重慶大學(xué)高電壓2 液體、固體介質(zhì)絕緣強(qiáng)度

1、第一篇第一篇 高電壓絕緣與試驗(yàn)高電壓絕緣與試驗(yàn)第二章第二章 液體、固體電介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度液體、固體電介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度電介質(zhì)的概念：電介質(zhì)的概念：物理特性上具有絕緣體無(wú)傳導(dǎo)電物理特性上具有絕緣體無(wú)傳導(dǎo)電子的結(jié)構(gòu)，一旦施加電場(chǎng)后發(fā)生介質(zhì)子的結(jié)構(gòu)，一旦施加電場(chǎng)后發(fā)生介質(zhì)極化極化的固體、液的固體、液體和氣體總稱為電介質(zhì)體和氣體總稱為電介質(zhì)（dielectrics）電介質(zhì)電介質(zhì)與導(dǎo)體、半導(dǎo)體、磁體等作為材料，在電工電與導(dǎo)體、半導(dǎo)體、磁體等作為材料，在電工電子工程領(lǐng)域中占有子工程領(lǐng)域中占有重要的地位。重要的地位。電介質(zhì)的主要用途電介質(zhì)的主要用途：利用大介電常數(shù)構(gòu)成電容器利用大介電常數(shù)構(gòu)成電容器利用高絕緣阻抗構(gòu)

2、成電工利用高絕緣阻抗構(gòu)成電工絕緣絕緣材料材料（insulating materials）在電場(chǎng)作用下在電場(chǎng)作用下電介質(zhì)電介質(zhì)的電氣特性表現(xiàn)為：的電氣特性表現(xiàn)為： 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能 介電性能介電性能 電氣強(qiáng)度電氣強(qiáng)度表征參數(shù)表征參數(shù)通過(guò)本章的學(xué)習(xí)要通過(guò)本章的學(xué)習(xí)要掌握掌握液體和固體介質(zhì)的極化、電導(dǎo)液體和固體介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和損耗；和損耗；掌握掌握液體和固體介質(zhì)的擊穿特性；了解組合液體和固體介質(zhì)的擊穿特性；了解組合絕緣的意義。絕緣的意義。 電導(dǎo)率電導(dǎo)率(絕緣電阻率絕緣電阻率) 相對(duì)介電常數(shù)相對(duì)介電常數(shù)r介質(zhì)損耗角正切介質(zhì)損耗角正切tg在高電場(chǎng)下的電氣傳導(dǎo)在高電場(chǎng)下的電氣傳導(dǎo)機(jī)理、擊穿電壓機(jī)理、擊穿

3、電壓導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能介電性能介電性能電氣強(qiáng)度電氣強(qiáng)度主要內(nèi)容介質(zhì)在工作介質(zhì)在工作電壓下的表電壓下的表現(xiàn)特性現(xiàn)特性介質(zhì)在極端介質(zhì)在極端電壓（擊穿電壓（擊穿電壓）作用電壓）作用下的表現(xiàn)下的表現(xiàn)1 電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和損耗電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)和損耗用平板電容器做實(shí)驗(yàn)，可以用平板電容器做實(shí)驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)極間為真空時(shí)：發(fā)現(xiàn)，當(dāng)極間為真空時(shí)：極板間為真空極板間為真空dAUQC000A1.1 介質(zhì)的極化和相對(duì)介電常數(shù)介質(zhì)的極化和相對(duì)介電常數(shù)dAUQQUQC000000/dAdAQQQCCr r 是反映電介質(zhì)是反映電介質(zhì)極化極化程度的一個(gè)程度的一個(gè)物理量。物理量。極板間為固體介質(zhì)極板間為固體介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)相

