高电压技术第四版习题答案
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进电极形状、增大电极的曲率半径，采用分裂导线等。
补充3：
无论是长气隙还是短气隙，击穿的发展过程都随着电压极性的不同而有 所不同，即存在极性效应。
1）机理 当棒极为正时，电子崩从棒极开始发展（因为此处的电场强度较高）， 电子迅速进入阳极（棒极），离子运动速度慢，棒极前方的空间中留下 了正离子，使电场发生了畸变，见智大，pl8、图1— 12,使接近棒极的 电场减弱、前方电场增强，因此，正极性时放电产生困难但发展比较容 易，击穿电压较低。
当棒极为负时，电子崩仍然从棒极（因为此处的电场强度较高），电子 向阳极（板极扩散），离子相对运动速度较慢，畸变了电场，见智大，P18,图1一
13,使接近棒极的电场增强，前方电场减弱，因此，负极性时放电产生 容易但发展比较困难，击穿电压较高。
正极性时放电产生困难但发展比较容易，击穿电压较低。负极性时放电 产生容易但发展比较困难，击穿电压较高。对于极不均匀电场在加交流 电压在缓慢升高电压的情况下，击穿通常发生在间隙为正极性时。
电导形式 （自由电子）电子电导
电导率V很大
（自由电子、正离子、负离子、杂质电导、自身离解、杂质、离子）V
很小
离子电导P很大
金属导电的原因是自由电子移动；电介质通常不导电，是在特定情况下
电 离、化学分解或热离解出来的带电质点移动导致。1・6由于介质夹层极化，通常电气设备含多层介质，直流充电时由于空间电 荷极化作用，电荷在介质夹层界面上堆积，初始状态时电容电荷与最终 状态时不一致；接地放电时由于设备电容较大且设备的绝缘电阻也较大 则放电时间常数较大（电容较大导致不同介质所带电荷量差别大，绝缘 电阻大导致流过的电流小，界面上电荷的释放靠电流完成），放电速度 较慢故放电时间要长达5〜lOmino补充：
汤逊理论认为，当pd较小时，电子的碰撞电离和正离子撞击阴极造成 的表面电离起着主要作用，气隙的击穿电压大体上是pd的函数。忽略 了带电质点改变电场分布及光电离（1•汤逊理论没有考虑电离出来的空 间电荷会使电场畸变，从而对放电过程产生影响。2.汤逊理论没有考虑 光子在放电过程中的作用，即空间光电离和阴极表面光电离）。
的场强，
电压必须增大。当S值减到过小时，场强虽大增，但电子在走完全程中
所
遇到的撞击次数己减到很小。故要求外加电压增大，才能击穿。
□ U形曲线（在两者之间，总存在一个压强P（气体密度§）对造成撞击
电离最
有利，此时Ub最小。）
补充2：
电晕产生的物理机理是：电晕放电是极不均匀电场中的一种自持放电现 象，在极不均匀电场中，在气体间隙还没有击穿之前，在电极曲率较大 的附近的空间的局部的场强已经很大了，从而在这局部强场中产生强烈 的电离，但离电极稍远处场强已大为减弱，故此电离区域不能扩展到很 大，只能在电极的表面产生放电的现象。
第二章 掌握：
1.平均自由行程的概念，四种电离的基本原理，表面电离的四种形式、 负离子的产生，去游离的三种形式。
2.汤逊理论和流注理论的放电机理，发展过程，自持放电条件，应用围 及二者区别；巴申曲线及其
4.极性效应的概念，机理
2 - 2
3）电晕会产生高频脉冲电流，其中还包含着许多高次谐波，这会造成 对无线电的干扰。
4）电晕产生的化学反映产物具有强烈的氧化和腐蚀作用，所以，电晕 是促使有机绝缘老化的重要因素。
5）电晕还可能产生超过环保标准的噪声，对人们会造成生理、心理的 影响。
6）电晕放电，会有能量损耗。
减少电晕放电的根本措施在于降低电极表面的场强，具体的措施有：改
□假设S保持不变，当压强P（气体密度§）增大时，电子的平均自由
行程缩短
了，相邻两次碰撞之间，电子积聚到足够动能的几率减小了。反之，当
压
强P（气体密度6）减小时，电子在碰撞前积聚到足够动能的几率虽然增
大
了，但气体很稀薄，电子在走完全程中与气体分子相撞的总次数却减到
很
小,Ub所以会增大。
□同样，可假设压强P（气体密度§）保持不变。S值增大时，欲得一定
Jg为真空和无损极化所引起的电流密度，为纯容性的；Jlk为漏导引起 的电流密度，为纯阻性的；Jp为有损极化所引起的电流密度，它由无功 部分Jpc和有功部分Jpr组成。容性电流Jc与总电容电流密度向量J之间的夹角为称为介质损耗角。介质损耗角简称介损角为电 介质电流的相角领先电压相角的余角，功率因素角e的余角，其正切t称为介质损耗因素，常用％表示，为总的有功电流密度与总无功电 流密度之比。
流注理论认为电子碰撞电离和空间光电离是维持自持放电的主要因素， 并强调了空间电荷畸变电场的作用（充分注意到了空间电荷对电场畸变 勺作用）。。OOOOOO
汤森德放电机理在较均匀电场和0.26的
围有效。&•S <cm
§• S流注放电机理在不均匀电场和>0.2
的围有效。
补充1:
巴申（帕邢）定律的实验曲线的物理意义：
第一章
1 -1
极化种类 电子式极化离子式极化偶极子极化 夹层极化
产生场合
所需时间
能量损耗
无几乎没有
有有
产生原因束缚电子运行轨道偏
移离子的相对偏移偶极子的定向排列自由电荷的移动
任何电介质-15s离子式结构电介质T3 s极性电介质TO〜10-2s
多层介质的交界面Ts〜数小时
1・4
金属导体气体，液体，固体
第三章
1.
