電介質(zhì)的極化和電導(dǎo)演示文稿

電介質(zhì)的極化和電導(dǎo)演示文稿現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四1、研究對(duì)象（1）絕緣又稱為電介質(zhì)，分氣體、液體和固體三類。它的作用是將不同電位的導(dǎo)體分開；絕緣在運(yùn)行中要承受各種電壓的作用，電壓較低時(shí)會(huì)發(fā)生極化、電導(dǎo)和損耗現(xiàn)象，電壓超出臨界值時(shí)會(huì)發(fā)生擊穿現(xiàn)象。一、本課程研究的對(duì)象及特點(diǎn)絕緣技術(shù)；絕緣的試驗(yàn)技術(shù)及設(shè)備；模塊一絕緣電阻測(cè)量情境一電介質(zhì)的極化和電導(dǎo)現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四（1）抽象性、多學(xué)科性、邊緣性、不完善性；2、本課程的特點(diǎn)（2）實(shí)踐性、危險(xiǎn)性、工程性；（2）研究擊穿特性需要做高壓試驗(yàn)，涉及到試驗(yàn)電源、測(cè)量?jī)x器、手段方法（在線、離線、智能化）等。在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、試驗(yàn)、運(yùn)行時(shí)要研究各種電介質(zhì)在電壓下的電氣物理性能，特別是在高壓下的擊穿特性?，F(xiàn)在是3頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四(1)裝機(jī)容量、發(fā)電量迅速增長(zhǎng)建國(guó)后到1960年，裝機(jī)容量突破1000萬(wàn)kW，居世界第9位；1987年突破1億kW，居世界第4位；1996年裝機(jī)容量達(dá)到2.37億kW，躍居世界第2位，實(shí)現(xiàn)了全國(guó)電力供需基本平衡；2000年突破3億kW，仍居世界第2位；2004年，總裝機(jī)容量達(dá)到4.4億KW，居世界第1位；2010年，總裝機(jī)容量達(dá)到9億KW。二、本次課程主要內(nèi)容（9個(gè)方面）1、我國(guó)電力發(fā)展的概況現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四(2)用電量迅速增長(zhǎng)2004年全國(guó)用電量是1981年的7.08倍，其間用電量年均增長(zhǎng)8.88％，2000～2004年用電量年均增長(zhǎng)12％。根據(jù)預(yù)測(cè)，2004～2020年我國(guó)用電需求仍將保持較高的增長(zhǎng)率，2005～2010年年均用電增長(zhǎng)率在6％以上，預(yù)計(jì)2011～2020年年均用電增長(zhǎng)率5％。(3)電網(wǎng)的建設(shè)有較大發(fā)展建國(guó)后，1952年建設(shè)了110kV輸電線路，逐漸形成京津唐110kV輸電網(wǎng)；1954年建成豐滿－李石寨220kV輸電線，逐漸形成東北電網(wǎng)220kV骨干網(wǎng)架；1972年建成330kV劉家峽－關(guān)中輸電線路，以后逐漸形成西北電網(wǎng)330kV骨干網(wǎng)架；現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四1981年建成500kV姚孟－武昌輸電線路，1983年又建成葛洲壩－武昌和葛洲壩－雙河兩回500kV線路，開始形成華中電網(wǎng)500kV骨干網(wǎng)架。1989年建成±500kV葛洲壩－上海超高壓直流輸電線路，實(shí)現(xiàn)了華中－華東兩大區(qū)的直流聯(lián)網(wǎng)。我國(guó)上世紀(jì)80年代開始了更高電壓等級(jí)的論證、研究、試驗(yàn)等，并于2005年9月在西北網(wǎng)建成投產(chǎn)了750kV輸電線路（官亭－蘭州）。2009年1月，我國(guó)電壓等級(jí)最高的1000kV特高壓輸電線路開始試運(yùn)行（晉東南-南陽(yáng)-荊門）?！?00KV云—廣特高壓直流輸電工程2009年投產(chǎn)。現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四

