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1、第第5 5章章 液体和固体介质的电气特性液体和固体介质的电气特性5.1 电介质的极化、电导与损耗电介质的极化、电导与损耗5.2 液体介质的击穿液体介质的击穿5.3 固体介质的击穿固体介质的击穿5.4 组合绝缘的特性组合绝缘的特性5.5 绝缘的老化绝缘的老化高电压工程根底5.1 电介质的极化、电导与损耗电介质的极化、电导与损耗5.1.1 电介质的极化电介质的极化1. 介电常数、相对介电常数介电常数、相对介电常数平行平板电容器在真空中的电容量为平行平板电容器在真空中的电容量为当极板间插入固体介质后，电容量为当极板间插入固体介质后，电容量为式中式中 A极板面积，极板面积，cm2； d极间间隔，极间间
2、隔，cm；介质的介电常数介质的介电常数 0真空的介电常数，真空的介电常数，0=8.8610-14F/cm定义定义 为介质的相对介电常数。为介质的相对介电常数。 高电压工程根底2. 极化极化 概念：在外加电场的作用下，固体介质中原来彼此中概念：在外加电场的作用下，固体介质中原来彼此中和的正、负电荷产生了位移，构成电矩，使介质外表出现和的正、负电荷产生了位移，构成电矩，使介质外表出现了束缚电荷，即极板上电荷增多，因此使电容量增大。了束缚电荷，即极板上电荷增多，因此使电容量增大。 分类：分类：高电压工程根底电子式极化离子式极化偶极子极化界面极化无损极化无损极化有损极化有损极化1电子式极化电子式极化存
3、在于一切物质中；极化所需的时间极短，约存在于一切物质中；极化所需的时间极短，约10-15s ；具有弹性，没有损耗；温度对电子式极化影响不大。具有弹性，没有损耗；温度对电子式极化影响不大。2离子式极化离子式极化弹性极化；极化过程所需的时间很短，约弹性极化；极化过程所需的时间很短，约10-13s；温度；温度对此极化存在一定影响，对此极化存在一定影响，r普通具有正的温度系数。普通具有正的温度系数。3偶极子极化偶极子极化转向极化，非弹性；极化所需的时间较长，约转向极化，非弹性；极化所需的时间较长，约10-10s10-2s；r在低温下先随温度的升高而添加，以后当热在低温下先随温度的升高而添加，以后当热运
4、动变得剧烈时，运动变得剧烈时，r又随温度上升而减小。又随温度上升而减小。 高电压工程根底高电压工程根底材料类别名称r（工频，20）气体介质 空气（大气压）1.00059液体介质弱极性 变压器油硅有机液体2.22.52.22.8 极性蓖麻油4.5强极性丙酮酒精水223381固体介质中性或弱极性石蜡聚乙烯2.02.52.252.35极性聚氯乙烯3.24离子性云母电瓷575.56.55.1.2 电介质的电导电介质的电导 电介质电导主要是离子电导，表征电导的参数是电电介质电导主要是离子电导，表征电导的参数是电导导率率，在高电压工程中普通常用电阻率，在高电压工程中普通常用电阻率来表征介质的来表征介质的绝
5、缘电阻。液体与固体电介质的电导率绝缘电阻。液体与固体电介质的电导率与温度有下与温度有下述关述关系：系：式中式中 A常数，与介质性质有关；常数，与介质性质有关； T热力学温度，单位为热力学温度，单位为K； 电导活化能；电导活化能； k波尔兹曼常数。波尔兹曼常数。 高电压工程根底1. 体积电阻体积电阻 体积电阻率为：体积电阻率为： 体积电导率为：体积电导率为： 其中，其中， dcm为电介质厚度，为电介质厚度， Scm2为电极外表积。为电极外表积。体积电阻的丈量电路高电压工程根底2. 外表电阻外表电阻 外表电阻率为：外表电阻率为： 外表电导率为：外表电导率为： 其中，其中， dcm为电介质厚度，为电
