絕緣材料的電氣性能(圖文)

1、安全技術(shù)絕緣材料的電氣性能(圖文)一、絕緣材料的電氣性能 絕緣材料的電氣性能主要表現(xiàn)在電場(chǎng)作用下材料的導(dǎo)電性能、介電性能及絕緣強(qiáng)度。它們分別以絕緣電阻率(或電導(dǎo)) 、相對(duì)介電常數(shù)r 、介質(zhì)損耗角tan及擊穿強(qiáng)度EB四個(gè)參數(shù)來表示。 1. 絕緣電阻率和絕緣電阻 任何電介質(zhì)都不行能是肯定的絕緣體，總存在一些帶電質(zhì)點(diǎn)，主要為本征離子和雜質(zhì)離子。在電場(chǎng)的作用下，它們可作有方向的運(yùn)動(dòng)，形成漏導(dǎo)電流，通常又稱為泄漏電流。在外加電壓作用下的絕緣材料的等效電路如圖2-1a所示;在直流電壓作用下的電流如圖2-1b所示。圖中，電阻支路的電流Ii即為漏導(dǎo)電流;流經(jīng)電容和電阻串聯(lián)支路的電流Ia稱為汲取電流，是由緩慢極

2、化和離子體積電荷形成的電流;電容支路的電流 IC 稱為充電電流，是由幾何電容等效應(yīng)構(gòu)成的電流。 (1) 在正常工作時(shí)(穩(wěn)態(tài))，漏導(dǎo)電流打算了絕緣材料的導(dǎo)電性，因此，漏導(dǎo)支路的電阻越大，說明材料的絕緣性能越好。(風(fēng)險(xiǎn)管理世界-.RiskMW.com) (2)溫度、濕度、雜質(zhì)含量、電磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加都會(huì)降低電介質(zhì)材料的電阻率。 2. 介電常數(shù) 介電常數(shù)是表明電介質(zhì)極化特征的性能參數(shù)。介電常數(shù)愈大，電介質(zhì)極化力量愈強(qiáng)，產(chǎn)生的束縛電荷就愈多。束縛電荷也產(chǎn)生電場(chǎng)，且該電場(chǎng)總是減弱外電場(chǎng)的?，F(xiàn)用電容器來說明介電常數(shù)的物理意義。設(shè)電容器極板間為真空時(shí)，其電容量為 Co，而當(dāng)極板間布滿某種電介質(zhì)時(shí)，其電容量變?yōu)?/p>

3、C， 則C與Co的比值即該電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)，即： 在填充電介質(zhì)以后，由于電介質(zhì)的極化，使靠近電介質(zhì)表面處消失了束縛電荷，與其對(duì)應(yīng)，在極板上的自由電荷也相應(yīng)增加，即填充電介質(zhì)之后，極板上容納了更多的自由電荷，說明電容被增大。因此，可以看出，相對(duì)介電常數(shù)總是大于1的。絕緣材料的介電常數(shù)受電源頻率、溫度、濕度等因素而產(chǎn)生變化。頻率增加，介電常數(shù)減小。溫度增加，介電常數(shù)增大;但當(dāng)溫度超過某一限度后，由于熱運(yùn)動(dòng)加劇，極化反而困難一些，介電常數(shù)減小。濕度增加，電介質(zhì)的介電常數(shù)明顯增加，因此，通過測(cè)量介電常數(shù)，能夠推斷電介質(zhì)受潮程度。大氣壓力對(duì)氣體材料的介電常數(shù)有明顯影響，壓力增大，密度就增大，相對(duì)介電

4、增大。 3. 介質(zhì)損耗 在溝通電壓作用下，電介質(zhì)中的部分電能不行逆地轉(zhuǎn)變成熱能，這部分能量叫做介質(zhì)損耗。單位時(shí)間內(nèi)消耗的能量叫做介質(zhì)損耗功率。介質(zhì)損耗使介質(zhì)發(fā)熱，是電介質(zhì)熱擊穿的根源。施加溝通電壓時(shí)，電流、電壓的相量關(guān)系如圖2-2所示。 總電流與電壓的相位差，即電介質(zhì)的功率因數(shù)角。功率因數(shù)角的余角稱為介質(zhì)損耗角。依據(jù)相量圖，不難求出單位體積內(nèi)介質(zhì)損耗功率為 式中 : 電源角頻率 , =2 f; 電介質(zhì)介電常數(shù) ; E 電介質(zhì)內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度 ; tans 一一介質(zhì)損耗角正切 。 由于P值與試驗(yàn)電壓、試品尺寸等因素有關(guān)，難于用來對(duì)介質(zhì)品質(zhì)作嚴(yán)密的比較，所以，通常是以tan 來衡量電介質(zhì)的介質(zhì)損耗性能。

