当前位置：文档之家 › 002--第二章液体和固体电介质的

002--第二章液体和固体电介质的

  • 格式：ppt
  • 大小：935.00 KB
  • 文档页数：38

下载文档原格式

  / 38

合集下载

第二章 液体、固体介质的电气特性..

第二章 液体、固体介质的电气特性..
温度越高绝缘老化得越快寿命越短介质的老化过程固体介质的热老化过程受热带电粒子热运动加剧载流子增多载流子迁移电导和极化损耗增大介质损耗增大介质温升加速老化液体介质的热老化过程油温升高氧化加速油裂解分解出多种能溶于油的微量气体绝缘破坏2
中国石油大学胜利学院
高பைடு நூலகம்压技术
第一篇 各类电介质在高电场下的特性
第二章
电介质的等效电路
I I1 I 2 I 3




2.介质损耗角正切
介质损耗有两种：极化损耗、电导损耗 直流电压下只有电导损 耗 交流电压下既有电导损耗，还有周 期性极化引起的极化损耗。 介质损耗角 =功率因素角 的余角 介质损耗角的正切tg称为介质损耗因数
P UIcos UI R UIC tg U C p tg
3、杂质的影响
一般来说杂质的含量越高，液体介质击穿电压降低 的越多。油中主要的杂质就是水分。
另外还有其他固体杂质， 比如含纤维量：纤维的含量即 使很少，对击穿电压油很大影 响。
4、油量的影响
三、减少杂质影响的方法
由于油中杂质对油隙的工频击穿电压有很大的影响， 所以从工程角度考虑，应设法减少杂质的影响，提高油的 品质。 1、提高油品质的方法 （1）过滤 将油中在压力下连续通过滤油机中的大量滤油层，油 中杂质（包括纤维、碳粒、树脂、油泥等）被滤纸阻挡， 油中大部分的水分和有机酸等也被滤纸纤维吸附，从而大 大提高油的品质。 （2）祛气 常用的方法是先将油加热，在真空中喷成雾状，油中 所含水分和气体即挥发并被抽走，然后在真空条件下将油 注入电气设备中。
球盖形电极；
对经过过 滤处理、脱气 和干燥后的油 及220KV以上 电力设备内的 油，应采用球 盖形电极进行 试验

高电压技术第二章液体固体介质的绝缘知识分享

高电压技术第二章液体固体介质的绝缘知识分享
特点：施加电场稍低，作用时间稍长。
3. 电化学击穿 由于介质逐步老化，导致绝缘性能下降，以致绝缘 在工作电压下或短时过电压下发生击穿，称此击 为电化学击穿。
特点：施加电场低，作用时间长。
2.3.2影响固体介质击穿的因素和改进措施
1.电压作用时间 外施电压作用 时间对击穿电 压的影响很大
电工纸板的伏秒特性
U/R
UCp
1
CpR
Pp
U2
R
U2Cptg
•
串联电路：tgs
Ur Uc
Ir
I/Cs
Csr
Ps
I 2r
U2Cstg 1tg2
Pp
PsCp
Cs
1tg2
(a)损耗主要由电导引起采用并联 (b)损耗主要由极化引起采用串联
• 实际上，电导损耗和极化损耗都同时存在介质等 值电路可用三个并联支路表示
• C0：反映电子式和离子式极化C0 • Ca、ra：反映吸收电流，表示
在外电场的作用下，原子外层电子轨道相对于原子核 产生位移，其正、负电荷作用中心不再重合，对外呈现 出一个电偶极子的状态。
E0
E
3）偶极子极化
偶极子：正、负电荷
作用中心不重合的分子， 分子的一端呈正电荷， 另一端呈负电荷，分子
单个偶极子虽具有极性，但无 电场时，整个介质分子处于不停 的热运动状态，宏观上正负电荷 平衡，对外不显电性。
2.2.2影响液体介质击穿的因素和改进措施
1.油品质的影响
液体中所含杂质成分及数量对液体介质中的击穿电压有显著影响
在标准油杯中变压器油的工 频击穿电压和含水量的关系
水分、杂质对变压器油击 穿电压的影响
2.温度的影响
3.电压作用时间的影响

高电压技术_自考复习重点总结

高电压技术_自考复习重点总结

第二章液体和固体电介质的绝缘特性电子式极化: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。

夹层式极化：由两层或多层不同材料组成的不均匀电介质，叫做夹层电介质。

电介质的电导:介质在电场作用下,使其内部联系较弱的带电粒子作有规律的运动形成电流，即泄漏电流.这种物理现象称为电导。

“吸收现象”:固体电介质在直流电压作用下，观察到电路中的电流从大到小随时间衰减,最终稳定于某一数值,称为“吸收现象”。

吸收电流:有损极化所对应的电流，即夹层极化和偶极子极化时的电流，它随时间而衰减。

泄漏电流:绝缘介质中少量离子定向移动所形成的电导电流,它不随时间而变化.绝缘电阻:介质的电阻R=U/I是随时间而变化的。

通常以到达稳定的泄漏电流的电阻作为介质的绝缘电阻。

介质损耗角正切tgδ衡量材料本身在电场损耗能量并转变为热能的一个宏观的物理参数称之为介质损耗角正切。

绝缘的老化：固体和液体介质在长期运行过程中会发生一些物理和化学变化，导致其机械和电气性能的劣化。

1、提高液体电介质击穿电压的措施（1）过滤（2）防潮（3）脱气（4）覆盖层（5）绝缘层（6）屏障2、2.固体电介质的击穿影响因素(1).电压作用时间(2).电场均匀程度与介质厚度(3).电压种类(4).电压作用的累积效应(5).受潮3、提高固体电介质击穿电压的措施(1).改进制造工艺:尽可能清除介质中的杂质,可以通过精选材料、改善工艺、真空干燥、加强浸渍等方法。

