高電壓技術(shù)講義

高電壓技術(shù)講義長春工程學(xué)院劉望來長春工程學(xué)院劉望來電介質(zhì)的極化

、電導(dǎo)、損耗第一部分：極化一、問題提出在密閉容器中加入兩平板電極，容器抽真空。在電極上加上外加電壓進(jìn)行充電。靜止后電量為Q0，Q0=C0U=ε0A/d。長春工程學(xué)院劉望來在兩電極間加入厚度與極間距相同的固體電介質(zhì)重新完成試驗。發(fā)現(xiàn)極板上的電量增加了Q’，Q=Q0+Q’=εA/d

。問Q’這些電量是如何來的呢？用相對介電常數(shù)來描述εγ=Q/Q0=（Q0+Q’）/Q0-+-+在電場的作用下，電介質(zhì)相對電極兩面呈現(xiàn)電性的現(xiàn)象稱為極化。

長春工程學(xué)院劉望來二、極化的形式1、電子式極化特點：1）速度快10-14—10-15S；2）彈性的；3）不消耗能量。長春工程學(xué)院劉望來其特點是：1）速度較快，10-12—10-13S；2）彈性的；3）不消耗能量。2、離子式極化長春工程學(xué)院劉望來3、偶極子極化：特點：1）速度較慢，10-2—10-6S；2）非彈性的；3）消耗能量。長春工程學(xué)院劉望來4、夾層極化：特點：1）速度慢：幾十分之一秒到幾分鐘；2）非彈性的；3）消耗能量。長春工程學(xué)院劉望來極化可以歸納為空間電荷的彈性位移或轉(zhuǎn)向及電荷的重新分配；也可以歸納為快速的無損極化和慢速的有損極化。3、利用夾層極化可以判斷絕緣受潮的情況。2、在交流及沖擊電壓作用下，多層串聯(lián)電介質(zhì)中的場強(qiáng)分布與介電常數(shù)成反比。研究極化的意義：1、選擇制造電容的絕緣材料時，一方面注意材料的絕緣強(qiáng)度，另一方面希望介電常數(shù)要大；問題：用兩種介電常數(shù)的絕緣紙分別纏電纜芯線，是先纏介電常數(shù)大的呢，還是先纏介電常數(shù)小的呢？長春工程學(xué)院劉望來常用電介質(zhì)的介電常數(shù)材料類別名稱εγ氣體介質(zhì)（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下）中性極性空氣/氮氣二氧化硫1.00058/1.000601.009液體介質(zhì)弱極性極性強(qiáng)極性變壓器油/硅有機(jī)液蓖麻油/氯化聯(lián)苯丙酮/酒精/水2.2/2.2-2.84.5/4.6-5.222/33/81固體介質(zhì)極性離子性纖維素/膠木/聚氯乙烯云母/電瓷6.5/4.5/3.0-3.55-7/5.5-6.5長春工程學(xué)院劉望來第二部分：電導(dǎo)

電導(dǎo)：任何電介質(zhì)都有一定的導(dǎo)電性。一、試驗電路金屬電導(dǎo)是電子電導(dǎo)、電介質(zhì)電導(dǎo)是離子電導(dǎo)。電介質(zhì)的電導(dǎo)極小，其電阻率高達(dá)109—1022Ω·cm，而金屬的電阻率僅為10-6—10-2Ω·cm長春工程學(xué)院劉望來二、等效電路2、由慢速有損極化形成的電流i2稱為吸收電流。由于是由極化形成的，可以等值出電容C2，又有損耗，可以等值出電阻r2。3、電介質(zhì)中的起始帶電粒子在電場的作用下定向運動形成電流i3，稱為泄漏電流。因為是純阻性的，可以等值出電阻r3。1、由電源對電介質(zhì)等效電容充電建立電場及快速無損極化形成的電流i1稱為幾何電容電流。由于其是純?nèi)菪缘?，所以可以用一個電容C1來等值。長春工程學(xué)院劉望來三、絕緣電阻與吸收現(xiàn)象在電壓作用下流過電介質(zhì)的電流隨加壓時間的延長逐漸穩(wěn)定在泄漏電流上，這種電流隨時間逐漸衰減的現(xiàn)象稱為吸收現(xiàn)象。與這個穩(wěn)定電流相對應(yīng)的電阻值稱為設(shè)備的絕緣電阻。由于吸收現(xiàn)象的存在，在對電介質(zhì)進(jìn)行高壓試驗時，電介質(zhì)表面會有吸收電荷存在，這些電荷在沒有外因作用時需很長時間才能泄放掉，可能對人構(gòu)成危險，所以高壓試驗結(jié)束時必須對試品進(jìn)行放電。長春工程學(xué)院劉望來四、氣體電介質(zhì)的電導(dǎo)是由氣體分子本身及氣體中雜質(zhì)離解出來的帶電粒子形成的，其值很小。液體電介質(zhì)的電導(dǎo)一種是由液體本身的分子和雜質(zhì)的分子離解的帶電粒子形成的離子電導(dǎo)，另一種是由液體中膠體質(zhì)點吸附電荷后變成帶電質(zhì)點構(gòu)成的電泳電導(dǎo)。固體電介質(zhì)的電導(dǎo)分體積電導(dǎo)和表面電導(dǎo)兩部分。長春工程學(xué)院劉望來五、研究電導(dǎo)的意義：1）在高壓設(shè)備絕緣預(yù)防性試驗中，測量電介質(zhì)的電導(dǎo)和吸收比可以判斷絕緣是否受潮。2）多層介質(zhì)在直流電壓作用下的穩(wěn)態(tài)電壓分布與各層介質(zhì)的電導(dǎo)成反比。在設(shè)計用于直流的設(shè)備時，要注意所用介質(zhì)的電導(dǎo)率，盡量使材料得到合理的使用。3）設(shè)計絕緣時，要考慮到絕緣的使用條件，特別是濕度的影響。如有些膠紙外殼的高壓設(shè)備，在潮濕天氣時，由于受潮引起表面電導(dǎo)太大，無法在額定電壓下使用。4）并不是所有情況下都希望絕緣電阻高，有些情況下要設(shè)法減小絕緣電阻。長春工程學(xué)院劉望來第三部分、電介質(zhì)的損耗

