電介質(zhì)及氣體放電

1、1/36 電介質(zhì)的絕緣特性電介質(zhì)的絕緣特性 2/36 一. 電介質(zhì)的極化 1.1.定義定義 電介質(zhì)中的帶電質(zhì)點(diǎn)在電場(chǎng)作用下電介質(zhì)中的帶電質(zhì)點(diǎn)在電場(chǎng)作用下 沿電場(chǎng)方向作有限位移沿電場(chǎng)方向作有限位移 3/36 qo=cou d a c 0 0 4/36 2. 2. 相對(duì)介電系數(shù)相對(duì)介電系數(shù)r r 表征電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下的極化程度，表征電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下的極化程度， 任一材料的介電系數(shù)與真空介電系數(shù)的任一材料的介電系數(shù)與真空介電系數(shù)的 比值比值。 5/36 3. 3. 極化的基本形式：極化的基本形式： (1) (1) 電子式極化電子式極化 其特點(diǎn)其特點(diǎn): : a.a.極化所需時(shí)間極短極化所需時(shí)間極短

2、 b.極化時(shí)沒(méi)有能量損耗極化時(shí)沒(méi)有能量損耗 c.溫度對(duì)極化影響極小溫度對(duì)極化影響極小 6/36 (2). (2). 離子式極化離子式極化 其特點(diǎn)其特點(diǎn): : a.a.極化過(guò)程極短極化過(guò)程極短 b. 極化過(guò)程無(wú)能量損耗極化過(guò)程無(wú)能量損耗 c. 溫度溫度對(duì)極化有影響對(duì)極化有影響,極化隨溫度升高而極化隨溫度升高而增強(qiáng)增強(qiáng) 7/36 (3). (3). 偶極子式極化偶極子式極化 其特點(diǎn)其特點(diǎn) a. a. 極化所需時(shí)間較長(zhǎng)極化所需時(shí)間較長(zhǎng), ,因而與頻率有關(guān)因而與頻率有關(guān) b. b. 極化過(guò)程有能量損耗極化過(guò)程有能量損耗 c. c. 溫度對(duì)極化影響很大溫度對(duì)極化影響很大, ,溫度很高和很低時(shí)溫度很高和很

3、低時(shí), , 極化均減弱極化均減弱 8/36 (4). (4). 夾層式極化夾層式極化 其特點(diǎn)其特點(diǎn) 在兩層電介質(zhì)的界面上發(fā)生電荷的移動(dòng)在兩層電介質(zhì)的界面上發(fā)生電荷的移動(dòng) 和積累和積累, ,極化過(guò)程緩慢極化過(guò)程緩慢, ,并有損耗。并有損耗。 9/36 10/36 二二. .電介質(zhì)的電導(dǎo)電介質(zhì)的電導(dǎo) 介質(zhì)在電場(chǎng)作用下介質(zhì)在電場(chǎng)作用下, ,使其內(nèi)部聯(lián)系使其內(nèi)部聯(lián)系 較弱的帶電粒子作有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)形成電較弱的帶電粒子作有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)形成電 流流, ,即泄漏電流即泄漏電流. .這種物理現(xiàn)象稱為電導(dǎo)。這種物理現(xiàn)象稱為電導(dǎo)。 表征電導(dǎo)過(guò)程強(qiáng)弱程度的物理量表征電導(dǎo)過(guò)程強(qiáng)弱程度的物理量 為電導(dǎo)率為電導(dǎo)率，或它的倒數(shù)

4、電阻率，或它的倒數(shù)電阻率o o 11/36 2. 介質(zhì)中的電流 12/36 (1).(1).電容電流電容電流i ic c 在加壓初瞬間介質(zhì)中的電子式極化在加壓初瞬間介質(zhì)中的電子式極化 和離子式極化過(guò)程所引起的電流和離子式極化過(guò)程所引起的電流, ,無(wú)損無(wú)損 耗耗, ,存在時(shí)間極短。存在時(shí)間極短。 (2).(2).吸收電流吸收電流i ia a 有損極化所對(duì)應(yīng)的電流有損極化所對(duì)應(yīng)的電流, ,即夾層極化即夾層極化 和偶極子極化時(shí)的電流和偶極子極化時(shí)的電流, ,它隨時(shí)間而衰減。它隨時(shí)間而衰減。 13/36 (3).(3).泄漏電流泄漏電流ig 絕緣介質(zhì)中少量離子定向移動(dòng)所絕緣介質(zhì)中少量離子定向移動(dòng)所 形

