高电压技术优秀 (2)优秀课件.ppt

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1、高电压技术第1页，本讲稿共26页液体和固体电介质的电气性能液体和固体电介质的电气性能（二）电介质的极化（二）电介质的极化1 1、电介质的极化和相对介电常数、电介质的极化和相对介电常数 极化极化电介质在电场作用下，其束缚电介质在电场作用下，其束缚电荷相应于电场方向产生的弹性位移现象电荷相应于电场方向产生的弹性位移现象和偶极子的取向现象。和偶极子的取向现象。第2页，本讲稿共26页液体和固体电介质的电气性能液体和固体电介质的电气性能2、电介质的极化种类、电介质的极化种类（1 1）电子式极化电子式极化 物质原子中的电子轨道受到外电场物质原子中的电子轨道受到外电场E作用时，它将相对于原子核发生位移而形作

2、用时，它将相对于原子核发生位移而形成极化。成极化。特点：特点：a)a)存在于一切气体、液体及固体介质中；存在于一切气体、液体及固体介质中；b)b)极化所需时间短，约极化所需时间短，约1010-15-15s s，故，故 r r不随频不随频率变化；率变化；c c)具有弹性，故没有损耗；具有弹性，故没有损耗；d d)温度对极化影响小。温度对极化影响小。第3页，本讲稿共26页液体和固体电介质的电气性能液体和固体电介质的电气性能（2 2）离子式极化）离子式极化 外电场作用下，正、负离子发生偏移，外电场作用下，正、负离子发生偏移，使平均偶极矩不再为零，介质呈现极使平均偶极矩不再为零，介质呈现极性。性。特点

3、：特点：a)a)极化时间短，约极化时间短，约1010-13-13s s；b)b)弹性极化，几乎没有损耗；弹性极化，几乎没有损耗；c)c)在一般的使用频率内，可以认为在一般的使用频率内，可以认为 r r 与频与频率无关；率无关；d d)温度对离子式极化的影响，存在着相反温度对离子式极化的影响，存在着相反的两种因素。的两种因素。第4页，本讲稿共26页液体和固体电介质的电气性能液体和固体电介质的电气性能（3 3）偶极子极化）偶极子极化 外电场作用下，偶极子受到电场力的作外电场作用下，偶极子受到电场力的作用而发生转向，顺电场方向作有规则的排用而发生转向，顺电场方向作有规则的排列，对外呈现出极性。这种由

4、于极性电介列，对外呈现出极性。这种由于极性电介质偶极子分子的转向所形成的极化称质偶极子分子的转向所形成的极化称。特点：特点：a)a)极化时间长，约极化时间长，约1010-10-10s 10s 10-2-2s s，r r与频与频率有较大关系；率有较大关系；b)b)非弹性，消耗能量；非弹性，消耗能量；c)c)温度影响大。温度影响大。第5页，本讲稿共26页液体和固体电介质的电气性能液体和固体电介质的电气性能（4 4）夹层介质界面极化）夹层介质界面极化 高电压设备的绝缘往往由几种不同材料组成或介质是不均匀的。高电压设备的绝缘往往由几种不同材料组成或介质是不均匀的。平行板电极间的双层介质为例。平行板电极

5、间的双层介质为例。t=0t=0，合闸瞬间：，合闸瞬间：电压分配与各层的电容成反比，电压分配与各层的电容成反比，达到稳态达到稳态:各层上电压分配与电导成反比，各层上电压分配与电导成反比，若为单一介质，即若为单一介质，即若介质不均匀，即若介质不均匀，即 所以合闸以后，两层介质之间有一个电压重新分配的过程，也就是所以合闸以后，两层介质之间有一个电压重新分配的过程，也就是说，说，C C1 1 、C C2 2上的电荷要重新分配。上的电荷要重新分配。第6页，本讲稿共26页液体和固体电介质的电气性能液体和固体电介质的电气性能 特点：特点：a)a)时间缓慢，时间缓慢，10 10-1-1ss数小时，只有电源在工

6、频或低频时才有可能。数小时，只有电源在工频或低频时才有可能。b)b)有能量损耗。有能量损耗。3 3、讨论电介质极化的意义、讨论电介质极化的意义（1 1）选用于电容器的绝缘材料，希望材料）选用于电容器的绝缘材料，希望材料 r r 大；用于其他绝缘构的绝缘大；用于其他绝缘构的绝缘材料，希望材料材料，希望材料 r r 小；小；（2 2）注意各种材料）注意各种材料 r r 的配合，串联介质中场强的配合，串联介质中场强E E的分布与的分布与 r r 成反比；成反比；（3 3）材料的介质损耗与极化类型有关；而介质损耗是影响绝缘劣化和热击穿的一）材料的介质损耗与极化类型有关；而介质损耗是影响绝缘劣化和热击穿