電力發(fā)展為何需要越來(lái)越高的電壓？理論上輸電線路的輸電能力與輸電電壓的平方成正比，電壓提高1倍，輸送功率將提高4倍；大容量輸電的需求：高效率的大型、特大型發(fā)電機(jī)組的建造投運(yùn)，以其為基礎(chǔ)建設(shè)的特大容量規(guī)模發(fā)電基地，需要更高電壓的輸電網(wǎng)。資源配置要求：資源中心在西部，能源負(fù)荷中心在東部，特高壓輸電實(shí)現(xiàn)更大范圍的資源優(yōu)化配置。2、高壓的分類輸電電壓一般分高壓、超高壓和特高壓?，F(xiàn)在是7頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四國(guó)際上，高壓（HV）通常指35～220kV的電壓；超高壓（EHV）通常指330kV及以上、750kV及以下電壓；特高壓（UHV）指1000kV及以上的電壓。高壓直流（HVDC）通常指的是±600kV及以下的直流輸電電壓；±600kV以上的電壓稱為特高壓直流（UHVDC）。前蘇聯(lián)1150kV輸電線于1985年建成兩段，到1992年經(jīng)過了6年的商業(yè)運(yùn)行考驗(yàn)；日本于上世紀(jì)80年代建設(shè)東西和南北兩條1000V輸電主干線，將位于東太平洋沿岸的福島核電站和柏崎核電站的電力輸送到東京。這兩條線目前降壓至500kV運(yùn)行?，F(xiàn)在是8頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四液體和固體介質(zhì)廣泛用作電氣設(shè)備的內(nèi)絕緣。常用的液體介質(zhì)：變壓器油、電容器油、電纜油

常用的固體介質(zhì)：絕緣紙、紙板、云母、塑料、電瓷、玻璃、硅橡膠等3、電介質(zhì)的種類和應(yīng)用按狀態(tài)分氣體、液體和固體三類氣體介質(zhì)廣泛用作電氣設(shè)備的外絕緣；4、電介質(zhì)的極化和介電常數(shù)（1）極化定義

電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下，其束縛電荷相應(yīng)于電場(chǎng)方向產(chǎn)生彈性位移現(xiàn)象和偶極子的取向現(xiàn)象?，F(xiàn)在是9頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四（2）介電常數(shù)表示極化強(qiáng)弱程度的一個(gè)物理量。以真空平板電容器為例分析：極化前：極化后：為保持場(chǎng)強(qiáng)不變，極板上電荷必然會(huì)增加，以抵消極化電荷產(chǎn)生的反電場(chǎng).引入相對(duì)介電常數(shù)表示各種介質(zhì)與真空的比較：現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四

是反映電介質(zhì)極化特性的一個(gè)物理量。氣體接近于1，因密度小、極化率低；液體和固體多在2～6之間。用于電容器的絕緣材料，希望選用大的介質(zhì)，可使單位電容的體積和重量減小。其他電氣設(shè)備中總是選較小的介質(zhì)，因介質(zhì)損耗較小。采用較小絕緣材料可減小電纜的充電電流、提高套管的沿面放電電壓等。采用組合絕緣時(shí)應(yīng)注意各種材料值之間的配合，在交流電壓下，串聯(lián)多層介質(zhì)的場(chǎng)強(qiáng)分布與介質(zhì)的成反比?，F(xiàn)在是11頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四5、極化的種類（1）無(wú)損極化：電子式和離子式①電子式極化特點(diǎn)：極化時(shí)間很短；各種頻率下均可發(fā)生，與外加頻率無(wú)關(guān)；具有彈性，無(wú)損耗；溫度影響不大。②離子式極化特點(diǎn)：極化時(shí)間稍長(zhǎng)；與頻率無(wú)關(guān)；彈性極化，無(wú)損；

εr具正的溫度系數(shù)；現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四溫度較低時(shí)，T↑→分子間作用力↓→轉(zhuǎn)向容易→極化↑；①偶極子極化（2）有損極化：偶極子和夾層極化特點(diǎn)：極化時(shí)間較長(zhǎng)；有能耗；頻率對(duì)極化有影響；②夾層極化合閘瞬間：溫度較高時(shí)→熱運(yùn)動(dòng)加劇阻礙轉(zhuǎn)向→極化↓非彈性極化；現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四一般介質(zhì)不均勻，初始與穩(wěn)態(tài)值不同，于是兩層介質(zhì)上有一電壓重新分配過程，亦即C1、C2上電荷重新分配，在此過程中，分界面上將集聚起多余的電荷，從而對(duì)外顯出極性來(lái)。極化結(jié)果：等值電容增大；夾層界面堆積電荷產(chǎn)生極性。極化特點(diǎn)：與分子結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)；極化時(shí)間長(zhǎng)（R很大時(shí)）；有能耗；穩(wěn)定后：現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四各種極化類型的比較極化類型產(chǎn)生場(chǎng)合極化時(shí)間(s)極化原因能量損耗電子式任何電介質(zhì)10-15

