重庆大学高电压2 液体、固体介质的绝缘强度课件.ppt

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1、第一篇高电压绝缘与试验第二章液体、固体电介质的绝缘强度电介质的概念：物理特性上具有绝缘体无传导电子的结构，一旦施加电场后发生介质极化的固体、液体和气体总称为电介质（dielectrics）电介质与导体、半导体、磁体等作为材料，在电工电子工程领域中占有重要的地位。电介质的主要用途：利用大介电常数构成电容器利用高绝缘阻抗构成电工绝缘材料（insulatingmaterials）?在电场作用下电介质的电气特性表现为：导电性能介电性能电气强度表征参数通过本章的学习要掌握液体和固体介质的极化、电导和损耗；掌握液

2、体和固体介质的击穿特性；了解组合绝缘的意义。电导率(绝缘电阻率)γ相对介电常数εr介质损耗角正切tgδ在高电场下的电气传导机理、击穿电压导电性能介电性能电气强度1介质的极化、电导和损耗2液体介质的击穿3固体介质的击穿4组合绝缘主要内容介质在工作电压下的表现特性介质在极端电压（击穿电压）作用下的表现1电介质的极化、电导和损耗1电介质的极化、电导和损耗用平板电容器做实验，可以发现，当极间为真空时：极板间为真空A1.1介质的极化和相对介电常数εr是反映电介质极化程度的一个物理量。极板间为固体介质相对介电常数

3、当极间填充极间距离相同的固体介质时：介质的极化所产生εr的物理意义：在电压U作用下，极间放入电介质后，极间的电容量(或极板间的电荷)比真空时极间的电容量（或极板间的电荷）增大的倍数．电容量增大的原因在于介质的极化现象。极化的基本概念：电介质在电场作用下，正、负电荷作微小位移而产生偶极矩，或在电介质表面出现感应束缚电荷的现象称为电介质极化(1)电子式位移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特点：极化时间很短；各种频率下均　　可发生

4、，极化与外加频率无关；具有弹性，无损耗；温度影响不大。1.2电介质极化的类型不同类型的介质正、负电荷的表现形式不同，因此具有不同的极化类型。特点：极化时间稍长，极化与频率无关；弹性极化，无损；极化受温度影响：T↑→离子结合力↓→极化↑（主要）T↑→密度↓→极化↓（次要）T↑→极化↑固体无机化合物大多属离子式结构，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，故平均极矩为零。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。(2)离子式位移极化(3)

5、偶极子极化极性电介质中，极性分子无外电场作用时，极性分子的偶极子因热运动而杂乱无序的排列着，宏观电矩等于零，因而整个介质对外并不表现出极性。出现外电场后，原先排列杂乱的偶极子将沿电场方向转动，作较有规则的排列，如图所示，因而显示出极性。这种极化称为偶极子极化或转向极化。特点：极化时间较长；非弹性极化；频率的影响：频率↑→偶极子来不及转向→极化↓；温度影响：T↑→转向容易→极化↑T↑↑→热运动加剧阻碍转向→极化↓（a）无外电场（b）有外电场合闸瞬间，t=０时，电压按电容分配：(4)夹层介质界面极化合闸后

6、，t→∞，到达稳定，电压按电阻分配：假设：即：外加电压U在两层介质上的初始分布不等于稳态分布由t=０到t→∞有一电压重新分配的过程，也就是C1和C2上电压重新分配的过程。U2的电压下降，表明C２上的电荷要通过R２泄放。U1的电压上升，表明C1要通过R２由电源充电吸收一部分电荷，即吸收电荷。由于夹层的存在，使得在介质分界面上出现吸收电荷，整个介质的等值电容增大，这个过程称为吸收过程。时间常数夹层界面上电荷的堆积是通过介质电导完成的，高压绝缘介质的G通常很小，所以极化速度非常缓慢。各种极化类型的比较极化类

7、型产生场合极化时间(s)极化原因能量损耗电子式任何电介质10-15束缚电荷的位移无离子式离子式结构电介质10-13离子的相对偏移几乎无偶极子式极性电介质10-10～10-2偶极子的定向排列有夹层介质界面多层介质交界面10-1～数小时自由电荷的移动有前三种极化是由带电质点（电荷）的弹性位移或转向形成的，夹层介质界面的极化则是有带电质点的移动形成的。电介质的相对介电常数气体：一切气体的εr都接近1；液体：非极性和弱极性电介质εr=1.8～2.8偶极性电介质3～6固体：非极性和弱极性电介质εr=2～2.7偶

8、极性电介质εr=3～6离子性电介质εr=5～8用于电容器的绝缘材料，显然希望选用εr大的电介质，因为这样可使单位电容的体积减小和重量减轻。其他电气设备中往往希望选用εr较小的电介质，这是因为较大的εr往往和较大的电导率相联系，因而介质损耗也较大。(如酒精εr＝３３，水的εr＝８１，属于强极性物质，其电导率也很大，因此，不能用其作为绝缘介质)在高压电气设备中常常将几种绝缘材料组合在一起使用，这时应注意各种材料的εr值之间的配合，因为在工频交流电压和冲击电压