(2).改进绝缘设计:尽可能使电场均匀(3).改善运行条件:注意防潮、尘污，加强散热冷却4、电介质绝缘老化的原因(1)局部放电老化 (2)热老化 (3)机械力的作用 (4)环境的影响5、为什么用介质损耗角的正切tgδ来表示介损答：由于:(1).P值与试验电压U的高低等因素有关;(2).tgδ是与电压、频率、绝缘尺寸无关的量，而仅取决于电介质的损耗特性。

(3)tgδ可以用高压电桥等仪器直接测量.所以表征介损用介质损失角的正切tgδ来表示，而不是用有功损耗P来表示.第3章电气设备绝缘试验耐压试验(破坏性试验):试验所加电压等价于或高于设备运行中可能受到的各种电压.1、西林电桥测量时的两种接线正接线适用：体积小，重量轻反接线适用：体积大，重量大，外壳接地2、西林电桥测量时防止外界电磁场对电桥的干扰措施有哪些？（1）加设屏蔽(消除电容的影响) （2）采用移相电源（3）倒相法3、西林电桥测量时注意事项有哪些(1)电桥本体必须加以屏蔽(2)被试品和标准无损电容器连到电桥本体的引线也要使用屏蔽导线(3)电桥本体接地良好(4)反接法时,三根引线处于高压,必须悬空(5)能分开测的试品尽量分开测(6)应保持试品表面干燥(7)试品设备有绕阻时,应首尾短接起来试验变压器得特点电压等级比电力变压器更高、容量不大，仅单相；工作在电容性负荷下；允许发生短时短路；工作时间短；漏磁通较大；温度比较低、无散热要求；绝缘裕度小工频高电压的测试方法有哪些用静电电压表测量工频电压的有效值用球隙进行测量工频电压的幅值用电容分压器配用低压仪表用电压互感器测量.直流高压的获得有：半波整流回路，倍压整流回路，串接直流发生器。

第二章液体固体电介质电气性能

第二章液体固体电介质电气性能
第二章 液体、固体电介质的电气性能
高电压技术
第二节 液体电介质的击穿特性
一、液体介质的击穿机理
1.纯净液体介质的击穿过程
----电击穿
2.工程用液体介质的击穿过程
----小桥理论 液体介质中的杂质在电场作用下集中于电极 间，排成杂质小桥，使泄漏电流增加，局部发热， 油及水分汽化，形成气体桥，沿气体桥击穿。
高电压技术
2) 离子位移极化：
由束缚的正负离子间的相对位移引起，存在于离子 性电介质中。
特点： a、瞬时建立； b、弹性极化； c、随温度升高，极化稍有增加。
第二章 液体、固体电介质的电气性能
高电压技术
(2)有损极化 1) 转向极化： 由极性分子的转向、排列引起，存在于极性电介 质中。
特点：a、存在于极性电介质中； b、极化建立需要一定时间； c、非弹性的，有能量损耗； d、温度对其有影响，不是单值关系，
第二章 液体、固体电介质的电气性能
高电压技术
二、电介质的电导 1.电导的定义
电场作用下，电介质中的带电质点作有向移动而
形成电流的现象。
2.电介质电导与金属电导的本质区别
(1)电介质电导是离子性的，而金属电导是电子性 的；
(2)电介质电导很小，金属电导很大； (3)电介质电导具有正的温度系数，金属电导具有 负的温度系数。
第二章 液体、固体电介质的电气性能
三、提高液体介质击穿电压的方法
1. 提高并保持油的品质
（1）过滤 （2）防潮 （3）祛气 （4）防尘
高电压技术
第二章 液体、固体电介质的电气性能
高电压技术
2. 采用油-屏障式绝缘
（1）覆盖层(<1mm) （2）绝缘层(几十mm）
防止杂质小桥形成

液体固体介质的绝缘强度

液体固体介质的绝缘强度
1、电子电导：一般很薄弱，因为介质中自由电子数极
少；假如电子电流较大，则介质已被击穿。
2、离子电导：
本征离子电导：极性电介质有较大旳本 征离子电导，电阻率1010～1014 Ωcm. 杂质离子电导：在中性和弱极性电介质中，主要是杂 质离子电导，电阻率1017～1019Ωcm .
2.1 电介质旳极化、电导和损耗
2.1 电介质旳极化、电导和损耗
(2)有机绝缘材料可分为非极性和极性 非极性有机电介质：只有电子式极化，损耗 取决于电导； 极性有机电介质：极化损耗使总损耗较大。
小结
电介质旳极化
▪ 电子式极化 ▪ 离子式极化 ▪ 偶极子极化 ▪ 夹层极化
电介质旳电导：
表征电介质导电性能旳主要物理量
电介质旳损耗：
有损极化
C0
R：反应电导损耗，该支路流过
旳电流为泄漏电流
Ca
R
ra
2.1 电介质旳极化、电导和损耗
（三）影响介质损耗旳原因 温度、频，气体中发 生局部放电，这时损耗将急 剧增大。
2.1 电介质旳极化、电导和损耗
液体旳介质损耗
损耗主要由电导引起， 极性液体介质旳损耗 tgδ与温度旳关系如图 所示。
2-1 电介质旳极化、电导和损耗
2-2 液体介质旳击穿 2-3 固体介质旳击穿 2-4 组合绝缘
2.1 电介质旳极化、电导和损耗
一 、介质旳极化和相对介电常数
电介质旳极化是电介质在电场作用下，其束缚 电荷相应于电场方向产生弹性位移现象和偶极 子旳取向现象。介电常数来表达极化强弱。 对于平行平板电容器，极间为真空时：
第一篇 高电压绝缘与试验
第二章 液体、固体介质旳绝缘强度
第二章 液体、固体介质旳绝缘强度

