课件：第讲液体固体电介质的绝缘特性即第一篇复习.ppt

高电压技术,高电压工程系 李黎 ,回顾,极化、电导、损耗 吸收现象与电导和损耗的关系 介质损耗正切角tg 的物理意义 液体电介质的击穿 纯净液体电击穿 工程液体（含杂质和气泡）气泡击穿（小桥） 固体电介质的击穿 电击穿、热击穿、电化学击穿,2,本次课程,重点：组合绝缘 理解公式推导 电介质的老化 第一篇知识要点全面回顾,3,4,2.4 组合绝缘的电气强度,单一电介质不能满足多种要求：机械、热、电气等 组合绝缘电气强度与电介质的相互配合密切相关 直流：各层电介质承受电场与电导成反比 交流和冲击下：与介电常数成反比,5,2.4.1 组合绝缘中的介电常数和介质损耗,2.4.1 组合绝缘中的介电常数和介质损耗,6,7,2.4.2 组合绝缘中的电场,直流电压作用下电压与电阻成正比，电场与电导率成反比（与电阻率成正比）,电导率量纲：1/(*m）或1/(*cm） 电阻率量纲： *m或*cm,8,交流条件下,交流电压作用下电压与电容成反比，电场与介电常数成反比,9,分层绝缘中的电场分配交流下,油屏障式绝缘 交流下，1E2 随着d2的加大，E1持续增大在油隙中设置多个屏障，会使油中场强显著增大，反而不利。,10,电场按电阻率正比分配。（纸） （油），故E2E1，电场分配合理。同一根油纸绝缘电缆在直流下的耐压关于交流耐压（约为3）倍。,分层绝缘中的电场分配直流下,如果是直流，1 2，E1 E2,11,同心圆界面电介质：电缆的绝缘,单相圆芯均质电缆,12,分阶绝缘,在r0rr1内,在r1rr2内,13,分阶绝缘,优点：绝缘材料的利用率高，减小绝缘层厚度和电缆直径 实现：电缆绝缘中用不同的绝缘纸。电缆纸的介电常数与密度有关，密度大的纸（高）与低密度纸搭配使用，做多层分阶。 500kV超高压电缆可使用35层分阶,14,2.5 电介质的老化,绝缘老化的成因 电老化局部放电老化 热老化热作用下的氧化 环境老化污染性化学老化,15,（一）电老化：局放老化,放电过程产生的活性气体O3、NO、NO2等对介质的氧化、腐蚀作用 放电过程有带电粒子撞击介质，引起局部温升，加速介质氧化并使局部电导和介质损耗增大 带电粒子的撞击还可能切断分子结构，导致介质破坏 局放对有机介质的影响尤为显著,16,（二）电介质的热老化,主要取决于温度及热作用时间 液体电介质的热老化主要是由于热作用下的氧化。变压器油氧化后酸价升高，颜色逐渐加深，粘度增大，绝缘性能降低。 固体电介质的热老化主要是由于温度升高，使固体电介质热裂解、氧化裂解，产生交联，低分子挥发物逸出 表征机械强度降低，介质失去弹性，变脆，绝缘性能降低。 不可逆过程,17,(三）环境老化,环境老化，包括光氧老化、臭氧老化、盐雾酸碱等污染性化学老化。 最主要时光氧老化，如紫外线的照射会使绝缘材料加速老化，有些绝缘材料不宜用于户外日晒雨淋及污秽尘埃的环境。用于湿热地区的材料还应注意其抗生物（昆虫、霉菌）作用的性能。,18,提高固体电介质绝缘性能的方法,目的：提高击穿电压防止老化 改进制造工艺：消除杂质 改进绝缘设计：电场均匀 改善运行条件：散热、防潮,第一篇内容全面回顾：概念,什么是电介质？ 气体中如何产生带电粒子？ 原子的激励（对应）分子的电离 几种电离方式 碰撞电离、光电离、热电离、表面电离 注意表面电离有多种方式！ 存在带电粒子的气体呈现绝缘状态？ 几种带电粒子的去电离过程 定向运动、扩散、复合、附着 附着效应与气体分子电负性的关系！,19,第一篇内容全面回顾：概念,均匀电场中气体击穿放电的过程 平行板电极实验：P5，图1-1 通过U-I曲线解释从非自持放电到自持放电的发展过程：图1-2 注意电流饱和现象 何时转入自持放电？,20,第一篇内容全面回顾：理论,低气压、均匀场（平行板电极）、短间隙下气体间隙如何实现自持放电？ 汤逊放电 电子崩的发展原因 两个概念：起始电子，碰撞电离 过程（系数） 过程（系数）：为何过程可以忽略？ 过程（系数） 形成自持放电的临界条件：式1-10和式1-13 结合物理意义，请推导式1-15,21,第一篇内容全面回顾：理论,巴申定律 和汤逊理论互为印证 巴申曲线为何有最小值？ 可用物理原理解释 可用数学方法推知 巴申定律的隐含意义 真空和高气压都可以实现良好绝缘 汤逊理论的核心观点 碰撞电离与过程相关 过程对自持放电不可或缺,22,第一篇内容全面回顾：理论,流注理论 请从和汤逊理论的比较进行理解 强调 电子与正离子迁移速度不均衡导致的空间电场畸变 由此可引出极性效应 碰撞电离和光电离并重 电子崩流注的临界条件：电子崩头部足够“强” 注意：正流注和负流注产生的条件？ 外施高过电压时负流注 负流注运动速度快 流注理论和汤逊理论的互补关系？ 