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1、介电谱的基本理论及其在现代分析领域中的应用摘 要 用介电谱方法讨论化学中的非均匀体系是近十几年发展起来的交叉性新领域,它在分散体系、高分子膜以及生物细胞体系的研究中占有重要地位。本文从理论和应用两方面综述该领域的发展过程及研究现状,并结合实例阐述了构造和介电弛豫模式的关系以及该方法的特点。在对遗留问题和最新进展给予评述性讨论的同时,指出了进一步的研究方向。关键词

球壳状粒子悬浊系3.2.1 微胶囊3.2.2 脂质囊泡3.2.3 细胞悬浮液3.3 具有平面层状结构的体系4 在现代分析领域中的具体应用4.1 介电谱对药物体系的应用4.2 介电谱对细胞的应用4.3 介电谱在农产品和食品领域

5、的应用5 发展展望和有待研究的问题参考文献1 前言 胶体分散体系、液体中的膜、复合材料和生物膜是非均匀体系，由组成成分以多种方式聚集起来的它们具有不同的功能和结构。非均匀体系的描述需要实时和非侵入的测量手段。以频率为函数变量测量介电常数和传导率的介电光谱学，其非侵入性的方式很好地匹配这个目的并且可以提供在分子和肉眼可见水平的对非均匀体系的结构和电学性质的洞察。材料在交流电扫描场中由许多极化机制所极化，并且，作为极化量度标准的它们的介电常数显示出对频率的依存性，即介电弛豫或介电扩散。由于非均匀体系具有界面（在这儿材料的不同电性质相互接触），特征极化是由于在界面上电荷的积聚产生的界面极化。对由于界

6、面极化引起的介电弛豫应用适当的理论则可以提供非均匀体系的结构和组成成分的电学性质。介电弛豫的界面极化理论正在不断发展，它们的有效性正被各种非均匀体系所检测。理论研究仍然在继续以便探索有着更现实的模型的更可靠的理论.本文介绍这一领域的研究特色、研究现状以及应用前景。2 介电谱简介 2.1 基本原理介电谱是物质或体系的介电常数及电导率随电场频率的变化，本质上是物质在电场作用下产生电极化（介电驰豫），通过解析谱图，研究体系的驰豫过程并推定其内部构造。是一种利用电磁波对物质进行内部“透视”的方法。图 1给出由于各种极化引起介电弛豫的模式图,它有助于了解在各个频率范围介电谱所能提供的信息。2.2 介电驰

7、豫谱介电弛豫谱在跨宽频率范围内测量复相对介电常数，定义为是的实部，是的虚部，是相对介电常数（=），是电导率，是真空介电常数，是角频率（，是频率），。材料的和（虽然不一定）显示出介电弛豫：随频率的增加而减少并且随频率的增加而增加：单一的介电弛豫由一系列参数（称为介电参数）来确定：和分别是低频极限相对介电常数和高频极限相对介电常数，是介电强度（或介电级数）, 特征频率，是弛豫时间，是低频极限电导率。用损失因数（）代替电导率也可以对频率作图，在特征频率处出现一个峰值：如果直流电导率不可以忽略，则损失因数为。复平面图（或Cole-Cole图）也用来分析介电弛豫。在复平面中，损失因数对相对介电常数（或）

8、作图，如果只有一个介电弛豫也就是Debye型弛豫则图线显示一个半圆。但是，复平面图常常偏离一个半圆，这就显示了弛豫时间的分布。偏离可以由各种经验等式来阐明，提出这些经验式的人及其公式和复平面图有：Debye（半圆弧规则）；。Cole-Cole（圆形弧规则） （01）；Davidson-Cole（歪斜弧规则） （01）； ； Havriliak-Negami （01，01）； ； 等（从A到D显然是对半圆的逐渐偏离）。以上等式不仅经常用来方便地对各种材料的介电弛豫进行分类，而且还可以用来从介电弛豫数据中提取介电参数。但是，与弛豫时间的分布有关的参数的物理（或分子）意义是肯定有待商榷的。更进一步，

9、必须意识到关于多参数的不同等式有时可以与相同数据拟合。2.3 研究体系 具有固有偶极子的或具有相界面的非均匀体系。大致包括：分子固有偶极子的取向极化：极性气体或液体，生物大分子或高分子等。非均匀体系的界面极化：胶体分散系，生物细胞悬浮液，微乳、胶束、囊泡等表面活性剂有序组合体，高分子膜等。带荷电的胶体粒子、生物细胞以及生物大分子表面的对离子的运动或其它离子迁移引起的弛豫。2.4 介电解析过程介电谱的基本思想是先对某体系进行介电测量, 再通过适当的物理模型, 建立体系的各组成相的相参数和从介电弛豫谱中得到的介电参数之间的定量关系, 进行数学解析, 获得反映体系构造和电性质的信息。其解析模式可用图

10、2表示：2.5 介电谱方法特点测量的频率宽 介电谱可以涵盖大概10-41012Hz约16个数量级的极宽的频率范围。非入侵（破坏）测量 测量不破坏体系的结构和状态，可实时监测物质的内部信息，如物质吸附释放、分子的聚集、化学反应或形态变化以及生物细胞培养等动态过程的信息。测量迅速 可在数秒或数十秒内完成大约8个数量级频率的超过100个频率点的测量。测量对象限制小 对样品的体积和形状几乎没有限制，可测量光学上难以测定的浑浊样品或有色样品。 3 各类型非均匀体系解析实例本文列举了对各种类型的实际非均匀体系的介电测量结果, 它概括了介电谱方法的研究现状。结合实例对体系的构造与介电弛豫的关系进行讨论, 进

11、而对该研究手段有一个更直观、清晰和具体的了解。3.1 球状粒子分散系MaxwellWagner的界面极化机理最早讨论的是如图3所示的将一种微粒分散于纯物质连续相的情况, 即所谓球状粒子分散系介电行为的理论研究。Wagner 从解一个球形粒子在电磁场作用下的电磁方程入手, 通过对N个粒子群体行为的积分求解稀薄球状粒子的等价介电常数和电导率1。Hanai在Wagner 公式基础上, 采用微小过程的积分法从理论上建立了浓厚球状体系的介电公式2, 并成功地解释了如OW 及WO 型乳状液3-4 、离子交换树脂以及胶乳等大量典型体系的介电行为。 图3油包水乳状液的情况是小水滴分散在油里（W/O），我们可以

