液体和固体介质的电气特性ppt课件

1、高电压技术高电压技术高电压技术高电压技术1/90液体电介质的击穿液体电介质的击穿 液体电介质的击穿实际 影响液体电介质击穿电压的要素 提高液体电介质击穿电压的方法高电压技术高电压技术高电压技术高电压技术2/90液体电介质的击穿实际液体电介质的击穿实际液体电介质液体电介质纯真的液体电介质纯真的液体电介质电击穿实际电击穿实际小桥击穿实际小桥击穿实际气泡击穿实际气泡击穿实际工程用液体电介质工程用液体电介质高电压技术高电压技术高电压技术高电压技术3/90纯真液体电介质的电击穿实际电子碰撞电离实际纯真液体电介质的电击穿实际电子碰撞电离实际u 与气体放电汤逊实际类似与气体放电汤逊实际类似u 在外电场足够强

2、时，电子碰撞液体分子引起电离在外电场足够强时，电子碰撞液体分子引起电离，使电子数倍增，构成电子崩。同时正离子在阴极，使电子数倍增，构成电子崩。同时正离子在阴极附近构成空间电荷层加强了阴极附近的电场，使阴附近构成空间电荷层加强了阴极附近的电场，使阴极发射的电子数增多，导致液体介质击穿。极发射的电子数增多，导致液体介质击穿。u 液体密度比气体密度大得多，电子的平均自在行程液体密度比气体密度大得多，电子的平均自在行程很小，积累能量困难，所以纯真液体的击穿场强比很小，积累能量困难，所以纯真液体的击穿场强比气体大得多。气体大得多。高电压技术高电压技术高电压技术高电压技术4/90纯真液体电介质的气泡击穿实

3、际纯真液体电介质的气泡击穿实际液体中出现气泡液体中出现气泡交流电压下串联介质中电场强度交流电压下串联介质中电场强度的分布与介质的的分布与介质的r成反比成反比气泡气泡r 最小，将承当高场强，最小，将承当高场强，且电气强度比液体介质低很多且电气强度比液体介质低很多气泡先发气泡先发生电离生电离气泡电离后温度气泡电离后温度上升、体积膨胀上升、体积膨胀、密度减小、密度减小电离进一步开展电离进一步开展电离产生的带电粒子撞击电离产生的带电粒子撞击油分子，使它又分解出气油分子，使它又分解出气体，导致气体通道扩展体，导致气体通道扩展许多的气泡在电场中陈许多的气泡在电场中陈列成气体小桥贯穿两极列成气体小桥贯穿两极

4、击穿在通道中完成击穿在通道中完成u 击穿过程击穿过程高电压技术高电压技术高电压技术高电压技术5/90u 气泡的产生气泡的产生u 电子电流加热液体，分解出气体；电子电流加热液体，分解出气体；u 电子碰撞液体分子，使之解离产出气体；电子碰撞液体分子，使之解离产出气体；u 静电斥力，电极外表吸附的气泡外表积累电荷，当静静电斥力，电极外表吸附的气泡外表积累电荷，当静电斥力大于液体外表张力时，气泡体积变大；电斥力大于液体外表张力时，气泡体积变大；u 电极凸起处的电晕引起液体气化。电极凸起处的电晕引起液体气化。高电压技术高电压技术高电压技术高电压技术6/90工程液体电解质的击穿变压器油工程液体电解质的击穿

5、变压器油u工程液体的特点：含有杂质、纤维等，工程液体的特点：含有杂质、纤维等， r很大变压器油很大变压器油r=2.2u由于水和纤维的由于水和纤维的r r很大，易沿电场方向发生极化，并陈列成杂质小桥。很大，易沿电场方向发生极化，并陈列成杂质小桥。小桥小桥击穿击穿实际实际杂质中电导大杂质中电导大走漏电流添加走漏电流添加，导致发热，导致发热水分汽化水分汽化气泡扩展气泡扩展杂质中杂质中r大大油中电场强度油中电场强度增高增高引起油电离引起油电离油分解出气体油分解出气体气泡扩展气泡扩展 气泡因电气泡因电离或发热而离或发热而不断扩展，不断扩展，陈列成气体陈列成气体小桥贯穿两小桥贯穿两极，液体最极，液体最终在