5、 總結(jié)： 介質(zhì)損耗將使介質(zhì)發(fā)熱，是介質(zhì)熱擊穿的根源。 電氣設(shè)備中使用的電介質(zhì)，要求它的tan值愈小愈好。而當(dāng)絕緣受潮或劣化時(shí)，因有功電流明顯增加，會(huì)使tan值猛烈上升。也就是說，tan能敏感地反映絕緣質(zhì)量。因此，在要求高的場(chǎng)合，需進(jìn)行介質(zhì)損耗試驗(yàn)。 影響絕緣材料介質(zhì)損耗的因素主要有頻率、溫度、濕度、電場(chǎng)強(qiáng)度和輻射。影響過程比較簡(jiǎn)單，從總的趨勢(shì)上來說，隨著上述因素的增加，介質(zhì)損耗增加。 二、絕緣的破壞 1. 絕緣擊穿 絕緣材料所具備的絕緣性能一般是指其承受的電壓在肯定范圍內(nèi)所具備的性能。當(dāng)承受的電壓超出了相應(yīng)的范圍時(shí)，就會(huì)消失擊穿現(xiàn)象。電介質(zhì)擊穿是指電介質(zhì)在強(qiáng)電場(chǎng)作用下遭到急劇破壞，丟失絕緣性能

6、的現(xiàn)象。擊穿電壓是指使電介質(zhì)產(chǎn)生擊穿的最小電壓。擊穿強(qiáng)度是指使電介質(zhì)產(chǎn)生擊穿的最小電場(chǎng)強(qiáng)度(也叫耐壓強(qiáng)度)。對(duì)于電介質(zhì)通常用平均擊穿強(qiáng)度表示：EB=UB/d (KV/cm) UB:擊穿電壓 d:擊穿處絕緣厚度 (1) 氣體電介質(zhì)的擊穿 氣體擊穿是由碰撞電離導(dǎo)致的電擊穿。在強(qiáng)電場(chǎng)中，帶電質(zhì)點(diǎn)(主要是電子)在電場(chǎng)中獲得足夠的動(dòng)能，當(dāng)它與氣體分子發(fā)生碰撞時(shí)，能夠使中性分子電離為正離子和電子。新形成的電子又在電場(chǎng)中積累能量而碰撞其他分子，使其電離，這就是碰撞電離。碰撞電離過程是一個(gè)連鎖反應(yīng)過程，每一個(gè)電子碰撞產(chǎn)生一系列新電子，因而形成電子崩。電子崩向陽(yáng)極進(jìn)展，最終形成一條具有高電導(dǎo)的通道，導(dǎo)致氣體擊穿

7、。 (2) 液體電介質(zhì)的擊穿 液體電介質(zhì)的擊穿特性與其純潔度有關(guān)，一般認(rèn)為純潔液體的擊穿與氣體的擊穿機(jī)理相像，是由電子碰撞電離最終導(dǎo)致?lián)舸?但液體的密度大，電子自由行程短，積聚能量小，因此擊穿場(chǎng)強(qiáng)比氣體高。 工程上液體絕緣材料不行避開地含有氣體、液體和固體雜質(zhì)。在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下定向排列，運(yùn)動(dòng)到電場(chǎng)強(qiáng)度最高處聯(lián)成小橋，小橋貫穿兩電極間引起電導(dǎo)劇增，局部溫度驟升，最終導(dǎo)致?lián)舸?。為了保證絕緣質(zhì)量，在液體絕緣材料使用之前，必需對(duì)其進(jìn)行純化、脫水、脫氣處理;在使用過程中應(yīng)避開這些雜質(zhì)的侵入。液體電介質(zhì)擊穿后，絕緣性能在肯定程度上可以得到恢復(fù)。 (3) 固體電介質(zhì)的擊穿 固體電介質(zhì)的擊穿有電擊穿、熱擊穿

8、、電化學(xué)擊穿、放電擊穿等形式。絕緣結(jié)構(gòu)發(fā)生擊穿，往往是電、熱、放電、電化學(xué)等多種形式同時(shí)存在，很難截然分開。一般來說，在采納tan值大、耐熱性差的電介質(zhì)的低壓電氣設(shè)備，在工作溫度高、散熱條件差時(shí)，熱擊穿較為多見。而在高壓電氣設(shè)備中，放電擊穿的概率就大些。脈沖電壓下的擊穿一般屬于電擊穿。當(dāng)電壓作用時(shí)間達(dá)數(shù)十小時(shí)乃至數(shù)年時(shí)，大多數(shù)屬于電化學(xué)擊穿。 2. 絕緣老化 電氣設(shè)備在運(yùn)行過程中,其絕緣材料由于受熱、電、光、氧、機(jī)械力(包括超聲波) 、輻射線、微生物等因素的長(zhǎng)期作用， 產(chǎn)生一系列不行逆的物理變化和化學(xué)變化，導(dǎo)致絕緣材料的電氣性能和機(jī)械性能的劣化。絕緣老化過程非常簡(jiǎn)單。主要是熱老化和電老化。 (