5、成的電導(dǎo)電流形成的電導(dǎo)電流, ,它不隨時(shí)間而變化。它不隨時(shí)間而變化。 14/36 流過(guò)介質(zhì)的電流流過(guò)介質(zhì)的電流i i由三個(gè)分量組成：由三個(gè)分量組成： gac iiii 15/36 3.3.吸收現(xiàn)象吸收現(xiàn)象 固體電介質(zhì)在直流電壓作用下固體電介質(zhì)在直流電壓作用下, , 觀察到電路中的電流從大到小隨時(shí)觀察到電路中的電流從大到小隨時(shí) 間衰減間衰減, ,最終穩(wěn)定于某一數(shù)值最終穩(wěn)定于某一數(shù)值, ,稱為稱為 “吸收現(xiàn)象吸收現(xiàn)象”。 介質(zhì)在干燥和嘲濕的情況下介質(zhì)在干燥和嘲濕的情況下, , 吸收現(xiàn)象不一樣吸收現(xiàn)象不一樣, ,據(jù)此可判斷絕緣據(jù)此可判斷絕緣 性能的好壞。性能的好壞。 16/36 三三. .電介質(zhì)的損

6、耗電介質(zhì)的損耗 1. 1. 損耗的形式損耗的形式 (1).(1).電導(dǎo)損耗電導(dǎo)損耗 由泄漏電流引起的損耗由泄漏電流引起的損耗. .交直流下交直流下 都存在。都存在。 (2). (2).極化損耗極化損耗 由偶極子與夾層極化引起由偶極子與夾層極化引起, ,交流交流 電壓下極明顯。電壓下極明顯。 17/36 (3).(3).游離損耗游離損耗 指氣體間隙的電暈放電以及液、固體指氣體間隙的電暈放電以及液、固體 介質(zhì)內(nèi)部氣泡中局部放電所造成的損耗。介質(zhì)內(nèi)部氣泡中局部放電所造成的損耗。 電暈放電是一種自持放電 18/36 用介質(zhì)損耗角的正切用介質(zhì)損耗角的正切tgtg來(lái)表示介損的來(lái)表示介損的 意義意義 在交流

7、電壓作用下在交流電壓作用下, ,由于存在三種形式由于存在三種形式 的損耗的損耗, ,需引入一個(gè)新的物理量來(lái)表征介需引入一個(gè)新的物理量來(lái)表征介 損的特性損的特性. .直流電壓作用下的介質(zhì)損耗是直流電壓作用下的介質(zhì)損耗是 電導(dǎo)引起的。電導(dǎo)引起的。 經(jīng)推導(dǎo)經(jīng)推導(dǎo), ,介質(zhì)損耗介質(zhì)損耗p p為：為： tgcup p 2 19/36 20/36 氣體氣體的絕緣特性的絕緣特性 21/36 1.1.空氣在強(qiáng)電場(chǎng)下的放電特性空氣在強(qiáng)電場(chǎng)下的放電特性 一一. .氣體電介質(zhì)的放電特性氣體電介質(zhì)的放電特性 氣體在正常狀態(tài)下是良好的絕緣體氣體在正常狀態(tài)下是良好的絕緣體, ,在一個(gè)立方厘米在一個(gè)立方厘米 體積內(nèi)僅含幾千

8、個(gè)帶電粒子體積內(nèi)僅含幾千個(gè)帶電粒子, ,但在高電壓下但在高電壓下, ,氣體從少量氣體從少量 電荷會(huì)突然產(chǎn)生大量的電電荷會(huì)突然產(chǎn)生大量的電荷荷, ,從而失去絕緣能力而發(fā)生從而失去絕緣能力而發(fā)生 放電現(xiàn)象。放電現(xiàn)象。 一旦電壓解除后一旦電壓解除后, ,氣體電介質(zhì)能自動(dòng)恢復(fù)絕緣狀態(tài)。氣體電介質(zhì)能自動(dòng)恢復(fù)絕緣狀態(tài)。 22/36 輸電線路以氣輸電線路以氣 體作為絕緣材料體作為絕緣材料 23/36 2.2.帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生與消失帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生與消失 (1) (1) 激發(fā)激發(fā) 原子在外界因素作用下原子在外界因素作用下, ,其電子向其電子向能量較高地方能量較高地方躍遷躍遷 的過(guò)程的過(guò)程 (2)(2)游離游離 原

9、子在外界因素作用下原子在外界因素作用下, ,使其一個(gè)或幾個(gè)電子脫離原子使其一個(gè)或幾個(gè)電子脫離原子 核的束博而形成自由電子和一個(gè)正離子。核的束博而形成自由電子和一個(gè)正離子。 (3)(3)游離的方式游離的方式 a.a.碰撞游離碰撞游離 b.b.光游離光游離 c.c.熱游離熱游離 d.d.金屬表面游離金屬表面游離 24/36 第四節(jié) 液體的絕緣性能 25/36 四四. .液體電介質(zhì)的擊穿特性液體電介質(zhì)的擊穿特性 1.“1.“小橋小橋”理論理論( (即即 :“:“氣泡氣泡”擊穿理論擊穿理論) ) 變壓器油的擊穿主要原因變壓器油的擊穿主要原因, ,在于雜質(zhì)的在于雜質(zhì)的 影響影響, ,而雜質(zhì)是水分、受潮的

