西安交通大学电气材料课后题

第一章绪论

1-1.什么是电气材料？主要有哪些种类？

1.电气材料是指在电力设备中应用的材料。

电气材料是构成电力设备的基础物质，是实现电力设备各种功能的基础，是电力设备安

全可靠运行的基本保证，

2.根据其电气功能，电气材料主要分为电介质绝缘材料、半导体材料、导电材料、磁性材

料，

1-2.什么是电力设备？电力系统中的电力设备主要有哪些类别？

电力设备是指在电力系统中能够实现电能的生产、传输、变换、分配、使用的设备的总称。

电力设备的分类：

按电力先后顺序，分为：发电设备、变电设备、输电设冬和用电设备。

按在电力系统中所起的作用，分为：一次设备、二次设备。

按技术重要程度，分为：核心设备、辅助设备。

按经济价值差异，分为：大型贵重设备、普通设备,.

1-3.电气材料的作用和地位？

1.电气材料是构成电力设备的基础物质，是实现电力设备各种功能的基础，是电力设备安

全可靠运行的基本保证。随着导电材料、半导体材料、磁性材料和绝缘材料的发展，使

人们在电磁场理论与量子力学的基础上，设计制造出各种电力设备与器件，实现对电能

产生、传输、变换及应用过程的控制，发展形成现代电力工业并使之成为国民经济的命

脉。

2.在电气功能技术领域中，电气材料始终占有不可替代的重要地位。各种电气新技术的产

生，往往都要通过相应的设备和器件来实现，设备和器件需要各种材料来进行制作，即

使是原理上可行的新技术和新产品，如果没有相应的材料，也都无法实现。

L4.电气设备的作用和地位？

1.电力设备是电力系统E勺基本组成单元。

电力系统是发电厂的发电机、电力网的变压器和输电线路以及各种用电设备按照一定的

规律连接而组成的统一整体，电脑产生、传输、变换、分配使用等多个环节都是通过电

力设备来完成的。

2.电力系统的安全稳定运行的关键布于电力设备的绝缘和电力设备的故障检测，电力设备

的生产能力和技术水平决定着电力系统运行的效率和质量，

15电气材料与电力设备二者之间的关系？

1.在电气工程技术领域中，电气材料始终占用着不可替代的重要地位。各种电气新技术的产

生，往往都要通过相应的设备和器件来实现，设备和器件需要各种材料来进行制作，即使是

原理上可行的新技术和新产品，如果没有相应的材料，也都无法实现。电气材料是构成电力

设备的基础物质，是实现电力设备各种功能的基础，是电力设备安全可靠运行的基本保证。

2.电力系统和电力设备发展出对干电气材料的发屐提出来新的要求。（例如，特高压者流输

电、环境友好绝缘材料、纳米绝缘材料）

第二章电气材料基础

2-1请举例说明电气材料的结构弓性能的关系？

电气材料的结构对性能起决定性的作用，各种材料之所以具有不同性能，是由于物质结构不

同所致。

举例:ZnO压敏陶瓷

2-2如何描述原子的微观结构？

1.原子模型：“壳层模型”认为原子是由位丁原子中心带正电的原子核和环绕核的带负电

的电子云所组成。原子核由质子和中子组成，每个质子带一个单位正电荷，中子为电中

性，原子核所带正电荷与核外电子云所带负电荷相等，通常情况卜整个原子呈现电中性。

原子的质量主要集中在原子核。

2.电子运动：按照量子刀学用统计的观点去认识电子在核外空间的儿率分布。描述电子的

运动状态时，需要有四个量子数

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ms)o

3.原子中的电子分布：可以用泡利不相容原理、能属最小原理和洪特原理来描述。一般来

说，原子中的电子只能处于一系列特定的运动状态，所以在每一主壳层上就只能容纳一

定数量的电子；同样，也不能将所有的电子填入一个亚壳层中。原子中电子的分布主要

由泡利不相容原理和能优最低原理来确定，并遵循洪特规则。

4.原子中电子的得失：闭壳层外的最外亚层上的电子远离原子核，在原子相互作用中扮演

重要角色。在化学反应中，这些电子首先与相邻原子的外层电广发生相互作用，故最外

层的电子也称为价电子，决定元素的化合价。例如碱金属Li、Na、K等原子在闭壳层外

有一个电子，很容易失去这个电子而成为一价正离子，以形成稳定的闭壳层结构。

2-3原子中电子分布应遵循什么原理？

泡利不相容原理、能量最小原理和洪特规则。

2-4分子是如何形成的？

原子是由带正电的原子核和围绕其周围运动的带负电的电子所组成。当两个原子靠近时，相

邻原子核及价电子之间产生相互作用，同时存在着方向相反的吸引力和排斥力，在某一距离

下两种作用力相互抵消，结果在两个原子间形成稳定结合的化学键而生成一个分子。键的形

成意味着两相连原子系统的能量必须小于两个分离原子的能量，使分子形成更稳定的结构v

2-5化学键的类型及构成物质的特点？

化学键可分为共价键、离子键和金属键三大类。

1.共价键：两个相同或不同元素的原子由于共同拥有［以电子云重叠的方式）部分或全部

价电子而形成的化学键所形成的化合物称为共价化合物。

当这类共价键物质的固体熔化或液体汽化时，分子内的化学键并木破坏，只需克服组成

固体或液体物质的微弱分子间力。因此，这类共价键物质具有较低的熔点和沸点，

2.离子键：原子间的相互作用产生电子转移，形成正负离子，正负离子间库仑力的相互作

用而形成的化学键。离子键往往由金属-非金属元素组成。

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结构特征：氧离子在立方体的顶点和面心得位置，二阶阳离子在各边的中央和立方体

的中心。这两组离子互成立方面心结构。阳离子占据着全部氧八面空隙，配位数为6.

应用：电子陶瓷

2.AB2型氧化物

金红石就是典型的AB2型氧化物。

结构特点：晶胞是四方柱体，而3、不是立方体。可以近似的将方。2看成是。2-做六

方密堆积，Ti4+八面体空隙的一半，在柱体的顶点和体心位置。由六个。2-形成一个八

面体，把Ti4+包围起来。

应用：由于这种结构，在电场作用下TiO2将产生很强的离子位移和电子位移极化，从

而具有很高的介电常数，所以成为许多陶瓷电容器的基本原料。

3.A2B3型氧化物

A12O3就是典型的A2B3结构

结构特点：氧离子做六方密堆积，AI3+占据八面体空隙。但是因为在AI2O3晶格中AI

和。的数目比为2:3,所以只有2/3的八面体空隙被A13+占据。

应用：紧密结构和极大的离子键强度，使它具有很高的机械强度硬度和稳定性，成为很

好的结构材料。

4.ABQ3型复合化合物

（钙钛矿结构），属于这种结构的有CaTiO3.BaTiO3.PbTiO3.PbZrC3、SrTiO3等▽

结构特征：A位一般是稀土或碱土元索离子，B位一般是过渡元素离子，A位和B位皆

可被半径相近的其他金属栗了•部分取代而保持其晶体结构基本不变。

应用:它是研究催化剂表面及催化性能的理想样品，由于这类化合物具有稳定的晶体结

构、独特的电磁性能以及很高的氧化还原、氢解、异构化、电催化等活性，作为一种新

型的功能材料。在环境保护和工业催化等领域具有很大的开发潜力。

5.AB2O4型离子化合物

通式AB2Q4型的离子化合物，又称尖晶石型结构化合物，是离子晶体中的一个大类。A

为二价阳离子，如Mg2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Mn2+、Zn2+、Cd2+等；B为三价阳离

