第1章氣體的絕緣特性與介質的電氣強度
1-1氣體放電過程中產生帶電質點最重要的方式是什麼，為什麼？
答: 碰撞電離是氣體放電過程中產生帶電質點最重要的方式。
這是因為電子體積小，其自由行程(兩次碰撞間質點經過的距離)比離子大得多，所以在電場中獲得的動能比離子大得多。其次．由於電子的質量遠小於原子或分子，因此當電子的動能不足以使中性質點電離時，電子會遭到彈射而幾乎不損失其動能；而離子因其質量與被碰撞的中性質點相近，每次碰撞都會使其速度減小，影響其動能的積累。
1-2簡要論述湯遜放電理論。
答: 設外界光電離因素在陰極表面產生了乙個自由電子，此電子到達陽極表面時由於過程，電子總數增至個。假設每次電離撞出乙個正離子，故電極空間共有（－1）個正離子。
這些正離子在電場作用下向陰極運動，並撞擊陰極．按照係數的定義，此（－1）個正離子在到達陰極表面時可撞出（－1）個新電子，則(-1)個正離子撞擊陰極表面時，至少能從陰極表面釋放出乙個有效電子，以彌補原來那個產生電子崩並進入陽極的電子，則放電達到自持放電。即湯遜理論的自持放電條件可表達為r(-1)=1或＝1。
1-3為什麼棒－板間隙中棒為正極性時電暈起始電壓比負極性時略高？
答:（1）當棒具有正極性時，間隙**現的電子向棒運動，進入強電場區，開始引起電離現象而形成電子崩。隨著電壓的逐漸上公升，到放電達到自持、爆發電暈之前，在間隙中形成相當多的電子崩。
當電子崩達到棒極後，其中的電子就進入棒極，而正離子仍留在空間，相對來說緩慢地向板極移動。於是在棒極附近，積聚起正空間電荷，從而減少了緊貼棒極附近的電場，而略為加強了外部空間的電場。這樣，棒極附近的電場被削弱，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）當棒具有負極性時，陰極表面形成的電子立即進入強電場區，造成電子崩。當電子崩中的電子離開強電場區後，電子就不再能引起電離，而以越來越慢的速度向陽極運動。一部份電子直接消失於陽極，其餘的可為氧原子所吸附形成負離子。
電子崩中的正離子逐漸向棒極運動而消失於棒極，但由於其運動速度較慢，所以在棒極附近總是存在著正空間電荷。結果在棒極附近出現了比較集中的正空間電荷，而在其後則是非常分散的負空間電荷。負空間電荷由於濃度小，對外電場的影響不大，而正空間電荷將使電場畸變。
棒極附近的電場得到增強，因而自持放電條件易於得到滿足、易於轉入流柱而形成電暈放電。
1-4雷電衝擊電壓的標準波形的波前和波長時間是如何確定的？
答：圖1-13表示雷電衝擊電壓的標準波形和確定其波前和波長時間的方法(波長指衝擊波衰減至半峰值的時間)。圖中o為原點，p點為波峰。
國際上都用圖示的方法求得名義零點。圖中虛線所示，連線p點與0.3倍峰值點作虛線交橫軸於點，這樣波前時間、和波長都從算起。
目前國際上大多數國家對於標準雷電波的波形規定是：
，圖1-13 標準雷電衝擊電壓波形
－波前時間 －半峰值時間衝擊電壓峰值
1-5操作衝擊放電電壓的特點是什麼？
答：操作衝擊放電電壓的特點：（1）u形曲線，其擊穿電壓與波前時間有關而與波尾時間無關；（2）極性效應，正極性操作衝擊的50％擊穿電壓都比負極性的低；（3）飽和現象；（4）分散性大；（5）鄰近效應，接地物體靠近放電間隙會顯著降低正極性擊穿電壓。
1-6影響套管沿面閃絡電壓的主要因素有哪些？
答：影響套管沿面閃絡電壓的主要因素有
（1）電場分布情況和作用電壓波形的影響
（2）電介質材料的影響
（3）氣體條件的影響
（4）雨水的影響
1-7具有強垂直分量時的沿面放電和具有弱垂直分量時的沿面放電，哪個對絕緣的危害比較大，為什麼？
答：具有強垂直分量時的沿面放電對絕緣的危害比較大。電場具有弱垂直分量的情況下，電極形狀和布置已使電場很不均勻，因而介質表面積聚電荷使電壓重新分布所造成的電場畸變，不會顯著降低沿面放電電壓。
另外這種情況下電場垂直分量較小．沿表面也沒有較大的電容電流流過，放電過程中不會出現熱電離現象，故沒有明顯的滑閃放電，因而垂直於放電發展方向的介質厚度對放電電壓實際上沒有影響。其沿面閃絡電壓與空氣擊穿電壓的差別相比強垂直分量時要小得多。
1-8某距離4m的棒-極間隙。在夏季某日乾球溫度=30℃，溼球溫度=25℃，氣壓=99.8kpa的大氣條件下，問其正極性50%操作衝擊擊穿電壓為多少kv?