第二章液体、固体电介质的电气性能

第二章液体、固体电介质的电气性能

第二章 液体、固体电介质的电气性能
高电压技术
所谓荷电胶体质点即固体或液体杂质以高度分 散状态悬浮于液体中形成了胶体质点，例如变压 器油中悬浮的小水滴，它吸收离子后成为荷电胶 体质点。
离子电导的大小和分子极性及液体的纯净程度 有关。
第二章 液体、固体电介质的电气性能
（3）固体电介质的电导
高电压技术
第二章 液体、固体电介质的电气性能
三、提高液体介质击穿电压的方法
1. 提高并保持油的品质
（1）过滤 （2）防潮 （3）祛气 （4）防尘
高电压技术
第二章 液体、固体电介质的电气性能
高电压技术
2. 采用油-屏障式绝缘
（1）覆盖层(<1mm) （2）绝缘层(几十mm）
防止杂质小桥形成
（3）屏障（极间障） （2～7mm） 在极不均匀电场中，改变空间
（1）串联的多层电介质在直流电压作用下，各层电 压分布与电导成反比，因此设计用于直流的电气设 备时要注意所用电介质的电导率，尽量使材料得到 合理的使用。 （2）注意环境湿度对固体电介质表面电导的影响， 注意亲水性材料的表面防水处理。
第二章 液体、固体电介质的电气性能
高电压技术
（3）在绝缘预防性试验中，通过测量介质的绝缘电 阻和泄漏电流来判断绝缘是否存在受潮或其他劣 化现象。
高电压技术
第二章 液体和固体介质的电气性能
气态
电介质按物态分 液态
固态
按分子结构分
非极性电介质 偶极性电介质
离子性电介质
第二章 液体、固体电介质的电气性能
高电压技术
电介质在电场作用下的电气特性 极化
弱电场 电导 损耗
强电场 击穿
第二章 液体、固体电介质的电气性能

第二章 液体、固体介质的电气特性

第二章 液体、固体介质的电气特性

电介质的等效电路
I I1 I 2 I 3




2.介质损耗角正切
介质损耗有两种：极化损耗、电导损耗 直流电压下只有电导损 耗 交流电压下既有电导损耗，还有周 期性极化引起的极化损耗。 介质损耗角 =功率因素角 的余角 介质损耗角的正切tg称为介质损耗因数
P UIcos UI R UIC tg U C p tg
（4）在绝缘预防性试验中，通过测量介质的绝缘 电阻和泄漏电流来判断绝缘是否存在受潮或其他 劣化现象。
三、电介质的损耗
1.基本概念
在电场作用下电介质总有一定的能量损耗，电介质的 能量损耗简称介质损耗。 介质损耗的基本形式 由电导引起的损耗，称为电导损耗； 由某些有损极化引起的损耗，称为极化损耗。 电导损耗： 由电介质中的泄漏电流引起，交、直流 电压下都存在，一般很小。 极化损耗：由有损极化所引起的；仅存在于交流电压 下，在直流电场中，极化的建立过程仅在加压瞬间出现一 次，可略去。
中国石油大学胜利学院
高电压技术
第一篇 各类电介质在高电场下的特性
第二章
液体、固体介质的电气特性
第一节 电介质的极化、电导和损耗
一、电介质的极化
的弹性位移和偶极子的转向现象，称为电介质的极 化。
极化的定义：电介质在常数εr：是综合反应电介质极化 特性的一个物理量。它是表征电介质在电场作用下 极化现象强弱的指标，其值是由电介质本身的材料 决定的。 极化最基本的形式分为电子式、离子式和偶极子 式极化。另外还有夹层介质界面极化和空间电荷极 化等。
2
介质损耗角正切tg等于有功电流和无功电流的 比值。常用百分数（%）来表示。
判断介质 的品质
IR 1 R tg I c UC1 C1 R

