1、第二章 液體和固體電介質的絕緣強度在弱電場中描畫電介質性能用介電常數、電導和介質損耗角正切值三個參數，與之對應的是電介質極化、電導和介質損耗三種物理景象。2.1電介質的極化電介質的極化 、電導、損耗、電導、損耗第一部分：極化一、問題提出 在密閉容器中參與兩平板電極，容器抽真空。在電極上加上外加電壓進展充電。靜止后電量為Q0，Q0=C0U =0A/d。在兩電極間參與厚度與極間距一樣的固體電介質重新完成實驗。發現極板上的電量添加了Q，Q=Q0+Q =A/d 。問Q這些電量是如何來的呢？用相對介電常數來描畫 =Q/Q0=Q0+Q/Q0- +- + 在電場的作用下，電介質相對電極兩面呈現電性的景象稱為

2、極化。 二、極化的方式1、電子式極化特點：1速度快 10-1410-15S；2彈性的；3不耗費能量。其特點是：1速度較快，10-1210-13S；2彈性的；3不耗費能量。2、離子式極化3、偶極子極化：特點：1速度較慢，10-210-6S；2非彈性的；3耗費能量。4、夾層極化：特點：1速度慢：幾非常之一秒到幾分鐘；2非彈性的；3耗費能量。極化可以歸納為空間電荷的彈性位移或轉向及電荷的重新分配；也可以歸納為快速的無損極化和慢速的有損極化。3、利用夾層極化可以判別絕緣受潮的情況。2、在交流及沖擊電壓作用下，多層串聯電介質中的場強分布與介電常數成反比。研討極化的意義：1、選擇制造電容的絕緣資料時，一方

3、面留意資料的絕緣強度，另一方面希望介電常數要大；問題：用兩種介電常數的絕緣紙分別纏電纜芯線，是先纏介電常數大的呢，還是先纏介電常數小的呢？常用電介質的介電常數材料類別名稱氣體介質（標準大氣壓條件下）中性極性空氣/氮氣二氧化硫1.00058/1.000601.009液體介質弱極性極性強極性變壓器油/硅有機液蓖麻油/氯化聯苯丙酮/酒精/水2.2/2.2-2.84.5/4.6 -5.222/33/81固體介質極性離子性纖維素/膠木/聚氯乙烯云母/電瓷6.5/4.5/3.0-3.55-7/5.5-6.5第二部分：電導第二部分：電導 電導：任何電介質都有一定的導電性。一、實驗電路金屬電導是電子電導、電介

4、質電導是離子電導。電介質的電導極小，其電阻率高達1091022cm，而金屬的電阻率僅為10-610-2cm二、等效電路2、由慢速有損極化構成的電流i2稱為吸收電流。由于是由極化構成的，可以等值出電容C2，又有損耗，可以等值出電阻r2。3、電介質中的起始帶電粒子在電場的作用下定向運動構成電流i3，稱為走漏電流。由于是純阻性的，可以等值出電阻r3。1、由電源對電介質等效電容充電建立電場及快速無損極化構成的電流i1稱為幾何電容電流。由于其是純容性的，所以可以用一個電容C1來等值。三、絕緣電阻與吸收景象 在電壓作用下流過電介質的電流隨加壓時間的延伸逐漸穩定在走漏電流上，這種電流隨時間逐漸衰減的景象稱為

5、吸收景象。與這個穩定電流相對應的電阻值稱為設備的絕緣電阻。 由于吸收景象的存在，在對電介質進展高壓實驗時，電介質外表會有吸收電荷存在，這些電荷在沒有外因作用時需很長時間才干泄放掉，能夠對人構成危險，所以高壓實驗終了時必需對試品進展放電。四、氣體電介質的電導是由氣體分子本身及氣體中雜質離解出來的帶電粒子構成的，其值很小。 液體電介質的電導一種是由液體本身的分子和雜質的分子離解的帶電粒子構成的離子電導，另一種是由液體中膠體質點吸附電荷后變成帶電質點構成的電泳電導。 固體電介質的電導分體積電導和外表電導兩部分。五、研討電導的意義：1在高壓設備絕緣預防性實驗中，丈量電介質的電導和吸收比可以判別絕緣能否