12、假设油相的电导率远小于小水滴的电导率。关注球形小滴的悬浮液，则从Hanai公式可以得到下列近似公式： 用这些公式我们可以从介电弛豫参数（、和）决定水小滴的体积分数、油相的电导率 、相对介电常数和水小滴的电导率。下图显示了典型的W/O乳状液的介电弛豫5 。所用W/O乳状液由混合蒸馏水于含有0.4（v/v）跨到80的作为乳化剂的油（煤油与四氯化碳体积比为73/28的混合物）中，（实线是Hanai混合方程的拟合，虚线是Wagner混合方程的拟合。）从等式得到的水小滴的体积分数（=0.75）与制备的乳状液的水的比例一致。 和的值与测量后从油相离心过滤分离出的水相的电导率和相对介电常数很好地一致。介电弛

13、豫的复平面图是一个变形的圆形弧，极好地由Hanai混合方程进行了模拟。（实线是Hanai混合方程的拟合，虚线是Wagner混合方程的拟合。）3.2 球壳状粒子悬浊系无论从理论方法的发展本身或为解释更多的实际体系, 具有球壳型构造的非均匀体系都是相当重要的。如人工的高分子微胶囊和生物细胞等都可认为是在原有的球形粒子外覆盖一层薄膜,构成如图4所示的外连续相、膜相和内部溶液相的三相非均匀体系。Pauly和Schwan 曾导出相当繁琐的计算体系介电常数和电导率的公式6, 通过计算机对实验数据进行拟合可确定出各相的相参数。后来,Hanai和Asami拓展了这些研究, 特别是在建立各种细胞膜体系的模型上完

14、善了球壳类分散系的解析方法, 并成功地应用于高分子微胶囊7、脂质囊泡8以及各类生物细胞悬浊系9。 图43.2.1 微胶囊微胶囊广泛应用于药物学上、食品和工业领域。有许多用各种材料制备成的微胶囊。在此，因为它们简单且很好地定义了的结构所以我们处理聚苯乙烯微胶囊（PS-MCs）。PS-MCs有一个水性的球体核和一个薄的绝缘壳。因此单壳模型应用于PS-MCs体系。PS-MCs的浓厚悬浮液显示出有两个弛豫项的介电弛豫。因为不被内部相溶液影响而由外部相影响，所以低频弛豫主要由于外界面的极化。另一方面，高频弛豫是由于内部界面的极化。下图为测量介电谱：（a）外部介质溶液从1mM变到蒸馏水；（b）内部介质溶液

脂质囊泡天然的或合成的磷脂（一般含两条烃链尾和一个极性头）构成的囊泡称为脂质体，即脂质体是具有双层脂质膜的囊泡，是自发形成的分子有序组合体。报道过各种脂质体：小单壳层小泡（SUV）、多层小泡（MLV）和大单壳层小泡（LUV）等。一般，脂质体的介电弛豫有三个弛豫过程包括水的弛豫（1GHz）；对离子在脂质体表面的位移（1kHz到1MHz）；表面极化（1-100MHz）和头基偶极的再定位（30-500MHz）。SUV的介电弛豫是由于界面极化，其强度和弛豫时间可以比得上由于头基偶极再定位引起的弛豫，但是由于对温度的不同依赖所以两种弛豫过程可以彼此分开。对于巨大的脂质体（1

16、m），界面极化变成占优势的弛豫过程。下图显示了一种SUV的介电谱，通过解析谱图可得囊泡半径以及囊泡内外的电性质，还可计算囊泡表面电荷，推断对离子的运动情况。 3.2.3 细胞悬浮液目前最成熟的细胞悬浮液的介电模型主要有描述没有细胞核和细胞壁的细胞悬浮液的单壳模型（SS）;描述带有细胞膜外基质（细胞壁）的细胞悬浮液的所谓双层壳模型（TS）;以及描述带有细胞器的细胞悬浮液的所谓双壳模型（DS）。根据相应的理论模型可由介电参数定量计算细胞内外的电性质，以及悬浮液体积分数等相参数。对于体积分数较大的单壳浓厚细胞悬浮液，利用Hanai理论可导出下列表达式： 细胞的体积分数、细胞的膜电容Cm以及细胞的介电

17、常数i和电导率i都可通过上述公式算得。下图为哺乳动物的红细胞和淋巴细胞的介电谱图：(a) spherical erythrocyte (b) lymphocyte3.3 具有平面层状结构的体系化学中的很多体系是以平面层状叠合而构成的, 即所谓平面层状的非均匀体系。这类体系的实例有脂质双分子膜、水中高分子膜、 L-B 膜等, 这些膜多是在与水溶液共存时才能稳定存在的。这类由近绝缘性的膜与弱导电性的水溶液构成的如图5表示的两相或三相直列结合系(相个数取决于膜两侧的溶液性质) , 将该构成以多层平板电容模型表示是发挥介电方法特色的最适合的对象体系。其介电研究特点是: 体系用反映其特征的、其中各“元件

18、”代表了各组成相的电性质的等效电路描述, 建立实验上观测到的介电弛豫参数和体系相参数关系的理论公式, 通过数学上的解析获得其有关的电性质和构造等信息, 进而判断体系的物理化学过程。Hanai等从理论上建立了对如图5所示的两相(或三相)体系的介电弛豫谱的完整的解析方法10。在对脂质双分子膜、L -B 膜、溶液中的高分子膜以及反渗透膜11.的研究中, 通过解析介电谱得到了卵磷脂双分子膜的膜电容和电导, 其双分子膜的厚度与电子显微镜观察到的膜厚度很接近; 通过测量累积L-B膜的电容并经计算确认了其多层构造; 很好地说明了近绝缘性的高分子膜在水溶液中导电性; 解析非对称反渗透膜与水溶液构成的膜液体系的

