重庆大学电气学院-高电压技术双语课课后作业-自己做的-仅供参考

Page38ofthetextbook:1.1,1.2,1.3,1.4,1.5,1.8,1.9,1.13,1.16Note:SolutionsinEnglishoftheproblemsof1.8,1.13,and1.16arerequired1.1气体放电的汤逊理论与流注理论的主要区别？它们各自的使用范围？（1）汤逊理论认为电子碰撞电离是气体放电的主要原因，二次电子来源于正离子撞击阴极表面后产生的电子溢出。流注理论认为形成放电通道的的二次电子主要来源于空间的光电离。（2）汤逊理论适用于均匀电场中低气压小间隙下的放电现象。流注理论适用于均匀电场中大气压长空气间隙气体的放电现象（如在大气条件下）。pd=26.66kPa.cm。1.2气体放电中，形成先导过程的条件是什么？先导过程是在流注理论的基础上，由于正负极间距国产，流注不足以贯穿两极的情况下，电子通过通道根部进入电极，由于剧烈摩擦产生高温，出现热游离过程。流注时而产生时而熄灭，逐级推进的现象。其条件就是电极间距离比较长或者电源可供的电量不足。1.3在不均匀电场中气体间隙放电的极性效应是什么？（1）不对称极不均匀电场间隙的电晕起始电压及间隙击穿电压随着电极正负极新的不同而不同。正棒--负板气体间隙击穿电压要低于相同间隙距离的负棒—正板的击穿电压。而电晕起始电压则相反。当电极的正负电性不同时，气体间隙的火花放电电压不同，这种现象叫极性效应。1.4什么是电晕放电？它有何效应？试列举工程上所采用的各种防晕措施？（1）电晕放电是气体介质在不均匀电场中的局部自持放电是最常见的一种气体放电形式。、当曲率较大的导体电极(即尖端)远离其他导体时,电极附近形成的强电场将促使气体分子产生电离,并引起气体的放电和发光，这种局部放电现象为电晕放电。（2）发生电晕时在电极周围可以看到光亮，并伴有咝咝声。电晕放电的起始电压小于击穿电压。电晕放电会引起能量的损耗，同时放电的脉冲现象产生高频脉冲电流，并包含许多高次谐波，对无线电会造成较大的干扰。同时电晕放电会使臭氧及氮氧化物生成。损伤和腐蚀气体中的固体介质和金属电极。在起晕电极附近积聚的空间电荷将对放电过程造成影响，使间隙击穿电压具有明显的极性效应。（3）防晕措施：选择耐电晕性能功能好的绝缘材料。减小空气隙的存在。改进电极形状，增大电极曲率半径，提高气体间隙的击穿电压。同时，电极表面应尽量光滑。（4）产品应当进行局部放电的测量实验。限制电晕最有效的方法是改进电极的形状，增大电极的曲率半径，如采用均压环、屏蔽环；在某些载流量不能满足要求的场合，可采用空心的、薄壳的、扩大尺寸的球面或旋转椭圆等形式的电极，如超高压输电线路采用分裂导线。1.5标准大气条件下气隙中的起晕电压约是多少？由皮克公式可以计算出标准大气条件下气隙中的起晕电压：𝑈𝑦,𝑒=𝐸𝑦,𝑒=21.4𝛿𝑚1𝑚2(1+0.298√𝑟0𝛿),𝑘𝑉由于𝑟0=∞，𝛿为空气相对密度=1,m1=0.8~1.0,m2=0.8~1.01.8国家标准对各种实验电压波形的要求是怎样的？为什么要这样规定？ThenationalstandardGB-311-93rulesthelightingimpulsevoltageandswitchingimpulsevoltageusedintest.Theimpulsevoltageisakindoffulllightingimpulsevoltagewhosefronttimeis1.2μs.Anditstimetohalf-valueis50μs.Thereisakindimpulsevoltagecalledlightingimpulsevoltageschoppedontailswhichmeanstheimpulsevoltagewillbechoppedbyexternalfactorafter2μsto5μs.Theparametersofchoppingtimecanbedifferentaccordingtodifferentsituation.Andinfact,the1.2/50impulsehasallowabledeviationscontaining±3%inpeakvalue,T1±30%infronttimeandT2±20%inhalf-valuetime.Theswitchingimpulsevoltagemeansakindoffullswitchingimpulsevoltagewhosefronttimeis250μsandhalf-valuetimeis2500μs.Anditsallowabledeviationsare±3%inpeakvalue,Tp±20%infronttimeandT2±60%inhalf-valuetime.1.9什么是气隙的伏秒特性？它是如何制作的？对于某一定的电压波形，必须用电压峰值和击穿时间共同表达。工程上用气隙上出现的电压最大值与放电时间的关系来表征气隙在冲击电压下的击穿特性，成为气隙的伏秒特性。伏秒特性由实验方法求取。对同一间隙，施加一系列标准波形的冲击电压，使间隙击穿，用示波图来求取。以间隙上曾经出现的电压峰值为纵坐标，以击穿时间为横坐标，得伏秒特性上的一点。升高电压，击穿时间减小，电压甚高时可在波头击穿，此时击穿时间为横坐标，击穿时电压为纵坐标得伏秒特性上又一点。当每级电压下只有一个击穿时间，可根据定义绘出伏秒特性曲线。但由于击穿时间具有分散性，在每级电压下可得一系列击穿时间。实际的伏秒特性曲线是带状区域的一簇曲线。1.13试小结各种提高气隙击穿电压的方法，并指出适用于何种条件？