液體固體的絕緣特性培訓課件

液體和固體介質的絕緣強度

1.1.1.電介質的極化1.定義電介質中的帶電質點在電場作用下沿電場方向作有限位移Qo=CoU2.相對介電系數εr表征電介質在電場作用下的極化程度3.極化的基本形式(1)電子式極化其特點:a.極化所需時間極短b.極化時沒有能量損耗c.溫度對極化影響極小(2).離子式極化其特點:a.極化過程極短b.極化過程無能量損耗c.溫度對極化有影響,極化隨溫度升高而增強(3).偶極子式極化其特點a.極化所需時間較長,因而與頻率有關b.極化過程有能量損耗c.溫度對極化影響很大,溫度很高和很低時,極化均減弱(4).夾層式極化在兩層電介質的界面上發(fā)生電荷的移動和積累,極化過程緩慢,并有損耗，其極化過程緩慢，有能量損耗3、討論介質極化在工程實際中的意義1、選擇電容器中的絕緣材料時，在相同耐電強度的情況下，要選擇εr較大的材料。在其絕緣結構里，希望其小些2、3、材料的介質損耗與極化形式有關，而介質損耗是影響絕緣劣化和熱擊穿的一個重要因素。4、在絕緣預防性實驗中，夾層極化現象可用來判斷絕緣受潮情況2.1.2電介質的電導1.定義介質在電場作用下,使其內部聯系較弱的帶電粒子作有規(guī)律的運動形成電流,即泄漏電流.這種物理現象稱為電導.表征電導過程強弱程度的物理量為電導率γ，或它的倒數電阻率ρo2.介質中的電流(1).電容電流ic在加壓初瞬間介質中的電子式極化和離子式極化過程所引起的電流,無損耗,存在時間極短(2).吸收電流ia有損極化所對應的電流,即夾層極化和偶極子極化時的電流,它隨時間而衰減.(3)泄漏電流絕緣介質中少量離子定向移動所形成的電導電流,它不隨時間而變化.流過介質的電流i由三個分量組成：3.吸收現象

固體電介質在直流電壓作用下,觀察到電路中的電流從大到小隨時間衰減,最終穩(wěn)定于某一數值,稱為“吸收現象”。4、討論電介質的意義（1)、介質干燥和嘲濕,吸收現象不一樣,據此可判斷絕緣性能的好壞.（2）、多層介質在直流電壓作用下面，電壓分布與電導成反比，故設計用于直流的設備要注意介質的電導。（3）、設計是應該考慮絕緣的使用環(huán)境，特別是濕度影響。（4）、并非所有的情況都要求絕緣電阻值高，有些情況下要設法減小絕緣電阻值。2.1.3.電介質的損耗1.損耗的形式(1).電導損耗由泄漏電流引起的損耗.交直流下都存在.(2).極化損耗由偶極子與夾層極化引起,交流電壓下極明顯(3).游離損耗指氣體間隙的電暈放電以及液固體介質內部氣泡中局部放電所造成的損耗.2.用介質損耗角的正切tgδ來表示介損的意義

在交流電壓作用下,由于存在三種形式的損耗,需引入一個新的物理量來表征介損的特性.經推導,介質損耗P為

經推導,介質損耗P為因為:(1).P值與試驗電壓U的高低等因素有關;(2).tgδ是與電壓、頻率、絕緣尺寸無關的量，而僅取決于電介質的損耗特性。

(3)tgδ可以用高壓電橋等儀器直接測量.所以表征介損用介質損失角的正切tgδ來表示,而不是用有功損耗P來表示.3.影響tgδ的因素（1）溫度的影響（2）頻率的影響（3）電壓的影響在電場強度不很高時，tgδ不變；在電場強度較高時，tgδ隨電場強度升高而迅速增大2.2.1.液體電介質的擊穿特性1、液體擊穿機理（1）電擊穿理論在外電場足夠強時，電子在碰撞液體分子可引起電離，使電子數倍增，形成電子崩。同時正離子在陰極附近形成空間電荷層增強了陰極附近的電場，使陰極發(fā)射的電子數增多，導致液體介質擊穿。純凈液體介質的擊穿理論與氣體放電湯遜理論中的作用有些相似。但液體密度比氣體密度大得多，電子的平均自由行程很小，必須大大提高場強才開始碰撞電離。

（2）“小橋”理論

變壓器油的擊穿主要原因,在于雜質的影響,而雜質是水分、受潮的纖維和被游離了的氣泡等構成，它們在電場的作用下，在電極間逐漸排列成為小橋，從而導致擊穿。2.影響液體電介質擊穿電壓的因素（1）自身品質因素：雜質的多少（含水量、纖維量、氣量）通過標準油杯中變壓器油的工頻擊穿電壓來衡量油的品質（2）溫度（3）電壓作用時間加壓后短至幾個微秒時，表現為電擊穿，擊穿電壓很高當電壓作用時間大于毫秒級時，表現為熱擊穿，擊穿電壓隨作用時間增加而降低

