第3章液体和固体介质的电气特性ppt课件.ppt

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1、第三章液体和固体介质的电气特性液体介质和固体介质广泛用作电气设备的内绝缘。应用得最多的液体介质是变压器；常见的固体介质有绝缘纸、纸板、云母、塑料等，常用于内绝缘；而用于制造绝缘子的固体介质有电瓷、玻璃、硅橡胶等。电介质的电气特性，主要表现为它们在电场作用下的导电性能、介电性能和电气强度，它们分别以四个主要参数，即电导率（或绝缘电阻率）、介电常数、介质损耗角正切和击穿电场强度（简称击穿场强）来表示。一切电介质在电场作用下都会出现极化、电导和损耗等电气物理现象。第一节液体和固体介质的极化、电导与损耗一、电介质的极化1.介电常数、相对介电常数平行平板电容器在真空中的电容量为图

2、3-1平板电容器中的电荷和电场分布(a)真空(b)充以介质当极板间插入固体介质后，电容量为式中A－极板面积，cm2；d－极间距离，cm；ε－介质的介电常数ε0－真空的介电常数，ε0=8.86×10-14F/cm定义为介质的相对介电常数。材料类别名称εr（工频，20℃）气体介质空气（大气压）1.00059液体介质弱极性变压器油硅有机液体2.2~2.52.2~2.8极性蓖麻油4.5强极性丙酮酒精水223381固体介质中性或弱极性石蜡聚乙烯2.0～2.52.25～2.35极性聚氯乙烯3.2～4离子性云母电瓷5～75.5～6.52.极化概念：在外加电场的作用下，固体介质中原来彼

3、此中和的正、负电荷产生了位移，形成电矩，使介质表面出现了束缚电荷，即极板上电荷增多，因而使电容量增大。种类：电子式极化离子式极化偶极子极化夹层极化无损极化有损极化视频链接视频链接视频链接双层介质的夹层极化（吸收现象）双层介质的等值电路吸收曲线阴影部分的面积为绝缘在充电过程中逐渐“吸收”的电荷。这种逐渐“吸收”电荷的现象叫做“吸收现象”，对应的电流称为吸收电流。它是由于介质中偶极子逐渐转向，并沿电场方向排列而产生的。当绝缘受潮或有缺陷时，电流的吸收现象不明显，总电流随时间下降较缓慢，而试品的绝缘电阻与电流成反比。因此，根据的变化，就可以初步判断绝缘的状况。显然，对于不均匀

4、试品的绝缘，如果绝缘状况良好，则吸收现象明显，值远大于1；如果绝缘严重受潮，由于Ig大增，Ia迅速衰减，Ka值接近于1。极化种类产生场合所需时间能量损耗产生原因电子式极化任何电介质10-15s无束缚电子运行轨道偏移离子式极化离子式结构电介质10-13s几乎没有离子的相对偏移偶极子极化极性电介质10-10s~10-2s有偶极子的定向排列夹层极化多层介质的分界面1015s~数小时有自由电荷的移动电介质极化种类及比较二、电介质的电导电介质电导主要是离子电导，表征电导的参数是电导率γ，在高电压工程中一般常用电阻率ρ来表征介质的绝缘电阻。液体与固体电介质的电导率γ与温度有下述关系

5、：式中A－常数，与介质性质有关；T－热力学温度，单位为K；ф－电导活化能；k－波尔兹曼常数。1.体积电阻体积电阻率为：体积电导率为：其中，d（cm）为电介质厚度，S（cm2）为电极表面积。体积电阻的测量电路2.表面电阻表面电阻率为：表面电导率为：其中，d（cm）为电介质厚度，l（cm）为电极长度。表面电阻的测量电路电介质的能量损耗简称介质损耗，包括由电导引起的损耗和由极化引起的损耗。介质损耗为：P值和试验电压、试品电容量等因素有关，不同试品间难于互相比较，所以改用介质损失角的正切tanδ来判断介质的品质。三、电介质的能量损耗对于有损介质，电导损耗和极化损耗都是存在的，可

6、用三个并联支路的等值回路来表示。有损介质可用电阻、电容的串联或并联等值电路来表示。主要损耗是电导损耗，常用并联等值电路；主要损耗由介质极化及连接导线的电阻等引起，常用串联等值电路。R反映电导损耗C0反映电子式和离子式极化C′，r支路反映吸收电流（1）气体介质的损耗当电场强度不足以产生碰撞电离时，气体中的损耗是由电导引起的，损耗极小（tanδ<10-8）。但当外施电压U超过电晕起始电压U0时，将发生局部放电，损耗急剧增加，如图所示。（2）液体介质的损耗中性或弱极性液体介质：电导损耗，损耗较小。极性液体及极性和中性液体的混合油：电导和极化损耗，所以损耗较大，而且和温度、频率

7、都有关系，如图。电导损耗占主要部分，tanδ重新随温度上升而增加T升高，液体粘度减小，偶极子极化增强，极化损耗增加分子热运动加快，极化强度减弱，极化损耗减小（3）固体介质的损耗分子式结构介质：中性：主要电导损耗，损耗极小，如石蜡、聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯等；极性：tanδ值较大，与温度、频率的关系和极性液体相似，如纸、纤维板和聚氯乙烯、有机玻璃、酚醛树脂等，离子式结构介质：主要电导损耗，损耗极小，如云母等；不均匀结构介质：损耗取决于其中各成分的性能和数量间的比例，如云母制品、油浸纸、胶纸绝缘等；强极性电介质：在高压设备中极少使用。第二