高电压课件优秀PPT.ppt

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1、高电压课件第一页，本课件共有31页 液体和固体介质广泛用作电气设备的内绝缘，常用的液体和固体介质广泛用作电气设备的内绝缘，常用的液体和固体介质为：液体和固体介质为：液体介质液体介质：变压器油、电容器油、电缆油：变压器油、电容器油、电缆油 固体介质固体介质：绝缘纸、纸板、云母、塑料、电：绝缘纸、纸板、云母、塑料、电 瓷、玻璃、硅橡胶瓷、玻璃、硅橡胶液体和固体介质液体和固体介质第二页，本课件共有31页电导率电导率 (绝缘电阻率绝缘电阻率 )介电常数介电常数 介质损耗角正切介质损耗角正切 击穿电场强度击穿电场强度表征参数：表征参数：电介质的电气特性表现在电场作用下的电介质的电气特性表现在电场作用下的

2、 导电性能导电性能 介电性能介电性能 电气强度电气强度电介质的电气特性及表征参数电介质的电气特性及表征参数第三页，本课件共有31页电介质的极化电介质的极化 电介质的电导电介质的电导 电介质的损耗电介质的损耗 一切电介质在电场的作用下都会出现极化，电一切电介质在电场的作用下都会出现极化，电导和损耗等电气物理现象。不过气体介质的极化，导和损耗等电气物理现象。不过气体介质的极化，电导和损耗都很微弱，一般可忽略不计，真正需要电导和损耗都很微弱，一般可忽略不计，真正需要注意的只有液体和固体介质在这些方面的特性。注意的只有液体和固体介质在这些方面的特性。第四页，本课件共有31页 介电常数：表示介电常数：表

3、示极化强弱。极化强弱。对于平行平板电容对于平行平板电容器，极间为真空时，其电容量为：器，极间为真空时，其电容量为：一、电介质的极化一、电介质的极化 电介质的极化：电介质的极化：电介质在电场作用下，正负电电介质在电场作用下，正负电荷的定向移动荷的定向移动0 0-真空的介电常数真空的介电常数A-A-极板面积，极板面积，cmcm2 2 d-d-极间距离，极间距离，cmcm第五页，本课件共有31页放置固体介质时放置固体介质时,电容量将增大为电容量将增大为:相对介电常数：相对介电常数：0 0-真空的介电常数真空的介电常数 -介质的介电常数介质的介电常数 r r-介质的相对介电常数介质的相对介电常数 A-

4、A-极板面积，极板面积，cmcm2 2 d-d-极间距离，极间距离，cmcm r r是反映电介质极化特性的一个物理量。是反映电介质极化特性的一个物理量。介电常数介电常数第六页，本课件共有31页可见，气体可见，气体r r接近于接近于1 1，液体和固体大多在，液体和固体大多在2 26 6之间。之间。第七页，本课件共有31页用于用于电容器电容器的绝缘材料，显然希望的绝缘材料，显然希望选用选用r r大大的电介质，的电介质，因为这样可使单位电容的体积减小和重量减轻。因为这样可使单位电容的体积减小和重量减轻。其他电气设备其他电气设备中往往希望中往往希望选用选用r r较小较小的电介质，这是的电介质，这是因为

5、较大的因为较大的r r往往和较大的电导率相联系，因而介质损耗往往和较大的电导率相联系，因而介质损耗也较大。也较大。采用采用r r较小的绝缘材料还可减小电缆的充电电流较小的绝缘材料还可减小电缆的充电电流。第八页，本课件共有31页 最基本的极化型式有最基本的极化型式有电子位移极化电子位移极化、离子位移离子位移极化极化和和转向极化（偶极子极化）转向极化（偶极子极化）等三种，另外还有等三种，另外还有夹层极化夹层极化和和空间电荷极化空间电荷极化等。等。电介质的极化型式电介质的极化型式第九页，本课件共有31页(一一)电子位移极化电子位移极化 在外电场在外电场 的作用下，的作用下，介质原子中的电子轨道将相介

6、质原子中的电子轨道将相对于原子核发生弹性位移。对于原子核发生弹性位移。正负电荷作用中心不再重合正负电荷作用中心不再重合而出现感应偶极矩而出现感应偶极矩 ,其值为其值为 ,（矢量（矢量 的方向为由的方向为由q q指向指向q q）。这种极化称为）。这种极化称为电子式极电子式极化或电子位移极化化或电子位移极化。第十页，本课件共有31页 电子式极化存在于一切电介质中，有两个特点：电子式极化存在于一切电介质中，有两个特点：（1 1）完成极化需要的时间极短，）完成极化需要的时间极短，1010-15-15s s；（2 2）外电场消失，整体恢复中性。）外电场消失，整体恢复中性。所以这种极化不产生能量损耗，不会