6、气体通终在气体通道中击穿道中击穿高电压技术高电压技术高电压技术高电压技术7/90第二节第二节 液体电介质的击穿液体电介质的击穿影响液体电介质击穿电压的要素影响液体电介质击穿电压的要素液体介质本身质量的影响液体介质本身质量的影响含水量含水量液态水在油中的两种形状：液态水在油中的两种形状：以分子形状溶解于油中，对击穿以分子形状溶解于油中，对击穿电压影响不大电压影响不大以乳化形状悬浮在油中，易构成以乳化形状悬浮在油中，易构成“小桥使击穿电压明显下降小桥使击穿电压明显下降含含0.1%的水分，油的击穿电压的水分，油的击穿电压降到枯燥时的降到枯燥时的15%30% Ub（有效值）/kV00.040.0220

7、40含水量100图图3-16 变压器油的工频击穿电变压器油的工频击穿电压和含水量的关系压和含水量的关系高电压技术高电压技术高电压技术高电压技术8/90第二节第二节 液体电介质的击穿液体电介质的击穿含纤维量含纤维量电场作用下，纤维构成电场作用下，纤维构成“小桥，使油的击穿电压降低；小桥，使油的击穿电压降低；有很强的吸附水分的才干，结协作用使击穿电压降低更为严有很强的吸附水分的才干，结协作用使击穿电压降低更为严重。重。含碳量含碳量碳粒的产生：电弧碳粒的产生：电弧碳粒对油耐电强度作用的两个方面：碳粒对油耐电强度作用的两个方面：碳粒具有较好的导电性，部分场强添加，击穿电压降低；碳粒具有较好的导电性，部

8、分场强添加，击穿电压降低；活性碳粒有很强的吸附水分和气体的才干。活性碳粒有很强的吸附水分和气体的才干。高电压技术高电压技术高电压技术高电压技术9/90第二节第二节 液体电介质的击穿液体电介质的击穿含气量含气量溶解在油中气体影响较小，黏度和耐电强度稍降。溶解在油中气体影响较小，黏度和耐电强度稍降。所溶气体的来源：直接、分解、电解所溶气体的来源：直接、分解、电解高电压技术高电压技术高电压技术高电压技术10/90第二节第二节 液体电介质的击穿液体电介质的击穿u 判别变压器油的质量，主要依托丈量其电气强度、判别变压器油的质量，主要依托丈量其电气强度、 tg tg 和含和含水量。其中最重要的实验工程就是

9、用规范油杯丈量油的工频水量。其中最重要的实验工程就是用规范油杯丈量油的工频击穿电压。击穿电压。米米u 我国采用的规范油杯极间间隔为我国采用的规范油杯极间间隔为2.5mm，电极是直径等于，电极是直径等于25mm的圆的圆盘型铜电极，电极的边缘加工成半径盘型铜电极，电极的边缘加工成半径为为2.5mm的半圆以减弱边缘效应，的半圆以减弱边缘效应，保证了极间电场极板上是均匀的。保证了极间电场极板上是均匀的。u 用来灌注高压电力变压器等的变压器用来灌注高压电力变压器等的变压器油，其工频击穿电压在油，其工频击穿电压在2540kv以以上上u 灌注高压电缆和电容器的用油，其工灌注高压电缆和电容器的用油，其工频击穿

10、电压在频击穿电压在50kV或或60kV以上以上高电压技术高电压技术高电压技术高电压技术11/90第二节第二节 液体电介质的击穿液体电介质的击穿温度温度p 枯燥的油曲线枯燥的油曲线1 1：随油温升：随油温升高，电子碰撞电离过程加剧，击高，电子碰撞电离过程加剧，击穿电压下降穿电压下降p 潮湿的油曲线潮湿的油曲线2 2p 温度由温度由00开场开场 上升：一部分水上升：一部分水分从悬浮形状转为害处较小的溶分从悬浮形状转为害处较小的溶解形状，使击穿电压上升；解形状，使击穿电压上升；p 超越超越80 80 后：水开场汽化，产后：水开场汽化，产生气泡，引起击穿电压下降，在生气泡，引起击穿电压下降，在60 6

