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1、固体电介质特性课件,1,下周二调课通知,下周2下午的高电压技术课程提前一天上，即调整到下周1下午。地点：2205教室 45班 2205 下午5-6节； 123班 2205 下午7-8节； 作业周1交,高电压技术,固体电介质特性课件,3,上次课回顾,大气条件对空气间隙击穿特性的影响（P、T、湿度、海拔） U U0 (非标准大气条件标准大气条件)、Kd、Kh、Ka 提高气隙击穿电压的措施 改善电场分布（电极形状、空间电荷、屏障作用） 削弱或抑制电离（高气压、强电负性气体SF6、高真空） 沿面放电 ？ 三种典型电场分布形式（强/弱垂直分量） 湿闪（淋湿绝缘子的闪络路径）、污闪（干区、熄灭重燃、爬电）
2、,液体、固体电介质的绝缘特性,电气强度高 液体兼做灭弧；固体兼做支撑 电气强度不受外界影响 不可自恢复 会逐渐老化,2.1 电介质的极化、电导与损耗,极化:电介质中正负电荷在电场的作用下沿电场方向作有限位移形成电矩的现象,固体介质表面出现束缚电荷,相对介电常数,反映极化、储能特性,极化的五种基本形式,电子式极化 离子式极化 偶极子极化 夹层（界面）极化 空间电荷极化,极化机理：电子偏离轨道 介质类型：所有介质 建立极化时间：极短，10-1410-15s 极化程度影响因素： 电场强度（有关） 电源频率（无关） 温度（无关） 极化弹性：弹性（可恢复） 消耗能量：无,1. 电子式极化,极化机理：正负
3、离子位移 介质类型：离子性介质 建立极化时间：极短，10-1210-13 s 极化程度影响因素： 电场强度（有关） 电源频率（无关） 温度（随T升高而增加，离子结合力） 极化弹性：弹性（可恢复） 消耗能量：无,2. 离子式极化,极化机理：偶极子定向排列 介质类型：具有永久性偶极子的极性介质 建立极化时间：需时较长，10-1010-2 s 极化程度影响因素： 电场强度（有关） 电源频率（有关，频率升高，极化减弱） 温度（低温段增加，高温段降低、热运动） 极化弹性：非弹性（不可恢复） 消耗能量：有,3. 偶极子极化,4. 夹层式（界面）极化,当t=0: 当t=:,一般情况下： （若相等，则不会重新
4、分配） 电荷从t=0到t=时会重新分配，在介质的交界面处积累电荷。这些电荷形成的极化形式称夹层式（界面）极化。 极化的时间常数： 高压绝缘介质的电导G通常都很小（时间常数大），因此夹层极化只有在低频时才有意义。 同样，去掉外加电压后，释放极化电荷的时间也很长。即放电注过程，意安全。,4. 夹层式（界面）极化(续),极化机理：各层介质发生极化，产生电荷积累 介质类型：不均匀夹层介质中 建立极化时间：很长，从数s到数h 极化程度影响因素： 电场强度（有关） 电源频率（低频下存在） 温度（有关） 极化弹性：非弹性 消耗能量：有,4. 夹层式（界面）极化(续),极化机理：正负自由离子移动到电极附近，
5、形成空间电荷 介质类型：含离子和杂质离子的介质 建立极化时间：很长 极化程度影响因素： 电场强度（有关） 电源频率（低频下存在，高频下空间电荷来不及移动，没有这种极化现象） 温度（有关） 极化弹性：非弹性 消耗能量：有,5.空间电荷极化,常用电介质的介电常数(episilon),电导率大，不能作绝缘材料,气体相对介电常数接近1,讨论极化的意义：,选择电容器的介质时，希望大；选择其他绝缘结构的材料，希望小。 组合绝缘的配合。如油纸绝缘、气泡局部放电。 极化形式关系到介损，即材料的发热、劣化。 在绝缘预防性实验中，夹层极化可用来判断绝缘受潮情况。,2.1.2 电介质的电导,电介质不是理想的绝缘体，