7、使介质发热。所以这种极化不产生能量损耗，不会使介质发热。电子位移极化特点电子位移极化特点第十一页，本课件共有31页(二二)离子位移极化离子位移极化 固体无机化合物大多属离固体无机化合物大多属离子式结构，无外电场时，晶体子式结构，无外电场时，晶体的正、负离子对称排列，各个的正、负离子对称排列，各个离子对的偶极矩互相抵消，故离子对的偶极矩互相抵消，故平衡极矩为零。平衡极矩为零。在出现外电场后，正、负离子将发生方向相反的偏移，在出现外电场后，正、负离子将发生方向相反的偏移，使平均偶极矩不再为零，介质呈现使平均偶极矩不再为零，介质呈现极化。极化。第十二页，本课件共有31页 1 1、离子相对位移有限，外

8、电场、离子相对位移有限，外电场消失后即恢复原状；消失后即恢复原状；2 2、所需时间很短，其几乎与、所需时间很短，其几乎与外电场频率无关。外电场频率无关。离子位移极化的特点离子位移极化的特点13第十三页，本课件共有31页 1 1、离子间的结合力会随温度的升高而减小，从、离子间的结合力会随温度的升高而减小，从而使极化程度增强；而使极化程度增强；2 2、离子的密度随温度的升高而减小，使极化程、离子的密度随温度的升高而减小，使极化程度减弱。通常前一种影响较大，故其度减弱。通常前一种影响较大，故其 一般具一般具有正的温度系数。有正的温度系数。温度对离子式极化的影响温度对离子式极化的影响第十四页，本课件共

9、有31页(三三)转向极化（偶极子极化）转向极化（偶极子极化）极性电介质极性电介质：分子具有固有的电矩，即正、负电荷：分子具有固有的电矩，即正、负电荷作用中心永不重合，由极性分子组成的电介质称为作用中心永不重合，由极性分子组成的电介质称为极极性电介质性电介质。极性分子不存在外电场时，极性分子不存在外电场时，极性分子的偶极子因热运动而极性分子的偶极子因热运动而杂乱无序的排列着，如图所示，杂乱无序的排列着，如图所示，宏观电矩等于零，因而整个介质宏观电矩等于零，因而整个介质对外并不表现出极性。对外并不表现出极性。第十五页，本课件共有31页出现外电场后，原先排列出现外电场后，原先排列杂乱的偶极子将沿电场

10、方向杂乱的偶极子将沿电场方向转动，作较有规则的排列，转动，作较有规则的排列，如图所示，因而显示出极性。如图所示，因而显示出极性。这种极化称为这种极化称为偶极子极化偶极子极化或或转转向极化向极化。第十六页，本课件共有31页 偶极子极化是非弹性的，极化过程需要消耗一定的偶极子极化是非弹性的，极化过程需要消耗一定的能量，极化所需的时间也较长，能量，极化所需的时间也较长，1010101010102 2s s，所以极，所以极性电介质的性电介质的 值与电源频率有较大关系。值与电源频率有较大关系。偶极子极化与频率偶极子极化与频率f f 的关系的关系第十七页，本课件共有31页 频率太高时频率太高时，偶极子将来

11、，偶极子将来不及转动，因而其不及转动，因而其 值变小，值变小，如图所示。其中如图所示。其中 相当于直相当于直流电场下的相对介电常数流电场下的相对介电常数 。f f f f1 1 以后偶极子将越来越跟不上电场的交变，以后偶极子将越来越跟不上电场的交变，值不断下降；当值不断下降；当f f f f2 2 时，偶极子已完全不跟着电场时，偶极子已完全不跟着电场转动了，这时只存在电子式极化，转动了，这时只存在电子式极化，减小到减小到 。第十八页，本课件共有31页偶极子极化与温度偶极子极化与温度t t的关系的关系 温度升高时，分子温度升高时，分子热运动加剧，阻碍极性热运动加剧，阻碍极性分子沿电场取向，使极分

12、子沿电场取向，使极化减弱，所以通常化减弱，所以通常极性极性气体介质有负的温度系数。气体介质有负的温度系数。第十九页，本课件共有31页 对液体和固体介质，对液体和固体介质，温度很低时，分子间联系紧温度很低时，分子间联系紧密，偶极子转动比较困难，密，偶极子转动比较困难，所以所以 很小。液体、固体介很小。液体、固体介质的质的 在低温下先随温度在低温下先随温度的升高而增大，以后当热运的升高而增大，以后当热运动变得较强烈时，分子热运动变得较强烈时，分子热运动阻碍极性分子沿电场取向，动阻碍极性分子沿电场取向，使极化减弱，使极化减弱，又开始随又开始随着温度的上升而减小。着温度的上升而减小。第二十页，本课件共

13、有31页(四四)夹层极化夹层极化 凡是由不同介电常数和电导率的多种电介质组成的绝缘凡是由不同介电常数和电导率的多种电介质组成的绝缘结构，在加上外电场后，各层电压将从开始时按结构，在加上外电场后，各层电压将从开始时按介电常数介电常数分布逐渐过渡到稳态时按分布逐渐过渡到稳态时按电导率电导率分布。在电压重新分配分布。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，简的等值电容增大，这种极化称为夹层介质界面极化，简称称夹层极化夹层极化。第二十一页，本课件共有31页t t=0=0时合上开关，电压分