4、對(duì)介電常數(shù)當(dāng)極間填充極間距離相同的固體介質(zhì)時(shí)：當(dāng)極間填充極間距離相同的固體介質(zhì)時(shí)：r的的物理意義物理意義：在電壓在電壓U作用下，極間放入電介質(zhì)后，極間的作用下，極間放入電介質(zhì)后，極間的電容量電容量(或極板間的電荷或極板間的電荷)比真空時(shí)極間的電容量（或極板間的電荷）比真空時(shí)極間的電容量（或極板間的電荷）增大的倍數(shù)增大的倍數(shù)電容量增大的原因在于介質(zhì)的極化現(xiàn)象。電容量增大的原因在于介質(zhì)的極化現(xiàn)象。極化的基本概念：極化的基本概念：電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下，正、負(fù)電荷作微小位移而產(chǎn)電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下，正、負(fù)電荷作微小位移而產(chǎn)生偶極矩，或在電介質(zhì)表面出現(xiàn)感應(yīng)束縛電荷的現(xiàn)象稱為電介質(zhì)極生偶極矩，或在電介質(zhì)表面出

5、現(xiàn)感應(yīng)束縛電荷的現(xiàn)象稱為電介質(zhì)極化化(1) 電子式位移極化電子式位移極化在外電場(chǎng)的作用下，介質(zhì)原子中的電子軌道將相對(duì)于在外電場(chǎng)的作用下，介質(zhì)原子中的電子軌道將相對(duì)于原子核發(fā)生彈性位移。正負(fù)電荷作用中心不再重合而原子核發(fā)生彈性位移。正負(fù)電荷作用中心不再重合而出現(xiàn)感應(yīng)偶極矩出現(xiàn)感應(yīng)偶極矩特點(diǎn)：特點(diǎn)：p極化時(shí)間很短；各種頻率下均極化時(shí)間很短；各種頻率下均可發(fā)生，極化與外加頻率無(wú)關(guān)；可發(fā)生，極化與外加頻率無(wú)關(guān)；p具有彈性，無(wú)損耗；具有彈性，無(wú)損耗；p溫度影響不大。溫度影響不大。1.2 電介質(zhì)極化的類型電介質(zhì)極化的類型不同類型不同類型的介質(zhì)正、負(fù)電荷的表現(xiàn)形式不同，因此具有的介質(zhì)正、負(fù)電荷的表現(xiàn)形式不同

6、，因此具有不同的極化類型不同的極化類型。特點(diǎn)：特點(diǎn)：p極化時(shí)間稍長(zhǎng)，極化與頻率無(wú)關(guān)；極化時(shí)間稍長(zhǎng)，極化與頻率無(wú)關(guān)；p彈性極化，無(wú)損；彈性極化，無(wú)損；p極化受溫度影響：極化受溫度影響： T離子結(jié)合力離子結(jié)合力極化極化 （主要）（主要） T密度密度極化極化（次要）（次要） T極化極化 固體固體無(wú)機(jī)化合物無(wú)機(jī)化合物大多屬大多屬離子式結(jié)構(gòu)離子式結(jié)構(gòu)，無(wú)外電場(chǎng)時(shí)，晶體的正、，無(wú)外電場(chǎng)時(shí)，晶體的正、負(fù)離子對(duì)稱排列，各個(gè)離子對(duì)的偶極矩互相抵消，故平均極矩負(fù)離子對(duì)稱排列，各個(gè)離子對(duì)的偶極矩互相抵消，故平均極矩為零。在出現(xiàn)外電場(chǎng)后，正、負(fù)離子將發(fā)生方向相反的偏移，為零。在出現(xiàn)外電場(chǎng)后，正、負(fù)離子將發(fā)生方向相反的

7、偏移，使平均偶極矩不再為零，介質(zhì)呈現(xiàn)極化。使平均偶極矩不再為零，介質(zhì)呈現(xiàn)極化。(2) 離子式位移極化離子式位移極化(3) 偶極子極化偶極子極化 極性電介質(zhì)極性電介質(zhì)中，中， 極性分子極性分子無(wú)外電場(chǎng)無(wú)外電場(chǎng)作用時(shí)，作用時(shí)，極性分子極性分子的偶極的偶極子因熱運(yùn)動(dòng)而雜亂無(wú)序的排列著，宏觀電矩等于零，因而整個(gè)子因熱運(yùn)動(dòng)而雜亂無(wú)序的排列著，宏觀電矩等于零，因而整個(gè)介質(zhì)對(duì)外并不表現(xiàn)出極性。介質(zhì)對(duì)外并不表現(xiàn)出極性。出現(xiàn)外電場(chǎng)出現(xiàn)外電場(chǎng)后，原先排列雜亂的偶后，原先排列雜亂的偶極子將沿電場(chǎng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，作較有規(guī)則的排列，如圖所示，因而極子將沿電場(chǎng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，作較有規(guī)則的排列，如圖所示，因而顯示出極性。這種極化稱為偶