電場愈均勻，雜質對擊穿電壓的影響愈大分散性也愈大，擊穿電壓也愈高（4）電場均勻程度3.提高液體電介質擊穿電壓的措施（1）過濾（2）防潮（3）脫氣（4）覆蓋層（5）絕緣層（6）屏障2.3.固體電介質的擊穿1.固體電介質的擊穿機理(1).電擊穿(2).熱擊穿(3).電化學擊穿（1）、電擊穿1、固體介質的電擊穿是指僅僅由于電場的作用而直接使介質破壞并喪失絕緣性能的現象。

2、在介質的電導很小，又有良好的散熱條件以及介質內部不存在局部放電的情況下，固體介質的擊穿通常為電擊穿，擊穿場強可達105-106kV/m。3、電擊穿的主要特征：①與周圍環(huán)境溫度有關；②除時間很短的情況，與電壓作用時間關系不大；③介質發(fā)熱不顯著；④電場均勻程度對擊穿有顯著影響。（2）熱擊穿

固體介質會因介質損耗而發(fā)熱，如果周圍環(huán)境溫度高，散熱條件不好，介質溫度將不斷上升而導致絕緣的破壞，如介質分解、熔化、碳化或燒焦，從而引起熱擊穿。

①熱擊穿電壓會隨著周圍媒質溫度t0的上升而下降；

②熱擊穿電壓并不隨介質厚度成正比增加，因厚度越大，介質中心附近的熱量逸出越困難，所以固體介質的擊穿場強隨h的增大而降低；

③如果介質的導熱系數大，散熱系數也大，則熱擊穿電壓上升；

④f或tgδ增大時都會造成產生的熱量增加。（3）電化學擊穿

固體介質在長期工作電壓作用下，由于介質內部發(fā)生局部放電等原因，使絕緣劣化，電氣強度逐步下降并引起擊穿的現象稱為電化學擊穿。局部放電是介質內部的缺陷（如氣隙或氣泡）引起的局部性質的放電。局部放電使介質劣化、損傷、電氣強度下降的主要原因為：

1)產生活性氣體對介質氧化、腐蝕

2)溫升使局部介質損耗增加；

3)切斷分子結構，導致介質破壞。2.影響因素(1).電壓作用時間如果電壓作用時間很短(例如0.1s以下)，固體介質的擊穿往往是電擊穿，擊穿電壓當然也較高。隨著電壓作用時間的增長，擊穿電壓將下降，如果在加電壓后數分鐘到數小時才引起擊穿，則熱擊穿往往起主要作用。不過二者有時很難分清，例如在工頻交流1min耐壓試驗中的試品被擊穿，常常是電和熱雙重作用的結果。電壓作用時間長達數十小時甚至幾年才發(fā)生擊穿時，大多屬于電化學擊穿的范疇。(2).電場均勻程度與介質厚度處于均勻電場中的固體介質，其擊穿電壓往往較高，且隨介質厚度的增加近似地成線性增大；若在不均勻電場中，介質厚度增加使電場更不均勻，于是擊穿電壓不再隨厚度的增加而線性上升。當厚度增加使散熱困難到可能引起熱擊穿時，增加厚度的意義就更小了。常用的固體介質一般都含有雜質和氣隙，這時即使處于均勻電場中，介質內部的電場分布也是不均勻的，最大電場強度集中在氣隙處，使擊穿電壓下降。如果經過真空干燥、真空浸油或浸漆處理，則擊穿電壓可明顯提高。(3)溫度固體介質在某個溫度范圍內其擊穿性質屬于電擊穿，這時的擊穿場強很高，且與溫度幾乎無關。超過某個溫度后將發(fā)生熱擊穿，溫度越高熱擊穿電壓越低；如果其周圍媒質的溫度也高，且散熱條件又差，熱擊穿電壓更低。因此，以固體介質作絕緣材料的電氣設備，如果某處局部溫度過高，在工作電壓下即有熱擊穿的危險。不同的固體介質其耐熱性能和耐熱等級是不同的，因此它們由電擊穿轉為熱擊穿的臨界溫度一般也是不同的。(4)受潮受潮對固體介質擊穿電壓的影響與材料的性質有關。對不易吸潮的材料，如聚乙烯、聚四氟乙烯等中性介質，受潮后擊穿電壓僅下降一半左右；容易吸潮的極性介質，如棉紗、紙等纖維材料，吸潮后的擊穿電壓可能僅為干燥時的百分之幾或更低，這是因電導率和介質損耗大大增加的緣故。所以高壓絕緣結構在制造時要注意除去水分，在運行中要注意防潮，并定期檢查受潮情況。(5)累積效應固體介質在不均勻電場中以及在幅值不很高的過電壓、特別是雷電沖擊電壓下，介質內部可能出現局部損傷，并留下局部碳化、燒焦或裂縫等痕跡。多次加