金属氧化物范文

金属氧化物篇1

1、氧化铜：是一种铜的黑色氧化物，略显两性，稍有吸湿性。相对分子质量为79.545，熔点1026℃。不溶于水和乙醇，溶于酸、氯化铵及氰化钾溶液，氨溶液中缓慢溶解，能与强碱反应。氧化铜主要用于制人造丝、陶瓷、釉及搪瓷、电池、石油脱硫剂、杀虫剂，也供制氢、催化剂、绿色玻璃等用。

2、氧化铁：又称烧褐铁矿、烧赭土、铁丹、铁红、红粉、威尼斯红等，易溶于强酸，中强酸，外观为红棕色粉末。其红棕色粉末为一种低级颜料，工业上称氧化铁红，用于油漆、油墨、橡胶等工业中，可作为催化剂，玻璃、宝石、金属的抛光剂，可用作炼铁原料。

3、二氧化钛：白色固体或粉末状的两性氧化物，分子量为79.83，是一种白色无机颜料，具有无毒、最佳的不透明性、最佳白度和光亮度，被认为是现今世界上性能最好的一种白色颜料。

（来源：文章屋网 ）

金属氧化物篇2

现以《金属氧化物》一课作为探究式教学案例，供教师参考。

教学目标

［知识与能力］

⑴了解几种金属氧化物的性质和重要用途

⑵培养学生敢于大胆猜测，提出假设并积极通过实验论证的能力。

［过程与方法］

⑴采用演示和学生实验相结合的方法，学习金属氧化物的化学性质。

⑵通过探究性学习，体验科学研究的一般方法。

［情感态度与价值观］

⑴通过“神六”的介绍，激发学生的爱国热情

⑵介绍金属氧化物在航天工业等领域的应用，激发学生学习化学的热情

教学准备

铝箔、CuO、Na2O2、NaCl固体、Na2SO4固体、4mol/LHCl、2mol/LH2SO4、2mol/L NaOH、酚酞试液、10％ H2O2溶液、CO2钢瓶等

教学设计及实录

教学后记：

金属氧化物篇3

关键词：金属氧化物避雷器泄漏电流测试泄漏电流分析判断

中图分类号：U224.2+5 文献标识码：A

一前言

近年来，金属氧化物避雷器(下文简称MOA)以其优异的技术性能逐渐取代了其它类型的避雷器，成为电力系统一次设备的换代保护设备。由于MOA没有放电间隙，氧化锌电阻片长期承受运行电压，并有泄漏电流不断流过MOA各个串联电阻片，这个电流的大小取决于MOA热稳定和电阻片的老化程度。如果MOA在负载下发生劣化，将会使正常对地绝缘水平降低，泄漏电流增大，直至发展成MOA的击穿损坏。所以监测运行中MOA的工作情况，正确判断其质量状况是非常必要的。MOA的质量如果存在问题，那么通过MOA电阻片的泄漏电流将逐渐增大，因此我们可以把测量MOA的泄漏电流作为监测MOA质量状况的一种重要手段。

二泄漏电流测量仪器原理

常见的MOA泄漏电流测量仪器按其工作原理分两种：容性电流补偿法和谐波分析法。

1、容性电流补偿法

容性电流补偿法是去掉与母线电压成π/2相位差的容性电流分量，从而获得阻性电流。

2、谐波分析法

谐波分析法是采用数字化测量和谐波分析技术，从泄漏电流中分离出阻性电流基波值。

三泄漏电流测试方法

1、在线监测

在线监测就是利用在线监测仪器或在线监测系统，比如带毫安表的放电计数器，不间断地监测MOA的泄漏总电流或阻性电流，当发现泄漏电流有增大趋势时，再做带电检测或停电试验，从而预防发生事故。

2、定期带电检测

MOA的定期检测是指在不停电情况下定期测量避雷器的泄漏电流或功率损耗，然后根据测试数据对避雷器的运行状况作出分析判断，对隐患作到早发现早处理，确保电网的安全运行。

四影响MOA泄漏电流测试结果的几种因素分析

1、MOA两端电压中谐波含量的影响

谐波电压是从幅值和相位两个方面来影响MOA阻性电流IRP的测量值，谐波状况不同，可能使测得的结果相差很大。而阻性电流基波峰值IRIP则基本不受谐波成份影响，因此建议现场测试分析判断时应以阻性电流基波峰值IRIP为准。

2、MOA两端电压波动的影响

由于电力系统的运行情况在不断变化，特别是系统电压的变化对MOA的泄漏电流值影响很大。因此在对MOA泄漏电流进行横向或纵向比较时，应详细记录MOA两端电压值，据此正确判定MOA的质量状况。

3、MOA外表面污秽的影响

MOA外表面的污秽，除了影响电阻片的电压分布而使其内部泄漏电流增加外，其外表面泄漏电流对测试精度的影响也不能忽视。污秽程度不同，其外表面的泄漏电流对MOA的阻性电流的测量影响也不一样。由于MOA的阻性电流较小，即使较小的外表面泄漏电流也会给测试结果带来误差，因此应尽量排除外表面污秽的影响。

4、温度对MOA泄漏电流的影响

由于MOA的氧化锌电阻片在小电流区域具有负的温度系数及MOA内部空间较小，散热条件较差，有功损耗产生的热量会使电阻片的温度高于环境温度，因此会使MOA的阻性电流增大，资料表明电阻片在持续运行电压下从+20℃～+60℃，阻性电流要增加79%。实际运行中的MOA电阻片温度变化范围是比较大的，阻性电流的变化范围也很大。

