電介質(zhì)及氣體放電

1/36 電介質(zhì)的絕緣特性 2/36 一 . 電介質(zhì)的極化 1.定義 電介質(zhì)中的帶電質(zhì)點在電場作用下 沿電場方向作有限位移 3/36 Qo=CoU dAC 004/36 2. 相對介電系數(shù) r 表征電介質(zhì)在電場作用下的極化程度， 任一材料的介電系數(shù)與真空介電系數(shù)的 比值 。 5/36 3. 極化的基本形式： 電子式極化、離子式極化、偶極子極化、夾層式極化 、（空間電荷極化）。 (1) 電子式極化 其特點 : a.極化所需時間極短 b.極化時沒有能量損耗 c.溫度對極化影響極小 6/36 (2). 離子式極化 其特點 : a.極化過程極短 b. 極化過程無能量損耗 c. 溫度 對極化有影響 ,極化隨溫度升高而 增強(qiáng) 7/36 (3). 偶極子式極化 其特點 a. 極化所需時間較長 ,因而與頻率有關(guān) b. 極化過程有能量損耗 c. 溫度對極化影響很大 ,溫度很高和很低時 , 極化均減弱 8/36 (4). 夾層式極化 其特點 在兩層電介質(zhì)的界面上發(fā)生電荷的移動 和積累 ,極化過程緩慢 ,并有損耗。 9/36 10/36 二 .電介質(zhì)的電導(dǎo) 介質(zhì)在電場作用下 ,使其內(nèi)部聯(lián)系 較弱的帶電粒子作有規(guī)律的運動形成電 流 ,即泄漏電流 .這種物理現(xiàn)象稱為電導(dǎo)。 表征電導(dǎo)過程強(qiáng)弱程度的物理量為電導(dǎo)率 ，或它的倒數(shù)電阻率 o 11/36 2. 介質(zhì)中的電流 12/36 (1).電容電流 ic 在加壓初瞬間介質(zhì)中的電子式極化 和離子式極化過程所引起的電流 ,無損 耗 ,存在時間極短。 (2).吸收電流 ia 有損極化所對應(yīng)的電流 ,即夾層極化 和偶極子極化時的電流 ,它隨時間而衰減。 13/36 (3).泄漏電流 ig 絕緣介質(zhì)中少量離子定向移動所 形成的電導(dǎo)電流 ,它不隨時間而變化。 14/36 流過介質(zhì)的電流 i由三個分量組成： gac iiii 15/36 3.吸收現(xiàn)象 固體電介質(zhì)在直流電壓作用下 , 觀察到電路中的電流從大到小隨時 間衰減 ,最終穩(wěn)定于某一數(shù)值 ,稱為 “ 吸收現(xiàn)象 ” 。 介質(zhì)在干燥和嘲濕的情況下 , 吸收現(xiàn)象不一樣 ,據(jù)此可判斷絕緣 性能的好壞。 16/36 三 .電介質(zhì)的損耗 1. 損耗的形式 (1).電導(dǎo)損耗 由泄漏電流引起的損耗 .交直流下 都存在。 (2).極化損耗 由偶極子與夾層極化引起 ,交流 電壓下極明顯。 17/36 (3).游離損耗 指氣體間隙的電暈放電以及液、固體 介質(zhì)內(nèi)部氣泡中局部放電所造成的損耗。 電暈放電是一種自持放電 18/36 用介質(zhì)損耗角的正切 tg 來表示介損的意義 在交流電壓作用下 ,由于存在三種形式的損耗 ,需引入一個新的物理量來表征介損的特性 .直流電壓作用下的介質(zhì)損耗是電導(dǎo)引起的。 經(jīng)推導(dǎo) ,介質(zhì)損耗 P為： tgCUPp219/36 20/36 氣體 的絕緣特性 21/36 1.空氣在強(qiáng)電場下的放電特性 一 .氣體電介質(zhì)的放電特性 氣體在正常狀態(tài)下是良好的絕緣體 ,在一個立方厘米體積內(nèi)僅含幾千個帶電粒子 ,但在高電壓下 ,氣體從少量電荷會突然產(chǎn)生大量的電 荷 ,從而失去絕緣能力而發(fā)生 放電現(xiàn)象。 一旦電壓解除后 ,氣體電介質(zhì)能自動恢復(fù)絕緣狀態(tài)。 22/36 輸電線路以氣體作為絕緣材料 23/36 2.帶電質(zhì)點的產(chǎn)生與消失 (1) 激發(fā) 原子在外界因素作用下 ,其電子向 能量較高地方 躍遷 的過程 (2)游離 原子在外界因素作用下 ,使其一個或幾個電子脫離原子核的束博而形成自由電子和一個正離子。 (3)游離的方式 a.碰撞游離 b.光游離 c.熱游離 d.金屬表面游離 24/36 第四節(jié) 液體的絕緣性能 25/36 四 .液體電介質(zhì)的擊穿特性 1.“小橋 ” 理論 (即 :“氣泡 ” 擊穿理論 ) 變壓器油的擊穿主要原因 ,在于雜質(zhì)的 影響 ,而雜質(zhì)是水分、受潮的纖維和被游離 了的氣泡等構(gòu)成，它們在電場的作用下，在 電極間逐漸排列成為小橋，從而導(dǎo)致?lián)舸?26/36 固體的絕緣性能 1.擊穿形式 (1).電擊穿 (2).熱擊穿 (3).電化學(xué)擊穿 27/36 2.影響因素 (1).電壓作用時間 (2).電場均勻程度與介質(zhì)厚度 (3).電壓種類 (4).電壓作用的累積效應(yīng) (5).受潮 28/36 3.提高固體電介質(zhì)工頻擊穿電壓的措施 1、改進(jìn)制造工藝 ，盡可能清除介質(zhì)中的雜質(zhì) ,可以通過 精選材料、改善工藝、真空干燥、加強(qiáng)浸漬等方法。 2、改進(jìn)電極形狀 ，盡可能使電場均勻。 3、改善絕緣的工作條件 。 4、盡量減少過電壓的作用 。 5、限制絕緣介質(zhì)的工作溫度 ，注意防潮、塵污，加強(qiáng)散 熱冷卻。 29/36 電介質(zhì)的老化 老化的主要形式：電老化和熱老化 30/36 絕緣材料的耐熱等級 31/36 描寫電介質(zhì)電性能的四個物理量 與對應(yīng)的四個物理現(xiàn)象 1.電介質(zhì)的極化 相對介電系數(shù) r2.電介質(zhì)的電導(dǎo) 電導(dǎo)率 3.電介質(zhì)的損耗 介質(zhì)損失角正切 tg 4.電介質(zhì)的擊穿 電場強(qiáng)度 E 32/36 削弱游離因素的措施 (1).采用高氣壓 氣體壓力提高后，氣體的密度加大，減少了電子的平均自由行程，從而削弱了碰撞游離的過程。 如高壓空氣斷路器和高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器等 33/36 (2).采用高真空 氣體間隙中壓力很低時，電子的平均自由行程已增大到極間空間很難產(chǎn)生碰撞游離的程度。 如真空電容器、真空斷路器等 34/36 真空電容器 真空斷路器 35/36 (3).采用高強(qiáng)度氣體 SF6氣體屬強(qiáng)電負(fù)性氣體 ,容易吸附電子成為 負(fù)離子 ,從而削弱了游離過程