电介质的电气强度22页PPT

2.91～3.45 (3.20～3.80)
3.10 （3.57）
3.10 （3.41）
注： 括号内的数据为以系统额定电压为基准的爬电比距值。
六、污闪事故的对策
随着环境污染的加重、电力系统规模的不断扩大以及对供电可靠性的 要求越来越 高，防止电力系统中发生污闪事故已成为十分重要的课题。在 现代电力系统中实际采 ●最容影易响发污生闪污电闪压的的气因用象素条的件防是雾污、闪露措、融施雪主和毛要毛有雨以下几项：
1.60 （1.84）
1.60 （1.76）
1.74～2.17
1.82～2.27
（2.00～2.50） （2.00～2.50）
2.00 （2.30）
2.00 （2.20）
2.17～2.78
2.27～2.91
（2.50～3.20） （2.50～3.20）
2.50 （2.88）
2.50 （2.75）
2.78～3.30 （3.20～3.80）
普 通 高 等 教 育 “十 二 五” 国 家 规 划 教 材
●●●定使调期用整或涂爬不料距定（期增的清大扫泄漏距离） 电（爬随●各爬爬所在在注污随 第电在所●爬由1电着污电电以污：秽着介污以电于气 影 现 一 影）比 环 秽 比 比 在 层 的 环质 层 在 比 污响代括响工污篇距境等距距工表导境 的表工距闪污电号污秽程（污级（（程面电污 电面程（是闪力内闪的c染所cc中电率染 气电中c局及电系的电mmmm性的要常导越的 强导常部压统数压////其质kkkk加求将率高加 度率将电VVVV的中据的和自））））重的污一和重 一污弧因实为因污动、爬层定介、 定层不素际以素染电电表时质电时表断化采系程力比面，表力 ，面拉用统专度系距电泄面系 泄电长的额业统值导漏沉统 漏导的防定规率距积规 距率过系污电模作离的模 离作程闪压列的为越污的 越为，措为教不监长秽不 长监因施基材断测，量断 ，测此主准扩绝表越扩 表绝电要的大缘面多大 面缘压有爬以子电，以 电子作以电及脏阻则及 阻脏用下比对污的闪对 的污时几距供供项值严阻阻严电电：。重值值重可可程越越程靠靠度大大度性性的，，的的的一绝绝一要个缘要 缘个求特子求 子特越征的越 的征来参泄来 泄参越数漏越 漏数高。距高 距。，离， 离防是防 是止影止 影电响电 响力污力 污系闪系 闪统电统 电中压中 压发的发 的生重生 重污要污 要闪因闪 因事素事 素故。故 。已已成成为为十十分分重重要要的的课课题题。。

SVC的电抗可从电容性到电感性 按需要调节，从而使SVC安装点的电 压保持在一定的范围内。
我国电网分布
3. 高电压、高场强下的特殊问题 （ 1） （ 2） （ 3） （ 4） 绝缘问题 ：绝缘材料、绝缘结构、电压形式 高电压试验问题 过电压防护问题 电磁环境问题：电磁兼容、生态效应
4. 高电压下的特殊现象及其应用 （1） 静电技术及其应用 （2） 液电技术及其应用 （3） 线爆技术及其应用 （4） 脉冲功率技术及其应用
1000kV特高压输电示范工程
（3 ） 直流输电、紧凑型输电及灵活交流输电技术 从输电的角度说，直流输电几乎没有距离的限制，也可以用 直流电缆在水下、地下输电，因此在远距离输电上很有前景。 但也存在一些难题：换流站设备昂贵、直流断路器的性能不 满意、直流绝缘子耐污性能差等。 紧凑型输电线路的特点是取消常规线路杆塔的相间接 地构架而将三相线路置于同一塔窗中，使导线相间距离显 著减小。 因此，与常规线路相比，紧凑型输电线路的电感减小， 电容增大，即线路的波阻抗减小，从而增大了输电线路的 自然功率，也就是说可以有效地提高线路的输送能力。紧 凑型输电的另一个显著优点是线路走廊减小，因而占地减 少。
部分与电力有关的网站： 1.中国国家电力信息网 : 2.国际电工委员会(International Electrotechnical Commission ) :www.iec.ch 3.电气电子工程师协会: 4.电力论坛: 5.电力网: 6.美国电力公司: 8.ABB评论:/abbreview
▲研究意义：将电能大容量、远距离、低损耗地输送，
提高电力系统运行的经济效益，防止过电压，提高耐压水平， 保持电网运行的安全可靠性。
二. 研究内容
1. 提高绝缘能力 电介质理论研究—介质特性 放电过程研究—放电机理 高电压试验技术—高压产生、测量