第二章液体、固体电介质的电气性能

第二章液体、固体电介质的电气性能

2-4 电介质的老化
一、电老化 局部放电;电化学过程 二、热老化 1、IEC规定的电工绝缘材料的耐热等级（7级）： Y（O）、A、E、B、F、H、C 2、热老化的8℃规则、10 ℃规则、12 ℃规则 对A级绝缘，温度每增加8℃，则寿命缩短一半左右。
5、影响电介质电导的主要因素
（1）温度
B
γ AeT
（2）杂质
要注意防潮
6、电介质电导在工程实际中的应用
（1）用来判断绝缘状况
（2）DC作用下，电介质中各层电压分布规律 U 1
U2
G2 G1
（3）表面绝缘电阻的合理应用
a.为了减小表面泄漏电流以提高放电电压，应使表面电阻 增大;
b.为了减小表面局部场强以善电场分布，应使表面电阻适 当减小。
3、介质损耗的计算及指标 （1）DC下 用γ即可表达其损耗特性：
PU2 GU2 R
R—介质的绝缘;G电 —阻 介质的电导
（2）AC下
P U cI o U sC t Ig U 2 C p tg
式中 tgδ——介质损耗因数，常用百分数
表示 ψ——功率因数角 δ——介质损耗角（δ=90°- ψ）
通常采用tgδ而不用P表示电介质的损耗特性，这是因为 ①P与U、C、ω有关，不便于对不同尺寸的同一绝缘材料进
第二章 液体、固体电介质的电气性能
电介质的基本电气性能
极 化—— 相 对 介 电 常 数 εr 电 导—— 电 导 率 γ 损 耗—— 介 质 损 耗 因 数 tgδ 击 穿 —— 击 穿 电 场 强 度bE
2-1 电介质的极化、电导和损耗
一、极化现象及相对介电常数
1、极化的定义
电介质在电场中所发生的
对电容器希望εr大些，对电缆则希望εr小些。 （2）设计交流绝缘结构时，应考虑电场的合理分布。

高电压技术 02 液体、固体电介质的绝缘特性

高电压技术 02 液体、固体电介质的绝缘特性
上半导体釉等。
27
2.1.3 电介质的损耗
损耗
极化过程损耗（DC下无）
电导损耗（DC、AC都有）
28
一、介质损耗正切角（tan)
I
U
U
rg Ca Ig
Ia Ic ra C0
..
..
I IgIcIa
.
I g ：泄漏电流，由电导引起
.
I a ：吸收电流，由极化引起
.
I c ：纯电容电流。
容性电流阻性电流
C2 G2 C1 G1
电荷会重新分配（吸收电荷），在介质的交界面处积累电
荷－－夹层式（界面）极化。
夹层极化只有在低频时才有意义。
(C1 C2 ) /(G1 G2 )
G1
G2
G1
G2
C1
1
U10
U 3
C2
U 20
2U 3
C1
2
U1
U 3
C2
U2
1U 3
(a) 设2G1＝G2，C1＝2C2。 (b)
Cp
1
Cs tan 2
P U 2Cp tan
32
➢如介损主要由电导引起，常用并联等效电路
➢如介损主要由介质极化及连接导线的电阻引起，常用串联 等效电路
电介质类型
tanδ/%
变压器油 蓖麻油 电工陶瓷 油浸电缆纸 沥青云母带
0.05～0.5 1～3 2～5 0.5～8 0.2～1
电介质类型
聚乙烯 交联聚乙烯 聚苯乙烯 聚四氟乙烯 聚氯乙烯
f 较小时：偶极子跟得上电场的交变，极化充分发展，此时 的εr最大；但偶极子单位时间的转向次数不多，因而极化损
耗很小，tan也小，主要由电导损耗。

高电压技术课后题答案（部分）

高电压技术课后题答案（部分）

⾼电压技术课后题答案（部分）1 ⽓体的绝缘特性与介质的电⽓强度1-1⽓体放电过程中产⽣带电质点最重要的⽅式是什么，为什么？1-2简要论述汤逊放电理论。

1-3为什么棒－板间隙中棒为正极性时电晕起始电压⽐负极性时略⾼？1-4雷电冲击电压的标准波形的波前和波长时间是如何确定的？1-5操作冲击放电电压的特点是什么？1-6影响套管沿⾯闪络电压的主要因素有哪些？1-7具有强垂直分量时的沿⾯放电和具有弱垂直分量时的沿⾯放电，哪个对于绝缘的危害⽐较⼤，为什么？1-1⽓体放电过程中产⽣带电质点最重要的⽅式是什么，为什么？答: 碰撞电离是⽓体放电过程中产⽣带电质点最重要的⽅式。

这是因为电⼦体积⼩，其⾃由⾏程(两次碰撞间质点经过的距离)⽐离⼦⼤得多，所以在电场中获得的动能⽐离⼦⼤得多。

其次．由于电⼦的质量远⼩于原⼦或分⼦，因此当电⼦的动能不⾜以使中性质点电离时，电⼦会遭到弹射⽽⼏乎不损失其动能；⽽离⼦因其质量与被碰撞的中性质点相近，每次碰撞都会使其速度减⼩，影响其动能的积累。

1-2简要论述汤逊放电理论。

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α过程，电⼦总数增⾄d e α个。

假设每次电离撞出⼀个正离⼦，故电极空间共有（d e α－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（d e α－1）个正离⼦在到达阴极表⾯时可撞出γ（d e α－1）个新电⼦，则(d e α-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r(d eα-1)=1或γde α＝1。

1-3为什么棒－板间隙中棒为正极性时电晕起始电压⽐负极性时略⾼？答:（1）当棒具有正极性时，间隙中出现的电⼦向棒运动，进⼊强电场区，开始引起电离现象⽽形成电⼦崩。

