高電壓技術(shù)-第二章-xueyd

1、主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：第一節(jié)第一節(jié) 電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和損耗 第二節(jié)第二節(jié) 液體介質(zhì)的擊穿液體介質(zhì)的擊穿 第三節(jié)第三節(jié) 固體介質(zhì)的擊穿固體介質(zhì)的擊穿 第二章第二章 液體、固體介質(zhì)的電氣特性液體、固體介質(zhì)的電氣特性主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：一、介質(zhì)的極化一、介質(zhì)的極化 二、電介質(zhì)的電導(dǎo)二、電介質(zhì)的電導(dǎo) 三、介質(zhì)的損耗三、介質(zhì)的損耗 第一節(jié)第一節(jié) 電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和損耗電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和損耗在電場強(qiáng)度在電場強(qiáng)度E擊穿電場強(qiáng)度時擊穿電場強(qiáng)度時各類介質(zhì)均有極化、電導(dǎo)和損耗。各類介質(zhì)均有極化、電導(dǎo)和損耗。氣體很微弱，只關(guān)注液體和固體。氣體很微弱，只關(guān)注液體和固體。一一.介質(zhì)的極化介質(zhì)的極化1.極化的形式：極

2、化的形式： 各種極化類型的比較見表各種極化類型的比較見表2-1 極化類型極化類型產(chǎn)生場合產(chǎn)生場合極化時間極化時間/S極化原因極化原因能耗能耗介電常數(shù)和介電常數(shù)和頻率關(guān)系頻率關(guān)系介電常數(shù)和介電常數(shù)和溫度關(guān)系溫度關(guān)系電子式任何電介質(zhì)10-15束縛電荷的位移無無不大離子式離子式結(jié)構(gòu)電介質(zhì)10-13離子的相對偏移幾乎無無有正溫度系數(shù)偶極子式極性電介質(zhì)10-1010-2偶極子的定向排列有有倒U型很大氣體介質(zhì)：負(fù)溫度系數(shù)液體固體介質(zhì)：倒U型夾層介質(zhì)界面多層介質(zhì)交界面10-1數(shù)小時自由電荷的移動有有頻率高時，無極化空間電荷電極附近一一.介質(zhì)的極化介質(zhì)的極化.介電常數(shù)：介電常數(shù)： UUrdAdAUCCUQQQ

3、 000000r的物理意義：電極間加入電介質(zhì)后，電極化引起的電容量比真空時的電容量加大的倍數(shù)電容量加大的倍數(shù)?？捎脕肀碚鹘橘|(zhì)極化的強(qiáng)弱。 一一.介質(zhì)的極化介質(zhì)的極化2、 與與f、T的關(guān)系的關(guān)系電子式極化電子式極化： 與與f、T幾乎無關(guān)幾乎無關(guān)離子式離子式： 與與f無關(guān)，具有正的溫度系數(shù)無關(guān)，具有正的溫度系數(shù)極性電介質(zhì)極性電介質(zhì)（偶極子式極化）：（偶極子式極化）： 具有負(fù)的溫度系數(shù)（具有負(fù)的溫度系數(shù)（ T、f：先上升，后下降）。先上升，后下降）。多層介質(zhì)界面多層介質(zhì)界面：必須說明相對介電常數(shù)：必須說明相對介電常數(shù) 對應(yīng)的頻率和溫度對應(yīng)的頻率和溫度T=20時，氣體時，氣體 1，液體，液體 =2-6

4、。 充電電流充電電流rrrrrrrrr在預(yù)防性實驗中，利用材料的極化性質(zhì)有助于判斷電氣設(shè)備的絕緣狀態(tài)。在預(yù)防性實驗中，利用材料的極化性質(zhì)有助于判斷電氣設(shè)備的絕緣狀態(tài)。1、電導(dǎo)形式、電導(dǎo)形式 （1）離子電導(dǎo)離子電導(dǎo)：在電場或外界因素影響下（紫外線輻射）本身產(chǎn)生：在電場或外界因素影響下（紫外線輻射）本身產(chǎn)生電離，正負(fù)離子沿電場方向移動，形成電導(dǎo)電流電離，正負(fù)離子沿電場方向移動，形成電導(dǎo)電流即離子電即離子電導(dǎo)。導(dǎo)。（2）電子電導(dǎo)電子電導(dǎo)：在高電場作用下，離子與電介質(zhì)分子碰撞電離激發(fā)：在高電場作用下，離子與電介質(zhì)分子碰撞電離激發(fā)出來，產(chǎn)生電子。這些電子在電場作用下移動形成電子電導(dǎo)電出來，產(chǎn)生電子。這些