8、極子極化或轉(zhuǎn)向極化。顯示出極性。這種極化稱為偶極子極化或轉(zhuǎn)向極化。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：p 極化時(shí)間較長(zhǎng)；極化時(shí)間較長(zhǎng)；p 非彈性極化；非彈性極化；p 頻率的影響：頻率頻率的影響：頻率偶極子來(lái)不及轉(zhuǎn)向偶極子來(lái)不及轉(zhuǎn)向極化極化；p 溫度影響：溫度影響：T轉(zhuǎn)向容易轉(zhuǎn)向容易極化極化 T熱運(yùn)動(dòng)加劇阻礙轉(zhuǎn)向熱運(yùn)動(dòng)加劇阻礙轉(zhuǎn)向極化極化（a）無(wú)外電場(chǎng)）無(wú)外電場(chǎng) （b）有外電場(chǎng)）有外電場(chǎng) 合閘瞬間，合閘瞬間，t=時(shí)，電時(shí)，電壓按電容分配：壓按電容分配：2101212012CUUCCCUUCC(4)夾層介質(zhì)界面極化夾層介質(zhì)界面極化1022010tUCUC122121GGRRUUt合閘后，合閘后，t，到達(dá)穩(wěn)到達(dá)穩(wěn)定，電壓

9、按電阻分配：定，電壓按電阻分配：11122212RUURRRUURR201021,UUUU121212,()CCRRGG或假設(shè)：假設(shè)：101202UUUU即：外加電壓即：外加電壓U在兩層介質(zhì)上的初始分布不等于穩(wěn)態(tài)分布在兩層介質(zhì)上的初始分布不等于穩(wěn)態(tài)分布1022010tUCUC122121GGRRUUt由由t=到到t有一電壓重新分配的過(guò)程，也就是有一電壓重新分配的過(guò)程，也就是C1和和C2上電壓重新分配的過(guò)程。上電壓重新分配的過(guò)程。U2的電壓下降，表明的電壓下降，表明C上的電荷要通過(guò)上的電荷要通過(guò)R泄放。泄放。U1的電壓上升，表明的電壓上升，表明C1要通過(guò)要通過(guò)R由電源充電吸收一部分電荷，由電源充

10、電吸收一部分電荷，即即。由于夾層的存在，使得在介質(zhì)分界面上出現(xiàn)吸。由于夾層的存在，使得在介質(zhì)分界面上出現(xiàn)吸收電荷，整個(gè)介質(zhì)的等值電容增大，這個(gè)過(guò)程稱為收電荷，整個(gè)介質(zhì)的等值電容增大，這個(gè)過(guò)程稱為。2U 1U 時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)夾層界面上電荷的堆積是通過(guò)介質(zhì)電導(dǎo)完成的，高壓絕緣介質(zhì)夾層界面上電荷的堆積是通過(guò)介質(zhì)電導(dǎo)完成的，高壓絕緣介質(zhì)的的G通常很小，所以極化速度非常緩慢。通常很小，所以極化速度非常緩慢。2121GGCC各種極化類型的比較各種極化類型的比較電子式電子式任何電介質(zhì)任何電介質(zhì)10-15束縛電荷的位移束縛電荷的位移無(wú)無(wú)離子式離子式離子式結(jié)構(gòu)電離子式結(jié)構(gòu)電介質(zhì)介質(zhì)10-13離子的相對(duì)偏移離子