19、介电谱图, 获得了致密层和多孔层的构造以及离子透过性等信息。图 5理论公式可表示为： 理论公式可表示为： 介电弛豫是对应一个变化的刺激(外交流电场)体系出现的时间上的滞后响应(界面极化) , 表示这一滞后的特征频率的个数即弛豫的个数N 与体系组成相的个数n关。作为其一般特征, 有N = n - 1, 但严格来讲, 实验观察到的介电弛豫数应与相界面的种类数相等(实际上有时观测到的弛豫数目少于它)。现将以上概述的各类型非均匀体系所显示的介电特征和可获得的信息列于下表。 4 在现代分析领域中的具体应用4.1 介电谱对药物体系的应用近年来, 将壳聚糖作为药物载体的技术开发和理论研究受到广泛的关注。介电

20、弛豫谱方法因具有能非入侵地探测体系内部动力学和电学信息的特点,可在线考察和检测体系的变化过程,因此,可用介电谱对壳聚糖的药物释放过程进行监测12。例如对包裹了作为药物模型分子水杨酸钠的壳聚糖微球悬浮液进行介电测量和模型解析,发现随着微球浸入水后的凝胶化而出现的显著介电弛豫现象, 利用 Cole-Cole 方程拟合介电谱获得了介电参数, 并利用 Hanai 理论公式解析出了壳聚糖微球悬浮液相参数, 获得了微球内部以及连续水相的电参数随其浸入水后不同时间段的变化,跟踪并检测到了微球凝胶化过程和水杨酸分子的受控释放过程.进而根据实验结果提出了释放过程分为3个阶段的可能的微观机制.由于壳聚糖微球内部多

21、孔道的结构使得壳聚糖微球释放药物时对药物有一个自我封锁(溶胀使得孔道半径减小,水杨酸快速释放的途径受阻)的过程,这个自我封锁的过程使载药微球进入人体后长时间仍然能够正常的发挥药效成为可能。4.2 介电谱对细胞的应用生物细胞与磷脂囊泡的结构最相近，也出现四个驰豫：弛豫是由对离子沿细胞表面移动引起；弛豫是由细胞膜内或膜外与细胞液或外介质之间的界面极化，起因于束缚在蛋白上的水的转动以及内部蛋白的运动；弛豫是由生物体系中自由水分子的取向驰豫。从介电谱可研究细胞的各种动态过程，如细胞沉降、细胞聚集、培养中细胞的分裂和发育，以及器官退化。根据介电常数的变化可推定金属离子及抗生素对细胞的毒害作用13。从介电

22、谱还可粗略判断受精细胞各成长阶段内部结构的复杂性14.根据驰豫强度的变化可推测细胞增殖情况（体积分数与驰豫强度成正比），还可提供细胞形状的信息，判断各种细胞内部构造。4.3 介电谱在农产品和食品领域的应用食品的组织、成分、结构、状态等都和它们的电物性有密切的关系,研究和认识食品电物性的意义归纳起来主要有两点:一是利用食品电物性对食品的成分、组织状态等品质的检测和评价;二是在食品加工中最有效地利用其电磁物理性质,将传统加工方法和电力加工方法合理结合起来, 开发更经济合理的新的加工技术,如电磁波加工、静电场加工和电阻抗加工等。利用电特性进行食品品质的检测研究已有几十年的历史,最早在植物的形状、 种

23、类及生长过程的检测中得到应用,发展到现在已在水果、蔬菜的成熟度、新鲜度及分选,发酵过程中活菌数的检测,谷物品质检测及分级等方面进行了较广泛的研究,具体包括：农产品含水率的测定15.果蔬可溶性固形物和酸度的测定；新鲜果蔬品质的检测16;对发酵过程一些指标的检测；对食用油的品质及油炸过程的检测；对调理食品加工过程的检测；对干燥过程的检测；鱼品质及鱼冷冻粉碎过程的检测等。5 发展展望和有待研究的问题 迄今,典型的平面及球形分散体系的理论模型及解析方法已经基本完成,建立的球型及球壳型分散体系的研究方法已开始被众多研究者所接受并用于解释各类新体系, 今后期待着在解决多重和混合分散粒子的复杂体系时使其更加

24、完善。就非均匀体系的介电研究这一领域本身而言, 尚有两个有待于解决的问题: 对非均匀体系所观察到的介电弛豫并非都是本文综述的由界面极化引起的弛豫, 而构成体系的分子的极性部分引起的和因体系的非均质构造引起的介电弛豫的区别和分离一般是非常困难的。另一个是非均匀体系的介电弛豫理论可适用于的分子集合体的尺度问题。迄今为止已明了的界面极化的介电理论可适用于 0.1um 程度的粒子分散系, 而10nm 左右的微小尺度属分子混合或分子溶液呈均质构造的特征, 理论对其适用性如何改变是有待研究的重要课题。参考文献1Wagner K W , Arch Electro tech , 1.2

