第六章液體和固體電介質(zhì)的電氣性能

第六章液體和固體電介質(zhì)的電氣性能第1頁，共19頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)：液體固體電介質(zhì)的極化電導(dǎo)損耗

1.1極化極化概念：在外施電壓下介質(zhì)中原來彼此中和的正負電荷產(chǎn)生了相對位移，形成電矩，使介質(zhì)表面出現(xiàn)了束縛電荷?，F(xiàn)象：電容增大表征參數(shù)：相對介電常數(shù)第2頁，共19頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)：液體固體電介質(zhì)的極化電導(dǎo)損耗

1.1極化種類(a)無外電場E=0-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+(b)有外電場

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-E+-電子位移極化離子位移極化轉(zhuǎn)向極化第3頁，共19頁，2023年，2月20日，星期三1電子位移極化：所有物質(zhì)；電子與原子核相對位移；時間極短，與頻率無關(guān)；無能量損耗；溫度升高時略微下降；2離子位移極化：離子式無機物；正負離子相對位移；時間極短，與頻率無關(guān)；微弱能量損耗；溫度升高時略微升高3偶極子轉(zhuǎn)向極化：極性共價化和物；分子轉(zhuǎn)向；時間較長，頻率增大時減?。挥休^大能量損耗；溫度升高時先增大后減小4夾層極化：多層介質(zhì)；夾層界面聚集電荷；時間很長，僅在低頻率下存在；有較大能量損耗；5空間電荷極化：含有自由離子的介質(zhì)；離子向電極集結(jié)；時間很長，僅在低頻率下存在；有較大能量損耗；第一節(jié)：液體固體電介質(zhì)的極化電導(dǎo)損耗

1.1極化種類第4頁，共19頁，2023年，2月20日，星期三第5頁，共19頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)：液體固體電介質(zhì)的極化電導(dǎo)損耗

1.1討論極化的意義1選材：電容器－介電常數(shù)較大－增大電容值；電纜－介電常數(shù)較小－減小電容電流；套管－介電常數(shù)較?。岣哐孛骈W絡(luò)電壓2控制電場分布：交流及沖擊電壓下，串連介質(zhì)中的電場強度與介電常數(shù)成反比3控制介質(zhì)發(fā)熱：轉(zhuǎn)向極化等有較大能量損耗＝》介質(zhì)發(fā)熱＝》老化劣化和熱擊穿4絕緣檢測：夾層極化電荷積累時間很長＝》時間取決于電導(dǎo)＝》介質(zhì)受潮后往往電導(dǎo)增大＝》時間縮短第6頁，共19頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)：液體固體電介質(zhì)的極化電導(dǎo)損耗

1.2電介質(zhì)電導(dǎo)施加直流電壓于固體介質(zhì)時的泄漏電流：1瞬時充電電流Ic：沖擊性質(zhì)2吸收電流Ia：漸減性質(zhì)：夾層極化電荷與空間極化電荷的來源3泄漏電流Ig：恒定值；由介質(zhì)電導(dǎo)決定Ia第7頁，共19頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)：液體固體電介質(zhì)的極化電導(dǎo)損耗

1.2討論電導(dǎo)的意義1控制電場分布：直流電壓下，串連介質(zhì)中的電場強度與電導(dǎo)率成反比；套管法蘭附近上半導(dǎo)體釉；發(fā)電機線棒出槽部位上半導(dǎo)體涂層2絕緣檢測：介質(zhì)受潮后往往電導(dǎo)增大，泄漏電流增大第8頁，共19頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)：液體固體電介質(zhì)的極化電導(dǎo)損耗

1.3介質(zhì)損耗Jg：真空和無損極化引起的電流密度Jlk

：漏導(dǎo)引起的電流密度Jp：有損極化引起的電流密度第9頁，共19頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)：液體固體電介質(zhì)的極化電導(dǎo)損耗

1.3介質(zhì)損耗單位體積介質(zhì)中的損耗功率：含有均勻介質(zhì)的平板電容器總損耗功率：表征參數(shù)：第10頁，共19頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)：液體固體電介質(zhì)的極化電導(dǎo)損耗

1.3介質(zhì)損耗與溫度、頻率的關(guān)系t＜t1時：電導(dǎo)和極化損耗都很小，隨著溫度的升高，極化損耗顯著增加t1＜t＜t2:由于分子熱運動加快，妨礙極性分子的轉(zhuǎn)向極化，極化損耗的減小比電導(dǎo)損耗的增加更快t＞t2時：電導(dǎo)損耗占主要部分非極性或弱極性電介質(zhì)損耗很小，損耗主要由電導(dǎo)決定第11頁，共19頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)：液體固體電介質(zhì)的極化電導(dǎo)損耗

1.3討論介質(zhì)損耗的意義1絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計：介損過大=>發(fā)熱=>材料劣化與熱擊穿＝》散熱2絕緣檢測：介質(zhì)受潮后往往電導(dǎo)增大，介損增大第12頁，共19頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)：液體電介質(zhì)的擊穿

