2 液体、固体电介质的绝缘特性

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1、高电压技术第1篇电介质的电气特性2液体、固体电介质的绝缘特性李化leehua@mail.hust.edu.cn2液体、固体电介质的绝缘特性课程回顾-1.9沿面放电沿面放电电压低的原因固体介质与电极接触不良、存在小间隙沿面电位分布不均（水膜）固体介质表面具有一定的粗糙度污闪过程积污、受潮、干区形成、局部电弧的出现和发展等阶段提高闪络电压途径：均匀电场、增大爬电距离、抑制放电发生和发展一、屏障二、屏蔽三、提高表面憎水性四、消除绝缘体与电极接触面的缝隙五、改变绝缘体表面局部区域的电阻率六、强制固体介质表面的电位分布2液体、固体电介质的绝缘特性

2、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、硅橡胶液体兼做灭弧或冷却；固体兼做支撑2液体、固体电介质的绝缘特性特点1.电气强度高2.电气强度不受大气条件变化影响3.固体绝缘不可自恢复4.会逐渐老化42液体、固体电介质的绝缘特性2.1电介质的极化、电导与损耗2.2液体电介质的击穿2.3固体电介质的击穿2.4组合绝缘的电气强度2.5电介质的老化52液体、固体电介质的绝缘特性2.1.1电介质的极化电介质的极性和分类偶极子——大小相等，符号相反，彼此相

3、距为d的两电荷（＋q，－q）所组成的系统。d+q-q偶极子的极性，大小和方向常用偶极矩来表示。偶极矩的方向由负电荷指向正电荷，其大小为每个电荷的电量乘以正、负电荷间的距离。2液体、固体电介质的绝缘特性2.1.1电介质的极化电介质的极性和分类根据原子结合成分子方式的不同，电介质的化学键可以分成离子键和共价键。正、负离子之间形成很大的键矩离子键（强极性键）强极性分子化共同电子对的电子云对称学原子电负分布在两个原子核中间非极性键非极性分子键性相同一个极性极性分子共价键键组成原子电负极性键结构对称非极性分子性不同多个极性键组成结构不对称极性分子2液体、固体

4、电介质的绝缘特性2.1.1电介质的极化电介质的极性和分类极性分子（正、负电荷作用中心永不重合）→极性电介质：环氧树脂、蓖麻油、三氯联苯非极性分子（正、负电荷作用中心重合）→非极性电介质：聚四氟乙烯、氮气2液体、固体电介质的绝缘特性2.1.1电介质的极化一、极化的概念①电介质的极化——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。实验显示，加同样大小直流电压U极板中为真空时：极板上电荷量为Q；0极板中为固体介质时：极板上电荷量增加了，为Q+Q’0问题:为什么极板中加入固体或液体介质时，电荷量会增

5、加？2液体、固体电介质的绝缘特性2.1.1电介质的极化一、极化的概念电介质的极化导致了极板上电荷量的增加固体电介固体中原来彼此中和的正质加电场负电荷按电场方向运动同量的负电荷在正电荷靠近极板上吸引出同负极板量的正电荷负电荷靠近同量的正电荷在正极板极板上吸引出同量的负电荷增加了极板上的电荷量2液体、固体电介质的绝缘特性2.1.1电介质的极化一、极化的概念极间为真空时极板的电容：QA00C0Ud极间为固体介质时,电容量将增大为：'QQ0ACUdQ’是由电介质极化引起的ε——介质的介电常数束缚电荷ε0——真空的介电常数A——极板面积d—

6、—极间距离2液体、固体电介质的绝缘特性2.1.1电介质的极化一、极化的概念②相对介电常数εrε是表示电介质在电场作用下极化程度的物理量。rCQQ0rCQ000介电常数越大，表明介质越容易极化气体密度低，气体的极化率很小，一切气体的相对介电常数都接近1，液体和固体多在2～6之间。一般不希望其相对介电常数过大，因为高ε的材料往往电导率较高，导致损耗r也较大。采用低ε的电介质作为绝缘材料时电容量小，可以降低电缆等高电容r量设备的充电电流，还可以提高套管等设备的沿面放电电压。2液体、固体电介质的绝缘特性2.1电介质的极化、电导与损耗2.1

7、.1电介质的极化2.1.2电介质的电导2.1.3电介质的损耗2液体、固体电介质的绝缘特性2.1.1电介质的极化二、极化的基本形式⑴电子式极化⑵离子式极化⑶偶极子极化⑷夹层极化(5)空间电荷极化2液体、固体电介质的绝缘特性课程回顾-2电介质的极化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2

8、液体、固体电介质的绝缘特性2.1.1电介质的极化二、极化的基本形式⑴电子式极化⑵离子式极化⑶偶