高電壓技術講義

高電壓技術講義長春工程學院劉望來長春工程學院劉望來電介質的極化

、電導、損耗第一部分：極化一、問題提出在密閉容器中加入兩平板電極，容器抽真空。在電極上加上外加電壓進行充電。靜止后電量為Q0，Q0=C0U=ε0A/d。長春工程學院劉望來在兩電極間加入厚度與極間距相同的固體電介質重新完成試驗。發(fā)現(xiàn)極板上的電量增加了Q’，Q=Q0+Q’=εA/d

。問Q’這些電量是如何來的呢？用相對介電常數(shù)來描述εγ=Q/Q0=（Q0+Q’）/Q0-+-+在電場的作用下，電介質相對電極兩面呈現(xiàn)電性的現(xiàn)象稱為極化。

長春工程學院劉望來二、極化的形式1、電子式極化特點：1）速度快10-14—10-15S；2）彈性的；3）不消耗能量。長春工程學院劉望來其特點是：1）速度較快，10-12—10-13S；2）彈性的；3）不消耗能量。2、離子式極化長春工程學院劉望來3、偶極子極化：特點：1）速度較慢，10-2—10-6S；2）非彈性的；3）消耗能量。長春工程學院劉望來4、夾層極化：特點：1）速度慢：幾十分之一秒到幾分鐘；2）非彈性的；3）消耗能量。長春工程學院劉望來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斷絕緣受潮的情況。2、在交流及沖擊電壓作用下，多層串聯(lián)電介質中的場強分布與介電常數(shù)成反比。研究極化的意義：1、選擇制造電容的絕緣材料時，一方面注意材料的絕緣強度，另一方面希望介電常數(shù)要大；問題：用兩種介電常數(shù)的絕緣紙分別纏電纜芯線，是先纏介電常數(shù)大的呢，還是先纏介電常數(shù)小的呢？長春工程學院劉望來常用電介質的介電常數(shù)材料類別名稱εγ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(lián)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長春工程學院劉望來第二部分：電導

電導：任何電介質都有一定的導電性。一、試驗電路金屬電導是電子電導、電介質電導是離子電導。電介質的電導極小，其電阻率高達109—1022Ω·cm，而金屬的電阻率僅為10-6—10-2Ω·cm長春工程學院劉望來二、等效電路2、由慢速有損極化形成的電流i2稱為吸收電流。由于是由極化形成的，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形成電流i3，稱為泄漏電流。因為是純阻性的，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形成的電流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。長春工程學院劉望來三、絕緣電阻與吸收現(xiàn)象在電壓作用下流過電介質的電流隨加壓時間的延長逐漸穩(wěn)定在泄漏電流上，這種電流隨時間逐漸衰減的現(xiàn)象稱為吸收現(xiàn)象。與這個穩(wěn)定電流相對應的電阻值稱為設備的絕緣電阻。由于吸收現(xiàn)象的存在，在對電介質進行高壓試驗時，電介質表面會有吸收電荷存在，這些電荷在沒有外因作用時需很長時間才能泄放掉，可能對人構成危險，所以高壓試驗結束時必須對試品進行放電。長春工程學院劉望來四、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形成的，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形成的離子電導，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表面電導兩部分。長春工程學院劉望來五、研究電導的意義：1）在高壓設備絕緣預防性試驗中，測量電介質的電導和吸收比可以判斷絕緣是否受潮。2）多層介質在直流電壓作用下的穩(wěn)態(tài)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，要注意所用介質的電導率，盡量使材料得到合理的使用。3）設計絕緣時，要考慮到絕緣的使用條件，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，由于受潮引起表面電導太大，無法在額定電壓下使用。4）并不是所有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。長春工程學院劉望來第三部分、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(fā)生局部放電的電壓時，介質中的損耗僅由電導所引起。在交流電壓作用下：長春工程學院劉望來用有功功率P來表示介質損耗是不方便的，因為P值與實驗電壓、試品尺寸等因素有關，不同試品間難以互相比較，而對一定結構的試品，在外界電壓一定的情況下，介質損耗僅決定于tgδ，而如同介電常數(shù)和電導率一樣，tgδ僅取決于介質本身的特性參數(shù)。因此，為了比較不同介質在交變電壓作用下的損耗性能，tgδ就成為衡量介質損耗大小的物理量。長春工程學院劉望來研究介質損耗的意義：