14、配与电容成正比时合上开关，电压分配与电容成正比：22第二十二页，本课件共有31页一般一般 即即C C1 1、C C2 2上的电荷需要重新分配上的电荷需要重新分配 于是分界面上将积聚起一批多余的空间电荷，于是分界面上将积聚起一批多余的空间电荷，这就是夹层极化引起的吸收电荷由于这种极化涉及这就是夹层极化引起的吸收电荷由于这种极化涉及电荷的移动和积聚，必然伴随能量损耗，而且过程电荷的移动和积聚，必然伴随能量损耗，而且过程较慢，一般需要几分之一秒、几秒、几分钟、甚至较慢，一般需要几分之一秒、几秒、几分钟、甚至几小时，所以这种极化只有在直流和低频交流电压几小时，所以这种极化只有在直流和低频交流电压下才能

15、表现出来下才能表现出来。23第二十三页，本课件共有31页二、电介质的电导二、电介质的电导 电导率电导率表征电介质导电性能的主要物理量，其表征电介质导电性能的主要物理量，其倒数为电阻率。按载流子的不同，电介质的电导又倒数为电阻率。按载流子的不同，电介质的电导又可分为可分为离子电导离子电导和和电子电导电子电导两种。两种。第二十四页，本课件共有31页1 1、电子电导：、电子电导：一般很微弱，因为介质中自由电子数极少；一般很微弱，因为介质中自由电子数极少；如果电子电流较大，则介质已被击穿。如果电子电流较大，则介质已被击穿。2 2、离子电导：、离子电导：电介质中的正负离子沿电场方向移动形成电导电流即电介

16、质中的正负离子沿电场方向移动形成电导电流即离子电导，电阻率离子电导，电阻率10101010101014 14 杂质离子电导：在中性和弱极性电介质中，主要是杂质离子电导：在中性和弱极性电介质中，主要是杂质离子电导，电阻率杂质离子电导，电阻率1010171710101919第二十五页，本课件共有31页3 3、表面电导：、表面电导：对于固体介质，由于表面吸附水分对于固体介质，由于表面吸附水分和污秽存在表面电导，受外界因素的影响很大。和污秽存在表面电导，受外界因素的影响很大。所以，在测量体积电阻率时，应尽量排除表面电所以，在测量体积电阻率时，应尽量排除表面电导的影响，应清除表面污秽、烘干水分、并在测导

17、的影响，应清除表面污秽、烘干水分、并在测量电极上采取一定的措施。量电极上采取一定的措施。第二十六页，本课件共有31页固体、液体介质的电导率固体、液体介质的电导率 与温度与温度T T 的关系：的关系：式中：式中：A A、B B 为与介质有关的常数，其中固体介质为与介质有关的常数，其中固体介质的常数的常数B B 通常比液体介质的通常比液体介质的B B 值大的多。值大的多。T T 为绝为绝对温度，单位为对温度，单位为K K 。该式表明。该式表明,随温度随温度T T 按指数按指数规律上升。规律上升。第二十七页，本课件共有31页三、电介质的损耗三、电介质的损耗(一一)电介质的损耗的基本概念电介质的损耗的

18、基本概念 介质损耗介质损耗：在电场作用下电介质中总有一定的能量损耗，：在电场作用下电介质中总有一定的能量损耗，包括由电导引起的损耗和某些有损极化（例如偶极子、夹层包括由电导引起的损耗和某些有损极化（例如偶极子、夹层极化）引起的损耗，总称极化）引起的损耗，总称介质损耗介质损耗。直流下直流下：电介质中没有周期性的极化过程，只要外：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导组成，所以可用体积电导率和表面电导率说将仅由电导组成，所以可用体积电导率和表面电导率说明问题，不必再引入介质损耗这个概念了。明问题

19、，不必再引入介质损耗这个概念了。第二十八页，本课件共有31页交流时：流过电介质的电流交流时：流过电介质的电流本图引自西南交大国家精品课高电压技术网站本图引自西南交大国家精品课高电压技术网站第二十九页，本课件共有31页此时介质的功率损耗：此时介质的功率损耗：式中：式中：电源角频率；电源角频率；功率因数角；功率因数角；介质损耗角。介质损耗角。第三十页，本课件共有31页 介质损耗角介质损耗角为功率因数角的余角，其正切为功率因数角的余角，其正切tgtg又又可称为介质损耗因数，常用百分数（）来表示。可称为介质损耗因数，常用百分数（）来表示。通常采用介质损耗角正切作为综合反映电介通常采用介质损耗角正切作为综合反映电介质损耗特性优劣的一个指标。质损耗特性优劣的一个指标。第三十一页，本课件共有31页