绝缘电气特性

1、2021-7-51 电气安全技术 发电1131、供电1131、电气1131班 2012年7月 教材：电力安全技术，杨文学、任红等 编，中国电力出版社出版 2021-7-52 第一章 电气设备绝缘的电气特性 一、认识电力安全生产的重要性 （一）重要性认识 1.电力安全生产影响各行各业和社会稳定。 2.电力安全生产影响电力企业本身。 3.电力生产的特点需要安全生产。 4.电力生产环境潜在危险因素多。 2021-7-53 （二）我国电气安全现状 1、电力安全生产任重而道远 A 安全用电水平高的国家20亿KWH触电死亡一人。 A 我国每耗电1亿KWH触电死亡一人，是发达国 家的2030倍。 2、用电安

2、全水平近年来有较大提高 A 重视程度、管理水平、设备质量以及双重绝缘、 电气隔离、漏电保护等防触电新技术的应用， 取得明显效果。 第一章 电气设备绝缘的电气特性 2021-7-54 （三）电力生产安全目标 我国电力系统安全生产总体目标是防止 A 两大类事故；对社会造成重大影响和对资产造成 重大损失的事故。 第一章 电气设备绝缘的电气特性 2021-7-55 二、电气设备绝缘状况 1.电介质定义：把导电能力很差的物质叫做绝缘 材料，也称电介质。 2.电介质分类：气体、液体和固体绝缘材料。 3. 绝缘缺陷的产生原因：制造、运输、运行、 试验等 4.绝缘缺陷的分类：集中性(或局部性)缺陷 和分 布性

3、(或整体性)缺陷 2021-7-56 5.绝缘预防性试验作用及分类 A 绝缘出现缺陷后，其各种特性就会发生变化， 绝缘预防性试验就是通过各种方法测量表征 绝缘性能的各种参数的变化或趋势，来判断 绝缘的状况，从而及时发现隐患，加以消除， 避免事故。 A 一般分为非破坏性试验和破坏性试验（耐压 试验）两类。 6.两类试验方法有各自的特点，不能互相替代 二、电气设备绝缘状况 2021-7-57 三、电介质的极化 1.极化的定义：在电场作用下，电介质中的正负 电荷质点在电场方向上产生有限位移的现象。 介质极化后对外呈现极性。 2.介电常数：其值由电介质材料性质决定，它描 述了介质的极化现象。 2021

4、-7-58 3.极化形式 电子式极化 A 特点： 形成极化的时间极短； 电子式极化具有弹性， 没有能量损耗； 温度对电子式极化的影响极小。具有很 小的负温度系数。 三、电介质的极化 2021-7-59 离子式极化 A 特点：特点： 极化的过程很短；极化的过程很短； 它也具有弹性，几乎没有能量损耗；它也具有弹性，几乎没有能量损耗； 具有正的温度系数。具有正的温度系数。 三、电介质的极化 2021-7-510 偶极子式极化 A 特点： A 是极化属于非弹性极化； A 极化过程中需要消耗能量，极化所需的时间 也较长； A 极性介质的极化受频率和温度的影响。 三、电介质的极化 2021-7-511 夹

5、层极化 A 合闸以后，要有一电压重 新分配过程，亦即C1、C2 上电荷重新分配，在此过 程中，分界面上将集聚起 多余的电荷，从而显出极 性来。 A 特点：存在吸收现象；极 化时间长；有能耗、具负 温度系数。 三、电介质的极化 2021-7-512 四、电介质的电导 （一）电导的定义及特点 1.定义：在电场作用下，电介质中带电粒子电场方 向作有规则的运动，形成电流，这种物理现象称 为电介质的电导。电导决定介质的导电性能 ；其 倒数即是绝缘电阻，表征介质的绝缘性能。 2.带电粒子的构成： 介质本身离解出的带电离子； 杂质离解的带电离子。 3.特点：电介质的电导是离子电导，随温度升高按 指数规律上升