5、湿度对测试结果的影响

湿度比较大的情况下，一方面会使MOA瓷套的泄漏电流增大，同时也会使芯体电流明显增大，尤其是雨雪天气，MOA芯体电流能增大1倍左右，瓷套电流会成几十倍增加。MOA泄漏电流的增大是由于MOA存在自身电容和对地电容，MOA的芯体对瓷套、法兰、导线都有电容，当湿度变化时，瓷套表面的物理状态发生变化，瓷套表面和MOA内部阀片的电位分布也发生变化，泄漏电流也随之变化。

6、运行中三相MOA的相互影响

由于运行中呈一字形排列的三相MOA，相邻相通过杂散电容等的影响，使得两边相MOA底部的总电流相位发生变化，其值与MOA的安装位置有关，MOA相间距离越近，影响越大，一般两边相MOA底部总电流相位变化3°左右，在运行电压下，MOA底部总电流的相角每变化1°，则阻性电流基波数值变化15%左右。在实测中，应考虑这一因素的影响。

7、测试点电磁场对测试结果的影响

测试点电磁场较强时，会影响到电压U与总电流IX的夹角，从而会使测得的阻性电流峰值数据不真实，给测试人员正确判断MOA的质量状况带来不利影响。

五MOA质量状况的判断方法

1、参照标准法

由于每个厂家的阀片配方和装配工艺不同，所以MOA的泄漏电流和阻性电流标准也不一样，测试时可以根据厂家提供的标准来进行测试。若全电流或阻性电流基波值超标，可初步判定MOA存在质量问题，然后需停电做直流试验，根据直流测试数据作出最终判断。

2、横向比较法

同一厂家、同一批次的产品，MOA各参数应大致相同，如果全电流或者阻性电流差别较大，即使参数不超标，MOA也可能有异常。

3、纵向比较法

对同一产品，在同样的环境条件下，不同时间测得的数据可以作纵向比较，发现全电流或阻性电流有明显增大趋势时，应缩短检测周期或停电作直流试验，以确保安全。

4、综合分析法

在实际运行中，有的MOA存在劣化现象但并不太明显时，从测得的数据不能直观地判断出MOA的质量状况。根据现场经验，对MOA测试数据进行综合分析时，一般应先看全电流，再看阻性电流，三看谐波含量，然后看夹角，对各项参数作系统分析后，判定出MOA的运行情况。

六结论与建议

1、对新投运的110kV以上MOA，有条件的尽可能安装在线监测仪，以便在巡视时观察运行状况，防止泄漏电流的增大。

2、不同生产厂家，对同一电压等级的MOA在同一运行电压下测得的泄漏电流值差别很大，不应用泄漏电流的绝对值作为判定MOA质量状况的依据，而应与前几次测得的数据作纵向比较，三相之间作横向比较。

3、电压升高、温度升高、湿度增大，污秽严重都会引起MOA总电流、阻性电流和功率损耗的增大，这是应该注意的。

4、谐波含量偏大时，会使测得的阻性电流峰值IRP数据不真实，而阻性电流基波IRIP值是一个比较稳定的值，因此在谐波含量比较大时，应以测得的IRIP值为准。

5、在带电测试时，对发现异常的MOA，在排除各种因素的干扰后，仍存在问题，建议停电作直流试验，测取1mA直流参考电压及75%直流参考电压下的泄漏电流，以确诊MOA是否质量合格。确认MOA存在质量问题，应及时妥善处理。

参考文献：

[1].陈化刚 《电气设备预防性试验方法》水利电力出版社

金属氧化物篇4

关键词：金属氧化物避雷器；交流幅频特性；阻性、容性电流；测试

中图分类号：TM862 文献标志码：A 文章编号：1007-2683（2017）01-0015-06

0 引言

金属氧化物避雷器MOA（Metal Oxide Arrester）具有体积小、造价低、保护性能优越、优异的非线性特性、通流量大、残压低等优点，是电力系统中重要的过电压保护设备。同时由于具有良好的能量吸收能力及电压非线性特性，作为过压保护，吸收浪涌电流元器件，氧化锌压敏电阻器被广泛应用于电子、电力系统。但是，MOA在运行期间会受到各种过电压以及外界环境因素（污浊、潮湿等）的影响而使其电气性能劣化，严重时会导致避雷器的爆炸，严重影响系统的正常运行。金属氧化物避雷器绝缘性能的任何老化，都可能导致其泄漏电流中的阻性电流成分增大、功率损耗提升，MOA阻性电流反映了避雷器运行状况，所以现对MOA的研究方向主要关注于对运行中的MOA阻性电流进行离线测试和在线监测。MOA的阻性电流提取方法主要有：基波法、容性电流补偿法、三次谐波法、相位比较法等。应用于交流电网保护电路的MOA元件长期处于交流负荷作用下，所以对MOA元件交流特性的研究也十分必要。本文对MOA阀片在不同频率、幅值的交流激励电压作用下，通过对其响应电流的测试与分析，得到I-f、IR-f的基本特征曲线，以及jR-E、D-E和相应归一化后的特性曲线，对MOA元件交流幅频特性进行了研究。