随着电压的逐渐上升，到放电达到⾃持、爆发电晕之前，在间隙中形成相当多的电⼦崩。

第二章 液体和固体的介质的电气特性

第二章 液体和固体的介质的电气特性

第一节
液体和固体介质的极化、电导和损耗
一切电介质在电场的作用下都会出现极化、电导和损耗等 电气物理现象。不过气体介质的极化、电导和损耗都很微弱， 一般均可忽略不计。所以真正需要注意的只有液体和固体介质 在这方面的特性。
一、电介质的极化
电介质的极化是电介质在电场作用下，起束缚电荷相应于 电场方向产生弹性位移现象和偶极子的取向现象。这时电荷的 偏移大都是在原子或分子的范围内作微观位移，并产生电矩（ 即偶极矩）。 电介质极化的强弱可用介电常数ε的大小来表示，它与该 电介质分子的极性强弱有关，还受温度外加电场频率等因素的 影响。
I I R IC
U I R I3 I 2R R I C I1 I 2C UCP
U
IR
R
CP
IC
介质损耗角正切 tgδ 等于有功电流和无功电流的比值，即
IR U / R 1 tg I C UC P CP R
此时电路的功率损耗为
(3-8)
U 2 P U CP tg R
在液体介质中，还存在一种电泳电导，其载流子为带电的 分子团，通常是乳化状态的胶体粒子或小水珠，它们吸附电荷 后变成了带电粒子。 工程上使用的液体电介质通常只具有工业纯度，其中仍含 有一些固体杂质（纤维、灰尘等），液体杂质（水分）等和气 体杂质（氮气、氧气等），它们往往是弱电场下液体杂质中载 流子的主要来源。 温度升高时，分子离解度增大、液体粘度减小，所以液体 介质中的离子数增多、迁移率增大，可见其电导将随温度的上 升而急剧增大。
i
I15 i i2 i1 i3
I60
15
60
t(s)
上述三支路等值电路可进一步简化为电阻、电容的的并联 等值电路或串联等值电路。若介质损耗主要由电导所引起，常 采用并联等值电路；如果介质损耗主要由极化所引起，则常采 用串联等值电路。现分述如下：

第二章液体、固体电介质的电气性能-PPT精品文档

第二章液体、固体电介质的电气性能-PPT精品文档
第二章 液体、固体电介质的电气性能
三、提高液体介质击穿电压的方法
1. 提高并保持油的品质
（1）过滤 （2）防潮 （3）祛气 （4）防尘
高电压技术
第二章 液体、固体电介质的电气性能
高电压技术
2. 采用油-屏障式绝缘
（1）覆盖层(<1mm) （2）绝缘层(几十mm）
防止杂质小桥形成
（3）屏障（极间障） （2～7mm） 在极不均匀电场中，改变空间
（1）串联的多层电介质在直流电压作用下，各层电 压分布与电导成反比，因此设计用于直流的电气设 备时要注意所用电介质的电导率，尽量使材料得到 合理的使用。 （2）注意环境湿度对固体电介质表面电导的影响， 注意亲水性材料的表面防水处理。
第二章 液体、固体电介质的电气性能
高电压技术
（3）在绝缘预防性试验中，通过测量介质的绝缘电 阻和泄漏电流来判断绝缘是否存在受潮或其他劣 化现象。
所以CP≈CS=C,则 P=P1=P2=U2ω Ctgδ
第二章 液体、固体电介质的电气性能
高电压技术
4.电介质的损耗及其影响因素 影响电介质损耗的因素主要有温度、频率和电
压。不同的电介质所具有的损耗形式不同，从而温 度、频率和电压对电介质损耗的影响也不同。 5.介质损耗在工程实际中的应用
（1）选择绝缘； （2）在绝缘预防性试验中判断绝缘状况； （3）介质损耗引起的发热有时也可以利用。
5.影响电介质电导的主要因素
高电压技术
(1)温度 离子电导随温度的升高而增加。
B
Ae T
A、B---常数 T—绝对温度
(2)杂质 由于杂质中的离子数较多，因此当介质中的
杂质增多时，其电导会明显增加。各类杂质中水 分的影响最大。

液体和固体电介质的绝缘性能

液体和固体电介质的绝缘性能
由于吸收现象的存在，在对电介质进行高压试验时，电介质 表面会有吸收电荷存在，这些电荷在没有外因作用时需很长时 间才能泄放掉，可能对人构成危险，所以高压试验结束时必须 对试品进行放电。
四、气体电介质的电导是由气体分子本身及气体中杂质离解出来 的带电粒子形成的，其值很小。
液体电介质的电导一种是由液体本身的分子和杂质的分子离解 的带电粒子形成的离子电导，另一种是由液体中胶体质点吸附电 荷后变成带电质点构成的电泳电导。
为10-6—10-2Ω·m
一、试验电路
二、等值电路
§2.2电介质的电导
1、由电源对电介质等效电容 充电建立电场及快速无损极化 形成的电流ic称为几何电容电 流。由于其是纯容性的，所以 可以用一个电容C0来等值。
2、由慢速有损极化形成的电流ia 称为吸收电流。由于是由极化形 成的，可以等值出电容Ca，1电介质的极化
• 在两电极间加入厚度与极间距
相同的固体电介质重新完成试
验。发现极板上的电量增加了
-+
Q’，Q=Q0+Q’。问Q’这些电量
-+
是如何来的呢？
解释：来源于固体电介质的极化。 固体介质内部形成一个极性与外 加电压方向相反的附加电场，为 保持两极板间电压不变，电源需 要再提供Q’这些电量来平衡附加 电场。在电场的作用下，电介质 相对电极两面呈现电性的现象称 为极化。
特点： 1）速度慢； 2）非弹性的； 3）消耗能量。
§2.1电介质的极化
• 极化可以归纳为空间电荷的弹性位移或转向及电荷的重新分配； 也可以归纳为快速的无损极化和慢速的有损极化。
• 研究极化的意义： • 1、选择制造电容的绝缘材料时，一方面注意材料的绝缘强度，另
一方面希望介电常数要大； • 2、在交流及冲击电压作用下，多层串联电介质中的场强分布与介

