高电压技术电介质电导和损耗

第一章电介质的极化、电导和损耗一、掌握电介质极化的基本形式及特点（1）极化：电介质中的带电质点在电场作用下沿电场方向作有限位移现象。

（2）电子位移极化：负电荷的作用中心与正电荷的作用中心不再重合主要特点：1、极化所需时间极短；2、极化具有弹性，不产生能量损耗；3、温度对极化的影响较小。

（3）离子位移极化：在外电场E作用下，正、负离子将发生方向相反的偏移，使平均偶极矩不再为零，介质呈现极化。

离子式极化的特点：1、极化过程极短；2、极化具有弹性，无能量损耗；3、温度对极化有影响：（4）偶极子极化：在外电场的作用下，偶极子受到电场力的作用而发生转向，顺电场方向作有规律的排列，靠电极两表面呈现出电的极性。

偶极子式极化的特点：1、极化所需时间极长，故极化与频率有较大的关系；2、极化属非弹性，有能量损耗；3、温度对极化影响很大：极性气体介质具有负的温度系数；（5）空间电荷极化：是带电质点（电子或正、负离子）的移动形成的。

最典型的空间电荷极化是夹层极化。

夹层极化的特点：1、极化所需时间长，故夹层极化只有在低频时才有意义。

具有夹层绝缘的设备断开电源后，应短接进行彻底放电以免危及人身安全，大容量电容器不加电压时也应短接；2、极化涉及电荷的移动和积聚，所以必然伴随能量损耗。

二、介质的相对介电常数ε0 ——真空的介电常数=8.86×10-14F/cm三、掌握电介质损耗的基本概念、介质损耗因数tanδ概念采用介质损耗角正切tanδ作为综合反映电介质损耗特性优劣的一个指标，测量和监控各种电力设备绝缘的tanδ值已成为电力系统中绝缘预防性试验的最重要项目之一。