1 MOA交流并联等效电路与测试系统

通常简化的MOA非线性并联电路模型是由图1（a）所示的非线性电阻和线性电容并联构成，其中R为非线性电阻，C为线性电容，iR（t）与iC（t）分别为阻性电流与容性电流。但其所包含的非线性信息可能不完全，为了进一步研究和完善MOA的等效电路模型，我们建立了一个如图1（b）所示的非线性电阻和非线性电容并联的等效电路模型来作为本文索采用的MOA改进等效电路并对其进行初步验证.其中：Gx（u）为关于外施激励电压的非线性等效电导；Cx（u）为关于外施激励电压的非线性等效电容；iR（t）为流过MOA的阻性电流；iC（t）为流过MOA的容性电流；i（t）为MOA的总的泄漏电流；u（f）为外施激励电压。

非线性电导Gx（u）和非线性电容Cx（u）用激励电压u（t）的多项式形式来表征。根据国内外学者对非线性材料介电谱的研究，响应电流中含有谐波分量，同时考虑到MOA中不存在滤波和整流效应，电流中只含有奇次谐波分量，根据三角函数的倍角公式可知，奇次谐波可以展开成基波的奇数次方多项式，如式（1）所示。通过采用电压偶数次多项式描述的电导率和相对介电常数的计算就可以得到仅含奇次谐波分量的阻性电流和容性电流，因此多项式中只采用u（t）的偶次项。

sin3θ=3sinθ-4sin3θ （1）

所以设定非线性电导Gx（u）与电压u（t）的关系为

（2）式中n=0，1，2，……；Gx，2k为Gx（u）对应的第2k个电路参数。

与之相对应的阻性电流iG（t）为

（3）

非线性电容Cx（u）与电压u（t）的关系为

（4）式中n=0，1，2，……；Cx，2k为Cx（u）对应的第2k个电路参数。

与之相对应的容性电流iC（t）为

（5）

所以，流过MOA的总泄漏电流i（t）为

（6）

由此可知，响应电流i（t）是关于外施激励电压u（t）的非线性方程。

对于MOA的交流特性测试，由于其非线性特性，无法构造电桥，所以采用直接法进行测量，即直接测量激励电压和响应电流波形。因此，本文建立了主要包含激励电压源、测试主回路以及基于PC+DAQ信号采集3部分的测试系统。测试系统原理图如图2所示。

激励电压源部分由信号发生器（AFG3252）和高压线性放大器（Trek Model 10/40A-HS）构成，信号发生器可以发出低压波形，经由高压线性放大器放大，输出实验所需要的高电压信号。测试主回路由被测试样和高精密采样电阻组成。信号采集部分由DAQ采集卡和包含虚拟仪器测试平台的Pc机组成，能够实现激励电压和响应电流时域波形的高速、高精度同步采集。

利用上述测试系统，可以实现对金属氧化物避雷器的激励电压和响应电流的时域波形的测试。将市售的MOA阀片切割成厚度为5 mm，直径为42 mm的样品做为实验试样，对试样施加频率为50 Hz、幅值为1300 V的标准正弦波，得到如图3所示的激励电压和响应电流的测试结果。

由图3可见，对金属氧化物避雷器施加标准正弦激励电压，其响应电流不再是标准正弦波，而电流中有谐波分量。为了表征MOA交流介电特性，必须获得有关材料的交流电导和极化的信息，这些信息包含在响应电流中的阻性成分和容性成分之中。所以，本文采用文所提出的基于多元线性回归的总电流分解的方法，通过前面给出的阻性电流以及容性电流关于激励电压的时域关系式，参照激励电压在时域上将其响应电流分解如图4所示的阻性电流的时域波形和容性电流的时域波形（以激励电压频率为50 Hz，幅值为1 300 V为例）。

由图4可见，在标准正弦波激励电压作用下，其阻性电流、容性电流的波形也都为非标准正弦波，含有谐波分量。

2 试验结果与分析

首先，对试样的直流伏安特性进行了测试，得到了电流密度J与电场强度E的关系曲线，结果如图5所示。

由图5可见，该试样的J-E特性曲线具有典型的非线性特性，因此采用该试样作为本文试验的测试对象。

2.1 交流电压幅值对MOA介电性能的影响

通过图2所示的实验系统对试验试样分别在激励电压频率为50 Hz、100 Hz、300 Hz、500 Hz、700 Hz和1000Hz以及幅值为800V、900V、1000V、1100V、1200 V和1300 V的条件测的响应电流的时域波形，计算出相应的响应电流的有效值，得到如图6所示的在不同激励电压幅值下，响应电流有效值随频率变化的关系曲线。由图6可见，在相同频率下，响应电流的有效值随激励电压幅值的增加而增加。

MOA元件性能变化体现在其阻性电流的变化上，通过对响应电流的分解，得到不同激励电压幅值与频率下的阻性电流的时域波形，计算出相应的阻性电流的有效值，得到如图7所示的在不同激励电压幅值下，阻性电流有效值随频率变化的关系曲线。

由图7可见，在相同的频率下，阻性电流的有效值随激励电压幅值的增加而增加。分析出现这种现象的原因是：在频率相同时，电压幅值越大，电场对时间导数的越大，电场变化的速度越快，根据界面极化原理，MOA元件上场强就越大，电导率比相同电压下电压幅值小的电导率要大，所以其阻性电流密度随着电压幅值的增大而增大。

2.2 交流电压频率对MOA介电性能的影响

对于MOA材料而言，消除被测试样的几何结参数的影响，采用电流密度随电场强度变化的特性曲线来描述其非线性特性。根据已经测得的激励电压时域波形、分解后得到的阻性电流时域波形以及被测试样的几何结构参数，可以得到阻性电流密度一电场强度（jR-E）的曲线。本文被测的MOA阀片试样在不同频率下的jR-E特征曲线如图8所示。

