第二章 液体和固体电介质的绝缘特性.ppt

第二章 液体和固体电介质的绝缘特性 固体和液体也是电气设备常用的绝缘材料，这是因为固体、液体电介质的绝缘强度要比气体大许多。然而，固体、液体电介质的击穿各有特点，与气体击穿有很大的不同。本章主要讨论固体、液体电介质的击穿物理过程。 2-1 电介质的极化 电介质的极化：电介质在电场作用下，电介质中的带电质点在 电场作用下沿电场方向作有限位移 2-2 电介质的电导 （二)油温 击穿电压与温度的关系比较复杂，随电场的均匀度、油的品质以及电压类型的不同而异。 (三)电场均匀度 优质油：保持油不变，而改善电场均匀度，能使工频击穿电压显著增大，也能大大提高其冲击击穿电压。 品质差的油：改善电场对于提高其工频击穿电压的效果较差。 在冲击电压下，由于杂质来不及形成小桥，故改善电场总是能显著提高油隙的冲击击穿电压，而与油的品质好坏几乎无关。 (四)电压作用时间 油隙的击穿电压会随电压作用时间的增加而下降，加电压时间还会影响油的击穿性质。 从图3—20的两条曲线可以看出： 在电压作用时间短至几个微秒时击穿电压很高，击穿有时延特性，属电击穿； 电压作用时间更长时，杂质开始聚集，油隙的击穿开始出现热过程，于是击穿电压再度下降，为热击穿。 (五)油压的影响 不论电场均匀度如何，工业纯变压器油的工频击穿电压总是随油压的增加而增加，这是因为油中气泡的电离电压增高和气体在油中的溶解度增大的缘故。 经过脱气处理的油，其工频击穿电压几乎与油压无关。 从以上讨论中可以看出，油中杂质对油隙的工频击穿电压有很大的影响，所以对于工程用油来说，应设法减少杂质的影响，提高油的品质。 通常可以采用过滤、防潮、祛气等方法来提高油的品质，在绝缘设计中则可利用“油—屏障”式绝缘(例如覆盖层、绝缘层和隔板等)来减少杂质的影响，这些措施都能显著提高油隙的击穿电压。 * * 液体介质：变压器油、电容器油、电缆油 固体介质：绝缘纸、纸板、云母、塑料、电瓷、玻璃、硅橡胶 电介质的电气特性表现在电场作用下的 导电性能 介电性能 电气强度 表征参数： 电导率 (绝缘电阻率 ) 介电常数 介质损耗角正切 击穿电场强度 电介质的极化是电介质在电场作用下，其束缚电荷相应于电场方向产生弹性位移现象和偶极子的取向现象。介电常数来表示极化强弱。 Qo=CoU εr：相对介电系数，表征电介质在电场作用下的极化程度 用于电容器的绝缘材料，显然希望选用εr大的电介质，因为这样可使单位电容的体积减小和重量减轻。 其他电气设备中往往希望选用εr较小的电介质，这是因为较大的εr往往和较大的电导率相联系，因而介质损耗也较大。 采用εr较小的绝缘材料还可减小电缆的充电电流、提高套管的沿面放电电压等 在高压电气设备中常常将几种绝缘材料组合在一起使用，这时应注意各种材料的εr值之间的配合，因为在工频交流电压和冲击电压下，串联的多层电介质中的电场强度分布与串联各层电介质的εr成反比。 最基本的极化型式有电子式极化、离子式极化和偶极子极化等三种，另外还有夹层极化和空间电荷极化等。现简要介绍如下： 一. 极化的基本形式 (1) 电子式极化 其特点: 极化所需时间极短 b. 极化时没有能量损耗 c.温度对极化影响极小 d.外电场消失，整体恢复 中性 (2). 离子式极化 其特点: 极化过程极短，与频 率无关 b. 极化过程无能量损耗 c. 温度对极化有影响,极 化随温度升高而增强， εr具有正温度系数。 某些固体物质（云母、玻璃）结构属于离子结构其分子由正、负离子构成，在无外电场环境中，正负离子的作用中心是重合的，而在外电场作用下，正负离子作有限的位移，使作用中心不再重合，故显示出每个分子的正负极性。 (3). 偶极子式极化 其特点 极化所需时间较长,因而与频 率有关 b. 极化过程有能量损耗，要克 服分子间的吸引力等。 c. 温度对极化影响很大,温度很 高和很低时,极化均减弱。 胶木、橡胶等一些物质，在无外电场作用下，分子本身正负离子作用中心不重合，被称为极性电介质，每一个分子成为一个偶极子，偶极子不停地进行无规则的热运动，排列混乱，但物质本身不表现出极性。当有外电场作用，偶极子顺电场方向转向，作有规则的排列，形成了物质的极化。 偶极子极化与温度t的关系： 温度升高时，分子热运动加剧，阻碍极性分子沿电场取向，使极化减弱，所以通常极性气体介质有负的温度系数。 对液体和固体介质，温度很低时，分子间联系紧密，偶极子转动比较困难，所以