束縛電荷的位移無(wú)離子式離子式結(jié)構(gòu)電介質(zhì)10-13

離子的相對(duì)偏移幾乎無(wú)偶極子式極性電介質(zhì)10-10～10-2

偶極子的定向排列有夾層介質(zhì)界面多層介質(zhì)交界面10-1～數(shù)小時(shí)自由電荷的移動(dòng)有空間電荷電極附近現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四6、電導(dǎo)的概念及分類電介質(zhì)電導(dǎo)分為離子電導(dǎo)、電子電導(dǎo)等，主要表現(xiàn)為前者。（1）概念：表征電介質(zhì)導(dǎo)電性能的物理量，其倒數(shù)稱為電阻；又常用電導(dǎo)率衡量，其倒數(shù)為電阻率。（2）電導(dǎo)的分類：電子電導(dǎo)：一般很微弱，因?yàn)榻橘|(zhì)中自由電子數(shù)極少；如果電子電流較大，則介質(zhì)已被擊穿。現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四離子電導(dǎo)：本征離子電導(dǎo)：極性電介質(zhì)本身離解所呈現(xiàn)的電導(dǎo)；雜質(zhì)離子電導(dǎo)：在中性和弱極性電介質(zhì)中，主要是雜質(zhì)離解呈現(xiàn)的電導(dǎo)。電泳電導(dǎo)：載流子為帶電的分子團(tuán)，通常是乳化態(tài)的膠體粒子（如絕緣油中懸浮膠?；蚣?xì)小水珠）吸附電荷變成了帶電粒子。表面電導(dǎo)：對(duì)固體介質(zhì)，由于表面吸附水分和污穢存在表面電導(dǎo)，受外界因素的影響很大。所以，在測(cè)量體積電阻\時(shí)，應(yīng)盡量排除表面電導(dǎo)的影響，清除表面污穢、烘干水分、在測(cè)量電極上采取一定的措施。現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四7、絕緣電阻和吸收現(xiàn)象電介質(zhì)的電阻通常稱為絕緣電阻。對(duì)于絕緣材料，人們關(guān)注的多是其絕緣性能，而絕緣電阻的高低在一定程度上反映了絕緣性能的好壞，所以對(duì)絕緣材料，我們常討論其絕緣電阻，這是與對(duì)導(dǎo)體我們常關(guān)注其電導(dǎo)不同的。（2）流過電介質(zhì)的電流及吸收現(xiàn)象：（1）絕緣電阻的一般概念：i=i1+i2+Ig以施加直流為例，流過介質(zhì)內(nèi)部的電流：現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四i1－充電電流：無(wú)損極化對(duì)應(yīng)的純電容電流，又稱快極化電流；Ig－電導(dǎo)電流：介質(zhì)中少量離子或電子移動(dòng)形成的電流，即俗稱的泄漏電流。i2－吸收電流：為有損極化對(duì)應(yīng)的電流(主要為夾層極化)，又稱慢極化電流；根據(jù)內(nèi)部物理過程，總電流i可分解為三部分：現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四我們所說(shuō)電介質(zhì)的絕緣電阻，就是此時(shí)電介質(zhì)上所加直流電壓與此穩(wěn)定電流值的比值，即而在施加直流電壓一段時(shí)間后，電介質(zhì)中的電流逐漸減小，像是被“吸收”掉了一樣的現(xiàn)象，就是常說(shuō)的“吸收現(xiàn)象”。討論：1、吸收現(xiàn)象的本質(zhì)是什么？對(duì)電介質(zhì)的絕緣電阻有何影響？現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四8、影響電介質(zhì)電導(dǎo)的因素（1）電壓（電場(chǎng)強(qiáng)度）：電導(dǎo)電流隨電壓增大而增大（2）雜質(zhì)：雜質(zhì)是液體介質(zhì)中帶電質(zhì)點(diǎn)的重要來(lái)源。中性液體離子主要來(lái)源于雜質(zhì)分子的離解；極性液體除雜質(zhì)外本身分子也易離解，所以同等條件下，其電導(dǎo)率比中性液體要大。液體介質(zhì)：固體介質(zhì)：雜質(zhì)也是固體電介質(zhì)體積電導(dǎo)的重要來(lái)源，雜質(zhì)含量增大時(shí)，體積電導(dǎo)會(huì)明顯增大?，F(xiàn)在是21頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四固體、液體介質(zhì)的電導(dǎo)率與溫度T的關(guān)系：式中：A、B

為與介質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。T為絕對(duì)溫度，單位為K。該式表明,介質(zhì)的電導(dǎo)隨溫度T按指數(shù)規(guī)律上升。（3）溫度：中性或弱極性固體介質(zhì)的體積電導(dǎo)主要由雜質(zhì)離解引起；極性固體介質(zhì)除此外本身分子離解為自由離子也是形成體積電導(dǎo)的主要因素。討論：2、電介質(zhì)的電導(dǎo)（電阻）與導(dǎo)體的電導(dǎo)（電阻）有何異同？溫度對(duì)它們有何影響？

現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四9、絕緣電阻的特點(diǎn)(1)

絕緣電阻會(huì)隨著加壓時(shí)間的延長(zhǎng)而變化，(2)具有負(fù)的溫度系數(shù)，而金屬電阻具有正的溫度系數(shù)；