高电压液体和固体介质的电气强度分析报告.pptVIP

第3章 液体和固体介质的电气特性 3.1 电介质的极化、电导和损耗 3.2 液体介质的击穿 3.3 液体介质的老化 3.4 固体介质的击穿 3.5 固体介质的老化 3.6 组合绝缘的特性 3.1 电介质的极化、电导与损耗 3.1.1 相对介电常数 1. 介电常数、相对介电常数 平行平板电容器在真空中的电容量为: 当极板间插入固体介质后，电容量为: 式中 A－极板面积，cm2； d－极间距离，cm；ε－介质的介电常数 ε0－真空的介电常数，ε0=8.86×10-14F/cm 电容量增大的原因在于电介质的极化现象。 是由电介质极化引起的束缚电荷。 是反映电介质极化特性的一个物理量。气体的 接近于1，液体和固体大多在2～6之间。 3.1.2 电介质的极化 概念：在外加电场的作用下，固体介质中原来彼此中 和的正、负电荷产生了位移，形成电矩，使介质表面出现 了束缚电荷，即极板上电荷增多，因而使电容量增大。 分类： （1）电子式极化 在外电场的作用下，介质原子中的电子运动轨道将相对于原子核发生弹性位移。这样一来，正、负电荷的作用中心不再重合而出现感应偶距。这种极化称为电子式极化。 特点： 存在于一切物质中； 极化所需的时间极短，约10-14 ～10-15s ； 具有弹性，没有损耗； 温度对电子式极化影响不大； 与外加电源频率无关。 （2）离子式极化 固体无机化合物大多属于离子式结构，如云母、陶瓷等。无外电场时，晶体的正、负离子对称排列，各个离子对的偶极距互相抵消，故平均偶极距为零。 出现外电场后，正、负离子将发生方向相反的偏移，使平均偶极距不再为零，介质呈现极化。这就是离子式极化。 特点： 属于弹性极化； 极化过程所需的时间很短，约10-12s 10-13s； 温度对此极化存在一定影响，εr一般具有正的温度系数； 一般使用频率范围内，与外加电源频率无关。 （3）偶极子极化 有些电介质的分子很特别，具有固有的电子距，即正、负电荷的作用中心永远不重合，这种分子成为极性分子。由极性分子组成的电介质称为极性电介质，例如胶木、橡胶、纤维素、蓖麻油、氯化联苯等。 无外电场时，偶极子杂乱无序排列，宏观电距等于零，对外不表现出极性。出现电场后，偶极子沿电场方向转向，作有规则的排列，对外表现出极性。 特点： 非弹性，极化过程需要克服一定的能量； 极化所需的时间较长，约10-10s～ 10-2s； 对液体和固体介质来说，εr在低温下先随温度的升高而增加，以后当热运动变得强烈时，εr又随温度上升而减小； 与电源频率具有较大的关系。 （4）夹层极化 夹层介质界面极化概念：合闸瞬间两层介质的电压比由电容决定。稳态时分压比由电导决定。 在电压重新分配的过程中，夹层界面上会积聚起一些电荷，使整个介质的等值电容增大，这种极化称为夹层介质界面极化。 如果 则双层介质的表面电荷不重新分配。但实际 上很难满足上述条件， 电荷要重新分配，这样在两 层介质的交界面处会积累电荷，整个介质的等值电容增大，这种极化形式称夹层介质界面极化。 极化机理：自由电荷的移动。 夹层极化所引起的电荷积聚过程中所形成的电流称为吸收电流。这种极化形式存在于不均匀夹层介质中，伴随有能量损失，夹层界面上电荷的堆积是通过介质电导G完成的，高压绝缘介质的电导通常都很小，极化建立需时很长，一般需要几分之一秒、几秒、几分钟、甚至几小时，这种性质的极化只有在直流和低频时才有意义。 3.1.3 讨论电介质极化在工程中的意义 3.1.4 电介质的电导 任何电介质都不是理想的绝缘体，都具有一定程度的导电性，只不过电导率很小。 表征电介质导电性能的主要物理量为电导率γ，或其倒数电阻率ρ 。在高电压工程中一般常用电阻率ρ来表征介质的绝缘电阻。 按内部载流子的不同，电介质电导可分为离子电导和电子电导两种。由于电介质中自由电子很少，所以正常情况下，电介质的电导主要是离子电导。当然，电介质击穿情况下，自由电子会很多。 中性或弱极性电介质主要是杂质离子电导； 纯净的非极性电介质，电导率很小，即绝缘电阻很大； 液体电介质，存在一种电泳电导，其载流子为带电的分子团吸附电荷后变成了带电粒子，如绝缘油中的悬浮胶粒或细小水珠； 液体介质中的固体杂质，也是液体介