如何解释放电外形、时间、材料对放电特性的影响,23,第一篇内容全面回顾：概念,不均匀电场中气体击穿放电的过程 稍不均匀场和极不均匀场的判定 从间隙尺寸来判断 从放电现象来判断 电晕放电 极不均匀场的特殊性 极性效应 电晕放电,24,第一篇内容全面回顾：概念,电晕放电：一种特殊的自持放电 起因：不均匀场中处于相对强电场区电极表面的电离 不是严格意义上的空气间隙“击穿”！ 电晕放电与细线效应 电晕放电的后果：电晕损耗、电晕干扰 计算电晕起始电压的基本表达式 式1-23（了解即可，一般不会要求实际计算）,25,第一篇内容全面回顾：概念,极不均匀场中的流注过程 典型实例：“棒板”间隙 初始电子电子崩流注热电离，先导贯穿性通道间隙击穿 极不均匀场中发生电晕和流注的区别 外施电压的高低决定了是发生电晕还是流注 UUb，流注,26,第一篇内容全面回顾：理论,极性效应 不均匀场中才存在明显的极性效应 根本原因：电子崩流注发展过程中空间电荷分布不均匀造成的电场畸变 “正棒负板”、“负棒正板” 图1-13和图1-17的对比分析！ 复习时可以根据电力线分布来分析说明 请注意极性效应与后续其他知识点的联系 对稳态击穿电压的影响等等,27,第一篇内容全面回顾：应用,击穿电压：评价电介质绝缘性能的量化判据 对于需要利用绝缘性能的场合：越高越好 对于需要利用放电特性的场合：越低越好 正确理解“提高”或“降低”击穿电压的意思 均匀电场中的击穿电压 式1-25和图1-18 不会发生电晕放电 稍不均匀场中的击穿电压 与均匀场类似 不对称电场中有极性效应,28,第一篇内容全面回顾：应用,极不均匀场中的击穿电压 与起晕电压是两个概念，注意区分 通常指依据电子崩流注发展进程的自持放电过程 极性效应：以“棒板”“棒棒”排序 工频下：总是发生在。 直流下： 原因 工频下存在击穿电压间隙距离的“饱和”趋势，所以。,29,第一篇内容全面回顾：概念,标准雷电波定义 图1-23 冲击电压下放电时延的定义 什么是统计时延、形成时延 减小统计时延的方法理解定义后可推知 减小形成时延的方法理解定义后可推知,30,第一篇内容全面回顾：应用,50%雷电击穿电压 极性效应：图1-25 伏秒特性 和放电时延有密切联系 伏秒特性曲线的画法 如何判断哪种伏秒特性配合正确,31,第一篇内容全面回顾：应用,操作冲击标准波形 250us/2500us 50%操作冲击击穿电压 总之，不同场下的不同击穿特性： 理解并熟悉四种电压和三种电场的组合击穿特性 直流、交流工频、雷电、操作冲击 均匀场、稍不均匀场、极不均匀场,32,第一篇内容全面回顾：应用,大气条件对间隙击穿的影响 几个公式的简单计算 提高气体击穿电压的措施 列举几种措施 与“概念”和“理论”部分结合来解释原因 沿面放电 表面电场出现畸变的原因 滑闪放电出现在哪种沿面中？ 改善沿面放电特性的方法,33,第一篇内容全面回顾：概念,液体、固体电介质的绝缘 与气体相比有其相似性 电子崩理论在液体固体击穿过程中的解释 与气体相比有其独特性 极化、电导、损耗 气体的上述三个特性都可以忽略不计 极化、电导、损耗是导致液体、固体绝缘特性差异的主要原因 而极化、电导又是导致损耗的原因,34,第一篇内容全面回顾：概念,列举：几种极化的类型极其特点 哪些极化需要消耗能量？损耗 相对介电常数有何用处？ 制作电容器 制作交流电缆 问：极化和电介质的绝缘性能之间有何关联？,35,第一篇内容全面回顾：概念,电导 理解：吸收现象 形成电介质中电导的原因 通过电介质的电流是如何随时间变化的？ 电导大小的物理量电导率，单位？ 液体的U-I曲线：饱和现象，图2-7 固体的电导：U-I曲线无饱和 表面电导：污秽、潮湿,36,第一篇内容全面回顾：概念,损耗 损耗的成因 直流下：电导发热 交流下：电导极化 电介质可等效为：容阻电路 注意和吸收现象中电介质等值电路的区别 通过电介质等效电路形成tg 的概念 阻容并联：图2-10和式2-6 阻容串联：图2-11和式2-8,37,第一篇内容全面回顾：概念,两种液体电介质击穿过程 纯净：电击穿 工程：气泡击穿 三种固体的击穿过程 电击穿 热击穿 电老化 图2-18，三种击穿方式的击穿电压与持续作用时间的关系 影响。的因素（方法）：记小标题即可,38,第一篇内容全面回顾：概念,两种液体电介质击穿过程 纯净：电击穿 工程：气泡击穿 三种固体的击穿过程 电击穿 热击穿 电老化 图2-18，三种击穿方式的击穿电压与持续作用时间的关系,39,第一篇内容全面回顾：理论,组合绝缘 组合介电常数和介质损耗的推导 由推导式理解组合绝缘的性能评估方法 注意交流、直流 请认真推导式2-13，式2-14，式2-15，式2-16 应用：电缆分阶绝缘 式2-18式2-22的上下文含义,40,第一篇内容全面回顾：概念,电介质老化 电老化：局放老化 热老化：温升老化损耗导致 环境老化：看小标题,41,第一篇内容的几个特点,一根红线 为什么电介质在电气环境下会发生失效 失效：气体放电，液、固介质击穿 由此引申：概念、理论 知识结构的重要性排序 1、概念 2、理论