液体和固体电介质的电气性能

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1、高电压绝缘技术第六章：液体和固体电介质的电气性能第一节：液体固体电介质的极化电导损耗1.1极化极化概念：在外施电压下介质中原来彼此中和的正负电荷产生了相对位移，形成电矩，使介质表面出现了束缚电荷。现象：电容增大表征参数：相对介电常数第一节：液体固体电介质的极化电导损耗1.1极化种类(a)无外电场E=0-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+(b)有外电场+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-E+-电子位移极化离子位移极化转向极化1电子位移极化：所有物质；电子与原子核相对位移；时间极短，与频率无关；无能量损耗；温度升高

2、时略微下降；2离子位移极化：离子式无机物；正负离子相对位移；时间极短，与频率无关；微弱能量损耗；温度升高时略微升高3偶极子转向极化：极性共价化和物；分子转向；时间较长，频率增大时减小；有较大能量损耗；温度升高时先增大后减小4夹层极化：多层介质；夹层界面聚集电荷；时间很长，仅在低频率下存在；有较大能量损耗；5空间电荷极化：含有自由离子的介质；离子向电极集结；时间很长，仅在低频率下存在；有较大能量损耗；第一节：液体固体电介质的极化电导损耗1.1极化种类第一节：液体固体电介质的极化电导损耗1.1讨论极化的意义1选材：电容器－介电常数较大－增

3、大电容值；电缆－介电常数较小－减小电容电流；套管－介电常数较小－提高沿面闪络电压2控制电场分布：交流及冲击电压下，串连介质中的电场强度与介电常数成反比3控制介质发热：转向极化等有较大能量损耗＝》介质发热＝》老化劣化和热击穿4绝缘检测：夹层极化电荷积累时间很长＝》时间取决于电导＝》介质受潮后往往电导增大＝》时间缩短第一节：液体固体电介质的极化电导损耗1.2电介质电导施加直流电压于固体介质时的泄漏电流：1瞬时充电电流Ic：冲击性质2吸收电流Ia：渐减性质：夹层极化电荷与空间极化电荷的来源3泄漏电流Ig：恒定值；由介质电导决定Ia第一节：液

4、体固体电介质的极化电导损耗1.2讨论电导的意义1控制电场分布：直流电压下，串连介质中的电场强度与电导率成反比；套管法兰附近上半导体釉；发电机线棒出槽部位上半导体涂层2绝缘检测：介质受潮后往往电导增大，泄漏电流增大第一节：液体固体电介质的极化电导损耗1.3介质损耗Jg：真空和无损极化引起的电流密度Jlk：漏导引起的电流密度Jp：有损极化引起的电流密度第一节：液体固体电介质的极化电导损耗1.3介质损耗单位体积介质中的损耗功率：含有均匀介质的平板电容器总损耗功率：表征参数：第一节：液体固体电介质的极化电导损耗1.3介质损耗与温度、频率的关系

5、t＜t1时：电导和极化损耗都很小，随着温度的升高，极化损耗显著增加t1＜t＜t2:由于分子热运动加快，妨碍极性分子的转向极化，极化损耗的减小比电导损耗的增加更快t＞t2时：电导损耗占主要部分非极性或弱极性电介质损耗很小，损耗主要由电导决定第一节：液体固体电介质的极化电导损耗1.3讨论介质损耗的意义1绝缘结构设计：介损过大=>发热=>材料劣化与热击穿＝》散热2绝缘检测：介质受潮后往往电导增大，介损增大第二节：液体电介质的击穿2.1液体击穿理论1电击穿：阴极发射电子－电子撞击液体分子发生电离－正离子形成空间电荷层，加强阴极表面电场－电流剧

6、增，击穿2气泡击穿：产生气体（1）电子撞击液体分子发生分解，2）阴极发射电子电流加热分解液体，3）尖电极电晕液体汽化，4）原有气泡带电后体积变大）＝》气泡电离＝》气泡温度升高，电离发展＝》产生更多气体＝》气泡堆积形成气体“小桥”＝》沿“小桥”击穿3工程液体的“小桥”击穿：杂质（多数介电常数较大）极化，并沿电场方向排列＝》沿杂质通道泄漏电流增大，使水分汽化、液体分解＝》气泡电离、膨胀，形成“小桥”＝》沿“小桥”击穿第二节：液体电介质的击穿2.2影响液体击穿电压的因素1杂质：处于悬浮状态的气体、水分和固体颗粒；电场越均匀影响越大，击穿电压

7、分散性也越大；不均匀电场中局部放电扰动液体，不易形成“小桥”；对冲击击穿电压影响不大。2温度：冰－溶解－汽化＝击穿电压“N”形变化3电压作用时间：杂质与小桥的形成时间电场均匀程度压力第三节：固体电介质的击穿3.1固体击穿理论1电击穿：少量传导电子－电子撞击原子发生电离－当电子崩发展到一定程度时－击穿。特点：时间短，电压高，温度低，击穿场强与电场均匀程度密切相关，与环境无关。2热击穿：介损发热＝》温度升高＝》电导增大＝》发热增大＝》介质分解炭化。特点：与各种使热量聚集的因素有关3电化学击穿：局部放电引起劣化击穿。（很多有机材料虽然短时击

8、穿电压很高，但耐局部放电性能很差。）第三节：固体电介质的击穿3.1固体击穿理论概念：在电场的长时间作用下逐渐使介质的物理、化学性能发生不可逆的劣化，最终导致击穿，这过程称电老化电老化的类型：电离性老化、电导性老化和电解性