電介質(zhì)損耗包括極化損耗和電導(dǎo)損耗。在直流電壓的作用下，由于電介質(zhì)中沒有周期性的極化過程，當(dāng)外施電壓低于發(fā)生局部放電的電壓時，介質(zhì)中的損耗僅由電導(dǎo)所引起。在交流電壓作用下：長春工程學(xué)院劉望來用有功功率P來表示介質(zhì)損耗是不方便的，因為P值與實驗電壓、試品尺寸等因素有關(guān)，不同試品間難以互相比較，而對一定結(jié)構(gòu)的試品，在外界電壓一定的情況下，介質(zhì)損耗僅決定于tgδ，而如同介電常數(shù)和電導(dǎo)率一樣，tgδ僅取決于介質(zhì)本身的特性參數(shù)。因此，為了比較不同介質(zhì)在交變電壓作用下的損耗性能，tgδ就成為衡量介質(zhì)損耗大小的物理量。長春工程學(xué)院劉望來研究介質(zhì)損耗的意義：

1、在設(shè)計絕緣結(jié)構(gòu)時，必須注意到絕緣材料的tgδ

，若tgδ值過大則會引起嚴(yán)重發(fā)熱，使材料容易劣化，甚至可能導(dǎo)致熱擊穿。

2、用于沖擊測量的連接電纜，其絕緣的tgδ值必須很小，否則沖擊波在電纜中傳播時將引起嚴(yán)重畸變，影響測量精確度。

3、預(yù)防性試驗的一種。

4、作為絕緣材料，希望其tgδ越小越好。長春工程學(xué)院劉望來前言充當(dāng)高壓絕緣的液體介質(zhì)主要有礦物油和合成油兩大類，應(yīng)用最廣的是礦物油。礦物油是按照不同成分和經(jīng)不同精制過程后分別適用于不同電氣設(shè)備的絕緣油，分別稱為變壓器油、電容器油、電纜油和開關(guān)油。由于礦物油易老化、會燃燒、有爆炸危險等原因，所以國內(nèi)外正致力于研究合成油，如有機(jī)硅油、十二烷基苯等。§2.2液體介質(zhì)的擊穿長春工程學(xué)院劉望來一、液體分純凈液體和工業(yè)上應(yīng)用的液體，純凈液體的放電理論是電擊穿理論，工業(yè)上應(yīng)用的液體的放電理論是“小橋理論”。二、“小橋理論”油中含有水分和纖維時，由于水和纖維的介電常數(shù)很大，尤其是纖維吸潮后，很容易沿電場方向極化定向排列，排列成雜質(zhì)小橋，并在電極間形成電導(dǎo)較大的通道，引起泄漏電流增大，溫度升高，促使油和水分汽化，氣泡擴(kuò)大，最后擊穿。長春工程學(xué)院劉望來三、標(biāo)準(zhǔn)試油杯為什么要作成均勻電場的？

