《电气绝缘基础知识教材课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电气绝缘基础知识教材课件（63页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章第二章 电气绝缘基础知识电气绝缘基础知识安庆培训基地安庆培训基地安庆培训基地安庆培训基地 汪辉汪辉汪辉汪辉电工进网作业许可考试电工进网作业许可考试2内容提要内容提要n n第一节第一节 气体介质气体介质的绝缘特性的绝缘特性n n第二节第二节 液体介质液体介质的绝缘特性的绝缘特性n n第三节第三节 固体介质固体介质的绝缘特性的绝缘特性n n第四节第四节 组合绝缘组合绝缘的耐电特性的耐电特性n n思考题与习题思考题与习题3第一节第一节 气体介质的绝缘特性气体介质的绝缘特性n n一、空气间隙的击穿机理n n二、均匀电场中气体间隙击穿电压与气体密度的关系n n三、电场是否均匀对空气间隙击穿电压的影
2、响n n四、气体间隙的直流击穿电压和极性效应n n五、冲击电压作用下的空气间隙的击穿电压4n n六、影响气体间隙击穿电压的各种因素n n七、六氟化硫（ SF6 ）气体的绝缘特性n n八、气体放电的不同形式n n九、气体中固体介质的沿面放电5大纲要求大纲要求n1. 1.掌握掌握气体介质的击穿机理气体介质的击穿机理; ;n2. 2.熟悉熟悉影响气体介质击穿的主要因素影响气体介质击穿的主要因素; ;n3. 3.了解了解气体放电的不同形式气体放电的不同形式n4. 4.掌握掌握气体中固体介质的沿面放电气体中固体介质的沿面放电6n本节重点介绍： 空气间隙的击穿机理和影响空气击穿电压的各种因素。7n研究在电
3、场作用下，气体间隙中带电离子的形成和运动过程n气体间隙中带电离子是如何形成的；n气体间隙中带电通道是如何形成的；n带电通道形成后，又是如何维持持续放电的第一节第一节第一节第一节 气体介质的绝缘特性气体介质的绝缘特性气体介质的绝缘特性气体介质的绝缘特性8一一、空气间隙的击穿机理、空气间隙的击穿机理n1、电离（游离）n定义：电子脱离原子核的束缚使原子成为自由电子和正离子的过程。n电离的形式：碰撞电离、光电离、热电离、表面电离等。n气体分子本身的电离和气体中的固体和液体金属的表面电离9n为为什什么么绝绝缘缘体体不不导导电电，而导体能够导电而导体能够导电？先思考先思考：10n绝缘体内部：绝缘体内部：
4、原原子子核核周周围围的的电电子子被被原原子子核核牢牢牢牢束束缚缚，称称为为束缚电子束缚电子； n导体内部：导体内部： 存存在在大大量量脱脱离离原原子子核核束束缚缚的的电电子子, ,称称为为自自由由电子电子。为什么绝缘体不导电，而导体能够导电为什么绝缘体不导电，而导体能够导电？11n 空空气气是是绝绝缘缘体体，那那么么触触头头之之间间的的空空气气为为什什么么会产生电弧，从而形成了一个会产生电弧，从而形成了一个导电导电的通道呢？的通道呢？思考思考：12空气为什么会产生电弧空气为什么会产生电弧？ 这是由于这是由于,此时的此时的空气中空气中出现了大量的自由电子，我出现了大量的自由电子，我们称空气们称空
5、气被游离被游离了，游离状了，游离状态下的空气和导体一样具有态下的空气和导体一样具有导电性导电性能。能。游离游离中性质点转化为带电质点中性质点转化为带电质点 （自由电子和（自由电子和 正离子）正离子） 。13n 在在切切断断电电路路时时，空空气气（或或其其他他绝绝缘缘介介质质）是是如如何何由由绝绝缘缘状状态态转转变变为为导导电电状状态态（即即游游离离状态）的呢？状态）的呢？思考思考：电弧电流14 强强电电场场发发射射（在在触触头头间间最最初初产产生生自自由由电电子的原因之一）子的原因之一） 在在开开关关触触头头刚刚刚刚分分离离的的瞬瞬间间，当当电电场场强强度度E E（E=U/sE=U/s）超过）