第二节 电子崩
◆非自持放电和自持放电的不同特点
电流随外施电压的提 高而增大，因为带电 粒子向电极运动的速 度加快复合率减小
电流饱和，带电粒 子全部进入电极， 电流仅取决于外界 电离因子的强弱 （良好的绝缘状态）
由于电子碰 撞电离引起 的电流增大
电流急剧上升 放电过程进入 了一个新的阶 段（击穿）
自持放电 起始电压
n
图1-5 均匀电场中的电子崩计算
x
n n0e0 dx
n n ex 0
n n0ed
n n n0 n0 (ed 1)
◆影响碰撞电离的因素
1
平均碰撞次数为1/λ （λ：电子平均自由行
程）
碰撞引起电离的概率 碰 撞电离的条件 x Ui / E
T
p
ApeBp E
普 通 高 等 教 育 “十 二 五” 国 家 规 划 教 材 电 气 工 程 及 其 自动化专业系列教材
高电压技术
第 一 篇 电介质的电气强度
绪论
● 高电压技术主要研讨高电压(强电场)下的各种电气物理问题。 ● 高电压技术的发展始终与大功率远距离输电的需求密切相关。 ● 对于电力类专业的学生来说，学习本课程的主要目的是学会正确处理电力系统中过电压与绝 缘这一对矛盾。 ● 为了说明电力系统与高电压技术的密切关系， 以高压架空输电线路的设计为例，在图 0-1中 列出了种种与高电压技术直接相关的工程问题。
谢 谢！
广东水利电力职业技术学院 电力工程系—供用电技术专业
● 除了电力工业、电工制造业外，高电压技术 目前还广泛应用于大功率脉冲技术、激光 技术、核物理、等离子体物理、生态与环 境保护、生物学、医学、高压静电工业应 用等领域。
第一篇 电 介质的电气强度

已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
高电压之电介质的电气强度
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯

液体介质的相对介电常数
2.极性液体介质 (1)介电常数与温度的关系
低温时，分子间的黏附力 强，转向较难，转向极化
对 的贡献较小；
温度升高，分子间的黏附
力减弱，转向极化对 的 贡献较大， 随之增大；
温度进一步升高，分子热 运动加强，对极性分子定 向排列的干扰也随之增强， 阻碍转向极化的完成， 反而减小。
+
-
+
-
++
-
+
-
QQ0
真空
c0
Q0 U
0S
d
cQQ0 QS
U
Q0
d
+-
-+
++-
+-
+-
++-
-
+-
QQ0Q
插入电介质后
介电常数的物理意义
相对介电常数
r0Q 0Q 0 QC C 0
以该物质为介质的电容器的电容与以真空中为介质的同样 大小电容器电容量的比值，称为相对介电常数，简称介电 系数。它表征电介质在电场的作用下极化程度的物理量。
➢ 介质损耗的根本概念 ➢ 气体介质中的损耗 ➢ 液体和固体介质中的损耗
介质损耗的根本概念
电场的交变速度远低于极化建立速度时，介电常 数可视为一实数，接近于静态介电常数。
电场的交变速度与极化建立速度相近时，极化就
跟不上电场的变化，电通量密度 D 就滞后于电场
强度 一E个相位角 。
介质损耗的根本概念
电容性电流密度，超前场强90°
介质损耗的根本概念
r
气体介质的相对介电常数
气体物质分子 距离相对很大， 即气体密度很小

