高电压技术第2章液体和固体介质的电气特性.ppt

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1、高电压技术第二章液体和固体介质的电气特性第一节液体和固体介质的极化、电导和损耗第二节液体介质的击穿第三节固体介质的击穿第四节组合绝缘的电气强度本章主要内容第一节液体和固体介质的极化、电导和损耗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、硅橡胶第一节液体和固体介质的极化、电导和损耗电介质的极性和分类电介质的分类（根据化学结构）：分子及各聚集态（气、液、固态）的性质和它的键的形式密切有关离子键（强极性键）强极性分子共价键正、负离子之间形成很大的键矩原子电

2、负性相同非极性键非极性分子共同电子对的电子云对称分布在两个原子核中间原子电负性不同极性键一个极性键组成结构对称多个极性键组成极性分子结构不对称化学键极性分子非极性分子第一节液体和固体介质的极化、电导和损耗极性分子（正、负电荷作用中心永不重合）→极性电介质：环氧树脂、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、氮气偶极子——大小相等，符号相反，彼此相距为d的两电荷（＋q，－q）所组成的系统。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。+q-qd第一节液

3、体和固体介质的极化、电导和损耗电介质的极化极化的概念和相对介电常数电介质的极化——电介质在电场作用下，其束缚电荷相应于电场方向产生弹性位移现象和偶极子的取向现象。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Q0；极板中为固体介质时：极板上电荷量增加了，为Q0+Q’问题:为什么极板中为固体介质时，电荷量会增加？第一节液体和固体介质的极化、电导和损耗固体电介质加电场固体中原来彼此中和的正负电荷按电场方向运动同量的负电荷在极板上吸引出同量的正电荷正电荷靠近负极板负电荷靠近正极板同量的正电荷在极板上吸引出同量的负电荷增加了极板上的电荷量电介质的

4、极化导致了极板上电荷量的增加第一节液体和固体介质的极化、电导和损耗极间为真空时极板的电容：极间为固体介质时,电容量将增大为：Q’是由电介质极化引起的束缚电荷ε——介质的介电常数ε0——真空的介电常数A——极板面积，cm2d——极间距离，cm第一节液体和固体介质的极化、电导和损耗相对介电常数εrεr是反映电介质极化特性的一个物理量。表征电介质在电场作用下的极化程度。介电常数越大，表明介质越容易极化气体分子间的距离很大，密度很小，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（表3-1）。第一节液体和固体介质的极化、电导和损耗电

5、介质极化的种类⑴电子式极化在外电场的作用下，介质原子中的电子轨道将相对于原子核发生弹性位移。正负电荷作用中心不再重合而出现感应偶极矩，即对外显出电性，发生极化。极化机理第一节液体和固体介质的极化、电导和损耗电子式极化存在于一切气体、液体和固体电介质中；完成极化需要的时间极短10-14～10-15s，εr与电源频率无关；极化具有弹性，即外电场消失，整体恢复中性。所以电子式极化不产生能量损耗，不会使介质发热；温度对极化影响小。电子式极化的特点第一节液体和固体介质的极化、电导和损耗⑵离子式极化无外电场时：晶体的正、负离子对称排列，各个离子对的偶极矩互相抵消，

6、故平衡极矩为零。在出现外电场后：正、负离子将发生方向相反的偏移，使平均偶极矩不再为零，介质呈现极化。极化机理第一节液体和固体介质的极化、电导和损耗离子式极化存在于一些固体无机化合物中，如云母，陶瓷等；极化需要的时间极短10-15s，εr与电源频率无关；极化具有弹性，不产生能量损耗。温度对离子式极化的影响，存在相反的两种作用注意：通常前一种影响较大，εr一般具有正的温度系数。温度升高：离子间的结合力减小→极化程度增强；温度升高：离子的密度减小→极化程度减弱。；离子式极化的特点第一节液体和固体介质的极化、电导和损耗⑶偶极子极化无外电场时：极性分子的偶极子因

7、热运动而杂乱无序的排列着，宏观电矩为零，整个介质对外不表现出极性；在出现外电场后：杂乱的偶极子将沿电场方向转动，有规则的排列，显示出极性。介质内部电场与外加电场相反。极化机理第一节液体和固体介质的极化、电导和损耗极化时间相对较长10-10～10-2s，εr与频率有较大关系偶极子极化的特点频率太高时，偶极子将来不及转动，εr值变小其中：εr0相当于直流电场下的相对介电常数；f>f1以后偶极子将越来越跟不上电场的交变，εr值不断下降；f＝f2时，偶极子已完全不跟着电场转动了，这时只存在电子式极化，εr减小到εr∞。第一节液体和固体介质的极化、电导和损耗偶极

8、子极化非弹性，产生能量损耗；极化中偶极子旋转要克服分子间的作用力，而消耗的电场能量在复原时无法