高電壓技術(shù)第二章

1、第二章第二章 液體、固體介質(zhì)的電氣特性液體、固體介質(zhì)的電氣特性 中國(guó)石油大學(xué)信控學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)信控學(xué)院 薛永端薛永端 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 第一節(jié)第一節(jié) 電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和損耗 介電常數(shù)、電導(dǎo)率、介質(zhì)損耗角正切、擊穿場(chǎng)強(qiáng)介電常數(shù)、電導(dǎo)率、介質(zhì)損耗角正切、擊穿場(chǎng)強(qiáng) 第二節(jié)第二節(jié) 液體介質(zhì)的擊穿液體介質(zhì)的擊穿 液體介質(zhì)擊穿的概念液體介質(zhì)擊穿的概念 影響液體介質(zhì)擊穿電壓的因素影響液體介質(zhì)擊穿電壓的因素 減少雜質(zhì)影響的辦法減少雜質(zhì)影響的辦法 第三節(jié)第三節(jié) 固體介質(zhì)的擊穿固體介質(zhì)的擊穿 固體介質(zhì)的電擊穿理論固體介質(zhì)的電擊穿理論 固體介質(zhì)的熱擊穿理論固體介質(zhì)的熱擊穿理論 固體介質(zhì)的電化學(xué)擊穿理論固體介質(zhì)的

2、電化學(xué)擊穿理論 第四節(jié)第四節(jié) 組合絕緣的電氣強(qiáng)度組合絕緣的電氣強(qiáng)度 介質(zhì)的組合原則介質(zhì)的組合原則 組合絕緣中電場(chǎng)組合絕緣中電場(chǎng) 絕緣的老化絕緣的老化 2.1 電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和損耗 關(guān)于介質(zhì)極化、電導(dǎo)、損耗關(guān)于介質(zhì)極化、電導(dǎo)、損耗 電場(chǎng)強(qiáng)度遠(yuǎn)小于擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，各類介質(zhì)均有極化、電場(chǎng)強(qiáng)度遠(yuǎn)小于擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，各類介質(zhì)均有極化、 電導(dǎo)和損耗現(xiàn)象。電導(dǎo)和損耗現(xiàn)象。 氣體介質(zhì)很微弱，可忽略。氣體介質(zhì)很微弱，可忽略。 可只考慮液體和固體?？芍豢紤]液體和固體。 電介質(zhì)極化的概念和分類電介質(zhì)極化的概念和分類 電介質(zhì)極化的概念：電介質(zhì)極化的概念： 在電場(chǎng)力作用下，介質(zhì)原子正負(fù)電荷中心沿電場(chǎng)方向產(chǎn)在電場(chǎng)力作用下，介

3、質(zhì)原子正負(fù)電荷中心沿電場(chǎng)方向產(chǎn) 生有限位移的現(xiàn)象。生有限位移的現(xiàn)象。 電介質(zhì)極化的分類：電介質(zhì)極化的分類： 電子式極化電子式極化 離子式極化離子式極化 偶極子式極化偶極子式極化 夾層介質(zhì)界面極化夾層介質(zhì)界面極化 空間電荷極化空間電荷極化 電子式極化電子式極化 原子由帶正電荷的原子核和帶負(fù)電荷原子由帶正電荷的原子核和帶負(fù)電荷 的電子云組成的電子云組成 不存在外電場(chǎng)時(shí)，電子云的中心與原不存在外電場(chǎng)時(shí)，電子云的中心與原 子核重合，感應(yīng)電矩為零子核重合，感應(yīng)電矩為零 電子式位移極化的過(guò)程電子式位移極化的過(guò)程 外加電場(chǎng)時(shí)，電場(chǎng)力將使原子核向電場(chǎng)方外加電場(chǎng)時(shí)，電場(chǎng)力將使原子核向電場(chǎng)方 向位移，電子云向電場(chǎng)

4、反方向位移向位移，電子云向電場(chǎng)反方向位移 當(dāng)電場(chǎng)力與原子核對(duì)電子云的引力平衡時(shí)，當(dāng)電場(chǎng)力與原子核對(duì)電子云的引力平衡時(shí)， 達(dá)到穩(wěn)定達(dá)到穩(wěn)定 外電場(chǎng)消失時(shí)，恢復(fù)正常外電場(chǎng)消失時(shí)，恢復(fù)正常 所有電介質(zhì)內(nèi)均存在電子位移極化所有電介質(zhì)內(nèi)均存在電子位移極化 電子式極化是彈性的，不損耗能量電子式極化是彈性的，不損耗能量 完成時(shí)間極短，完成時(shí)間極短，10-1410-15S，和可見(jiàn)，和可見(jiàn) 光周期接近光周期接近 離子式極化離子式極化 針對(duì)由離子組成的介質(zhì)。針對(duì)由離子組成的介質(zhì)。 沒(méi)有外電場(chǎng)時(shí)，各正負(fù)離子對(duì)構(gòu)成沒(méi)有外電場(chǎng)時(shí)，各正負(fù)離子對(duì)構(gòu)成 的偶極矩彼此抵消，合成電矩為零的偶極矩彼此抵消，合成電矩為零 外電場(chǎng)的作

5、用首先促使離子內(nèi)部產(chǎn)外電場(chǎng)的作用首先促使離子內(nèi)部產(chǎn) 生電子位移極化生電子位移極化 離子式極化過(guò)程離子式極化過(guò)程 外電場(chǎng)作用下，正離子朝電場(chǎng)方向位外電場(chǎng)作用下，正離子朝電場(chǎng)方向位 移、負(fù)離子反向位移移、負(fù)離子反向位移 電場(chǎng)力和離子引力平衡時(shí)穩(wěn)定電場(chǎng)力和離子引力平衡時(shí)穩(wěn)定 形成一定的合成電矩形成一定的合成電矩 有極微量的能量損耗有極微量的能量損耗 完成時(shí)間短，完成時(shí)間短，10-1210-13S，和紅，和紅 外光周期接近外光周期接近 極化率隨溫度升高而增加極化率隨溫度升高而增加 升溫后，離子間距增大，作用力減弱升溫后，離子間距增大，作用力減弱 偶極子式極化偶極子式極化 針對(duì)于針對(duì)于極性電介質(zhì)極性電介

6、質(zhì) 沒(méi)有外加電場(chǎng)時(shí)，分子中的正、負(fù)電荷中心也不重合沒(méi)有外加電場(chǎng)時(shí)，分子中的正、負(fù)電荷中心也不重合 對(duì)于單個(gè)分子而言，具有偶極矩對(duì)于單個(gè)分子而言，具有偶極矩 大量分子不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，宏觀上不呈現(xiàn)合成電矩大量分子不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，宏觀上不呈現(xiàn)合成電矩 偶極子式極化過(guò)程偶極子式極化過(guò)程 外電場(chǎng)作用下，每個(gè)分子的固有偶極矩就轉(zhuǎn)向電場(chǎng)方外電場(chǎng)作用下，每個(gè)分子的固有偶極矩就轉(zhuǎn)向電場(chǎng)方 向，順電場(chǎng)方向作定向排列，呈現(xiàn)宏觀電矩。向，順電場(chǎng)方向作定向排列，呈現(xiàn)宏觀電矩。 受分子熱運(yùn)動(dòng)的干擾，定向排列只能達(dá)到某種程度受分子熱運(yùn)動(dòng)的干擾，定向排列只能達(dá)到某種程度 定向排列的程度，隨場(chǎng)強(qiáng)和溫度變化。定向排列的程度，隨場(chǎng)強(qiáng)和

