【正文】 第 1 章 氣體的絕緣特性與介質(zhì)的電氣強(qiáng)度 11氣體放電過程中產(chǎn)生帶電質(zhì)點(diǎn)最重要的方式是什么，為什么？ 12簡(jiǎn)要論述湯遜放電理論。 13為什么棒－板間隙中棒為正極性時(shí)電暈起始電壓比負(fù)極性時(shí)略高？ 14雷電沖擊電壓的標(biāo)準(zhǔn)波形的波前和波長(zhǎng)時(shí)間是如何確定的？ 15操作沖擊放電電壓的特點(diǎn)是什么？ 16影響套管沿面閃絡(luò)電壓的主要因素有哪些？ 17具有強(qiáng)垂直分量時(shí)的沿面放電和具有弱垂直分量時(shí)的沿面放電，哪個(gè)對(duì)于絕緣的危害比較大，為什么？ 18某距離 4m的棒 極間隙。在夏季某日干球溫度 =30℃，濕球溫度 =25℃，氣壓 =的大氣條件下，問其正極性 50%操作沖擊擊穿電壓為多少 kV?（空氣相對(duì)密度 =） 19 某母線支柱絕緣子擬用于海拔 4500m 的高原地區(qū)的 35kV 變電站，問平原地區(qū)的制造廠在標(biāo)準(zhǔn)參考大氣條件下進(jìn)行 1min工頻耐受電壓試驗(yàn)時(shí)，其試驗(yàn)電壓應(yīng)為多少 kV？ 11氣體放電過程中產(chǎn)生帶電質(zhì)點(diǎn)最重要的方式是什么，為什么？ 答 : 碰撞電離是氣體放電過程中產(chǎn)生帶電質(zhì)點(diǎn)最重要的方式。 這是因?yàn)殡娮?體積小，其自由行程 (兩次碰撞間質(zhì)點(diǎn) 經(jīng) 過 的距離 )比離子大得多，所以在電場(chǎng)中獲得的動(dòng)能比離子大得多。其次． 由于電子的質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子或分子，因此當(dāng)電子的動(dòng)能不足以使中性質(zhì)點(diǎn)電離時(shí)，電子會(huì)遭到彈射而幾乎不損失其動(dòng)能；而離子因其質(zhì)量與被碰撞的中性質(zhì)點(diǎn)相近，每次碰撞都會(huì)使其速度 減小，影響其動(dòng)能的積累。 12簡(jiǎn)要論述湯遜放電理論。 答 : 設(shè)外界光電離因素在陰極表面產(chǎn)生了一個(gè)自由電子，此電子到達(dá)陽極表面時(shí)由于? 過程，電子總數(shù)增至 de? 個(gè)。假設(shè)每次電離撞出一個(gè)正離子，故電極空間共有（ de? － 1）個(gè)正 離子。 這些正離子在電場(chǎng)作用下向陰極運(yùn)動(dòng)，并撞擊陰極． 按照系數(shù) ? 的定義，此（ de?－ 1）個(gè)正離子在到達(dá)陰極表面時(shí)可撞出 ? （ de? － 1）個(gè)新電子， 則 ( de? 1)個(gè)正離子撞擊陰極表面時(shí)，至少能從陰極表面釋放出一個(gè)有效電子，以彌補(bǔ)原來那個(gè)產(chǎn)生電子崩并進(jìn)入陽極的電子，則放電達(dá)到自持放電。即湯遜理論的自持放電條件 可表達(dá)為 r( de? 1)=1或 ? de?＝ 1。 13為什么棒－板間隙中棒為正極性時(shí)電暈起始電壓比負(fù)極性時(shí)略高？ 答 :（ 1）當(dāng)棒具有正極性時(shí)，間隙中出現(xiàn)的電子向棒運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)，開始引起電離現(xiàn)象而形成電子崩。隨著電壓的逐漸上升，到放電達(dá)到自持、爆發(fā)電暈之前，在間隙中形成相當(dāng)多的電子崩。當(dāng)電子崩達(dá)到棒極后，其中的電子就進(jìn)入棒極，而正離子仍留在空間，相對(duì)來說緩慢地向板極移動(dòng)。