的特点:(1)U 形曲线,其击穿电压与波前时间有关而与波尾时间无关;(2)极性效应,正极性操作冲击的50%击穿电压都比负极性的低;(3)饱和现象;(4)分散性大;(5)邻近效应,接地物体靠近放电间隙会显著降低正极性击穿电压。

1-6影响套管沿面闪络电压的主要因素有哪些?答:影响套管沿面闪络电压的主要因素有(1)电场分布情况和作用电压波形的影响(2)电介质材料的影响(3)气体条件的影响(4)雨水的影响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,哪个对绝缘的危害比较大,为什么?答:具有强垂直分量时的沿面放电对绝缘的危害比较大。

电场具有弱垂直分量的情况下,电极形状和布置已使电场很不均匀,因而介质表面积聚电荷使电压重新分布所造成的电场畸变,不会显著降低沿面放电电压。

另外这种情况下电场垂直分量较小.沿表面也没有较大的电容电流流过,放电过程中不会出现热电离现象,故没有明显的滑闪放电,因而垂直于放电发展方向的介质厚度对放电电压实际上没有影响。

其沿面闪络电压与空气击穿电压的差别相比强垂直分量时要小得多。

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=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=)答:距离为4m 的棒-极间隙,其标准参考大气条件下的正极性50%操作冲击击穿电压50U 标准=1300kV 。

查《高电压技术》可得空气绝对湿度320g/m h =。

从而/21,h δ=再由图3-1求得参数 1.1K =。

求得参数1500b U g L K δ=•=1300/(500×4××)=,于是由图3-3得指数0.34m W ==。

空气密度校正因数0.340.950.9827m d K δ=== 湿度校正因数0.341.1 1.033w h K K ===所以在这种大气条件下,距离为4m 的棒-极间隙的正极性50%操作冲击击穿电压为12505013000.9827 1.0331320kV U U K K =••=⨯⨯=夏标准。

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 ?解:查的规定可知,35kV 母线支柱绝缘子的1min 干工频耐受电压应为100kV ,则可算出制造厂在平原地区进行出厂1min 干工频耐受电压试验时,其耐受电压U 应为 0044100154kV 1.110 1.1450010a U U K U H --====-⨯-⨯2-1电介质极化的基本形式有哪几种,各有什么特点?答:电介质极化的基本形式有(1)电子位移极化图(1) 电子式极化(2)偶极子极化图(2) 偶极子极化(a )无外电场时 (b )有外电场时1—电极 2—电介质(极性分子)2-2如何用电介质极化的微观参数去表征宏观现象?答:克劳休斯方程表明,要由电介质的微观参数(N 、)求得宏观参数—介电常数r ε,必须先求得电介质的有效电场i E 。

(1)对于非极性和弱极性液体介质,有效电场强度0233r i P E E E εε+=+= 式中,P 为极化强度(0(1)r P E εε=-)。

上式称为莫索缔(Mosotti )有效电场强度,将其代入克劳休斯方程[式(2-11)],得到非极性与弱极性液体介质的极化方程为123r r N εαεε-=+ (2)对于极性液体介质,由于极性液体分子具有固有偶极矩,它们之间的距离近,相互作用强,造成强的附加电场,洛伦兹球内分子作用的电场2E ≠0,莫索缔有效电场不适用。

2-3非极性和极性液体电介质中主要极化形式有什么区别?答:非极性液体和弱极性液体电介质极化中起主要作用的是电子位移极化,偶极子极化对极化的贡献甚微;极性液体介质包括中极性和强极性液体介质,这类介质在电场作用下,除了电子位移极化外,还有偶极子极化,对于强极性液体介质,偶极子的转向极化往往起主要作用。