由图8可见，MOA阀片的阻性电流密度随电场强度的变化表现出非线性，不同频率相同电场强度下所表现的非线性特征不同，随着频率的增高，对应电场强度下的阻性电流密度增大。分析出现这种现在的原因是：由于MOA元件的晶界处存在界面极化现象，在电压幅值相同时，MOA元件的交流等效电导率会随着频率的升高而显著增大，所以随着频率的增高，对应电场强度下的阻性电流密度增大。从图8还可以观察到，随着频率的增加，阻性电流密度随电场强度变化的特性曲线的非线性程度愈加的不明显。为了使它们之间的可比性更明显、更强，同时又能够保持不同频率下相比较的曲线之间的相对关系，通过如式（7）所示的最大最小值法对其进行归一化处理，

（7）将不同频率下阻性电流密度随电场强度变化的数据都归一化到[0，1]范围内，得到如图9所示的归一化后的不同频率下阻性电流密度与电场强度的特性曲线。

由图9可见，频率越高，阻性电流密度随电场强度变化曲线的非线性程度越不明显。我们知道流过MOA元件响应电流中的阻性成分由电导电流和松弛极化电流中的阻性电流构成，分析图9现象产生的原因为：在低频区域，松弛计划能够得以完全建立，所以阻性电流中包含有松弛极化电流中的阻性成分，而在高频区域，松弛计划跟不上外电场的变化，松弛极化不能够完全建立，阻性电流中包含松弛极化中的阻性成分变少，所以出现在低频区域阻性电流密度随电场强度变化曲线的非线性程度较大、高频区域阻性电流密度随电场强度变化曲线的非线性程度较小的现象。

同理为了消除被测试样的几何结构参数的影响，采用电位移随电场强度的变化曲线来描述其非线性特性。将分解得到的容性电流在时域上进行积分，得到电荷量的时域波形。再根据电场强度的时域波形以及被测试样的几何结构参数，得到不同频率下的D-E特征曲线如图10所示。

由图10可见，MOA阀片的电位移随电场强度的变化也表现出非线性，不同频率相同电场强度下所表现的非线性特征不同，随着频率的增高，对应电场强度下的电位移减小。分析当温度一定时，在低频区域，松弛计划能够得以完全建立，此时介电常数最大，随着频率的增加，松弛极化跟不上外施电场的变化，松弛计划不能够完全建立，介电常数减小，在相同的电场强度下，电位移与介电常数的变化规律一致，所以随着频率的增高，对应电场强度下的电位移减小。同样，对图10进行归一化处理，得到如图11所示的归一化后的不同频率下阻性电流密度与电场强度的特性曲线和不同频率下电位移与电场强度的特性曲线。

由图11可见，在不同频率下，电位移随电场强度变化的曲线没有出现和阻性电流密度与电场强度的特性曲线相似的规律；而且观察图10和图11在低场强区域出现了特性曲线存在交叉重合的现象，分析出现这种现象的原因可能是由于分解得到容性电流算法的精度和低场区试验测试误差相近造成的，后续应该提高电流分解算法的精度以及低场区试验测试的精度。

3 结论

金属氧化物篇5

【关键词】MOA；在线监测装置；ZigBee

Development of the On-line Monitoring system of MOA based on wireless communicating network

MA Dong-ling1 KOU Xin-min1 MAO Zhi-kuan1 XU Dian2

（1.Henan Pinggao Eletric Co.，Ltd，Pingdingshan Henan 467001，China；2.Pingdingshan Quality Supervision and Testing Center，Pingdingshan Henan 467001，China）

【Abstract】Based on analyzing the principle and the method of On-line Monitoring of Metal Oxide Surge Arrester（MOA）， the author designed a MOA monitoring system using ZigBee wireless communicating network. The system uses TMS28335 as the main chip，and ZigBee Communication Network is adopted between the Monitor and the Coordinator. IEC61850 protocol is used between the MOA monitor IED and the background system. The whole system meet the requirements of the Intelligent substation.

【Key words】MOA；On-line Monitoring device；ZigBee

0 引言

金属氧化物避雷器（MOA）是20世纪70年代初期出现的新型过电压保护电器。MOA以其优异的非线性、大的通流能力以及更高的运行可靠性逐渐成为电力系统过电压保护的主要装置[1]。为减少因MOA老化、受潮等因素造成的电力事故，通常采用MOA监测装置进行在线监测，来预防因MOA故障而造成的电力事故。

但传统的做法具有一定的局限性，如在对老站进行智能化改造时，需要电缆布线，必然会破坏现场环境等，因此采用无线通信技术的避雷器在线监测系统将可大大降低现场施工强度。

1 MOA在线监测原理

图1为MOA阀片在单相小电流下的电路等效模型，它是由一个非线性电阻R与线性电容C并联而成，设U为设备运行电压，I为避雷器总泄漏电流，其中IR为阻性电流，IC为容性电流。容性电流分量产生的无功损耗并不会使避雷器阀片发热，导致避雷器阀片发热的是阻性分量产生的有功损耗[2]。

