高电压工程答案

1、简述汤逊放电理论。

答：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?过

?d?de程，电子总数增至个。假设每次电离撞出一个正离子，故电极空间共有（e－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

?的定义，此（e－-1)个正离子撞击?der(-1)=1

?d?1）个正离子在到达阴极表面时可撞出（e?d－1）个新电子，则(e?d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电子，则放电达到自持放电。即汤逊理论的自持放电条件可表达为

或

?e?d＝1。

2、简述操作冲击放电电压的特点。

答：操作冲击放电电压的特点：（1）U形曲线，其击穿电压与波前时间有关而与波尾时间无关；（2）极性效应，正极性操作冲击的50％击穿电压都比负极性的低；（3）饱和现象；（4）分散性大；（5）邻近效应，接地物体靠近放电间隙会显著降低正极性击穿电压。 3、试比较气体和固体介质击穿过程的异同。

答：（１）气体介质的击穿过程：气体放电都有从电子碰撞电离开始发展到电子崩的阶段。由于外电离因素的作用，在阴极附近出现一个初始电子，这一电子在向阳极运动时，如电场强度足够大，则会发生碰撞电离，产生1个新

高电压工程课后答案 1.1空气作为绝缘的优缺点如何？

答：优点：空气从大气中取得，制取方便，廉价，简易，具有较强的自恢复能力。缺点：空气比重较大，摩擦损失大，导热散热能力差。空气污染大，易使绝缘物脏污，且空气是助燃物当仿生电流时，易烧毁绝缘，电晕放电时有臭氧生成，对绝缘有破坏作用。 1.2为什么碰撞电离主要是由电子而不是离子引起？

答：由于电子质量极小，在和气体分子发生弹性碰撞时，几乎不损失动能，从而在电场中继续积累动能，此外，一旦和分子碰撞，无论电离与否均将损失动能，和电子相比，离子积累足够造成碰撞电离能量的可能性很小。 1.5负离子怎样形成，对气体放电有何作用？

答：在气体放电过程中，有时电子和气体分子碰撞，非但没有电离出新电子，碰撞电子反而别分子吸附形成了负离子，离子的电离能力不如电子，电子为分子俘获而形成负离子后电离能力大减，因此在气体放电过程中，负离子的形成起着阻碍放电的作用。

1.7非自持放电和自持放电主要差别是什么？

答：非自持放电必须要有光照，且外施电压要小于击穿电压，自持放电是一种不依赖外界电离条件，仅由外施电压作用即可维持的一种气体放电。 1.13电晕会产生哪些效应，工程上常用哪些防晕措施？

答：电晕

高电压工程课后答案 1.1空气作为绝缘的优缺点如何？

答：优点：空气从大气中取得，制取方便，廉价，简易，具有较强的自恢复能力。缺点：空气比重较大，摩擦损失大，导热散热能力差。空气污染大，易使绝缘物脏污，且空气是助燃物当仿生电流时，易烧毁绝缘，电晕放电时有臭氧生成，对绝缘有破坏作用。 1.2为什么碰撞电离主要是由电子而不是离子引起？

答：由于电子质量极小，在和气体分子发生弹性碰撞时，几乎不损失动能，从而在电场中继续积累动能，此外，一旦和分子碰撞，无论电离与否均将损失动能，和电子相比，离子积累足够造成碰撞电离能量的可能性很小。 1.5负离子怎样形成，对气体放电有何作用？

答：在气体放电过程中，有时电子和气体分子碰撞，非但没有电离出新电子，碰撞电子反而别分子吸附形成了负离子，离子的电离能力不如电子，电子为分子俘获而形成负离子后电离能力大减，因此在气体放电过程中，负离子的形成起着阻碍放电的作用。

1.7非自持放电和自持放电主要差别是什么？

答：非自持放电必须要有光照，且外施电压要小于击穿电压，自持放电是一种不依赖外界电离条件，仅由外施电压作用即可维持的一种气体放电。 1.13电晕会产生哪些效应，工程上常用哪些防晕措施？