子，如A13+、A13+-,Fc3+、Co3+、Cr3+、Ga3+等。结构中02-离子作立方紧密堆积，

其中A离子填充在四面体空隙中，B离子在八面体空隙中，即A离子为4配位，而B

离子为6配位。尖晶石型化合物结构较稳定，有的可用作高温耐火材料，有的可用作电

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子陶瓷材料。

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6.正四面体结构

种类繁多的硅酸盐的基本结构就是硅一氧四面体

结构特征：在这种四面体内，硅原子占据中心。四个氧原子占据四角，这些四面体，依

着不同的配合，形成了各类硅酸盐。

用途：它们大多数熔点高，化学性质稳定，是硅酸盐工业的主要原料。硅酸盐制品和材

料广泛应用于各种工业、科学研究及日常生活中。

2-9能级是如何产生？

由玻尔的理论发展而来的现代量子物理学认为原子的可能状态是不连续的,因此各状态对

应能吊:也是不连续的。这些能量值就是能级。

2-10简述能级的分裂及能带的形成。

能级分裂：以氢分子的形成为例。当两个H原子相互靠近形成分子时，一个原子上的电

子与另一个原子上的电子及原子核发生相互作用，电子系统获得新的能量和波函数。当两H

原子的波函数相互干涉时，产生同相交叠和异相交叠，分别形成两个分子轨道。能级分裂为

两个。

能带形成：能级分裂的最大宽度，取决于固体中原子间的最小距离，N个轨道相互作用产

生的N个分裂能级。当N相当大（7023）时，相邻分裂能级间间隔非常小，几乎是连续

的额，从而产生能带。

2-11简述电子的共有化运动。

1.当两个原子相距较远时，能级如同两个孤立原子被一个高而宽的势垒相隔，电子只在各

自的原子内部运动，其能觉为分立能级；而当两个原子靠的很近时，原子势场相互影响,

势垒宽度减小高度降低原子原来处丁较高能级上的电子可能穿透势垒或越过势垒，形成

电子的共有化运动。

2.通过求子力学证明:由于晶体中电子共有化运动，使每个原子具有相同的价电子能级分裂

成为一系列和原来能级很接近的新能级，这些新能级基本上连成一片而形成能带。

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2-12从能带理论的角度简述导体、半导体和绝缘体的异同。

1.能带的填充与导电性的关系：若固体由N个原子组成则每个能带内有N个能级，按照

泡利不相容原理，最多可容纳2N个电子。所有能级全部被电子所填充的能带叫满带，

而只有部分能级为电子所填充的叫不满带。在外电场作用下，只有不满带中的电子才具

有导电能力，而满带中的电子是不导电的

2.导体：除满带外还存在不满带，即导带，导带以下的第一个满带称为价带。导体中的电

子易在电场作用下产生迁移运动。表现为电阻率很低，通常在10-8〜102c・m范围。

3.绝缘体：其最低的一系列能带被填满，而其上的能带则完全为空带，切禁带宽度较宽，

大于2eVo固体中的电子不易在电场作用下产生迁移运动，表现为电阻率很高，在

108-1016Q•m范围。

4.半导体：能带结构与绝缘体相同，但禁带宽度较窄，一般小于2eV。固体中的电子易受

热激发•到空带参加导电，同时产牛空穴电流。Ge和Si禁带宽度分别为0.74eV和l.17eV,

此类介质的电阻率较低，一般在102〜1O8C♦m范围。

2-13简述缺陷结构及缺陷能级。

1.通常晶体中总是存在缺陷，这些缺陷往往来源于结晶的不完整与外来质。缺陷结构包括

点缺陷、线缺陷和面缺陷。外来杂质缺陷则有替位与填隙两种，他们一般都属于点缺陷。

2.当晶体中存在缺陷时，将在禁带中引入附加能级，称之为缺陷能级，缺陷能级可分为浅

能级和深能级。浅能级是指离导带比较近即电离能比较小的能级，深能级则是指离导带

比较远即电离能比较大的能级。禁带中的浅能级易于释放电荷（电了或空穴）到导带或

价带中去，成为导电载流子，故这些浅能级又称为旗主或受主能级。而深能级则不易放

出电荷，它们便成为俘获电子或空穴的中心，所以称之为俘获能级或俘获中心，又称之

为陷阱能级。

2-14

计算略

2-15

计算略

第三章电介质材料

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3-1按分子中正负电荷的分布情况不同，电介质可以分为哪几类？试述各类的基本特征。

1.分为久非极性电介质；b.极性电介质；c.离子型电介质。

2.各种类型的基本特征：

a.非极性电介质：无外电场作用时，正负电荷中心重合，故其电气性能稳定。

b.极性电介质：化学结构不对称，即止负电荷中心不重合，分子具有偶极矩。

c.离子型电介质：组成基本单元为离子，故其介电常数大机械强度高。

3-2什么事电介质的极化？试说明电介质极化的种类及其机理。

在外电场作用下，电介质出现束缚电荷的现象称为电介质的极化。

电介质的极化主要有三种形式：

1.电子极化：原子内的电子云和原子核在外电场中发生迁移形成电偶极矩的现象；外电场

关闭，原子会返回原来现象。

2.取向极化：只出现于极性分子，是有永久电偶极子的取向改变而产生的。

3.离子极化：正负离子在外电场作用下发生迁移的现象。

3-3试述弹性模量的物理意义。

对弹性体施加一个外界作用（称为应力）后，弹性体会发生形状的改变（称为应变），弹性

模量的一般定义是：应力除以应变。

从宏观角度来说，弹性模量是衡量物体抵抗弹性变形能力大小的尺度，从微观角度来说，则

是原子、离子和分了之间迹合强度的反映。

3-4试述热导率的物理意义。

热导率是当温度垂直梯度为1摄氏度/米时，单位时间内单位水平截面积所传递的热曷。热

导率是物质导热能力的量度。

3-5绝缘材料的耐热等级（温度指数）是什么含义？对电力设备的材料选择有什么意义？

电解质的最高允许工作温度就是指在此温度下介质的电学力学化学等性能能保证长期正常

运行，当超过这一温度，电解质的性能将显著下降。国阮上根据绝缘材料的耐热程度，即最

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高允许工作温度,划分了绝缘材料的耐热等级。便于电机电器在设计和维修时合理选用材料。