6、超过3 310106 6伏伏/ /米以上米以上 金金属属触触头头阴阴极极表表面面的的电电子子被被电电场场力力拉拉出出，称为强电场发射。称为强电场发射。游离过程主要有以下四种形式：15 热热电电子子发发射射（在在触触头头间间产产生生自自由由电电子子的的原原因之二）因之二） 触触头头即即将将分分开开的的瞬瞬间间，触触头头之之间间的的压压力力以以及及接接触触面面积积减减小小，接接触触电电阻阻（c c）增增大大，电电流流（I I）通通过过此此接接触触电阻，使得电能损耗（电阻，使得电能损耗（I I2 2R Rc c）增大。）增大。 在在触触头头表表面面出出现现炽炽热热点点，温温度度极极高高，使使得得自自
7、由由电电子子能能量量增增加加，运运动动加加剧剧，阴阴极极表表面面就就会会有有电电子子跑跑出出，形形成成热电子发射。热电子发射。16碰撞游离碰撞游离（形成电弧的原因）（形成电弧的原因） 具具有有很很高高的的速速度度和和巨巨大大的的动动能能的的电电子子，不不断断地地与与空空气气（或或其其他他绝绝缘缘介介质质）的的原原子子或或分分子子发发生生碰碰撞撞，使使原原子子核核周周围围的的束束缚缚电电子子释释放放出出来来，形形成成自自由由电电子子和和正正离离子子称为称为碰撞游离碰撞游离。 17n 自由电子在强电场的作用下，加速向阳自由电子在强电场的作用下，加速向阳极运动，这些具有很高的速度和巨大的动能极运动，
8、这些具有很高的速度和巨大的动能的电子，不断地与空气（或其他绝缘介质）的电子，不断地与空气（或其他绝缘介质）的原子或分子发生碰撞，使原子核周围的束的原子或分子发生碰撞，使原子核周围的束缚电子释放出来，形成自由电子和正离子，缚电子释放出来，形成自由电子和正离子，这种现象就称为碰撞游离。这种现象就称为碰撞游离。思考：思考：什么叫碰撞游离？什么叫碰撞游离？18 碰撞游离连续进行碰撞游离连续进行就可能导致触头间就可能导致触头间充满了带电质点即大量的电子和正、负离充满了带电质点即大量的电子和正、负离子，具有很强的电导性。子，具有很强的电导性。 此时在外加电压作用下，触头间介质此时在外加电压作用下，触头间介
9、质就会被击穿而就会被击穿而形成导电的电弧通道形成导电的电弧通道。19碰撞游离过程示意图碰撞游离过程示意图自由电子向阳极加速运动阴极阳极碰撞出新的自由电子20电弧的形成电弧的形成热游离（维持电弧燃烧的原因） 空气（或其他绝缘介质）分子在电弧极高温度下产生迅速的不规则运动，具有很大的动能，相互碰撞,游离出自由电子和正离子称为热游离。 电弧的温度极高，如前所述，可达到几千甚至上万摄氏度，空气（或其他绝缘介质）分子在此高温作用下，产生迅速的不规则运动，具有很大的动能，相互碰撞,游离出自由电子和正离子，形成热游离，增加了开关电器熄灭电弧的难度。 21n2、空气间隙的击穿过程（1）碰撞电离（2）电子崩（3
10、）非自持放电和自持放电（4）流注n 带点粒子在足够大的电场作用下，高速运动并不断加速，出现强烈的碰撞电离，形成电子崩，由许多电子崩产生大量正负带电质点混合的离子通道即流注，当流注把空气间隙的两极接通时，整个间隙随之击穿。22n整个过程：n碰撞电离 电子崩（非自持放电） 二次电子崩 流注 间隙被击穿在均匀电场中发生自持放电，间隙即被击穿；在极不均匀电场中发生自持放电，会发生电晕放电，但间隙并不被击穿，必须增高电压，才可以击穿间隙。23n重点概念：n碰撞电离、电子崩、二次电子崩、流注、自持放电、非自持放电、阳极流注、阴极流注24n1、气体间隙击穿电压与气体密度的关系在温度不变的条件下： 压力越大，
11、密度越大，电子的自由行程短，间隙不容易被击穿，击穿电压升高； 反之，击穿电压减小。 但，气体过于稀薄，碰撞次数太小，导致击穿电压升高。二、均匀电场中击穿电压与气体密度的关系二、均匀电场中击穿电压与气体密度的关系25n2、巴申定律nUF=f（pS）n在均匀电场中，气体的间隙距离一定，间隙的击穿电压与气体的压力有关26n在标准大气压下，温度为20n均匀电场空气间隙的击穿场强大约为：30kV/cmn不均匀电场空气间隙的击穿场强大大下降: 空间间隙距离大于50cm负极性的直流平均击穿场强: 10kV/cm;正极性的直流平均击穿场强: 4.5kV/cm;三、电场是否均匀对空气间隙击穿电压的影响三、电场是