　　1、当把成套设备的一个部件从外壳中取出时，成套设备其余部分的保护电路不应当被切断。

　　2、额定电压为380V的塑料外壳式断路器，其外壳要接地。 （ × ）

　　3、电器设备的爬电距离与污染等级、绝缘电压和材料组别无关。 （ × ）

　　4、工频耐压测试设备的电源应有足够的容量，漏电流不大于100mA。 （ × ）

　　5、作为保护导体的绝缘电缆，其外表颜色必须采用绿、黄双色鉴别标志。 （ √ ）

　　6、额定短路耐受电流或额定限制短路电流不超过10kA的成套设备可免除短路耐受强度验证。 （ √ ）

　　7、抽出式成套开关设备的抽出功能单元必须具备连接位置、试验位置、分离位置并在这些位置上定位及识别。 （ √ ）

　　8、裸露导电部件是一种可触及的导电部件，它通常不带电，但在故障情况下可能带电，它不属于保护导体。 （ √ ）

　　9、电路与裸露导电部件之间，每条电路对地标称电压的绝缘电阻应至少为1000Ω/V。（ √ ）

　　10、污染等级共分为4级，一般工业用途的成套设备只可以在污染等级2的环境中使用。（ × ）

　　11、成套设备的额定分散系数与主电路数有关，主电路数越多，额定分散系数越大。（ × ）

　　12、成套设备的额定分散系数其数值小于1，用于温升试验中修正发热电流的数值。（ √ ）

　　13、户外电缆分线箱执行的标准是GB7251.4。 （ × ）

　　14、低压电器的额定绝缘电压值可以小于或等于额定工作电压。 （ × ）

　　15、家用和类似用途的带过电流保护的剩余电流动作断路器称RCBO。 （ √ ）

　　16、关键元器件和材料的进货检验与定期确认检验必须由工厂自己进行检验。 （ × ）

　　17、对关键元器件检测的设备除进行日常的操作检查外还应进行运行检查。 （ √ ）

　　19、母线TMR中的R表示的状态为硬状态；TMY中的Y表示的状态为软状态。 （ × ）

　　20、装置额定绝缘电压660V，材料类别为Ⅲa，污染等级为3级，最小爬电距离应为12.5mm。 （ × ）

　　21、建筑工地设备标准对防护等级要求为：操作面IP21，设备外壳IP40。 （ × ）

　　22、GB5标准中对于户内封闭式成套设备，防护等级第一位特征数字至少为2。 （ √ ）

　　23、例行检验工频耐压试验时间和型式试验工频耐压试验时间都为1s。 （ × ）

　　24、GB5标准适用于交流电压不超过1000V，直流电压不超过1500V，海拔不超过2000米，户内设备的温度不得超过40℃，温度的下限为-5℃。 （ √ ）

　　25、如果相导线截面积大于10mm2，则中性导体的载流量等于相导线载流量的一半，但截面积最小为10mm2。如果相导体等于或小于10mm2，则中性线的载流量等于相导线的载流量。 （ √ ）

　　26、保护措施和保护电路的电连续性检查是应检查防止直接接触的防护措施。 （ × ）

　　27、用绝缘材料制造的手柄做耐压试验时，成套设备的框架不应当接地，也不能同其它电路相连。 （ √ ）

　　28、工地用成套开关设备，应符合GB6标准的要求。 （ √ ）

　　29、GB6准中规定的符合该标准要求的产品的防护等级至少应为外壳IP43，操作面IP21。 （ × ）

　　30、某照明箱的防护等级为IP30符合GB6标准中规定的产品防护等级。（ √ ）

　　31、低压成套开关设备额定短时耐受电流的时间除非制造商规定，通常为1s。 （ √ ）

　　32、工厂低压成套开关设备某型号产品试验报告规定：电气间隙≥8mm，爬电距离≥10mm；工厂检验员对该型号一产品出厂检验报告填写的数据为：电气间隙为14 mm，爬电距离为12 mm。 （ × ）

　　33、相比漏电起痕指数（CTI）是指材料表面经受住50滴电解液而没有形成漏电痕迹的最高电压值，以（V）表示。 （ √ ）

　　34、防触电保护类别Ⅰ类的设备主要特征为有保护接地。 （ √ ）

　　35、配电板产品中有两2条馈电电路，那么该产品可选用的额定分散系数为0.9。 （ × ）

　　36、低压成套开关设备的一般工作环境为污染等级3，即有导电性污染或由于预期的凝露使干燥的非导电性污染变为导电性污染。 （ √ ）

　　37、配电板产品的适用标准为GB7。 （ × ）

　　38、无功功率补偿装置应有放电措施，使电容器在断电后从额定电压峰值放电至50V，时间不大于1min。 （ √ ）

　　39、无功功率补偿装置应有工频过电压保护，当装置的过电压大于1.1倍电容器额定电压时，在1min内将电容器切除。 （ √ ）

　　40、无功功率补偿装置当采用熔断器做支路短路保护元件时，熔断器的额定电流应大于1.43倍电容器的额定电流。 （ √ ）

　　41、介电试验电压和爬电距离都参照额定电压值确定。 （ × ）

　　42、外壳防护等级IP33的含义：第一位特征数字为防≥φ2.5mm异物，第二位特征数字为防淋水 。 （ √ ）

　　43、具有过流保护的元件有熔断器、交流接触器、断路器等。 （ × ）

　　44、选择性保护是指在最短时间内只有与故障点最近的保护电器动作。 （ √ ）

　　45、决定短路电流大小的主要因数有短路的类型、变压器的容量、变压器的阻抗电压、短路点到变压器的阻抗。 （ √ ）

　　46、一成套开关设备相导体的截面积为60mm×10mm，保护导体（PE，PEN）的截面积最小应为300 mm2（相导体和保护导体均选用硬铜母排）。 （ × ）

　　47、成套开关设备中二次回路绝缘导线通常选用多股铜芯线，通常电压回路导线截面积选用1.5 mm2，电流回路导线截面积选用2.5 mm2。 （ √ ）

　　48、当成套开关设备外壳设计有通风孔时，应考虑当熔断器、断路器在正常工作或短路情况下，不能有电弧或已熔金属喷出。当喷弧源距通风孔较近，在两者之间加装隔弧板时，隔弧板的尺寸每边应大于通风孔外型10 mm，隔弧板应为金属板。 （ × ）

　　49、成套开关设备屏面元件的布置应便于观察，易于操作，操作器件（如手柄、按钮等）的中心高度应在距离地面0.8-1.6m范围内。 （ √ ）

　　50、成套开关设备柜内装有发热元件时，发热元件与相邻元器件之间应留出散热距离。根据表3-5-1，安装在功率为7.5kW的发热元件侧方的相邻元器件与该发热元件之间的距离应保持10 mm以上。 （ √ ）