9、1) 熱老化。一般在低壓電氣設(shè)備中，促使絕緣材料老化的主要因素是熱。其熱源可能是內(nèi)部的也可能是外部的。每種絕緣材料都有其極限耐熱溫度，當(dāng)超過這一極限溫度時(shí)，其老化將加劇，電氣設(shè)備的壽命就縮短。 (2) 電老化。它主要是由局部放電引起的。在高壓電氣設(shè)備中，促使絕緣材料老化的主要緣由是局部放電。局部放電時(shí)產(chǎn)生的臭氧、氮氧化物、高速粒子都會(huì)降低絕緣材料的性能，局部放電還會(huì)使材料局部發(fā)熱，促使材料性能 惡化。 3. 絕緣損壞 絕緣損壞是指由于不正確選用絕緣材料，不正確地進(jìn)行電氣設(shè)備及線路的安裝，不合理地使用電氣設(shè)備等，導(dǎo)致絕緣材料受到外界腐蝕性液體、氣體、蒸氣、潮氣、粉塵的污染和侵蝕，或受到外界熱源、

10、機(jī)械因素的作用，在較短或很短的時(shí)間內(nèi)失去其電氣性能或機(jī)械性能的現(xiàn)象。 對(duì)策： (1)避開有腐蝕性物質(zhì)和外界高溫的場(chǎng)所; (2)正確使用和安裝電氣設(shè)備和線路，保持過流、過熱愛護(hù)裝置的完好; (3)嚴(yán)禁亂拉亂扯，防止機(jī)械性損傷絕緣物; (4)應(yīng)實(shí)行防止小動(dòng)物損傷絕緣的措施。 三、絕緣檢測(cè)和絕緣試驗(yàn) 絕緣檢測(cè)和絕緣試驗(yàn)的目的是檢查電氣設(shè)備或線路的絕緣指標(biāo)是否符合要求。絕緣檢測(cè)和絕緣試驗(yàn)主要包括絕緣電阻試驗(yàn)、耐壓試驗(yàn)、泄漏電流試驗(yàn)和介質(zhì)損耗試驗(yàn)等。 1.絕緣電阻試驗(yàn) 絕緣電阻是衡量絕緣性能的最基本指標(biāo)。通過絕緣電阻的測(cè)定，可以在肯定程度上判定某些電氣設(shè)備的絕緣好壞，推斷某些電氣設(shè)備(如電機(jī)、變壓器)的

11、受潮狀況等，以防因絕緣電阻降低或損壞而造成漏電、短路、電擊等電氣事故。 (1)絕緣材料的電阻常用兆歐表(搖表)測(cè)量。 兆歐表主要由作為電源的手搖發(fā)電機(jī)(或其他直流電源)和作為測(cè)量機(jī)構(gòu)的磁電式流比計(jì)(雙動(dòng)線圈流比計(jì))組成。測(cè)量時(shí)，實(shí)際上是給被測(cè)物加上直流電壓，測(cè)量其通過的泄漏電流，在表的盤面上讀到的是經(jīng)過換算的絕緣電阻值。磁電式流比汁的工作原理如上圖所示。在同一轉(zhuǎn)軸上裝有兩個(gè)交叉的線圈，當(dāng)兩線圈通有電流時(shí)，兩個(gè)線圈分別產(chǎn)生互為相反方向的轉(zhuǎn)矩。其大小分別為 M1 = K1f1()I1 M2= K2f2()I2 式中 : K1 K2 比例常數(shù); I1,I2 通過兩個(gè)線圈的電流; 線圈帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)角。 當(dāng)M1M2時(shí)，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)，指針偏轉(zhuǎn)。當(dāng)M1=M2時(shí)，線圈停止轉(zhuǎn)動(dòng)，指針停止偏轉(zhuǎn)，且兩電流之比與偏轉(zhuǎn)角滿意如下的函數(shù)關(guān)系，即 在接入被測(cè)電阻 Rx 后，構(gòu)成了兩條相互并聯(lián)的支路，當(dāng)搖動(dòng)手搖發(fā)電機(jī)時(shí)，兩個(gè)支路分別通過電流 I1 和 I2 ?？梢钥闯?考慮到兩電流之比與偏轉(zhuǎn)角滿意的函數(shù)關(guān)系，不難得出 =f(Rx) 可見，指針的偏轉(zhuǎn)角僅僅是被測(cè)絕緣電阻 Rx 的函數(shù)，而與電源電壓沒有直接關(guān)系。 2. 汲取比的測(cè)定 汲取比是加壓測(cè)量開頭后 60S時(shí)讀取的絕緣電阻值與加壓測(cè)量開頭后15S時(shí)讀取的絕緣電阻值之比。汲取比測(cè)量的目的是推斷