7、溫度變化。 外電場(chǎng)越強(qiáng)，定向排列越充分，極化越強(qiáng)。外電場(chǎng)越強(qiáng)，定向排列越充分，極化越強(qiáng)。 外電場(chǎng)消失，分子熱運(yùn)動(dòng)使排列重回?zé)o序狀態(tài)外電場(chǎng)消失，分子熱運(yùn)動(dòng)使排列重回?zé)o序狀態(tài) 完成時(shí)間較長(zhǎng)，完成時(shí)間較長(zhǎng)，10-610-2S。 頻率提高時(shí)，轉(zhuǎn)向跟不上電場(chǎng)變化，極化率減小頻率提高時(shí)，轉(zhuǎn)向跟不上電場(chǎng)變化，極化率減小 有能量損耗有能量損耗 空間電荷極化空間電荷極化 電子式、離子式、偶極子式極化的機(jī)理：都是由電子式、離子式、偶極子式極化的機(jī)理：都是由 帶電質(zhì)點(diǎn)的彈性位移或轉(zhuǎn)向形成帶電質(zhì)點(diǎn)的彈性位移或轉(zhuǎn)向形成 空間電荷極化的機(jī)理：由帶電質(zhì)點(diǎn)（電子或正負(fù)空間電荷極化的機(jī)理：由帶電質(zhì)點(diǎn)（電子或正負(fù) 離子）的位移形

8、成的。離子）的位移形成的。 空間電荷極化的過(guò)程：空間電荷極化的過(guò)程： 多數(shù)絕緣結(jié)構(gòu)中，電介質(zhì)往往呈層式結(jié)構(gòu)多數(shù)絕緣結(jié)構(gòu)中，電介質(zhì)往往呈層式結(jié)構(gòu) 電場(chǎng)作用下，帶電質(zhì)點(diǎn)位移時(shí)，可能被晶格缺陷捕獲，電場(chǎng)作用下，帶電質(zhì)點(diǎn)位移時(shí)，可能被晶格缺陷捕獲， 或在兩層介質(zhì)界面上堆積或在兩層介質(zhì)界面上堆積 形成電荷在介質(zhì)空間的新分布，從而產(chǎn)生電矩。形成電荷在介質(zhì)空間的新分布，從而產(chǎn)生電矩。 夾層介質(zhì)界面極化夾層介質(zhì)界面極化 一種典型的空間電荷極化一種典型的空間電荷極化 電荷在夾層界面上的堆積和等值電容增大電荷在夾層界面上的堆積和等值電容增大 電荷的堆積是通過(guò)介質(zhì)電導(dǎo)完成的電荷的堆積是通過(guò)介質(zhì)電導(dǎo)完成的 完成時(shí)間很

9、長(zhǎng)，幾十秒完成時(shí)間很長(zhǎng)，幾十秒幾分鐘。幾分鐘。 只有在低頻下才有意義只有在低頻下才有意義 有能量損耗有能量損耗 介電常數(shù)（介電常數(shù)（1） 真空中的介電常數(shù)真空中的介電常數(shù) E為場(chǎng)強(qiáng)矢量，為場(chǎng)強(qiáng)矢量，V/m D為電位移矢量，即電通量密度矢量，為電位移矢量，即電通量密度矢量，C/m2 介質(zhì)中的介電常數(shù)：介質(zhì)中的介電常數(shù)： 極化電矩產(chǎn)生的反向場(chǎng)強(qiáng)，減弱了合成場(chǎng)強(qiáng)極化電矩產(chǎn)生的反向場(chǎng)強(qiáng)，減弱了合成場(chǎng)強(qiáng)E。 若要保持合成場(chǎng)強(qiáng)若要保持合成場(chǎng)強(qiáng)E不變，則不變，則D值要增加到原來(lái)的值要增加到原來(lái)的 倍倍 為相對(duì)介電常數(shù)：為相對(duì)介電常數(shù)： 特性：與溫度、電源頻率有關(guān)，具體關(guān)系取決于特性：與溫度、電源頻率有關(guān)，具

10、體關(guān)系取決于 極化形式極化形式 )/(10*854. 8 12 0 mF E D 0 E D r r r 介電常數(shù)（介電常數(shù)（2） U U r d A d A UC CU Q QQ 0 0 00 00 r r的物理意義：電極間加入電介質(zhì)后，電極化引起的電容量的物理意義：電極間加入電介質(zhì)后，電極化引起的電容量 比真空時(shí)的電容量加大的倍數(shù)。可用來(lái)表征介質(zhì)極化的強(qiáng)弱。比真空時(shí)的電容量加大的倍數(shù)。可用來(lái)表征介質(zhì)極化的強(qiáng)弱。 綜合反映電介質(zhì)極性特性的一個(gè)物理量綜合反映電介質(zhì)極性特性的一個(gè)物理量 極化極化 類型類型 產(chǎn)生場(chǎng)合產(chǎn)生場(chǎng)合 極化時(shí)極化時(shí) 間間/S 極化原因極化原因能耗能耗 介電常數(shù)和介電常數(shù)和

11、頻率關(guān)系頻率關(guān)系 介電常數(shù)和介電常數(shù)和 溫度關(guān)系溫度關(guān)系 電子式電子式 任何任何 電介質(zhì)電介質(zhì) 10-15 束縛電荷束縛電荷 的位移的位移 無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)不大不大 離子式離子式 離子式結(jié)離子式結(jié) 構(gòu)電介質(zhì)構(gòu)電介質(zhì) 10-13 離子的離子的 相對(duì)偏移相對(duì)偏移 幾乎幾乎 無(wú)無(wú) 無(wú)無(wú) 有有 正溫度系數(shù)正溫度系數(shù) 偶極子偶極子 式式 極性極性 電介質(zhì)電介質(zhì) 10-10 10-2 偶極子的偶極子的 定向排列定向排列 有有 有有 倒倒U型型 很大很大 氣體：負(fù)溫度系數(shù)氣體：負(fù)溫度系數(shù) 液體固體：倒液體固體：倒U型型 夾層介夾層介 質(zhì)界面質(zhì)界面 多層介質(zhì)多層介質(zhì) 交界面交界面 10-1 數(shù)小時(shí)數(shù)小時(shí) 自由電荷自由

12、電荷 的移動(dòng)的移動(dòng) 有有 有有 頻率高時(shí)，頻率高時(shí)， 無(wú)極化無(wú)極化 空間空間 電荷電荷 電極附近電極附近 各種極化類型的比較各種極化類型的比較 常用介質(zhì)的介電常數(shù)常用介質(zhì)的介電常數(shù) 溫度變化對(duì)溫度變化對(duì)r的影響，主要是通過(guò)介質(zhì)體積變化體現(xiàn)的的影響，主要是通過(guò)介質(zhì)體積變化體現(xiàn)的 r和頻率無(wú)關(guān)的相對(duì)性：電源周期和頻率無(wú)關(guān)的相對(duì)性：電源周期極化時(shí)間極化時(shí)間 多層介質(zhì)動(dòng)態(tài)電位分布：先按介電常數(shù)分布，再過(guò)渡到按電導(dǎo)分布多層介質(zhì)動(dòng)態(tài)電位分布：先按介電常數(shù)分布，再過(guò)渡到按電導(dǎo)分布 因此，必須說(shuō)明因此，必須說(shuō)明r對(duì)應(yīng)的極化條件：電源頻率、溫度對(duì)應(yīng)的極化條件：電源頻率、溫度 常用電介質(zhì)的介電常數(shù)值，見(jiàn)常用電介質(zhì)

13、的介電常數(shù)值，見(jiàn)P39表表2-2 環(huán)境條件：環(huán)境條件：20oC，工頻電壓，工頻電壓 氣體氣體r很小，接近于很小，接近于1 液體和固體介質(zhì)的液體和固體介質(zhì)的r大多在大多在26之間之間 介電常數(shù)在工程上的意義介電常數(shù)在工程上的意義 幾種絕緣材料組合使用時(shí)，應(yīng)注意配合，使電場(chǎng)幾種絕緣材料組合使用時(shí)，應(yīng)注意配合，使電場(chǎng) 分布較為合理分布較為合理 對(duì)于直流或低頻交流電壓，最初的電場(chǎng)強(qiáng)度分布與介電對(duì)于直流或低頻交流電壓，最初的電場(chǎng)強(qiáng)度分布與介電 常數(shù)成反比常數(shù)成反比 應(yīng)注意：電場(chǎng)分布還與電導(dǎo)有關(guān)應(yīng)注意：電場(chǎng)分布還與電導(dǎo)有關(guān) 有些絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中希望小有些絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中希望小 如電纜，可減小分布電容電流如電纜

