液体、固体电介质特性二.ppt
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1、高电压技术,高电压工程系李黎,2,第7讲 液体、固体电介质的绝缘特性(二),3,上一讲回顾,电介质的极化r电子式,离子式弹性,无能量损耗偶极子式非弹性,有能量损耗夹层式极化复合绝缘中空间电荷极化高频下不存在电介质的电导电荷在电场下的运动吸收现象容性电流,电导电流,吸收电流绝缘电阻,4,液体中极化发展快,吸收电流衰减快电导构成:离子电导、电泳电导非极性电介质的电阻率 1018cm弱极性电介质的电阻率 1015cm极性电介质的电阻率 1010cm1012cm,由于损 耗太大,实际上不使用强极性如水、乙醇等实际上已是离子性导电液,不能用作绝缘材料离子性电导随温度的升高而增加,液体电介质的电导,5,分
2、成三个区域 区域1:液体电介质的电导在电场比较小的情况下,遵循欧姆定律 区域2:随着场强的增大,与气体相似,有一平坦区域 区域3:场强继续增大超过某一极限解离、逸出、碰撞电离,最终击穿,液体电介质中电压电流特性,6,结构紧密,洁净的离子性电介质,电阻率为1017cm1019cm结构不紧密且含单价小离子的离子性电介质的电阻率仅达1013cm1014cm非极性或弱极性介质主要由杂质离子造成电导。纯净介质的电阻率可达1017cm1019cm偶极性电介质,因本身能解离,此外还有杂质离子共同决定电导,故电阻率较小,较佳者可达1015cm1016cm,固体介质的电阻率,7,分三个区域 区域1:符合欧姆定律
3、,也称低场强领域 区域2:电流随场强非线性增加 区域3:出现破坏先导电流区域2、3也称高场强领域。和液体、气体不同,固体中的电压电流特性没有饱和状态,固体电介质的电压电流特性,带电粒子产生:晶格缺陷,解离,泊尔弗仑开尔效应,8,固体介质的表面电导 固体介质除了体积电阻外,还存在表面电导。干燥清洁的固体介质的表面电导很小,表面电导主要由表面吸附的水分和污物引起。介质吸附水分的能力与自身结构有关,所以介质表面电导也是介质本身固有的性质,9,2.1.3 电介质的损耗,损耗,极化损耗(DC下无),电导损耗(DC、AC都有),10,一、介质损耗角正切(tg),:泄漏电流,由电导引起:吸收电流,也叫极化电
4、流,由极化引起:电容电流,11,介质损耗正切角(tg)并联等值电路,介损:,损耗功率:,12,定义 为介质损失角,是功率因数角 的余角介质损失角正切值tg,如同r 一样,取决于材料的特性,而与材料尺寸无关,可以方便地表示介质的品质,13,串联等值电路,14,气体介质的损耗气体介质极化率小,损耗极小(tg 10-8。所以常用气体(如空气,N2;CO2,SF6等)作为标准电容器的介质当外施电压U超过起始放电电压U0时,将发生局部放电,损耗急剧增加,二、不同介质的损耗,15,中性液体、固体电介质中的损耗主要由漏导决定(极化为无损的)介质损耗与温度、电场强度等因素的关系决定于电导与这些因素之间的关系,
5、液体和固体电介质中的损耗,中性液体或中性固体电介质的tg与温度的关系,中性液体或中性固体电介质的tg与电场的关系,16,极性液体介质中的损耗主要包括电导式损耗和电偶式损托两部分 损耗与温度、频率等因素有较复杂的关系中性固体介质如石蜡、聚苯乙烯等,其损耗主要由电导引起,通常很小,在高频下也可使用 极性的纤维材料(纸、纤维板等)和含有极性基的有机材料(聚氯乙烯、有机玻璃、酚醛树脂、硬橡胶等),tg 值较大,高频下更为严重。与温度、频率的关系与极性液体相似,17,介质损耗正切角(tg),18,三、影响tg 的主要因素 之一:温度,tg和温度的关系,tt2:极化减弱,电导上升,电导占主导当f增加时,极
6、化程度降低,因此需要提高温度(减小粘度)才能达到最大值。,19,不均匀结构的电介质 如:电机绝缘中用的云母制品(是云母和纸或布以及环氧树酯所组合的复合介质)和油浸纸、胶纸绝缘等。不均匀结构的电介质的tg 取决于其中各成分的性能和数量间的比例,峰值可能由纸极化损耗引起,峰值可能由复合胶极化损耗引起,20,影响tg 的主要因素之二:频率,当频率不太高时,随 f 增加,偶极子转向加快,损耗增加当频率大过某一值后,偶极子来不及转向,损耗减小,tg和频率的关系,21,影响tg 的主要因素之三:外加电压,外加电压低,总损耗电导损耗极化损耗外加电压超过U0时,介质内部开始出现局部放电,消耗电离能 总损耗电导
7、损耗极化损耗电离损耗,tg和外加电压的关系,22,四、讨论介质损耗的意义,在进行绝缘结构设计时,必须注意绝缘材料的tg值,如果过大而引起严重发热,将使材料容易劣化,故尽可能选择tg较小的材料。当绝缘受潮或恶化时,tg会急剧增大,因此经常监测tg值并进行对比,可判断绝缘的状况,及时发现问题。通过测量tgU的关系曲线,可判断绝缘内部是否发生了局部放电。介质损耗引起的介质发热有时也可以利用,例如利用介质损耗发热来加速干燥过程。,23,液体电介质:纯净的液体电介质 工程用液体电介质 击穿机理:电击穿理论、气泡击穿理论(小桥击穿理论),2.2 液体电介质的击穿,24,(一)电击穿理论主要用于纯净液体的击
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