于是在棒極 附近，積聚起正空間電荷，從而減少了緊貼棒極附近的電場(chǎng)，而略為加強(qiáng)了外部空間的電場(chǎng)。這樣，棒極附近的電場(chǎng)被削弱，難以造成流柱，這就使得自持放電也即電暈放電難以形成。 （ 2）當(dāng)棒具有負(fù)極性時(shí)，陰極表面形成的電子立即進(jìn)入強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)，造成電子崩。當(dāng)電子崩中的電子離開強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)后，電子就不再能引起電離，而以越來越慢的速度向陽極運(yùn)動(dòng)。一部份電子直接消失于陽極，其余的可為氧原子所吸附形成負(fù)離子。電子崩中的正離子逐漸向棒極運(yùn)動(dòng)而消失于棒極，但由于其運(yùn)動(dòng)速度較慢，所以在棒極附近總是存在著正空間電荷。結(jié)果在棒極附近出現(xiàn)了比較集中的 正空間電荷，而在其后則是非常分散的負(fù)空間電荷。負(fù)空 間電荷由于濃度小，對(duì)外電場(chǎng)的影響不大，而正空間電荷將使電場(chǎng)畸變。棒極附近的電場(chǎng)得到增強(qiáng)，因而自持放電條件易于得到滿足、易于轉(zhuǎn)入流柱而形成電暈放電。 14雷電沖擊電壓的標(biāo)準(zhǔn)波形的波前和波長(zhǎng)時(shí)間是如何確定的？ 答：圖 113表示雷電沖擊電壓的標(biāo)準(zhǔn)波形和確定其波前和波長(zhǎng)時(shí)間的方法 (波長(zhǎng)指沖擊波衰減至半峰值的時(shí)間 )。圖中 O 為原點(diǎn)， P 點(diǎn)為波峰 。國際上都用圖示的方法求得名義零點(diǎn) 1O 。圖中虛線所示，連接 P點(diǎn)與 線交橫軸于 1O 點(diǎn) ，這樣波前時(shí)間 1T 、和波長(zhǎng) 2T 都從 1O 算起。 目前國際上大多數(shù)國家對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)雷電波的波形規(guī)定是： % ?? sT ? ， %20502 ?? sT ? 圖 113 標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓波形 1T －波前時(shí)間 2T －半峰值時(shí)間 maxU 沖擊電壓峰值 15操作沖擊放電電壓的特點(diǎn)是什么？ 答： 操作沖擊放電電壓的特點(diǎn) ： （ 1） U形曲線，其擊穿電壓與波前時(shí)間有關(guān)而與波尾時(shí)間無關(guān)；（ 2）極性效應(yīng) ， 正極性操作沖擊的 50％擊穿電壓都比負(fù)極性的低 ； （ 3）飽和現(xiàn)象；（ 4）分散性大；（ 5）鄰近效應(yīng)， 接地物體靠近放電間隙會(huì)顯著降低正極性擊穿電壓 。 16影響套管沿面閃絡(luò)電壓的主要因素有哪些？ 答： 影響套管沿面閃絡(luò)電壓的主要因素有 （ 1）電場(chǎng)分布情況和作用電 壓波形的影響 （ 2）電介質(zhì)材料的影響 （ 3）氣體條件的影響 （ 4）雨水的影響 17具有強(qiáng)垂直分量時(shí)的沿面放電和具有弱垂直分量時(shí)的沿面放電，哪個(gè)對(duì) 絕緣的危害比較大，為什么？ 答： 具有強(qiáng)垂直分量時(shí)的沿面放電 對(duì) 絕緣的危害比較大 。 電場(chǎng)具有弱垂直分量的情況下，電極形狀和布置已使電場(chǎng)很不均勻，因而介質(zhì)表面積聚電荷使電壓重新分布所造成的電場(chǎng)畸變，不會(huì) 顯著降低沿面放電電壓 。另外這種情況下電場(chǎng)垂直分量較小．