14、，可減小分布電容電流 有些絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中希望大有些絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中希望大 如電容器，可減小體積和重量如電容器，可減小體積和重量 預(yù)防性實(shí)驗(yàn)中，利用材料的極化性質(zhì)有助于判斷預(yù)防性實(shí)驗(yàn)中，利用材料的極化性質(zhì)有助于判斷 電氣設(shè)備的絕緣狀態(tài)。電氣設(shè)備的絕緣狀態(tài)。 電介質(zhì)的電導(dǎo)電介質(zhì)的電導(dǎo) 電介質(zhì)電導(dǎo)的分類：離子電導(dǎo)和電子電導(dǎo)電介質(zhì)電導(dǎo)的分類：離子電導(dǎo)和電子電導(dǎo) 離子電導(dǎo)：電介質(zhì)在電場(chǎng)或外界因素影響下（紫外線輻離子電導(dǎo)：電介質(zhì)在電場(chǎng)或外界因素影響下（紫外線輻 射）本身產(chǎn)生電離，正負(fù)離子沿電場(chǎng)方向移動(dòng)，形成電射）本身產(chǎn)生電離，正負(fù)離子沿電場(chǎng)方向移動(dòng)，形成電 導(dǎo)電流導(dǎo)電流即離子電導(dǎo)。即離子電導(dǎo)。 電子電導(dǎo)：在

15、高電場(chǎng)作用下，離子與電介質(zhì)分子碰撞電電子電導(dǎo)：在高電場(chǎng)作用下，離子與電介質(zhì)分子碰撞電 離激發(fā)出來(lái)自由電子，電子在電場(chǎng)作用下移動(dòng)形成電子離激發(fā)出來(lái)自由電子，電子在電場(chǎng)作用下移動(dòng)形成電子 電導(dǎo)電流電導(dǎo)電流即電子電導(dǎo)。即電子電導(dǎo)。 當(dāng)電子電導(dǎo)電流出現(xiàn)時(shí)當(dāng)電子電導(dǎo)電流出現(xiàn)時(shí)電介質(zhì)已被擊穿。電介質(zhì)已被擊穿。 原因？原因？ 電介質(zhì)的電導(dǎo)一般指離子電導(dǎo)。電介質(zhì)的電導(dǎo)一般指離子電導(dǎo)。 液體介質(zhì)的電導(dǎo)（液體介質(zhì)的電導(dǎo)（1） 按電離程度，可分為中按電離程度，可分為中 性、弱極性、強(qiáng)極性。性、弱極性、強(qiáng)極性。 中性和弱極性介質(zhì)，分中性和弱極性介質(zhì)，分 子電離度小，電導(dǎo)率小子電離度小，電導(dǎo)率小 工程上常用的有：變壓器

16、工程上常用的有：變壓器 油、漆、樹(shù)脂等油、漆、樹(shù)脂等 純凈狀況下，電導(dǎo)率很小純凈狀況下，電導(dǎo)率很小 工程用液體中難免有雜質(zhì)，工程用液體中難免有雜質(zhì)， 則電導(dǎo)率增加。則電導(dǎo)率增加。 強(qiáng)極性介質(zhì)，則分子電強(qiáng)極性介質(zhì)，則分子電 離度大，電導(dǎo)率大離度大，電導(dǎo)率大 水、醇類（乙醇）等，一水、醇類（乙醇）等，一 般不能用作絕緣材料般不能用作絕緣材料 常用液體介質(zhì)的電導(dǎo)率常用液體介質(zhì)的電導(dǎo)率 液體介質(zhì)的電導(dǎo)（液體介質(zhì)的電導(dǎo)（2） 液體介質(zhì)電導(dǎo)率液體介質(zhì)電導(dǎo)率 與溫度與溫度T的關(guān)系為：的關(guān)系為： A 為與介質(zhì)有關(guān)的常數(shù)；為與介質(zhì)有關(guān)的常數(shù)； 為導(dǎo)電率的活性化能量為導(dǎo)電率的活性化能量 對(duì)礦物油、硅油等對(duì)礦物油、

17、硅油等0.41eV K 為玻爾茲曼常數(shù)為玻爾茲曼常數(shù) 溫度越高，電導(dǎo)率越大溫度越高，電導(dǎo)率越大 推論：測(cè)量電介質(zhì)電導(dǎo)或絕緣電阻時(shí)，必須記錄推論：測(cè)量電介質(zhì)電導(dǎo)或絕緣電阻時(shí)，必須記錄 環(huán)境溫度，以便分析、比較環(huán)境溫度，以便分析、比較 kT Ae / 固體介質(zhì)的電導(dǎo)固體介質(zhì)的電導(dǎo) 固體電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系和液體相同固體電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系和液體相同 固體電導(dǎo)電流密度固體電導(dǎo)電流密度J與電場(chǎng)強(qiáng)度與電場(chǎng)強(qiáng)度E的關(guān)系的關(guān)系 圖中圖中I，II區(qū)為離子電導(dǎo)區(qū)。區(qū)為離子電導(dǎo)區(qū)。 I區(qū)中成線性，區(qū)中成線性，II區(qū)中成指數(shù)關(guān)系區(qū)中成指數(shù)關(guān)系 很大程度上取決于介質(zhì)中所含雜質(zhì)離子很大程度上取決于介質(zhì)中所含雜質(zhì)離子 對(duì)中性

18、和弱極性介質(zhì)，雜質(zhì)離子起主要作用對(duì)中性和弱極性介質(zhì)，雜質(zhì)離子起主要作用 III區(qū)為電子電導(dǎo)，區(qū)為電子電導(dǎo)，J-E指數(shù)關(guān)系：指數(shù)關(guān)系： I II III E J 機(jī)理：機(jī)理：E更高，碰撞電離、陰極發(fā)射產(chǎn)生大量自由電子更高，碰撞電離、陰極發(fā)射產(chǎn)生大量自由電子 固體介質(zhì)的表面電導(dǎo)：取決于表面吸附電雜質(zhì)（水、污染固體介質(zhì)的表面電導(dǎo)：取決于表面吸附電雜質(zhì)（水、污染 物等）的能力和分布狀態(tài)物等）的能力和分布狀態(tài) 對(duì)應(yīng)概念：體積電導(dǎo)對(duì)應(yīng)概念：體積電導(dǎo) 有時(shí)，表面電導(dǎo)遠(yuǎn)大于體積電導(dǎo)：表面的雜質(zhì)膜電導(dǎo)很大有時(shí)，表面電導(dǎo)遠(yuǎn)大于體積電導(dǎo)：表面的雜質(zhì)膜電導(dǎo)很大 推論：測(cè)量泄漏電流和絕緣電阻時(shí)，須排除表面電導(dǎo)影響推論：

19、測(cè)量泄漏電流和絕緣電阻時(shí)，須排除表面電導(dǎo)影響 介質(zhì)電導(dǎo)在工程上的意義介質(zhì)電導(dǎo)在工程上的意義 多層介質(zhì)中，需注意其絕緣配合，使電場(chǎng)分布合多層介質(zhì)中，需注意其絕緣配合，使電場(chǎng)分布合 理理 電壓的穩(wěn)態(tài)分布與電導(dǎo)成反比電壓的穩(wěn)態(tài)分布與電導(dǎo)成反比 暫態(tài)過(guò)程與介電常數(shù)有關(guān)暫態(tài)過(guò)程與介電常數(shù)有關(guān) 對(duì)于能量小的電源，要減少表面電導(dǎo)（表面泄漏）對(duì)于能量小的電源，要減少表面電導(dǎo)（表面泄漏） 保證高電壓，保證高電壓， 如靜電發(fā)生器如靜電發(fā)生器 有些情況下需要增大電導(dǎo)，改善電場(chǎng)、消除電暈有些情況下需要增大電導(dǎo)，改善電場(chǎng)、消除電暈 如高壓套管法蘭附近涂半導(dǎo)體釉，如高壓套管法蘭附近涂半導(dǎo)體釉， 預(yù)防性試驗(yàn)中，測(cè)試介質(zhì)的絕