6、，电阻具有负的温度系数；金属的 电导是自由电子电导，电阻具有正的温度系数。 2021-7-513 i i i2 i1 I t 图16 直流电压下流过介质中的电流 i1：其他电容 快极化(电子式和离子式) i2：慢极化： 由夹层极化和偶极子极化等有损极 化过程所引起的电流，称为吸收电 流 I：电导电流又称泄漏电流：介质中少量弱带电离子在电场作用下定向运动产生。 Iiii 21 与这个稳定电流值相对应的电阻值称为电介质的绝缘电阻 I U R （二）直流电压下通过电介质的电流 影响绝缘电阻的因素： 杂质 温度 电场强度 四、电介质的电导 2021-7-514 五、介质的损耗 （一）介质损耗的基本概念

7、 A 电介质单位时间内消耗的能量称为电介质电介质单位时间内消耗的能量称为电介质 功率损耗，简称介质损耗。功率损耗，简称介质损耗。 A 电介质在电压作用下有能量损耗：极化现电介质在电压作用下有能量损耗：极化现 象引起的极化损耗和电导引起的电导损耗。象引起的极化损耗和电导引起的电导损耗。 在交流电压下二者皆存在；在直流电压下在交流电压下二者皆存在；在直流电压下 只有电导损耗。只有电导损耗。 2021-7-515 如图所示，电介质功率损耗为 tgCU tgUIUIP X C 2 五、介质的损耗 2021-7-516 五、介质的损耗 介质功率损耗P与试验电压、频率、被试品材料尺 寸等有关，表示介质损耗

8、不太方便。而只与介质本身 的特性有关，便于比较不同介质的损耗特性，所以就 用tg来表示电介质损耗的大小， tg称为介质损耗角 正切， 称为介质损耗角。则 XXC R X RCI I CU P tg 1 2 2021-7-517 五、介质的损耗 （二）各种介质的介质损耗及 其影响因素 1.气体介质 气体介质除电导、极化损耗 外，还有游离产生的损耗（电 导损耗） A UU0，仅电导、极化损耗， 基本与U无关； A UU0，局放、电晕损耗大增。 2021-7-518 2.液体介质 A 中性或弱极性液体介质主要是电导损耗，损耗 较小，与温度的关系也和电导相似。 A 极性液体具有电导、极化损耗，与温度和

9、频率 有关，如图所示。 五、介质的损耗 2021-7-519 3.固体介质 通常将固体介质分为分子式结构、离子式结构、 不均匀结构和强极性介质四类。 A 分子式结构：有中性和极性两种。中性的如聚 乙烯等主要是电导损耗，电导极小，损耗也很 小，高频下可使用；极性的如纸、聚氯乙烯、 有机玻璃等介质的与温度、频率的关系同极性 液体相似，较大，高频下更严重。 五、介质的损耗 2021-7-520 五、介质的损耗 A 离子式结构：其与结构特性有关。结构紧密的 离子晶体且不含使晶格畸变的杂质时，主要是 电导损耗，极小，如云母，它是优良的绝缘材 料，高频下也可使用。结构不紧密的离子结构 中，有离子松弛式极化

10、现象，较大，如玻璃、 陶瓷等，且随成分和结构的不同，也相差很大。 A 不均匀结构：在工程上较常见，如广泛使用的 油浸纸等，其损耗与组成成分的性能和数量有 关。 A 在高压电气设备中不采用强极性介质。 2021-7-521 六、电介质的击穿 （一）击穿的概念 C 在强电场作用下，当电场强度超过某一临界 值时，电介质就丧失其绝缘性能，形成导电 通道，这种现象称为电介质击穿。 C 击穿时加在介质两端的电压称为击穿电压。 C 电介质击穿时的电场强度就称为击穿场强； 在不均匀电场中常使用平均击穿场强。 2021-7-522 （二）气体介质的击穿 1.气体中带电质点的产生与消失 带电质点的产生游离 A 中

