第二章液體和固體介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度

1、第二章第二章 液體和固體介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度液體和固體介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度液體絕緣介質(zhì)液體絕緣介質(zhì) 常做載流導(dǎo)體或磁導(dǎo)體（鐵心）的冷卻劑，在開關(guān)電器中可用作滅弧材料。固體絕緣介質(zhì)固體絕緣介質(zhì) 可作為載流導(dǎo)體的支撐或作為極間屏障，以提高氣體或液體間隙的絕緣強(qiáng)度。2.1介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和損耗介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和損耗2.1.1電介質(zhì)的極化（1）介質(zhì)的極化和相對介電常數(shù)電介質(zhì)的極化電介質(zhì)的極化 正常情況下，任何電介質(zhì)都是呈中性的。但在電場作用下，其電荷質(zhì)點就會沿電場方向產(chǎn)生有限的位移，這種現(xiàn)象稱為電介質(zhì)的極化。 實驗證明：當(dāng)電容器充滿某種均勻介質(zhì)時，電容器實驗證明：當(dāng)電容器充滿某種均勻介質(zhì)時，電容器的電容將增大。如

2、果真空中電容器用的電容將增大。如果真空中電容器用C0表示，充滿表示，充滿介質(zhì)后電容用介質(zhì)后電容用C表示，實驗表明其比值表示，實驗表明其比值10rCC 叫做電介質(zhì)的相對電容率，是個純數(shù)，叫做電介質(zhì)的相對電容率，是個純數(shù)，它只與電介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，也叫相對介電常數(shù)它只與電介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，也叫相對介電常數(shù)r 相對介電常數(shù)相對介電常數(shù) 充滿介質(zhì)時的幾何電容和真空時的靜電電容的比值。 各種氣體的相對介電常數(shù)接近于1，而常用的液體、固體介質(zhì)的相對介電常數(shù)各不相同，多在26之間，且和溫度、電源頻率的不同而各不相同，并和各種極化形式有關(guān)。（2）極化的形式）極化的形式1）電子式位移極化2）離子式位移極化3）偶極子

3、極化4）夾層極化1）電子式位移極化 任何介質(zhì)都是由原子組成，原子為帶正電荷的原子核和帶負(fù)電荷的外層電子組成，其電荷量相等，且正負(fù)電荷作用中心重合，對外不顯電性。 在外電場的作用下，原子外層電子軌道相對在外電場的作用下，原子外層電子軌道相對于原子核產(chǎn)生位移，其正、負(fù)電荷作用中心不于原子核產(chǎn)生位移，其正、負(fù)電荷作用中心不再重合，對外呈現(xiàn)出一個電偶極子的狀態(tài)。再重合，對外呈現(xiàn)出一個電偶極子的狀態(tài)。0EE電子式位移極化的特點：電子式位移極化的特點：u形成極化所需時間很短，在各種頻率下都可能發(fā)生。因此其相對介電常數(shù)與外加電源頻率無關(guān)；u具有彈性，當(dāng)外施電壓去掉后，正、負(fù)電荷的相互吸引力又可使極化原子恢復(fù)

4、到原有狀態(tài)，所以無能量損耗；u溫度對于電子式極化的影響極小，相對介電常數(shù)隨溫度上升略有降低，但工程上可忽略溫度的影響。2）離子式位移極化 固體有機(jī)化合物多屬離子式結(jié)構(gòu)，如云母、陶瓷、玻璃等材料。在無外電場時，正、負(fù)離子對稱排列，各離子對的偶極矩互相抵消，故平均偶極矩為零。 在外電場作用下，正、負(fù)離子將發(fā)生相反方向的在外電場作用下，正、負(fù)離子將發(fā)生相反方向的偏移，使平均偶極矩不再為零，而形成電矩，對外偏移，使平均偶極矩不再為零，而形成電矩，對外呈現(xiàn)出電性。呈現(xiàn)出電性。0EE離子式位移極化的特點離子式位移極化的特點u彈性極化，極化過程時間較電子式極化稍長，幾乎無損耗。在一般使用的頻率范圍內(nèi)，相對介