7、的一个重要因素；个重要因素；（4 4）夹层极化现象在绝缘预防性试验中可用来判断绝缘受潮情况。在使）夹层极化现象在绝缘预防性试验中可用来判断绝缘受潮情况。在使用电容器等电容量很大的设备时，必须特别注意吸收电荷可能对人身安用电容器等电容量很大的设备时，必须特别注意吸收电荷可能对人身安全造成的威胁。全造成的威胁。第7页，本讲稿共26页液体和固体电介质的电气性能液体和固体电介质的电气性能（三）电介质的电导（三）电介质的电导1 1、电介质电导的概念与电导率、电介质电导的概念与电导率 在电介质内部或多或少存在数量很小的带电粒子，他们在电场作用下在电介质内部或多或少存在数量很小的带电粒子，他们在电场作用下会

8、不同程度地作定向移动而形成传导电流（即电导电流或泄露电流），会不同程度地作定向移动而形成传导电流（即电导电流或泄露电流），这即是电介质的电导过程。这即是电介质的电导过程。描述物理量：电导率描述物理量：电导率 或电阻率或电阻率。2 2、电介质电导的特性、电介质电导的特性（1 1）离子式电导）离子式电导 电介质中少量带电粒子主要是离子；金属导体的电导性质为电子式电电介质中少量带电粒子主要是离子；金属导体的电导性质为电子式电导，带电粒子为金属中的大量自由电子。导，带电粒子为金属中的大量自由电子。（2 2）温度的影响）温度的影响第8页，本讲稿共26页液体和固体电介质的电气性能液体和固体电介质的电气性能

9、3 3、泄漏电流和绝缘电阻、泄漏电流和绝缘电阻 i i1 1纯电容电流（无损极化）；纯电容电流（无损极化）；i i2 2有损极化对应的电流；有损极化对应的电流；i i3 3电导电流（泄漏电流）；电导电流（泄漏电流）；泄漏电流对应的电阻泄漏电流对应的电阻R=U/iR=U/i3 3称为绝缘电阻。称为绝缘电阻。加上直流电压加上直流电压1min1min后，极化过程结束，仅存在电导过程，流过介质的后，极化过程结束，仅存在电导过程，流过介质的电流电流i i等于泄漏电流，此时对应的电阻即为绝缘电阻。等于泄漏电流，此时对应的电阻即为绝缘电阻。第9页，本讲稿共26页液体和固体电介质的电气性能液体和固体电介质的电

10、气性能4 4、固体介质的体积绝缘电阻与表面绝缘电阻、固体介质的体积绝缘电阻与表面绝缘电阻5 5、讨论电介质电导的意义、讨论电介质电导的意义（1 1）在绝缘预防性试验中，一般要测量绝缘电阻和泄漏电流，以判断绝）在绝缘预防性试验中，一般要测量绝缘电阻和泄漏电流，以判断绝缘是否受潮或其他劣化现象；缘是否受潮或其他劣化现象；（2 2）串联多层介质在直流电压下稳态分布和各层电导成反比，所以设计）串联多层介质在直流电压下稳态分布和各层电导成反比，所以设计用于直流设备时，要注意所用介质的电导率，尽量使材料得到合理使用于直流设备时，要注意所用介质的电导率，尽量使材料得到合理使用；用；（3 3）设计绝缘结构时要

11、考虑环境条件，特别是湿度的影响；）设计绝缘结构时要考虑环境条件，特别是湿度的影响；（4 4）对某些能量较小的电源，如静电发生器等，要注意减小绝缘材料的）对某些能量较小的电源，如静电发生器等，要注意减小绝缘材料的表面泄漏电流以保证得到高电压；表面泄漏电流以保证得到高电压；（5 5）并不是所有情况下都希望绝缘电阻高，有些情况下要设法减小绝缘）并不是所有情况下都希望绝缘电阻高，有些情况下要设法减小绝缘电阻值。如在高压套管法兰附近涂上半导体釉，高压电机定子绕组出槽电阻值。如在高压套管法兰附近涂上半导体釉，高压电机定子绕组出槽口部分涂半导体漆等，都是为了改善电压分布，以消除电晕。口部分涂半导体漆等，都是

