第三章 液体和固体介质的电气特性.pptx

第一节液体和固体介质的极化、电导和损耗

第二节液体介质的击穿

第三节固体介质的击穿

第四节组合绝缘的电气强度;2;3;4;液体介质和固体介质广泛用作电气设备的内绝缘。

应用多的液体介质：变压器油、电容器油和电缆油。

固体介质：绝缘纸、纸板、云母、塑料等。

制造绝缘子的介质：电瓷、玻璃和硅橡胶等。;电介质物质结构的基本形式;一、电介质的极化;;电介质极化;10;极间为真空：;12;13;在外电场的作用下，介质原子中的电子运动轨道将相对与原子核发生弹性位移。;②它是一种弹性位移，一旦外电场消失，正负电荷作用中心立即重合，整体恢复中性。

这种极化不产生能量损耗，温度对这种极化影响不大;

在温度升高时，电介质略有膨胀，单位体积内的分子数减少，引起εr稍有减小。;固体化合物大多数属离子式结构。;特点：

（1）属于弹性位移极化，几乎不引起损耗；

（2）所需时间很短，约10-13s，所以其εr也几乎与外电场的频率无关；

（3）其εr一般具有正的温度系数。

;;它是非弹性的，极化过程需要消耗一定的能量;

极化所需时间也较长，在10-10～10-2s范围内。

由此可知，极性电介质的εr与下列两个因素有关：;（2）与温度有关;由不同介电常数和电导率的多种电介质组成的绝缘结构;;夹层极化涉及电荷的移动和积聚，所以伴随能量损耗；

过渡较慢，需要几分之一秒、几秒、几分钟甚至几小时；

夹层极化只有在直流和低频交流电压下才能表现出来。;夹层极化举例;为便于比较，将上述各种极化列为下表;平行平板电极间距离为2cm，在电极上施加55kV的工频电压时未发生间隙击穿，当板电极间放入一厚为1cm的聚乙烯板（εr=2.3）时，问此时会发生间隙击穿现象否？为什么？并请计算插入聚乙烯板前后的各介质中的电场分布。;讨论电介质极化（介电常数）的实际意义;电导率γ或电阻率ρ：任何电介质都不同程度的具有一定的导电性，表征电介质导电性能的主要物理量即为电导率γ或电阻率ρ。;离子电导分为：本征（固有）离子电导

杂质离子电导。

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，??导率很小，即电阻率很大，可高达1017～1019Ω·cm以上；

极性电介质具有较大的本征离子电导，其电阻率小得多（1010～1014Ω·cm）。;固体介质的电导：体积电导、表面电导；

表面电导取决于固体介质表面所吸附的水分和污秽，受外界因素的影响很大。

在测量固体介质的体积电导时，应尽量排除表面电导的影响，为此应清除表面上的污秽、烘干水分、并在测量接线上采取一定的措施。;固体和液体介质的电导率γ和温度T的关系近似表示;31;讨论电介质电导的实际意义：;在直流电压的作用下，不必引入介质损耗概念。;在交流电压下，流过电介质的电流包含有功分量和无功分量，即：;P=UIcosφ=UIR=UICtgδ=U2ωCptgδ

ω—电源角频率；φ—功率因数角；δ—介质损耗角。;C1代表介质的无损极化（电子式和离子式极化）

C2—R2代表各种有损极化，而R3则代表电导损耗。;详尽版电路可简化为电阻、电容的并联等值电路或串联等值电路。

若介质损耗主要由电导引起，常采用并联等值电路；

如介质损耗主要由极化引起，则常采用串联等值电路。;;电路的功率损耗为：;由于，I=UCSωCS=Ucosδ·ωCS;CS≈CP;1.气体介质损耗;43;中性和弱极性液体介质（如变压器油）：

极化损失很小，其损耗主要由电导引起。

损耗率P0：单位体积电介质中的功率损耗；

损耗率的计算公式为：;由于γ与温度有指数关系，故P0也以指数规律随温度的上升而增大。

例如变压器油在20℃时tgδ≤0.5%；

70℃时tgδ≤2.5%。

电缆油和电容器油的性能更好些；

例如高压电缆油在100℃时的tgδ≤0.15%。;tgδ;在t1tt2范围内极化强度减弱，电导损耗的增加，总的tgδ曲线随温度升高下降，并达到最小值。;极性液体介质的ε和tgδ与电源角频率ω的关系：;随着ω增大，转向极化跟不上电场交变;（1）无机绝缘材料;电工陶瓷（简称电瓷）：;玻璃：

具有电导损耗和极化损耗；

总的介质损耗与玻璃的成分有关；

含碱金属氧化物（Na2O、K2O）的玻璃损耗较大；

加入重金属氧化物（BaO、PbO）能使损耗下降。;（2）有机绝缘材料;聚乙烯：;极性有机介质：聚氯乙烯、纤维素、酚醛树脂、胶木、绝缘纸

具有显著的极化损耗；

这一类电介质具有较大的介质损耗；