《高电压技术优秀课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高电压技术优秀课件（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、高电压技术高电压技术High Voltage Technology第二章第二章液体、固体介质的电气特性液体、固体介质的电气特性高电压技术优秀课件高电压技术优秀课件电介质电介质(dielectric)：-在电场中能产生极化的物质，指通常条件下导电性能极差、在电场中能产生极化的物质，指通常条件下导电性能极差、在电力系统用作绝缘的材料。在电力系统用作绝缘的材料。-极化是指物质中电荷分离形成耦极子的过程极化是指物质中电荷分离形成耦极子的过程电介质电介质气体电介质气体电介质液体电介质液体电介质固体电介质固体电介质电介质从贮存电能的角度看电介质从贮存电能的角度看绝缘材料从隔离电流角度看绝缘材料从隔离电流角
2、度看高电压技术优秀课件高电压技术优秀课件1 电介质的极化、电导和损耗电介质的极化、电导和损耗一一.电介质的极化电介质的极化(dielectric polarization) 和介电常数和介电常数1. 极化：极化：在外加电场的作用下，电介质中的正、负在外加电场的作用下，电介质中的正、负电荷沿电场方向作有限位移或转向，形成电矩（偶电荷沿电场方向作有限位移或转向，形成电矩（偶极矩）极矩）高电压技术优秀课件高电压技术优秀课件电子式极化电子式极化2. 电介质的极化种类电介质的极化种类特点：存在于一切电介质，极化所需时间短，特点：存在于一切电介质，极化所需时间短， 不随频率变化；不随频率变化；极化具有弹性
3、，不损耗能量极化具有弹性，不损耗能量高电压技术优秀课件高电压技术优秀课件离子式极化离子式极化特点：存在于离子结构电介质中，极化所需时间也很短；特点：存在于离子结构电介质中，极化所需时间也很短；极化具有弹性，无能量损耗；极化具有弹性，无能量损耗； 随温度升高而增大随温度升高而增大E高电压技术优秀课件高电压技术优秀课件 有些电介质具有固有的电矩，即正、负电荷作用中心永不有些电介质具有固有的电矩，即正、负电荷作用中心永不重合，这种分子称为极性分子，这种电介质称为极性电介质，重合，这种分子称为极性分子，这种电介质称为极性电介质，例如胶木、橡胶、纤维素、蓖麻油、氯化联苯等。例如胶木、橡胶、纤维素、蓖麻油
4、、氯化联苯等。 每个极性分子都是偶极子，具有一定的电矩，但当不存在每个极性分子都是偶极子，具有一定的电矩，但当不存在外电场时，这些偶极子因热运动而杂乱无序地排列着，宏观电外电场时，这些偶极子因热运动而杂乱无序地排列着，宏观电矩等于零，整个介质对外并不表现出极性矩等于零，整个介质对外并不表现出极性出现外电场后偶极子沿出现外电场后偶极子沿电场方向转动，作较有电场方向转动，作较有规则的排列，规则的排列， 因而显出因而显出极性，这种极化称为极性，这种极化称为偶偶极子极化极子极化或或转向极化转向极化。UU电极电介质E高电压技术优秀课件高电压技术优秀课件偶极子极化偶极子极化高电压技术优秀课件高电压技术优秀
5、课件频率太高时偶极子将来不及转动，因而其频率太高时偶极子将来不及转动，因而其r 值变小。温值变小。温度对极性电介质度对极性电介质r 值也有很大的影响。因为温度较低时值也有很大的影响。因为温度较低时分子间的联系紧密，偶极子转动困难。所以分子间的联系紧密，偶极子转动困难。所以r 很小。温很小。温度升高后分子热运动加剧，阻碍极性分子沿电场取向，度升高后分子热运动加剧，阻碍极性分子沿电场取向，使极化减弱。所以液体固体的使极化减弱。所以液体固体的r 在低温下先随温度的升在低温下先随温度的升高而增大，以后当热运动变的较强烈时，高而增大，以后当热运动变的较强烈时，r 又开始随温又开始随温度的上升而减小。度的