5、電子在電場作用下移動形成電子電導(dǎo)電流。流。 2、液體介質(zhì)分類、液體介質(zhì)分類中性中性 電導(dǎo)率電導(dǎo)率?。ㄗ儔浩饔推?、樹?。ㄗ儔浩饔推?、樹 脂、脂、 四氯化碳、苯）四氯化碳、苯）弱極性弱極性 三氯聯(lián)苯、蓖麻油三氯聯(lián)苯、蓖麻油強(qiáng)極性強(qiáng)極性 電導(dǎo)率電導(dǎo)率大（水、醇類）大（水、醇類）當(dāng)電子電導(dǎo)電流出現(xiàn)當(dāng)電子電導(dǎo)電流出現(xiàn)電介質(zhì)已被擊穿（電介質(zhì)已被擊穿（電介質(zhì)的電導(dǎo)一般指離子電導(dǎo)電介質(zhì)的電導(dǎo)一般指離子電導(dǎo)）。）。雜質(zhì)雜質(zhì)電導(dǎo)率電導(dǎo)率。部分液體介質(zhì)的電導(dǎo)率如表。部分液體介質(zhì)的電導(dǎo)率如表2-3所示所示二二.電介質(zhì)的電導(dǎo)電介質(zhì)的電導(dǎo)電導(dǎo)率電導(dǎo)率 （必須記錄環(huán)境溫度）（必須記錄環(huán)境溫度）kTAe/A-常數(shù)，與介質(zhì)性質(zhì)

6、有關(guān)常數(shù)，與介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)T-絕對溫度，單位為絕對溫度，單位為K-導(dǎo)電率的活性化能量，導(dǎo)電率的活性化能量，0.41eVk-波爾茲曼常數(shù)波爾茲曼常數(shù)3、J-E的關(guān)系的關(guān)系 離子電導(dǎo)取決于電介質(zhì)中所含的雜質(zhì)離子。電導(dǎo)電流密度離子電導(dǎo)取決于電介質(zhì)中所含的雜質(zhì)離子。電導(dǎo)電流密度J與電場強(qiáng)度與電場強(qiáng)度E的關(guān)系。的關(guān)系。E較小時（較小時（、區(qū)）區(qū)）J與與E成正比成正比離子電導(dǎo)離子電導(dǎo)E較高時（較高時（）J與與E成指數(shù)關(guān)系成指數(shù)關(guān)系電子電導(dǎo)。電子電導(dǎo)。IIIIIIEJ二二.電介質(zhì)的電導(dǎo)電介質(zhì)的電導(dǎo)電壓穩(wěn)態(tài)分布與電導(dǎo)成電壓穩(wěn)態(tài)分布與電導(dǎo)成反比反比絕緣配合問題絕緣配合問題在預(yù)防性實驗中在預(yù)防性實驗中測試介質(zhì)的絕緣

7、電阻（電測試介質(zhì)的絕緣電阻（電導(dǎo)）、泄漏電流導(dǎo)）、泄漏電流以以判斷絕緣是否受潮或劣化判斷絕緣是否受潮或劣化P與與U、 、有關(guān)有關(guān)不能作為介質(zhì)品質(zhì)好壞標(biāo)準(zhǔn)不能作為介質(zhì)品質(zhì)好壞標(biāo)準(zhǔn) 用來判斷介質(zhì)品質(zhì)好壞標(biāo)準(zhǔn)用來判斷介質(zhì)品質(zhì)好壞標(biāo)準(zhǔn)三三.介質(zhì)的損耗介質(zhì)的損耗兩個電流分量：兩個電流分量： 和和 介質(zhì)損耗：介質(zhì)損耗：功率因數(shù)角；功率因數(shù)角；介質(zhì)損耗角；介質(zhì)損耗角；電源角頻率電源角頻率tgCUtgUIUIUIPpCR2cosRICIpCtg1.介質(zhì)損耗角正切介質(zhì)損耗角正切tg 損耗損耗 電導(dǎo)引起的損耗電導(dǎo)引起的損耗 有損極化（偶極子極化，夾層極化）有損極化（偶極子極化，夾層極化）2.液體、固體介質(zhì)的損耗液