11、0 8080间出现最大值间出现最大值3-18高电压技术高电压技术高电压技术高电压技术12/90第二节第二节 液体电介质的击穿液体电介质的击穿电场均匀度电场均匀度u 油的纯真程度较高时油的纯真程度较高时u 改善电场的均匀程度能使工频或直流电压下的击穿电压明显提改善电场的均匀程度能使工频或直流电压下的击穿电压明显提高高u 油的质量较差时油的质量较差时u 由于杂质的聚集和陈列已使电场畸变，改善电场，击穿电压提由于杂质的聚集和陈列已使电场畸变，改善电场，击穿电压提高不明显高不明显u 含杂质的油受冲击电压作用，杂质来不及运动、聚集而无法构含杂质的油受冲击电压作用，杂质来不及运动、聚集而无法构成小桥，所以

12、改善电场均匀程度能提高击穿电压成小桥，所以改善电场均匀程度能提高击穿电压高电压技术高电压技术高电压技术高电压技术13/90第二节第二节 液体电介质的击穿液体电介质的击穿电压作用时间电压作用时间u 加压后短至几个微秒时加压后短至几个微秒时u 表现为电击穿电子碰撞电离表现为电击穿电子碰撞电离，击穿电压很高，击穿电压很高u 电压作用时间为数十到数百微秒电压作用时间为数十到数百微秒u 无杂质的影响，仍为电击穿，这无杂质的影响，仍为电击穿，这时影响油隙击穿电压的主要要素时影响油隙击穿电压的主要要素是电场的均匀程度；是电场的均匀程度；u 电压作用时间更长电压作用时间更长u 杂质开场聚集，油隙的击穿开场杂质

13、开场聚集，油隙的击穿开场出现热过程，击穿电压再度下降出现热过程，击穿电压再度下降，为热击穿。，为热击穿。高电压技术高电压技术高电压技术高电压技术14/90第二节第二节 液体电介质的击穿液体电介质的击穿压力压力u 不论电场均匀度如何，变压器油的工频击穿电压总是随油压不论电场均匀度如何，变压器油的工频击穿电压总是随油压的添加而添加的添加而添加压力越大压力越大油中气泡的电油中气泡的电离电压增高离电压增高气体在油中的气体在油中的溶解度增大溶解度增大不易构成小桥，击穿不易构成小桥，击穿电压高电压高高电压技术高电压技术高电压技术高电压技术15/90第二节第二节 液体电介质的击穿液体电介质的击穿提高液体电介

14、质击穿电压的方法提高液体电介质击穿电压的方法提高以及坚持油的质量提高以及坚持油的质量u 过滤：除去纤维、水分、有机酸。过滤：除去纤维、水分、有机酸。u 防潮：制造、检修。防潮：制造、检修。u 祛气：除去水分和气体。祛气：除去水分和气体。u 防尘防尘覆盖层覆盖层u 资料：资料： 1mm的固体绝缘薄层。漆膜、胶纸带、漆布带。的固体绝缘薄层。漆膜、胶纸带、漆布带。u 作用机理：妨碍杂质小桥中热击穿的开展。作用机理：妨碍杂质小桥中热击穿的开展。u 适用情况：油质量越差，电场越均匀，电压作用时间越长，适用情况：油质量越差，电场越均匀，电压作用时间越长，那么覆盖层的效果越显著。那么覆盖层的效果越显著。高电

15、压技术高电压技术高电压技术高电压技术16/90第二节第二节 液体电介质的击穿液体电介质的击穿绝缘层绝缘层u 资料：资料： 厚可达几十毫米的固体绝缘层。厚可达几十毫米的固体绝缘层。u 作用机理：覆在曲率半径较小的电极上，降低这部分空间的作用机理：覆在曲率半径较小的电极上，降低这部分空间的场强。且固体绝缘层的耐电强度较高，不易呵斥部分放电。场强。且固体绝缘层的耐电强度较高，不易呵斥部分放电。u 适用情况：不均匀电场中变压器高压引线和屏蔽环、充油适用情况：不均匀电场中变压器高压引线和屏蔽环、充油套管的导电杆包有绝缘层。套管的导电杆包有绝缘层。极间障极间障u 资料：资料： 厚度为厚度为27mm的固体绝