12、为了改善电压分布，以消除电晕。第10页，本讲稿共26页液体和固体电介质的电气性能液体和固体电介质的电气性能（四）电介质的能量损耗（四）电介质的能量损耗1 1、电介质损耗及介质损耗角正切、电介质损耗及介质损耗角正切 损耗的基本形式：损耗的基本形式：a)a)电导损耗；电导损耗；b)b)极化损耗；极化损耗；c)c)气体电离损耗。气体电离损耗。在直流电压下，由于介质中无周期性的极在直流电压下，由于介质中无周期性的极化过程，当外施电压低于局部放电电压时，化过程，当外施电压低于局部放电电压时，仅有电导损耗，这时用电导率已能表达，不仅有电导损耗，这时用电导率已能表达，不需要引入介质损耗这个概念。需要引入介质

13、损耗这个概念。在交流电压下，要引入一个新的物理量。在交流电压下，要引入一个新的物理量。第11页，本讲稿共26页液体和固体电介质的电气性能液体和固体电介质的电气性能（1 1）串联等值电路）串联等值电路（2 2）并联等值电路）并联等值电路 第12页，本讲稿共26页液体和固体电介质的电气性能液体和固体电介质的电气性能2 2、气体电介质的损耗、气体电介质的损耗 气体间距离大，相互间作用力弱，所以气体间距离大，相互间作用力弱，所以在极化过程中不会引起损耗。在极化过程中不会引起损耗。如果外加电场还不足以引起电离过程，如果外加电场还不足以引起电离过程，气体中只存在很小的电导损耗（气体中只存在很小的电导损耗（

14、tantan 1010-8-8)。若气体的电场强度若气体的电场强度E E达到放电起始场强达到放电起始场强E E0 0。损耗急剧增加。损耗急剧增加。3 3、液体电介质的损耗、液体电介质的损耗 中性或弱极性液体介质的损耗主要起因中性或弱极性液体介质的损耗主要起因于电导，损耗较小，与温度的关系也与电于电导，损耗较小，与温度的关系也与电导相似。导相似。极性液体以及极性和中性液体的混合油极性液体以及极性和中性液体的混合油都具有电导和极化两种损耗，介质损耗较都具有电导和极化两种损耗，介质损耗较大，而且和温度、频率都有关系。大，而且和温度、频率都有关系。第13页，本讲稿共26页液体和固体电介质的电气性能液体

15、和固体电介质的电气性能 第14页，本讲稿共26页液体和固体电介质的电气性能液体和固体电介质的电气性能4 4、固体电介质的损耗、固体电介质的损耗（1 1）分子式结构）分子式结构 中性：石蜡、聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯；中性：石蜡、聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯；主要是电导损耗，非常小。主要是电导损耗，非常小。极性：纤维材料（纸、纸板）、含极性基有机材料（聚氯乙烯、有机极性：纤维材料（纸、纸板）、含极性基有机材料（聚氯乙烯、有机 玻璃、酚醛树脂）；玻璃、酚醛树脂）；tan tan 较大，与温度、频率关系和极性液体相似。较大，与温度、频率关系和极性液体相似。（2 2）离子式结构）离子式结构 结构紧密

16、不含使晶格畸变的杂质：主要是电导损耗，结构紧密不含使晶格畸变的杂质：主要是电导损耗，tan tan 小。（云母）小。（云母）结构不紧密结构不紧密:存在离子松弛或极化现象，存在离子松弛或极化现象，tan tan 较大。（玻璃、陶瓷）较大。（玻璃、陶瓷）（3 3）不均匀结构）不均匀结构 云母和纸或布以及漆组合的复合杂质、油浸纸、胶纸绝缘。云母和纸或布以及漆组合的复合杂质、油浸纸、胶纸绝缘。损耗取决于各成分的性能和数量间的比例。损耗取决于各成分的性能和数量间的比例。第15页，本讲稿共26页液体和固体电介质的电气性能液体和固体电介质的电气性能5 5、讨论介质损耗的意义、讨论介质损耗的意义（1 1）绝缘

17、结构设计时，必须注意到材料的）绝缘结构设计时，必须注意到材料的tantan；（2 2）用于冲击测量的连接电缆，其绝缘的）用于冲击测量的连接电缆，其绝缘的tantan 必须很小，否则冲击波在必须很小，否则冲击波在电缆中传播时波形将发生严重畸变，影响测量精确度；电缆中传播时波形将发生严重畸变，影响测量精确度；（3 3）绝缘预防性试验中，测）绝缘预防性试验中，测tantan 可判断绝缘是否受潮、劣化，是否产生可判断绝缘是否受潮、劣化，是否产生局部放电。局部放电。第16页，本讲稿共26页液体和固体电介质的电气性能液体和固体电介质的电气性能二、液体电介质的击穿二、液体电介质的击穿1 1、液体电介质的击穿