第二章气体放电的物理过程一、掌握气体中带电粒子的产生和消失1 气体中带电质点的产生途径：电子获得足够的能量跳出最外层轨道，成为自由电子。

产生带电离子的过程称为电离（游离），它是气体放电的首要前提。

一是气体本身发生电离（游离）；二是气体中的固体或液体金属发生表面电离（游离）。

高电压技术各章选择判断题汇总及答案附期末测试第一章电介质的极化、电导和损耗1.单选题用于电容器的绝缘材料中，所选用的电介质的相对介电常数（）。

A 应较大B 应较小C 处于中间值D 不考虑这个因素A2.单选题偶极子极化（）。

A 所需时间短B 属于弹性极化 C 在频率很高时极化加强D 与温度的关系很大D3.单选题电子式极化（）。

A 所需时间长B 属于弹性极化C 在频率很高时极化加强D 与温度的关系很大B4.单选题离子式极化（）。

A 所需时间长B 属于弹性极化C 在频率很高时极化加强D 与温度的关系很大B5.单选题极化时间最长的是（）。

A 电子式极化 B 离子式极化 C 偶极子极化 D 空间电荷极化D6.单选题极化时伴随有电荷移动的是（）。

A 电子式极化 B 离子式极化C 偶极子极化D 夹层极化D7.单选题夹层极化中电荷的积聚是通过电介质的（）进行的。

A 电容B 电导C 电感D 极化B8.单选题相对介电常数是表征介质在电场作用下（）的物理量。

A 是否极化B 损耗C 击穿D 极化程度D9.单选题对于极性液体介质，温度较低时，随温度的升高，极化（）。

A 减弱B 增强C 先减弱再增强D 不变 B10.单选题用作电容器的绝缘介质时，介质的相对介电常数应（）。

A 大些B 小些C 都可以D 非常小A11.单选题用作一般电气设备的绝缘时，介质的相对介电常数应（）。

A 大些B 小些C 都可以D 非常小B12.单选题表征电介质导电性能的主要物理量为（）。

A 电导率B 介电常数C 电阻D 绝缘系数A13.单选题电介质的电导主要是（）引起的。

A 自由电子B 自由离子C 正离子D 负离子B14.单选题金属导体的电导主要是（）引起的。

A 自由电子B 自由离子C 正离子D 负离子A15.单选题通常所说的电介质的绝缘电阻一般指（）。

A 表面电阻B 体绝缘电阻C 表面电导D 介质电阻B16.单选题直流电压（较低）下，介质中流过的电流随时间的变化规律为（）。

1、在电场作用下，电介质中出现的电气现象分两大类，在弱电场下，主要是极化，电导，介质损耗等，在强电场下主要是放电，闪络，击穿等。

3、带电粒子的产生：光电离，热电离，碰撞电离，电极表面的电离。

4、负离子的产生，碰撞和附着，这种情况下，带电粒子的数量没有增加，对于气体放电有抑制作用。

5、带电粒子的消失：1 形成外电路的电流。

2 逸出气体放电空间，3 带电粒子复合。

6 、电子崩：场强足够大，电子在电场力作用下引起碰撞电离，产生新的电子，电子数量像雪崩一样增加，这种急剧增加的电子流成为电子崩。

7、自持放电：不依靠外界因素而由电场本身作用下保持的放电。

8、非自持放电：依靠外界因数保持的放电。

完成气隙击穿的条件：1 足够高的电压，2 能引起电子崩的有效电子3 需要一定的时间。

9 最基本的极化形式：电子式极化，离子式极化，偶极子极化。

10 变压器油击穿电压影响因素和提高方法：因素：水分和其他杂质，油温，电场均匀度，电压作用时间，油压的影响，方法：过滤，防潮，祛气。

11、纯净液体的击穿理论，电子碰撞电离理论和气泡击穿理论。

固体的击穿理论：电击穿理论，热击穿理论和电化学击穿理论。

12、影响固体介质电气强度的主要因素：1 电压作用时间，电场均匀程度，温度，受潮，累积效应。

9、放电自持的条件：一个电子从阴极到阳极途中因电子崩而造成的正离子数为e ad --- 1这批正离子在阴极上造成的二次自由电子数为γ（e ad --- 1），如果他等于1 ，意味着初始电子有了一个后继电子，从而使放电得以自持。

10、电负性气体？分子与电子结合成负离子，这些易于产生负离子的气体称为电负性气体。

11、放电时延？出现有效的电子后，击穿过程才真正开始，这时该电子将引起碰撞电离形成电子崩，发展到流注和主放电，最后完成气隙的击穿，这个过程中需要一定的时间，通常称为放电时延。

12、50％冲击放电电压？施加10次电压中4--6次击穿了，这一电压就是气隙的50%冲击电压。

《高电压技术》第3版常美生主编第一章电介质的极化、电导和损耗概述⏹电介质：指具有很高电阻率（通常为106~1019Ω·m）的材料。

⏹电介质的作用：在电气设备中主要起绝缘作用，即把不同电位的导体分隔开，使之在电气上不相连接。

⏹电介质的分类：按状态可分为气体、液体和固体三类。

其中气体电介质是电气设备外绝缘（电气设备壳体外的绝缘）的主要绝缘材料；液体、固体电介质则主要用于电气设备的内绝缘（封装在电气设备外壳内的绝缘）。

⏹极化、电导和损耗：在外加电压相对较低（不超过最大运行电压）时，电介质内部所发生的物理过程。

这些过程发展比较缓慢、稳定，所以一直被用来检测绝缘的状态。

此外，这些过程对电介质的绝缘性能也会产生重要的影响。

⏹击穿：在外加电压相对较高（超过最大运行电压）时，电介质可能会丧失其绝缘性能转变为导体，即发生击穿现象。

第一节电介质的极化一、电介质的极性及分类⏹分子键：电介质内分子间的结合力。

⏹化学键：分子内相邻原子间的结合力。

根据原子结合成分子的方式的不同，电介质分子的化学键分为离子键和共价键两类。

原子的电负性是指原子获得电子的能力。

电负性相差很大的原子相遇，电负性小的原子的价电子被电负性大的原子夺去，得到电子的原子形成负离子，失去电子的原子形成正离子，正、负离子通过静电引力结合成分子，这种化学键就称为离子键。

电负性相等或相差不大的两个或多个原子相互作用时，原子间则通过共用电子对结合成分子，这种化学键就称为共价键。

离子键中，正、负离子形成一个很大的键矩，因此它是一种强极性键。

共价键中，电负性相同的原子组成的共价键为非极性共价键，电负性不同的原子组成的共价键为极性共价键。

由非极性共价键构成的分子是非极性分子。

由极性共价键构成的分子，如果分子由一个极性共价键组成，则为极性分子；如果分子由两个或多个极性共价键组成，结构对称者为非极性分子，结构不对称者为极性分子。

分子由离子键构成的电介质称为离子结构的电介质。

参考答案第一章电介质的极化、电导和损耗一、单项选择题：1. D2. D3. B二、填空题：1. 增大了2．电子式极化、离子式极化、偶极子式极化、空间电荷极化（夹层式极化）3．在电场作用下极化程度的物理量4．电子式极化、离子式极化5．偶极子式极化、空间电荷极化（夹层式极化）6．大些7．离子性、电子性8．电导强弱程度9．电场强度、温度、杂质10．体积电导、表面电导11．电导损耗、极化损耗12．电导13．δωCtgU214．电导三、简答题1．答：电介质的电导为离子性电导，随着温度的升高，分子的热运动加剧，分子之间的联系减弱，介质中离解出的离子数目增多，所以电导率增大。