16、缘板，纸板、胶纸、胶布层的固体绝缘板，纸板、胶纸、胶布层压板。压板。u 作用机理：能机械地阻隔杂质小桥改善电场分布。作用机理：能机械地阻隔杂质小桥改善电场分布。u 适用情况：不均匀电场中效果显著，较均匀电场中也有效果适用情况：不均匀电场中效果显著，较均匀电场中也有效果高电压技术高电压技术高电压技术高电压技术17/90第三节第三节 固体电介质的击穿固体电介质的击穿 固体电介质的击穿实际 影响固体介质击穿电压的主要要素 提高固体介质击穿电压的措施主要内容主要内容高电压技术高电压技术高电压技术高电压技术18/90第三节第三节 固体电介质的击穿固体电介质的击穿u 气、固、液三种电介质中，固体密度最大，

17、耐电强度最高气、固、液三种电介质中，固体密度最大，耐电强度最高u 空气的耐电强度普通在空气的耐电强度普通在34 kV/mm34 kV/mm左右左右u 液体的耐电强度在液体的耐电强度在1020 kV/mm1020 kV/mmu 固体的耐电强度在十几至几百固体的耐电强度在十几至几百kV/mmkV/mmu 固体电介质的击穿过程最复杂，且击穿后是独一不可恢复的固体电介质的击穿过程最复杂，且击穿后是独一不可恢复的绝缘绝缘u 普遍规律：介质的击穿总是从电气性能最薄弱的缺陷处开展普遍规律：介质的击穿总是从电气性能最薄弱的缺陷处开展起来的，这里的缺陷可指电场的集中，也可指介质的不均匀起来的，这里的缺陷可指电场

18、的集中，也可指介质的不均匀性性高电压技术高电压技术高电压技术高电压技术19/90第三节第三节 固体电介质的击穿固体电介质的击穿固体电介质的击穿实际固体电介质的击穿实际电击穿实际电击穿实际u 击穿机理：电击穿实际建立在固体电介质中发生碰撞电离根击穿机理：电击穿实际建立在固体电介质中发生碰撞电离根底上，固体电介质中存在少量传导电子，在电场加速下与晶底上，固体电介质中存在少量传导电子，在电场加速下与晶格结点上的原子碰撞，从而击穿。格结点上的原子碰撞，从而击穿。u 发生情况：在介质的电导很小，又有良好的散热条件以及介发生情况：在介质的电导很小，又有良好的散热条件以及介质内部不存在部分放电的情况下，固体

19、介质的击穿通常为电质内部不存在部分放电的情况下，固体介质的击穿通常为电击穿，击穿场强可达击穿，击穿场强可达105-106kV/m105-106kV/m。高电压技术高电压技术高电压技术高电压技术20/90第三节第三节 固体电介质的击穿固体电介质的击穿u 电击穿的特点电击穿的特点u 时间影响：电压作用时间短，击穿电压高；时间影响：电压作用时间短，击穿电压高；u 介质特性：假设介质内含气孔或其它缺陷，对电场呵斥畸变介质特性：假设介质内含气孔或其它缺陷，对电场呵斥畸变，导致介质击穿电压降低；，导致介质击穿电压降低；u 电场均匀度：电场的均匀程度影响极大；电场均匀度：电场的均匀程度影响极大； u 累积效

