电介质及气体放电

1、1/36 电介质的绝缘特性电介质的绝缘特性 2/36 一. 电介质的极化 1.1.定义定义 电介质中的带电质点在电场作用下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沿电场方向作有限位移 3/36 qo=cou d a c 0 0 4/36 2. 2. 相对介电系数相对介电系数r r 表征电介质在电场作用下的极化程度，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任一材料的介电系数与真空介电系数的 比值比值。 5/36 3. 3. 极化的基本形式：极化的基本形式： (1) (1) 电子式极化电子式极化 其特点其特点: : a.a.极化所需时间极短极化所需时间极短

2、 b.极化时没有能量损耗极化时没有能量损耗 c.温度对极化影响极小温度对极化影响极小 6/36 (2). (2). 离子式极化离子式极化 其特点其特点: : a.a.极化过程极短极化过程极短 b. 极化过程无能量损耗极化过程无能量损耗 c. 温度温度对极化有影响对极化有影响,极化随温度升高而极化随温度升高而增强增强 7/36 (3). (3). 偶极子式极化偶极子式极化 其特点其特点 a. a. 极化所需时间较长极化所需时间较长, ,因而与频率有关因而与频率有关 b. b. 极化过程有能量损耗极化过程有能量损耗 c. c. 温度对极化影响很大温度对极化影响很大, ,温度很高和很低时温度很高和很

3、低时, , 极化均减弱极化均减弱 8/36 (4). (4). 夹层式极化夹层式极化 其特点其特点 在两层电介质的界面上发生电荷的移动在两层电介质的界面上发生电荷的移动 和积累和积累, ,极化过程缓慢极化过程缓慢, ,并有损耗。并有损耗。 9/36 10/36 二二. .电介质的电导电介质的电导 介质在电场作用下介质在电场作用下, ,使其内部联系使其内部联系 较弱的带电粒子作有规律的运动形成电较弱的带电粒子作有规律的运动形成电 流流, ,即泄漏电流即泄漏电流. .这种物理现象称为电导。这种物理现象称为电导。 表征电导过程强弱程度的物理量表征电导过程强弱程度的物理量 为电导率为电导率，或它的倒数

4、电阻率，或它的倒数电阻率o o 11/36 2. 介质中的电流 12/36 (1).(1).电容电流电容电流i ic c 在加压初瞬间介质中的电子式极化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和离子式极化过程所引起的电流, ,无损无损 耗耗, ,存在时间极短。存在时间极短。 (2).(2).吸收电流吸收电流i ia a 有损极化所对应的电流有损极化所对应的电流, ,即夹层极化即夹层极化 和偶极子极化时的电流和偶极子极化时的电流, ,它随时间而衰减。它随时间而衰减。 13/36 (3).(3).泄漏电流泄漏电流ig 绝缘介质中少量离子定向移动所绝缘介质中少量离子定向移动所 形

5、成的电导电流形成的电导电流, ,它不随时间而变化。它不随时间而变化。 14/36 流过介质的电流流过介质的电流i i由三个分量组成：由三个分量组成： gac iiii 15/36 3.3.吸收现象吸收现象 固体电介质在直流电压作用下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观察到电路中的电流从大到小随时 间衰减间衰减, ,最终稳定于某一数值最终稳定于某一数值, ,称为称为 “吸收现象吸收现象”。 介质在干燥和嘲湿的情况下介质在干燥和嘲湿的情况下, , 吸收现象不一样吸收现象不一样, ,据此可判断绝缘据此可判断绝缘 性能的好坏。性能的好坏。 16/36 三三. .电介质的损

6、耗电介质的损耗 1. 1. 损耗的形式损耗的形式 (1).(1).电导损耗电导损耗 由泄漏电流引起的损耗由泄漏电流引起的损耗. .交直流下交直流下 都存在。都存在。 (2). (2).极化损耗极化损耗 由偶极子与夹层极化引起由偶极子与夹层极化引起, ,交流交流 电压下极明显。电压下极明显。 17/36 (3).(3).游离损耗游离损耗 指气体间隙的电晕放电以及液、固体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。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用介质损耗角的正切tgtg来表示介损的来表示介损的 意义意义 在交流

7、电压作用下在交流电压作用下, ,由于存在三种形式由于存在三种形式 的损耗的损耗, ,需引入一个新的物理量来表征介需引入一个新的物理量来表征介 损的特性损的特性. .直流电压作用下的介质损耗是直流电压作用下的介质损耗是 电导引起的。电导引起的。 经推导经推导, ,介质损耗介质损耗p p为：为： tgcup p 2 19/36 20/36 气体气体的绝缘特性的绝缘特性 21/36 1.1.空气在强电场下的放电特性空气在强电场下的放电特性 一一. .气体电介质的放电特性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气体在正常状态下是良好的绝缘体, ,在一个立方厘米在一个立方厘米 体积内仅含几千