5、電常數(shù)與頻率無關(guān)。u溫度對離子式極化的影響，存在相反的兩種因素： 離子的結(jié)合力隨溫度升高而降，極化程度增強(qiáng)；（影（影響因素更大）響因素更大） 溫度升高，離子密度減小，極化程度降低。3）偶極子極化偶極子：正、負(fù)電荷作用中心不重合的分子，分子的一端呈正電荷，另一端呈負(fù)電荷，分子本身就是一個永久性的偶極矩。極性介質(zhì)：由永久性偶極子構(gòu)成的介質(zhì)叫極性介質(zhì)。 單個偶極子雖具有極性，但無電場時，整個介質(zhì)分子處于不停的熱運(yùn)動狀態(tài)，宏觀上正負(fù)電荷平衡，對外不顯電性。 在外電場的作用下，原來在外電場的作用下，原來混亂分布的極性分子沿電場混亂分布的極性分子沿電場方向作定向排列，因而呈現(xiàn)方向作定向排列，因而呈現(xiàn)出極性

6、出極性。0EE無外電場時有外電場時偶極子極化的特點偶極子極化的特點u偶極子極化是非彈性非彈性的，因為極化時極性分子旋轉(zhuǎn)時克服分子間的吸引力而消耗的電場能量在復(fù)原時不可能收回；u極化所需時間較長，因此極性介質(zhì)的相對介電常數(shù)與電源頻率有較大關(guān)系，隨頻率的增高而上升，頻率很高時，偶極子來不及轉(zhuǎn)向，因而介電常數(shù)減小。u溫度升高，分子間聯(lián)系減弱，轉(zhuǎn)向容易，極化加強(qiáng)；但分子熱運(yùn)動加劇，妨礙它們有規(guī)律地運(yùn)動，這又使極化減弱。所以極性電介質(zhì)的介電常數(shù)最初隨溫度升高而增加，以后當(dāng)熱運(yùn)動變得較強(qiáng)烈時，又隨溫度升高而減小。綜上所述（綜上所述（3 3點）點）：1）氣體介質(zhì)由于密度很小，也即單位體積內(nèi)所含分子的數(shù)目很少

7、，所以不論是非極性氣體還是極性氣體，其相對介電常數(shù)均很小，在工程上可近似地認(rèn)為其等于1。2）液體介質(zhì)可分為非極性、極性和強(qiáng)極性3種。l非極性（或弱極性）非極性（或弱極性）液體的相對介電常數(shù)在1.82.5，變壓器油等礦物油屬此類。l極性液體極性液體的相對介電常數(shù)在26，如蓖麻油、氯化聯(lián)苯即屬此類。l強(qiáng)極性液體強(qiáng)極性液體的相對介電常數(shù)很大（10），如酒精、水等，但這類液體介質(zhì)的電導(dǎo)也很大，所以不能用做絕緣材料。3）固體介質(zhì)的情況比較復(fù)雜。 用作高壓設(shè)備絕緣材料的極性介質(zhì)（如酚醛樹脂、聚氯乙烯），非極性介質(zhì)（聚乙烯、聚苯乙稀等），以及離子介質(zhì)（如云母、陶瓷等），其相對介電常數(shù)在210的范圍內(nèi)，還有一

8、些相對介電常數(shù)很大的固體介質(zhì)，如鈦酸鋇等，其相對介電常數(shù)大于1000，不能用做絕緣材料。聚氯乙烯 PVC 材料的電纜聚苯乙烯聚苯乙烯電容云母絕緣墊圈 陶瓷絕緣子4）夾層極化 在高壓設(shè)備中，常應(yīng)用多種介質(zhì)絕緣，如電纜、電容器、電機(jī)和變壓器繞組等，兩層介質(zhì)中常夾有油層、膠層等，這時在介質(zhì)的分界面上產(chǎn)生“夾層極化”現(xiàn)象。1U2U1C2C1g2gKUUK夾層極化現(xiàn)象夾層極化現(xiàn)象12021CCUUt1221GGUUt假設(shè)C1C2，G1180耐熱耐熱等級等級最高允許工最高允許工作溫度（作溫度（）相當(dāng)于該耐熱等級的絕緣材料簡述相當(dāng)于該耐熱等級的絕緣材料簡述O90用未浸漬過的棉紗、絲及紙等材料或其組合物所組成