12、否均匀对空气间隙击穿电压的影响27n稳态电压：持续作用电压，指的是工频交流和直流电压1、均匀电场在稳态电压下的击穿特性1）没有极性效应；2）与电压作用时间无关；3）不会出现电晕放电2、不均匀电场在稳态电压下的击穿特性 稍不均匀电场：不能维持稳定的电晕放电； 与均匀电场一样击穿电压=自持放电电压实例：D/S2的球间隙、GIS的母线 极不均匀电场：能维持稳定的电晕放电； 击穿电压 (远大于)自持放电电压实例： D/S 棒-棒 正棒-负板31n4.冲击电压作用下的击穿电压n雷电和操作冲击电压,持续时间很短（us或ms），属于瞬态作用电压，但其幅值很大，对电气设备的绝缘危害大。n（1）雷电冲击电压：1
13、.2/50 us（含义）n（2）操作冲击电压：250/2500 us （含义）32n操作冲击击穿电压与间隙距离、电极形状、电极极性、波前时间都有关 波前时间T1越短，击穿电压越高； 反之，波前时间T1越长，击穿电压也越高； 一定有一个时间，击穿电压最小。这个时间就称之为临界波前时间T0 。33n50%冲击击穿电压n工程上常以击穿概率为50%的冲击电压作为该间隙的冲击电压击穿值，用符号U 50% 表示。34n1.气体状态对击穿电压的影响n2.电压作用时间(电压波形)的影响1）均匀电场，空气间隙的击穿电压与电压波形、电压作用时间无关；2）极不均匀电场，雷电击穿电压远大于工频击穿电压n3.电压极性的
14、影响n4.电场均匀程度的影响n5.电极材料和光洁度的影响n6.不同气体种类的影响四、影响气体间隙击穿电压的各种因素四、影响气体间隙击穿电压的各种因素35 五、五、 SFSF6 6气体的绝缘特性气体的绝缘特性 （1） SF6 6气体是一种无色、无臭、无毒和不可燃的惰性气体，化学性能稳定，具有优良的灭弧和绝缘性能。 （2）SF6 6气体的液化特性；液化温度随压力变化，压力越高，液化温度越低；反之亦然。36 SFSF6 6气体的介电特性气体的介电特性 （3） SF6 6 气体的灭弧性能特别强的原因主要是： 在高温时分解出的硫、氟原子和正负离子，与其他灭弧介质相比，在分解时吸收的能量多，对弧柱的冷却作
15、用强，弧柱温度较低。因此，SF6气体中电弧电压较低，燃弧时的电弧能量小，对灭弧有利。 气体分子的负电性强。所谓负电性所谓负电性，是指SF6 6气体吸附自由电子形成负离子的特性。SF6 6气体负电性强，加强了去游离，降低导电率。在电弧电流过零后，弧柱温度将急剧下降，分解物急速复合。因此，SF6 6气体弧隙的绝缘性能恢复速度很高，能耐受很高恢复电压，电弧在电流过零后难重燃。 37n （4） SF6 6 气体分解物的毒性 SF6 6 气体在水分和电弧的作用下会产生有毒或有腐蚀性的物质。 因此，必须做好电气设备的密封处理，加强漏气和含水量检测。38 在SF6 6断路器中，在水分参与下将产生强腐蚀性的分
16、解产物HF。这种物质对绝缘材料、金属材料、玻璃、电瓷等含硅材料有很强的腐蚀性。因此，必须严格控制SF6 6气体中的水分。常采用的措施有：常采用的措施有：常采用的措施有：常采用的措施有：加强断路器的密封；组装断路器时，先要对零部加强断路器的密封；组装断路器时，先要对零部加强断路器的密封；组装断路器时，先要对零部加强断路器的密封；组装断路器时，先要对零部件进行彻底烘干；严格控制件进行彻底烘干；严格控制件进行彻底烘干；严格控制件进行彻底烘干；严格控制SF6SF6SF6SF6气体中含水量；严气体中含水量；严气体中含水量；严气体中含水量；严格控制断路器充气前的含水量；在格控制断路器充气前的含水量；在格控制断路器充气前的含水量；在格控制断路器充气前的含水量；在SF6SF6SF6SF6断路器内部断路器内部断路器内部断路器内部加装吸附剂。加装吸附剂。加装吸附剂。加装吸附剂。39六、气体放电的不同形式六、气体放电的不同形式n（1）辉光放电（低气压下）特点：放电电流密度较小，放电区域通常占据放电电极间的整个空间。（霓虹管中的放电）n（2）电弧放电（常压或高压下）特点：放电电流密度极大，耀眼而细长的放电通道