10、纖維和被游離而雜質(zhì)是水分、受潮的纖維和被游離 了的氣泡等構(gòu)成，它們?cè)陔妶?chǎng)的作用下，在了的氣泡等構(gòu)成，它們?cè)陔妶?chǎng)的作用下，在 電極間逐漸排列成為小橋，從而導(dǎo)致?lián)舸?。電極間逐漸排列成為小橋，從而導(dǎo)致?lián)舸?26/36 固體的絕緣性能固體的絕緣性能 1.1.擊穿形式擊穿形式 (1).(1).電擊穿電擊穿 (2).(2).熱擊穿熱擊穿 (3).(3).電化學(xué)擊穿電化學(xué)擊穿 27/36 2.2.影響因素影響因素 (1).(1).電壓作用時(shí)間電壓作用時(shí)間 (2).(2).電場(chǎng)均勻程度與介質(zhì)厚度電場(chǎng)均勻程度與介質(zhì)厚度 (3).(3).電壓種類電壓種類 (4).(4).電壓作用的累積效應(yīng)電壓作用的累積效應(yīng) (

11、5).(5).受潮受潮 28/36 3.3.提高固體電介質(zhì)工頻擊穿電壓的措施提高固體電介質(zhì)工頻擊穿電壓的措施 1 1、改進(jìn)制造工藝、改進(jìn)制造工藝，盡可能清除介質(zhì)中的雜質(zhì)，盡可能清除介質(zhì)中的雜質(zhì), ,可以通過(guò)可以通過(guò) 精選材料、改善工藝、真空干燥、加強(qiáng)浸漬等方法。精選材料、改善工藝、真空干燥、加強(qiáng)浸漬等方法。 2 2、改進(jìn)電極形狀、改進(jìn)電極形狀，盡可能使電場(chǎng)均勻。，盡可能使電場(chǎng)均勻。 3、改善絕緣的工作條件、改善絕緣的工作條件。 4、盡量減少過(guò)電壓的作用、盡量減少過(guò)電壓的作用。 5 5、限制絕緣介質(zhì)的工作溫度、限制絕緣介質(zhì)的工作溫度，注意防潮、塵污，加強(qiáng)散，注意防潮、塵污，加強(qiáng)散 熱冷卻。熱冷卻

12、。 29/36 電介質(zhì)的老化電介質(zhì)的老化 老化的主要形式：電老化和熱老化老化的主要形式：電老化和熱老化 30/36 絕緣材料的耐熱等級(jí)絕緣材料的耐熱等級(jí) 31/36 描寫(xiě)電介質(zhì)電性能的四個(gè)物理量描寫(xiě)電介質(zhì)電性能的四個(gè)物理量 與對(duì)應(yīng)的四個(gè)物理現(xiàn)象與對(duì)應(yīng)的四個(gè)物理現(xiàn)象 1.1.電介質(zhì)的極化電介質(zhì)的極化 相對(duì)介電系數(shù)相對(duì)介電系數(shù) r 2.2.電介質(zhì)的電導(dǎo)電介質(zhì)的電導(dǎo) 電導(dǎo)率電導(dǎo)率 3.3.電介質(zhì)的損耗電介質(zhì)的損耗 介質(zhì)損失角正切介質(zhì)損失角正切tgtg 4.4.電介質(zhì)的擊穿電介質(zhì)的擊穿 電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度e e 32/36 削弱游離因素的措施削弱游離因素的措施 (1).(1).采用高氣壓采用高氣壓 氣體

13、壓力提高后，氣體的密度加大，減少氣體壓力提高后，氣體的密度加大，減少 了電子的平均自由行程，從而削弱了碰撞游離的了電子的平均自由行程，從而削弱了碰撞游離的 過(guò)程。過(guò)程。 如高壓空氣斷路器和高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器等如高壓空氣斷路器和高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器等 33/36 (2).(2).采用高真空采用高真空 氣體間隙中壓力很低時(shí)，電子的平均自氣體間隙中壓力很低時(shí)，電子的平均自 由行程已增大到極間空間很難產(chǎn)生碰撞游離的由行程已增大到極間空間很難產(chǎn)生碰撞游離的 程度。程度。 如真空電容器、真空斷路器等如真空電容器、真空斷路器等 34/36 真空電容器真空電容器 真空斷路器真空斷路器 35/36 (3).(3).采用高強(qiáng)度氣體采用高強(qiáng)度氣體 sfsf6 6氣體屬?gòu)?qiáng)電負(fù)性氣體氣體屬?gòu)?qiáng)電負(fù)性氣體, ,容易吸附電子成為容易吸附電子成為 負(fù)離子負(fù)離子, ,從而削弱了游離過(guò)程從而削弱了游離過(guò)程. .提高壓力后可提高壓