2电介质的损耗-带电质点的产生详解优秀PPT.ppt

本次课程目的要求本次课程目的要求1、能表述介质损耗的概念、能表述介质损耗的概念 2、能说明介质损耗的组成，能表述其物理意义、能说明介质损耗的组成，能表述其物理意义 3、能说出带电质点产生和消逝的方式、特点、能说出带电质点产生和消逝的方式、特点和作用和作用 1.3 电介质的损耗电介质的损耗一、基本概念一、基本概念在电场作用下电介质中总有确定的能量损耗，包括由电导损在电场作用下电介质中总有确定的能量损耗，包括由电导损耗和有损极化（偶极子、夹层极化）损耗，总称介质损耗。耗和有损极化（偶极子、夹层极化）损耗，总称介质损耗。直流下：直流下：电介质中没有周期性的极化过程，只要外加电压电介质中没有周期性的极化过程，只要外加电压还没有达到引起局部放电的数值，介质中的损耗将仅由电还没有达到引起局部放电的数值，介质中的损耗将仅由电导组成，所以可用体积电导率和表面电导率说明问题，不导组成，所以可用体积电导率和表面电导率说明问题，不必再引入介质损耗这个概念。必再引入介质损耗这个概念。交变电场：电介质能量损耗包括电导损耗（通过电介质的交变电场：电介质能量损耗包括电导损耗（通过电介质的贯穿性泄漏电流所引起）和极化损耗（沟通电压下由周期贯穿性泄漏电流所引起）和极化损耗（沟通电压下由周期性极化所引起）。性极化所引起）。二、介质损耗分析二、介质损耗分析沟通时流过电介质的电流：沟通时流过电介质的电流：介质损耗介质损耗介质损耗介质损耗(有功损耗有功损耗有功损耗有功损耗)：由上式可见，介质功率损耗由上式可见，介质功率损耗P与试验电压、被试品尺寸等因与试验电压、被试品尺寸等因素有关，不同试品间难以相互比较；而对于结构确定的被试素有关，不同试品间难以相互比较；而对于结构确定的被试品，在外施电压确定时，介质损耗只取决于品，在外施电压确定时，介质损耗只取决于tan。tan 被称为介质损耗角正切，它只与介质本身特性有关，被称为介质损耗角正切，它只与介质本身特性有关，与材料尺寸无关，因而不同试品的与材料尺寸无关，因而不同试品的tan 可相互比较。可相互比较。对同类试品绝缘的优劣可用对同类试品绝缘的优劣可用tan 来代替来代替P对绝缘进行推断。对绝缘进行推断。有损介质的等值电路分析可用并联等效电路或串联等效电路有损介质的等值电路分析可用并联等效电路或串联等效电路tantan的物理含义：表征单位体积匀整介质内能量损失的大小的物理含义：表征单位体积匀整介质内能量损失的大小的物理含义：表征单位体积匀整介质内能量损失的大小的物理含义：表征单位体积匀整介质内能量损失的大小 事实上，电导损耗和极化损耗都同时存在。事实上，电导损耗和极化损耗都同时存在。介质等值电路可用三个并联支路表示：介质等值电路可用三个并联支路表示：C0：反映电子式和离子式极化；：反映电子式和离子式极化；Ca、ra：反映吸取电流，表：反映吸取电流，表示有损极化；示有损极化；R：反映电导损耗，该支路流过的电流为泄漏：反映电导损耗，该支路流过的电流为泄漏电流。电流。C0 Cara R三、影响介质损耗的因素三、影响介质损耗的因素温度、频率、电压温度、频率、电压温度、频率、电压温度、频率、电压1、气体的介质损耗、气体的介质损耗 UU0时仅有很小的电导损耗，且与时仅有很小的电导损耗，且与U无关；无关；UU0，有游离、局放、电晕损耗等，有游离、局放、电晕损耗等，U tan 2、液体的介质损耗、液体的介质损耗 与电压的关系：与电压的关系：UU0时，仅有很小的电导损耗；时，仅有很小的电导损耗；U U0后，液体分子发生游离，电导快速增大；后，液体分子发生游离，电导快速增大；（1）中性或弱极性液体介质中性或弱极性液体介质与与温度温度温度温度的关系：随温度上升按指数规律增大。