重庆大学高电压2液体、固体介质的绝缘强度素材

重庆大学高电压2液体、固体介质的绝缘强度素材

Ca ra
R
1.3.3 影响介质损耗的因素 电压、频率、温度 (1) 电压 当电场强度达到气体的放电起始 电压 U0 时，气体中发生放电，这 时损耗将急剧增大。当固体、液 体介质中存在气泡，施加较高电 压（ U>U0 ）， tgδ 将增加，可检 查出介质内部所存在的缺陷。 （预防性试验规程试验电压 U=10kV ）
(3) 偶极子极化
极性电介质中， 极性分子无外电场作用时，极性分子的偶极 子因热运动而杂乱无序的排列着，宏观电矩等于零，因而整个 介质对外并不表现出极性。出现外电场后，原先排列杂乱的偶 极子将沿电场方向转动，作较有规则的排列，如图所示，因而 显示出极性。这种极化称为偶极子极化或转向极化。
特点：
极化时间较长； 非弹性极化； 频率的影响：频率↑→偶极子来不及转向→极化↓； 温度影响：T↑→转向容易→极化↑ T↑↑→热运动加剧阻碍转向→极化↓

t
U1 U2
R1 G2 R2 G1
假设：
U10 U 20
C1 C2 , R1 R2 (或G1 G2 )
t 0
C2 C1
U1 U2
t
R1 G2 R2 G1
U20 U10 ,U 2 U1
即：外加电压U在两层介质上的初始分布不等于稳态分布
U10 U1 U 20 U 2
IC 代表流过介质总的无 功电流，Ir代表流过介质 的 总有 功电流 ， Ir 包 括 Ir ，

了电导损失和极化损失。
视在功率： S P jQ U ( I r jIc ) U I r jU I c 介质损耗(有功损耗)
－功率因数角；tg－介质 式中： —电源角频率； 损耗角。

002--第二章液体和固体电介质的-精选文档

002--第二章液体和固体电介质的-精选文档

0 A C0 d
Q=CU
εA C = d
高电压技术
Q CU C d r A Q C U C 0 0 0 0 0 d
A
εr ——相对介电系数
表征电介质在电场作用 下的极化程度。表2——1 Qo=CoU Qo=CoU
0 A C0 d
εA C = d
高电压技术
高电压技术
3、影响tgδ的因素 （1）温度的影响
高电压技术
（2）频率的影响
高很高时，tgδ不变； 在电场强度较高时， tgδ随电场强度升高而迅 速增大。
较高电压下 测量tgδ可发现介质的气泡、分 层和裂痕等缺陷。
高电压技术
描写电介质电性能的四个物理量与对应的四个 物理现象
工程意义，P36底3点。
高电压技术
二、电介质的电导
1、定义 介质在电场作用下，使其内部联系较弱 的带电粒子作有规律的运动形成电流， 即泄漏电流。这种物理现象称为电导。 表征电导过程强弱程度的物理量为电导率 γ，或它的倒数电阻率ρo表2—1
高电压技术
2、 介质中的电流
(1) 电容电流ic 在加压初瞬间介质中的电 子式极化和离子式极化过程 所引起的电流，无损耗，存 在时间极短。 (2) 吸收电流ia 有损极化所对应的电流， 即夹层极化和偶极子极化时 的电流，它随时间而衰减。 (3) 泄漏电流ig 绝缘介质中少量离子定向移动所形成的电导电流，它 不随时间而变化。
1.电介质的极化 2.电介质的电导 3.电介质的损耗 4.电介质的击穿 相对介电系数 电导率 γ 介质损失角正切tgδ 电场强度E
r
高电压技术
四、液体电介质的击穿特性
1、 “小桥”理论（即 “气泡”击穿理论）

高电压技术第2章 液体和固体电介质的绝缘特性

高电压技术第2章 液体和固体电介质的绝缘特性
C
C0
相对介电常数 r
C Q0 Q 1 0 C0 Q0
19
相对介电系数εr
表征电介质在电场作用下的极化程度。它的值由电 介质的材料所决定。
气体分子间的间距很大，额度很小，因此各种气 体的相对介电系数均接近于1。 液体介质分为弱极性、极性和强极性。一般常用 弱极性和极性液体介质，弱极性为2.2，极性为 4.5。 固体介质分为中性（弱极性）、极性和离子性。 相对介电系数大多在2~7之间。
离子式极化只存在 于离子结构的电介 质中
-+ -+ -+ -+ -+
E
-+ -+ -+ -+ -+
-
E=0
特点： 一是极化所需要的时间极短，约10－13S；即它在各种 频率的交变电场中均能产生； 二是这种极化具有弹性。极化没有能量消耗。 三是温度对极化有影响，一般是随温度而增大。
10
温度 ：离子间结合力降低， 极化程度增加。 。 r一般具有正的温度系数 温度 ：离子密度减小，极化 程度降低。
13
4、空间电荷极化
空间电荷极化： 介质内的正、负自由离子在电场 作用下改变分布状况时，便在电吸附近形成空间电荷 称为空间电荷极化。 其极化的过程特别缓慢，所以假使加上交变电 场，在低频时有这种现象存在，而在高频时因空间 电荷来不及移动，就没有这种极化的现象。
14
5、夹层极化
夹层式极化：由两层或多层不同材料组成的不均匀电介质，
第二章
液体和固体电介质的 绝缘特性
1
概述
固体、液体介质
•固体、液体介质的绝缘强度比气体大许多；
•作电气设备的内绝缘可以缩小结构尺寸；
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