11、性原子在由外界获得足够的能量，使原子中 的一个或多个电子脱离原子核的束缚成为自由 电子和正离子，这就是原子的游离。 A 游离的形式有碰撞游离、光游离、热游离、表 面游离等。 带电质点的消失去游离 A 扩散和复合 2021-7-523 （二）气体介质的击穿 2.气体放电的基本过程 自持放电与非自持放电 A 仅由电场就能维持的放电称自持放电。 A 由非自持放电转入自持放电的电压称起始放 电电压。 2021-7-524 汤逊放电理论 C 适用于低气 压、小间隙 均匀电场中 的气体放电。 C 在放电时间、 阴极材料影 响、放电通 道上与实际 有偏差。 碰撞游离 形成 电子崩 表面游离 一个有效 自由电

12、子 2021-7-525 巴申定律 C 当气体和电极材料一定时，气体间隙的击穿 电压Ub是气压P与间隙距离d乘积的函数，即： dPfU b Pd(mmHgcm) Ubmax(KV) 空气的击穿电压与 Pd的关系示意图 2021-7-526 流注放电理论 C 汤逊放电理论的局限性，按汤逊放电理论： A 气隙放电时间至少应等于正离子经过间隙距离所 需时间，但实际上放电时间要小得多。 A 阴极材料对气体击穿过程有影响，但大气压下气 隙的击穿电压与阴极无关。 A 气体放电应在整个间隙均匀连续发展，但大气压 下的空气击穿会出现带分枝的明亮细通道。 C 流注放电理论考虑了碰撞游离形成的空间电 荷对电场的畸

13、变作用以及光游离的影响，能 很好地解释大气压力下气体放电现象。 2021-7-527 气体间隙中流注的发展过程 2021-7-528 3.3.极不均匀电场的气体放电极不均匀电场的气体放电 出现电晕放电现象 A 在不均匀电场中，当间隙上外施电压达一定 值时，大曲率电极附近区域出现强烈游离， 出现象月亮晕光样的淡紫色发光层，并伴随 有咝咝声和臭氧气味，这就是电晕放电现象。 A 电晕放电是极不均匀电场中所特有的一种自 持放电形式，放电区域仅局限在大曲率电极 附近的强电场范围内，而整个间隙没有击穿。 2021-7-529 3.3.极不均匀电场的气体放电极不均匀电场的气体放电 1.出现电晕放电现象 A

14、开始出现电晕放电时的电压称为电晕起始电 压。它小于间隙的击穿电压，电场越不均匀， 电晕起始电压与击穿电压的差别越大。 A 电晕放电过程不但有损耗，还会造成通信干 扰、腐蚀金属和有机绝缘物等危害。 2021-7-530 3.3.极不均匀电场的气体放电极不均匀电场的气体放电 存在极性效应 A 在极不均匀场中，气体间隙的击穿电压与曲 率大的电极极性有很大关系，这就是极性效 应。 A 出现极性效应的原因是当大曲率电极的极性 不同时，碰撞游离产生的空间电荷所起的作 用不同造成的。 下面以棒板间隙为例进行简要说明 2021-7-531 正棒负板间隙 空间电荷加强了棒极前 方朝向板极方向的电场， 削弱了紧靠

15、棒极附近的 电场，促使其电晕起始 电压较高，但流注向前 发展更容易，击穿更易 实现，故其击穿电压较 棒极为负时低。 2021-7-532 负棒正板间隙 空间电荷削弱了棒极前方 朝向板极方向的电场，加 强了紧靠棒极附近的电场， 促使其电晕起始电压较低， 但流注向前发展受到抑制， 整个间隙击穿较困难，故 其击穿电压比棒极为正时 高得多。 2021-7-533 3.3.极不均匀电场的气体放电极不均匀电场的气体放电 极不均匀电场气隙放电特点 A 无论棒极的极性如何，放电总是从棒极开 始。 A 棒极极性不同时，空间电荷对电场的畸变 作用不同。 A 工频电压下，棒板间隙的击穿总是在 棒极为正、电压达到幅值