20、緣電阻（電導(dǎo)）、預(yù)防性試驗(yàn)中，測(cè)試介質(zhì)的絕緣電阻（電導(dǎo)）、 泄漏電流，以判斷絕緣是否受潮或劣化泄漏電流，以判斷絕緣是否受潮或劣化 電介質(zhì)的損耗電介質(zhì)的損耗 電介質(zhì)的損耗包括：電導(dǎo)損耗、極化損耗。電介質(zhì)的損耗包括：電導(dǎo)損耗、極化損耗。 電導(dǎo)損耗：直流電壓、交流電壓均存在電導(dǎo)損耗：直流電壓、交流電壓均存在 極化損耗：由有損極化引起，極化損耗：由有損極化引起， 如極性介質(zhì)中周期性的偶極子極化、夾層極化如極性介質(zhì)中周期性的偶極子極化、夾層極化 僅交流電壓存在。僅交流電壓存在。 施加直流電壓：僅有電導(dǎo)損耗施加直流電壓：僅有電導(dǎo)損耗 可用體積電導(dǎo)率和表面電導(dǎo)率描述可用體積電導(dǎo)率和表面電導(dǎo)率描述 施加交流電

21、壓：電導(dǎo)損耗和極化損耗同時(shí)存在。施加交流電壓：電導(dǎo)損耗和極化損耗同時(shí)存在。 直流電壓直流電壓交流電壓交流電壓 極化損耗極化損耗 電導(dǎo)損耗電導(dǎo)損耗 電介質(zhì)損耗的測(cè)量電介質(zhì)損耗的測(cè)量 測(cè)量電路和交流電流的相量圖測(cè)量電路和交流電流的相量圖 介質(zhì)損耗公式：介質(zhì)損耗公式： 介質(zhì)損耗介質(zhì)損耗P不適合作為評(píng)價(jià)介質(zhì)品不適合作為評(píng)價(jià)介質(zhì)品 質(zhì)好壞的標(biāo)準(zhǔn)。質(zhì)好壞的標(biāo)準(zhǔn)。 P和電壓和電壓U、頻率，以及試品電容量、頻率，以及試品電容量 （除試品品質(zhì)，還取決于結(jié)構(gòu)）有關(guān)（除試品品質(zhì)，還取決于結(jié)構(gòu)）有關(guān) 而介質(zhì)損耗角的正切而介質(zhì)損耗角的正切 ，適合，適合 僅取決于材料的損耗特性，與電壓僅取決于材料的損耗特性，與電壓U、

22、頻率，以及試品電容量等外因無(wú)關(guān)頻率，以及試品電容量等外因無(wú)關(guān) tgCUtgUI UIUIP PC R 2 cos ：頻率：介質(zhì)損耗角；功率因素角；: tg 介質(zhì)損耗的等值電路（介質(zhì)損耗的等值電路（1） 三個(gè)并聯(lián)支路等值電路三個(gè)并聯(lián)支路等值電路 C1代表無(wú)損極化代表無(wú)損極化 C2-R2代表有損極化代表有損極化 R3代表電導(dǎo)損耗代表電導(dǎo)損耗 適用三個(gè)因素均有作用，或損耗主要由電導(dǎo)引起的場(chǎng)適用三個(gè)因素均有作用，或損耗主要由電導(dǎo)引起的場(chǎng) 合合 交流電壓時(shí)電壓和電流相量如圖施交流電壓時(shí)電壓和電流相量如圖施 介質(zhì)損耗的等值電路（介質(zhì)損耗的等值電路（2） 三個(gè)并聯(lián)支路等值電路（續(xù)）三個(gè)并聯(lián)支路等值電路（續(xù)）

23、 加直流電壓時(shí)，加直流電壓時(shí)， C1中的中的電容電流電容電流迅速衰減為迅速衰減為0； C2-R2中的中的吸收電流吸收電流衰減較慢；衰減較慢； R3中的中的傳導(dǎo)電流傳導(dǎo)電流恒流。恒流。 氣體介質(zhì)的損耗氣體介質(zhì)的損耗 電場(chǎng)較小、未發(fā)生碰撞電離時(shí)，僅存電場(chǎng)較小、未發(fā)生碰撞電離時(shí)，僅存 在很小的電導(dǎo)損耗在很小的電導(dǎo)損耗 常用氣體作為標(biāo)準(zhǔn)電容器的介質(zhì)常用氣體作為標(biāo)準(zhǔn)電容器的介質(zhì) 空氣，空氣，N2，CO2，SF6等等 電場(chǎng)超過(guò)放電起始電場(chǎng)后，發(fā)生局部電場(chǎng)超過(guò)放電起始電場(chǎng)后，發(fā)生局部 放電，損耗急劇增加放電，損耗急劇增加 一般發(fā)生在固體、液體介質(zhì)中有氣泡的一般發(fā)生在固體、液體介質(zhì)中有氣泡的 場(chǎng)合場(chǎng)合 固體、

24、液體介電常數(shù)大于氣體，氣體電固體、液體介電常數(shù)大于氣體，氣體電 場(chǎng)高導(dǎo)致局部放電場(chǎng)高導(dǎo)致局部放電 電暈放電位于棒極附近，氣泡局放可能電暈放電位于棒極附近，氣泡局放可能 遠(yuǎn)離電極遠(yuǎn)離電極 8 10 tg E0 tg O E 液體介質(zhì)的損耗液體介質(zhì)的損耗 中性、弱極性液體介質(zhì)：中性、弱極性液體介質(zhì)： 主要是電導(dǎo)損耗主要是電導(dǎo)損耗 損耗較小損耗較小 損耗和溫度關(guān)系和電導(dǎo)相似損耗和溫度關(guān)系和電導(dǎo)相似 損耗和頻率無(wú)關(guān)損耗和頻率無(wú)關(guān) 強(qiáng)極性液體介質(zhì)：電導(dǎo)損強(qiáng)極性液體介質(zhì)：電導(dǎo)損 耗耗+極化損耗極化損耗 損耗較大損耗較大 和溫度、電源頻率關(guān)系復(fù)雜和溫度、電源頻率關(guān)系復(fù)雜 （非線性、非單調(diào)）（非線性、非單調(diào)）

25、 電導(dǎo)損耗隨溫度升高而增加電導(dǎo)損耗隨溫度升高而增加 極化損耗隨溫度升高先增加極化損耗隨溫度升高先增加 再減小再減小 kT Ae / 固體介質(zhì)的損耗固體介質(zhì)的損耗 （1） 固體介質(zhì)的分類：有機(jī)絕緣材料（極性、非極性）、無(wú)機(jī)固體介質(zhì)的分類：有機(jī)絕緣材料（極性、非極性）、無(wú)機(jī) 絕緣材料絕緣材料 極性有機(jī)固體介質(zhì)：極性有機(jī)固體介質(zhì)： tg與溫度、頻率的關(guān)系和極性液體與溫度、頻率的關(guān)系和極性液體 介質(zhì)相似。介質(zhì)相似。 如：聚氯乙烯、纖維素等，從如：聚氯乙烯、纖維素等，從0.1%1.0%或更大或更大 非極性有機(jī)固體介質(zhì)：損耗主要為電導(dǎo)損耗。非極性有機(jī)固體介質(zhì)：損耗主要為電導(dǎo)損耗。 如聚乙烯（如聚乙烯（ 0