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3-6绝缘材料老化的含义是什么？

绝缘材料在贮存、使用过程中，在热、电、光、氧、潮气和化学药品、各种机械力、高能辐

射以及微生物等因素长时诃作用下，其性能发生不可逆变的现象称为老化。老化特别着重于

长时间和不可逆。

3-7六氟化硫气体为什么具有高的耐电强度？

SF6是一种电负性气体。

1）当气体中有电负性元素时，分子具有强烈的吸附电子的能力，SF6分子中含有6个F原

子，具有很强的电负性，吸引电子的能力强。

2）SF6分子吸附电子后变为负离子，其质量远大于电子，移动速度慢，在电场中容易与正

离子结合而成为中件分子。

3）SF6气体分子的分子量高，体积大，在电离过程中容易与电子发生碰撞，使电子平均自

由程减小，且碰撞将电离能量转化为热能消耗，使分子发生碰撞电离的难度增大。

因而，SF6具有高的耐电强度。

3-8矿物绝缘油和植物绝缘油的主要成分分别是什么？

矿物绝缘油由饱和的烷烧.环烷烧和芳香烧组成口

植物绝缘油的主要成分是不饱和脂肪酸，

3-9聚乙烯交联后，其化学结构和物理性能发生哪些变化？

聚乙烯交联后，其化学结构从线型分子变为交联的网状大分子。与聚乙烯相比，交联聚乙

烯的耐热性好，工作温度达90℃,燃烧不滴落，抗端变，抗环境应力开裂。

3-10写出以下高分子绝缘材料的化学结构式：聚丙烯、聚四氟乙烯、天然橡胶、硅橡胶，（手

写）

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3-11为什么玻璃表面的电导比体内大？有什么办法可以降低表面电导？其作用机理如诃？

玻璃中导电载流子迁移时，受到空余网隙结构的制约，要越过高的势垒。而这些载流子在玻

璃表面运动的时候则不受这种空余网隙的限制，活化能低很多。

保持表面清洁。玻璃是一•种离子忤很强的介质,表面对干强极性的水分子有很大的亲和作用，

当相对湿度大于80%时，玻璃表面附着的水分子数大为增加，表面电导也大为增加，由于高

频电流具有集肤效应，故对于高频绝缘玻璃更应保证其表面清洁。

3-12玻璃中共存在哪几种类型的极化与损耗？试从质点运动方式、消耗能战、与.频率和温

度的关系等方面，对各种类型的极化与损耗加以比较。

1.电子位移极化：氧离子的电子云相对于原子核的位移和形变引起的v由于正离子半径小，

电子云受原子核束缚紧，形变有限。

2.离子位移极化：正负离广受外电场作用而引起的弹性位移。

这两种极化都不能引起大的损耗，在lO^HZ内与频率无关。

纯净玻璃主要损耗源来自电导，室温下电导和电导引起的损耗都很小。但随温度的升高而增

大。

3-13功能陶瓷的分类、性能和应用有哪些？

1.导电陶瓷：导电率远大于一般陶瓷（大于lO^S/cm）。具有很好的离子选择性，用于制作

多种固态离子选择电极，气敏压敏热敏传感器及高纯物质提取装置。有些快离子导体内某些

离子的氧化还原着色效应可制作着色电色显示器。具有充放电特性，用于制作甩池，库仑计,

电阻器，电化学开关，电积分器，记忆元件等多种离子器件。

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2.半导体陶瓷：具有半导体特性的功能陶瓷。电阻率显著受到外界环境变化的影响，如温度,

光照，电场，湿度等变化的影响。多用于制造敏感元件。

3.超导陶谎：具有超导电性。

4.介电陶瓷：在电场作用卜具有极化能力，且能在体内长期建立起电场的功能陶瓷。主要包

括绝缘陶瓷，电容器陶瓷，微波陶瓷等。

5.磁性陶瓷：泛称为铁氧体，主要用于高频技术，如无线电，电视，电子计算机，自动控制，

超声波，微波及离子加速器等许多方面。

3-14什么是纳米材料，纳米材料的特殊效应有哪些？

纳米材料是指把组成相或晶粒结构的尺寸控制在100纳米以下的具有特殊功能的材料。纳

米材料的特殊效应:表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、量子隧道效应和库仑堵塞效

应。

3-15什么事环境友好材料？

环境友好材料也称生态环境材料，简称环境材料。是1990年10月在一次关于材料服务于

人类生活、行为的未来状况与环境关系的讨论会上，由日本材料科学家和工程师提出来的。

一般来说，环境友好材料是指材料在整个寿命周期中，同时具有满意的使用性能和优良的环

境协调性，或者能够改善环境的材料,

第四章半导体材料

（略）

第五章导电材料

5-1材料的导电性能如何表征？什么是导电材料？导电材料如何分类?

1.导体的导电性能可.以通过体积电阻率和电导率进行表征。

体积电阻率是微观水平上阻碍电流流动的度量。

电导率是电阻率的倒数，表征电流通过材料的容易程度。

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2.导体是指价电子所在能带为半满带，相邻能级间隔小的一类材料，在外电场作用下，电子

很容易从较低能级跃迁到较高能级，大量的共有化电子很易获得能量，集体定向迁移形成电

流。

3.导电材料的分类：

（1）导电材料按导电机理（电荷载体）可分为电子导电材料、离子导电材料和混合型导

电材料。

（a）电子导体，以电子载流子为主体的导电；

（b）离子导体，以离子载流子为主体的导电；

（O混合型导体，其载流子电子和离子兼而有之。

（2）导体材料按照化学成分主要有以下四类：

（a）金属材料：这是主要的导体材料，电导率在107〜108S/m之间，常用的有银、

铜和铝等。

（b）合金材料:电导率在105〜107S/m之间，如黄铜（铜锌），银络合金等。

（C）无机非金属材料：电导率在105〜108S/m之间，如石墨在基晶方向为

2.5*106S/mo

（d）高分子导电材料：导电高分子是指其本身或经过“掺杂”后具有导电性的一类

高分子材料。

5-2金属材料的电导率（或电阻率）受哪些因素影响？

电导率依赖于以下三个元素：单位体积材料中的载流子数目、每个载流子上的电荷量和每个

载流子的迁移率”

材料微观结构、温度、合金元素和杂质都会通过改变以上三个要素，对金属材料的电导率产

生影响。

5-3试从自由电子能带论角度讨论金属、半导体与固体介质材料的区别。

金属：价电子所在能带为半满带，相邻能级间隔小，外电场作用下，电子容易从较低能级跃

迁到高能级，大量电子很容易获得能量进行共有化运动。

半导体：满带与空带之间也存在禁带，但禁带很窄（0.卜2eV）

固体介质材料：满带与空带之间有一个较宽的禁带（3〜6eV）,电子很难从低能级跃迁到高

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能级上去形成共有化运动,

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5-4什么是接触电位差和热电势？这一特性可以利用在哪些方面？