　　51、电力系统中TN-C系统是指电力系统中有一点直接接地，中性线和保护线是合一的。（ √ ）

　　52、保护电路（即接地保护），主要是防止事故在装置内部及由装置供电的外部电路中扩展，保护人身安全及避免火灾危险。 （ √ ）

　　53、低压抽出式开关设备中当抽屉处于实验位置时，抽屉与保护电路的连接可以切断。（ × ）

　　54、低压成套开关设备中，带电部件是指在正常使用中用来通电的导体或导电部件，包括中性导体，也包括中性保护导体。 （ × ）

　　55、GB8标准中规定的符合该标准要求的产品的防护等级至少应为IP34D。（ √ ）

　　1、低压成套开关设备的污染等级，如没有其他规定，则一般为( b )。

　　2、对低压成套开关设备主电路电气间隙的测量部位应为其( b )。

　　c.最大、最小处均须测量。

　　3、测量抽出式开关柜的隔离距离其抽出式部件的位置应处于( c )。

　　4、对低压成套开关设备短路强度的验证包括( d )。

　　5、抽出式开关柜功能单元的互换性是指( b )。

　　a.不同规格的功能单元之间；

　　b.相同规格的功能单元之间；

　　c.所有的功能单元之间。

　　6、低压成套开关设备工频耐压值的确定参照如下的内容之一( b )。

　　a.额定工作电压（Ue）；

　　b.额定绝缘电压（Ui）；

　　c.额定电流(Ie)；

　　d.额定工作频率（f）。

　　7、测试额定绝缘电压为800V的成套设备的绝缘电阻，使用的兆欧表应选择( c )。

　　8、额定绝缘电压与额定工作电压的数值( b )。

　　b.额定绝缘电压不小于额定工作电压；

　　c.额定工作电压不小于额定绝缘电压。

　　9、对低压成套产品进行工频耐压试验时应将成套设备中的( a )。

　　a.电流互感器二次侧短接并接地、电压互感器原边应从线路中拆除；

　　b.电流互感器二次侧开路，电压互感器二次侧短接并接地；

　　c.电流互感器和电压互感器二次侧均开路；

　　d.电流互感器和电压互感器均短接。

　　10、成套设备的盖板、仪表门、遮板等部件上装有以下电压值的元件时，应可靠接地( c ) 。

　　11、户外电缆分线箱标准规定其外壳防护等级至少应为( b )。

　　12、为保证电器设备的运行安全，以下电器元件安装时应充分考虑飞弧距离( c )。

　　d.剩余电流动作继电器。

　　13、对于抽出式功能单元，一次操作循环应从( b )。

　　a.连接位置―试验位置―连接位置；

　　b.连接位置―分离位置―连接位置；

　　c.试验位置―分离位置―试验位置；

　　d.试验位置―连接位置―试验位置。

　　14、对非专业人员可进入场地的低压成套开关设备和控制设备―配电板的特殊要求，执行的国标是( b )。

　　15、当利用连接器或插头插座切断保护电路连续性时，应做到( a )。

　　a.带电导体先切断，保护电路后断开；

　　b.保护电路先断开，带电导体再切断；

　　c.带电导体与保护电路断开顺序先后无关系。

　　16、母线干线单元的几何形态应选择( d )