18、过程、液体电介质的击穿过程（1 1）电击穿理论（纯净液体）电击穿理论（纯净液体）电子碰撞电离理论，与气体放电的汤森德理论相似。电子碰撞电离理论，与气体放电的汤森德理论相似。但液体密度大，电子的平均自由行程小，积累能量困难，故纯净液体但液体密度大，电子的平均自由行程小，积累能量困难，故纯净液体介质的击穿场强比气体介质高得多。介质的击穿场强比气体介质高得多。（2 2）气泡击穿理论（纯净液体）气泡击穿理论（纯净液体）外施电场较高时，液体介质内可能由各种原因产生气泡，而气泡的发外施电场较高时，液体介质内可能由各种原因产生气泡，而气泡的发展和气泡内的放电导致液体介质击穿。展和气泡内的放电导致液体介质击穿

19、。交流电压下，串联介质中电场分布与介质交流电压下，串联介质中电场分布与介质 r r成反比。气泡成反比。气泡 r r=1 =1，小，气，小，气泡先电离，带电粒子撞击油分子，使分解气体，导致气体通道扩大，电泡先电离，带电粒子撞击油分子，使分解气体，导致气体通道扩大，电离的气泡在电场中形成气体离的气泡在电场中形成气体“桥桥”，击穿在通道中发生。，击穿在通道中发生。第17页，本讲稿共26页液体和固体电介质的电气性能液体和固体电介质的电气性能（3 3）工程液体电介质的击穿）工程液体电介质的击穿 杂质：水、纤维等（杂质：水、纤维等（r r很大）。很大）。2 2、液体电介质的击穿电压、液体电介质的击穿电压

20、常用变压器油、电容器油、电缆油。常用变压器油、电容器油、电缆油。电场越均匀，杂质对液体介质的击穿电压影响就越大。通常给出的变电场越均匀，杂质对液体介质的击穿电压影响就越大。通常给出的变压器油等的击穿电压数据，是指其多次试验后的平均值。压器油等的击穿电压数据，是指其多次试验后的平均值。我国用标准油杯来测量击穿电压。我国用标准油杯来测量击穿电压。第18页，本讲稿共26页液体和固体电介质的电气性能液体和固体电介质的电气性能3 3、影响液体电介质击穿电压的主要因素、影响液体电介质击穿电压的主要因素（1 1）杂质）杂质 气体、水分溶解于液体介质，对耐压影气体、水分溶解于液体介质，对耐压影响不大。响不大。

21、若呈悬浮状态，则易形成若呈悬浮状态，则易形成“小桥小桥”等而等而使击穿电压明显下降。使击穿电压明显下降。电场越均匀，杂质对击穿电压的影响越电场越均匀，杂质对击穿电压的影响越大，击穿电压的分散性也越大。大，击穿电压的分散性也越大。不均匀电场中，杂质对击穿电压的影响不均匀电场中，杂质对击穿电压的影响小，局部放电使油扰动，杂质不易形成小，局部放电使油扰动，杂质不易形成“小桥小桥”。通常用标准油杯通常用标准油杯 检查油的质量。检查油的质量。第19页，本讲稿共26页液体和固体电介质的电气性能液体和固体电介质的电气性能（2 2）温度）温度 关系复杂。关系复杂。（3 3）电压作用时间）电压作用时间 击穿电压

22、随加电压时间的增加而下降。击穿电压随加电压时间的增加而下降。（4 4）电场均匀度）电场均匀度 油纯净程度较高时，改善电场均匀度能油纯净程度较高时，改善电场均匀度能使工频或直流电压下的击穿电压明显提使工频或直流电压下的击穿电压明显提高。高。品质较差的油中，电场均匀的好处并不品质较差的油中，电场均匀的好处并不明显。明显。含杂质油受冲击电压作用，因为杂质来含杂质油受冲击电压作用，因为杂质来不及形成不及形成“小桥小桥”，改善电场均匀度能改善电场均匀度能提高击穿电压。提高击穿电压。（5 5）压力）压力 工频击穿电压随油的压力增大而升高。工频击穿电压随油的压力增大而升高。第20页，本讲稿共26页液体和固体