26、.01%0.02% ）、聚苯乙烯）、聚苯乙烯 無(wú)極性雜質(zhì)時(shí)，極化只有電子式，無(wú)損耗無(wú)極性雜質(zhì)時(shí)，極化只有電子式，無(wú)損耗 tg與溫度關(guān)系由電導(dǎo)決定，和頻率無(wú)關(guān)與溫度關(guān)系由電導(dǎo)決定，和頻率無(wú)關(guān) 無(wú)機(jī)絕緣材料：云母、陶瓷、玻璃，均為離子式結(jié)構(gòu)無(wú)機(jī)絕緣材料：云母、陶瓷、玻璃，均為離子式結(jié)構(gòu) 云母不含雜質(zhì)時(shí)，沒(méi)有明顯極化過(guò)程，主要為電導(dǎo)損耗，在高溫下云母不含雜質(zhì)時(shí)，沒(méi)有明顯極化過(guò)程，主要為電導(dǎo)損耗，在高溫下 也很低也很低 電工陶瓷：電導(dǎo)損耗電工陶瓷：電導(dǎo)損耗+極化損耗，常溫下電導(dǎo)率很小極化損耗，常溫下電導(dǎo)率很小 玻璃：電導(dǎo)損耗玻璃：電導(dǎo)損耗+極化損耗，極化損耗， tg 和成分有關(guān)和成分有關(guān) kT Ae

27、/ 固體介質(zhì)的損耗固體介質(zhì)的損耗 （2） 常用液體和固體電介質(zhì)的 值 tg 2.2 液體介質(zhì)的擊穿 礦物絕緣油礦物絕緣油-最常用的液體介質(zhì)最常用的液體介質(zhì) 最常用的液體介質(zhì)：礦物絕緣油礦物絕緣油 作用： 變壓器油變壓器油 礦物絕緣油礦物絕緣油 電纜油電纜油 電容器油電容器油 冷卻媒質(zhì)（變壓器中）冷卻媒質(zhì)（變壓器中） 絕緣媒質(zhì)絕緣媒質(zhì)+ 滅弧（油斷路器中）滅弧（油斷路器中） 貯能（電容器中）貯能（電容器中） 液體介質(zhì)擊穿的概念液體介質(zhì)擊穿的概念 (1) 液體擊穿的因素：液體擊穿的因素： 外部因素：電壓類型、持續(xù)時(shí)間、幅值，電極形狀、材料、表面特性外部因素：電壓類型、持續(xù)時(shí)間、幅值，電極形狀、材料

28、、表面特性 內(nèi)部因素：油中的水、氣、其它雜質(zhì)的含量?jī)?nèi)部因素：油中的水、氣、其它雜質(zhì)的含量 油的擊穿，實(shí)質(zhì)上是雜質(zhì)的擊穿油的擊穿，實(shí)質(zhì)上是雜質(zhì)的擊穿。 缺乏統(tǒng)一的擊穿機(jī)理?？砂茨骋蛩卣贾鲗?dǎo)或誘導(dǎo)地位進(jìn)行分類分析缺乏統(tǒng)一的擊穿機(jī)理?？砂茨骋蛩卣贾鲗?dǎo)或誘導(dǎo)地位進(jìn)行分類分析 被掩蓋的氣體放電被掩蓋的氣體放電 液體分子間存在液體分子間存在“空穴空穴” 油中易揮發(fā)的成分（自身蒸氣）油中易揮發(fā)的成分（自身蒸氣）+溶于油中外來(lái)氣體溶于油中外來(lái)氣體+碰撞分解物空穴（氣碰撞分解物空穴（氣 穴）穴） 油分解和碰撞電離油分解和碰撞電離離子濃度上升離子濃度上升離子電導(dǎo)電流上升離子電導(dǎo)電流上升發(fā)熱發(fā)熱形成形成 氣泡氣泡

29、氣泡電場(chǎng)強(qiáng)度大氣泡電場(chǎng)強(qiáng)度大氣泡電離氣泡電離電導(dǎo)率電導(dǎo)率電場(chǎng)分布畸變電場(chǎng)分布畸變 氣泡電子崩氣泡電子崩崩頭場(chǎng)強(qiáng)大崩頭場(chǎng)強(qiáng)大電、熱作用下使油隙擊穿電、熱作用下使油隙擊穿 本質(zhì)：本質(zhì)：油中氣泡誘發(fā)，油中氣泡誘發(fā)，液體自身很難直接電離擊穿液體自身很難直接電離擊穿 液體介質(zhì)擊穿的概念液體介質(zhì)擊穿的概念 (2) 纖維橋接擊穿纖維橋接擊穿 絕緣液體事先經(jīng)過(guò)過(guò)濾、干燥和脫氣處理絕緣液體事先經(jīng)過(guò)過(guò)濾、干燥和脫氣處理 運(yùn)行中，設(shè)備分離出固體雜質(zhì)（纖維或其它不溶物），運(yùn)行中，設(shè)備分離出固體雜質(zhì)（纖維或其它不溶物）， 或水分進(jìn)入或水分進(jìn)入 纖維受潮，介電常數(shù)纖維受潮，介電常數(shù)，發(fā)生極化，游動(dòng)到，發(fā)生極化，游動(dòng)到E較

30、高區(qū)域較高區(qū)域 纖維相互連接纖維相互連接達(dá)成導(dǎo)電橋達(dá)成導(dǎo)電橋 纖維橋?qū)щ娐矢呃w維橋?qū)щ娐矢甙l(fā)熱較大發(fā)熱較大附近的潮氣或液體蒸發(fā)附近的潮氣或液體蒸發(fā) 氣泡氣泡 氣泡擊穿氣泡擊穿電離增強(qiáng)電離增強(qiáng)最終出現(xiàn)被掩蓋的氣體放電最終出現(xiàn)被掩蓋的氣體放電 本質(zhì)：本質(zhì)：纖維橋發(fā)熱誘發(fā)被掩蓋的氣體放電纖維橋發(fā)熱誘發(fā)被掩蓋的氣體放電，再誘發(fā)液體，再誘發(fā)液體 擊穿擊穿 纖維橋接擊穿、被掩蓋的氣體放電兩者的關(guān)系是什纖維橋接擊穿、被掩蓋的氣體放電兩者的關(guān)系是什 么？么？ 影響液體介質(zhì)擊穿電壓的因素影響液體介質(zhì)擊穿電壓的因素 (1) 液體電氣強(qiáng)度不是材料常數(shù)。液體電氣強(qiáng)度不是材料常數(shù)。 影響液體介質(zhì)電氣強(qiáng)度的因素：影響液體

31、介質(zhì)電氣強(qiáng)度的因素： 外部因素：外部因素： 電壓類型、持續(xù)時(shí)間、幅值，電極形狀電壓類型、持續(xù)時(shí)間、幅值，電極形狀 液體自身因素：液體自身因素： 油中的水、氣、其它雜質(zhì)的含量，油體積，溫度油中的水、氣、其它雜質(zhì)的含量，油體積，溫度 工程中檢驗(yàn)油的質(zhì)量最重要的方法：用標(biāo)準(zhǔn)油杯測(cè)量油的工工程中檢驗(yàn)油的質(zhì)量最重要的方法：用標(biāo)準(zhǔn)油杯測(cè)量油的工 頻擊穿電壓頻擊穿電壓 標(biāo)準(zhǔn)油杯標(biāo)準(zhǔn)油杯： 影響液體介質(zhì)擊穿電壓的因素影響液體介質(zhì)擊穿電壓的因素 (2) 電壓形式的影響電壓形式的影響 油的沖擊擊穿場(chǎng)強(qiáng)比空氣高的多：油的沖擊擊穿場(chǎng)強(qiáng)比空氣高的多： 被掩蓋的氣體放電和纖維橋擊穿所被掩蓋的氣體放電和纖維橋擊穿所 需時(shí)間