　　c.T形或十字形；

　　17、母线干线单元是由( a ) 组成。

　　a.母线、母线支撑件和绝缘件、外壳、某些固定件及与其他单元相接的连接件；

　　b.母线、母线支撑件和绝缘件、断路器、开关；

　　c.母线、母线支撑件和绝缘件、继电器、固定件；

　　d.母线、母线支撑件和绝缘件、接触器、按钮。

　　18、允许使用滚轮型或滑触型分接单元的母线干线单元是( d )。

　　a.母线干线变容单元；b.母线干线馈电单元；

　　c.母线换相单元；d.滑触式分接母线干线单元。

　　19、GB7251.2标准7.1.1总则中根据制造厂的规定，母线干线系统应能耐受( d )。

　　a.正常机械负载；

　　b.重载机械负载；

　　c.特殊机构负载；

　　d.只须明确a、b、c所列的其中一种。

　　20、低压成套开关设备的一致性检查内容有( e )。

　　a.名称、型号、规格等电气性能及标识与型式试验报告（或CCC证书）的一致性；

　　b.结构等产品特性与型式试验样品的一致性；

　　c.关键元器件和材料与型式试验报告中的产品描述的`一致性；

　　d.商标等方面的一致性。

　　21、绝缘支撑件母线框、母线夹板、绝缘子，执行的产品标准是( b )。

　　22、GB7251.1可免除短路耐受强度的成套设备( b )。

　　a.保护电路的短路强度验证，额定短路耐受电流或额定限制短路电流不超过10kA的成套设备；

　　b.成套设备的所有部件已经过适合成套设备工作条件的型式试验；

　　23、( d )符合标准要求。

　　a.做介电强度试验时，可以闭合所有的开关器件；

　　b.做介电强度试验时，可以将试验电压依次施加在电路的所有部件上；

　　c.做介电强度试验时，可以将试验电压施加在带电部件和成套设备的框架之间；

　　d.以上说法都对.。

　　24、成套开关设备保护电路连续性验证部位可以是( b )。

　　a.成套开关设备主断路器A、B、C相―地；

　　b.成套开关设备装有电器的门或板―地；

　　c.成套开关设备主母线―地。

　　25、欠电压脱扣器的额定电压应( c )线路额定电压。

　　26、剩余电流保护断路器按保护类别分为直接接触保护和间接接触保护两大类，其作用为( c )。

　　a.直接接触保护；

　　b.间接接触保护；

　　c.对有致命危险的人身触电提供间接接触保护；可防止由于接地故障电流引起的电气火灾。

　　27、通常电流互感器二次回路导线的截面积为( c )mm2。

　　28、从可靠和经济上选择，通常应按( b )来选择断路器的分断能力。

　　a.额定极限短路分断能力；

　　b.额定运行短路分断能力；

　　29、绝缘支撑件(母线框、母线夹板、绝缘子) 检验项目至少应包括( e )。

　　a.耐热性能试验；

　　b.着火危险性能试验；

　　d.短路耐受强度验证；

　　30、成套开关设备的外壳为塑壳，其内装有380V的元件，其触电保护类别应为( b )。

　　31、如果被试设备是包括在已预先经受过介电试验的主电路或辅助电路之中，试验电压可以减至第一次耐压试验值的( c )。

　　32、多组电容器运行，电容器分组投入时涌流最大的是( b )。

　　33、下面哪个元件不是无功功率补偿装置中主电路控制投切电容器的元件( d )。

　　34、外壳防护等级相对应的标准号为( b )。

　　35、下列( c )那个值不属于辅助电路优选值。

　　36、通常材料组别Ⅲa对应的CTI数字为( c )。

　　37、适用标准GB7251.2的封闭式设备的最低防护等级要求为( a )。

　　38、电气系统中最严重的短路是( a )。

　　c.单相接地短路；

　　40、电路中的选择性保护是指( a )。

　　a.在最短的时间内只有与故障点最近的保护电器动作；

　　b.在最短的时间内与故障点最近的保护电器和上一级保护电器动作；

　　c.在最短的时间内所有流过故障电流的保护电器都动作；

　　d.发生故障后在最短的时间内切断所有供电回路。

　　41、串联熔断器之间满足选择性的基本要求是( a )。

　　a.串联熔断器的保护曲线不相交，并且有足够的间隔距离；

　　b.串联熔断器的保护曲线必须相交；

　　c.串联熔断器的额定电流相等；

　　d.串联熔断器的额定电流相差一倍。

　　42、对处在线路末端的断路器，通常选用具有( b )的过电流脱扣器。

　　b.瞬时、长延时；

　　43、对处在配电干线的断路器，通常选用具有( c )的过电流脱扣器。

　　b.瞬时、长延时；

　　c.瞬时、短延时、长延时；

　　d.瞬时、短延时。

　　44、当配电变压器容量较大或末端配电箱距配电变压器较近时，末端微型断路器的上级断路器宜选用( c )。

　　a.较大电流的微型断路器；

　　c.限流型塑壳断路器；

　　45、对人身保护的漏电断路器的剩余动作电流应选用值为( a )。

　　46、快速熔断器一般用于保护以下电路( d )。

　　47、热继电器主要用于保护( b )。

　　48、额定功率为75W以上的管型电阻应( a )。

　　49、对于低压成套开关设备的PEN导体，最小截面积应为( b )mm2（TMY）。

　　50、如果低压成套开关设备相导体的截面积为800 mm2（TMY），那么相应保护导体（PE）的截面积最小为( b )mm2（TMY）。

　　1、保护电路连续性验证

　　a.接地电阻应小于等于多少mΩ。

　　b.为什么接地电阻应尽量小？

　　c.写出母线槽的3个测试部位。

　　b.接地电阻越小，故障时，故障电压越低，就越安全

　　c.上下盖板--地、左右侧板--地、母线槽上任意固定螺钉--地 、母线槽连接螺钉--地、第一节与第二节母线连接螺栓-地

　　2、确认检验与例行检验的介电强度试验是否相同，若不同请指出不同之处？

　　a.确认检验中的耐压时间为5s，例行检验中的耐压时间为1s；

　　b.确认检验中耐压部位包括绝缘手柄-相的操作，例行检验中无此部位的要求，且耐压值为其它部位耐压值的1.5倍。

　　3、GB7251.1对绝缘电阻的要求是什么？用500V/500MΩ规格的表测绝缘电阻时，其绝缘电阻一般应是多少？

　　a.电路与裸露导电部件之间，每条电路对地标称电压的绝缘电阻应至少为1000Ω/V。.

　　b.显示大于500MΩ。

　　4、目前低压成套开关设备所做的3C认证产品中

　　a.是否有不与主电路直接相连的辅助电路？

　　b.若有，试举例。并说明应施加的工频耐压值是多少？

　　b.电流测量回路。例如： 若要打耐压，则应施加250-500V的工频耐压值。

　　5、成套开关设备产品的图样有那几种？

　　总装配图、系统图、电气原理图、接线图、开孔图。

　　6、 a.写出5种一次（主电路）回路的主要元器件:

　　b.写出4种二次（测量回路）的主要元件有:

　　a.断路器(万能式、塑料外壳式、限流式、低压真空、微型塑料外壳式、带有剩余电流保护的断路器)；刀开关、隔离器、隔离开关及其 组合电器；熔断器；接触器；热继电器等。

　　b.电流、电压、功率(有功、无功)、功率因数及电能等表计；电流、电压互感器等。

　　7、电气间隙是指什么？

　　不同电位的两导电部件间的空间直线距离。

　　8、爬电距离是指什么？

　　不同电位的两导电部件间沿绝缘材料表面的最短距离。

　　11、某无功功率补偿装置，系统电源电压400V，电容器的额定标称电压450V，标称额定容量45kvar，装置运行时电容器支路的额定电流是多少？

　　电容器支路的额定电流是51.3A

　　12、目前常用的限制涌流的元件或原理？

　　用电抗器、带限制涌流线圈的接触器、半导体电子开关过零投切。

　　13、例行及确认检验设备应每年进行校准或检定，对于测量仪器应关注容量、量程范围、分辨率，还应看检定、校准证书的的检定、校准点是否含盖了哪些测试点，为什么举例说明。

　　a.所使用的测试点；

　　b.否则校准或检定无意义。

　　14决定短路电流大小的主要因素有哪几个？

　　b.变压器的容量；

　　c.变压器的阻抗电压；

　　d.短路点到变压器的距离；

　　15、请用虚线画出下图的电气间隙的测量距离，并说明爬电距离L如何测量?

