第六章液体和固体电介质的电气性能课件.ppt
第一节：液体固体电介质的极化电导损耗 1.1 极化,极化概念：在外施电压下介质中原来彼此中和的正负电荷产生了相对位移，形成电矩，使介质表面出现了束缚电荷。,现象：电容增大,表征参数：相对介电常数,第一节：液体固体电介质的极化电导损耗 1.1 极化种类,电子位移极化,离子位移极化,转向极化,1 电子位移极化：所有物质；电子与原子核相对位移；时间极短，与频率无关；无能量损耗；温度升高时略微下降；2 离子位移极化：离子式无机物；正负离子相对位移；时间极短，与频率无关；微弱能量损耗；温度升高时略微升高3 偶极子转向极化：极性共价化和物；分子转向；时间较长，频率增大时减小；有较大能量损耗；温度升高时先增大后减小4 夹层极化：多层介质；夹层界面聚集电荷；时间很长，仅在低频率下存在；有较大能量损耗；5 空间电荷极化：含有自由离子的介质；离子向电极集结；时间很长，仅在低频率下存在；有较大能量损耗；,第一节：液体固体电介质的极化电导损耗 1.1 极化种类,第一节：液体固体电介质的极化电导损耗 1.1 讨论极化的意义,1 选材：电容器介电常数较大增大电容值；电缆介电常数较小减小电容电流；套管介电常数较小提高沿面闪络电压2 控制电场分布：交流及冲击电压下，串连介质中的电场强度与介电常数成反比3 控制介质发热：转向极化等有较大能量损耗介质发热老化劣化和热击穿4 绝缘检测：夹层极化电荷积累时间很长时间取决于电导介质受潮后往往电导增大时间缩短,第一节：液体固体电介质的极化电导损耗 1.2 电介质电导,施加直流电压于固体介质时的泄漏电流：1 瞬时充电电流Ic：冲击性质2 吸收电流Ia：渐减性质：夹层极化电荷与空间极化电荷的来源3 泄漏电流Ig：恒定值；由介质电导决定,Ia,第一节：液体固体电介质的极化电导损耗 1.2 讨论电导的意义,1 控制电场分布：直流电压下，串连介质中的电场强度与电导率成反比；套管法兰附近上半导体釉；发电机线棒出槽部位上半导体涂层2 绝缘检测：介质受潮后往往电导增大，泄漏电流增大,第一节：液体固体电介质的极化电导损耗 1.3 介质损耗,Jg：真空和无损极化引起的电流密度,Jlk：漏导引起的电流密度,Jp：有损极化引起的电流密度,第一节：液体固体电介质的极化电导损耗 1.3 介质损耗,单位体积介质中的损耗功率：,含有均匀介质的平板电容器总损耗功率：,表征参数：,第一节：液体固体电介质的极化电导损耗 1.3 介质损耗与温度、频率的关系,tt1时：电导和极化损耗都很小，随着温度的升高，极化损耗显著增加t1tt2:由于分子热运动加快，妨碍极性分子的转向极化，极化损耗的减小比电导损耗的增加更快tt2时：电导损耗占主要部分,非极性或弱极性电介质损耗很小，损耗主要由电导决定,第一节：液体固体电介质的极化电导损耗 1.3 讨论介质损耗的意义,1 绝缘结构设计：介损过大=发热=材料劣化与热击穿散热2 绝缘检测：介质受潮后往往电导增大，介损增大,第二节：液体电介质的击穿 2.1 液体击穿理论,1 电击穿：阴极发射电子电子撞击液体分子发生电离正离子形成空间电荷层，加强阴极表面电场电流剧增，击穿2 气泡击穿：产生气体（1）电子撞击液体分子发生分解，2）阴极发射电子电流加热分解液体，3）尖电极电晕液体汽化，4）原有气泡带电后体积变大）气泡电离气泡温度升高，电离发展产生更多气体气泡堆积形成气体“小桥”沿“小桥”击穿3 工程液体的“小桥”击穿：杂质（多数介电常数较大）极化，并沿电场方向排列沿杂质通道泄漏电流增大，使水分汽化、液体分解气泡电离、膨胀，形成“小桥”沿“小桥”击穿,第二节：液体电介质的击穿 2.2 影响液体击穿电压的因素,1 杂质：处于悬浮状态的气体、水分和固体颗粒；电场越均匀影响越大，击穿电压分散性也越大；不均匀电场中局部放电扰动液体，不易形成“小桥”；对冲击击穿电压影响不大。2 温度：冰溶解汽化击穿电压“N”形变化3 电压作用时间：杂质与小桥的形成时间电场均匀程度压力,第三节：固体电介质的击穿 3.1 固体击穿理论,1 电击穿：少量传导电子电子撞击原子发生电离当电子崩发展到一定程度时击穿。特点：时间短，电压高，温度低，击穿场强与电场均匀程度密切相关，与环境无关。2 热击穿：介损发热温度升高电导增大发热增大介质分解炭化。特点：与各种使热量聚集的因素有关3 电化学击穿：局部放电引起劣化击穿。（很多有机材料虽然短时击穿电压很高，但耐局部放电性能很差。）,第三节：固体电介质的击穿 3.1 固体击穿理论,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，这过程称电老化电老化的类型：电离性老化、电导性老化和电解性老化。前两种主要在交流电压下产生，后一种主要在直流电压下产生电离性老化：在介质夹层或介质内部如果存在气隙或气泡，在交变场下气隙或气泡的场强会比邻近固体介质内的场强大得多，而气体的起始电离场强又比固体介质低得多，所以在该气隙或气泡内很容易发生电离。气隙或气泡的电离，通过上述综合效应，会造成邻近绝缘物的分解、破坏(表现为变酥、炭化等形式)，并沿电场方向逐渐向绝缘层深处发展，在有机绝缘材料中会呈树枝状发展，称作“电树枝”电导性老化：如果在两电极之间的绝缘层中存在液态导电物质(例如水)，当该处场强超过某定值时，该液体会沿电场方向逐渐深入到绝缘层中，形成近似树枝状的痕迹，称作“水树枝”,第三节：固体电介质的击穿 3.2 局部放电水树枝,第三节：固体电介质的击穿 3.3 影响固体击穿电压的因素,1 电压作用时间：很短时间电击穿；较长热击穿、电热联合；很长时间电化学击穿2 温度：环境温度越高、散热越差，热击穿电压越低3 电场均匀程度：均匀电场中击穿电压与厚度成正比；不均匀电场中出现热击穿后厚度增加击穿电压增加不大。4 电压种类：冲击击穿电压长大于工频击穿电压5 积累效应：局部损伤积累注意冲击或工频试验次数6 受潮：易吸潮的极性介质受潮后击穿电压降至17 机械负荷：出现微观裂缝后击穿电压显著下降（零值绝缘子）,第四节：电介质其他性能,1 热性能：短时耐热；长时耐热；耐热等级（A-105度，B130度）；耐寒等级（10变压器油10度凝固）。2 机械性能：脆性、塑性、弹性3 吸湿性能：4 化学稳定性和抗生物特性,