沿表面也沒有較大的電容電流流過，放電過程 中不會(huì) 出現(xiàn)熱電離現(xiàn)象 ，故沒有明顯的滑閃放電，因而垂直于放電發(fā)展方 向的介質(zhì)厚度 對(duì)放電電壓 實(shí)際上 沒有影響 。其 沿面閃絡(luò)電壓與空氣擊穿電壓的差別 相比強(qiáng)垂直分量時(shí)要小得多。 18某距離 4m的棒 極間隙。在夏季某日干球溫度 =30℃，濕球溫度 =25℃，氣壓 =的大氣條件下，問其正極性 50%操作沖擊擊穿電壓為多少 kV?（空氣相對(duì)密度 =） 答： 距離為 4m 的棒 極間隙，其標(biāo)準(zhǔn)參考大氣條件下的正極性 50%操作沖擊擊穿電壓50U標(biāo) 準(zhǔn) =1300kV。 查《高電壓 技術(shù) 》 可得空氣絕對(duì)濕度 320g/mh? 。從而 / 21,h ?? 再由 圖 31 求得參數(shù) ? 。求得參數(shù) 1500bUg LK???=1300/（ 5004 ） =，于是由 圖33得指數(shù) ?? 。 空氣密度校正因數(shù) 0. 5 82 7mdK ?? ? ? 濕度校正因數(shù) 0. 341. 1 1. 03 3whKK? ? ? 所以在這種大氣條件下，距離為 4m 的棒 極間隙的正極性 50%操作沖擊擊穿電壓為1250 50 1 3 0 0 0 .9 8 2 7 1 .0 3 3 1 3 2 0 k VU U K K? ? ? ? ? ? ?夏 標(biāo) 準(zhǔn) 。 19 某母線支柱絕緣子擬用于海拔 4500m 的高原地區(qū)的 35kV 變電站，問平原地區(qū)的制造廠在標(biāo)準(zhǔn)參考大氣條件下 進(jìn)行 1min工頻耐受電壓試驗(yàn)時(shí)，其試驗(yàn)電壓應(yīng)為多少 kV？ 解： 查 的規(guī)定可知， 35kV 母線支柱絕緣子的 1min 干工頻耐受電壓應(yīng)為 100kV，則可算出制造廠在平原地區(qū)進(jìn)行出廠 1min 干工頻耐受電壓試驗(yàn)時(shí)，其耐受電壓 U應(yīng)為 00 44 100 1 5 4 k V1 . 1 1 0 1 . 1 4 5 0 0 1 0a UU K U H ??? ? ? ?? ? ? ? 第 2 章 液體的絕緣特性與介質(zhì)的電氣強(qiáng)度 21電介質(zhì)極化的基本形式有哪幾種，各有什么特 點(diǎn)？ 22如何用電介質(zhì)極化的微觀參數(shù)去表征宏觀現(xiàn)象？ 23非極性和極性液體電介質(zhì)中主要極化形式有什么區(qū)別？ 24極性液體的介電常數(shù)與溫度、電壓、頻率有什么樣的關(guān)系？ 25液體電介質(zhì)的電導(dǎo)是如何形成的？電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)其有何影響？ 26目前液體電介質(zhì)的擊穿理論主要有哪些？ 27液體電介質(zhì)中氣體對(duì)其電擊穿有何影響？ 28水分、固體雜質(zhì)對(duì)液體電介質(zhì)的絕緣性能有何影響？ 29如何提高液體電介質(zhì)的擊穿電壓？ 21電介質(zhì)極化的基本形式有哪幾種，各有什么特點(diǎn)？ 答： 電介質(zhì)極化的基本形式有 （１） 電子位移極化 圖 （ 1） 電子式極化 （２）偶極子極化 圖 （ 2） 偶極子極化 （ a）無外電場(chǎng)時(shí) （ b）有外電場(chǎng)時(shí) 1— 電極 2— 電介質(zhì)（極性分子） 22如何用電介質(zhì)極化的微觀參數(shù)去表征宏觀現(xiàn)象？ 答： 克勞休斯方程表明，要由電介質(zhì)的微觀參數(shù)（ N、 ?）求得宏觀參數(shù) — 介電常數(shù) r? ，必須先求得電介質(zhì)的有效電場(chǎng) iE 。 （１） 對(duì)于非極性和弱極性液體介質(zhì)，有效電場(chǎng)強(qiáng)度 0233ri PE E E?? ?? ? ? 式中， P 為極化強(qiáng)度（ 0 ( 1)rPE? ???）。 上式稱為莫索締（ Mosotti）有效電場(chǎng)強(qiáng)度，將其代入克勞休斯方程 [式 (211)]，得到非極性與弱極性液體介質(zhì)的極化方程為 0123rrN? ???? ?? （２） 對(duì)于極性液體介質(zhì)， 由于 極性液體分子具有固有 偶極矩 ，它們之間的距 離近，相互作用強(qiáng)，造成強(qiáng)的附加電場(chǎng)， 洛倫茲球內(nèi)分子作用的電場(chǎng) 2E ≠ 0，莫索締有效電場(chǎng)不適用。 23非極性和極性液體電介質(zhì)中主要極化形式有什么區(qū)別？ 答： 非極性液體和弱極性液體電介質(zhì)極化中起主要作用的是 電子位移極化 ，偶極子極化對(duì)極化的貢獻(xiàn)甚微 ； 極性液體介質(zhì)包括中極性和強(qiáng)極性液體介質(zhì)，這類介質(zhì)在電場(chǎng)作用下，除了電子位移極化外，還有 偶極子極化 ，對(duì)于強(qiáng)極性液體介質(zhì)，偶極子的轉(zhuǎn)向極化往往起主要作用 。 24極性液體的介電常數(shù)與溫度、電壓、頻率有什么樣的關(guān)系？ 答：（１）溫度 對(duì)極性液體電介質(zhì)的 r? 值 的影響 如圖 22所示，當(dāng)溫度 很低時(shí)，由于分子間的聯(lián)系緊密，液體電介質(zhì)黏度很大，偶極子轉(zhuǎn)動(dòng)困難，所以 r? 很??；隨著溫度的升高，液體電介質(zhì)黏度減小，偶極子轉(zhuǎn)動(dòng)幅度變大， r?隨之變大；溫度繼續(xù)升高，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，阻礙極性分子沿電場(chǎng)取向，使極化減弱， r? 又開始減小。 （２） 頻率對(duì)極性液體電介質(zhì)的 r? 值 的影響 如圖 21所示 ， 頻率太高時(shí)偶極子來不 及轉(zhuǎn)動(dòng)，因而 r? 值變小 。其中 0r? 相當(dāng)于直流電場(chǎng)下的介電常數(shù)， ff1 以后偶極子越來越跟不上電場(chǎng)的交變， r? 值不斷下降；當(dāng)頻率 f=f2時(shí)，偶極子已經(jīng)完全跟不上電場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)了，這時(shí)只存在電子式極化， r? 減小到 r?? ，常溫下，極性液體電介質(zhì)的 r? ≈ 3～ 6。 25液體電介質(zhì)的電導(dǎo)是如何形成的？電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)其有何影響？ 答： 液體電介質(zhì)電導(dǎo)的 形成： （１）離子電導(dǎo) —— 分為本征離子電導(dǎo)和雜質(zhì)離子電導(dǎo)。設(shè)離子為正離子，它們處于圖２－５中 A、 B、 C 等勢(shì)能最低的位置上作振動(dòng)，其振動(dòng)頻率為 υ ，當(dāng)離子的熱振動(dòng)能超過鄰近分子對(duì)它的束縛勢(shì)壘 0u 時(shí)，離子即能離開其穩(wěn)定位置而遷移。 （２）電泳電導(dǎo) —— 在工程中，為了改善液體介質(zhì)的某些理化性能，往往在液體介質(zhì)中 加入一定量的樹脂，這些樹脂在液體介質(zhì)中部分呈 溶解狀態(tài)，部分可能呈膠粒狀懸浮在液體介質(zhì)中，形成膠體溶液，此外，水分進(jìn)入某些液體介質(zhì)也可能造成乳化狀態(tài)的 膠體溶液。