16、时发生。 2021-7-534 4.冲击电压作用下气体的放电特性 标准雷电冲击波 A 标准雷电冲击波形： 波前/波长= 1/2为 1.20.3/500.2 (s) 2021-7-535 伏秒特性 气隙在雷电冲击电压作用下的击穿存在放电 时延，即： fsld tttttt 00 放电时延 统计 时延 放电形成 时延 2021-7-536 伏秒特性 通常把作用在间隙上的 电压最大值与放电时间 的关系曲线称为伏秒特 性形曲线。 由于放电时间的分散性， 伏秒特性曲线是一个带 状区域。 2021-7-537 伏秒特性 间隙的伏秒特性与极间电场均匀程度有关， 电场越均匀，伏秒特性越平坦，反之则越陡 峭。

17、伏秒特性广泛应用于绝缘配合。 2021-7-538 50%冲击放电电压 气隙在冲击电压作用下，导致气隙击穿概率 为50的冲击电压幅值称为50%冲击放电 电压。 工程上用50%冲击放电电压来表示气隙在 冲击电压下的基本耐电特性。 2021-7-539 5.提高气体击穿电压的措施 C 提高气体间隙击穿电压的途径有两个：一个 是改善电场分布使其尽量均匀；另一个是采 取措施尽可能地削弱气体间隙中的游离过程。 A.改善电极形状及表面状态。 B.在极不均匀电场中采用极间障。 C.采用高气压气体。 D.采用高真空气体。 E.采用高电气强度气体（SF6）。 2021-7-540 6.沿面放电 定义：沿着固体介

18、质表面的气体放电称为沿 面放电，俗称闪络。沿面闪络电压通常比相 同距离的纯空气间隙的击穿电压低，且受固 体绝缘表面状态、污秽程度、气候条件等因 素影响很大。 不同绝缘结构对闪络电压的影响 绝缘子的污闪及其预防（绝缘表面状态与环 境条件对沿面闪络的影响） 2021-7-541 绝缘子的污闪及其预防 被污染的绝缘子在电压作用下发生沿面闪络 称为污秽闪络，简称污闪，其闪络电压称为 污闪电压。 在雾、露、雪、毛毛雨等气候条件下，绝缘 子最可能发生污闪，有时甚至在工作电压下 就会发生污闪。 污闪事故的特点是时间长，一般不能用自动 重合闸消除，造成停电，检修恢复的时间较 长。 2021-7-542 绝缘子

19、的污闪及其预防 污闪发展过程： A 绝缘表面的污秽层受潮泄漏电流发热局部 烘干局部放电干燥区域扩大出现两种可能： 当污秽较轻或绝缘子的泄漏距离（简称爬距）较 长，其串联湿润部分的电阻还比较大，干燥区域 扩大将使泄漏电流减小，其承担的电压不足以维 持这样长的局部放电时，放电熄灭；当承担的电 压、电弧电流能维持不断增长的局部放电电弧时， 可发展为闪络，否则，局部电弧熄灭。 2021-7-543 绝缘子的污闪及其预防 防止绝缘子污闪的措施： A 采用防污型绝缘子或增加绝缘子数目来增加泄 漏比距； A 对污秽绝缘子定期进行清扫保持绝缘子表面清 洁； A 在绝缘子表面涂憎水性材料，如有机硅脂、地 蜡等；

20、 A 采用半导体釉绝缘子。 2021-7-544 （三）液体介质的击穿（三）液体介质的击穿 1.变压器油的击穿过程“小桥” 理论 变压器油中的杂质包括水、气泡、纤维、碳 粒等 杂质“小桥”的形成： A 杂质在电场作用下，极化、定向排列、形成 杂质“小桥”。泄漏电流发热使油分 解、水分汽化形成气泡沿“小桥”击穿。 2021-7-545 （三）液体介质的击穿（三）液体介质的击穿 2.影响变压器油击穿电压的因素 杂质：影响很大，且油纯净度越高和电场越 均匀，影响越大。 温度：温度对含有水分的油有影响。参见 Page27图1-27。 电场均匀程度： 电压作用时间：对含有杂质的油影响较大。 2021-7-546 （三）液体介质的击穿（三）液体介质的击穿 3.提高变压器油击穿电压的措施 A 途径有两个：除去油中的杂质和减少油中杂 质