32、長(zhǎng)需時(shí)間長(zhǎng) 電壓作用時(shí)間增加，則擊穿電壓電壓作用時(shí)間增加，則擊穿電壓 下降：下降： 促進(jìn)擊穿的各種條件同時(shí)出現(xiàn)的概促進(jìn)擊穿的各種條件同時(shí)出現(xiàn)的概 率增加率增加 升壓速度越大，擊穿電壓也越大：升壓速度越大，擊穿電壓也越大： 沖擊擊穿電壓顯著高于工頻擊穿電沖擊擊穿電壓顯著高于工頻擊穿電 壓壓 沖擊系數(shù)大于空氣間隙沖擊系數(shù)大于空氣間隙 影響液體介質(zhì)擊穿電壓的因素影響液體介質(zhì)擊穿電壓的因素 (3) 溫度、含水量、含氣量的影響溫度、含水量、含氣量的影響 油的擊穿電壓與溫度的關(guān)系復(fù)雜，和含水量、含氣量有很大關(guān)系油的擊穿電壓與溫度的關(guān)系復(fù)雜，和含水量、含氣量有很大關(guān)系 從工程應(yīng)用角度，主要考慮溫度、含水量二

33、者共同影響，以及含汽從工程應(yīng)用角度，主要考慮溫度、含水量二者共同影響，以及含汽 量的影響量的影響 油的相對(duì)濕度油的相對(duì)濕度Wrel：實(shí)際含水量與該溫度下的飽和濃度之比。：實(shí)際含水量與該溫度下的飽和濃度之比。 相對(duì)濕度增加，擊穿場(chǎng)強(qiáng)下降。相對(duì)濕度增加，擊穿場(chǎng)強(qiáng)下降。Wrel100%后，擊穿場(chǎng)強(qiáng)不再改變后，擊穿場(chǎng)強(qiáng)不再改變 影響液體介質(zhì)擊穿電壓的因素影響液體介質(zhì)擊穿電壓的因素 (4) 溫度、含水量、含氣量的影響（續(xù)）溫度、含水量、含氣量的影響（續(xù)） 與含水量、溫度關(guān)系：與含水量、溫度關(guān)系： 含水量較低時(shí)，擊穿場(chǎng)強(qiáng)與溫度無(wú)關(guān)含水量較低時(shí)，擊穿場(chǎng)強(qiáng)與溫度無(wú)關(guān) 含水量較高時(shí)，擊穿場(chǎng)強(qiáng)隨溫度上升而含水量較

34、高時(shí)，擊穿場(chǎng)強(qiáng)隨溫度上升而 提高提高 上述規(guī)律是表面現(xiàn)象。上述規(guī)律是表面現(xiàn)象。 本質(zhì)原因是：絕對(duì)含水量不變時(shí)，隨溫本質(zhì)原因是：絕對(duì)含水量不變時(shí)，隨溫 度升高，度升高，相對(duì)濕度下降相對(duì)濕度下降。 與含氣量的關(guān)系：與含氣量的關(guān)系： 氣體呈溶解狀態(tài)時(shí)，擊穿場(chǎng)強(qiáng)與含氣量氣體呈溶解狀態(tài)時(shí)，擊穿場(chǎng)強(qiáng)與含氣量 無(wú)關(guān)：此時(shí)無(wú)氣泡無(wú)關(guān)：此時(shí)無(wú)氣泡 超過(guò)溶解狀態(tài)，有氣泡存在，則氣泡中超過(guò)溶解狀態(tài)，有氣泡存在，則氣泡中 的局部放電導(dǎo)致?lián)舸﹫?chǎng)強(qiáng)顯著下降的局部放電導(dǎo)致?lián)舸﹫?chǎng)強(qiáng)顯著下降 注意：相對(duì)含水和含氣量，與擊穿場(chǎng)強(qiáng)注意：相對(duì)含水和含氣量，與擊穿場(chǎng)強(qiáng) 變化是不同的。變化是不同的。 影響液體介質(zhì)擊穿電壓的因素影響液體介

35、質(zhì)擊穿電壓的因素 (5) 雜質(zhì)的影響：雜質(zhì)的影響： 除水外，含其他雜質(zhì)時(shí)，擊穿場(chǎng)強(qiáng)下降程度因雜質(zhì)的種類和數(shù)量除水外，含其他雜質(zhì)時(shí)，擊穿場(chǎng)強(qiáng)下降程度因雜質(zhì)的種類和數(shù)量 而異而異 纖維含量對(duì)擊穿場(chǎng)強(qiáng)影響很大：極性介質(zhì)、易吸潮、易形成電橋纖維含量對(duì)擊穿場(chǎng)強(qiáng)影響很大：極性介質(zhì)、易吸潮、易形成電橋 碳粒對(duì)油的擊穿場(chǎng)強(qiáng)影響不大碳粒對(duì)油的擊穿場(chǎng)強(qiáng)影響不大 影響液體介質(zhì)擊穿電壓的因素影響液體介質(zhì)擊穿電壓的因素 (6) 油量的影響：油量的影響： 隨油隙距離的增加，擊穿電壓也增加，但非直線關(guān)系。同時(shí)擊穿場(chǎng)隨油隙距離的增加，擊穿電壓也增加，但非直線關(guān)系。同時(shí)擊穿場(chǎng) 強(qiáng)下降。強(qiáng)下降。 與氣體性質(zhì)類似與氣體性質(zhì)類似 其

36、他條件不變，油量增加，擊穿場(chǎng)強(qiáng)下降其他條件不變，油量增加，擊穿場(chǎng)強(qiáng)下降 油中雜質(zhì)出現(xiàn)的概率隨油量增大。油中雜質(zhì)出現(xiàn)的概率隨油量增大。 推論：不能將對(duì)小體積油的測(cè)試結(jié)果，直接用于高壓電氣設(shè)備絕緣推論：不能將對(duì)小體積油的測(cè)試結(jié)果，直接用于高壓電氣設(shè)備絕緣 的設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)中 減少雜質(zhì)影響的方法減少雜質(zhì)影響的方法 油的擊穿主要是雜質(zhì)的擊穿：油的擊穿主要是雜質(zhì)的擊穿：1）提高油的品質(zhì)、減少雜質(zhì)；）提高油的品質(zhì)、減少雜質(zhì)； 2）減小雜質(zhì)的影響）減小雜質(zhì)的影響 提高油品質(zhì)的方法：提高油品質(zhì)的方法： 過(guò)濾：用硅膠等吸附劑，阻隔纖維等固態(tài)雜物，吸收水分等液態(tài)雜質(zhì)過(guò)濾：用硅膠等吸附劑，阻隔纖維等固態(tài)雜物，吸收水分

37、等液態(tài)雜質(zhì) 防潮：烘干，必要時(shí)采用真空干燥法，設(shè)備入口放干燥劑等防潮：烘干，必要時(shí)采用真空干燥法，設(shè)備入口放干燥劑等 祛氣：真空注抽法祛氣：真空注抽法 采用采用“油油-屏障屏障”式絕緣式絕緣 覆蓋層：用電纜紙等材料覆蓋小曲率半徑電極，限制泄漏電流、阻止覆蓋層：用電纜紙等材料覆蓋小曲率半徑電極，限制泄漏電流、阻止 纖維小橋發(fā)展纖維小橋發(fā)展 不能承擔(dān)絕緣作用，僅阻隔電子和雜質(zhì)移動(dòng)不能承擔(dān)絕緣作用，僅阻隔電子和雜質(zhì)移動(dòng) 絕緣層：覆蓋層厚度增大時(shí)，除阻隔電子和雜物移動(dòng)，能分擔(dān)一定電絕緣層：覆蓋層厚度增大時(shí)，除阻隔電子和雜物移動(dòng)，能分擔(dān)一定電 壓、降低電極表面場(chǎng)強(qiáng)壓、降低電極表面場(chǎng)強(qiáng) 隔板屏障：既能阻止