　　1、说明耐压测试仪怎样进行运行检查？

　　a.输出电压：用1000V或500V电压表(或万用表) 与试验台上的电压表比对，检查耐压测试仪输出电压是否正常。

　　b.报警功能：可短接其输出稍加电压后，检查报警是否正常；

　　c.时间控制功能：用秒表比对。

　　2、耐压测试仪、接地电阻测试仪的主要性能、参数要求有哪些？

　　1)具有足够的变压器容量以维持试验电压，可以不考虑漏电流；

　　2)应具有报警功能；

　　3)时间控制功能；

　　4)输出电压应在试验电压的范围内。

　　b.接地电阻测试仪：

　　输出电流不小于10A，电阻测量范围0-100mΩ以上。

　　3、保护电路连续性措施检查与保护电路有效性验证有无区别，并请说明或举例？

　　a.保护电路连续性措施检查是指目测是否采取保护措施而言的，例如：检查是否装爪垫，装电器元件的门是否与主接地点有软线连接；

　　b.保护电路有效性验证是使用仪器检测，验证接地措施是否有效，例如：测量接地电阻是否小于100mΩ。

　　4、实现选择性的依据：`112

　　时间分级配合：仅依据分断动作时间的长短；

　　电流分级配合：仅依据动作电流值的大小；

　　与电流有关的时间分级配合：分断动作时间分级配合与动作电流分级配合的结合。

　　5、为什么电流互感器的二次回路不允许接熔断器？

　　电流互感器开路时会产生以下危害：

　　a.铁心过热，甚至烧毁互感器。

　　b.由于二次绕组匝数很多，会感应出危险的高电压，危及人身和设备安全。

　　6、为什么要将设备金属外壳接地？

　　当带电体绝缘被破坏或其他原因使外壳出现足够高的电压时，人碰上会产生触电危险

　　7、安全防护措施中为保证保护电路连续在产品结构上采取的措施是什么？

　　a.裸露导电件之间及其附件与保护电路之间具有连续性

　　b.保证装置内的所有带电运行的金属外壳都能有效接地，通过接地线或装置外壳相连形成保护回路

　　c.门、盖板、遮板等部件上若装有电器元件应采取接地措施

　　8、选用测量用互感器时，应注意什么方面？

　　考虑准确度级次，常用的有0.5，0.2级；还应注意其带负载能力，所接仪表内阻与连接导线的内阻之和不得大于互感器的额定二次负载。

　　9、绝缘导线的选择须考虑那些要求？

　　a.导线的额定电压应高于装置的工作电压；

　　b.辅助导线通常采用多股铜芯绝缘软线；

　　c.导线的截面积应能承受电路中允许的最大工作电流。

　　10、电气成套设备在设计屏面元件时应注意什么方面？

　　屏面元件应易于观察，易于操作，指示表记的中心高度一般在距地面1.7-2米范围内，电能表的中心高度一般在距地面0.6-0.8米范围内，操作器件的中心高度一般在距地面0.8-1.6米范围内.

　　11、决定短路电流大小的主要因素是什么？

　　b.变压器的容量；

　　c.变压器的阻抗电压；

　　d.短路点到变压器的阻抗。

　　7、简述电力系统TN系统的接地方式：

　　系统中有一点直接接地,设备的外露可导电部分用保护线(PE与该点连接,按中性线N与保护线的组合情况,TN系统又分为三种形式。

　　1）TN-S系统 使用独立的保护线；

　　2）TN-C-S系统 系统中有一部分中性线与保护线是合一的；

　　3）TN-C系统 整个系统的中性线与保护线是合一的。

　　1、主电路如下图，请设计测量回路图、屏面布置图、仪表门开孔图、测量回路的接线图。元件仪表的型号规格、柜体的尺寸、仪表板的尺寸自定。

　　2、上图的断路器型号为DW15，请绘出断路器合闸、分闸（分断）的控制电路图。

　　3、10kV/0.4kV变压器的容量为1000kVA低压侧额定电流为多少？请选择主进线柜进线开关的型号规格，写出其主要参数：Ie=？Icc=？

　　a.请写出合适的低压出主进线柜的主要技术参数：

　　b.请选择主进线柜进线开关的型号规格，写出其主要参数

　　c.若该系统的功率因式数为0.75,安装配电室的无功功率补偿装置的补偿容量通常选择多大？

　　答：补偿容量通常选择300～360kvar

　　5、请设计一个使用固定封闭式开关柜的配电系统图（接地方式：TN-S系统）。

　　要求：一进线柜（上右进线，额定电流800A，短时耐受电流30kA，导电排为硬铜排），

　　一出线柜（负荷出线4回路，其中一个回路控制直接启动的20kW水泵）。

　　a.使用标准图形符号画出系统单线图。

　　b.标明所选用的元器件名称、型号、规格，各导电排的型号、规格；

　　c.标明柜体外形尺寸。

【中级电工证考试试题】相关文章：

电力企业普遍都使用自动化程度较高的全自动微机介电强度试验测试仪，能使整个测试过程自动操作完成，与传统方法相比较，且有使用安全，操作简便，数据结果准确等特点。但在实际试验中，由于操作人员专业技术知识欠缺，以及各种因素影响，致使试验结果偏离实际值较大，因此以GB/T 507-2002的《绝缘油击穿电压测定法》和DL/T《绝缘油介电强度测试仪》为依据，对油进行科学合理的取样和试验，是非常重要地。

油的取样，是试验的基础，正确的取样和样品的保存对其试验结果的准确性是相当重要的，所以取样应由有经验的技术人员，按技术要求严格进行。要使用清洁并经过干燥的棕色取样瓶，瓶子应在试验前避光保存，保证瓶口的清洁和密封，每种油样应有正确的标记。介电强度试验对样品中微量的水或其他杂质相当敏感，因此，采样要细心慎重。

试验油应从污染最严重的底层取得，取样前需要用干净的棉布将桶盖外部擦干净，不得将纤维带入油中，然后用清洁干燥的取样玻璃管取样。从整桶油中取样时，取样的桶数应能足够代表该批变压器油的质量。

取样时应从变压器底部阀门放油，先放出一定数量的油，将阀门内壁冲洗干净，并防止沉积在阀门内部的杂质带入油样中。取样时油流的油柱应沿瓶子内壁而下，以防把空气带入油中，并用放出的油冲洗取样瓶不少于二次。要注意的是有载调压变压器的取样钢管较长，需放出的油应多些，而油箱和油枕的容积较小，取样后需要及时补充新油，一天以后，再重新接入重瓦斯跳闸信号。

1.油样必须在不破坏原有密封的情况下在试验室内放置一阵子，且时间不宜太短，待油温和室温相同时，方可揭盖试验;在揭盖前，将油样轻轻摇晃数次，使内部杂质混合均匀，但不得产生气泡。

2.油杯必须事先经过洗涤并干燥处理，使内部保持清洁;试验前检查电极间的距离保持在2.5mm，用试验油将油杯冲洗3次，再将试验油沿杯壁徐徐注入油杯至油面高出电极不少于40mm，然后盖上高压仓盖子;试验时温度控制在15-35℃范围内，相对湿度不超过80%。