而导体的电导是电子性电导，温度升高，分子的热运动加剧，电子在电场作用下定向运动时遇到的阻力增大，所以电导率降低。

2．答：不同。

电介质在直流电压作用下只有电导损耗，而在交流电压作用下除了电导损耗外还有周期性极化引起的极化损耗，所以同样条件下，电介质在交流电压下的损耗大于直流电压下的损耗。

3．答：电介质的电导是离子性电导，而金属导体的电导是电子性电导；电介质的电导率小，导体的电导率大；随温度升高，电介质的电导率增大，导体的电导率减小。

第二章气体电介质的击穿特性一、单项选择题：1．B 2. C 3. A 4. C 5. B 6. D 7. A8. C 9. D 10. A11. D 12. B 13. C 14. C二、填空题：1. 辉光放电、火花放电、电弧放电、电晕放电2．最小3．升高4．空间光游离5．棒—棒6．扩散7．改善电场分布、削弱气隙中的游离过程8．固体介质9．20℃、101.310．低11．增大12．250/250013．空间电荷14．增大三、简答题1．答：（1）因棒极附近场强很高，不论棒的极性如何，当外加电压达到一定值后，此强场区内的气体首先发生游离。

当棒具有正极性时，间隙中出现的电子向棒极运动，进入强电场区，引起碰撞游离，形成电子崩。

E U 1. 电介质的极化：1.）电子位移极化 电介质中的带点质点在电场作用下沿电场方向做有限位移，无能量损耗2.）离子位移极化 有极微量的能量损耗3.）转向极化4.）空间电荷极化2. 电介质的介电常数代表电介质极化程度 （气体 D=1 水 D=81 蓖麻油 D=4.2 ）3. 电介质的电导与金属电导的区别：1.）形成电导电流的带电粒子不同（金属导体：自由电子，电介质：离子）2.）带电粒子数量上的区别4. 影响液体介质电导的因素 ：温度，电场强度。

5. 电介质中的能量损耗 ：P pV E 2 tg V U 2Ctg6. tgδ ：介质损耗角，绝缘在交变电压作用下比损耗大小的特征参数7. 四种形式电离的产生 ：撞击电离 光电离 热电离 表面电离 8. 气体中带电质点的消失 ：1.）带电质点收电场力的作用流入电极并中和电量2.）带电质点的扩散3.）带电质点的复合9. 自持放电：当场强超过临界场强 值时，这种电子崩已可仅由电场的作用而自行维持和cr发展，不必再有赖于电离因素，这种性质的放电称为自持放电。

10. 汤森德理论 只是对较均匀电场和• S 较小的情况下适用。

11. 物理意义 ：一个电子从阴极到阳极途中因为电子崩 （ɑ过程）而造成的正离子数为 e d1这批正离子在阴极上造成的二次自由电子数（ r 过程）应为： r (ed1) 如果它等于 1 就意味着那个初始电子有了一个后继电子从而使放电得以自持。

12. 帕邢定律：在均匀电场中，击穿电压与气体相对密度 ，极间距离S 并不具有单独的 b函数关系，而是仅与他们的积有函数关系，只要S 的乘积不变， 也就不变。

b13. 流柱放电流程：有效电子（经碰撞游离）——电子崩（畸变电场）——发射光子（在强 电场作用下）——产生新的电子崩（二次崩）——形成混质通道（流柱）——由阳极向阴极 （阳极流柱）或由阴极向阳极（阴极流柱）击穿14. 电晕放电：电晕放电是极不均匀电场所特有的一种自持放电形式，他与其他形式的放电 有本质的区别， 电晕放电的电流强度并不取决于电源电路中的阻抗， 而取决于电极外气体空间的电导，即取决于外施电压的大小，电极形状，极间距离，气体的性质和密度等。