1.接触电位是指在没有电流的情况下，两种不同物质接触面两侧的电位差，即两种不同的

金属相互接触时产生的电位差。两物体紧密接触，其间距小于25*10-8cm时，就出现双

电层和接触电位差。其数值与两种金属的性质与接触面的温度有关，与接触面的大小和

接触时间的长短无关。

2.如果接触点温度不相同，所产生的电位差是温度的函数，即所谓的热电势。热电偶就是

利用热电势来进行侧纹的。

5-5固体材料中热导有哪几种方式？金属材料与固体介质材料的热导有何不同？如何提高

它们的热导率？

1.固体材料的热导主要右声子热导和自由电子热导两种方式。

2.金属材料中既有声子，也有自由电子热导，而固体介质中材料的热导率取决于声子。

3.提高热导率的途径：

a.提高温度：声子以声速在材料内部运动，温度越高，相互碰撞越剧烈，所以热导系

数随温度升高而增大。

b.降低杂质：金属中的杂原子、空穴、晶格缺陷都会使热导率降低。

5-6材料的塑形与韧性在工程上的意义是什么？

塑性：塑性是变形加工的条件，塑性较好的材料才可以进行变形加工，不易脆断，应用时安

全性比较好。

韧性：韧性好的材料不易在服役过程中发生脆断破坏。

5-7常用的导电金属主要有哪些？它们的电导率分别是多少？如何选择使用？

常用的导电材料有铜及铜合金，铝及铝合金，铁及铁合金。

1.铜电导率100%IACS。铜按纯度不同分为普通纯铜和无氧铜两类。普通纯铜用于电线电

缆线芯和一般导体零件，无氧铜主要用于电真空开美、电子管和电子仪器零件、耐高温

导体和真空开关触头用。

2.铜合金的电导率10-85%IACSo主要可使机械强度提高，而电导率降低不大，可做各种

导电零件。

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3.铝和铝合金电导率60%IACS。具有含量高，重量轻，比强度高，高的热导率和电导率，

耐氧化性好，高反射率，，延展性、可塑性好等特点。可用于容器与包装，建筑材料，

导电材料，及车辆汽车等。

4.铁的电阻率高，约为铜的五倍，而且化学稳定性低，易氧化，在频率较高时集肤效应明

显，所以很少用作导皂材料，但是在裸的架空线中，由于要求能承受的机械应力，而铜

及铝线强度不够，因而经常以钢作为

5-8铜合金主要有哪些？它们具有怎样的特性？

黄铜：机械强度高，电导率降低不大。

青铜：锡铜合金强度提高，硅青铜强度、硬度、耐腐蚀性提高，铝青铜硬度强度提高。

白铜：防腐蚀性好，延展性好。

锦铜：调整银干锌可得钊银的外观，用于装饰。

5-9铝合金的性能与纯铝相比有何不同？

拉伸强度，屈服强度大幅提高。但铝的中间金属化合物一般硬而脆，会对机械性能产生不利

影响。

5-10什么是触头材料？触头材料应具有哪些特性？

触头材料是用于开关、继电器、电气连接及电气接插元件等开关电器的核心材料，又称电触

头材料或电接触材料。有强电和弱电两大类。

1.强电触头主要用于电力系统和电气装置，要求为低接触电阻、耐电蚀、耐磨损及具有较

高的耐电压强度、灭弧能力和一定的机械强度等。

2.弱电触头主要用于仪器仪表、电信和电子装置。具有极好的导电性、极高的化学稳定性、

良好的耐磨性及抗虫火花烧损性。

5-11常用的触头材料主要有哪些？它们各具什么特点？

开关电器对触头材料的要求，最重要的是以下几个方面：

（1）良好的导电性和导热性；（2）抗熔焊性；（3）耐电弧烧蚀性；（4）大电流分段时不易发

生电弧重燃；（5）低截流水平；（6）低的气体含量；（7）化学稳定性；（8）抗环境介质

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污染。

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常用的触头材料：

（1）铜鸨系触头材料：具有良好的耐电弧侵蚀性、抗熔焊性和高强等优点。用于在油路

断路器和断路器及其他惰性气氛的开关断路器，不易氧化，对分解的影响小，触头

损耗也小少。

（2）银鸨系触头材料：广泛用语言自动开关、大容量:断路器、塑壳断路器中。具有良好

的热、电传导性，耐电弧腐蚀性，金属迁移的熔焊趋势小等优点。其主要缺点是接

触电阻不稳定。

（3）铜格系触头材料：铜铭合金具有良好的导电、导热性，为CuCr触头大的工作电流和

开断能力提供了保证。而Cr相对较高的熔点和硬度保证了触头有较好的耐压和抗熔

焊性能，Cr的难以产生热电子发射保证了火弧室在运行过程中的真空度。

（4）银银、银墨触头材料：银银触头材料具有良好的导电导热性，接触电阻低而稳定，

电弧侵饨小儿均匀。

（5）银氧化锡触头材料：银氧化锡触头材料具有耐屯磨损、抗熔焊、接触电阻低而稳定

的特点，广泛应用于电流从几十安到几千安，电压从几伏到上千伏的多种低压电器

中。

5-12电碳材料具有什么特性？主要用于何处？

1.电碳材料是以碳和石墨为基体的电工材料。

电碳材料优良特性如下：

1）具有良好的导电能力，具有很大的各向异性；2）较高的热导率（介于铝和软之间）；

3）耐高温，且高温力学性能好，在真空或保护气氛中，能在3000C左右高温下工作

（可作为高温发热体）。在2500C内随温度升高而增大；4）密度小（介于铝和镁之

间）；5）与液态金属不浸润；6）化学稳定性好：仅与强氧化剂作用；7）具有自润

滑性；8）热发射电流随温度丁|高而增大。

2.电碳材料主要用于制造电工设备的固定电接触或转动电接触的零部件等电碳制品。如，

电机的电刷，电力开关和继电器的石墨触头等。此外，还可用于弧光放电的石墨电极，

光谱分析用的碳棒，碳膜及碳电阻，碳和石墨电热元件，干电池碳棒，大型电子管石墨

阳极以及熔融金属用的电极等。

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5-13石墨材料为什么软而滑？

石墨的晶体结构为六方层状结构，同层原子为共价键结合层，层间的结合力为范德华力，由

于层间结合弱，受力可滑动，因此石墨材料较软，且具有自润滑性。

5-14什么是超导材料？超导体应具有什么特性？

1.定义：材料的甩阻随着温度的降低会发生降低，在温度接近绝对零度时，FR阻率会趋于

一个极低的常数，这一常数称为剩余电阻；某些材料会出现当温度降低到某一程度时电

阻突然消失的现象，我们称之为超导现象。

2.当材料处于超导状态时，应具有以下三个特性：

（1）完全导电性超导为进入超导态时，其电阻率实际上等于零。例如：空温下将超导体

放入磁场中，冷却到低温进入超导状态，夫掉外加磁场后，线圈产牛感应电流，由

于没有电阻，此电流将永不衰减，即超导体中"持久电流”。

（2）完全抗磁性不论开始时有无外磁场，只有TVT”超导体变为超导态后，体内的磁

感应强度恒为零，即超导体能把磁力线全部排斥到体外，这种现象为迈斯纳效应。

（3）即使在低于临界温度以下，若进入超导体内的电流强度以及周围的次磁场强度超过

某一值时，超导的状态被破坏，而成为普通的常导状态，电流和磁场的这种临界值

分别成为临界电流Ic和临界磁场He.

