《电介质的电气强度》PPT课件

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1、第一篇高电压绝缘及试验唐小波2010.9电介质是指通常条件下导电性能极差的物质，云母、变压器油等都是电介质。电介质中正负电荷束缚得很紧，内部可自由移动的电荷极少，因此导电性能差。电介质在电气设备中作为绝缘材料使用，按其物质形态，可分为：气体介质液体介质固体介质在电气设备中：外绝缘：一般由气体介质（空气）和固体介质（绝缘子）联合构成内绝缘：一般由固体介质和液体介质联合构成在电气作用下，电介质中出现的电气现象可分为两类：弱电场－电场强度比击穿场强小得多极化、电导、介质损耗等强电场－电场强度等于或大于放电起始场强或击穿场强放电、闪络、击穿等

2、高电压绝缘及试验电介质的基本电气特性气体放电的基本理论气体电介质的击穿特性固体电介质和液体电介质的击穿特性电气设备绝缘特性的测试电气设备绝缘的耐压试验及高电压测量第一章电介质的基本电气特性电介质的极化电介质的电导电介质的损耗电介质的击穿一、介质的极化构成电介质分子的分类（1）中性分子（原子）：分子（或原子）中正负电荷的作用重心是重合的，对外不显电性。（如固体无机化合物云母、陶瓷、玻璃等）（2）极性分子：分子中正、负电荷的作用重心不重合，而保持一定的距离，单个分子对外显电性，由于热运动的原因，各分子的排列杂乱无章，不同分子对外电性相互抵

3、消，故对外不显电性。（偶极分子）（如变压器油、松香、橡胶、胶木、聚氯乙烯、纤维素等）一、介质的极化电子位移极化离子位移极化转向极化空间电荷极化电子位移极化弹性的，不引起能量损耗；完成时间极短，约10-14～10-15s；单元粒子的电子位移极化与温度无关离子位移极化完成时间约10-12～10-13s；极微量的能量损耗；离子位移极化率随温度的升高略有增加+++---+-+++---+-E=0E离子式极化转向极化固有偶极矩：极性电介质中，即使没有外加电场，由于分子中正、负电荷的作用中心不重合，就单个分子而言，就已具有偶极矩。由于分子不规则热

4、运动，分子偶极矩的排列无序，不能体现合成电矩。转向极化：电场作用下，定向排列。伴有能量损耗；需要较长时间，约10-6～10-2s，甚至更长；外电场越强，极性分子的转向定向就越充分，转向极化就越强+-+-+-+-+--++-+-+-+-+--++-+-+-+-+-+-+-+-E=0E空间电荷极化极化机理电子位移极化离子位移极化转向极化空间电荷极化带电质点的弹性位移或转向带电质点的移动空间电荷极化设C1=1,C2=2,G1=2,G2=1,U=3注意：夹层界面上电荷的堆积是通过介质电导G来完成的。由于高压绝缘介质的电导通常都很小，所以极化过

5、程缓慢，几十分之一秒～几分钟。伴有能量损耗。这种极化只有在低频时才有意义空间电荷极化注意1当两层不同电介质串联构成的复合绝缘时，刚开始加压时，各层介质的极化程度不一样，各层电介质中极化产生的电荷量也不一样，于是分界面显示出电的极性来，称为夹层极化。极化结束后，电荷要重新分配，就在两层介质的交界面形成一定的吸收电流。这种过程非常缓慢，那么在去掉电压后介质内部的吸收电荷要释放出来也非常缓慢。因此对于使用过的大电容设备，应将两极短接，彻底放电，以免过一定时间后吸收电荷陆续释放出来危及人生安全。注意2（1）是束缚电荷而不是自由电子。（2）是有

6、限位移而不是电荷流通，不产生电流。（3）内部电荷的总和仍为零，但由于外电场的作用对外显现电场力。二、电介质的介电常数介电常数的物理意义气体介质的相对介电常数液体介质的相对介电常数固体介质的相对介电常数介电常数的物理意义真空-+----++++++++----+----++++-插入电介质后介电常数的物理意义相对介电常数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。相对介电常数的物理意义：相对真空时感应电荷（电容量）变化的倍数。介电常

7、数在工程应用中的意义（1）越大，电介质极化作用越强，其绝缘性能越差。故要合理选用。例如电容器：要求大些，这样电容器单位容量的体积和质量就会减小。电力电缆：要求小些，则工作时的充电电流和极化损耗就会降低。（2）几种串联电介质组合在一起使用时，有如下公式介电常数在工程应用中的意义即串联电介质的场强分布与成反比。越小其介质中的场强越大，越大其介质中的场强越小。故在串联介质中要合理考虑电场的分布，尽量使电场分布均匀。（3）通过测量可以判断电介质是否受潮或所含气体的多少。当电介质受潮及老化分解气体时，会明显增大。气体介质的相对介电常数气体的相对

8、介电常数均随温度的升高而减小，随压力的增大而增大，但影响程度都很小。气体物质分子距离相对很大，即气体密度很小气体极化率很小一切气体的相对介电常数都接近于1液体介质的相对介电常数1.中性液体介质相对介电常数一般在1.8～2