38、纖維小橋形成，又能改善電場(chǎng)均勻度隔板屏障：既能阻止纖維小橋形成，又能改善電場(chǎng)均勻度 與氣體間隙中的屏障作用相似與氣體間隙中的屏障作用相似 2.3 固體介質(zhì)的擊穿 固體介質(zhì)擊穿的特點(diǎn)固體介質(zhì)擊穿的特點(diǎn) E固體E液體E氣體。 固體介質(zhì)擊穿的特點(diǎn)：固體介質(zhì)擊穿的特點(diǎn)： 擊穿場(chǎng)強(qiáng)與電壓作用的時(shí)間有很擊穿場(chǎng)強(qiáng)與電壓作用的時(shí)間有很 大的關(guān)系，時(shí)間越長(zhǎng)、擊穿場(chǎng)強(qiáng)大的關(guān)系，時(shí)間越長(zhǎng)、擊穿場(chǎng)強(qiáng) 越低越低 根據(jù)電壓作用時(shí)間，擊穿分為：根據(jù)電壓作用時(shí)間，擊穿分為： 電擊穿、熱擊穿、電化學(xué)擊穿電擊穿、熱擊穿、電化學(xué)擊穿 外因：電場(chǎng)均勻度、溫度外因：電場(chǎng)均勻度、溫度 內(nèi)因：介質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)、幾何形內(nèi)因：介質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)、幾

39、何形 狀狀 擊穿場(chǎng)強(qiáng)不是絕緣的材料常數(shù)擊穿場(chǎng)強(qiáng)不是絕緣的材料常數(shù) 和材料本身性質(zhì)不完全固定和材料本身性質(zhì)不完全固定 固體材料擊穿的最大不同：永久性破壞，不能自恢復(fù)固體材料擊穿的最大不同：永久性破壞，不能自恢復(fù) 氣體可自恢復(fù)氣體可自恢復(fù) 液體的特點(diǎn)？液體的特點(diǎn)？ 固體介質(zhì)的電擊穿理論固體介質(zhì)的電擊穿理論 電擊穿理論：從不同角度可歸納為三種理論：電擊穿理論：從不同角度可歸納為三種理論： 純電擊穿：存在自由電子純電擊穿：存在自由電子-電場(chǎng)下得到加速電場(chǎng)下得到加速-碰撞電離碰撞電離-電子崩電子崩-正正 離子增強(qiáng)電場(chǎng)離子增強(qiáng)電場(chǎng)-碰撞電離增強(qiáng)碰撞電離增強(qiáng) 與氣體放電的湯遜理論相似與氣體放電的湯遜理論相似

40、 集體電子擊穿理論：電子的激發(fā)，機(jī)理不做要求集體電子擊穿理論：電子的激發(fā)，機(jī)理不做要求 空間電荷擊穿理論：空間電荷聚集、作用增強(qiáng)，詳細(xì)機(jī)理不做要求空間電荷擊穿理論：空間電荷聚集、作用增強(qiáng)，詳細(xì)機(jī)理不做要求 如果固體電導(dǎo)很小、有良好散熱、內(nèi)部不存在局部放電條件如果固體電導(dǎo)很小、有良好散熱、內(nèi)部不存在局部放電條件 下，通常為電擊穿。下，通常為電擊穿。 擊穿場(chǎng)強(qiáng)可達(dá)擊穿場(chǎng)強(qiáng)可達(dá)105106kV/m，而熱擊穿場(chǎng)強(qiáng)一般為，而熱擊穿場(chǎng)強(qiáng)一般為103104kV/m，相，相 差兩個(gè)數(shù)量級(jí)差兩個(gè)數(shù)量級(jí) 電擊穿特征：電擊穿特征： 和環(huán)境溫度無(wú)關(guān)和環(huán)境溫度無(wú)關(guān) 與電壓作用時(shí)間無(wú)關(guān)（除時(shí)間很短的情況外）與電壓作用時(shí)間

41、無(wú)關(guān)（除時(shí)間很短的情況外） 發(fā)熱不顯著發(fā)熱不顯著 電場(chǎng)均勻度對(duì)擊穿電壓有顯著影響電場(chǎng)均勻度對(duì)擊穿電壓有顯著影響 固體介質(zhì)的熱擊穿理論（固體介質(zhì)的熱擊穿理論（1） 熱擊穿理論：介質(zhì)內(nèi)熱不穩(wěn)熱擊穿理論：介質(zhì)內(nèi)熱不穩(wěn) 定造成的。定造成的。 過(guò)程：過(guò)程： 電導(dǎo)和極化損耗使介質(zhì)發(fā)熱電導(dǎo)和極化損耗使介質(zhì)發(fā)熱- 電導(dǎo)率隨溫度增加，發(fā)熱增加，電導(dǎo)率隨溫度增加，發(fā)熱增加， 同時(shí)散熱也增加同時(shí)散熱也增加- 發(fā)熱超過(guò)散熱，溫度繼續(xù)升高發(fā)熱超過(guò)散熱，溫度繼續(xù)升高- 材料熱破壞材料熱破壞 發(fā)熱與散熱的關(guān)系發(fā)熱與散熱的關(guān)系 發(fā)熱曲線與散熱曲線兩個(gè)交叉發(fā)熱曲線與散熱曲線兩個(gè)交叉 點(diǎn)，第一個(gè)是穩(wěn)定平衡態(tài)，第點(diǎn)，第一個(gè)是穩(wěn)定平

42、衡態(tài)，第 二個(gè)是不穩(wěn)定平衡二個(gè)是不穩(wěn)定平衡 問(wèn)題：兩個(gè)狀態(tài)的平衡過(guò)程問(wèn)題：兩個(gè)狀態(tài)的平衡過(guò)程 一個(gè)交叉點(diǎn)為不穩(wěn)定平衡態(tài)，一個(gè)交叉點(diǎn)為不穩(wěn)定平衡態(tài)， 無(wú)交叉點(diǎn)，肯定熱擊穿無(wú)交叉點(diǎn)，肯定熱擊穿 kT Ae / 固體介質(zhì)的熱擊穿理論（固體介質(zhì)的熱擊穿理論（2） 設(shè)計(jì)時(shí)，必須使發(fā)熱和散熱有正設(shè)計(jì)時(shí)，必須使發(fā)熱和散熱有正 確的匹配：確的匹配： 有兩個(gè)交叉點(diǎn)，且兩個(gè)溫度差應(yīng)足有兩個(gè)交叉點(diǎn)，且兩個(gè)溫度差應(yīng)足 夠大夠大 改善散熱，使散熱曲線斜率增加改善散熱，使散熱曲線斜率增加 降低發(fā)熱，減小電壓降低發(fā)熱，減小電壓 熱擊穿特點(diǎn)：所需時(shí)間較長(zhǎng)，數(shù)熱擊穿特點(diǎn)：所需時(shí)間較長(zhǎng)，數(shù) 分鐘分鐘數(shù)小時(shí)數(shù)小時(shí) 注意：絕緣試驗(yàn)中

43、工頻注意：絕緣試驗(yàn)中工頻1分鐘耐壓分鐘耐壓 試驗(yàn)不能考核熱擊穿特性試驗(yàn)不能考核熱擊穿特性 頻率提高時(shí)，熱擊穿可能性增大頻率提高時(shí)，熱擊穿可能性增大 極化損耗隨頻率增加而增加極化損耗隨頻率增加而增加 直流電壓下熱擊穿概率降低：直流電壓下熱擊穿概率降低： 缺乏極化損耗缺乏極化損耗 固體介質(zhì)的電化學(xué)擊穿理論固體介質(zhì)的電化學(xué)擊穿理論 電化學(xué)擊穿：長(zhǎng)時(shí)間（數(shù)月、數(shù)年）施壓引起的介質(zhì)劣化。電化學(xué)擊穿：長(zhǎng)時(shí)間（數(shù)月、數(shù)年）施壓引起的介質(zhì)劣化。 機(jī)理：介質(zhì)的層間、裂紋、空穴、雜質(zhì)上的局部放電引起機(jī)理：介質(zhì)的層間、裂紋、空穴、雜質(zhì)上的局部放電引起 局放局放-非完全擊穿非完全擊穿-電損害、分解物腐蝕電損害、分解物

