高电压技术(吴广宁)习题答案第4章习题

1、高电压技术（吴广宁）习题答案 第4章习题第2章液体的绝缘特性与介质的电气强度2-1电介质极化的基本形式有哪几种，各有 什么特点？2-2如何用电介质极化的微观参数去表征宏 观现象？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？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？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?2-6目前液体电介质的击穿理论主要有哪 些？2-7液体电介质中气体对其电击穿有何影 响？2-8水分、固体杂质对液体电介质的绝缘性 能有何影响？2-9如何提高液体电介质的击穿电压?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

2、式有（1）电子位移极化图（1）图（1）电子式极化（2）偶极子极化GOO(a)(b)GOO(a)(b)图（2） 偶极子极化（a）无外电场时（b）有外电场时1 一电极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、a）求得宏观参数一介电常数” 必须先求得电介质的有效电场片。（1）对于非极性和弱极性液体介质，有效电场强度E产E+上=生为 3?3式中，p为极化强度（由网）。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gr-l _ Na 邑+ 2 3与（2

3、）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jWO,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与值的影如图2-2所示，当温度很低时，由

4、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，所以务很小；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，,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，使极化减弱又开始减小。（2 ）频率对极性液体电介质的与值的影响如图2-1所示，频率太高时偶极子来不及转 动，因而3值变小。其中3.相当于直流电场下的 介电常数，ffl以后偶极子越来越跟不上电场的 交变，邑值不断下降；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，与减小到，常温下，极性液体电介质的邑=36。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

5、质电导的形成:(1)离子电导(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25中A、B、C等势能最低的位置上作振动，其振动频率为u,当离子的热振动能超过邻近分子 对它的束缚势垒。时，离子即能离开其稳定位置 而迁移。(2 )电泳电导一一在工程中，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

6、电位4一般是恒定的，在电场作用 下定向的迁移构成“电泳电导。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EeKfV/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 电介质在强电场下的电导具有电子碰撞电离的 特点。体介质外,般不存在明显的饱和电流区。液体体介质外,般不存在明显的饱和电流区。液体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)

7、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107108V/m时，阴极表面微尖端处的场强就 可能达到108V/m以上

8、。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 /),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cH键（C 一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KT10-4cmo在外电场作用下，由于水的介电常数很,水球容易极化而沿电场方向伸长成为椭球，如果定向排列的椭圆水球贯穿于电极间形成 连续水桥，则液体介质在较低的电压下发生击 穿。（2）固体杂质的影响一般固体悬浮粒子的介电