图1 MOA等效电路

MOA在正常运行时，阻性电流分量很小，占泄漏全电流的5%～20%，此时的泄漏电流以容性电流分量为主导。但当避雷器老化、受潮、过电压时，其泄漏电流在幅值和波形上会有很大变化，研究表明该变化主要是由于阻性电流分量的非线性快速增长造成的，因此监测阻性电流变化才能真正反映出MOA的运行状态。[3]

目前从全电流中分离出阻性电流的方法比较多，其中基波分析法可排除MOA两端电压所含谐波对测量阻性电流基波分量的影响。[4-5]其基本原理是监测装置采集一定周期内的MOA泄漏电流，经快速傅里叶变换（FFT）算法提取泄露电流中基波电流幅值和相角，同时采集避雷器母线电压信号，经FFT得到电压信号的相角，进而得出全电流与电压之间的相角差，从而得到避雷器的阻性电流。[6]

2 基于无线通信网络的MOA在线监测系统结构

基于无线通信的MOA在线监测系统由MOA监测装置、协调器、MOA监测IED及后台系统组成，如图2所示。其中MOA监测装置在协调器和IED的统一调度下完成MOA泄漏电流及PT输出电压信号的采集。IED完成阻性电流、容性电流、阻容比等参量的计算处理以及IEC61850协议转换等功能。

图2 MOA在线监测系统结构示意图

3 MOA在线监测系统硬件设计

根据图2 MOA在线监测系统结构示意图，该系统的硬件主要包括MOA监视装置、协调器、避雷器监测IED三部分。

3.1 MOA监测装置硬件设计

在进行MOA泄露电流采集时，要求无失真地将泄漏电流幅值信号及相位信号引入MOA监测装置，同时为保证系统绝缘性能不受影响，要求采集装置与被测系统之间保持有效的电气隔离，因此系统选用高精度穿芯式零磁通电流互感器对总泄漏电流进行采集。电压互感器（PT）是将一次侧的高电压转换为二次侧的低电压的电力设备，通过采集PT输出电压信号即可获知系统电压的相位信息。由于PT输出为高电压信号，无法直接输入AD采集，且需要高精度采集，因此首先选用无感电阻网络进行压流转换，得到电流信号后，通过零磁通电流互感器采集该电流信号，进一步获取系统电压的相位信息。

为保证得到MOA泄露电流精准的幅值和相位信息，采用ADI公司出品的250kSPS、6通道、双极性16bit同步采样模数转换芯片AD7656对传感器的输出信号进行高速高精度采集。由于需要对采集到的信号进行FFT变换等数字信号处理计算得到泄漏电流和系统电压的幅值和相位信息，因此选用TI的DSP芯片TMS28335作为主控制器。

CC2520是针对2.4GHz ISM频带的第二代ZigBee RF收发器，该器件可实现最佳的连接性、共存性与优异的链路预算，可满足各种应用对于ZigBee与专有无线系统的要求。因此本监测装置选用TI的CC2520作为ZigBee无线通信收发芯片，其与TMS28335之间采用SPI通信方式。

为捕捉到避雷器的放电信号，采用电流互感器采集避雷器放电时泄放的电流信号，电流互感器与TMS28335之间采用光耦隔离，并在电流互感器输出端加压敏电阻和TVS管保护。由于需要精确记录避雷器放电时间，因此需要选择高精度的RTC时钟芯片，美信公司出品的DS3231时钟芯片内部集成温补晶体振荡器（TCXO）和晶体，其时钟精度达到±3.5ppm，快速（400kHz）I2C接口，完全满足记录避雷器放电时间的要求。

图3 MOA监测装置结构框图

3.2 协调器硬件设计

ZigBee中的协调器是整个网络的开始，具有网络的最高权限，是整个网络的维护者，还可以保持间接寻址用的表格绑定，同时还可以设计安全中心和执行其他动作，保持网络其他设备的通信。本系统选用TI的CC2538作为协调器的硬件芯片，CC2538是一款针对高性能Zigbee 应用的理想片上系统（SoC）。它包含一个强大的基于ARM Cortex M3的微控制器（MCU）系统，此系统具有高达32K片载RAM和512K片载Flash，这使得它能够处理具有安全性、包含要求严格的应用以及无线下载的复杂网络堆栈。与德州仪器（TI） 提供的免费使用Z-Stack PRO或Zigbee IP堆栈组合在一起，CC2538提供市面上功能最强大且可靠耐用的Zigbee 解决方案。

3.3 避雷器监测IED

为简化设计，提高系统可靠性，避雷器监测IED选用成熟的工控机产品，如研华科技推出的UNO-4671无风扇电力专用嵌入式工控机。

4 MOA无线监测系统软件设计

4.1 MOA监测装置软件设计

主程序首先对系统进行初始化，包括系统时钟、I/O口、嵌套向量中断控制器、外部中断、CC2520无线收发模块等。初始化完毕后，CC2520和TMS28335即进入低功耗休眠模式。

TMS28335的中断处理主要包括AD采集中断、CC2520唤醒中断和雷击计数中断等。其中雷击计数中断和CC2520唤醒中断都可以将TMS28335从停机模式唤醒。当CC2520侦听到有效电磁波时将触发唤醒中断，唤醒TMS28335。TMS28335根据协调器发送的指令完成相应操作，如数据采集、数据发送、对时、参数修改等，并通过CC2520向协调器返回监测数据或执行状态。

4.2 协调器软件设计

协调器的软件设计主要是结合TI提供的Zigbee SDK协议栈，完成与各MOA监测装置（节点）的通信链路建立、指令及数据收发，并将各节点上传的监测数据以RS-485 Modbus通信协议的方式发送给MOA监测IED。

5 结束语

基于无线通信网络的MOA在线监测系统采用ZigBee无线通信技术和大容量电池或太阳能板供电，使系统结构简单、施工方便、抗干扰能力强。同时MOA监测装置与MOA以及变电站电源间没有任何直接电气联系，提高了整个监测系统的安全性和电气可靠性。

【参考文献】

[1]万帅，陈家宏，谭进，等.±500kV直流输电线路用复合外套带串联间隙金属氧化物避雷器的研制[J].高电压技术，2012，38（10）.