6、内部存在带电粒子（自由电子、正负离子）。在电场下的定向移动，形成电流。 电子电导 电介质的电导 离子电导（主要） 1）导体导电靠自由电子，电介质电导的载流子主要载流子是离子 2） 电导率随温度升高而指数上升。离子热运动剧烈，电导越大,电介质的吸收现象,电介质中的电流与时间的关系,i=ic+ia+ig，包括三个分量： ic: 电容电流（很快衰减为0） ia：吸收电流，各种极化过程产生（衰减较缓慢） ig：电导电流，或泄漏电流（恒定分量）,吸收现象：微小电流随时间逐渐衰减，最后达到某稳定值。,电介质的绝缘电阻,泄漏电流绝缘电阻 定义： 电介质中的绝缘电阻一般为M 特点： 1）负温度系数 2）随外施
7、电压上升而下降。 3）随加压时间延长而增大。 （一定时间后，极化过程结束，仅存在电导过程。电流趋于恒定值=泄漏电流/电导电流）,讨论电导的意义：,在绝缘预防性实验中，由绝缘电阻或者泄漏电流判断绝缘是否受潮或者劣化。 直流设备中有多层介质时（如直流电缆），其直流电压分布与电导成反比，设计时需考虑介质间的配合。 设计绝缘结构时，要考虑到环境对电导的影响，如湿度，受潮引起表面电导过大而无法升到额定电压使用。 对于某些能量较小的电源，如静电发生器，要减小表面的泄漏电流以保证得到高电压。 有些情况下要设法减小绝缘电阻值。如高压套管附近涂上半导体釉等，改善套管电压分布。,固体介质除了体积电阻外，还存在表面
8、电导。 干燥清洁的固体介质的表面电导很小，表面电导主要由表面吸附的水分和污物引起。 介质吸附水分的能力与自身结构有关，所以介质表面电导也是介质本身固有的性质,固体介质的表面电导,2.1.3 电介质的损耗,损耗,极化损耗（偶极子极化、夹层极化引起）（DC下无）,电导损耗（泄漏电流引起）（AC、DC都有）,介质损耗正切角（tg)介质损耗角正切tg表征电介质损耗程度的物理量,：泄漏电流，由电导引起 ：吸收电流，也叫极化电流，由极化引起 ：电容电流。,介质损耗正切角（tg）（并联模型）,介损：,损耗功率：,流过电介质的电流含：有功分量IR和无功分量IC,P与U2、电源频率、电容、 介损正切tg成正比,
9、介质损耗正切角（tg）（串联模型）,介损：,损耗功率：,影响tg的主要因素之一：温度,tg和温度的关系,tt2:极化减弱，电导损耗上升，电导占主导 当f增加时，极化程度降低，故需要提高温度才能达到最大值，使整个曲线右移。,中性介质和弱极性介质的损耗主要由电导引起，tg随温度升高指数增大；极性介质有极化和电导损耗，随温度变化复杂。,影响tg的主要因素之二：频率,当频率不太高时，随 f 增加，偶极子转向加快，极化程度增强，损耗随升高增加 当频率大过某一值后，偶极子来不及转向，极化程度减弱，损耗随升高减小,tg和频率的关系,影响tg的主要因素之三：外加电压,外加电压低， 总损耗电导损耗极化损耗损耗程度稳定 外加电压超过U0时，介质内部开始出现局部放电，消耗能量，有电离损耗 总损耗电导损耗极化损耗电离损耗,tg和外加电压的关系,固体电介质特性课件,28,四、讨论介质损耗的意义,在进行绝缘结构设计时，必须注意绝缘材料的tg值，如果过大而引起严重发热，将使材料容易劣化，故尽可能选择tg较小的材料。 当绝缘受潮或恶化时，tg会急剧增大，因此经常监测tg值并进行对比来判断绝缘的状况，及时发现问题。 通过测量tgU的关系曲线，可判断绝缘内部是否发生了局部放电。 介质损耗引起的介质发热有时也可以利用，例如利用介质损耗发热来加速干燥过程。,