●负离子的形成: 中性分子或原子与电子相结合，形
成负离子（附着） 附着过程中放出能量（亲合能Ｅ）－ 电负性气体 Ｅ大 , 易形成负离子－强电负性气体，如SF6 负离子的形成使自由电子数减少，对气体放电的发展 起抑制作用
带电粒子的消失（去电离、消电离） 1. 中和－在电场作用下作定向运动，消失于电极 而形成外电路中的电流 2. 扩散－因扩散而逸出气体放电空间 3. 复合－带有异号电荷的粒子相遇，发生电荷的传递、 中和而还原为中性粒子的过程
●碰撞电离：气体介质中粒子相撞，撞击粒子传给被
撞粒子能量，使其电离
是气体中产生带电粒子的 最重要的形式
动能、位能
条件：⑴
撞击粒子的总能量＞被撞粒子的电离能
⑵ 一定的相互作用的时间和条件 通过复杂的电磁力的相互作用达到两粒子间能量转换 主要的碰撞电离由电子完成 电子引起碰撞电离的条件：
Wi qEx ≥ Wi x ≥ xi qE
1. 赵智大：高电压技术，中国电力出版社，1999/2006
2. 文远芳：高电压技术，华中科技大学出版社, 2001
3. 林福昌：高电压工程，中国电力出版社，2006/2011
4. 梁曦东等：高电压工程，清华大学出版社，2003
参考文献：
1. 朱德恒，严璋：高电压绝缘，清华大学出版社，1992 2. 刘丙尧：电气设备绝缘试验，水利电力出版社，1993
高电压技术 High Voltage Technology
绪论（INTRODUCTION）
高电压技术：
电力系统中涉及的绝缘、过电压、电气设备试验等问题的技术。 如： ▲雷击变电所、发电厂的过电压及防护 ▲绝缘材料的研制 ▲合闸、分闸、空载运行以及短路引起的过电压 ▲电气设备的耐压试验

阴极表面游离 ( 过程)
正离子
α
γ
——碰撞电离（游离）系数。
场强E越大，其值越大；气压（气密）很大或很小时，其值 比较小。 ——正离子表面电离（游离）系数。
与阴极材料、气体种类、阴极表面光洁度等有关。
二、低气压下均匀场自持放电的汤逊理论
（一）电子崩发展到阳极后的新游离
正离子撞击阴极板表面所产生的游离。 是维持自持放电的必要条件。
作用：既促进又阻碍放电的进行 电子复合和离子复合： 都以光子的形式放出多余的能量。 一定条件下会导致其他气体分子产生光游离，使气体放电 阶跃式发展。
2、扩散
带电质点从浓度较大区域转移到浓度较小 区域的现象。
作用：阻碍放电发生
3、进入电极
在外电场作用下，气隙中的正、负电荷 分别向两电极定向移动的现象。
若气隙上的电压达到其临界击穿电压，则由于正离子的动能大， 撞击阴极表面时就能使其逸出自由电子，此时即使取消外界游 离因素，仅靠外施电压就能维持阴极表面不断游离出新电子， 弥补初始电子崩的电子，产生新的电子崩，使放电继续进行下 去。这种放电称为自持放电，U0称为起始放电电压。
自持放电条件：
(e
d
汤逊理论适用于pd<26.66kPa· cm的情况。
三、高气压下均匀场自持放电的流注理论
以自然界的雷电为例，它发生在两块雷云之间或雷云与 大地之间，这时不存在金属阴极，因而与阴极上的γ过 程和二次电子发射根本无关。 气体放电流注理论以实验为基础，考虑了高气压、长气 隙情况下不容忽视的若干因素对气体放电的影响，主要 有以下方面： 空间电荷对原有电场的影响 空间光游离的作用
第一章 气体放电的基本物理过程
第一节 带电粒子的产生和消失

根据碰撞电离系数α的定义，即可写出：

1

e

xi


1

e

Ui E
1.1.3
电子崩与汤逊理论
电子的平均自由行程长度λ与气温T成正比、与气压p成反比，即
当气温T不变时，碰撞电离系数α即可改写为：
式中A、B是两个与气体种类有关的常数。
1.1.3
电子崩与汤逊理论
可以看出： ①电场强度E 增大时，α急剧增大；
第一篇 电介质的电气强度
点击此处，写上您公司的名称
第一篇 电介质的电气强度
电介质在电气设备中是作为绝缘材料使用，按其物质形态可分为：
• 气体介质 • 液体介质 • 固体介质
第一篇 电介质的电气强度
电气设备中
外绝缘
通常由气体介质（空气）和固体介质（绝缘子）联合组成。 内绝缘 通常由固体介质和液体介质联合组成。
电子崩与汤逊理论
当放电达到某种平衡状态时，每秒钟从阴极上逸出的c（eαd-1），因此
nc=n0+ γ nc（eαd-1） γ 表示一个正离子撞击阴极表面时产生出来的二次自由电子数； α 碰撞电离系数。
1.1.1
带电质点的产生
电子与离子的迁移率相比较： • 电子的平均自由行程长度比离子大得多
• 电子的质量比离子小得多
因此，电子更易加速，其迁移率远大于离子。
1.1.1
扩散
带电质点的产生
热运动中，粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小的区域，从而
使分布均匀化，这种过程称为扩散。 气压越低
温度越高
｝
Wi：气体的电离能，eV。
外界高能辐射线 光子来源
｝
气体放电本身
1.1.1