5-15超导材料如何分类？常用的超导材料都有哪些？

L超导体可以依据它们在磁场中的磁化特性分为两大类：

（1）第一类超导体：只有一个临界磁场He,超导态具有迈纳斯效应，表面层的超导电流

维持体内完全抗磁性。除Nb、V、Tc以外，其他的超导金属元素都属于这一类。

<2）第二类超导体：有两个临界磁场Hei和Hc2。当外加磁场HOvHcl时，同第类，

超导体具有迈纳斯效应，体内没有磁感应线穿过。当Hc1<H0<Hc2时，处于混合态,

这时体内有磔感应线穿过，形成许多半径很小的圆柱形正常态，正常态周围是连通

的超导圈。整个样品的周界仍有逆磁电流，就是在混合态也有逆磁性，又没有电阻。

外加磁场达到

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Hc2时，正常态区域扩大，超导区消失，整个金属变为正常态。金属锂属于典型的

第二类超导体。

第六章磁性材料

6-1磁性材料的导磁能力用什么表示？

磁性材料的导磁能力用磁导率来表征。

磁体置于外磁场中，它的滋场强度发生变化，磁场强度M和磁场H的比值：

/M/H

成为磁体的磁化率。它表示单位磁场强度在磁体中所感应的磁化强度，是表征磁体磁化难易

程度的一个参量。

将B与H的比值定义为绝对磁导率：

N绝对二B/H

将B与M0H的比值定义为相对磁导率：

呼B/piOH=1+x

磁导率是表征磁体的导磁率以及磁化难易程度的一个磁学物理量。绝对磁导率是有量纲的，

其单位是T・m•A-1或H•m-1,磁化率x和相对磁导率R没有量纲，且均为张量.

6-2磁性材料的分类？

一般磁性材料根据磁化率的大小和方向可分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性、亚铁磁

性和变磁性等六个种类。

6-3画出铁磁材料的磁滞由线。

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6-4软磁材料的主要特点是什么？

1.软磁材料是指具有高磁导率和低矫顽力的材料。该类磁性材料容易磁化也容易退磁，在交

变磁场作用下磁滞回线面积小且磁损耗低，是电工和电子技术的基础材料，广泛的用于电机、

变压器、继电器、电感、互感以及电磁铁的磁芯等。

2.良好的软磁性能要求材料有尽可能低的磁各向异性和磁致伸缩，低的内应力，高的电阻率

（降低交变场下的涡流损耗）。

6-5软磁材料主要有哪些？

常用的软磁材料有纯铁、藤钢、银辂合金（玻莫合金）、钻铁合金、铁基和钻基非晶态材料、

软磁铁氧体、纳米晶铁基合金等。

6-6硬磁材料主要有什么特点？

1.永磁材料又称为硬磁材料，是一类经过外加强磁场磁化再去掉外磁场后能长时期保留其

较高剩余磁性，并能经受不太强的外加磁场和其它环境因素（如温度和振动等）的干扰

的强磁材料。因这类强磁材料能长期保留其剩磁，故称永磁材料，又因其具有高的矫顽

力，能经受外加不太强的磁场干扰，故又称为硬磁材料。

2.一般来说，永磁材料具有以下几点基本要求：

（1）高的最大磁能积（BH）max。强磁材料的B-H磁滞回线的第二和第四象限部分成为

退磁曲线，退磁曲线上每一点的磁通密度和磁场强度的乘积BH成为磁能积，其中

（BH）最大者称为最大磁能积，它是永磁材料单位体积存储和可利用的最大磁能密

度的量度。

（2）高的矫顽力BHc和高的内禀矫顽力iHco矫顽力BHc是指强磁材料B-H退磁曲线上

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B=0处的磁场强度，内禀矫顽力iHc则是指强磁材料M-H

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退磁曲线上M=0的磁场强度，M为磁化强度。BHc和iHc是永磁材料抵抗磁的和非

磁的干扰而保持其永磁特性的填度，高矫顽力值能从具有强磁晶各向异性的永磁材

料中获得。

（3）高的剩余磁通密度Br和高的剩余磁化强度MroBr和Mr是永磁材料闭合磁路在经

过外加磁场磁化后磁场为零时的磁通密度和磁化强度，它们是开磁路的气隙中能得

到的磁场磁通密度的量度。

（4）高的稳定性，即对外加干扰磁场和温度、震动等非磁性环境因素变化的稳定性。

6-7硬磁材料主要有哪些？

目前根据永磁材料其成分和磁性等特点，可分为金属永磁材料、铁氧体永磁材料、稀土永磁

材料。

6-8什么是磁致伸缩效应，有何应用？

1.磁致伸缩是指在交变磁场的作用下，物体产生于交变磁场频率相同的机械振动；或者相

反，在拉伸、压缩力作用下，由于材料的长度发生变化，使材料内部磁通密度相应的发

生变化，在线圈中产生感应电流，机械能转换为电能。

2.工程中常用磁致伸缩材料制成各种超声器件，如超声波发生器、超声接收器、超声探伤

器‘超声钻头,超声焊机等；回声器件，如声呐.回声探测仪等；机械滤波器,混频器.

压力传感器以及超声延迟线等。

第七章发电设备

7-1汽轮发电机转子由哪些部件构成?有何特点？

发电机的转子主要由转子铁芯、励磁绕组、护环和风扇组成。由于发电机转速高，转子收到

了离心力很大，所以转子都呈细长型，且制成隐极式，以便更好•地固定励磁绕组。

7-2汽轮发电机定子绕组绝缘都包括哪些内容？

定子•绕组绝缘包括股间绝缘、排间绝缘、换位部件的加强绝缘和线棒的主.绝缘。

7-3发电机冷却系统的意义何在？目前主要的冷却介质有哪些?

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发电机运行时，其内部产生的各种损耗转化为热能,会引起发电机发热，尤其是大型汽轮发