第一章 电介质的电气强度1.1气体放电的基本物理过程1.高压电气设备中的绝缘介质有气体、液体、固体以及其他复合介质。

2.气体放电是对气体中流通电流的各种形式统称。

3.电离：指电子脱离原子核的束缚而形成自由电子和正离子的过程。

4.带电质点的方式可分热电离、光电离、碰撞电离、分级电离。

5.带电质点的能量来源可分正离子撞击阴极表面、光电子发射、强场发射、热电子发射。

6.带电质点的消失可分带电质点受电场力的作用流入电极、带电质点的扩散、带电质点的复合。

7.附着：电子与气体分子碰撞时，不但有可能引起碰撞电离而产生出正离子和新电子，也可能发生电子附着过程而形成负离子。

8.复合：当气体中带异号电荷的粒子相遇时，有可能发生电荷的传递与中和，这种现象称为复合。

（1）复合可能发生在电子和正离子之间，称为电子复合，其结果是产生一个中性分子；（2） 复合也可能发生在正离子和负离子之间，称为离子复合，其结果是产生两个中性分子。

9.1、放电的电子崩阶段（1）非自持放电和自持放电的不同特点宇宙射线和放射性物质的射线会使气体发生微弱的电离而产生少量带电质点；另一方面、负带电质点又在不断复合，使气体空间存在一定浓度的带电质点。

因此，在气隙的电极间施加电压时，可检测到微小的电流。

由图1-3可知：（1）在I-U 曲线的OA 段：气隙电流随外施电压的提高而增大，这是因为带电质点向电极运动的速度加快导致复合率减小。

当电压接近 时，电流趋于饱和，因为此时由外电离因素产生的带电质点全部进入电极，所以电流值仅取决于外电离因素的强弱而与电压无关。

（2）在I-U 曲线的B 、C 点：电压升高至 时，电流又开始增大，这是由于电子碰撞电离引起的，因为此时电子在电场作用下已积累起足以引起碰撞电离的动能。

电压继续升高至 时，电流急剧上升，说明放电过程又进入了一个新的阶段。

此时气隙转入良好的导电状态，即气体发生了击穿。

（3）在I-U 曲线的BC 段：虽然电流增长很快，但电流值仍很小，一般在微安级，且此时气体中的电流仍要靠外电离因素来维持，一旦去除外电离因素，气隙电流将消失。

高电压技术各章选择判断题汇总及答案附期末测试第一章电介质的极化、电导和损耗1.单选题用于电容器的绝缘材料中，所选用的电介质的相对介电常数（）。

A 应较大B 应较小C 处于中间值D 不考虑这个因素A2.单选题偶极子极化（）。

A 所需时间短B 属于弹性极化 C 在频率很高时极化加强D 与温度的关系很大D3.单选题电子式极化（）。

A 所需时间长B 属于弹性极化C 在频率很高时极化加强D 与温度的关系很大B4.单选题离子式极化（）。

A 所需时间长B 属于弹性极化C 在频率很高时极化加强D 与温度的关系很大B5.单选题极化时间最长的是（）。

A 电子式极化 B 离子式极化 C 偶极子极化 D 空间电荷极化D6.单选题极化时伴随有电荷移动的是（）。

A 电子式极化 B 离子式极化C 偶极子极化D 夹层极化D7.单选题夹层极化中电荷的积聚是通过电介质的（）进行的。

A 电容B 电导C 电感D 极化B8.单选题相对介电常数是表征介质在电场作用下（）的物理量。

A 是否极化B 损耗C 击穿D 极化程度D9.单选题对于极性液体介质，温度较低时，随温度的升高，极化（）。

A 减弱B 增强C 先减弱再增强D 不变 B10.单选题用作电容器的绝缘介质时，介质的相对介电常数应（）。

A 大些B 小些C 都可以D 非常小A11.单选题用作一般电气设备的绝缘时，介质的相对介电常数应（）。

A 大些B 小些C 都可以D 非常小B12.单选题表征电介质导电性能的主要物理量为（）。

A 电导率B 介电常数C 电阻D 绝缘系数A13.单选题电介质的电导主要是（）引起的。

A 自由电子B 自由离子C 正离子D 负离子B14.单选题金属导体的电导主要是（）引起的。

A 自由电子B 自由离子C 正离子D 负离子A15.单选题通常所说的电介质的绝缘电阻一般指（）。

A 表面电阻B 体绝缘电阻C 表面电导D 介质电阻B16.单选题直流电压（较低）下，介质中流过的电流随时间的变化规律为（）。

第一章电介质的极化、电导和损耗第二章气体放电理论1)流注理论未考虑的现象。

表面游离2)先导通道的形成是以的出现为特征。

C- C．热游离3)电晕放电是一种。

A--A．自持放电4)气体内的各种粒子因高温而动能增加，发生相互碰撞而产生游离的形式称为C--C.热游离5)以下哪个不是发生污闪最危险的气象条件？D-D.大雨6)以下哪种材料具有憎水性？A--A.硅橡胶20)极性液体和极性固体电介质的相对介电常数与温度和电压频率的关系如何？为什么？极化液体相对介电常数在温度不变时，随电压频率的增大而减小，然后就见趋近于某一个值，当频率很低时，偶极分子来来得及跟随电场交变转向，介电常数较大，当频率接近于某一值时，极性分子的转向已经跟不上电场的变化，介电常数就开始减小。