（空氣相對密度=0.95）
答：距離為4m的棒-極間隙，其標準參考大氣條件下的正極性50%操作衝擊擊穿電壓=1300kv。
查《高電壓技術》可得空氣絕對濕度。從而再由圖3-1求得引數。求得引數=1300/（500×4×0.95×1.1）=0.62，於是由圖3-3得指數。
空氣密度校正因數
濕度校正因數
所以在這種大氣條件下，距離為4m的棒-極間隙的正極性50%操作衝擊擊穿電壓為。
1-9某母線支柱絕緣子擬用於海拔4500m的高原地區的35kv變電站，問平原地區的製造廠在標準參考大氣條件下進行1min工頻耐受電壓試驗時，其試驗電壓應為多少kv？
解：查gb311.1-1997的規定可知，35kv母線支柱絕緣子的1min幹工頻耐受電壓應為100kv，則可算出製造廠在平原地區進行出廠1min幹工頻耐受電壓試驗時，其耐受電壓u應為
第2章液體的絕緣特性與介質的電氣強度
2-1電介質極化的基本形式有哪幾種，各有什麼特點？
答：電介質極化的基本形式有
（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）無外電場時 （b）有外電場時
1—電極 2—電介質（極性分子）
2-2如何用電介質極化的微觀引數去表徵巨集觀現象？
答：克勞休斯方程表明，要由電介質的微觀引數（n、 ）求得巨集觀引數—介電常數，必須先求得電介質的有效電場。
（１）對於非極性和弱極性液體介質，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的極化方程為
（２）對於極性液體介質，由於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，洛倫茲球內分子作用的電場≠0，莫索締有效電場不適用。
2-3非極性和極性液體電介質中主要極化形式有什麼區別？
答：非極性液體和弱極性液體電介質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甚微；極性液體介質包括中極性和強極性液體介質，這類介質在電場作用下，除了電子位移極化外，還有偶極子極化，對於強極性液體介質，偶極子的轉向極化往往起主要作用。
2-4極性液體的介電常數與溫度、電壓、頻率有什麼樣的關係？
答：（１）溫度對極性液體電介質的值的影響
如圖2-2所示，當溫度很低時，由於分子間的聯絡緊密，液體電介質黏度很大，偶極子轉動困難，所以很小；隨著溫度的公升高，液體電介質黏度減小，偶極子轉動幅度變大，隨之變大；溫度繼續公升高，分子熱運動加劇，阻礙極性分子沿電場取向，使極化減弱，又開始減小。
（２）頻率對極性液體電介質的值的影響
如圖2-1所示，頻率太高時偶極子來不及轉動，因而值變小。其中相當於直流電場下的介電常數，f>f1以後偶極子越來越跟不上電場的交變，值不斷下降；當頻率f=f2時，偶極子已經完全跟不上電場轉動了，這時只存在電子式極化，減小到，常溫下，極性液體電介質的≈3～6。
2-5液體電介質的電導是如何形成的？電場強度對其有何影響？
答：液體電介質電導的形成：
（１）離子電導——分為本徵離子電導和雜質離子電導。設離子為正離子，它們處於圖２－５中a、b、c等勢能最低的位置上作振動，其振動頻率為υ，當離子的熱振動能超過鄰近分子對它的束縛勢壘時，離子即能離開其穩定位置而遷移。
（２）電泳電導——在工程中，為了改善液體介質的某些理化效能，往往在液體介質中加入一定量的樹脂，這些樹脂在液體介質中部分呈溶解狀態，部分可能呈膠粒狀懸浮在液體介質中，形成膠體溶液，此外，水分進入某些液體介質也可能造成乳化狀態的膠體溶液。這些膠粒均帶有一定的電荷，當膠粒的介電常數大於液體的介電常數時，膠粒帶正電；反之，膠粒帶負電。膠粒相對於液體的電位一般是恆定的，在電場作用下定向的遷移構成「電泳電導」。
電場強度的影響
（１）弱電場區：在通常條件下，當外加電場強度遠小於擊穿場強時，液體介質的離子電導率是與電場強度無關的常數，其導電規律遵從歐姆定律。
（２）強電場區：在e≥107v/m的強電場區，電流隨電場強度呈指數關係增長，除極純淨的液體介質外，一般不存在明顯的飽和電流區。液體電介質在強電場下的電導具有電子碰撞電離的特點。
2-6目前液體電介質的擊穿理論主要有哪些？
答：液體介質的擊穿理論主要有三類：
（１）高度純淨去氣液體電介質的電擊穿理論
（２）含氣純淨液體電介質的氣泡擊穿理論
（３）工程純液體電介質的雜質擊穿理論
2-7液體電介質中氣體對其電擊穿有何影響？
答：氣泡擊穿觀點認為，不論由於何種原因使液體中存在氣泡時，由於交變電壓下兩串聯介質中電場強度與介質介電常數成反比，氣泡中的電場強度比液體介質高，而氣體的擊穿場強又比液體介質低得多，所以總是氣泡先發生電離，這又使氣泡溫度公升高，體積膨脹，電離將進一步發展；而氣泡電離產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，擴大氣體通道，當氣泡在兩極間形成「氣橋」時，液體介質就能在此通道中發生擊穿。
熱化氣擊穿觀點認為，當液體中平均場強達到107～108v/m時，陰極表面微尖端處的場強就可能達到108v/m以上。由於場致發射，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105a/m2以上。按這樣的電流密度來估算發熱，單位體積、單位時間中的發熱量約為1013j/（s·），這些熱量用來加熱附近的液體，足以使液體氣化。
當液體得到的能量等於電極附近液體氣化所需的熱量時，便產生氣泡，液體擊穿。
電離化氣擊穿觀點認為，當液體介質中電場很強時，高能電子出現，使液體分子c—h鍵（c—c鍵）斷裂，液體放氣。
2-8水分、固體雜質對液體電介質的絕緣性能有何影響？
答：（１）水分的影響
當水分在液體中呈懸浮狀態存在時，由於表面張力的作用，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10-2～10-4cm。在外電場作用下，由於水的介電常數很大，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於電極間形成連續水橋，則液體介質在較低的電壓下發生擊穿。
（２）固體雜質的影響
一般固體懸浮粒子的介電常數比液體的大，在電場力作用下，這些粒子向電場強度最大的區域運動，在電極表面電場集中處逐漸積聚起來，使液體介質擊穿場強降低。
高電壓習題
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高財課後答案
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