電介質(zhì)的損耗,液體介質(zhì)的擊穿課件

本次課程目的要求1、能表述介質(zhì)損耗的概念2、能說明介質(zhì)損耗的組成，能表述其物理意義3、能說明含雜液體擊穿特點及影響Ub的因素4、能說明提高液體介質(zhì)擊穿電壓的措施2.3電介質(zhì)的損耗一、基本概念在電場作用下電介質(zhì)中總有一定的能量損耗，包括由電導(dǎo)損耗和有損極化（偶極子、夾層極化）損耗，總稱介質(zhì)損耗。直流下：電介質(zhì)中沒有周期性的極化過程，只要外加電壓還沒有達(dá)到引起局部放電的數(shù)值，介質(zhì)中的損耗將僅由電導(dǎo)組成，所以可用體積電導(dǎo)率和表面電導(dǎo)率說明問題，不必再引入介質(zhì)損耗這個概念。交變電場：電介質(zhì)能量損耗包括電導(dǎo)損耗（通過電介質(zhì)的貫穿性泄漏電流所引起）和極化損耗（交流電壓下由周期性極化所引起）。二、介質(zhì)損耗分析交流時流過電介質(zhì)的電流：介質(zhì)損耗(有功損耗)：由上式可見，介質(zhì)功率損耗P與試驗電壓、被試品尺寸等因素有關(guān)，不同試品間難以互相比較；而對于結(jié)構(gòu)一定的被試品，在外施電壓一定時，介質(zhì)損耗只取決于tanδ。tanδ被稱為介質(zhì)損耗角正切，它只與介質(zhì)本身特性有關(guān)，與材料尺寸無關(guān)，因而不同試品的tanδ可相互比較。對同類試品絕緣的優(yōu)劣可用tanδ來代替P對絕緣進行判斷。實際上，電導(dǎo)損耗和極化損耗都同時存在。介質(zhì)等值電路可用三個并聯(lián)支路表示：C0：反映電子式和離子式極化；Ca、ra：反映吸收電流，表示有損極化；R：反映電導(dǎo)損耗，該支路流過的電流為泄漏電流。C0

Cara

R三、影響介質(zhì)損耗的因素溫度、頻率、電壓1、氣體的介質(zhì)損耗

U＜U0時僅有很小的電導(dǎo)損耗，且與U無關(guān)；U＞U0，有游離、局放、電暈損耗等，U↑→tanδ↑↑

2、液體的介質(zhì)損耗

與電壓的關(guān)系：

U＜U0時，僅有很小的電導(dǎo)損耗；U＞U0后，液體分子發(fā)生游離，電導(dǎo)迅速增大；（1）中性或弱極性液體介質(zhì)與溫度的關(guān)系：隨溫度上升按指數(shù)規(guī)律增大。（2）極性液體介質(zhì)損耗主要由電導(dǎo)引起電導(dǎo)和極化損耗隨電壓變化的關(guān)系與中性或弱極性相同;與溫度的關(guān)系：ToC＜T1oC：電導(dǎo)和極化損耗較小，↑ToC→電導(dǎo)損耗↑&粘度下降極化↑→極化損耗↑→tanδ↑

T1oC＜ToC＜T2oC：分子熱運動加快妨礙偶極子轉(zhuǎn)向→極化損耗↓↓&電導(dǎo)損耗↑→tanδ↓ToC＞T2oC：電導(dǎo)損耗↑↑&極化損耗↓→tanδ↑與頻率的關(guān)系：較低f：↑f→極化↑→tanδ↑

較高f：↑f→偶極子轉(zhuǎn)向困難→tanδ↑3、固體的介質(zhì)損耗

(1)無機絕緣材料：云母、陶瓷、玻璃云母：由電導(dǎo)引起損耗，介質(zhì)損耗小，耐高溫性能好，是理想的電機絕緣材料，但機械性能差；電工陶瓷：既有電導(dǎo)損耗，又有極化損耗；20oC和50Hz時＝2％～5％；玻璃：電導(dǎo)損耗＋極化損耗，損耗與玻璃成分tanδ有關(guān)。