[2]葛猛，韩学坤，陶安培，等.金属氧化物避雷器阀片老化缺陷的诊断及原因分析[J].高压电器，2009，45（3）.

[3]高峰，郭洁，徐欣，等.交流金属氧化物避雷器受潮与阻性电流的关系[J].高电压技术，2009，35（11）.

[4]殷雄开，邵涛，高翔，等.金属氧化物避雷器检测方法的现状与发展[J].高电压技术，2002，28（6）.

[5]蔡晓波，石佳，陈小毓，等.基于数学形态学的金属氧化物避雷器泄漏电流在线检测方法[J].高压电器，2010，46（1）.

[6]陈孔阳.变电站电气设备绝缘性能在线监测数据处理算法的研究[D].中南大学，2011.

[7]刘君，吴广宁，周利军，等.零磁通传感器的研究[J].电力自动化设备，2009，29（8）.

金属氧化物篇6

关键词 植物细胞；皂苷；金属硫蛋白；锌；一氧化氮；信号传导

中图分类号 Q507 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2012）11-0250-02

天然皂苷具有广泛的药理学性质，对草食动物、土壤中的病原体和害虫具有抵制作用。在动物细胞中，细胞毒性和皂苷的化学预防作用由一个复杂的信号传导通路来调节，这个通路是包括活性氧和一氧化氮（NO）以及其他有关的皂苷成分参与的信号传导途径，相对而言，植物细胞中皂苷反应和相关信号的传导通路却很少。

迄今为止，植物细胞和动物细胞在皂苷反应这一方面只有少数的共同特点，如活性氧和一氧化氮的早期产生和诱导金属硫蛋白进行化学反应。金属硫蛋白可以由多种因子诱导产生，其与金属锌和一氧化氮之间存在着相互作用，三者之间的相互关系在许多生理过程中发挥着重要作用。在植物细胞皂苷反应中其相互作用的具体机制还不是很清楚，特别是在作为信号传导通路中发挥作用的机制还不明确，还有待进一步研究，但在皂苷反应中三者的相互作用是不可忽略的。

1 皂苷反应诱导的信号传导途径在动物细胞和植物细胞中具有共同的原理

动物细胞和植物细胞中的皂苷反应具有独特的共同原理，在动物细胞和植物细胞中，活性氧和一氧化氮作为信号分子限制早期的信号路径，同时也诱导着金属硫蛋白等的化学反应，金属硫蛋白能在细胞毒性皂苷反应中发挥作用，同时，磷脂酰肌醇-3-激酶（PIK3）在细胞皂苷反应中参与细胞内活性氧产物的耐盐反应。

2 一氧化氮、锌和金属硫蛋白的关系

一氧化氮、锌和金属硫蛋白是机体内重要的生物活性因子，三者之间存在着相互作用[1]。一氧化氮具有高度反应性，是细胞内、细胞与细胞间信息传递的重要调节因子。一氧化氮作为信使和递质参与机体的生理过程。锌是机体内重要的微量元素，可影响细胞代谢。金属硫蛋白具有维持必需金属元素（如锌、铜等）的稳态、对抗重金属毒性的作用，同时可以清除自由基，减少氧化应激。在植物细胞中，金属硫蛋白（MTs）的积累可以衡量有毒重金属水平，还具有抗氧化功能[2]。Balestrazzi et al[3]证明了白杨树的PsMTA1基因的表达，在豌豆中编码一个类金属硫蛋白蛋白，会产生抗氧化损伤保护的作用。

除此之外，通过百草枯对叶细胞细胞核中DNA的损伤，表明了MTs对光氧化应激诱导耐受性的增加。一氧化氮能够与MTs形成稳定的化合物，并且可以引起蛋白质的构象变化和金属的选择性释放[4]。金属硫蛋白的巯基的亚硝酰化可以调节蛋白质结合中心的金属损失的机制，同时也是一氧化氮信号传导的关键结点[5-6]。Stitt et al[7]论证了锌感应蛋白金属反应转录因子MTF-1需要锌激活基因，在这个过程中由金属硫蛋白释放锌。通过一氧化氮引起锌的释放可作为一种新型的信号传导通路参与细胞氧化应激反应。白杨树细胞悬浮液挑战重金属（铜、锌、镉）的试验表明了一氧化氮产物的早期出现[8]，而且在相同的细胞中，VFMT2基因编码出一种2型金属硫蛋白[9]，能共同参与重金属的调节反应。

3 金属硫蛋白、一氧化氮和锌在细胞皂苷反应中的相互作用

皂苷反应是一类植物次生代谢物参与的对草食动物、土壤中的病原体和害虫产生的防御性反应，皂苷的细胞毒性作用，可导致它们能与细胞膜上的胆固醇形成配合物，从而导致孔隙的形成和影响细胞的通透性[10]。在动物细胞中，这可以应对可能出现的信号传导途径去激活皂苷[11]，而在植物细胞中却不存在类似的情况。