2.气隙的伏秒特性的定义，制作，应用；基本电压波形
图中C1代表介质的无损极化（电子式和离子式极化），C2 -R2代 表各种有损极化，而R3则代表电导损耗。
图1一4一2中，Rlk为泄漏电阻；Ilk为泄漏电流；Cg为介质真空和无 损极化所形成的电容；Ig为流过Cg的电流；Cp为无损极化所引起的电 容；Rp为无损极化所形成的等效电阻；Ip为流过Rp—Cp支路的电流， 可以分为有功分量Ipr和无功分量Ipco
电晕放电的危害主要表现在这几个方面：
1）伴随着游离、复合、激励、反激励等过程而有声、光、热等效应， 发出"丝雀”的声音，蓝色的晕光以及使周围气体温度升高等。
2）在尖端或电极的某些突出处，电子和离于在局部强场的驱动下高速 运动，与气体分子交换动量，形成“电风”。当电极固定得刚性不够时, 气体对“电风”的反作用力会使电晕极振动或转动。
补充3：
无论是长气隙还是短气隙，击穿的发展过程都随着电压极性的不同而有 所不同，即存在极性效应。
1）机理 当棒极为正时，电子崩从棒极开始发展（因为此处的电场强度较高）， 电子迅速进入阳极（棒极），离子运动速度慢，棒极前方的空间中留下 了正离子，使电场发生了畸变，见智大，pl8、图1— 12,使接近棒极的 电场减弱、前方电场增强，因此，正极性时放电产生困难但发展比较容 易，击穿电压较低。
当棒极为负时，电子崩仍然从棒极（因为此处的电场强度较高），电子 向阳极（板极扩散），离子相对运动速度较慢，畸变了电场，见智大，P18,图1一
13,使接近棒极的电场增强，前方电场减弱，因此，负极性时放电产生 容易但发展比较困难，击穿电压较高。
正极性时放电产生困难但发展比较容易，击穿电压较低。负极性时放电 产生容易但发展比较困难，击穿电压较高。对于极不均匀电场在加交流 电压在缓慢升高电压的情况下，击穿通常发生在间隙为正极性时。
电导形式 （自由电子）电子电导
电导率V很大
（自由电子、正离子、负离子、杂质电导、自身离解、杂质、离子）V
很小
离子电导P很大
金属导电的原因是自由电子移动；电介质通常不导电，是在特定情况下
电 离、化学分解或热离解出来的带电质点移动导致。1・6由于介质夹层极化，通常电气设备含多层介质，直流充电时由于空间电 荷极化作用，电荷在介质夹层界面上堆积，初始状态时电容电荷与最终 状态时不一致；接地放电时由于设备电容较大且设备的绝缘电阻也较大 则放电时间常数较大（电容较大导致不同介质所带电荷量差别大，绝缘 电阻大导致流过的电流小，界面上电荷的释放靠电流完成），放电速度 较慢故放电时间要长达5〜lOmino补充：
汤逊理论认为，当pd较小时，电子的碰撞电离和正离子撞击阴极造成 的表面电离起着主要作用，气隙的击穿电压大体上是pd的函数。忽略 了带电质点改变电场分布及光电离（1•汤逊理论没有考虑电离出来的空 间电荷会使电场畸变，从而对放电过程产生影响。2.汤逊理论没有考虑 光子在放电过程中的作用，即空间光电离和阴极表面光电离）。
的场强，
电压必须增大。当S值减到过小时，场强虽大增，但电子在走完全程中
所
遇到的撞击次数己减到很小。故要求外加电压增大，才能击穿。
□ U形曲线（在两者之间，总存在一个压强P（气体密度§）对造成撞击
电离最
有利，此时Ub最小。）
补充2：
电晕产生的物理机理是：电晕放电是极不均匀电场中的一种自持放电现 象，在极不均匀电场中，在气体间隙还没有击穿之前，在电极曲率较大 的附近的空间的局部的场强已经很大了，从而在这局部强场中产生强烈 的电离，但离电极稍远处场强已大为减弱，故此电离区域不能扩展到很 大，只能在电极的表面产生放电的现象。