在电压频率不变时，随温度的升高先增大后减小，因为分子间粘附力减小，转向极化对介电常数的贡献就较大，另一方面，温度升高时分子的热运动加强，对极性分子的定向排列的干扰也随之增强，阻碍转向极化的完成。

极性固体介质的相对介电常数与温度和频率的关系类似与极性液体所呈现的规律。

21)电介质电导与金属电导的本质区别为何？１）带电质点不同：电介质为带电离子（固有离子，杂质离子）；金属为自由电子。

２）数量级不同：电介质的γ小，泄漏电流小；金属电导的电流很大。

３）电导电流的受影响因素不同：电介质中由离子数目决定，对所含杂质、温度很敏感；金属中主要由外加电压决定，杂质、温度不是主要因素。

22)简要论述汤逊放电理论。

设外界光电离因素在阴极表面产生了一个自由电子，此电子到达阳极表面时由于α过程，电子总数增至eαd 个。

假设每次电离撞出一个正离子，故电极空间共有（eαd －1）个正离子。

这些正离子在电场作用下向阴极运动，并撞击阴极．按照系数γ的定义，此（eαd －1）个正离子在到达阴极表面时可撞出γ（eαd －1）个新电子，则( eαd -1)个正离子撞击阴极表面时，至少能从阴极表面释放出一个有效电子，以弥补原来那个产生电子崩并进入阳极的αd电子，则放电达到自持放电。

高电压技术1、极化的概念：当有外电场作用时，正负电荷受电场力作用，其相对位置发生变化，尽管内部正负电荷仍相互抵消，但正负电荷相对位置发生了变化，电介质的表面出现负电荷，这种现象称为电介质的极化。

2、极化的形式：电子式极化，离子式极化，偶极子式极化，夹层式极化3、电导损耗的概念：电介质在电压作用下有能量损耗：一种是电导引起的损耗，另一种是由有损极化引起的损耗。

4、按照能量来源不同游离可分为：碰撞游离，光游离，热游离，表面游离5、气体中带电质点的消失：带电质点受电场力的作用流入电极；带电质点的扩散；带电质点的复合。

6、电晕放电：稍不均匀电场中放电的特点与均匀电场中相似，在间隙击穿前能看不到有什么放电的迹象。

极不均匀电场中则不同，间隙击穿前在高场强区会出现蓝紫色的晕光，并发出“嘶嘶”的响声，称为电晕放电。

7、极性效应：对于电极形状不对称的极不均匀电场间隙，如棒-板间隙，棒的极性不同时，间隙的起晕电压和击穿电压各不相同，这种现象称为极性效应。

8、伏秒特性：一般用同一波形下，间隙上出现的电压最大值和间隙击穿时间的关系来表示间隙的冲击绝缘特性，此曲线称为间隙的伏秒特性。

9、提高气体间隙击穿电压的方法：一方面是改善电场分布，使之尽量均匀；另一方面是利用其他方法来削弱气体中的游离过程。

10、提高支柱绝缘子沿面闪络电压的方法：增高支柱绝缘子，即加大极间距离；装设均压环。

11、闪络概念：当带电体电位超过一定值时，常常在固体介质和空气的交界面上出现放电现象，这种沿着固体介质表面的气体发生的放电称为沿面放电，当其发展为贯穿性空气击穿时，称为沿面闪络，简称闪络。

12、操作冲击电压：电力系统在操作或发生事故时，因状态发生突然变化引起电感—电容回路的震荡产生过电压，称为操作冲击电压。

13、提高液体电解质击穿电压的方法：1提高及保持油的品质（过滤、防潮、祛气）2采用固体电解质降低杂质的影响（覆盖层、绝缘层、屏障）14、固体电介质的击穿机理：电击穿，热击穿，电化学击穿15、绝缘缺陷分为：集中性缺陷，分布性缺陷；绝缘试验：绝缘特性试验，绝缘耐压试验16、消除电场或减小电场干扰的措施：加设屏蔽，采用移相电源，倒相法17、电老化：电介质在电场的长时间作用下会逐渐发生某些物理、化学变化，从而引起电介质物理、化学和电等方面的性能劣化、，这种现象称为电老化。