1、在設計絕緣結構時，必須注意到絕緣材料的tgδ

，若tgδ值過大則會引起嚴重發(fā)熱，使材料容易劣化，甚至可能導致熱擊穿。

2、用于沖擊測量的連接電纜，其絕緣的tgδ值必須很小，否則沖擊波在電纜中傳播時將引起嚴重畸變，影響測量精確度。

3、預防性試驗的一種。

4、作為絕緣材料，希望其tgδ越小越好。長春工程學院劉望來前言充當高壓絕緣的液體介質主要有礦物油和合成油兩大類，應用最廣的是礦物油。礦物油是按照不同成分和經(jīng)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、會燃燒、有爆炸危險等原因，所以國內外正致力于研究合成油，如有機硅油、十二烷基苯等?！?.2液體介質的擊穿長春工程學院劉望來一、液體分純凈液體和工業(yè)上應用的液體，純凈液體的放電理論是電擊穿理論，工業(yè)上應用的液體的放電理論是“小橋理論”。二、“小橋理論”油中含有水分和纖維時，由于水和纖維的介電常數(shù)很大，尤其是纖維吸潮后，很容易沿電場方向極化定向排列，排列成雜質小橋，并在電極間形成電導較大的通道，引起泄漏電流增大，溫度升高，促使油和水分汽化，氣泡擴大，最后擊穿。長春工程學院劉望來三、標準試油杯為什么要作成均勻電場的？

