电介质及气体放电

1/36 电介质的绝缘特性 2/36 一 . 电介质的极化 1.定义 电介质中的带电质点在电场作用下 沿电场方向作有限位移 3/36 Qo=CoU dAC 004/36 2. 相对介电系数 r 表征电介质在电场作用下的极化程度， 任一材料的介电系数与真空介电系数的 比值 。 5/36 3. 极化的基本形式： 电子式极化、离子式极化、偶极子极化、夹层式极化 、（空间电荷极化）。 (1) 电子式极化 其特点 : a.极化所需时间极短 b.极化时没有能量损耗 c.温度对极化影响极小 6/36 (2). 离子式极化 其特点 : a.极化过程极短 b. 极化过程无能量损耗 c. 温度 对极化有影响 ,极化随温度升高而 增强 7/36 (3). 偶极子式极化 其特点 a. 极化所需时间较长 ,因而与频率有关 b. 极化过程有能量损耗 c. 温度对极化影响很大 ,温度很高和很低时 , 极化均减弱 8/36 (4). 夹层式极化 其特点 在两层电介质的界面上发生电荷的移动 和积累 ,极化过程缓慢 ,并有损耗。 9/36 10/36 二 .电介质的电导 介质在电场作用下 ,使其内部联系 较弱的带电粒子作有规律的运动形成电 流 ,即泄漏电流 .这种物理现象称为电导。 表征电导过程强弱程度的物理量为电导率 ，或它的倒数电阻率 o 11/36 2. 介质中的电流 12/36 (1).电容电流 ic 在加压初瞬间介质中的电子式极化 和离子式极化过程所引起的电流 ,无损 耗 ,存在时间极短。 (2).吸收电流 ia 有损极化所对应的电流 ,即夹层极化 和偶极子极化时的电流 ,它随时间而衰减。 13/36 (3).泄漏电流 ig 绝缘介质中少量离子定向移动所 形成的电导电流 ,它不随时间而变化。 14/36 流过介质的电流 i由三个分量组成： gac iiii 15/36 3.吸收现象 固体电介质在直流电压作用下 , 观察到电路中的电流从大到小随时 间衰减 ,最终稳定于某一数值 ,称为 “ 吸收现象 ” 。 介质在干燥和嘲湿的情况下 , 吸收现象不一样 ,据此可判断绝缘 性能的好坏。 16/36 三 .电介质的损耗 1. 损耗的形式 (1).电导损耗 由泄漏电流引起的损耗 .交直流下 都存在。 (2).极化损耗 由偶极子与夹层极化引起 ,交流 电压下极明显。 17/36 (3).游离损耗 指气体间隙的电晕放电以及液、固体 介质内部气泡中局部放电所造成的损耗。 电晕放电是一种自持放电 18/36 用介质损耗角的正切 tg 来表示介损的意义 在交流电压作用下 ,由于存在三种形式的损耗 ,需引入一个新的物理量来表征介损的特性 .直流电压作用下的介质损耗是电导引起的。 经推导 ,介质损耗 P为： tgCUPp219/36 20/36 气体 的绝缘特性 21/36 1.空气在强电场下的放电特性 一 .气体电介质的放电特性 气体在正常状态下是良好的绝缘体 ,在一个立方厘米体积内仅含几千个带电粒子 ,但在高电压下 ,气体从少量电荷会突然产生大量的电 荷 ,从而失去绝缘能力而发生 放电现象。 一旦电压解除后 ,气体电介质能自动恢复绝缘状态。 22/36 输电线路以气体作为绝缘材料 23/36 2.带电质点的产生与消失 (1) 激发 原子在外界因素作用下 ,其电子向 能量较高地方 跃迁 的过程 (2)游离 原子在外界因素作用下 ,使其一个或几个电子脱离原子核的束博而形成自由电子和一个正离子。 (3)游离的方式 a.碰撞游离 b.光游离 c.热游离 d.金属表面游离 24/36 第四节 液体的绝缘性能 25/36 四 .液体电介质的击穿特性 1.“小桥 ” 理论 (即 :“气泡 ” 击穿理论 ) 变压器油的击穿主要原因 ,在于杂质的 影响 ,而杂质是水分、受潮的纤维和被游离 了的气泡等构成，它们在电场的作用下，在 电极间逐渐排列成为小桥，从而导致击穿。 26/36 固体的绝缘性能 1.击穿形式 (1).电击穿 (2).热击穿 (3).电化学击穿 27/36 2.影响因素 (1).电压作用时间 (2).电场均匀程度与介质厚度 (3).电压种类 (4).电压作用的累积效应 (5).受潮 28/36 3.提高固体电介质工频击穿电压的措施 1、改进制造工艺 ，尽可能清除介质中的杂质 ,可以通过 精选材料、改善工艺、真空干燥、加强浸渍等方法。 2、改进电极形状 ，尽可能使电场均匀。 3、改善绝缘的工作条件 。 4、尽量减少过电压的作用 。 5、限制绝缘介质的工作温度 ，注意防潮、尘污，加强散 热冷却。 29/36 电介质的老化 老化的主要形式：电老化和热老化 30/36 绝缘材料的耐热等级 31/36 描写电介质电性能的四个物理量 与对应的四个物理现象 1.电介质的极化 相对介电系数 r2.电介质的电导 电导率 3.电介质的损耗 介质损失角正切 tg 4.电介质的击穿 电场强度 E 32/36 削弱游离因素的措施 (1).采用高气压 气体压力提高后，气体的密度加大，减少了电子的平均自由行程，从而削弱了碰撞游离的过程。 如高压空气断路器和高压标准电容器等 33/36 (2).采用高真空 气体间隙中压力很低时，电子的平均自由行程已增大到极间空间很难产生碰撞游离的程度。 如真空电容器、真空断路器等 34/36 真空电容器 真空断路器 35/36 (3).采用高强度气体 SF6气体属强电负性气体 ,容易吸附电子成为 负离子 ,从而削弱了游离过程