20、应：在极不均匀电场及冲击电压作用下，介质有明显累积效应：在极不均匀电场及冲击电压作用下，介质有明显的不完全击穿景象，导致绝缘性能逐渐下降，称为累积效应的不完全击穿景象，导致绝缘性能逐渐下降，称为累积效应。介质击穿电压会随冲击电压施加次数的增多而下降。介质击穿电压会随冲击电压施加次数的增多而下降高电压技术高电压技术高电压技术高电压技术21/90第三节第三节 固体电介质的击穿固体电介质的击穿热击穿实际热击穿实际固体介质固体介质加电压加电压介质损耗介质损耗引起发热引起发热介质发热散热介质发热散热不会发生热击穿不会发生热击穿介质发热散热介质发热散热介质温介质温度升高度升高介质电阻具有介质电阻具有负温度

21、关系负温度关系介质电介质电阻下降阻下降流过介质的流过介质的电流升高电流升高介质进一步介质进一步损耗发热损耗发热介质分介质分解碳化解碳化介质介质击穿击穿热量累积热量累积高电压技术高电压技术高电压技术高电压技术22/90第三节第三节 固体电介质的击穿固体电介质的击穿电化学击穿实际电老化电化学击穿实际电老化u 概念：在电场的长时间作用下逐渐使介质的物理、化学性能概念：在电场的长时间作用下逐渐使介质的物理、化学性能发生不可逆的劣化，最终导致击穿，这过程称电化学击穿发生不可逆的劣化，最终导致击穿，这过程称电化学击穿 击穿机理击穿机理固体介质在长固体介质在长期任务电压下期任务电压下介质内部的小气介质内部的

22、小气隙发生部分放电隙发生部分放电产生带电粒子，撞产生带电粒子，撞击介质外表击介质外表固体介质劣化固体介质劣化绝缘性能下降绝缘性能下降光、热、电流等作用光、热、电流等作用固体介质击穿固体介质击穿高电压技术高电压技术高电压技术高电压技术23/90第三节第三节 固体电介质的击穿固体电介质的击穿 有机绝缘资料的树枝化放电树老化有机绝缘资料的树枝化放电树老化树老化类型树老化类型电树老化和水树老化电树老化和水树老化树老化的缘由树老化的缘由电离性老化电离性老化介质夹层或介质内介质夹层或介质内部存在气隙或气泡部存在气隙或气泡交变场下气隙的场强交变场下气隙的场强临临近固体介质内的场强近固体介质内的场强气体的起始

23、电离场强气体的起始电离场强固固体介质的起始电离场强体介质的起始电离场强气隙内极易气隙内极易发生电离发生电离临近绝缘临近绝缘分解、破坏分解、破坏(表表现为变酥、炭化等方式现为变酥、炭化等方式)沿电场方向向绝缘层沿电场方向向绝缘层深处呈树枝状开展深处呈树枝状开展构成构成“电树枝电树枝高电压技术高电压技术高电压技术高电压技术24/90第三节第三节 固体电介质的击穿固体电介质的击穿u 电导性老化电导性老化绝缘层中存在液态绝缘层中存在液态导电物质导电物质(例如水例如水)液领会沿电场方向以树枝液领会沿电场方向以树枝状逐渐深化到绝缘层中状逐渐深化到绝缘层中当该处场强超越某定值时当该处场强超越某定值时构成构成

24、“水树枝水树枝电介质中的树枝老化电介质中的树枝老化高电压技术高电压技术高电压技术高电压技术25/90第三节第三节 固体电介质的击穿固体电介质的击穿老化树枝的开展过程自然冷却施加电压老化树枝的开展过程自然冷却施加电压5 kV下树下树枝的开展枝的开展高电压技术高电压技术高电压技术高电压技术26/90第三节第三节 固体电介质的击穿固体电介质的击穿影响固体介质击穿电压的主要要素影响固体介质击穿电压的主要要素电压作用时间电压作用时间u 很短时间很短时间电击穿；电击穿；u 较长时间较长时间热击穿、电热结合；热击穿、电热结合；u 很长时间很长时间电化学击穿；电化学击穿；tEb电击穿电击穿热击穿、电热结合热击