电机，因其结构细长，中部热量不易散发发热问题显得更为严重，发电机的发热部件，主要

是定子绕组、定子铁芯、转子绕组以及铁芯两端的金属部件,必须通过高效的冷却措施，使

这些部件发出的热量及时散发出去，保证发电机各部分温度不超过允许值。

目前大型发电机的冷却介质主要有空气、氢气、水和油。

7-4水轮发电机的布置方式、主要组成部件有哪些？

水轮发电机组的布置方式，按机组轴线方向可分为立轴布置和卧轴布置两类。

水轮发电机由定子、转子、机架、推力轴承、导轴承、冷却器、制动器等部件组成O

7-5风力发电机按传动形式可分为哪几类？分别有何特点？

1）高传动比齿轮箱型：风力发电机绢中的齿轮箱的主要功能是将风轮在风力作用下所产牛

的动力传递给发电机并使其得到相应的转速。发电机的体积小，并可以和电网直接连接，但

齿轮箱带来的噪音、故障率高和维护成本大。

2）直接驱动型：应用多级同步风力发电机可以免去风力发电系统中常见的齿轮箱，让风力

发电机直接拖动发电机转子运转在低速状态，这就没有了齿轮箱所带来的噪声，故障率高和

维护成本大的问题，提高了运行可靠性。

3）中传动比齿轮箱：是以上两种形式的结合。减小了传统齿轮箱的传动比和多级风力发电

机的级数，从而减小了发电机的体积。

7-6交流励磁变速恒频双馈发电机组的优缺点有哪些？

优点是：允许发电机在同步速上下30%的转速范围内运行，简化了调整设置，减少了调速时

的机械应力，同时使机组控制更加灵活、方便，提高了机组的运行效率；需要变频控制的功

率仅是电机额定容用的部分，使变频装置体积减小，成本降低，投资减少，并且可以实现

有功、无功功率的独立调节。

缺点是：双馈风力发电机必须使用齿轮箱，随着发电机组功率的提高，齿轮箱成本变得很高,

且容易出现故障，需要经常维护，同时齿轮箱也是风力发电系统产生噪声污染的一个主要因

素，在低负荷运行时，效率低，电机转子绕组有集电环、电刷，增加维护和故障率，控制系

统结构复杂。

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7-7影响太阳能电池效率的主要因素有？

1）太阳能出池的理论效率存在极限值。由于只有能量高于半导体带隙的光子才能对太阳能

电池作出贡献，而且不论能量多高，每一个光子只能产生一对电子和空穴，这两点将单结太

阳能电池的极限效率限制在了44%左右。

2）太阳能电池的效率还收到光生载流子符合过程、各种寄生电阻等问题的严重影响。

3）太阳能电池的工作条件（太阳光入射强度和温度）对效率也有非常大的影响。

7-8根据材料的不同，太阳能电池有哪几种分类?各有什么优缺点？

1.体电池

1）单晶硅：具有统一的晶相结构；2）多晶硅：由于有晶界存在，晶相不一致，表面减反射

效果差，缺陷较多，电池效率比单晶硅效率低，但多晶硅材料适合批量制造，成本低于单晶

硅。

2.薄膜太阳能材料

1）硅系薄膜太阳能材料：非晶硅具有较高的光吸收系数，可以薄膜化，非晶硅的禁带宽度

比晶硅大，开路电压高，高温性和光响应性能好，主要原料硅烷，资源丰富。缺点是光电转

换效率低，光致衰减现象非常严重。2）化合物薄膜太阳能电池：化合物半导体的禁带宽度

在l-L7cV范围内可调，与太阳谱匹配较好，对光吸收系数大，对温度不敏感，弱光特性好,

可在较高温度下使用，无光电衰退效应。3）有机薄膜太阳能电池：具有正温度系数，使用

寿命可达15-20年，结构简单，成本低，易于大规模工业化生产。缺点是需要用到电解液。

7-9简单论述太阳能发电系统的构成及其各部分的功能。

1）太阳能电池组件及电缆、汇流箱：将各电池组件串接、防止逆流元件相互并联连接，同

时配备旁路元件和接线箱等附件。

2）控制器：控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护，过放电保护的作用，

同时兼具最大功率点跟踪，温度补偿的功能。

3）蓄电池：储存电能，直接并网系统可不采用蓄电池。

4）逆变器：直流变为交流及调压。

5）其他：监控与通信、雷电保护等辅助设备。

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7-10请描述燃料出池和原电池的异同点。

原电池是用于储存电能的化学装置，充电时电能转换成化学能，放电时将化学能转换成电能,

并不直接产生电，而且一充一放，电能使用效率低。而燃料电池只要通入燃料气和氧化气,

电化学反应就可以一直持续产生电，是一种发电装置。

7-11试分析火力、水利、核能、燃料电池发电模式的优缺点。

火力优点：技术成熟、成本较低、常规化化石燃料容易获得；

缺点：耗能大、效率低、污染大、运输压力大。

水力优点：无污染，可再生；

缺点：受季节和气候因素影响大，对生态环境造成一定破坏。

核能优点：不产生温室气体，燃料运输压力小；

缺点：放射件，退役处理处置难度大，建设成本高。

燃料电池优点：能源转换效率高，清洁环保，可靠性和操作性好，噪声低，燃料广泛，占

地面积小，建厂灵活。

缺点：造价偏高，管理复杂。

7-12根据燃料电池的发电原理，试设计几种在日常生活中的应用实例。

燃料电池可以用作移动电源安放在车辆,船舶上；燃料电池可以用于电镀。

7-13作为燃料电池的结构材料（阳极、电解质、阴极），请思考影响其性能的关键部件，并

分析原因。

电极材料：良好的电子导体，又具有电催化活性，以便实现快速的电荷交换；化学活性稳定,

不与其他材料发生反应；多孔结构，保持一定的孔隙率便于气体扩散；廉价且具有一定的如

循环特性。

电解质：为致密层，隔绝羽、阳极气体；具有较高的离子电导率；具有极低的电子电导率;

具有一定的热稳定性；易于加工，经济可行。

7-14如果已经构建了一套开路电压为L1V,最大电流为10A的单体燃料电池，请根据要求

搭建一个4400W,110V的燃料电池堆，并画出模拟电路图。

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7-16请思考燃料出池未能广泛应用的主要原因。

1.燃料电池造价偏高；2.反应/启动性能低；3.碳氢燃料无法直接利用；4.氢气存储技术;

5.靠燃料基础建设不足。

第八章变电设备

8-1电力变压器的主要组成部分是什么？各部分的作用？

电力变压器主要由铁芯、绕组、油箱、绝缘套管和调压装置等部件构成。

铁芯：变压器的磁路部分，又是你变压器器身的骨架，由铁芯柱、铁扼和夹紧装置组成。

绕组：变压器的电路部分，由包有绝缘的圆形或矩形的铜导线或铝导线绕制成的线圈和绝缘

件构成。

油箱：变压器的盛油容器和支持部件，变压器器身浸放在油箱内。

绝缘套管：不仅仅作为高低压引线对地的绝缘，而且还起着固定引线的作用。

调压装置：又叫分接开关：是采用倒换高压绕组的分接头，改变高压绕组的匝数方法进行分

级调压的装置。分有载调压和无载调压两种；变压器的结构还有储油柜、安全气道、呼吸器、

散热器片、净油器及测温装置等。

8-2变压器型号SFPSZ8-63000/220代表的含义是什么？

表示第八次改型设计三相三绕组、强迫油循环、风冷、铜绕组、有载调压、额定容量为

63OOOKV*A,高压侧为223Kv等级。

8-3什么是变压器的相电压比？它与变压器的匝数有什么关系？相电压比与变压器的额定

电压比有什么不同？

是一次、二次绕组的电压比

U1/U2=N1/N2=K

由于一次、二次绕蛆的接法不同，额定电压与相电压存在比例关系。

8-4电压互感器的作用是K么？二次测为什么不许短路？

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在高压系统中，不能直接装电压表测量高电压，而采用电压互感器把高电压按照一定比例变