的关系：随温度上升按指数规律增大。（2）极性液体介质极性液体介质损耗主要由电导引起损耗主要由电导引起电导和极化损耗电导和极化损耗随电压变更的关系与中性或弱极性相同随电压变更的关系与中性或弱极性相同;与与温度温度温度温度的关系：的关系：TCT1C：电导和极化损耗较小，电导和极化损耗较小，TC电导损耗电导损耗&粘度下降极化粘度下降极化极化损耗极化损耗 tan T1C TCT2C：分子热运动加快阻碍偶极子转向分子热运动加快阻碍偶极子转向极化损耗极化损耗&电导损耗电导损耗 tan TCT2C：电导损耗电导损耗&极化损耗极化损耗 tan 与与频率频率频率频率的关系：的关系：较低较低f：f极化极化tan 较高较高f：f偶极子转向困难偶极子转向困难tan3、固体的介质损耗、固体的介质损耗(1)无机绝缘材料：无机绝缘材料：云母、陶瓷、玻璃云母、陶瓷、玻璃 云母：由电导引起损耗，介质损耗小，耐高温性能好，是云母：由电导引起损耗，介质损耗小，耐高温性能好，是云母：由电导引起损耗，介质损耗小，耐高温性能好，是云母：由电导引起损耗，介质损耗小，耐高温性能好，是志向的电机绝缘材料，但机械性能差；志向的电机绝缘材料，但机械性能差；志向的电机绝缘材料，但机械性能差；志向的电机绝缘材料，但机械性能差；电工陶瓷：既有电导损耗，又有极化损耗；电工陶瓷：既有电导损耗，又有极化损耗；电工陶瓷：既有电导损耗，又有极化损耗；电工陶瓷：既有电导损耗，又有极化损耗；20C20C和和和和50Hz50Hz时时时时2 25 5；玻璃：电导损耗极化损耗，损耗与玻璃成分玻璃：电导损耗极化损耗，损耗与玻璃成分玻璃：电导损耗极化损耗，损耗与玻璃成分玻璃：电导损耗极化损耗，损耗与玻璃成分tan tan 有关。有关。有关。有关。(2)有机绝缘材料：有机绝缘材料：分为分为非极性非极性非极性非极性和和极性极性极性极性非极性有机电介质：只有电子式极化，损耗取决于电导；非极性有机电介质：只有电子式极化，损耗取决于电导；极性有机电介质：极化损耗使总损耗较大。极性有机电介质：极化损耗使总损耗较大。其次章其次章 气体电介质的击穿特性气体电介质的击穿特性2.1 2.1 带电质点的产生和消逝带电质点的产生和消逝带电质点：带电质点：正离子、负离子、电子正离子、负离子、电子 一、带电质点的产生一、带电质点的产生缘由：各种游离（电离）缘由：各种游离（电离）作用：作用：促进放电发展促进放电发展 l气体原子的气体原子的激发和游离激发和游离l带电粒子的运动带电粒子的运动当气体中存在电场时，粒子同时进当气体中存在电场时，粒子同时进行行热运动热运动和和沿电场定向沿电场定向运动。运动。游离（电离）：外界以某种方式给处于某一能级轨道上的游离（电离）：外界以某种方式给处于某一能级轨道上的电子施加确定的能量，该电子就可能摆脱原子核的束缚成电子施加确定的能量，该电子就可能摆脱原子核的束缚成为自由电子。为自由电子。激发：电子向高一能级轨道的跃迁。激发：电子向高一能级轨道的跃迁。游离能游离能 ：产生游离须要的能量。：产生游离须要的能量。