在標(biāo)準(zhǔn)試油杯中，液體（變壓器油）的擊穿電壓為20—60kV，其擊穿場強(qiáng)為20—60kV/0.25cm=80—240kV/cm。而均勻電場中空氣的擊穿場強(qiáng)為30kV/cm，所以氣體的擊穿場強(qiáng)比液體的低很多。長春工程學(xué)院劉望來1、含水量對液體擊穿電壓的影響變壓器油在不同的環(huán)境中，吸收水分的能力和程度是不同的，因此變壓器油中的含水量也不相同。比較干燥的油在潮濕的環(huán)境中，經(jīng)過一段時間后，含水量會逐漸增加，最后達(dá)到某一飽和值。水分在油中以溶解狀態(tài)、懸浮狀態(tài)和在容器底部沉積三種狀態(tài)出現(xiàn)。懸浮狀態(tài)的小水滴能夠在電場作用下極化并在極間排成導(dǎo)電的“小橋”，使油的擊穿電壓顯著下降。十萬分之幾時四、油的品質(zhì)對液體擊穿電壓的影響長春工程學(xué)院劉望來2、含纖維量的影響當(dāng)變壓器油中有纖維存在時，在電場作用下，纖維將沿著電場方向定向排列，形成“小橋”，使變壓器油的擊穿電壓大為降低。長春工程學(xué)院劉望來3、含碳量的影響某些電氣設(shè)備中的絕緣油在運行中常受到電弧的作用，電弧的高溫會使絕緣油分解而產(chǎn)生碳粒。新生的活性碳粒有很強(qiáng)的吸附水分和氣體的能力，從而使油的絕緣強(qiáng)度提高，同時碳粒本身是導(dǎo)體，它分散在油中使附近的局部電場增強(qiáng)而使油的絕緣強(qiáng)度降低。總之，細(xì)而分散的碳粒對油的絕緣強(qiáng)度影響并不顯著，但碳粒吸附水分逐漸沉積到電氣設(shè)備的固體介質(zhì)表面，形成油泥，易造成油中沿固體介質(zhì)表面的放電，同時也影響散熱。長春工程學(xué)院劉望來五、溫度對液體絕緣強(qiáng)度的影響1、當(dāng)溫度由00C開始逐漸上升時，懸浮狀態(tài)→溶解狀態(tài)2、當(dāng)溫度超過60-800C時，水汽化，油汽化，產(chǎn)生氣泡3、在0-50C時，油中水分是懸浮狀態(tài)的，擊穿電壓最低。4、溫度再降低，水將結(jié)成冰粒長春工程學(xué)院劉望來六、壓力的影響不論電場均勻與否，工程上用的變壓器油在工頻電壓作用下，其擊穿電壓均隨壓力的增加而增大，這個關(guān)系在均勻電場中更為顯著。壓力對擊穿電壓的影響的原因是由于油中含有氣體。七、電場均勻程度的影響電場越均勻，水分等雜質(zhì)對擊穿電壓的影響越大，擊穿電壓的分散性也越大。所以當(dāng)油的純凈度較高時，改善電場的均勻度能大大提高工頻或直流電壓下油的擊穿電壓；而在品質(zhì)較差的油中，因雜質(zhì)的聚集和排列已使電場畸變，故改善電場分布對擊穿電壓的影響不大。長春工程學(xué)院劉望來八、電壓作用時間的影響1、液體擊穿需要時間；2、加壓時間長、小橋易形成。長春工程學(xué)院劉望來九、提高液體介質(zhì)擊穿電壓的措施措施：1、提高液體品質(zhì)（1）過濾。在油中先加入白土、硅膠等吸附劑后用濾油機(jī)濾紙阻隔油中的纖維等固態(tài)雜物，吸收部分水分等液體雜質(zhì)；（2）干燥。絕緣及夾件、繞組等浸油前必須烘干，必要時采用真空干燥法去除水分，在油箱呼吸器的空氣入口處放干燥劑。（3）祛氣。途徑：提高液體的品質(zhì)，限制小橋的形成。長春工程學(xué)院劉望來2、限制小橋的形成（1）覆蓋。在電場中曲率半徑小的電極上覆蓋很薄的電纜紙（或黃蠟布或涂漆膜），組成油—紙絕緣組合。在均勻電場中覆蓋能夠使擊穿電壓提高70%—100%，在極不均勻電場中能夠提高10%—15%，所以充油設(shè)備中很少采用裸導(dǎo)體的。（2）絕緣層（3）屏障長春工程學(xué)院劉望來小結(jié)在電場作用下，電介質(zhì)中發(fā)生的物理現(xiàn)象可用四個特性參數(shù)：介電常數(shù)、絕緣電阻率、介質(zhì)損耗角正切及絕緣強(qiáng)度來表征。前三個參數(shù)是表征在較弱電場中的性能，絕緣強(qiáng)度是在強(qiáng)電場中表征電介質(zhì)性能的參數(shù)（電場的強(qiáng)弱是以能否使電介質(zhì)發(fā)生放電來區(qū)分的）。