答：电晕

1. 请分别从以下四方面推导得出均匀电场中气体放电的电流倍增规律。（30

分）

（1） 考虑α过程 （2） 考虑α、η过程 （3） 考虑α、γ过程 （4） 考虑α、γ、η过程

α：（电子碰撞电离系数） 一个电子在电场力作用下，沿电场方向行经单位距离平

均发生碰撞电离的次数，汤逊第一电离系数。

γ：（表面电离系数）折合到每个碰撞阴极表面的正离子使阴极金属表面释放出的二次电子数，汤逊第三电离系数

η：（电子附着系数）电子行经单位距离时附着于中性原子的电子数目。

（1） 考虑α过程

在外界游离因素光照射下，最初有n0个电子由阴极出发向阳极运动．行经距离

x 时电子数变为n个，行经单位距离dx 后增加电子数dn，则：

dn??dx （1） dn?n?dx或nnxdnx???dx当x0?0时，有 将式（1）两边同积分，?n0n0nx?n0exp(??dx) （2）

0x这就是考虑?过程时电子崩发展过程中电子的增长规律。

由于是均匀电场，?为常数，故：nx?n0exp(??dx)?n0exp(?x) （3）

第一章 气体放电的基本物理过程

（1）在气体放电过程中，碰撞电离为什么主要是由电子产生的？

答：气体中的带电粒子主要有电子和离子，它们在电场力的作用下向各自的极板运动，带正电荷的粒子向负极板运动，带负电荷的粒子向正极板运动。电子与离子相比，它的质量更小，半径更小，自由行程更大，迁移率更大，因此在电场力的作用下，它更容易被加速，因此电子的运动速度远大于离子的运动速度。更容易累积到足够多的动能，因此电子碰撞中性分子并使之电离的概率要比离子大得多。所以，在气体放电过程中，碰撞电离主要是由电子产生的。

（2）带电粒子是由哪些物理过程产生的，为什么带电粒子产生需要能量 ？

答：带电粒子主要是由电离产生的，根据电离发生的位置，分为空间电离和表面电离。根据电离获得能量的形式不同，空间电离又分为光电离、热电离和碰撞电离，表面电离分为正离子碰撞阴极表面电离、光电子发射、热电子发射和强场发射。原子或分子呈中性状态，要使原子核外的电子摆脱原子核的约束而成为自由电子，必须施加一定的外加能量，使基态的原

子或分子中结合最松弛的那个电子电离出来所需的最小能量称为电离能。 （3）为什么SF6气体的电气强度高？

答：主要因为SF6气体具有很强的电负性，容易俘获自

1.气体中带电质点的产生有哪几种方式？

碰撞电离（游离），光电离（游离），热电离（游离），表面电离（游离）。

2.气体中带电粒子的消失有哪几种形式?

（1）带电粒子向电极定向运动并进入电极形成回路电流，从而减少了气体中的带电离子；(2)带电粒子的扩散；(3)带电粒子的复合；(4)吸附效应。

3.为什么碰撞电离主要由电子碰撞引起？

因为电子的体积小，其自由行程比离子大得多,在电场中获得的动能多;电子质量远小于原子或分子，当电子动能不足以使中性质点电离时，电子遭到弹射而几乎不损失其动能。

4.电子从电极表面逸出需要什么条件？可分为哪几种形式？

逸出需要一定的能量，称为逸出功。获得能量的途径有：a正离子碰撞阴极；b光电子发射；c强场发射；d热电子发射。

5.气体中负离子的产生对放电的发展起什么作用，为什么？

对放电的发展起抑制作用，因为负离子的形成使自由电子数减少。

6.带电粒子的消失有哪几种方式？

带电质点的扩散和复合。

7.什么是自持放电和非自持放电？

自持放电是指仅依靠自身电场的作用而不需要外界游离因素来维持的放电。必须借助外力因素才能维持的放电称为非自持放电

8.什么是电子碰撞电离系数？

若电子的平均自由行程为λ，则在1cm长度内一个电子的平均碰撞次数为1/λ，如果能算

1.气体中带电质点的产生有哪几种方式？ 间隙中最大场强错误！未找到引用源。与平均场强错 碰撞电离（游离），光电离（游离），热电离（游离），误！未找到引用源。的比值。通常f=1为均匀电场，f<2表面电离（游离）。 时为稍不均匀电场， f>4 时为极不均匀电场。 2.气体中带电粒子的消失有哪几种形式? （1）带电粒子向电极定向运动并进入电极形成回路电流，从而减少了气体中的带电离子；(2)带电粒子的扩散；(3)带电粒子的复合；(4)吸附效应。