2-4极性液体的介电常数与温度、电压、频率有什么样的关系?答:(1)温度对极性液体电介质的r ε值的影响如图2-2所示,当温度很低时,由于分子间的联系紧密,液体电介质黏度很大,偶极子转动困难,所以r ε很小;随着温度的升高,液体电介质黏度减小,偶极子转动幅度变大,r ε随之变大;温度继续升高,分子热运动加剧,阻碍极性分子沿电场取向,使极化减弱,r ε又开始减小。

(2)频率对极性液体电介质的r ε值的影响如图2-1所示,频率太高时偶极子来不及转动,因而r ε值变小。

其中0r ε相当于直流电场下的介电常数,f>f 1以后偶极子越来越跟不上电场的交变,r ε值不断下降;当频率f=f2时,偶极子已经完全跟不上电场转动了,这时只存在电子式极化,r ε减小到r ε∞,常温下,极性液体电介质的r ε≈3~6。

2-5液体电介质的电导是如何形成的?电场强度对其有何影响?答:液体电介质电导的形成:(1)离子电导——分为本征离子电导和杂质离子电导。

设离子为正离子,它们处于图2-5中A、B、C等势能最低的位置上作振动,其振动频率为υ,u时,离子即能离开其稳定位置当离子的热振动能超过邻近分子对它的束缚势垒而迁移。

(2)电泳电导——在工程中,为了改善液体介质的某些理化性能,往往在液体介质中加入一定量的树脂,这些树脂在液体介质中部分呈溶解状态,部分可能呈胶粒状悬浮在液体介质中,形成胶体溶液,此外,水分进入某些液体介质也可能造成乳化状态的胶体溶液。

这些胶粒均带有一定的电荷,当胶粒的介电常数大于液体的介电常数时,胶粒带正电;反之,胶粒带负电。

胶粒相对于液体的电U一般是恒定的,在电场作用下定向的迁移构成“电泳电导”。

位电场强度的影响(1)弱电场区:在通常条件下,当外加电场强度远小于击穿场强时,液体介质的离子电导率 是与电场强度无关的常数,其导电规律遵从欧姆定律。

(2)强电场区:在E≥107V/m的强电场区,电流随电场强度呈指数关系增长,除极纯净的液体介质外,一般不存在明显的饱和电流区。

液体电介质在强电场下的电导具有电子碰撞电离的特点。

2-6目前液体电介质的击穿理论主要有哪些?答:液体介质的击穿理论主要有三类:(1)高度纯净去气液体电介质的电击穿理论(2)含气纯净液体电介质的气泡击穿理论(3)工程纯液体电介质的杂质击穿理论2-7液体电介质中气体对其电击穿有何影响?答:气泡击穿观点认为,不论由于何种原因使液体中存在气泡时,由于交变电压下两串联介质中电场强度与介质介电常数成反比,气泡中的电场强度比液体介质高,而气体的击穿场强又比液体介质低得多,所以总是气泡先发生电离,这又使气泡温度升高,体积膨胀,电离将进一步发展;而气泡电离产生的高能电子又碰撞液体分子,使液体分子电离生成更多的气体,扩大气体通道,当气泡在两极间形成“气桥”时,液体介质就能在此通道中发生击穿。

热化气击穿观点认为,当液体中平均场强达到107~108V/m时,阴极表面微尖端处的场强就可能达到108V/m以上。

由于场致发射,大量电子由阴极表面的微尖端注入到液体中,估计电流密度可达105A/m2以上。

按这样的电流密度来估算发热,单位体积、单位时间中的发热量约为1013J/(s·3m),这些热量用来加热附近的液体,足以使液体气化。

当液体得到的能量等于电极附近液体气化所需的热量时,便产生气泡,液体击穿。

电离化气击穿观点认为,当液体介质中电场很强时,高能电子出现,使液体分子C—H键(C—C键)断裂,液体放气。

2-8水分、固体杂质对液体电介质的绝缘性能有何影响?答:(1)水分的影响当水分在液体中呈悬浮状态存在时,由于表面张力的作用,水分呈圆球状(即胶粒),均匀悬浮在液体中,一般水球的直径约为10-2~10-4cm。

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