8、體、固體介質(zhì)的損耗(1)氣體介質(zhì)的損耗，氣體介質(zhì)的損耗， （ 放電起始電壓）放電起始電壓）圖圖2-5 氣體介質(zhì)的氣體介質(zhì)的 與電場強(qiáng)度的關(guān)系與電場強(qiáng)度的關(guān)系E0tgOE810tg0UU0r(2)液體介質(zhì)的損耗液體介質(zhì)的損耗 中性或弱極性液體介質(zhì)：中性或弱極性液體介質(zhì)： 較小，有正溫度系數(shù)。較小，有正溫度系數(shù)。 變壓器油性能（電纜油和電容器油）變壓器油性能（電纜油和電容器油） 極性介質(zhì)中：極性介質(zhì)中： 較大，與較大，與T、f有關(guān)有關(guān)tgtg三三.介質(zhì)的損耗介質(zhì)的損耗 有機(jī)絕緣材料有機(jī)絕緣材料 極性：極性： =0.1%-1.0%（T、f特性與極性液體介質(zhì)相似）特性與極性液體介質(zhì)相似） 非極性非極性

9、 ： =0.01%-0.02%（與（與f無關(guān)，與電導(dǎo)率無關(guān)，與電導(dǎo)率溫度特性相同）溫度特性相同） 無機(jī)絕緣材料無機(jī)絕緣材料（離子式結(jié)構(gòu)介質(zhì)）：（離子式結(jié)構(gòu)介質(zhì)）： 較小較小tgtg三三.介質(zhì)的損耗介質(zhì)的損耗(3)固體介質(zhì)損耗固體介質(zhì)損耗 tg tg主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：一、液體介質(zhì)擊穿的概念一、液體介質(zhì)擊穿的概念 二、影響液體介質(zhì)擊穿電壓的因素二、影響液體介質(zhì)擊穿電壓的因素 三、減小雜質(zhì)影響的方法三、減小雜質(zhì)影響的方法 第三節(jié)第三節(jié) 液體介質(zhì)的擊穿液體介質(zhì)的擊穿礦物絕緣油礦物絕緣油 變壓器油變壓器油 電纜油電纜油 電容器油電容器油 絕緣媒質(zhì)絕緣媒質(zhì)+ 冷卻媒質(zhì)（變壓器中）冷卻媒質(zhì)（變壓器中） 滅

10、?。ㄓ蛿嗦菲髦校缁。ㄓ蛿嗦菲髦校?貯能（電容器中）貯能（電容器中）一、一、液體介質(zhì)擊穿的概念液體介質(zhì)擊穿的概念 （ 油中的水、氣含量油中的水、氣含量+雜質(zhì)）雜質(zhì)）1.被掩蓋的氣體放電被掩蓋的氣體放電 液體分子間存在液體分子間存在“空穴空穴”油中易揮發(fā)的成分（油中易揮發(fā)的成分（自身蒸自身蒸氣氣）+溶于油中溶于油中外來氣體外來氣體+碰撞碰撞分解物空穴分解物空穴（氣穴）（氣穴）在油分解在油分解和碰撞電離作用下和碰撞電離作用下濃度上升濃度上升發(fā)熱發(fā)熱有利于形成氣泡有利于形成氣泡氣泡電氣泡電離離電導(dǎo)率電導(dǎo)率電場分布畸變電場分布畸變電子崩電子崩電、熱作用下使油隙擊電、熱作用下使油隙擊穿）（稱其為：穿）（

11、稱其為：被掩蓋的氣體放電被掩蓋的氣體放電）2.纖維橋接擊穿纖維橋接擊穿 存在固體雜質(zhì)（存在固體雜質(zhì)（纖維纖維或或他不溶物他不溶物）+受潮受潮受潮纖維的電常受潮纖維的電常數(shù)數(shù)極化極化到到E較高區(qū)域較高區(qū)域相互連接相互連接達(dá)成導(dǎo)電橋達(dá)成導(dǎo)電橋?qū)щ娐矢邔?dǎo)電率高J較大較大纖維橋附近的潮氣或液體蒸發(fā)纖維橋附近的潮氣或液體蒸發(fā)氣泡氣泡擊穿氣泡擊穿氣泡電電離增強(qiáng)離增強(qiáng)最終出現(xiàn)被掩蓋的氣體放電最終出現(xiàn)被掩蓋的氣體放電 bU纖維橋接擊穿、被掩蓋的氣體放電兩者的關(guān)系是什么？纖維橋接擊穿、被掩蓋的氣體放電兩者的關(guān)系是什么？二、影響液體介質(zhì)擊穿電壓的因素二、影響液體介質(zhì)擊穿電壓的因素因素：電壓形式、電極形狀，油中水、