11、的相對(duì)偏移幾乎無(wú)幾乎無(wú)偶極子式偶極子式極性電介質(zhì)極性電介質(zhì)10-1010-2偶極子的定向排列偶極子的定向排列有有夾層介質(zhì)夾層介質(zhì)界面界面多層介質(zhì)多層介質(zhì)交界面交界面10-1數(shù)小時(shí)數(shù)小時(shí)自由電荷的移動(dòng)自由電荷的移動(dòng)有有前三種極化是由帶電質(zhì)點(diǎn)（電荷）的彈性位移或轉(zhuǎn)向形成的，夾層介質(zhì)界前三種極化是由帶電質(zhì)點(diǎn)（電荷）的彈性位移或轉(zhuǎn)向形成的，夾層介質(zhì)界面的極化則是有帶電質(zhì)點(diǎn)的移動(dòng)形成的。面的極化則是有帶電質(zhì)點(diǎn)的移動(dòng)形成的。 用于電容器的絕緣材料，顯然希望選用用于電容器的絕緣材料，顯然希望選用r大的電介質(zhì)，因大的電介質(zhì)，因?yàn)檫@樣可使單位電容的體積減小和重量減輕。為這樣可使單位電容的體積減小和重量減輕。 其

12、他電氣設(shè)備中往往希望選用其他電氣設(shè)備中往往希望選用r較小的電介質(zhì)，這是因?yàn)檩^小的電介質(zhì)，這是因?yàn)檩^大的較大的r往往和較大的電導(dǎo)率相聯(lián)系，因而介質(zhì)損耗也較往往和較大的電導(dǎo)率相聯(lián)系，因而介質(zhì)損耗也較大。大。(如酒精如酒精r，水的，水的r，屬于強(qiáng)極性物質(zhì)，屬于強(qiáng)極性物質(zhì)，其電導(dǎo)率也很大，因此，不能用其作為絕緣介質(zhì)其電導(dǎo)率也很大，因此，不能用其作為絕緣介質(zhì)) 在高壓電氣設(shè)備中常常將幾種絕緣材料組合在一起使用，在高壓電氣設(shè)備中常常將幾種絕緣材料組合在一起使用，這時(shí)應(yīng)注意各種材料的這時(shí)應(yīng)注意各種材料的r值之間的配合，因?yàn)樵诠ゎl交流值之間的配合，因?yàn)樵诠ゎl交流電壓和沖擊電壓下，串聯(lián)的多層電介質(zhì)中的電場(chǎng)強(qiáng)度分

13、布電壓和沖擊電壓下，串聯(lián)的多層電介質(zhì)中的電場(chǎng)強(qiáng)度分布與串聯(lián)各層電介質(zhì)的與串聯(lián)各層電介質(zhì)的r成反比。成反比。討論極化在工程實(shí)際中的意義討論極化在工程實(shí)際中的意義 對(duì)于電容器，要求相同體積有較大的電容量，需增大對(duì)于電容器，要求相同體積有較大的電容量，需增大 r ； 對(duì)于電纜，為減小電容電流，需減小對(duì)于電纜，為減小電容電流，需減小 r ； 在交流及沖擊電壓下，各層電壓分布與其在交流及沖擊電壓下，各層電壓分布與其 r 成反比，選擇成反比，選擇合適的合適的 r 使各層介質(zhì)電場(chǎng)分布較均勻。使各層介質(zhì)電場(chǎng)分布較均勻。 掌握不同極化類型對(duì)介質(zhì)損耗的影響掌握不同極化類型對(duì)介質(zhì)損耗的影響 通過(guò)夾層極化現(xiàn)象可以判斷

14、絕緣受潮。在使用電容器等大通過(guò)夾層極化現(xiàn)象可以判斷絕緣受潮。在使用電容器等大電容設(shè)備時(shí)，須特別注意吸收電荷對(duì)人身安全的影響。電容設(shè)備時(shí)，須特別注意吸收電荷對(duì)人身安全的影響。 電導(dǎo)率電導(dǎo)率表征電介質(zhì)表征電介質(zhì)導(dǎo)電導(dǎo)電性能的主要物理量，其倒數(shù)性能的主要物理量，其倒數(shù)為電阻率。為電阻率。 任何電介質(zhì)都有電導(dǎo)；任何電介質(zhì)都有電導(dǎo)； 按載流子的不同，電介質(zhì)電導(dǎo)分為按載流子的不同，電介質(zhì)電導(dǎo)分為離子電導(dǎo)離子電導(dǎo)、電子電子電導(dǎo)電導(dǎo)、電泳電導(dǎo)。電泳電導(dǎo)。1.3 電介質(zhì)的電導(dǎo)電介質(zhì)的電導(dǎo)1、電子電導(dǎo)、電子電導(dǎo)：一般很微弱，因?yàn)榻橘|(zhì)中自由電子數(shù)一般很微弱，因?yàn)榻橘|(zhì)中自由電子數(shù)極少；如果電子電流較大，則介質(zhì)已被擊穿