23、电介质的电气性能液体和固体电介质的电气性能4 4、减少杂质影响的措施、减少杂质影响的措施（1 1）过滤（纤维、部分水分、有机酸等）；）过滤（纤维、部分水分、有机酸等）；（2 2）防潮；）防潮；（3 3）祛气；）祛气；（4 4）采用油和固体介质组合（采用覆盖、绝缘层、屏障已减小杂质的影）采用油和固体介质组合（采用覆盖、绝缘层、屏障已减小杂质的影响）；响）；（5 5）防尘。）防尘。第21页，本讲稿共26页液体和固体电介质的电气性能液体和固体电介质的电气性能三、固体电介质的击穿三、固体电介质的击穿1、固体电介质的击穿过程、固体电介质的击穿过程（1）电击穿理论）电击穿理论 固体介质碰撞电离。固体介质碰

24、撞电离。特点：电压作用时间短，击穿电压高，介质温度不高；特点：电压作用时间短，击穿电压高，介质温度不高；击穿场强与电场均匀程度密切相关，而对周围环境温度无关。击穿场强与电场均匀程度密切相关，而对周围环境温度无关。（2）热击穿理论）热击穿理论（3）电化学击穿）电化学击穿 固体介质在长期工作电压的作用下，由于介质内部发生局部放电等原固体介质在长期工作电压的作用下，由于介质内部发生局部放电等原因，使绝缘劣化，电气强度逐步下降并引起击穿的现象。因，使绝缘劣化，电气强度逐步下降并引起击穿的现象。第22页，本讲稿共26页液体和固体电介质的电气性能液体和固体电介质的电气性能2 2、影响固体介质击穿电压的主要

25、因素、影响固体介质击穿电压的主要因素（1 1）电压作用时间）电压作用时间（2 2）温度）温度 电击穿与温度无关，热击穿阶段温度电击穿与温度无关，热击穿阶段温度越高击穿电压越低。越高击穿电压越低。（3 3）电场均匀程度）电场均匀程度 均匀致密的固体介质如处于均匀电场均匀致密的固体介质如处于均匀电场中，其击穿电压较高，而且与介质厚度中，其击穿电压较高，而且与介质厚度的增加近似成直线关系；的增加近似成直线关系；如在不均匀电场中，则随着介质厚度如在不均匀电场中，则随着介质厚度的增加，电场更不均匀，击穿电压已不的增加，电场更不均匀，击穿电压已不随厚度的增加而呈直线上升。随厚度的增加而呈直线上升。第23页

26、，本讲稿共26页液体和固体电介质的电气性能液体和固体电介质的电气性能（4 4）电压种类）电压种类 冲击击穿电压常大于其工频击穿电压，固体介质在直流下的击穿电压冲击击穿电压常大于其工频击穿电压，固体介质在直流下的击穿电压常比工频高的多。常比工频高的多。（5 5）累积效应）累积效应（6 6）受潮）受潮（7 7）机械负荷）机械负荷第24页，本讲稿共26页液体和固体电介质的电气性能液体和固体电介质的电气性能四、电介质的其他性能四、电介质的其他性能（一）热性能（一）热性能1 1、电介质的短时耐热性、电介质的短时耐热性 电介质在高温作用下，短时内就能发生明显的变化。电介质在高温作用下，还电介质在高温作用下

27、，短时内就能发生明显的变化。电介质在高温作用下，还可能发生明显的化学变化而导致热损坏。可能发生明显的化学变化而导致热损坏。2 2、电介质的热劣化和长期耐热性、电介质的热劣化和长期耐热性 热劣化热劣化电介质在稍高温度的作用下，发生绝缘性能的不可逆变化。电介质在稍高温度的作用下，发生绝缘性能的不可逆变化。3 3、电介质的耐热等级、电介质的耐热等级4 4、电介质的耐寒性、耐弧性及其他热性能电介质的耐寒性、耐弧性及其他热性能（二）机械性能（二）机械性能（三）吸潮性能（三）吸潮性能（四）化学性能及抗生物性能（四）化学性能及抗生物性能第25页，本讲稿共26页 作业作业1.1.教材教材4545页，页，2-22-22.2.什么是自持放电？简述汤森德理论的自持放电条什么是自持放电？简述汤森德理论的自持放电条件。件。3.3.什么叫伏秒特性？伏秒特性有何实用意义？什么叫伏秒特性？伏秒特性有何实用意义？4.4.什么叫绝缘的污闪？防止绝缘子污闪有哪些措施什么叫绝缘的污闪？防止绝缘子污闪有哪些措施？5.5.何为吸收现象，在什么条件下出现吸收现象，说何为吸收现象，在什么条件下出现吸收现象，说明吸收现象的成因。明吸收现象的成因。6.6.说明介质损耗角正切说明介质损耗角正切 的物理意义。的物理意义。第26页，本讲稿共26页