在標準試油杯中，液體（變壓器油）的擊穿電壓為20—60kV，其擊穿場強為20—60kV/0.25cm=80—240kV/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。長春工程學院劉望來1、含水量對液體擊穿電壓的影響變壓器油在不同的環(huán)境中，吸收水分的能力和程度是不同的，因此變壓器油中的含水量也不相同。比較干燥的油在潮濕的環(huán)境中，經(jīng)過一段時間后，含水量會逐漸增加，最后達到某一飽和值。水分在油中以溶解狀態(tài)、懸浮狀態(tài)和在容器底部沉積三種狀態(tài)出現(xiàn)。懸浮狀態(tài)的小水滴能夠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、油的品質對液體擊穿電壓的影響長春工程學院劉望來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排列，形成“小橋”，使變壓器油的擊穿電壓大為降低。長春工程學院劉望來3、含碳量的影響某些電氣設備中的絕緣油在運行中常受到電弧的作用，電弧的高溫會使絕緣油分解而產(chǎn)生碳粒。新生的活性碳粒有很強的吸附水分和氣體的能力，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局部電場增強而使油的絕緣強度降低?？傊?，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沉積到電氣設備的固體介質表面，形成油泥，易造成油中沿固體介質表面的放電，同時也影響散熱。長春工程學院劉望來五、溫度對液體絕緣強度的影響1、當溫度由00C開始逐漸上升時，懸浮狀態(tài)→溶解狀態(tài)2、當溫度超過60-800C時，水汽化，油汽化，產(chǎn)生氣泡3、在0-50C時，油中水分是懸浮狀態(tài)的，擊穿電壓最低。4、溫度再降低，水將結成冰粒長春工程學院劉望來六、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增加而增大，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原因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。所以當油的純凈度較高時，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電壓；而在品質較差的油中，因雜質的聚集和排列已使電場畸變，故改善電場分布對擊穿電壓的影響不大。長春工程學院劉望來八、電壓作用時間的影響1、液體擊穿需要時間；2、加壓時間長、小橋易形成。長春工程學院劉望來九、提高液體介質擊穿電壓的措施措施：1、提高液體品質（1）過濾。在油中先加入白土、硅膠等吸附劑后用濾油機濾紙阻隔油中的纖維等固態(tài)雜物，吸收部分水分等液體雜質；（2）干燥。絕緣及夾件、繞組等浸油前必須烘干，必要時采用真空干燥法去除水分，在油箱呼吸器的空氣入口處放干燥劑。（3）祛氣。途徑：提高液體的品質，限制小橋的形成。長春工程學院劉望來2、限制小橋的形成（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。在均勻電場中覆蓋能夠使擊穿電壓提高70%—100%，在極不均勻電場中能夠提高10%—15%，所以充油設備中很少采用裸導體的。（2）絕緣層（3）屏障長春工程學院劉望來小結在電場作用下，電介質中發(fā)生的物理現(xiàn)象可用四個特性參數(shù)：介電常數(shù)、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(shù)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(shù)（電場的強弱是以能否使電介質發(fā)生放電來區(qū)分的）。這四個參數(shù)有三個是物理量，而tgδ是一個比值。長春工程學院劉望來這四個參數(shù)既有聯(lián)系，又相互獨立，不能由一個參數(shù)推斷另一個參數(shù)。評價電介質的電氣性能要以四個參數(shù)全面衡量，只是在不同的應用場合，對這四個參數(shù)的要求主、次和數(shù)值有所不同；多數(shù)情況是絕緣強度這一參數(shù)起主導作用。長春工程學院劉望來在較弱電場作用下，離子的定向運動形成電介質電導。溫度升高介質中離子數(shù)加多，運動加快，故其電阻溫度系數(shù)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形成了電介質的吸收現(xiàn)象。當除去外加電壓，將電介質兩端的電極短路放電時，因極化的緩慢消失，使極板上電荷完全放掉所需的時間比充電時間要更長。長春工程學院劉望來由固、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、吸收電流和泄漏電流。三部分電流對應三個支路：純電容、電容與電阻串聯(lián)、純電阻支路。故電介質可用電阻與電容的串聯(lián)或并聯(lián)電路來等值。由于通過介質的泄漏電流和有損極化使電介質在交變電場作用下產(chǎn)生介質損耗，介質損耗的大小用tgδ來表示。長春工程學院劉望來工程上應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(shù)比油的大，在外加電場作用下很容易極化，因而在極間形成漏電大的通道，即雜質小橋，這漏電大的通道發(fā)熱使局部溫度升高，水分汽化而形成氣體通道，氣體通道因碰撞游離而擊穿，故變壓器油的擊穿是用小橋理論來解釋的。長春工程學院劉望來油中含有雜質多，雜質小橋易于形成，其擊穿電壓就降低。在均勻電場中油較平穩(wěn)，油中雜質易于搭成“小橋”，故油品質試驗要在均勻電場的標準試油杯中進行。提高油間隙擊穿電壓的措施：一方面是提高油的品質，另一方面是限制小橋的形成。長春工程學院劉望來習題一、測定變壓器油品質好壞，為什么要采用標準試油杯？為何要取第二到第六次的五次擊穿電壓的平均值？二、介質吸收電流曲線變化的快、慢為什么與受潮有關？每年進入夏季，由于氣溫高、濕度大，對幼兒的照顧要特別注意，以下是出國留學網(wǎng)為您搜集整理的育兒健康小常識1.不是所有寶寶都需額外補充維生素很多家長會問，孩子多大需要開始補充維生素?小嬰兒是否需要補充維生素?劉主任表示，孩子多大補充維生素沒有明確的界定，如果寶寶是吃母乳或奶粉，一般營養(yǎng)物質都足夠、全面，不需要額外補充維生素，如果出現(xiàn)了某些癥狀，如缺乏維生素B或維生素C等，再有針對性的補充會更好。維生素D可以促進鈣的吸收，小嬰兒也應該補充，特別是純母乳喂養(yǎng)的寶寶，如果沒有補充維生素D，常帶寶寶曬太陽，也可以轉化為維生素D，從而促進鈣的吸收。給寶寶曬太陽，一般每天半小時到1小時，注意不要遮擋著曬太陽，如果是戴太陽帽、打傘或擦防曬霜等，起不到曬太陽的效果。2.不能用維生素補充劑代替蔬菜水果有的家長認為，都是補充維生素，用維生素補充劑方便多了，因此就用維生素補充劑代替水果和蔬菜。劉主任表示，只要條件允許，應盡量從食物中攝取維生素，如果是因為某些特殊情況導致不能全面有效獲得維生素，則可以考慮食用維生素補充劑。而且維生素補充劑是不能代替蔬菜和水果的。因為蔬菜、水果中的各種維生素是按一定比例