第二章 掌握：
1.平均自由行程的概念，四种电离的基本原理，表面电离的四种形式、 负离子的产生，去游离的三种形式。
2.汤逊理论和流注理论的放电机理，发展过程，自持放电条件，应用围 及二者区别；巴申曲线及其
4.极性效应的概念，机理
2 - 2
3）电晕会产生高频脉冲电流，其中还包含着许多高次谐波，这会造成 对无线电的干扰。
4）电晕产生的化学反映产物具有强烈的氧化和腐蚀作用，所以，电晕 是促使有机绝缘老化的重要因素。
5）电晕还可能产生超过环保标准的噪声，对人们会造成生理、心理的 影响。
6）电晕放电，会有能量损耗。
减少电晕放电的根本措施在于降低电极表面的场强，具体的措施有：改
□假设S保持不变，当压强P（气体密度§）增大时，电子的平均自由
行程缩短
了，相邻两次碰撞之间，电子积聚到足够动能的几率减小了。反之，当
压
强P（气体密度6）减小时，电子在碰撞前积聚到足够动能的几率虽然增
大
了，但气体很稀薄，电子在走完全程中与气体分子相撞的总次数却减到
很
小,Ub所以会增大。
□同样，可假设压强P（气体密度§）保持不变。S值增大时，欲得一定
Jg为真空和无损极化所引起的电流密度，为纯容性的；Jlk为漏导引起 的电流密度，为纯阻性的；Jp为有损极化所引起的电流密度，它由无功 部分Jpc和有功部分Jpr组成。容性电流Jc与总电容电流密度向量J之间的夹角为称为介质损耗角。介质损耗角简称介损角为电 介质电流的相角领先电压相角的余角，功率因素角e的余角，其正切t称为介质损耗因素，常用％表示，为总的有功电流密度与总无功电 流密度之比。
流注理论认为电子碰撞电离和空间光电离是维持自持放电的主要因素， 并强调了空间电荷畸变电场的作用（充分注意到了空间电荷对电场畸变 勺作用）。。OOOOOO
汤森德放电机理在较均匀电场和0.26的
围有效。&•S <cm
§• S流注放电机理在不均匀电场和>0.2
的围有效。
补充1:
巴申（帕邢）定律的实验曲线的物理意义：
第一章
1 -1
极化种类 电子式极化离子式极化偶极子极化 夹层极化
产生场合
所需时间
能量损耗
无几乎没有
有有
产生原因束缚电子运行轨道偏
移离子的相对偏移偶极子的定向排列自由电荷的移动
任何电介质-15s离子式结构电介质T3 s极性电介质TO〜10-2s
多层介质的交界面Ts〜数小时
1・4
金属导体气体，液体，固体
第三章
1.
2.气隙的伏秒特性的定义，制作，应用；基本电压波形
图中C1代表介质的无损极化（电子式和离子式极化），C2 -R2代 表各种有损极化，而R3则代表电导损耗。
图1一4一2中，Rlk为泄漏电阻；Ilk为泄漏电流；Cg为介质真空和无 损极化所形成的电容；Ig为流过Cg的电流；Cp为无损极化所引起的电 容；Rp为无损极化所形成的等效电阻；Ip为流过Rp—Cp支路的电流， 可以分为有功分量Ipr和无功分量Ipco
电晕放电的危害主要表现在这几个方面：
1）伴随着游离、复合、激励、反激励等过程而有声、光、热等效应， 发出"丝雀”的声音，蓝色的晕光以及使周围气体温度升高等。
2）在尖端或电极的某些突出处，电子和离于在局部强场的驱动下高速 运动，与气体分子交换动量，形成“电风”。当电极固定得刚性不够时, 气体对“电风”的反作用力会使电晕极振动或转动。