6、上升而减小。特点：存在于极性电介质中，极化所需时间较长，特点：存在于极性电介质中，极化所需时间较长， 与电源频率有很大关系；极化消耗能量；与电源频率有很大关系；极化消耗能量； 温度过高或过低，温度过高或过低， 都会减小都会减小高电压技术优秀课件高电压技术优秀课件空间电荷极化空间电荷极化(夹层极化夹层极化)3. 讨论电介质极化的意义讨论电介质极化的意义（）不同应用场合，对（）不同应用场合，对r 大小的要求不同大小的要求不同 （）在交流及冲击电压作用下，多层串联介质场强与（）在交流及冲击电压作用下，多层串联介质场强与r 成反比，要注意各种材料的成反比，要注意各种材料的 r值的配合；值的配合；（3
7、3）极化类型影响介质损耗，从而影响绝缘劣化和热击穿）极化类型影响介质损耗，从而影响绝缘劣化和热击穿特点：特点：存在于复合介质、不均匀介质中；极化过程很缓慢存在于复合介质、不均匀介质中；极化过程很缓慢 ，只在直，只在直流流 和低频交流下表现出来；极化伴随着能量损耗和低频交流下表现出来；极化伴随着能量损耗 高电压技术优秀课件高电压技术优秀课件 为便于比较，将上述各种极化列为下表为便于比较，将上述各种极化列为下表极化种类极化种类产生场合产生场合所需时间所需时间能量损耗能量损耗产生原因产生原因电子式极化电子式极化任何电介质任何电介质10-15 s无无束缚电子运行束缚电子运行轨道偏移轨道偏移离子式极化离
8、子式极化离子式结构电离子式结构电介质介质10-13 s几乎没有几乎没有离子的相对偏离子的相对偏移移偶极子极化偶极子极化极性电介质极性电介质10-1010-2 s有有偶极子的定向偶极子的定向排列排列夹层极化夹层极化多层介质的交多层介质的交界面界面10-1 s数小时数小时有有自由电荷的移自由电荷的移动动高电压技术优秀课件高电压技术优秀课件二二. 电介质的电导电介质的电导(electrical conduction)1.定义：在电场的作用下，由带电质点沿电场方向定义：在电场的作用下，由带电质点沿电场方向 移动而形成电导电流移动而形成电导电流 要点：要点： 带电质点主要是离子，也称离子式电导带电质点主
9、要是离子，也称离子式电导 指标：用电导率指标：用电导率(s/)表示表示 绝缘材料的电阻率绝缘材料的电阻率：1081020导体的电阻率导体的电阻率：10-810-4半导体的电阻率：半导体的电阻率：10-4107 电阻率电阻率高电压技术优秀课件高电压技术优秀课件2.电介质电导与金属电导的区别电介质电导与金属电导的区别 3.液体和固体电介质的液体和固体电介质的与温度的关系：与温度的关系： 带电质点：电介质中为离子（固有离子，杂质离子）；带电质点：电介质中为离子（固有离子，杂质离子）； 金属中为自由电子金属中为自由电子 数量级：电介质的数量级：电介质的小，泄漏电流小；金属的电导电流很大小，泄漏电流小；
10、金属的电导电流很大 电导电流影响因素：电介质中由离子数目决定，对所含杂质、电导电流影响因素：电介质中由离子数目决定，对所含杂质、 温度很敏感；金属中主要由外加电压决定，杂质、温度不是温度很敏感；金属中主要由外加电压决定，杂质、温度不是主要因素主要因素温度温度 热运动加剧热运动加剧离子迁移率离子迁移率 介质分子或杂质热离解介质分子或杂质热离解 高电压技术优秀课件高电压技术优秀课件4. 固体电介质的体积电阻和表面电阻固体电介质的体积电阻和表面电阻体积电阻电介质内部绝缘状态的真实反映体积电阻电介质内部绝缘状态的真实反映表面电阻受介质表面吸附的水分和污秽影响表面电阻受介质表面吸附的水分和污秽影响水分起
11、着特别重要作用。水分起着特别重要作用。 亲水性介质（玻璃、陶瓷）表面电导大亲水性介质（玻璃、陶瓷）表面电导大 憎水性介质（石蜡、四氟乙烯、聚苯乙烯）憎水性介质（石蜡、四氟乙烯、聚苯乙烯） 表面电导小表面电导小 高电压技术优秀课件高电压技术优秀课件三三.电介质的损耗电介质的损耗(dielectric loss) 任何电介质在电场作用下都有能量损耗，包任何电介质在电场作用下都有能量损耗，包括由电导引起的损耗和由某些极化过程引起的损括由电导引起的损耗和由某些极化过程引起的损耗。电介质的能量损耗简称介质损耗。耗。电介质的能量损耗简称介质损耗。1. 介质损耗的含义介质损耗的含义高电压技术优秀课件高电压技