25、穿、电热结合电化学击穿电化学击穿温度温度u 电击穿与温度无关，这时的击穿场强很高；电击穿与温度无关，这时的击穿场强很高；u 环境温度越高、散热越差，热击穿电压越低；环境温度越高、散热越差，热击穿电压越低； 高电压技术高电压技术高电压技术高电压技术27/90第三节第三节 固体电介质的击穿固体电介质的击穿电场均匀程度电场均匀程度u 均匀电场均匀电场击穿电压与介质厚度成正比；击穿电压与介质厚度成正比；u 不均匀电场不均匀电场热击穿后，由于介质厚度添加使散热困难，那热击穿后，由于介质厚度添加使散热困难，那么介质厚度添加，击穿电压添加不大么介质厚度添加，击穿电压添加不大 电压种类电压种类u 冲击击穿电压

26、工频击穿电压冲击击穿电压工频击穿电压u 冲击电压作用时间短，只发生电击穿冲击电压作用时间短，只发生电击穿u 直流击穿电压交流击穿电压直流击穿电压交流击穿电压u 交变电场下，易发生极化，产生极化损耗，使介质发热，易交变电场下，易发生极化，产生极化损耗，使介质发热，易使介质击穿使介质击穿高电压技术高电压技术高电压技术高电压技术28/90第三节第三节 固体电介质的击穿固体电介质的击穿累积效应累积效应u 累积效应的机理累积效应的机理幅值不高、长期作用幅值不高、长期作用的内部过电压的内部过电压幅值虽高、但作用时幅值虽高、但作用时间很短的雷电过电压间很短的雷电过电压一次能够不会击穿介质，但一次能够不会击穿

27、介质，但能够在介质内部引起剧烈的能够在介质内部引起剧烈的部分放电，引起部分损伤部分放电，引起部分损伤多次加电压后，部分多次加电压后，部分损伤会逐渐开展损伤会逐渐开展构成累积效应构成累积效应导致固体介质击导致固体介质击穿电压的下降穿电压的下降高电压技术高电压技术高电压技术高电压技术29/90第三节第三节 固体电介质的击穿固体电介质的击穿受潮受潮u 受潮对固体介质击穿电压的影响与资料的性质有关受潮对固体介质击穿电压的影响与资料的性质有关u 对不易吸潮的资料对不易吸潮的资料受潮后击穿电压仅下降一半左右受潮后击穿电压仅下降一半左右u 如聚乙烯、聚四氟乙烯等中性介质如聚乙烯、聚四氟乙烯等中性介质u 容易

28、吸潮的极性介质容易吸潮的极性介质吸潮后，因电导率和介质损耗大大吸潮后，因电导率和介质损耗大大添加，击穿电压能够仅为枯燥时的百分之几或更低添加，击穿电压能够仅为枯燥时的百分之几或更低u 如棉纱、纸等纤维资料如棉纱、纸等纤维资料高电压技术高电压技术高电压技术高电压技术30/90第三节第三节 固体电介质的击穿固体电介质的击穿提高固体介质击穿电压的主要措施提高固体介质击穿电压的主要措施改良制造工艺改良制造工艺尽量消除固体介质中的杂质。尽量消除固体介质中的杂质。改良绝缘设计改良绝缘设计尽量使电场均匀；尽量使电场均匀；改善运转条件改善运转条件坚持良好的通风散热条件。坚持良好的通风散热条件。高电压技术高电压

29、技术高电压技术高电压技术31/90第四节第四节 组合绝缘的电气强度组合绝缘的电气强度u 对高压电气设备绝缘，除了必需有优良的电气性能外，还要对高压电气设备绝缘，除了必需有优良的电气性能外，还要求有良好的热性能、机械性能及其他物理求有良好的热性能、机械性能及其他物理- -化学性能，单一质化学性能，单一质量电介质往往难以同时满足这些要求，所以实践绝缘普通采量电介质往往难以同时满足这些要求，所以实践绝缘普通采用多种电介质的组合用多种电介质的组合高电压技术高电压技术高电压技术高电压技术32/90第四节第四节 组合绝缘的电气强度组合绝缘的电气强度组合绝缘介质的配合特性组合绝缘介质的配合特性u 绝缘常见方式：多种介质构成的层叠绝缘绝缘常见方式：多种介质构成的层叠绝缘u 电场特性：理想情况下，组合绝缘中各层绝缘接受的电