高电压技术第二章液体固体介质的绝缘

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1、第二章液体、固体介质的绝缘强度液体和固体介质广泛用作电气设备的内绝缘，常用的液体和固体介质为：液体介质：变压器油、电容器油、电缆油固体介质：绝缘纸、纸板、云母、塑料、电瓷、玻璃、硅橡胶电介质的电气特性表现在电场作用下的导电性能介电性能电气强度2.1电介质的极化、电导和损耗一、介质的极化和相对介电常数电介质的极化:正常情况下，任何电介质都是呈中性的。但在电场作用下，其电荷质点就会沿电场方向产生有限的位移，这种现象称为电介质的极化。介电常数来表示极化强弱。平行平板电容器在真空中的电容为当极板间插入固体介质后，电容为式中A－极板面积，cm2;d－极间距离，cm；ε－介质的介电常数ε0

2、－真空的介电常数，ε0=8.86×10-14F/cm定义为介质相对介电常数。气体εr接近于1，液体和固体大多在2～6之间1）电子式位移极化任何介质都是由原子组成，原子为带正电荷的原子核和带负电荷的外层电子组成，其电荷量相等，且正负电荷作用中心重合，对外不显电性。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。二、极化的形式2）离子式位移极化固体有机化合物多属离子式结构，如云母、陶瓷、玻璃等材料。在无外电场时，正、负离子对称排列，各离子对的偶极矩互相抵消，故平均偶极矩为零。在外电场作用下，正、负离子将发生相反方向

3、的偏移，使平均偶极矩不再为零，而形成电矩，对外呈现出电性。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，分子本身就是一个永久性的偶极矩。极性介质：由永久性偶极子构成的介质叫极性介质。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。在外电场的作用下，原来混乱分布的极性分子沿电场方向作定向排列，因而呈现出极性。无外电场时有外电场时4）夹层极化在高压设备中，常应用多种介质绝缘，如电缆、电容器、电机和变压器绕组等，两层介质中常夹有油层、胶层等，这时在介质的分界面上产生“夹层极化”现象。夹层

4、介质界面极化合闸瞬间：到达稳定：介质不均匀→电压重新分配放电时间：由于G很小，所以极化速度非常缓慢。电子式极化离子式极化偶极子极化夹层极化无损极化有损极化电介质的极化任何电介质都不是理想的绝缘体，在它们内部总有一些联系较弱的带电质点存在。在外电场作用下，这些带电质点作定向运动，形成电流。因而任何电介质都具有电导。2.1.2电介质的电导（1）泄漏电流和绝缘电阻在电介质上加上直流电压，初始瞬时由于各种极化的存在，流过介质的电流很大，之后随时间而变化。经过一定时间后，极化过程结束，流过介质的电流趋于一定值I，这一稳定电流以称为泄漏电流，与之相应的电阻称为电介质的绝缘电阻。这个电阻值包

5、括了绝缘介质的体积绝缘电阻和表面绝缘电阻。电介质的泄漏电流和绝缘电阻ic-充电电流：为无损极化对应的纯电容电流ia-吸收电流：为有损极化对应的电流(主要为夹层极化)ig-泄漏电流：为电介质中的离子或电子移动形成的电流，不随时间变化绝缘电阻：(一)电介质的损耗及介质损失角正切介质在电压作用下有能量损耗。一种是电导引起的损耗；另一种是由有损极化引起的损耗。在直流电压下，由于无周期性极化过程，因此，当外施电压低于发生局部放电电压时，介质损耗中仍由电导引起，此时用绝缘电阻就足以表达，而在交流电压下，除了电导损耗外，还由于存在周期性极化引起的损耗，所以，定义为：在交流电压下，介质的有功功

6、率损耗为介质损耗。2.1.3、电介质的能量损耗交流时：流过电介质的电流：电源提供的视在功率：介质损耗(有功损耗)对同类试品绝缘的优劣可用tgδ来代替P值，对绝缘进行判断tgδ取决于材料的特性，与材料尺寸无关：（二）有损介质的等值电路分析并联电路：串联电路：(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Ca、ra：反映吸收电流，表示有损极化R：反映电导损耗，该支路流过的电流为泄漏电流C0CaraR（2）.影响介质损耗的因素温度频率电压气体中的tanδ与电压的关系气体的

7、介质损耗气体中的电场强度达到放电起始电压U0时，气体中发生局部放电，这时损耗将急剧增大。极性液体介质与温度的关系液体的介质损耗损耗主要由电导引起，极性液体介质的损耗tgδ与温度的关系如图所示。在低温时，极化损耗和电导损耗都较小，液体的粘度，偶极子转向极化，电导损耗并在t＝t1时达到极大值；t在t1