高电压技术讲义第二章

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1、第二章液体和固体电介质的绝缘强度在弱电场中描述电介质性能用介电常数、电导和介质损耗角正切值三个参数，与之对应的是电介质极化、电导和介质损耗三种物理现象。长春工程学院刘望来§2.1电介质的极化、电导、损耗第一部分：极化一、问题提出在密闭容器中加入两平板电极，容器抽真空。在电极上加上外加电压进行充电。静止后电量为Q0，Q0=C0U=ε0A/d。长春工程学院刘望来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’=εA/d。问Q’这些电量是如何来的呢？用相对介电常数来描述εγ=Q/Q0=（Q

2、0+Q’）/Q0-+-+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。长春工程学院刘望来二、极化的形式1、电子式极化特点：1）速度快10-14—10-15S；2）弹性的；3）不消耗能量。长春工程学院刘望来其特点是：1）速度较快，10-12—10-13S；2）弹性的；3）不消耗能量。2、离子式极化长春工程学院刘望来3、偶极子极化：特点：1）速度较慢，10-2—10-6S；2）非弹性的；3）消耗能量。长春工程学院刘望来4、夹层极化：特点：1）速度慢：几十分之一秒到几分钟；2）非弹性的；3）消耗能量。长春工程学院刘望来极化可以

3、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。3、利用夹层极化可以判断绝缘受潮的情况。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电常数成反比。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；问题：用两种介电常数的绝缘纸分别缠电缆芯线，是先缠介电常数大的呢，还是先缠介电常数小的呢？长春工程学院刘望来常用电介质的介电常数材料类别名称εγ气体介质（标准大气压条件下）中性极性空气/氮气二氧化硫1.00058/1.000601.00

4、9液体介质弱极性极性强极性变压器油/硅有机液蓖麻油/氯化联苯丙酮/酒精/水2.2/2.2-2.84.5/4.6-5.222/33/81固体介质极性离子性纤维素/胶木/聚氯乙烯云母/电瓷6.5/4.5/3.0-3.55-7/5.5-6.5长春工程学院刘望来第二部分：电导电导：任何电介质都有一定的导电性。一、试验电路金属电导是电子电导、电介质电导是离子电导。电介质的电导极小，其电阻率高达109—1022Ω·cm，而金属的电阻率仅为10-6—10-2Ω·cm长春工程学院刘望来二、等效电路2、由慢速有损极化形成的电流i2称为吸收电流。由于是

5、由极化形成的，可以等值出电容C2，又有损耗，可以等值出电阻r2。3、电介质中的起始带电粒子在电场的作用下定向运动形成电流i3，称为泄漏电流。因为是纯阻性的，可以等值出电阻r3。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i1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C1来等值。长春工程学院刘望来三、绝缘电阻与吸收现象在电压作用下流过电介质的电流随加压时间的延长逐渐稳定在泄漏电流上，这种电流随时间逐渐衰减的现象称为吸收现象。与这个稳定电流相对应的电阻值称为设备的绝缘电阻。由于吸收现象的存在，在对电介质进行

6、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。长春工程学院刘望来四、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。固体电介质的电导分体积电导和表面电导两部分。长春工程学院刘望来五、研究电导的意义：1）在高压设备绝缘预防性试验中，测量电介质的电导和吸收比可以判断绝缘是

7、否受潮。2）多层介质在直流电压作用下的稳态电压分布与各层介质的电导成反比。在设计用于直流的设备时，要注意所用介质的电导率，尽量使材料得到合理的使用。3）设计绝缘时，要考虑到绝缘的使用条件，特别是湿度的影响。如有些胶纸外壳的高压设备，在潮湿天气时，由于受潮引起表面电导太大，无法在额定电压下使用。4）并不是所有情况下都希望绝缘电阻高，有些情况下要设法减小绝缘电阻。长春工程学院刘望来第三部分、电介质的损耗电介质损耗包括极化损耗和电导损耗。在直流电压的作用下，由于电介质中没有周期性的极化过程，当外施电压低于发生局部放电的电压时，介质中的损耗

8、仅由电导所引起。在交流电压作用下：长春工程学院刘望来用有功功率P来表示介质损耗是不方便的，因为P值与实验电压、试品尺寸等因素有关，不同试品间难以互相比较，而对一定结构的试品，在外界电压一定的情况下，介质损耗仅决定于tgδ，而如同介电常