6、介质厚度， lcm为电极长度。为电极长度。外表电阻的丈量电路高电压工程根底5.1.3 电介质的能量损耗电介质的能量损耗高电压工程根底 电介质的能量损耗简称介质损耗，包括由电导引起的损耗和由极化引起的损耗。 介质损耗为： P值和实验电压、试品电容量等要素有关，不同试品间难于相互比较，所以改用介质损失角的正切tan来判别介质的质量。 对于有损介质，电导损耗和极化损耗都是存在的，可用三个并联支路的等值回路来表示。 高电压工程根底 有损介质可用电阻、电容的串联或并联等值电路来表示。主要损耗是电导损耗，常用并联等值电路；主要损耗由介质极化及衔接导线的电阻等引起，常用串联等值电路。 R反映电导损耗 C0反
7、映电子式和离子式极化反映有损极化吸收电流高电压工程根底5.2 液体介质的击穿液体介质的击穿纯真的液体介质：击穿过程与气体击穿的过程很类似，但纯真的液体介质：击穿过程与气体击穿的过程很类似，但其击穿场强高很小的均匀场间隙中可到达其击穿场强高很小的均匀场间隙中可到达1MV/cm工程用的液体介质：击穿场强很少超越工程用的液体介质：击穿场强很少超越300kV/cm，普通，普通在在200kV/cm250kV/cm的范围内以上击穿场强值均指的范围内以上击穿场强值均指在在规范试油杯中所得数据规范试油杯中所得数据 缘由：工程液体介质的击穿是由液体中的气泡或杂质等引缘由：工程液体介质的击穿是由液体中的气泡或杂质
8、等引起的，即气泡或杂质在电场作用下在电极间排成起的，即气泡或杂质在电场作用下在电极间排成“小桥，小桥，引起击穿，即引起击穿，即“小桥实际。小桥实际。 高电压工程根底绝缘外壳黄铜电极规范试油杯图中尺寸均为mm油间隙间隔2.5mm1杂质的影响杂质的影响水分：极微量的水分可溶于油中，对油的击穿强度没有多水分：极微量的水分可溶于油中，对油的击穿强度没有多大影响。影响油击穿的是呈悬浮形状的水分。大影响。影响油击穿的是呈悬浮形状的水分。 高电压工程根底规范油杯中变压器油的工频击穿电压Ub和含水量W的关系 W为110-4时已使油的击穿强度降得很低。含水量再增大时，影响不大 5.2.1 影响液体介质击穿的要素
9、影响液体介质击穿的要素高电压工程根底5.2.2 减小杂质影响的措施减小杂质影响的措施1过滤过滤 使油在压力下经过滤油机中的滤纸，即可将使油在压力下经过滤油机中的滤纸，即可将纤维、碳粒等固态杂质除去，油中大部分水分和有机酸纤维、碳粒等固态杂质除去，油中大部分水分和有机酸等也会被滤纸所吸附。等也会被滤纸所吸附。 2防潮防潮 绝缘件在浸油前必需烘干，必要时可用真空绝缘件在浸油前必需烘干，必要时可用真空枯燥法去除水分。枯燥法去除水分。 3祛气祛气 将油加热，喷成雾状，并抽真空，可以到达将油加热，喷成雾状，并抽真空，可以到达去除油中水分和气体的目的。去除油中水分和气体的目的。 4用固体介质减小油中杂质的影响用固体介质减小油中杂质的影响 常用措施为覆盖常用措施为覆盖层、绝缘层和屏障。层、绝缘层和屏障。 高电压工程根底5.3 固体介质的击穿固体介质的击穿 固体介质的固有击穿强度比液体和气体介质高，其击穿的特点是击穿场强与电压作用的时间有很大的关系。 高电压工程根底5.5 绝缘的老化绝缘的老化 绝缘的老化 固体和液体介质在长期运转过程中会发生一些物理变化和化学变化，导致其机械和电气性能的劣化。 绝缘老化的缘由 热老化、电老化、机械力的影响、环境的影响