高电压技术
三、电介质的损耗
1、 损耗的形式 (1) 电导损耗 由泄漏电流引起的损耗，交直流下都存在。
(2) 极化损耗
由偶极子与夹层极化引起，交流电压下极明显。
(3) 游离损耗
指气体间隙的电晕放电以及液固体介质内部气泡 中局部放电所造成的损耗。
高电压技术
2、介质损耗角 用介质损耗角的正切tgδ来表示介损的意义 在交流电压作用下，由于存在三种形式的损耗，需 引入一个新的物理量来表征介损的特性。
加压后短至几个微秒时，表现为电击穿，击 穿电压很高。
（5）电场均匀程度 电场愈均匀，杂质对击穿电压的影响愈大分散性也 愈大，击穿电压也愈高。
高电压技术
3、提高液体电介质击穿电压的措施 （1）过滤 （2）防潮 （3）脱气 （4）采用固体电介质 覆盖层——电极表面 绝缘层 屏障——油间隙中间
高电压技术
高电压技术
2、影响因素 (2) 电场均匀程度与介质厚度
处于均匀电场中的固体介质，其击穿电压往往较高，且随 厚度的增加近似地成线性增大；若在不均匀电场中，介质厚度 增加将使电场更不均匀，于是击穿电压不在随厚度的增加而线 性上升。当厚度增加到使散热困难到可能引起热击穿时，增加 厚度的意义就更小了。
(3) 电压种类 直流时的击穿电压大于交流。
（1）热击穿电压会随周围媒质温度 t0 的上升而下降。 （2）热击穿电压并不随介质厚度成正比增加，因厚度越 大，介质中心附近的热量逸出就越困难，所以固体介质的击穿 场强随厚度的增大而降低。
高电压技术
（3）如果介质的导热系数大，散热系数也大，则热击 穿电压上升。 （4）f 或tgδ 的增大都会造成介质的发热量增大。临 界击穿电压下降。 (3) 电化学击穿 固体介质在长期工作电压的作用下，由于介质内部发生 局部放电等原因，是绝缘劣化、电气强度逐步下降并引起击穿 的现象称为电化学击穿。 在临近最终击穿阶段，可能因劣 化处温度过高而以热击穿形式完成，也可以因劣化后电气强度 下降而以电击穿形式完成。 电化学击穿电压的大小与加电压时间的关系非常密切，但 也因介质种类的不同而异。一般来说，无机绝缘材料耐局部放 电的性能较好。
高电压技术
本章结束
高电压技术
3、提高击穿电压的措施 （1） 改进制造工艺：尽可能清除介质中的杂质, 可以通过精选材料、改善工艺、真空干燥、加强浸渍 等方法。
（2）改进绝缘设计：尽可能使电场均匀。 （3）改善运行条件：注意防潮、尘污，加强散热 冷却。
高电压技术
变压器排风散热
高电压技术
六、电介质的老化
老化的主要形式：电老化和热老化，P46 绝缘材料的耐热等级
高电压技术
如果液体介质的击穿因气体小桥而引起，那么增加液体 的压力，就可使其击穿场强有所提高。因此在高压充油电缆 中总要加大油压，以提高电缆的击穿场强
气泡理论可推广到其他悬浮物所引起的击穿，用来解释 工程用变压器油的击穿过程。工程用变压器油是有杂质的， 这些杂质的介电常数和电导率均与变压器油不同，从而会畸 变油中电场，影响油的击穿。 由于水和纤维的 εr 很大，很易沿电场方向极化定向，并 排列成杂质小桥。这时会发生两种情况： （1）如果杂质小桥尚未接通电极，则纤维等杂质与油串 联，由于纤维εr 大以及含水分纤维的电导大，使其端部油中 电场显著增高并引起电离，于是油分解出气体，气泡扩大， 电离增强，这样下去必然会出现由气体小桥引起的击穿。
可推导出介质的有功损耗P
高电压技术
P UI
2
R
UI
C
p
tg
U C p tg
由于: (1) P值与试验电压U的高低等因素有关; (2) tgδ是与电压、频率、绝缘尺寸无关的量， 而仅取决于电介质的损耗特性。 (3) tgδ可以用高压电桥等仪器直接测量. 所以表征介损用介质损失角的正切tgδ来表示, 而不是用有功损耗P来表示.
高电压技术
2、影响固体电介质击穿放电的因素 (1) 电压作用时间 如果电压作用时间很短（例如 0.1s以下），固体介质的 击穿往往是电击穿，击穿电压当然也较高。随着电压作用时 间的增长，击穿电压下降，如果在加压后数分钟到数小时才 引起击穿，则热击穿往往起主要作用。不过二者有时很难分 清，例如在工频交流1min耐压试验中的试品被击穿，常常是 电和热双重作用的结果。
1.电介质的极化 2.电介质的电导 3.电介质的损耗 4.电介质的击穿 相对介电系数 r 电导率 γ 介质损失角正切tgδ 电场强度E
高电压技术
四、液体电介质的击穿特性
1、 “小桥”理论（即 “气泡”击穿理论）
变压器油的击穿主要原因，在于杂质的影响,，而杂质是 水分、受潮的纤维和被游离了的气泡等构成。 在交流电压下，串联介质中的电场分布是与介质的 εr 成反 比的。由于气泡的εr 最小（≈1），其电气强度又比液体介质低 得多，所以气泡先发生电离。气泡电离后温度上升、体积膨胀 、密度减小，这促使电离近一步发展。电离产生的带电离子撞 击油分子，使它又分解出气体，导致气体通道扩大。如果许多 电离的气泡在电场中排列成气体小桥，击穿就可能在此通道中 发生。