6、受潮。2多層介質在直流電壓作用下的穩態電壓分布與各層介質的電導成反比。在設計用于直流的設備時，要留意所用介質的電導率，盡量使資料得到合理的運用。3設計絕緣時，要思索到絕緣的運用條件，特別是濕度的影響。如有些膠紙外殼的高壓設備，在潮濕天氣時，由于受潮引起外表電導太大，無法在額定電壓下運用。4并不是一切情況下都希望絕緣電阻高，有些情況下要設法減小絕緣電阻。第三部分、電介質的損耗第三部分、電介質的損耗 電介質損耗包括極化損耗和電導損耗。在直流電壓的作用下，由于電介質中沒有周期性的極化過程，當外施電壓低于發生部分放電的電壓時，介質中的損耗僅由電導所引起。在交流電壓作用下：CtgUUIP2用有功功率P來

7、表示介質損耗是不方便的，由于P值與實驗電壓、試品尺寸等要素有關，不同試品間難以相互比較，而對一定構造的試品，在外界電壓一定的情況下，介質損耗僅決議于tg，而好像介電常數和電導率一樣， tg僅取決于介質本身的特性參數。因此，為了比較不同介質在交變電壓作用下的損耗性能， tg就成為衡量介質損耗大小的物理量。研討介質損耗的意義： 1、 在設計絕緣構造時，必需留意到絕緣資料的tg ，假設tg值過大那么會引起嚴重發熱，使資料容易劣化，甚至能夠導致熱擊穿。 2、用于沖擊丈量的銜接電纜，其絕緣的tg值必需很小，否那么沖擊波在電纜中傳播時將引起嚴重畸變，影響丈量準確度。 3、預防性實驗的一種。 4、作為絕緣資

8、料，希望其tg越小越好。前言 充任高壓絕緣的液體介質主要有礦物油和合成油兩大類，運用最廣的是礦物油。礦物油是按照不同成分和經不同精制過程后分別適用于不同電氣設備的絕緣油，分別稱為變壓器油、電容器油、電纜油和開關油。由于礦物油易老化、會熄滅、有爆炸危險等緣由，所以國內外正努力于研討合成油，如有機硅油、十二烷基苯等。2.2 液體介質的擊穿液體介質的擊穿一、液體分純真液體和工業上運用的液體，純真液體的放電實際是電擊穿實際，工業上運用的液體的放電實際是“小橋實際。二、“小橋實際油中含有水分和纖維時，由于水和纖維的介電常數很大，尤其是纖維吸潮后，很容易沿電場方向極化定向陳列，陳列成雜質小橋，并在電極間構

9、成電導較大的通道，引起走漏電流增大，溫度升高，促使油和水分汽化，氣泡擴展，最后擊穿。三、規范試油杯為什么要作成均勻電場的？ 在規范試油杯中，液體變壓器油的擊穿電壓為2060kV，其擊穿場強為2060kV/0.25cm=80240kV/cm。而均勻電場中空氣的擊穿場強為30kV/cm，所以氣體的擊穿場強比液體的低很多。1、含水量對液體擊穿電壓的影響 變壓器油在不同的環境中，吸收水分的才干和程度是不同的，因此變壓器油中的含水量也不一樣。比較枯燥的油在潮濕的環境中，經過一段時間后，含水量會逐漸添加，最后到達某一飽和值。 水分在油中以溶解形狀、懸浮形狀和在容器底部堆積三種形狀出現。懸浮形狀的小水滴可以

10、在電場作用下極化并在極間排成導電的“小橋，使油的擊穿電壓顯著下降。十萬分之幾時四、油的質量對液體擊穿電壓的影響2、含纖維量的影響 當變壓器油中有纖維存在時，在電場作用下，纖維將沿著電場方向定向陳列，構成“小橋，使變壓器油的擊穿電壓大為降低。3、含碳量的影響 某些電氣設備中的絕緣油在運轉中常遭到電弧的作用，電弧的高溫會使絕緣油分解而產生碳粒。新生的活性碳粒有很強的吸附水分和氣體的才干，從而使油的絕緣強度提高，同時碳粒本身是導體，它分散在油中使附近的部分電場加強而使油的絕緣強度降低。總之，細而分散的碳粒對油的絕緣強度影響并不顯著，但碳粒吸附水分逐漸堆積到電氣設備的固體介質外表，構成油泥，易呵斥油中