3.为什么碰撞电离主要由电子碰撞引起？

因为电子的体积小，其自由行程比离子大得多,在电

场中获得的动能多;电子质量远小于原子或分子，当电子动能不足以使中性质点电离时，电子遭到弹射而几乎不损失其动能。

4.电子从电极表面逸出需要什么条件？可分为哪几种形式？

逸出需要一定的能量，称为逸出功。获得能量的途

径有：a正离子碰撞阴极；b光电子发射；c强场发射；d热电子发射。

5.气体中负离子的产生对放电的发展起什么作

用，为什么？

对放电的发展起抑制作用，因为负离子的形成使自

由电子数减少。

6.带电粒子的消失有哪几种方式？

带电质点的扩散和复合。

7.什么是自持放电和非自持放

第一章：电介质的基本电气特性

1、电介质的极化：在外加电场作用下，电介质中的正负电荷将沿着电场方向做有限的位移或者转向，形成力矩，这种现象叫做电介质的极化。 2、极化的基本形式：

（1）电子式极化（这个过程主要是由电子在电场作用下的位移所造成，故称为电子式极化）。其特点：电子式极化存在于所有电介质中；由于电子异常轻小，因此电子式极化所需时间极短，其极化响应速度最快，通常相当于紫外线的频率范围；电子式极化具有弹性；电子式极化消耗的能量可以忽略不计，因此称之为“无损极化”。 （2）离子式极化

在离子式结构的电介质中，当有外电场作用时，则除了促使各个离子内部产生电子式极化之外，还将产生正负离子的相对位移，使正负离子按照电厂的方向进行有序排列，形成极化，这种极化称为离子式极化。

其特点：不受频率影响，可在所有频率范围内发生；极化是弹性的；消耗的能量亦可忽略不计。

（3）偶极子式极化。在极性分子结构的电介质中，当有外电场作用时，偶极子受到电场力的作用而转向电场的方向，这种极化被称为偶极子式极化，或转向极化。

其特点：为有损极化，而且极化时间也较长；受频率影响很大，频率增加，εr减小；温度对极性电介质的εr 也有很大影响，在

课程代码：02653

一、单项选择题(本大题共10小题，每小题1分，共10分)在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。 1.流注理论未考虑( B )的现象。

A.碰撞游离 B.表面游离

C.光游离 D.电荷畸变电场 2.先导通道的形成是以( C )的出现为特征。 A.碰撞游离 B.表现游离 C.热游离 D.光游离 3.极化时间最短的是( A )

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

4.SF6气体具有较高绝缘强度的主要原因之一是( D ) A.无色无味性 B.不燃性 C.无腐蚀性 D.电负性

5.介质损

高电压作业

65090414 杨彪

绪论、第一章

1.为什么长间隙击穿的平均场强远小于短间隙的平均击穿场强？

答：短间隙击穿只存在电子崩和流注形式。而长间隙击穿则存在新的放电形式——先到放电。长间隙在击穿过程中形成了先导通道，其形成过程为正流注通道mk中的点子被阳极吸引，当电子浓度足够高时，即有足够的电流时，流注通道中就开始热电离。热电离引起了通道中带电质点浓度的进一步增大，即引起了电导的增加和电流的继续加大。于是，流注通道变成了有高电导的等离子通道——先导mk。这时在先导通道mk的头部又产生了新的流注nm，于是先到不断向前推进。先导具有高电导，相当于从电极伸出的导电棒，它保证在其端部有高的场强，因此就容易形成新的流注。因而由于先导的存在，长间隙击穿比短间隙击穿更易发生，因此长间隙击穿的平均场强远小于短间隙的平均击穿场强。

2. 简述汤逊理论和流注理论的异同点，并说明各自的适用范围。 答：汤逊理论和流注理论都是解释均匀电场的气体放电理论。

前者适用于均匀电场、低气压、短间隙的条件下；后者适用于均匀电场、高

气压、长间隙的条件下。 不同点：

（1）放电外形 流注放电是具有通道形式的。根据汤逊理论，气体放电应在

整个间隙中