Itoh et al[11]首次报道了毒性皂苷参与金属硫蛋白的细胞反应，他们发现甘草酸和甘草次酸可以诱导小鼠MTs基因的表达，同样的，α常春藤素三萜皂苷可以通过一个信号路径来诱导肝细胞中MTs基因的上调[12-13]。

在植物细胞中一氧化氮也参与皂苷反应，在毒性作用的情况下，一氧化氮的浓度会升高，并且与周围的氧自由基等发生反应而生成活性氮氧化物，介导氧化损伤和亚硝基化损伤[1]，可以有效地氧化蛋白质中的巯基、硝化蛋白的酪氨酸残基，从而导致许多重要的蛋白质和酶失活，MTs中含有锌硫复合物和立体化学屏障，两者都是抵抗一氧化氮攻击的重要因素。

当紫花苜蓿皂苷提取物添加到白杨细胞悬浮培养液中时，根部皂苷能够显著诱导细胞的死亡率、活性氧以及一氧化氮产量的提高[14-15]。由于一氧化氮可使蛋白的巯基发生亚硝基化，因而一氧化氮的暴露会导致与MTs结合的锌的释放，游离的锌又可与锌感应蛋白金属反应转录因子MTF-1作用而调控MTs的基因表达，MTs对毒性效应具有抵抗作用，从而减少一氧化氮的产生。这表明了皂苷在植物中可诱导金属硫蛋白基因表达的上调，以及金属锌在皂苷反应中也发挥着重要的作用。

4 展望

金属氧化物篇7

某常见金属元素的氧化物4.8g，被氢气完全还原为单质时，消耗了标准状况下2.016L的H2，生成的金属和足量的盐酸反应产生标准状况下体积为1.344L的H2，试计算这种金属元素的相对原子质量。

这是一道很平常的计算题，由还原金属氧化物所需要H2的体积及被还原出来的金属单质再与盐酸反应产生H2的体积不同可以得出，金属元素在氧化物中的化合价与金属和盐酸反应生成的物质中表现出的化合价不同。这是一道元素化合价改变的计算相对原子质量的问题，虽然题目不难，但我们如果深入考虑，不局限于一种解法，引导学生多角度思考问题，用多种方法去解决这一问题，对开发学生的思维、提高学生解决问题的能力会起到积极的促进作用。

方法一、从金属元素质量思考

由质量守恒定律，金属氧化物被H2还原出的金属质量计算为：

m（金属氧化物）+m（消耗H2）=m（生成金属）+m（生成H2O）

m（生成金属）=4.8g+2.016L÷22.4L/mol×2g/mol- 2.016L÷22.4L/mol×18g/mol=3.36g

设金属和盐酸反应时化合价为+n，金属元素的符号为R，金属元素的相对原子质量为M，则：

2R + 2nHCl =2RCln +nH2

2M 22.4n L

3.36 1.344 L

得：M=28n

即：n=1 M=28 ； n=2 M=56 ； n=3 M=84

由于R是常见金属，在上述三个答案中，只有M=56符合题意，所以该金属元素为铁，相对原子质量为56。

方法二、从金属原子的物质的量思考

设金属原子的物质的量为n mol 金属原子的摩尔质量为Mg/mol

n mol×M g/mol + 2.016L÷22.4L/mol×16g/mol = 4.8 g

n=3.36/M mol

若金属R与盐酸反应表现出的化合价为+ x 则：

2R + 2xH+=2Rx+ + x H2

2 mol22.4x L

3.36/M mol 1.344L

M=28x

同上得金属元素的相对原子质量为56。

方法三、从金属原子结合氧原子数、置换氢原子数的关系思考

金属氧化物中氧元素的质量=2.016L÷22.4L/mol×16g/mol=1.44g

金属氧化物中金属元素的质量=4.8g-1.44g= 3.36g

设金属元素的相对原子质量为M ，则

氧化物中金属原子与氧原子数比 = （3.36g/ M g・mol-1）:（1.44g/16g・mol-1）= 112:3 M

金属元素表现的化合价为 +3 M /56

生成的金属原子与和酸反应置换出的氢原子数比=(3.36/M):（1.344/11.2）=28: M

金属元素表现的化合价为 + M /28

金属元素的两种化合价比为3:2

根据常见金属元素化合价的情况，可知：金属元素在氧化物中的化合价为+3，与盐酸反应时表现为+2。金属氧化物的化学式为R2O3，与盐酸反应生成盐的化学式为RCl2

R2O3+ 3H2 = 2R + 3H2O

（2M+48）g3mol×22.4mol/L

4.8 g 2.016L

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金属氧化物篇8

关键词：硝酸；氧化机理；产物分析

中图分类号：G633.8 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）12-0243-01

一、前言

纯硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体，密度1.5027g・ml-1，熔点是-41.60℃，沸点83.0℃，能与水任意比互溶，通常市售的硝酸是HNO3的水溶液，质量分数为68%~70%，溶有NO2质量分数为10%~15%的浓硝酸称为发烟硝酸，其中HNO3的质量分数一般大于80%。硝酸不稳定，易分解，在实验室常把硝酸盛于棕色瓶中。阳光照射时，HNO3分解产生红棕色的NO2。NO2溶于硝酸，使硝酸呈黄到红色，溶解越多，颜色越深。本文通过对不同浓度硝酸与金属反应产物的分析，总结了硝酸与金属反应的规律，探究了影响硝酸与金属反应的还原产物的因素，并对硝酸的氧化机理进行了探讨。