五、固体电介质的击穿
1、击穿形式 (1) 电击穿 固体介质的电击穿是指仅仅由于电场的作用而直接使介质 破坏并丧失绝缘性能的现象。 固体介质中存在少量处于导电能级的电子（传导电子）， 它们在强电场作用下加速，并与晶格接点上的原子（或离子） 不断碰撞。当单位时间内传导电子从电场获得的能量大于碰撞 时失去的能量，则在电子的能量达到了能使晶格原子（或离子 ）发生电离的水平时，传导电子数将迅速增多，引起电子崩， 破坏了固体介质的晶格结构，使电导大增而导致击穿。
高电压技术
(2) 热击穿 热击穿是由于固体介质内热不稳定过程造成的。当固体介 质长期地承受电压的作用时，会因介质损耗而发热，与此同时 也向周围散热，如果周围环境温度低、散热条件好，发热与散 热将在一定条件下达到平衡这时固体介质处于热稳定状态介质 温度不会不断上升而的导致绝缘的破坏。但是如果发热大于散 热，介质温度将不断上升，导致介质分解、熔化、碳化或烧焦 ，从而发生热击穿。
高电压技术
流过介质的电流i由三个分量组成：
i ic ia i g
高电压技术
3、吸收现象 固体电介质在直流电压作用下，观察到电路 中的电流从大到小随时间衰减,，最终稳定于某一 数值，称为“吸收现象”。 介质干燥和嘲湿程度不同，吸收现象不一 样，据此可判断绝缘性能的好坏。 4、固体电介质的体积绝缘电阻和表面绝缘电阻 表面泄漏电流的影响
高电压技术
(4) 电压作用的累积效应 固体介质在不均匀电场中以及在幅值不是很高的过电压 、特别是雷电冲击电压下，介质内部可能出现局部损伤，并 留下局部碳化、烧焦或裂缝等痕迹。多次加电压时，局部损 伤会逐步发展，这称为累积效应。它会导致固体介质击穿电 压的下降。 (5) 受潮 对不易吸潮的材料，如聚乙烯、聚四氟乙烯、等中性介质 ，受潮后击穿电压仅下降一半左右；但因为电导率和介质损耗 大大增加的缘故，容易吸潮的极性介质，如棉纱、纸等纤维材 料，吸潮后的击穿电压可能仅为干燥时的百分之几或更低。
高电压技术
3、影响tgδ的因素 （1）温度的影响
高电压技术
（2）频率的影响
高电压技术
（3）电压的影响
在电场强度不很高时，tgδ不变；
在电场强度较高时， tgδ随电场强度升高而迅 速增大。
较高电压下 测量tgδ可发现介质的气泡、分 层和裂痕等缺陷。
高电压技术
描写电介质电性能的四个物理量与对应的四 个物理现象
C0
0A
d
Q=CU
εA C = d
高电压技术
A
Q Q0 CU C 0U C C0
d r A 0 0
d
εr ——相对介电系数
表征电介质在电场作用 下的极化程度。表2——1 Qo=CoU
C0
Qo=CoU
εA C = d
0A
d
高电压技术
2、极化的基本形式 (1) 电子式极化
高电压技术
第二章
液体和固体电介质的 绝缘特性
高电压技术
第二章 液体和固体电介质的绝缘特性
第一节 电介质的极化 第二节 电介质的电导 第三节 电介质的损耗 第四节 液体电介质的击穿特性 第五节 固体电介质的击穿特性 第六节 电介质的老化
高电压技术
一、电介质的极化
1、定义 ： 电介质中的带电质点在电 Nhomakorabea作用下沿电场 方向作有限位移。 相同情况下不同介质极化的程度不同 Qo=CoU
b 、极化过程有能量损耗。 c、温度对极化影响很大，温度很高和很低时， 极化均减弱。
高电压技术
(4) 夹层式极化 其特点 在两层电介质的 界面上发生电荷的 移动和积累，极化 过程缓慢，并有损 耗。
交界面积聚的异号电荷不等，在交界处显示出极性。
高电压技术
(4) 夹层式极化
P36举例， 初始状态时与稳态时 的电压分配不同，过度过 程就是极化过程。 交界面积聚的异号电荷 不等，在交界处显示出极性。 极化使等值电容变大。
工程意义，P36底3点。
高电压技术
二、电介质的电导
1、定义 介质在电场作用下，使其内部联系较弱 的带电粒子作有规律的运动形成电流， 即泄漏电流。这种物理现象称为电导。 表征电导过程强弱程度的物理量为电导率 γ，或它的倒数电阻率ρo表2—1
高电压技术
2、 介质中的电流
(1) 电容电流ic 在加压初瞬间介质中的电 子式极化和离子式极化过程 所引起的电流，无损耗，存 在时间极短。 (2) 吸收电流ia 有损极化所对应的电流， 即夹层极化和偶极子极化时 的电流，它随时间而衰减。 (3) 泄漏电流ig 绝缘介质中少量离子定向移动所形成的电导电流，它 不随时间而变化。
高电压技术
2、影响液体电介质击穿电压的因素 （1）自身品质因素：杂质的多少 （含水量、纤维量、气量）