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1、高压设备中绝缘介质的等 效电路图介绍、理解 参考电工进网作业许可考试参考教材 电介质物理中常见的四中等效电路 在电介质物理 中，人们常用理想的 电路元件，即电阻R、 电容C 组 合成等效 电路，来描述电介质 内部的物理过程，以 研究其耐电特性 组合绝缘（油纸绝缘） 在电气设备的绝缘结构中，为了获得所需要的绝缘性能，一般 由两种或两种以上的绝缘介质组合在一起即形成组合绝缘。 油纸绝缘是由浸透绝缘油的纸层和纸层间缝隙内的油层两部分 组成的组合绝缘。 在等效电路中油层和纸层都可以看作是一个电容，同时，油层 和纸层也有电导 交流作用下的特点： 流过绝缘的电容电流比电导电流大得多，因此： 1.电压分布可
2、近似按与电容成反比计算： 2.电容量与电介质有关，即： 3.油层和油纸层的面积相等，所以油层 和纸层的电场强度与其厚度有关，即： 4.整理以上公式后得： 在交流电压下，油层的电场强度比纸层的高出60% 直流作用下的特点： 1.在直流电压作用下绝缘中只有电导 电流，电压按电阻成正比分布,即 2.电阻的公式 3.电压U、电场强度E、与厚度 的关 系是 4.因此， 变压器油的电阻系数 51014cm ，油纸的电阻系数 101014cm ，整理后可知 在直流电压作用下，油层的电场 强度只有纸层的1/2 在交流电压下，油层的电场强度比纸层的高出60% 在直流电压作用下，油层的电场强度只有纸层的1/2 两
3、种情况下绝缘介质受到的电场强度完全不同 其他绝缘介质组成的复合绝缘的电压分布也类似，只不过介质电性能 和不同，电场强度不均匀的程度大小不同而已。 以上分析知： 用直流电压检查绝缘与交流电压是不同的，即检查出来的绝缘缺陷是 不同的。 组合绝缘的吸收现象 直流电压作用下流过绝缘介质的电流 直流电压加到电力设备 的绝缘上时，会有一个随 着时间逐渐减小，最后趋 于稳定的极小的电流通 过。这个电流可视为 1.由电容充电电流 2.吸收电流 3.泄漏电流 三部分构成。 1.电容充电电流 加压瞬间相当于电容充电，产生一个随时间迅速衰减的充电电流，如 图。电容充电电流实际上是由于在电场作用下介质分子的快速极化（
4、 电子极化和离子极化）过程形成的位移电流。由于这一极化瞬时快速 完成，因而电流i1瞬时即逝。 2.吸收电流 在加直流电压时，由于介质的偶极子在直流电压电场的作用下发生缓 慢转动而引起的偶极子极化电流，以及由于不同介质的不均匀引起的 夹层式极化电流，例如之前介绍的组合绝缘由于不同介质电性能的差 异产生吸收现象而引起的电流，总称为吸收电流，如图i2。 吸收电流i2和电容充电电流i1的区别： 电子式极化和离子式极化的极化过程时间短，属于弹性极化，几乎没 有能量损耗，即电容充电电流i1是无损耗极化电流 极性介质中的偶极子极化和复合介质中的夹层极化属于非弹性极化， 极化过程时间较长，并伴随有能量损耗 3
5、.泄露电流 在加直流电压时，绝缘介质内部或表面会有带电粒子，例如离子和 自由电子作定向移动形成的电流，称为传导电流或泄露电流，如图i3. 其值等于总电流稳定后的数值。 影响三种电流大小的影响因素 1.电容充电电流大小的影响因素： 与电容量和外加电压有关，而电容量与绝缘材料的几何尺寸有关，因 此又称几何电流。 2.吸收电流大小的影响因素： 吸收电流大小及衰减时间与绝缘介质的性质、不均匀度及构成情况有 关。 3.泄露电流大小的影响因素： 只与绝缘内部是否受潮、表面清洁度有关 绝缘电阻： 电气设备绝缘层在直流电压作用下呈现的电阻值。 根据欧姆定律，当直流电压不变时，电流与电阻互成反比。 由图6（a）
6、电流随时间变化曲线可知，总电流随时间衰减最后趋于稳定，即 充电完毕，此时的总电流是泄露电流。 此时的绝缘电阻值R=U/i3=U/I（规定读取60s时的绝缘电阻值） 根据公式R=U/i3 可以知道 U不变时，当R越大，泄露电流i3越小 当R越小，泄露电流i3越大 因此，绝缘电阻值的大小能灵敏地反应绝缘状况，有效地发现设备局 部或整体受潮和污染，以及有无过热老化甚至存在击穿短路等情况。 吸收比和极化指数： 对于高电压大容量的电力设备，其吸收电流随时间衰减较慢，绝缘电 阻值需要几分钟或十几分钟才能稳定。 当电气设备绝缘受潮、脏污或存在其他缺陷时，泄露电流明显增大。 泄露电流在总电流中的分量增加，而吸收电流在总电流中所占的比重 相对减少，绝缘电阻随时间的变化变得平滑。