44、腐蝕-樹(shù)枝通道樹(shù)枝通道-持續(xù)增加持續(xù)增加 水樹(shù)枝：缺陷處的液體導(dǎo)電物質(zhì)（如水）引起，不是氣泡過(guò)程水樹(shù)枝：缺陷處的液體導(dǎo)電物質(zhì)（如水）引起，不是氣泡過(guò)程 水樹(shù)枝發(fā)展的場(chǎng)強(qiáng)低于電樹(shù)枝水樹(shù)枝發(fā)展的場(chǎng)強(qiáng)低于電樹(shù)枝 無(wú)機(jī)材料耐受局部放電能力強(qiáng)，有機(jī)材料差無(wú)機(jī)材料耐受局部放電能力強(qiáng)，有機(jī)材料差 水樹(shù)枝：絨毛狀一片或多片。電樹(shù)枝：清晰分支，樹(shù)枝連續(xù)水樹(shù)枝：絨毛狀一片或多片。電樹(shù)枝：清晰分支，樹(shù)枝連續(xù) 提高固體介質(zhì)的局部放電電壓提高固體介質(zhì)的局部放電電壓 消除氣隙或減小氣隙尺寸消除氣隙或減小氣隙尺寸 氣隙擊穿場(chǎng)強(qiáng)隨氣隙厚度減小而明顯提高氣隙擊穿場(chǎng)強(qiáng)隨氣隙厚度減小而明顯提高 提高空穴擊穿場(chǎng)強(qiáng)提高空穴擊穿場(chǎng)強(qiáng) 用

45、液體或壓縮氣體填充空穴，如油紙絕緣，壓縮用液體或壓縮氣體填充空穴，如油紙絕緣，壓縮SF6氣體氣體 等等 2.4 組合絕緣的電氣強(qiáng)度組合絕緣的電氣強(qiáng)度 介質(zhì)的組合原則介質(zhì)的組合原則 高壓電氣設(shè)備的絕緣性能要求：高壓電氣設(shè)備的絕緣性能要求： 電氣性能、熱性能、機(jī)械性能、理化性能等電氣性能、熱性能、機(jī)械性能、理化性能等 單一品種的電介質(zhì)往往不能同時(shí)滿足多種要求單一品種的電介質(zhì)往往不能同時(shí)滿足多種要求 實(shí)際應(yīng)用中，可采用多種電介質(zhì)組合絕緣實(shí)際應(yīng)用中，可采用多種電介質(zhì)組合絕緣 介質(zhì)的組合原則：介質(zhì)的組合原則： 以層狀絕緣（層疊絕緣）為例以層狀絕緣（層疊絕緣）為例 各層絕緣所承受的電場(chǎng)強(qiáng)度與其電氣強(qiáng)度成正

46、比各層絕緣所承受的電場(chǎng)強(qiáng)度與其電氣強(qiáng)度成正比。 各層介質(zhì)的理化特性應(yīng)互為組合、互為配合。各層介質(zhì)的理化特性應(yīng)互為組合、互為配合。 此時(shí)，整個(gè)組合絕緣的電氣強(qiáng)度最高，每層絕緣材料得此時(shí)，整個(gè)組合絕緣的電氣強(qiáng)度最高，每層絕緣材料得 到了最充分、合理的利用。到了最充分、合理的利用。 否則，薄弱環(huán)節(jié)容易先擊穿，進(jìn)而逐步使整個(gè)絕緣擊穿否則，薄弱環(huán)節(jié)容易先擊穿，進(jìn)而逐步使整個(gè)絕緣擊穿 介質(zhì)界面與等位面重合的組合絕緣介質(zhì)界面與等位面重合的組合絕緣 均勻電場(chǎng)，均勻電場(chǎng)，N層介質(zhì)重疊。層介質(zhì)重疊。 交流電壓下，各層電場(chǎng)強(qiáng)度為交流電壓下，各層電場(chǎng)強(qiáng)度為 增加某介質(zhì)的增加某介質(zhì)的 時(shí)，其電場(chǎng)強(qiáng)度可時(shí)，其電場(chǎng)強(qiáng)度可

47、減小，但其余層電場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)增大減小，但其余層電場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)增大 均勻場(chǎng)中，介電常數(shù)（電導(dǎo)率）均勻場(chǎng)中，介電常數(shù)（電導(dǎo)率） 小的介質(zhì)，需要其電氣強(qiáng)度大小的介質(zhì)，需要其電氣強(qiáng)度大 實(shí)現(xiàn)有難度：實(shí)現(xiàn)有難度： 如油浸紙絕緣中，油介電常數(shù)小、如油浸紙絕緣中，油介電常數(shù)小、 承受電場(chǎng)大，但電氣強(qiáng)度低承受電場(chǎng)大，但電氣強(qiáng)度低 如空氣與固體的組合，空氣介電常如空氣與固體的組合，空氣介電常 數(shù)小、承受電場(chǎng)大，但電氣強(qiáng)度小數(shù)小、承受電場(chǎng)大，但電氣強(qiáng)度小 n n i i ddd U E . 2 2 1 1 i 組合絕緣所承受的電壓組合絕緣所承受的電壓 各層絕緣所承受的電壓與作用電壓類型和絕緣材料的特性有各層絕緣所承受的電

48、壓與作用電壓類型和絕緣材料的特性有 關(guān)。關(guān)。 沖擊電壓下：絕緣等效為電容，各層分擔(dān)電壓與電容（介電沖擊電壓下：絕緣等效為電容，各層分擔(dān)電壓與電容（介電 常數(shù)）成反比。常數(shù)）成反比。 應(yīng)該把電氣強(qiáng)度高、介電常數(shù)大的材料用在電場(chǎng)最強(qiáng)的地方。應(yīng)該把電氣強(qiáng)度高、介電常數(shù)大的材料用在電場(chǎng)最強(qiáng)的地方。 問(wèn)題：為什么是介電常數(shù)大、而不是介電常數(shù)小？問(wèn)題：為什么是介電常數(shù)大、而不是介電常數(shù)?。?在直流電壓下，絕緣等效為絕緣電阻，各層分擔(dān)電壓與絕緣在直流電壓下，絕緣等效為絕緣電阻，各層分擔(dān)電壓與絕緣 電阻（電導(dǎo)）成正比（反比）電阻（電導(dǎo)）成正比（反比） 應(yīng)該把電氣強(qiáng)度高、電導(dǎo)率大的材料用在電場(chǎng)最強(qiáng)的地方。應(yīng)該把

49、電氣強(qiáng)度高、電導(dǎo)率大的材料用在電場(chǎng)最強(qiáng)的地方。 在交流電壓下：絕緣等效為絕緣電阻與電容的并聯(lián)，各層分在交流電壓下：絕緣等效為絕緣電阻與電容的并聯(lián)，各層分 擔(dān)電壓先與電容（介電常數(shù)）成反比，再與絕緣電阻成正比。擔(dān)電壓先與電容（介電常數(shù)）成反比，再與絕緣電阻成正比。 介質(zhì)界面與電極表面斜交的組合絕緣介質(zhì)界面與電極表面斜交的組合絕緣 電力線將在兩種介質(zhì)中產(chǎn)生折射電力線將在兩種介質(zhì)中產(chǎn)生折射 電場(chǎng)分布復(fù)雜電場(chǎng)分布復(fù)雜 P點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)最大點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)最大 分界面是同心圓筒的組合絕緣分界面是同心圓筒的組合絕緣 如超高壓的交流或直流電纜如超高壓的交流或直流電纜 電場(chǎng)分布不均勻，內(nèi)層電場(chǎng)強(qiáng)度高電場(chǎng)分布不均勻，內(nèi)層電場(chǎng)強(qiáng)度高 絕緣應(yīng)分階：由介電常數(shù)（或電導(dǎo)率）不同的多層絕緣構(gòu)絕緣應(yīng)分階：由介電常數(shù)（或電導(dǎo)率）不同的多層絕緣構(gòu) 成的組合絕