Wecanimproveelectricstrengthofgasgapscontainingimprovingelectricfieldhomogeneityingasgapsandwakeningionizationingasgapstoenhancethebreakdownvoltageofgasgaps.therearethreemainwaysToimproveelectricfieldhomogeneity.wecanimproveelectrodeconfigurationcontainingincreasingradiusesofcurvatureofelectrodes,smootheningthesurfaceofelectrodesandeliminatingthesharpedgesofelectrodes.Besides,wecandecreasediametersofconductorlinesinacertainrangebecausethespacechargegeneratedbythecoronadischargemayimprovefielddistributioningasgaps.Anotherwayisthatwecansetbarriersinnon-uniformfiled.Therearealsothreemainwaystowakenionizationingas.First,wecanincreasethegaspressureandkeepthesurfaceofelectrodesmooth,cleananddry.Second,wecanmakethegapsinvacuum,whichcausecollisionionizationimpossible.Third,wecanusehighelectricstrengthgaseslikeSF6tofillthegasgaps.1.16试小结提高沿面放电电压的各种方法，并指出适用于何种条件。Wecanincreasesurfaceflashovervoltagebyusingumbrellaskirtofinsulationtobeabarriersandusingmetalgradingringsasshields.Improvingthehydrophobicityimprovementofdielectricsurfacescanalsohaveagreateffect.Besides,wecanusetheapplicationofsemiconductorcoatingandfixsurfacepotentialbyusingadditionalelectrodes.Chapter2Page56ofthetextbook:2.1,2.2,2.3,2.7,2.8,2.9Note:SolutionsinEnglishoftheproblemsof2.7,2.8,and2.9arerequired.1、试比较电介质中各种计划的性质（1）电子式极化（electronicpolarization），存在任何电介质中，发生的原因是在外电场作用下，外层电子轨道相对于原子核发生了位移，使正负电荷作用中心不再重合，对外呈现一个电偶极子的状态。该过程时间极短，在各种频率皆可发生，因撤去电场作用后可以恢复原状，所以有弹性，不耗能量。（2）离子式极化（ionicpolarization）发生在离子型的电介质中，无外电场时，离子对的偶极矩相互抵消；当外界有电场施加时，正负离子轻微地发生了相反方向偏移，平均偶极矩形成电矩，产生了这种极化现象。该过程属于可恢复的弹性极化，几乎不耗能量。（3）偶极子式极化（orientationpolarization）发生在极性介质中，无外电场时，极性介质分子处于热运动装中，对外不显极性；当有外电场时，极性介质分子将沿着电场方向定向排列，对外呈现极性。该过程时间较长；介电常数与频率和温度都有关。（4）夹层极化（interfacepolarization）发生在介质的分界面上。该过程特别缓慢，且有能量损耗，是非弹性的极化。2、极性液体或者极性固体电介质的介电常数和温度、频率的关系如何？在极性电介质中，频率增加时，由于材料内部一定的阻力，偶极子来不及旋转，就会形成一种驰豫，产生能量损耗。所以总的来说，随着频率的升高，介电常数r一般减小。电压频率对极性介质的εr影响,εr随频率的增高而上升，频率很高时，其εr随之又下降。这是由于极化时极性分子旋转时克服分子间的吸引力需要消耗电场的能量，故与频率相关，εr先随频率的增高而上升，到频率足够高时，偶极子来不及转向，故其εr又随之下降。当温度升高时，极性介质分子联系减弱，偶极子转向变得容易，从而极性加强；但是当分子运动过于剧烈时，又会妨碍他们有规律的运动，导致了极性减弱。因此，随着温度的增加，介电常数一般先增大，后减小。3、常用电介质按极性强弱分类，并指出他们在常温、工频电压下的介电常数约为多少？(1)各种气体的相对介电常数均接近1.(2)液体类：名称相对介电常数非极性（弱极性）变压器油1.8-2.5极性蓖麻油2-6强极性纯水，酒精10(3)固体类名称相对介电常数中性石蜡，聚乙烯，聚苯乙烯，聚四氟乙烯1-2极性松香，酚醛树脂，聚氯乙烯，胶木，纤维素，沥青2．5-6离子性云母，陶瓷5-77、Mechanismofbreakdowninliquids?(1)electronictheoryofbreakdowninliquids:understrongelectricfield,electronswillbegeneratedfromelectronicemission.Whenelectronsgainenoughenergyfromappliedfield,theywillcollidethemolecules.Andthenionizationandinitiateavalancheshappens,causingtheliquidbreaksdown(2)cavitybreakdown:theliquidsmaycontaingaspockets.Theelectricfieldinasphericalgasbu