這些膠粒均帶有一定的電荷，當(dāng)膠粒的介電常數(shù)大于液體的介電常數(shù)時(shí)，膠粒帶正電；反之，膠粒帶負(fù)電。膠粒相對(duì)于液體的電位 0U 一般是恒定的，在電場(chǎng)作用下定向的遷移構(gòu)成“電泳電導(dǎo)”。 電場(chǎng)強(qiáng)度 的 影響 （１） 弱電場(chǎng)區(qū)： 在通常條件下，當(dāng)外加電場(chǎng)強(qiáng)度遠(yuǎn)小于擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，液體介質(zhì)的離子電導(dǎo)率 ? 是與電場(chǎng)強(qiáng)度無關(guān)的常數(shù)，其導(dǎo)電 規(guī)律遵從歐姆定律。 （２）強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)： 在 E≥ 107V/m的強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)，電流隨電場(chǎng)強(qiáng)度呈指數(shù)關(guān)系增長(zhǎng)，除極純凈的液體介質(zhì)外，一般不存在明顯的飽和電流區(qū) 。 液體電介質(zhì)在強(qiáng)電場(chǎng)下的電導(dǎo)具有電子碰撞電離的特點(diǎn)。 26目前液體電介質(zhì)的擊穿理論主要有哪些？ 答： 液體介質(zhì)的擊穿理論 主要有三類： （１） 高度純凈去氣液體電介質(zhì)的電擊穿理論 （２） 含氣純凈液體電介質(zhì)的氣泡擊穿理論 （３） 工程純液體電介質(zhì)的雜質(zhì)擊穿 理論 27液體電介質(zhì)中氣體對(duì)其電擊穿有何影響？ 答： 氣泡擊穿觀點(diǎn)認(rèn)為，不論由于何種原因使液體中存在氣泡時(shí)，由于 交變 電壓下兩串聯(lián)介質(zhì)中電場(chǎng)強(qiáng)度與介質(zhì)介電常數(shù)成反比，氣泡中的電場(chǎng)強(qiáng)度比液體介質(zhì)高，而氣體的擊穿場(chǎng)強(qiáng)又比液體介質(zhì)低得多，所以總是氣泡先發(fā)生電離，這又使氣泡溫度升高，體積膨脹，電離將進(jìn)一步發(fā)展；而氣泡電離產(chǎn)生的高能電子又碰撞液體分子，使液體分子電離生成更多的氣體，擴(kuò)大氣體通道，當(dāng)氣泡在兩極間形成“氣橋”時(shí)，液體介質(zhì)就能在此通道中發(fā)生擊穿。 熱化氣擊穿 觀點(diǎn)認(rèn)為， 當(dāng)液體中平均場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到 107～ 108V/m時(shí)，陰極表面微尖端處的場(chǎng)強(qiáng)就可能達(dá)到 108V/m 以上。由于場(chǎng)致發(fā)射，大量電子由陰極表面的微尖端注入到液體中，估計(jì)電流密 度可達(dá) 105A/m2以上。按這樣的電流密度來估算發(fā)熱，單位體積、單位時(shí)間中的發(fā)熱量約為 1013J/（ s 3m ），這些熱量用來加熱附近的液體，足以使液體氣化。當(dāng)液體得到的能量 等于電極附近液體氣化所需的熱量時(shí)，便產(chǎn)生氣泡， 液體擊穿 。 電離化氣擊穿 觀點(diǎn)認(rèn)為， 當(dāng)液體介質(zhì)中電場(chǎng)很強(qiáng)時(shí)，高能電子出現(xiàn)，使液體分子 C— H鍵（ C— C鍵）斷裂，液體放氣 。 28水分、固體雜質(zhì)對(duì)液體電介質(zhì)的絕緣性能有何影響？ 答：（１