11、沿固體介質外表的放電，同時也影響散熱。五、溫度對液體絕緣強度的影響1、當溫度由00C開場逐漸上升時，懸浮形狀溶解形狀2、當溫度超越60-800C時，水汽化，油汽化，產生氣泡3、在0-50C時，油中水分是懸浮形狀的，擊穿電壓最低。4、溫度再降低，水將結成冰粒六、壓力的影響 不論電場均勻與否，工程上用的變壓器油在工頻電壓作用下，其擊穿電壓均隨壓力的添加而增大，這個關系在均勻電場中更為顯著。壓力對擊穿電壓的影響的緣由是由于油中含有氣體。七、電場均勻程度的影響 電場越均勻，水分等雜質對擊穿電壓的影響越大，擊穿電壓的分散性也越大。所以當油的純真度較高時，改善電場的均勻度能大大提高工頻或直流電壓下油的擊穿

12、電壓；而在質量較差的油中，因雜質的聚集和陳列已使電場畸變，故改善電場分布對擊穿電壓的影響不大。八、電壓作用時間的影響1、液體擊穿需求時間；2、加壓時間長、小橋易構成。九、提高液體介質擊穿電壓的措施措施：1、提高液體質量1過濾。在油中先參與白土、硅膠等吸附劑后用濾油機濾紙阻隔油中的纖維等固態雜物，吸收部分水分等液體雜質；2枯燥。絕緣及夾件、繞組等浸油前必需烘干，必要時采用真空枯燥法去除水分，在油箱呼吸器的空氣入口處放枯燥劑。3祛氣。途徑：提高液體的質量，限制小橋的構成。2、限制小橋的構成1覆蓋。在電場中曲率半徑小的電極上覆蓋很薄的電纜紙或黃蠟布或涂漆膜，組成油紙絕緣組合。在均勻電場中覆蓋可以使擊

13、穿電壓提高70%100%，在極不均勻電場中可以提高10%15%，所以充油設備中很少采用裸導體的。2絕緣層3屏障小 結在電場作用下，電介質中發生的物理景象可用四個特性參數：介電常數、絕緣電阻率、介質損耗角正切及絕緣強度來表征。前三個參數是表征在較弱電場中的性能，絕緣強度是在強電場中表征電介質性能的參數電場的強弱是以能否使電介質發生放電來區分的。這四個參數有三個是物理量，而tg是一個比值。這四個參數既有聯絡，又相互獨立，不能由一個參數推斷另一個參數。評價電介質的電氣性能要以四個參數全面衡量，只是在不同的運用場所，對這四個參數的要求主、次和數值有所不同；多數情況是絕緣強度這一參數起主導作用。 在較弱

14、電場作用下，離子的定向運動構成電介質電導。溫度升高介質中離子數加多，運動加快，故其電阻溫度系數為負。電介質在直流電壓作用下，因偶極子極化、夾層極化等緩慢極化過程構成了電介質的吸收景象。當除去外加電壓，將電介質兩端的電極短路放電時，因極化的緩慢消逝，使極板上電荷完全放掉所需的時間比充電時間要更長。由固、液體電介質構成的電容器，當外加電壓作用時，為建立電場、緩慢極化和介質漏電流使電流分三部分：幾何充電電流、吸收電流和走漏電流。三部分電流對應三個支路：純電容、電容與電阻串聯、純電阻支路。故電介質可用電阻與電容的串聯或并聯電路來等值。由于經過介質的走漏電流和有損極化使電介質在交變電場作用下產生介質損耗，介質損耗的大小用tg來表示。工程上運用的變壓器油中總是含有少量的雜質，主要是水分和纖維等。水分和纖維的相對介電常數比油的大，在外加電場作用下很容易極化，因此在極間構成漏電大的通道，即雜質小橋，這漏電大的通道發熱使部分溫度升高，