和陡度。 电晕放电在静电除尘、静电喷涂、臭
氧发生器等方面有广泛的应用。
第43页/晕放电时，空间电荷对放电的
影响已得到关注。由于高场强电极极性 的不同，空间电荷的极性也不同，对放 电发展的影响也就不同，这就造成了不 同极性的高场强电极的电晕起始电压的 不同，以及间隙击穿电压的不同，称为 极性效应。
第37页/共149页
• 均匀电场是一种少有的特例，在实际电 力设施中常见的却是不均匀电场。
• 为了描述各种结构的电场不均匀程度， 可引入一个电场不均匀系数f，表示为：
f Emax Ev
• f<2时为稍不均匀电场, f>4属不均匀电场。
第38页/共149页
一、电晕放电 在极不均匀场中，当电压升高到一
第17页/共149页
（1）在I-U曲线的OA段： 气隙电流随外施电压的提高而增大，
这是因为带电质点向电极运动的速度加 快导致复合率减小。当电压接近 时，U A 电流趋于饱和，因为此时由外电离因素 产生的带电质点全部进入电极，所以电 流值仅取决于外电离因素的强弱而与电 压无关
第18页/共149页
（2）在I-U曲线的B、C点： 电压升高至 UB 时，电流又开始增
第5页/共149页
第一节 带电粒子的产生和消失
一、带电粒子在气体中的运动 1.自由行程长度
某粒子在单位行程中的碰撞次数Z的 倒数λ称为该粒子的平均自由行程长度。
2.带电粒子的迁移率 v:粒子沿着电场方向 漂移的速度。 E: 电场强度。
k v E
第6页/共149页
3.扩散 在热运动的过程中，粒子会从浓度较大
U0
B( pd)
ln
A( pd)
ln(1
1
)
第30页/共149页

06 电介质的电气强度研究展 望
提高电介质的电气强度的方法研究
1
深入研究电介质微观结构和介电性能的关系，探 索提高电介质电气强度的物理机制。
2
开发新型的电介质材料和制备技术，以实现电介 质电气强度的提升。
3
结合现代计算模拟方法，对电介质材料进行优化 设计，提高其电气强度。
新材料的探索与应用
01
实验设备
高压电源
用于提供实验所需的直 流或交流高电压。
电介质样品
不同类型和规格的电介 质材料。
绝缘支架
用于支撑电介质样品， 确保实验安全。
测量仪器
用于测量电介质在高压 下的电气性能参数，如 电流、电压、电容等。
实验步骤
1. 准备电介质样品，确 保样品清洁干燥，无杂
质和气泡。
01
3. 将高压电源连接到电 介质样品上，并逐渐增 加电压，观察电介质的
使得电介质中的带电粒子更容易发生碰撞和迁移。
在实际应用中，需要特别注意高温环境下的电气强度，以避免
03
因温度过高而导致的击穿或短路。
频率对电气强度的影响
随着频率的增加，电介质的电气强度会逐渐降 低。
在实际应用中，需要根据工作频率选择合适的电介质 材料。
频率对电气强度的影响主要体现在高频电场下 。
这是因为高频电场下，电介质中的带电粒子更容 易发生极化响应和迁移，从而降低了电气强度。
和转换。
传感器
利用电介质的电性能变化，制 造各种传感器，用于监测压力
、温度、湿度等物理量。
新能源领域
在太阳能电池、燃料电池等新 能源领域中，电介质起到关键
作用，如隔膜、电极等。
02 电介质的电气强度概述
电气强度的定义