8、个带电粒子体积内仅含几千个带电粒子, ,但在高电压下但在高电压下, ,气体从少量气体从少量 电荷会突然产生大量的电电荷会突然产生大量的电荷荷, ,从而失去绝缘能力而发生从而失去绝缘能力而发生 放电现象。放电现象。 一旦电压解除后一旦电压解除后, ,气体电介质能自动恢复绝缘状态。气体电介质能自动恢复绝缘状态。 22/36 输电线路以气输电线路以气 体作为绝缘材料体作为绝缘材料 23/36 2.2.带电质点的产生与消失带电质点的产生与消失 (1) (1) 激发激发 原子在外界因素作用下原子在外界因素作用下, ,其电子向其电子向能量较高地方能量较高地方跃迁跃迁 的过程的过程 (2)(2)游离游离 原

9、子在外界因素作用下原子在外界因素作用下, ,使其一个或几个电子脱离原子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。核的束博而形成自由电子和一个正离子。 (3)(3)游离的方式游离的方式 a.a.碰撞游离碰撞游离 b.b.光游离光游离 c.c.热游离热游离 d.d.金属表面游离金属表面游离 24/36 第四节 液体的绝缘性能 25/36 四四. .液体电介质的击穿特性液体电介质的击穿特性 1.“1.“小桥小桥”理论理论( (即即 :“:“气泡气泡”击穿理论击穿理论) ) 变压器油的击穿主要原因变压器油的击穿主要原因, ,在于杂质的在于杂质的 影响影响, ,而杂质是水分、受潮的

10、纤维和被游离而杂质是水分、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。电极间逐渐排列成为小桥，从而导致击穿。 26/36 固体的绝缘性能固体的绝缘性能 1.1.击穿形式击穿形式 (1).(1).电击穿电击穿 (2).(2).热击穿热击穿 (3).(3).电化学击穿电化学击穿 27/36 2.2.影响因素影响因素 (1).(1).电压作用时间电压作用时间 (2).(2).电场均匀程度与介质厚度电场均匀程度与介质厚度 (3).(3).电压种类电压种类 (4).(4).电压作用的累积效应电压作用的累积效应 (

11、5).(5).受潮受潮 28/36 3.3.提高固体电介质工频击穿电压的措施提高固体电介质工频击穿电压的措施 1 1、改进制造工艺、改进制造工艺，尽可能清除介质中的杂质，尽可能清除介质中的杂质, ,可以通过可以通过 精选材料、改善工艺、真空干燥、加强浸渍等方法。精选材料、改善工艺、真空干燥、加强浸渍等方法。 2 2、改进电极形状、改进电极形状，尽可能使电场均匀。，尽可能使电场均匀。 3、改善绝缘的工作条件、改善绝缘的工作条件。 4、尽量减少过电压的作用、尽量减少过电压的作用。 5 5、限制绝缘介质的工作温度、限制绝缘介质的工作温度，注意防潮、尘污，加强散，注意防潮、尘污，加强散 热冷却。热冷却

12、。 29/36 电介质的老化电介质的老化 老化的主要形式：电老化和热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描写电介质电性能的四个物理量 与对应的四个物理现象与对应的四个物理现象 1.1.电介质的极化电介质的极化 相对介电系数相对介电系数 r 2.2.电介质的电导电介质的电导 电导率电导率 3.3.电介质的损耗电介质的损耗 介质损失角正切介质损失角正切tgtg 4.4.电介质的击穿电介质的击穿 电场强度电场强度e e 32/36 削弱游离因素的措施削弱游离因素的措施 (1).(1).采用高气压采用高气压 气体

13、压力提高后，气体的密度加大，减少气体压力提高后，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了电子的平均自由行程，从而削弱了碰撞游离的 过程。过程。 如高压空气断路器和高压标准电容器等如高压空气断路器和高压标准电容器等 33/36 (2).(2).采用高真空采用高真空 气体间隙中压力很低时，电子的平均自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由行程已增大到极间空间很难产生碰撞游离的 程度。程度。 如真空电容器、真空断路器等如真空电容器、真空断路器等 34/36 真空电容器真空电容器 真空断路器真空断路器 35/36 (3).(3).采用高强度气体采用高强度气体 sfsf6 6气体属强电负性气体气体属强电负性气体, ,容易吸附电子成为容易吸附电子成为 负离子负离子, ,从而削弱了游离过程从而削弱了游离过程. .提高压力后可提高压