二、硝酸不能氧化所有的金属

硝酸的氧化性非常强，但也不能氧化所有的金属。例如：Pb、Au、Pt（铂）等金属就不能被浓硝酸氧化。Pb能与稀硝酸反应，得到硝酸铅，反应方程式为：3Pb+8HNO3（稀）==3Pb（NO3）2+2NO+4H2O由于硝酸铅不溶于浓硝酸，使铅不能继续与之反应。因为铅有此特性，所以化工厂或实验室常用它作耐酸反应器的衬里、贮存或输送酸液的管道设备。Au、Pt都是由于这些金属不活泼而不能和浓硝酸发生反应。Au和Pt能溶于王水（浓HNO3∶浓HCl=1∶3）这时，HNO3作氧化剂，HCl作配位剂。

三、反应得不到硝酸盐的金属

一般情况下，金属与硝酸反应生成金属硝酸盐，但有些金属与酸的作用不大，可生成不溶于硝酸的氧化物或水合物，而不能得到硝酸盐。如Ge、Sn、Sb、W、As等。Ge与浓硝酸反应得到白色的xGeO2・yH2O沉淀。Sn与浓硝酸反应生成白色的xSnO2・yH2O沉淀（β-锡酸）与冷的稀硝酸反应生成Sn（NO3）2。As和Sb与硝酸反应，生成H3AsO4与H[Sb（OH）6]。W在冷的浓硝酸中钝化，生成了一层极薄的氧化物薄膜，而得不到硝酸盐。

四、硝酸与金属反应的还原产物一般不会有N2O3、N2O4、N2O5

氮的氧化物有N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5六种，在硝酸与金属的反应中，一般只认为生成N2O、NO、NO2这三种气体，其原因如下：N2O3通常情况下为气态，但大部分分解（N2O3==NO+NO2）。等体积的NO与NO2的混合气体，与N2O3具有完全相同的性质。N2O3是亚硝酸的酸酐。溶于碱液只生成亚硝酸盐和水。N2O4在通常情况下为无色气体，是NO2的二聚体。当降温到262K时，凝结为无色晶体，此时为纯N2O4固体，熔化后变为黄色液体，液体中约含有1%的NO2，在373K时，约含有90%的NO2，温度达412K时，全部变为NO2气体，超过423K时，NO2发生分解。在金属与硝酸的反应中，由于反应放热，致使温度高于412K，即使能生成N2O4，也会全部转变为NO2气体。也可能会有一小部分NO2发生分解。N2O5在273K以下为稳定的无色固体，超过273K时就发生分解。硝酸与金属反应的温度已经远远超过273K，故N2O5不可能存在。

五、硝酸与金属反应的规律总结

1.Al、Fe、Ga、In、Cr、W等在冷的浓硝酸中生成一层极薄的氧化物薄膜而钝化。

2.与不活泼金属反应，浓硝酸主要生成NO2，稀硝酸主要生成NO。

3.与活泼金属反应，硝酸的还原产物比较复杂，随着硝酸浓度的降低，可得到NO2、NO、N2O、NH4+。

4.Pb由于生产的Pb（NO3）2难溶于硝酸，而不能继续与之反应。Au、Pt，由于金属不活泼而不能和浓硝酸发生反应。但Au和Pt能耐溶于王水。

5.Ge、Sn、Sb、W、As、等金属与硝酸反应生成氧化物或含氧酸，而得不到硝酸盐。

六、硝酸氧化机理的探讨

由于硝酸分子结构的不对称，也就是表现了硝酸分子不稳定，见光或受热易分解的原因。中心原子氮与氧原子之间形成的N-O键，其平均键能为201 KJ/mol，比同主族其他含氧酸的P-O键能（340 KJ/mol）、As-O键能（330 KJ/mol）低，说明N-O的牢固性比P-O和As-O等的牢固性低，则硝酸分子不稳定；另从硝酸的自由能高于氮的较低氧化态物质看，即硝酸分子中N-O键的强度比其他还原产物（N2O、HNO2、NO、NO2-、N2O、NH2OH、N2）弱，故硝酸不稳定，它在酸性溶液中与还原剂作用，易被还原为较低价态物质，而表现出强氧化性。从无机含氧酸的氧化性与其标准生成吉布斯自由能的大小关系方面看，含氧酸的吉布斯自由能数值越正，相应的含氧酸越不稳定，即该含氧酸的中心原子越易接受还原剂的电子而使其R-O键断裂，从而导致含氧酸的中心原子的氧化性越强。HNO3的吉布斯自由能-79.91KJ/mol，远比H2AsO4-、HAsO42-、H3PO4的吉布斯自由能大得多，所以，硝酸见光或受热就非常容易分解，其分解产物NO2除可作还原剂的催化剂之外，又因为NO2-阴离子中大π键π34传递电子，也有利于氧化还原反应的进行。

当硝酸溶于水中时，平衡向右移动，并发生正常电离：H2O+HNO3⇌H3O++NO3-。在浓硝酸中，含有微量的N3O5和硝基正离子（NO2+）。因为+5价氮不稳定（非金属负价态稳定，正价越高越不稳定），N2O5和NO2+的氧化性特别强，所以硝酸具有强氧化性。当硝酸被还原剂还原后，产物可能有以下几种：HNO3NO2HNO2NON2ON2（NH）2OH（羟氨）N2H4（联氨）NH3。