9、的絕緣結(jié)構(gòu)A105用浸漬過的或浸在液體電介質(zhì)（如變壓器油中的棉紗、絲及紙等材料或其組合物所組成的絕緣結(jié)構(gòu)）E120用合成有機(jī)薄膜、合成有機(jī)瓷漆等材料其組合物所組成的絕緣結(jié)構(gòu)B130用合適的樹脂粘合或浸漬、涂覆后的云母、玻璃纖維、石棉等，以及其他無機(jī)材料、合適的有機(jī)材料或其組合物所組成的絕緣結(jié)構(gòu)F155用合適的樹脂粘合或浸漬、涂覆后的云母、玻璃纖維、石棉等，以及其他無機(jī)材料、合適的有機(jī)材料或其組合物所組成的絕緣結(jié)構(gòu)H180用合適的樹脂（如有機(jī)硅樹脂）粘合或浸漬、涂覆后的云母、玻璃纖維、石棉等材料或其組合物所組成的絕緣結(jié)構(gòu)C180以上以上用合適的樹脂粘合或浸漬、涂覆后的云母、玻璃纖維、以及未經(jīng)浸漬

10、處理的云母、陶瓷、石英等材料或其組合物所組成的絕緣結(jié)構(gòu) 使用溫度超過表中所規(guī)定的溫度，絕緣材料迅速劣化，壽命大大縮短：例如：例如：A級絕緣溫度超過級絕緣溫度超過8，則壽命縮短一半左右。，則壽命縮短一半左右。（熱劣化的（熱劣化的8 規(guī)則）規(guī)則）B級絕緣級絕緣10 H級絕緣級絕緣12 絕緣介質(zhì)的耐寒性 一些材料在低溫下，可能會發(fā)生固化、變脆或開裂。 因些，對運(yùn)行在低溫環(huán)境下的設(shè)備，也要注意其耐寒性。例如：例如： 選擇變壓器油時要注意其凝固點應(yīng)低于選擇變壓器油時要注意其凝固點應(yīng)低于環(huán)境的最低溫度。環(huán)境的最低溫度。 變壓器油的牌號變壓器油的牌號10#，25#，45#分別表分別表示其凝固溫度為示其凝固溫

11、度為-10 ，-25 ，-45 。耐弧性能 對可能發(fā)生沿面閃絡(luò)的情況尤為重要。 有的材料能經(jīng)受電弧的高溫作用而不破壞，有的會留下燒傷的痕跡，有的則會被電弧完全破壞。 須根據(jù)工作條件來選擇材料。耐熱沖擊穩(wěn)定性 脆性材料（如玻璃、陶瓷、硬塑料等）在驟冷驟熱的溫度下，由于材料內(nèi)外層間溫差和不均勻地膨脹（或收縮）能形成裂縫，這種性質(zhì)稱為耐熱沖擊穩(wěn)定性。 對戶外裝置是很重要。 例如：例如： 電瓷的出廠試驗中，就有冷熱試驗項目電瓷的出廠試驗中，就有冷熱試驗項目。2.4.22.4.2機(jī)械性能機(jī)械性能 絕緣材料有脆性、塑性和彈性材料三種，其機(jī)械性能相差很大。機(jī)械性能：抗拉、抗壓、抗彎強(qiáng)度例如：例如： 瓷的抗壓強(qiáng)度比抗拉、抗彎強(qiáng)度高得多瓷的抗壓強(qiáng)度比抗拉、抗彎強(qiáng)度高得多2.4.32.4.3吸潮性能吸潮性能 吸潮性能直接影響到絕緣的電導(dǎo)和損耗，從而影響到絕緣的耐電強(qiáng)度。對運(yùn)行于濕