這四個參數(shù)有三個是物理量，而tgδ是一個比值。長春工程學(xué)院劉望來這四個參數(shù)既有聯(lián)系，又相互獨立，不能由一個參數(shù)推斷另一個參數(shù)。評價電介質(zhì)的電氣性能要以四個參數(shù)全面衡量，只是在不同的應(yīng)用場合，對這四個參數(shù)的要求主、次和數(shù)值有所不同；多數(shù)情況是絕緣強(qiáng)度這一參數(shù)起主導(dǎo)作用。長春工程學(xué)院劉望來在較弱電場作用下，離子的定向運動形成電介質(zhì)電導(dǎo)。溫度升高介質(zhì)中離子數(shù)加多，運動加快，故其電阻溫度系數(shù)為負(fù)。電介質(zhì)在直流電壓作用下，因偶極子極化、夾層極化等緩慢極化過程形成了電介質(zhì)的吸收現(xiàn)象。當(dāng)除去外加電壓，將電介質(zhì)兩端的電極短路放電時，因極化的緩慢消失，使極板上電荷完全放掉所需的時間比充電時間要更長。長春工程學(xué)院劉望來由固、液體電介質(zhì)構(gòu)成的電容器，當(dāng)外加電壓作用時，為建立電場、緩慢極化和介質(zhì)漏電流使電流分三部分：幾何充電電流、吸收電流和泄漏電流。三部分電流對應(yīng)三個支路：純電容、電容與電阻串聯(lián)、純電阻支路。故電介質(zhì)可用電阻與電容的串聯(lián)或并聯(lián)電路來等值。由于通過介質(zhì)的泄漏電流和有損極化使電介質(zhì)在交變電場作用下產(chǎn)生介質(zhì)損耗，介質(zhì)損耗的大小用tgδ來表示。長春工程學(xué)院劉望來工程上應(yīng)用的變壓器油中總是含有少量的雜質(zhì)，主要是水分和纖維等。水分和纖維的相對介電常數(shù)比油的大，在外加電場作用下很容易極化，因而在極間形成漏電大的通道，即雜質(zhì)小橋，這漏電大的通道發(fā)熱使局部溫度升高，水分汽化而形成氣體通道，氣體通道因碰撞游離而擊穿，故變壓器油的擊穿是用小橋理論來解釋的。長春工程學(xué)院劉望來油中含有雜質(zhì)多，雜質(zhì)小橋易于形成，其擊穿電壓就降低。在均勻電場中油較平穩(wěn)，油中雜質(zhì)易于搭成“小橋”，故油品質(zhì)試驗要在均勻電場的標(biāo)準(zhǔn)試油杯中進(jìn)行。提高油間隙擊穿電壓的措施：一方面是提高油的品質(zhì)，另一方面是限制小橋的形成。長春工程學(xué)院劉望來習(xí)題一、測定變壓器油品質(zhì)好壞，為什么要采用標(biāo)準(zhǔn)試油杯？為何要取第二到第六次的五次擊穿電壓的平均值？二、介質(zhì)吸收電流曲線變化的快、慢為什么與受潮有關(guān)？每年進(jìn)入夏季，由于氣溫高、濕度大，對幼兒的照顧要特別注意，以下是出國留學(xué)網(wǎng)為您搜集整理的育兒健康小常識1.不是所有寶寶都需額外補(bǔ)充維生素很多家長會問，孩子多大需要開始補(bǔ)充維生素?小嬰兒是否需要補(bǔ)充維生素?劉主任表示，孩子多大補(bǔ)充維生素沒有明確的界定，如果寶寶是吃母乳或奶粉，一般營養(yǎng)物質(zhì)都足夠、全面，不需要額外補(bǔ)充維生素，如果出現(xiàn)了某些癥狀，如缺乏維生素B或維生素C等，再有針對性的補(bǔ)充會更好。維生素D可以促進(jìn)鈣的吸收，小嬰兒也應(yīng)該補(bǔ)充，特別是純母乳喂養(yǎng)的寶寶，如果沒有補(bǔ)充維生素D，常帶寶寶曬太陽，也可以轉(zhuǎn)化為維生素D，從而促進(jìn)鈣的吸收。給寶寶曬太陽，一般每天半小時到1小時，注意不要遮擋著曬太陽，如果是戴太陽帽、打傘或擦防曬霜等，起不到曬太陽的效果。2.不能用維生素補(bǔ)充劑代替蔬菜水果有的家長認(rèn)為，都是補(bǔ)充維生素，用維生素補(bǔ)充劑方便多了，因此就用維生素補(bǔ)充劑代替水果和蔬菜。劉主任表示，只要條件允許，應(yīng)盡量從食物中攝取維生素，如果是因為某些特殊情況導(dǎo)致不能全面有效獲得維生素，則可以考慮食用維生素補(bǔ)充劑。而且維生素補(bǔ)充劑是不能代替蔬菜和水果的。因為蔬菜、水果中的各種維生素是按一定比例