12、术优秀课件2. 电介质的三支路等值电路电介质的三支路等值电路C1无损极化无损极化C2-R2有损极化有损极化R3电导损耗电导损耗高电压技术优秀课件高电压技术优秀课件吸收曲线吸收曲线3. 电介质在直流电压作用下的吸收现象电介质在直流电压作用下的吸收现象 |充充电电电电流流 |吸吸收收电电流流 |泄泄漏漏电电流流高电压技术优秀课件高电压技术优秀课件4. 介质损耗角正切介质损耗角正切tg 交流电压作用下的向量图：交流电压作用下的向量图： 介质损耗角介质损耗角 为功为功率因数角率因数角 的余角，其的余角，其正切正切 tg 又可称为介质损又可称为介质损耗因数，常用百分数耗因数，常用百分数（%）来表示。）来
13、表示。高电压技术优秀课件高电压技术优秀课件并联等值电路：并联等值电路：高电压技术优秀课件高电压技术优秀课件并联电路中：并联电路中：由相量图：由相量图：高电压技术优秀课件高电压技术优秀课件5. 用用tg作为综合反映介质损耗特性优劣的指标作为综合反映介质损耗特性优劣的指标 理由：介质损耗理由：介质损耗P值和试验电压值和试验电压U、试品等值电容、试品等值电容量、电源频率等许多因素有关，而量、电源频率等许多因素有关，而tg 是一个仅是一个仅取决于材料本身的损耗特征而与上述种种因素无取决于材料本身的损耗特征而与上述种种因素无关的物理量。关的物理量。tg 的增大，意味着介质绝缘性能变差，实践中常的增大，意
14、味着介质绝缘性能变差，实践中常通过测量通过测量tg来判断设备绝缘的好坏。来判断设备绝缘的好坏。高电压技术优秀课件高电压技术优秀课件一切电介质的电气强度都是有限的，超过某一切电介质的电气强度都是有限的，超过某种限度，电介质就会丧失其原有的绝缘性能，种限度，电介质就会丧失其原有的绝缘性能，甚至演变成导体。甚至演变成导体。在电场的作用下，电介质中出现的电气现象：在电场的作用下，电介质中出现的电气现象：1.在弱电场下，主要有极化、电导、介质损耗等在弱电场下，主要有极化、电导、介质损耗等2. 在强电场下，主要有放电、闪络、击穿等在强电场下，主要有放电、闪络、击穿等高电压技术优秀课件高电压技术优秀课件一一
15、. 常用的液体介常用的液体介质质二二. 液体电介质的击穿理液体电介质的击穿理论论 目前常用的主要有变压器油、电容器油、电缆油目前常用的主要有变压器油、电容器油、电缆油等矿物油等矿物油 电击穿：电击穿：认为在电场作用下，阴极上由于强场发射或热发认为在电场作用下，阴极上由于强场发射或热发射出来的电子产生碰撞电离形成电子崩，最后导致液体击射出来的电子产生碰撞电离形成电子崩，最后导致液体击穿穿4.1 液体电介质的击穿液体电介质的击穿高电压技术优秀课件高电压技术优秀课件气泡击穿：气泡击穿：认为液体分子由电子碰撞而产生气泡，或在电认为液体分子由电子碰撞而产生气泡，或在电场作用下因其它原因产生气泡，由气泡内
16、的气体放场作用下因其它原因产生气泡，由气泡内的气体放 电，电，产生电和热而引起液体击穿。产生电和热而引起液体击穿。液体中气泡产生的原因：液体中气泡产生的原因：1.油中易挥发的成分；油中易挥发的成分；2.阴极的强场发射或热发射的电子电流加热液体介质，分解阴极的强场发射或热发射的电子电流加热液体介质，分解出气体；出气体；3.溶解于油中的外来气体；溶解于油中的外来气体；4.由电场加速的电子碰撞液体分子，使液体分子解离产生气由电场加速的电子碰撞液体分子，使液体分子解离产生气体；体；5.电极上尖的或不规则的凸起物上的电晕放电引起液体气化电极上尖的或不规则的凸起物上的电晕放电引起液体气化高电压技术优秀课件高电压技术优秀课件