为低压，间接测好高电压。这样能使高低压隔离，既能保证人身的设备的安全，又能使出压

表的讨程扩大，满足统一监测监控回路系统电压的需要。

如果电压互感器二次侧短路，则二次侧电流很大，极容易烧坏电压互感器，所以电压互感器

二次侧不允许短路。

8-5甩流互感器的作用是什么？二次侧为什么不允许开路？

在高压系统中，不能直接装电流表测电流，而必须采用阻流互感器将电流按一定比例变小，

这样使测吊:人员和仪表与高电压隔离，既能保证安全，又能使仪表导线截面变小，可制造轻

便、经济的仪器仪表，而且量程经电流互感器的变换可扩大范围，使电流表和其他仪器的额

定电流标准化。

当电流互感器二次侧开路对，二次电流等于零，副边磁化力也等于零，一次电流全部变成了

激磁电流。这样在二次线圈中产生很高的电压，峰值可达几千伏，威胁人身安全的仪表安全,

使电流互感器的铁芯过热，绝缘损坏而烧毁，所以电流互感器二次侧不允许开路。

8-6什么是电压互感器的准确度级？我国电压互感器的准确度级有哪些？各适用于什么场

合？

电压互感器的准确级用来描述一定工况下的误差允许值.测量用电压互感器的准确级用在规

定的一次电压、二次负荷和功率因数下的最大允许百分误差来标称，标准准确级分为

0.1,020.5,1,3五级。保护用电压互感器的准确级用5%额定电压到与额定电压因数K相对应

的电压范围内最大电压误差的白分数来标称，标准准确级有3P和6PO

8-7什么叫消弧线圈，它在系统中起什么作用？

消弧线圈又称消弧电抗器，是个带空气间隙铁芯的电感线圈，线圈有多个抽头，可以通过

改变抽头接线和铁芯气隙改变电感量。

接于三相变压器的中性点与地之间，用以在系统发生单相接地故障时提供电感性电流，以抵

消流过接地点的电容性电流，也使得故障相接地电弧两端的恢复电压速度降低，达到熄灭电

弧的目的。当消弧线圈正确调谐时，还可以有效的减少产生弧光接地过电压的几率，有效的

抑制过电压的幅值，同时也最大限度的减小了故障点热破坏作用及接地网的电压等。

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8-8并联电抗器和串联电抗器各有什么作用？

线路并联电抗器可以补偿线路的容性充电电流，限制系统电压升高和操作过电压的产生，保

证线路可靠运行。

母线串联电抗器可以限制短路电流，维持母线有较高的残压。而电容器组串联电抗器可以限

制高次谐波，降低电抗。

8-9中性点经消弧线圈接电的系统正常运行时，消弧线圈是否带有阻压？

消弧线圈的结构是一个铁芯带有气隙的可调电感线圈一股为单相式。道弧线圈接在系统中性

点和地之间，正常情况卜.中性点电压为零，线圈中没有电流。当线路发生单相接地故障时,

中性点电位升高，而且和诙障相电压相位相反，经过消孤线圈感抗后，在线圈中会产生感性

电流，该电流流经故障点，并与故障点的容性电流方向相反。当选择合适容量的消弧线圈时,

线圈中的感性电流和非故爆相的容性电流正好抵消，从而有利于接地电弧的熄灭。

8-10电力电容器在电力系统中的作用是什么？

电力电容器在电力系统中的主要作用是向电力系统提供无功功率，提高功率因数，减少输电

线路输送电流，减少线路能量损耗和压降，改善电能质量。

8-11应用于电力系统的电容器主要有哪儿类？有什么作用？

L并联电容器：发出无功功率，提高功率因数。

2.串联电容器：补偿线路的分布性电感阻抗，提高系统的静动稳定性，增大输电能力。

3.滤波电容器：滤除谐波

4.电热电容器：改善中频的功率因数或改善回路特性。

5.脉冲电容器：直流线路上主要做整流滤波及倍压等用途，可称为直流电容器。在脉冲线路

上主要用其储能的充放电特性，可称为储能电容器。

6.标准电容器：用于高压测量回路中。

7.耦合电容器：主要接在工频高压输电线上做高频通讯及组成电容分压器之用。

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8.均压电容器：主要用作高压断路器间的附件，并联在断路器的断口上作均压之用。

8-12电容器对电介质材料有什么影响？

1）为了达到高比容量的目的，应采用介电常数尽可能高的材料；

2）为了保证电容器具有纯容抗，即避免因极化过程造成能量损耗，导致产生热量，要求具

有尽可.能低的损耗角正切值，特别要求在高工频率或脉冲条件使用时。

3）电容器电介质还应具有高的绝缘电阻值，并保证甩阻值在不同频率与温度条件下尽可能

稳定，避免因为杂志的分接和材料的老化引起绝缘电阻值的下降。

4）要求电介质具有高的击穿电场强度。

5）不污染环境，而且工艺好，与其他材料的相容性好，并对人体无害或基本无害。

8-13简述晶闸管正常工作时的特性。

1）当晶闸管承受反向电压的时候，无论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。

2）当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通。

3）晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，不论门极触发电流是否存在，晶闸管都保持导

通。若要使已导通的晶闸管关断，只能利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降

到接近于零的某一数值下，

8-14画出3相桥式整流的结构图与触发角为60,时直流侧与晶闸管上承受的电压波形？

见电力电子书。

8-15逆变颠超的原因有哪些？

逆变时，一旦换相失败，外接直流电源会通过晶闸管电路短路，或使变流器的输出平均电压

和直流电动势变成顺向串联，由「逆变电路内阻很小，形成很大短路电流。

逆变失败的原因：

1.触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等,

致使晶闸管不能正常换相，

2.晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。

3.交流电源缺相或突然消失。

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4.换相的裕量角不足，引起换相失败。

8-16简述无功补偿的原则

无功补偿分为集中补偿、分散补偿和随机随器补偿。应该遵循全面规划、合理市局、分级补

偿、就地平衡的原则;集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主；高压补偿与低压补偿

相结合，以低压补偿为主；调压与降损相结合，以降损为主的原则。

8-17无功补偿有哪些方式，各有什么特点？

1.并联电容器补偿：结构简单、经济方便，补偿容昂:与供电池压平方成正比。

2.串联电容器：利用其容抗抵消部分线路的感抗，相当于缩短了线路的电气距离，提高了系

统的稳定极限和送点能力，

3.调相机：既能过励磁输出感怦功率，又能欠励磁运行吸收感性功率，可以供给无功功率、

改善功率因数，调整网络电压。改善系统的稳定性。

4.并联电抗器：主要以吸收系统中的容性无功功率。

5.静止无功补偿器(SVC):双向连续、平滑调节无功功率，运行维护简单，调节速度快，但

其本身产生的谐波需要进行抑制，否则会对系统造成污染。

第九章开关设备

9-1开关电器的功能是什么？

开关电器是一种重要的输配电设备，是电力系统中发电、输电、变电、供电、配电、用电各

环节以及电力拖动系统中重要的控制和保护设备。开关电器的主要功能是接通和断开电路,

即对电路进行“开通”和“关断”，具体来讲。开关电器的主要作用表现控制作用、保护作

用、隔离作用、接地保护.