2.1液體擊穿理論1電擊穿：陰極發(fā)射電子－電子撞擊液體分子發(fā)生電離－正離子形成空間電荷層，加強陰極表面電場－電流劇增，擊穿2氣泡擊穿：產(chǎn)生氣體（1）電子撞擊液體分子發(fā)生分解，2）陰極發(fā)射電子電流加熱分解液體，3）尖電極電暈液體汽化，4）原有氣泡帶電后體積變大）＝》氣泡電離＝》氣泡溫度升高，電離發(fā)展＝》產(chǎn)生更多氣體＝》氣泡堆積形成氣體“小橋”＝》沿“小橋”擊穿3工程液體的“小橋”擊穿：雜質(zhì)（多數(shù)介電常數(shù)較大）極化，并沿電場方向排列＝》沿雜質(zhì)通道泄漏電流增大，使水分汽化、液體分解＝》氣泡電離、膨脹，形成“小橋”＝》沿“小橋”擊穿第13頁，共19頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)：液體電介質(zhì)的擊穿

2.2影響液體擊穿電壓的因素1雜質(zhì)：處于懸浮狀態(tài)的氣體、水分和固體顆粒；電場越均勻影響越大，擊穿電壓分散性也越大；不均勻電場中局部放電擾動液體，不易形成“小橋”；對沖擊擊穿電壓影響不大。2溫度：冰－溶解－汽化＝擊穿電壓“N”形變化3電壓作用時間：雜質(zhì)與小橋的形成時間電場均勻程度壓力第14頁，共19頁，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)：固體電介質(zhì)的擊穿

3.1固體擊穿理論1電擊穿：少量傳導(dǎo)電子－電子撞擊原子發(fā)生電離－當電子崩發(fā)展到一定程度時－擊穿。特點：時間短，電壓高，溫度低，擊穿場強與電場均勻程度密切相關(guān)，與環(huán)境無關(guān)。2熱擊穿：介損發(fā)熱＝》溫度升高＝》電導(dǎo)增大＝》發(fā)熱增大＝》介質(zhì)分解炭化。特點：與各種使熱量聚集的因素有關(guān)3電化學(xué)擊穿：局部放電引起劣化擊穿。（很多有機材料雖然短時擊穿電壓很高，但耐局部放電性能很差。）第15頁，共19頁，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)：固體電介質(zhì)的擊穿

3.1固體擊穿理論概念：在電場的長時間作用下逐漸使介質(zhì)的物理、化學(xué)性能發(fā)生不可逆的劣化，最終導(dǎo)致?lián)舸?，這過程稱電老化電老化的類型：電離性老化、電導(dǎo)性老化和電解性老化。前兩種主要在交流電壓下產(chǎn)生，后一種主要在直流電壓下產(chǎn)生電離性老化：在介質(zhì)夾層或介質(zhì)內(nèi)部如果存在氣隙或氣泡，在交變場下氣隙或氣泡的場強會比鄰近固體介質(zhì)內(nèi)的場強大得多，而氣體的起始電離場強又比固體介質(zhì)低得多，所以在該氣隙或氣泡內(nèi)很容易發(fā)生電離。氣隙或氣泡的電離，通過上述綜合效應(yīng)，會造成鄰近絕緣物的分解、破壞(表現(xiàn)為變酥、炭化等形式)，并沿電場方向逐漸向絕緣層深處發(fā)展，在有機絕緣材料中會呈樹枝狀發(fā)展，稱作“電樹枝”

電導(dǎo)性老化：如果在兩電極之間的絕緣層中存在液態(tài)導(dǎo)電物質(zhì)(例如水)，當該處場強超過某定值時，該液體會沿電場方向逐漸深入到絕緣層中，形成近似樹枝狀的痕跡，稱作“水樹枝”第16頁，共19頁，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)：固體電介質(zhì)的擊穿

3.2局部放電－水樹枝第17頁，共19頁，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)：固體電介質(zhì)的擊穿

3.3影響固體擊穿電壓的因素1電壓作用時間：很短時間－電擊穿；較長－熱擊穿、電熱聯(lián)合；很長時間－電化學(xué)擊穿2溫度：環(huán)境溫度越高、散熱越差，熱擊穿電壓越低3電場均勻程度：均勻電場中擊穿電壓與厚度成正比；不均勻電場中出現(xiàn)熱擊穿后厚度增加擊穿電壓增加不大。4電壓種類：沖擊擊穿電壓長大于工頻擊穿電壓5積累效應(yīng)：局部損傷積累－注意沖擊或工頻試驗次數(shù)6受潮：易吸潮的極性介質(zhì)受潮后擊穿電壓降至1％7機械負荷：出現(xiàn)微觀裂縫后擊穿電壓顯著下降（零值絕緣子）