高电压技术第四版习题答案
第一章
1 -1
极化种类 电子式极化 离子式极化 偶极子极化 夹层极化 产生场合 所需时间 能量损耗 无 几乎没有 有有 产生原因 束缚电子运行轨道偏 移 离子的相对偏移 偶极子的定向排列 自由电荷的移动 任何电介质-15 s 离子式结构电介质-13 s 极性电介质-10?10-2 s
多层介质的交界面-1 s ?数小时
1-4
金属导体 气体，液体，固体 电导形式 （自由电子）电子电导
电导率Y 很大
自由电子、 正离子、负离子、杂质电导、 自身离解、 很小 离子电导 P 很大
金属导电的原因是自由电子移动； 电介质通常不导电，
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?10mi n 。 补充: 图中 C1 代表介质的无损极化 （电子式和离子式极化） ，C2 — R2 代 表各种有损极化，而R3则代表电导损耗。
图1 - 4- 2中，RIk 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 为杂质、离子）Y
是在特定情况下
离、化学分解或热离解出来的带电质点移动导致。 1-6
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5，称为介质损耗角。介质损耗角简称介损角5，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t g 5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。
第二章掌握：
1. 平均自由行程的概念，四种电离的基本原理，表面电离的四种形式、负离子的产生，去游离的三种形式。
2. 汤逊理论和流注理论的放电机理，发展过程，自持放电条件，应用范围及二者区别；巴申曲线及其含义，物理解释
3. 电晕放电的物理机理，基本过程，优缺点，消除措施。
4. 极性效应的概念，机理
2-2
汤逊理论认为，当pd 较小时，电子的碰撞电离和正离子撞击阴极造成
的表面电离起着主要作用，气隙的击穿电压大体上是pd 的函数。忽略了带电质点改变电场分布及光电离（1. 汤逊理论没有考虑电离出来的空间电荷会使电场畸变，从而对放电过程产生影响。2. 汤逊理论没有考虑光子在放电过程中的作用，即空间光电离和阴极表面光电离）。
流注理论认为电子碰撞电离和空间光电离是维持自持放电的主要因素，
并强调了空间电荷畸变电场的作用充分注意到了空间电荷对电场畸变
的作用）。。。。。。。。
汤森德放电机理在较均匀电场和0.26
范围内有效。3 ?S 3 ?S流注放电机理在不均匀电场和> 0.2 的范围内有效。 补充1： 巴申（帕邢）定律的实验曲线的物理意义： 假设S保持不变，当压强P（气体密度5 ）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。反之，当 强P（气体密度5）减小时，电子在碰撞前积聚到足够动能的几率虽然增但气体很稀薄，电子在走完全程中与气体分子相撞的总次数却减到 了， ，Ub 所以会增大。 同样，可假设压强P（气体密度5 ）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，但电子在走完全程中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。 U形曲线（在两者之间，总存在一个压强P（气体密度5 ）对造成撞击 电离最有利，此时Ub最小。）补充2： 电晕产生的物理机理是：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。 补充3： 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 1. 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 2. 气隙的伏秒特性的定义，制作，应用；基本电压波形 3. 大气条件对气隙击穿电压的影响 4. 5. 提高气隙击穿电压的方法补充1： 间隙伏秒特性曲线：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。 补充2： 提高气隙（气体间隙）击穿电压的方法有： 1. 改善电场分布。 增大电极曲率半径（简称屏蔽） 减小表面场强。如变压器套管端部加球形屏蔽罩；采用扩 径导线等改善电极边缘 第4/8 页电极边缘做成弧形 使电极具有最佳外形。 如穿墙高压引线上加金属扁球 2. 高真空的采用 削弱间隙中的碰撞电离过程，从而显著增高间隙的击穿电压 高真空中击穿机理发生了改变：撞击电离的机制不起主要作用，而击穿与强 场发射有关应用：真空断路器中用作绝缘和灭弧。 3. 高气压的采用 减小电子的平均自由行程，削弱电离过程 例：大气压力下空气的电气强度仅约为变压器油的1/5 7/8，提高压力