3.接通电源前应仔细检查连接线是否牢固，仪器外壳接地是否可靠，接通电源后操作人员严禁触碰油杯高压仓盖，以保障人身的安全。

4.对仪器的升压速度、搅拌时间、静止时间、试验次数等参数进行设置，确认后。仪器将根据操作人员设定的方式进行自动测试，试验完毕后，自动打印试验结果及平均值。

5.参数的设置：试验前初始静置20min，以使油样充分稳定，并将倒入油杯过程中产生的气泡逸出，同时可使油样的温度、湿度等状态与环境保持一致，保障试验数据的准确性。①升压速度：以2kV/S或3kV/S的速度匀均升压，升至杯中试验油发生击穿为止，这时油杯试验保护系统自动跳闸，切断电源。②搅拌时间：油样在每次击穿试验后，应充分搅拌，驱除电极间因击穿产生的碳粒，一般应大于1分钟。③静置时间：

静置时间不能太短，因为每次油样击穿后，强电场己局部改变了油样原有的内部微粒分布状况，所以应在充分搅拌后通过静置使油样得以恢复，一般静置时间最好大于5分钟。④连续试验：按上述操作步骤连续测试6次，得出6个击穿电压值，取其算术平均数作为此次试验油样的击穿电压值。一个变压器油样6次击穿电压试验的测定值，其分散性是较大的，根本原因在于击穿瞬间2个电极间的电场分布状态和变压器油中所含杂质的分布状态都是随机的，而取不少于6个测定值的平均值作为测定结果是较为合理的，这样更能较真实地反映变压器油的被污染程度。

三、影响击穿电压的因素

1. 水分：它可以使油样击穿电压明显下降。

温度：纯净油击穿电压和温度的关系不大，但实际使用中的油都或多或少含有水分、灰尘、纤维等杂质。而含水的油则和温度呈现出比较复杂的关系，这主要是由于油中水分存在的状态随温度变化而变化的缘故。当油温在0度时，油中水分呈胶体状，击穿电压最低;当油温升高后，油中水分呈溶解状，击穿电压升高，油温在60-80摄氏度时，击穿电压达到最高。

3. 固态杂质：特别是受潮的固态杂质更易使油样击穿电压下降。

油杯中的电极形状分为球形、球盖形、平板形三种。升压过程中，不同的电极形状，周围空间的电场强度也不同;平板电极间的电场可以大致看成是均匀电场，而球形或球盖形电极间的电场为不均匀电场，变压器油在不同电场中的击穿电压是不同的。变压器在实际运行中发生油隙击穿是在场强较高又相对集中的区域，与球形或球盖形间隙更相近。而不同于平板电极间隙。所以建议使用球形或球盖形电极作试验。

2. 因变压器现场条件简陋，如温度、湿度、现场存在的电场和磁场，甚至空气中的灰尘、颗粒等因素，都可能影响试验结果，所以应尽量避免在现场试验。选择干燥洁净、温度适宜的场所，以减少外界因素的干扰，有条件时，可在专用的试验室内进。

3. 试验人员的具体操作会直接影响试验结果。例如：电极浸入变压器油的深浅会给试验结果带来影响，所以试验人员应具备专职技术技能和知识，并加强岗位责任心。

4. 由于设备可以定义试验的搅拌时间、静置时间、击穿次数等有时为达到节省时间、提高效率，试验人员不按规程要求随意改变测试参数，将可能致使试验数据偏离实际值较大。

5. 需要注意的是：试验仪器LED屏上显示和打的结果为击穿电压值，单们为kV;如果要换算成介电强度值，需用公式E=U/D。式中：E为介电强度，单位kV/CM;D为电极的间隙，单位MM;U为试验油的击穿电压值，单位KV。

6. 油杯的电极在连续多次使用后应进行检察，测量电极的距离是否改变，并用放大镜观察电极表面是否有发暗现象。若有，则须重新调整电极间的距离，并用绸布擦拭电极表面。

避免劣质油试验，劣质油含有相应多的水分和杂质，用介电强度测试仪进行测试，容易造成仪器损坏。当测试含水分较重的劣质油时，两电极间的电压不断升高，同时油介质中的水微粒在高压电场的作用下被吸附到电极间形成淡白色雾况水柱，由细变粗，水阻越来越小，使仪器中的高压变压器电流增大(但无击穿和突变放电)的瞬变过程会使仪器受到损坏，限流电阻烧坏、保险丝烧断、甚至会烧坏仪器高压变压器。良好的变压器油应该是透明呈淡黄色;当变压器油颜色变深，应进行过滤处理后再做介电强度试验;当变压器油呈棕色或棕褐色时，不宜再进行试验。

变压器油击穿电压值及要求见表一。现就试验中可能出现的数据进行分析，并对试验 中可能出现的现象进行归类和鉴别。

表一、变压器油击穿电压值及要求表

1.第一次变压器油击穿电压值特别低，可能是向油杯中注油样时或注油前电极表面不清洁等因素的影响。

2.6次击穿电压数值若逐渐升高。一般在未净化处理或处理不够彻底而吸有潮气的油样中出现，这是因为油被击穿后油样潮湿程度得到改善所致。

3.6次击穿电压数值若逐渐降低。一般出现在较纯净的油样中，因为生成的游离带电粒子、气泡和碳粒相继增加，损坏了油的绝缘性能;另外有的是因为在连续试验中未进行搅拌，电极间的碳粒逐渐增加，导致击穿电压逐渐降低。

4.击穿电压值离散性较大。例如6次试验中有1次数值偏离其他值很多，可以不计算这次数值或重新取油样再做一次试验，离散性大的原因可能是油质本身不妤或游离碳分布不均所造成的。

5.击穿电压数值两头偏低中间高。这属于正常现象。

介电强度试验并不是用来评定变压器油质量的唯一标准，而是一项常规的试验项目。对于大中型变压器，需在定期或投入运行前及大修后，取样做简化试验或全部常规项目试验，以对绝缘油做一个全面的综合分析判断。根据综合试验数据判断绝缘油的品质，从而对试验设备的绝缘状态和缺陷性质作出科学的结论，达到了解设备现状，发现设备早期故障和判断故障原因，清楚设备缺陷的发展趋势和严重程度，从而提出具体的对策，以确保设备的安全稳定运行。