高电压工程基础(第1章)课件

1、高电压工程基础陶劲松 副教授E_mail:Jamson_电话一章 电介质的基本电气特性 电介质又称为绝缘介质或绝缘材料 电介质从形态分：气体电介质，液体电介质，固体电介质 其电气特性：极化特性，电导特性，损耗特性和击穿特性 基本参数：相对介电常数（r），电导率（），介质损耗因数（tg）和击穿场强（Eb） 第一节 电介质的极化 在外电场作用下，电介质中的正负电荷将沿电场方向作有限的位移或转向，形成电距，这种现象称为电介质的极化 填充介质的介电常数 0真空的介电常数（8.8610-14F/cm） r相对介电常数 气体的相对介电常数接近1 液体和固体的相对介电常数在210之

2、间00rCC 极化的基本形式1.电子式极化 电子在电场作用下的位移所造成的极化，称为电子式极化特点： 存在于所有电介质中 需要时间短 具有弹性 无损极化2 离子式极化 在离子式结构的电介质中，无外加电场，正负电荷作用抵消，对外无电极性。有外加电场作用时，产生正负离子的相对位移，使正负离子按电场方向有序排列，形成极化 特点 时间很短 具有弹性 无损极化 3.偶极子极化 极性分子结构的电介质中，单个分子有极性，在无外加电场时，对外不呈现极性，当有外加电场时，偶极子转向电场方向，形成偶极子极化特点： 极化时间较长 电介质的r会随电源频率改变，频率增加r减小 电介质的r随温度变化 有损极化4.空间电荷

3、极化 带电质点移动聚集在电极附近的界面上，形成宏观的空间电荷 特点： 极化时间长 有损极化 低频发生5.夹层极化 多层电介质组成的复合绝缘中产生的一种特殊的空间电荷极化 加压后从初瞬的按介电常数成反比分布过渡到稳态的按电导率成反比分布，出现电压重新分配的过程，导致在各层介质的交界面上出现空间电荷堆积 特点： 极化时间长 较大的能量损耗介质的电导很小，时间常数很大，当绝缘受潮或劣化，电导增大，时间常数下降1212CCGG第二节、电介质的电导一、吸收现象吸收现象产生的原因是电介质的极化 R代表电导电流支路 C代表无损极化充电电流支路 r和C有损极化引起的吸收电流支路 工程上用直流电压下t=15s和

4、t=60s时流过介质的电流之比反映吸收现象的强弱，此比值称为介质的吸收比K 对于良好的绝缘，一般K1.3 当绝缘受潮或劣化时，K值变小15606015ssssIRKIR电介质的电导电介质的电导与金属电导的区别电介质的电导主要是离子式电导，随温度的升高而升高金属的电导是金属导体中的自由电子在电场的作用下定向流动所造成，是电子式电导，随温度升高而下降 在实际测试绝缘的电导特性时、常常用电阻来表示，称为绝缘电阻。由于介质中的吸收现象，在外加直流电压U作用下介质中流过的电流i是随时间而衰减的。因此，介质的电阻 则随时间增加，最后达到某一稳定值 I称为介质的泄漏电流。人们把电流达到稳定的泄漏电流I时的电

5、阻值作为电介质的绝缘电阻。 URiURI在绝缘预防性试验中，通过测量绝缘电阻和泄漏电流来反映绝缘的电导特性，以判断绝缘是否受潮或存在其他劣化现象。在测试过程中应消除或减小表面电导对测量结果的影响，同时还要注意测量时的温度。 对于串联的多层电介质的绝缘结构在直流电压下的稳态电压分布与各层介质的电导成反比。因此设计用于直流的设备绝缘时要注意所用电介质的电导率的搭配，以便尽可能使材科得到合理使用。同时电介质的电导随温度的升高而增加，这对正确使用和分析绝缘状况有指导意义。表面电阻对绝缘电阻的影响使人们注意到如何合理地利用表面电阻。当为了减小表面泄漏电流时应设法提高表面电阻，如对表面进行清洁、干燥处理或

6、涂敷憎水性涂料等：当为了减小某部分的电场强度时、则需减小这部分的表面电阻，如在高压套管法兰附近涂半导体釉，高压电机定子绕组露出槽口的部分涂半导体漆等都是为了减小该处的电场强度、以消除电晕；第三节、电介质的损耗 任何电介质在电压作用下都会有能量损耗。一种是由电导引起的电导损耗；另一种是由某种极化引起的所谓极化损耗。电介质的能量损耗简称为介质损耗。同一介质在不同类型的电压作用下，其损耗也不同。 在直流电压下，由于介质中没有周期性的极化过程，所以电介质中的损耗就只有电导引起的损耗 在交流电压下有电导损耗和因周期性反复进行的极化而引起的极化损耗，所以需要引入新的物理量来反映电介质的能量损耗。 绝缘在交

7、流电压下的损耗远远大于在直流电压下的损耗 由此式可见，介质损耗P与外加电压U的平方成正比；与电源的角频率成正比；而且与电容量成正比。P与tg成正比、所以tg的大小将直接反映介质损耗功率的大小。称之为介质损耗因数或介质损耗角正切。用tg比用P表示损耗特性更方便，因为： P值随试验电压，试品尺寸相关， tg是无量纲量，与试品尺寸无关，只与材料的品质特性有关影响电介质损耗的因素 不同的电介质，其损耗特性不同 中性或弱极性介质的损耗主要由电导引起，tg较小 极性液体介质，tg较大。 频率增高，tg不同 电场对介质的tg有直接影响。第四节、电介质的击穿 电介质作为绝缘介质是针对一定的电压而言的在一定电压下，当介质呈现出极微弱的导电性能其绝缘电阻值很高、通过介质的泄漏电流极小时介质是绝缘的。但是，随着外施电压的升高当电压达到某临界值后。电介质的电导则显著增大，泄漏电流急剧增