12、氣、雜質(zhì)含因素：電壓形式、電極形狀，油中水、氣、雜質(zhì)含量、油體積、溫度量、油體積、溫度試驗項目：試驗項目：標(biāo)準(zhǔn)油杯標(biāo)準(zhǔn)油杯測量油的工頻擊穿電壓。測量油的工頻擊穿電壓。二、影響液體介質(zhì)擊穿電壓的因素二、影響液體介質(zhì)擊穿電壓的因素。1.電壓形式的影響電壓形式的影響油間隙的沖擊擊穿油間隙的沖擊擊穿U空氣隙空氣隙U施壓時間施壓時間 U上升速率上升速率 沖擊沖擊工頻工頻2.溫度、含水量、含氣量的影響溫度、含水量、含氣量的影響含水量含水量 較低時，較低時， 與與T幾乎無關(guān)。幾乎無關(guān)。 較高時，較高時， 較小，較小，T相對濕度相對濕度 ；當(dāng)相對濕度；當(dāng)相對濕度100%， 下降到極值后，下降到極值后， 與含水

13、與含水量無關(guān)。量無關(guān)。bUbUbUbUbUbUbEbU二、影響液體介質(zhì)擊穿電壓的因素二、影響液體介質(zhì)擊穿電壓的因素2.溫度、含水量、含氣量的影響溫度、含水量、含氣量的影響在含水量（在含水量（ ）（干燥過的液體）（干燥過的液體） 與與T無關(guān)。無關(guān)。圖圖2-10 變壓器油的擊穿場強(qiáng)與相對濕度變壓器油的擊穿場強(qiáng)與相對濕度 的關(guān)系的關(guān)系含氣量含氣量 溶解范圍溶解范圍氣體量氣體量 610/5 液液 氣氣固體擊穿特點固體擊穿特點：擊穿場強(qiáng)與電壓作用時間有關(guān)系擊穿場強(qiáng)與電壓作用時間有關(guān)系非自恢復(fù)絕緣非自恢復(fù)絕緣bUbUbU一、固體介質(zhì)的擊穿理論一、固體介質(zhì)的擊穿理論1.電擊穿理論電擊穿理論 純電擊穿理論純電

14、擊穿理論 集體電子擊穿集體電子擊穿 空間電荷理論空間電荷理論特征：擊穿電壓幾乎與周圍環(huán)境溫度無關(guān)；特征：擊穿電壓幾乎與周圍環(huán)境溫度無關(guān)； 與電壓作用時間關(guān)系不大；與電壓作用時間關(guān)系不大； 介質(zhì)發(fā)熱不顯著；介質(zhì)發(fā)熱不顯著； 電場均勻程度影響電場均勻程度影響2.熱擊穿理論熱擊穿理論由于固體介質(zhì)內(nèi)熱不穩(wěn)定過程造成的由于固體介質(zhì)內(nèi)熱不穩(wěn)定過程造成的長時間電壓作用下長時間電壓作用下電導(dǎo)電流電導(dǎo)電流+介質(zhì)極化介質(zhì)極化介質(zhì)損耗介質(zhì)損耗介質(zhì)發(fā)熱介質(zhì)發(fā)熱T電導(dǎo)率電導(dǎo)率發(fā)熱發(fā)熱如果發(fā)熱如果發(fā)熱散熱散熱T熱破壞而導(dǎo)致?lián)舸崞茐亩鴮?dǎo)致?lián)舸┮?、固體介質(zhì)的擊穿理論一、固體介質(zhì)的擊穿理論2.電化學(xué)擊穿理論電化學(xué)擊穿理論 當(dāng)施加當(dāng)施加U很長時間（幾個月乃至幾年），擊穿場強(qiáng)仍下降，原很長時間（幾個月乃至幾年），擊穿場強(qiáng)仍下降，原因是介質(zhì)裂化，是局部放電造成的。因是介質(zhì)裂化，是局部放電造成的。這指這指 水樹枝水樹枝：絨毛狀一片或多片，有扇狀、羽毛狀、蝴蝶狀。：絨毛狀一片或多片，有扇狀、羽毛狀、蝴蝶狀。 電樹枝電樹枝：清晰分支，樹枝管道連續(xù)：清晰分支，樹枝管道連續(xù)電老化電老化：絕緣材料在發(fā)生局部放電，隨著加壓時間的增長，其絕緣逐漸變壞的過程。