自由行程：一个质点在每两次碰自由行程：一个质点在每两次碰撞间自由地通过的距离。撞间自由地通过的距离。平均自由行程：众多质点自由行程的平均值。平均自由行程：众多质点自由行程的平均值。1 1、碰撞游离、碰撞游离 电子或离子与气体分子碰撞，将电子或离子与气体分子碰撞，将电场能电场能传递给气体分子传递给气体分子引起游离的过程。引起游离的过程。碰撞游离条件：当电子从电场获得的动能大于或等于气体碰撞游离条件：当电子从电场获得的动能大于或等于气体分子的游离能时，就可能使气体分子分裂为电子或正离子分子的游离能时，就可能使气体分子分裂为电子或正离子?碰撞游离主要由电子和气体分子碰撞所引起。碰撞游离主要由电子和气体分子碰撞所引起。气体中，电子和离子的自由行程是它们和气体分子发生碰气体中，电子和离子的自由行程是它们和气体分子发生碰撞的行程。由于电子尺寸和质量比分子小得多，不易发生撞的行程。由于电子尺寸和质量比分子小得多，不易发生碰撞，故电子的平均自由行程比离子的大得多，在电场作碰撞，故电子的平均自由行程比离子的大得多，在电场作用下加速运动易积聚足够的动能。用下加速运动易积聚足够的动能。Wi为为气体分子的游离能气体分子的游离能2 2、光游离、光游离 由光辐射引起气体分子游离的过程由光辐射引起气体分子游离的过程光游离产生的电子称为光电子光游离产生的电子称为光电子来源：来源：x射线、射线、射线、宇宙射线、紫外线等射线、宇宙射线、紫外线等异号带电质点复合成中性质点释放出光子异号带电质点复合成中性质点释放出光子条件：条件：激励态分子回复到正常态释放出光子激励态分子回复到正常态释放出光子3 3、热游离、热游离 本质：气体分子热状态引起的碰撞游离和光游离的综合。本质：气体分子热状态引起的碰撞游离和光游离的综合。?常温下，气体分子发生热游离概率微小。常温下，气体分子发生热游离概率微小。当当t10000K时，才需考虑热游离；时，才需考虑热游离；当当t20000K时，几乎全部的分子都处于热游离状态时，几乎全部的分子都处于热游离状态?以上三种游离发生在气体空间中，故也称为以上三种游离发生在气体空间中，故也称为空间游离空间游离4、气体中金属表面游离、气体中金属表面游离含义：含义：形式：形式：金属阴极表面放射电子的过程。金属阴极表面放射电子的过程。?气体中的主要游离形式为碰撞游离气体中的主要游离形式为碰撞游离正离子碰撞阴极表面；正离子碰撞阴极表面；光电子放射；光电子放射；强场放射；强场放射；热电子放射；热电子放射；二、带电质点的消逝二、带电质点的消逝作用：作用：既促进又阻碍放电的进行既促进又阻碍放电的进行 都以光子的形式放出多余的能量。都以光子的形式放出多余的能量。确定条件下会确定条件下会导致其他气体分子致其他气体分子产生光游离，使气体放生光游离，使气体放电阶跃式式发展。展。电子复合和离子复合：电子复合和离子复合：作用：阻碍放电发生作用：阻碍放电发生1 1、复合、复合2 2、扩散、扩散正离子和负离子或电子相遇时，发生电荷的正离子和负离子或电子相遇时，发生电荷的传递而相互中和还原为分子的过程。传递而相互中和还原为分子的过程。带电质点从浓度较大区域转移到浓度较小区域的性质带电质点从浓度较大区域转移到浓度较小区域的性质 思索题思索题 1-73 3、进入电极、进入电极 作用：阻碍放电发展作用：阻碍放电发展 在外电场作用下，气隙中的正、负电荷分别向两电极定向在外电场作用下，气隙中的正、负电荷分别向两电极定向移动的现象。移动的现象。