9-2开关电器有哪些类型？

开关电器按照使用电压的高低分为高压开关电器和低压开关电器；按照安装地点分为户内和

户外两类；按照功能分为断路器，隔离开关，熔断器，负荷开关，自动重合器和自动分段器;

按照组装方式分为装配式和成套式。

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9-3开关电器的主要技术参数有哪些？

开关电器的主要技术参数包括额定电压、额定绝缘水平、额定电流、稳定短时耐受电流、额

定短路开断电流、额定短路关合电流、自动重合闸性能等。

9-4高压断路器的作用是什么？对其有哪些基本要求？

高压断路器是电力系统的最重要的控制和保护设备，对维持电力系统安全、经济和可靠运行

起着非常重要的作用。在负荷投入或转移时，它应准确地关合、承载、开断运行回路的正常

电流，在设备（如发电机、变压器、电动机等）出现故障或母线、输配电线路出现故障时，

它能自动地将故障切除，从而保障非故障点的安全连续运行。

高压断路器的基本要求：1）工作可靠；2）具有足够的开断能力；3）具有尽可能短的切断

时间；4）具有自动重合闸性能；5）具有足够的接卸强度和良好的稳定性能；6）结构筒单、

价格低廉

9-5高压断路器主要结构和主要类型有哪些？

真空高压断路器由真空灭孤室、保护罩、动触头、静触头、导电杆、开合操作机构、支持绝

缘子、支持套管、支架等构成，其核心是真空灭弧室。

高压断路的主要类型：1）油断路器；2）真空断路器；3）空气断路器；4）六氟化硫断路器。

9-6真空断路器有哪些特点？

1）绝缘性能好；2）灭弧性能强；3）使用寿命长（机械寿命和电寿命）；4）结构简单，

体积小，重量轻，噪声低；5）因无油，火灾的可能性很小，同时对环境没有污染；6）检

修间隔时间长、维护方便，

9-7隔商开关在系统中的作用是什么？

隔离开关的作用是线路上基本没有电流时，将电气设备和高压电源隔开或接通。其主要功能

旦，

7E-

1）隔离电压；2）切合小电流；3）切换电路；

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9-8开关电器中常采用的灭弧方法有哪些？是列举2-3种并说明其灭弧原理？

1）提高触头的分闸速度

迅速拉长电弧，有利于迅速减小弧柱中的电位梯度，增扪电弧与周I制介质的接触面积，加强

冷却和扩散的作用。

2）吹弧

用新鲜而且低温的介质吹弧时，可以将带电质点吹到弧隙以外，加强了扩散，并代之以绝缘

性能高的新鲜介质，同时由于电弧被拉K变细，使弧隙的电导下降。吹弧还使甩弧的温度下

降，热游离减弱，复合加快。

3）用优质灭弧介质

火弧介质的特性，如导热系数、电强度、热游离温度、热容量等，对电弧的游离程度具有很

大影响，这些参数值越大，去游离作用越强。在高压开关中，广泛采用压缩空气、六氟化硫

气体、直空等作为灭弧介质。

9-9负荷开关的作用是什么?它与隔离开关在结构原理上的主要区别是什么？

高压负荷开关是一种结构比较简单，具有一定开断和关合能力的开关电器。它具有一定开断

和关合能力的开关电器。它具有灭弧装置和一定的分合间速度，能开断正常的复合电流和过

负荷电流，也能关合一定的短路电流，但不能开断短路电流。因此，高压负荷开关可用于控

制供电线路的负荷电流，也可以用来控制空载线路，空载变压器及电容器等。高压负荷开关

在分闸时有明显的断口，可起到隔离开关的作用，与高压熔断器串联使用，前者作为操作电

器投切电路的正常负荷电流，而后者作为保护电器开断电路的短路电流及过负荷电流。在功

率不打二大或可靠性要求不高的配电回路中代替断路器，可以简化配电装置，降低设备费用。

9-10低压断路器中的热脱器的作用是什么？

热脱扣器要负担主电路的过载保护功能，具执行部件主要由热膨胀系数不同的双金属片构

成。当电路过载时，热脱扣器的热敏元件使得双金属片向上弯曲，推动自由脱口机构动作，

通常用于长延时保护。

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9-11熔断器的作用与特点？

熔断器是一种短路电流保护器，广泛用于高、低压配电系统和控制系统及用出设备中，主要

进行短路保护或严重过载保护。

熔断器的优点是结构简单、体积小、布置紧凑、使用方便、动作直接，不需要继电保井和二

次回路相配合；价格低。熔断器的缺点是每次熔断后须停电更换熔件才能再次使用，增加了

停电时间，保护特性不稳定，保护选择性不易配合。

9-12熔断器的结构与工作原理

熔断器主要是由熔体、触头、灭弧装置和安装熔体的绝缘管组成。

熔体在正常工作时起导通电路的作用，在故障情况下熔体将首先熔化，从而切断电路以实现

对其他设备的保护。熔断器的动作是靠熔体的熔断来实现的。当通过熔断器的电流大于规定

值时，以其自身产牛的热量使熔体熔化而自动分断电路。

9-13高压熔断器是如何分类的？

高压熔断器有不同的分类方式：

按照安装地点不同：分为户内式和户外式。

按熔管的安装情况：分为固定式和自动跌落式。

按开断电流的方式：分为限流式和无限流式°

9-14为什么在一般的高压熔断器中采用高熔点的铜丝，而不采用低熔点的铅锡合金作熔件？

铜丝进过处理后，其保护特性优于铅锡合金。当铜丝和铅锡合金丝长度相等、其额定电流也

想相等时，铅锡合金电阻率大，制造的体积也大，因此热容量也大，其熔断的时间较长；而

铜丝电阻率小，体积小，热容量小，熔断时间较短,但由铜丝做的熔丝因截面积小而不易安

装，因此必须将铜丝做大，为了降低其熔化温度，最简单的方法是用冶金效应法，即难熔的

金属在某种合金状态下变为易熔材料的方法。如在难熔金属铜的表面焊上金属锡的小球，当

熔件发热到锡的熔化温度对，锡小球先熔化，渗入铜丝内部产生铜锡合金，该合金熔点比铜

大大降低，且发热量剧增，因此，铜丝将首先在焊有小锡球处熔断，产生电弧，电弧的高温

足以使铜丝沿全K熔化，切断电路。

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9-15继电器的作用？

继电器是一种电子控制电器，根据电气量:（如电压、电流等）或非电气量（如热、时间、压

力、转速等）的变化接通或断开电路以实现自动控制和保护电力装置的电器。实质上，它是

一种用小电流控制大电流运作的一种“自动开关”在电路中起着自动调节、安全保护、转换

电路等作用。

1）扩大控制范围；2）放大作用；3）综合信号；4）自动、遥控、监测功能。

9-16继电器的结构和工作原理？

继电器由感测机构、中间机构和执行机构组成,感测机构已感应到的电气讹传递给时间机构,

将它与额定的整定值进行比较，当达到整定值时，中间机构便使执行机构动作，接通或断开

被控电路。

9=17什么是热继电器？

热继电器是用于电动机或者其他电气设备、电气线路的过载保护电器。热继电器是电流通过

热元件加热，是银镉合金双金属片分曲，推动机构动作的电器。

9-18什么是成套开关设备？主要绝缘性能参数有哪些？

以开关设备为主题的成套配电设备，即制造厂根据用户对一次接线的要求，将各种一次电器

元件以及控制、测埴、保护等装置组装在一起而构成的成套配电设备。

绝缘性能参数：绝缘配合、作用电压、外绝缘、电气间隙、对地电气间隙、爬电距离、爬电

比距等。

第卜章输配电线路

10-1架空数电线路的金具分类及用途如何？

1）悬垂线夹：用于将导线固定在绝缘子串上或将地线悬挂在直线赶他上，亦