(2)有機絕緣材料：分為非極性和極性非極性有機電介質(zhì)：只有電子式極化，損耗取決于電導(dǎo)；極性有機電介質(zhì)：極化損耗使總損耗較大。（2）氣泡擊穿理論（小橋理論）液體中出現(xiàn)氣泡，在交流電壓下，串聯(lián)介質(zhì)中場強分布與介質(zhì)εr成反比。氣泡的εr小，其電氣強度又比液體介質(zhì)低很多，所以氣泡必先發(fā)生游離。氣泡游離后溫度上升、體積膨脹、密度減小，促使游離進一步發(fā)展。游離產(chǎn)生的帶電粒子撞擊油分子，使它分解出氣體，導(dǎo)致氣體通道擴大。許多游離的氣泡在電場中排列成氣體小橋，擊穿就可能在此通道中發(fā)生。2、工程用變壓器油的擊穿過程及其特點可用氣泡擊穿理論解釋其過程，依賴于氣泡的形成、發(fā)熱膨脹、氣泡通道擴大并形成小橋，有熱過程，屬于熱擊穿范疇。由于水和纖維的εr很大，易沿電場方向極化定向，并排列成雜質(zhì)小橋。如果雜質(zhì)小橋接通電極，因小橋的電導(dǎo)大而導(dǎo)致泄漏電流增大，發(fā)熱會促使汽化，氣泡擴大，發(fā)展下去會出現(xiàn)氣體小橋，使油隙發(fā)生擊穿。(2)雜質(zhì)小橋尚未接通電極時，則纖維等雜質(zhì)與油串聯(lián)，由于纖維的εr大以及含水分纖維的電導(dǎo)大，使其端部油中電場強度顯著增高并引起游離，于是油分解出氣體，氣泡擴大，游離增強，這樣下去必然會出現(xiàn)由氣體小橋引起的擊穿。有兩種情況：油中受潮→水分(εr=81)紙布脫落→纖維(εr=6-7)沿電場極化定向排列雜質(zhì)小橋二、影響液體介質(zhì)擊穿電壓因素1、水分和其他雜質(zhì)雜質(zhì)含量越多、電場越均勻、外加電壓時間越長，雜質(zhì)影響越大。（1）水分以三種狀態(tài)存在于油中：溶解態(tài)、懸浮態(tài)和沉渣態(tài)溶解態(tài)和沉渣態(tài)的水對工頻擊穿電壓無影響；懸浮態(tài)的水易在電場下形成“小橋”，對擊穿電壓影響很大；變壓器油中含水量超過溶解度50ppm時，含水量↑→Ub迅速↓3、電場均勻度

優(yōu)質(zhì)油：保持油不變，而改善電場均勻度，能使工頻擊穿電壓顯著增大，也能大大提高其沖擊擊穿電壓。

品質(zhì)差的油：改善電場對于提高其工頻擊穿電壓的效果較差。沖擊電壓下，由于雜質(zhì)來不及形成小橋，故改善電場總是能顯著提高油隙的沖擊擊穿電壓，而與油品質(zhì)好壞幾乎無關(guān)4、電壓作用時間油隙的擊穿電壓會隨電壓作用時間的增加而下降，加電壓時間還會影響油的擊穿性質(zhì)。5、油壓不論電場均勻度如何，工業(yè)純變壓器油的工頻擊穿電壓總是隨油壓的增加而增加，這是因為油中氣泡的游離電壓增高和氣體在油中的溶解度增大的緣故。油中含氣體時：壓力↑→Ub油↑(氣體在油中溶解量↑)油經(jīng)脫氣處理：壓力對Ub油影響較小三、提高液體擊穿電壓的措施電壓作用時間為數(shù)十到數(shù)百微秒時，雜質(zhì)的影響還不能顯示出來，仍為電擊穿，擊穿電壓很高。這時影響油隙擊穿電壓的主要因素是電場的均勻程度；電壓作用時間更長時，雜質(zhì)開始聚集，油隙的擊穿開始出現(xiàn)熱過程，于是擊穿電壓再度下降，為熱擊穿。當(dāng)覆蓋的厚度增大到能分擔(dān)一定的電壓，即成為絕緣層，一般為數(shù)毫米到數(shù)十毫米，它能降低最大電場強度，提高油隙的工頻擊穿電壓和