高電壓技術(shù)第2章習(xí)題

1、第2章 液體的絕緣特性與介質(zhì)的電氣強度2-1電介質(zhì)極化的基本形式有哪幾種，各有什么特點？2-2如何用電介質(zhì)極化的微觀參數(shù)去表征宏觀現(xiàn)象？2-3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？2-4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？2-5液體電介質(zhì)的電導(dǎo)是如何形成的？電場強度對其有何影響？2-6目前液體電介質(zhì)的擊穿理論主要有哪些？2-7液體電介質(zhì)中氣體對其電擊穿有何影響？2-8水分、固體雜質(zhì)對液體電介質(zhì)的絕緣性能有何影響？2-9如何提高液體電介質(zhì)的擊穿電壓？2-1電介質(zhì)極化的基本形式有哪幾種，各有什么特點？答：電介質(zhì)極化的基本形式有（）電子位移極化圖（1） 電子式極化（）偶極子

2、極化圖（2） 偶極子極化（a）無外電場時 （b）有外電場時1電極 2電介質(zhì)（極性分子）（3）離子式極化（4）夾層極化（5）空間電荷極化2-2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、a）求得宏觀參數(shù)介電常數(shù)，必須先求得電介質(zhì)的有效電場。（）對于非極性和弱極性液體介質(zhì)，有效電場強度式中，為極化強度（）。上式稱為莫索締（Mosotti）有效電場強度，將其代入克勞休斯方程式(2-11)，得到非極性與弱極性液體介質(zhì)的極化方程為（）對于極性液體介質(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，造成強的附加電場，洛倫茲球內(nèi)分子作用的電場0，

3、莫索締有效電場不適用。2-3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，偶極子極化對極化的貢獻(xiàn)甚微；極性液體介質(zhì)包括中極性和強極性液體介質(zhì)，這類介質(zhì)在電場作用下，除了電子位移極化外，還有偶極子極化，對于強極性液體介質(zhì)，偶極子的轉(zhuǎn)向極化往往起主要作用。2-4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：（）溫度對極性液體電介質(zhì)的值的影響如圖2-2所示，當(dāng)溫度很低時，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)動困難，所以很小；隨著溫度的升高，液體電介質(zhì)黏度減小，偶極子轉(zhuǎn)動幅度變大，隨之變大；溫度繼續(xù)升高，分子熱

4、運動加劇，阻礙極性分子沿電場取向，使極化減弱，又開始減小。（）頻率對極性液體電介質(zhì)的值的影響如圖2-1所示，頻率太高時偶極子來不及轉(zhuǎn)動，因而值變小。其中相當(dāng)于直流電場下的介電常數(shù)，f>f1以后偶極子越來越跟不上電場的交變，值不斷下降；當(dāng)頻率f=f2時，偶極子已經(jīng)完全跟不上電場轉(zhuǎn)動了，這時只存在電子式極化，減小到，常溫下，極性液體電介質(zhì)的36。2-5液體電介質(zhì)的電導(dǎo)是如何形成的？電場強度對其有何影響？答：液體電介質(zhì)電導(dǎo)的形成：（）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，它們處于圖中A、B、C等勢能最低的位置上作振動，其振動頻率為，當(dāng)離子的熱振動能超過鄰近分子對它的束縛勢壘時

5、，離子即能離開其穩(wěn)定位置而遷移。（）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，膠粒帶正電；反之，膠粒帶負(fù)電。膠粒相對于液體的電位一般是恒定的，在電場作用下定向的遷移構(gòu)成“電泳電導(dǎo)”。電場強度的影響（）弱電場區(qū)：在通常條件下，當(dāng)外加電場強度遠(yuǎn)小于擊穿場強時，液體介質(zhì)的離子電導(dǎo)率是與電場強度無關(guān)的常數(shù)，其導(dǎo)電規(guī)律遵從歐姆定律。（）強電場區(qū)：在E107V/m

6、的強電場區(qū)，電流隨電場強度呈指數(shù)關(guān)系增長，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)在強電場下的電導(dǎo)具有電子碰撞電離的特點。2-6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：（）高度純凈去氣液體電介質(zhì)的電擊穿理論（）含氣純凈液體電介質(zhì)的氣泡擊穿理論（）工程純液體電介質(zhì)的雜質(zhì)擊穿理論2-7液體電介質(zhì)中氣體對其電擊穿有何影響？答：氣泡擊穿觀點認(rèn)為，不論由于何種原因使液體中存在氣泡時，由于交變電壓下兩串聯(lián)介質(zhì)中電場強度與介質(zhì)介電常數(shù)成反比，氣泡中的電場強度比液體介質(zhì)高，而氣體的擊穿場強又比液體介質(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

7、，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，液體介質(zhì)就能在此通道中發(fā)生擊穿。熱化氣擊穿觀點認(rèn)為，當(dāng)液體中平均場強達(dá)到107108V/m時，陰極表面微尖端處的場強就可能達(dá)到108V/m以上。由于場致發(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、單位時間中的發(fā)熱量約為1013J/（s·），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，便產(chǎn)生氣泡，液體擊穿。電離化氣擊穿觀點認(rèn)為，當(dāng)液體介質(zhì)中電場很強時，高能電子出現(xiàn)，使液體分子CH鍵（CC鍵）斷裂，液體放氣。2-8水分、固體雜質(zhì)對液體電介質(zhì)的絕緣性能有何影響？答：（）水分的影響當(dāng)水分在液體中呈懸浮狀態(tài)存在時，由于表面張力的作用，水分呈圓球狀（即膠粒），均勻懸浮在液體中，一般水球的直徑約為10-210-4cm。在外電場作用下，由于水的介電常數(shù)很大，水球容易極化而沿電場方向伸長成為橢圓球，如果定向排列的橢圓水球貫穿于電極間形成連續(xù)水橋，則液體介質(zhì)在較低的電壓下發(fā)生擊穿。（）固體雜質(zhì)的影響一般固體懸浮粒子的介電常數(shù)比液體