15、。極少；如果電子電流較大，則介質(zhì)已被擊穿。2、離子電導(dǎo)：、離子電導(dǎo)： 本征離子電導(dǎo)：極性電介質(zhì)有較大的本征離子電導(dǎo)，本征離子電導(dǎo)：極性電介質(zhì)有較大的本征離子電導(dǎo)，電阻率電阻率10101014 cm 。 雜質(zhì)離子電導(dǎo)：在中性和弱極性電介質(zhì)中，主要雜質(zhì)離子電導(dǎo)：在中性和弱極性電介質(zhì)中，主要是雜質(zhì)離子電導(dǎo)，電阻率是雜質(zhì)離子電導(dǎo)，電阻率10171019cm 。3、電泳電導(dǎo)：、電泳電導(dǎo)：載流子為帶電的分子團(tuán)，通常是乳化狀態(tài)的膠載流子為帶電的分子團(tuán)，通常是乳化狀態(tài)的膠體粒子（例如絕緣油中的懸浮膠粒）或細(xì)小水珠，他們吸附體粒子（例如絕緣油中的懸浮膠粒）或細(xì)小水珠，他們吸附電荷后變成了帶電粒子。電荷后變成了帶

16、電粒子。 對(duì)于對(duì)于固體介質(zhì)固體介質(zhì)，由于表面吸附水分和污穢存在，由于表面吸附水分和污穢存在表面電導(dǎo)表面電導(dǎo)。其。其值受外界因素的影響很大。值受外界因素的影響很大。 注意注意：在測(cè)量體積電阻率時(shí)，應(yīng)盡量排除表面電導(dǎo)的影響，：在測(cè)量體積電阻率時(shí)，應(yīng)盡量排除表面電導(dǎo)的影響，應(yīng)清除表面污穢、烘干水分。應(yīng)清除表面污穢、烘干水分。 表面電導(dǎo)表面電導(dǎo)電介質(zhì)的泄漏電流和絕緣電阻 ic-充電電流：為無(wú)損極化對(duì)應(yīng)的純電容電流。 ia-吸收電流：為有損極化對(duì)應(yīng)的電流(主要為夾層極化)。 ig-泄漏電流： 為電介質(zhì)中的離子或電子在電場(chǎng)作用下的移動(dòng)形成的電流。絕緣電阻和吸收比位移電流傳導(dǎo)電流i：是表征單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)介質(zhì)

17、內(nèi)某一截面的電量。傳導(dǎo)電流的組成：泄漏電流和位移電流兩個(gè)分量三電極法測(cè)量介質(zhì)電流的電路介質(zhì)中的電流gIUR絕緣電阻：絕緣電阻：吸收比：吸收比：由于介質(zhì)存在吸收現(xiàn)象，在試驗(yàn)中把加壓由于介質(zhì)存在吸收現(xiàn)象，在試驗(yàn)中把加壓60s測(cè)量的絕緣測(cè)量的絕緣電阻與加壓電阻與加壓15s測(cè)量的絕緣電阻的比值稱為吸收比，即：測(cè)量的絕緣電阻的比值稱為吸收比，即：6015RKR根據(jù)吸收比的大小可以有效地判斷絕緣的好壞。如，良好、根據(jù)吸收比的大小可以有效地判斷絕緣的好壞。如，良好、干燥的絕緣，吸收電流較大，干燥的絕緣，吸收電流較大，吸收比較大吸收比較大；受潮或有缺陷；受潮或有缺陷的絕緣，的絕緣，吸收比較小吸收比較小。絕緣電

18、阻的特點(diǎn)絕緣電阻的特點(diǎn)：(1) 測(cè)量介質(zhì)或設(shè)備的測(cè)量介質(zhì)或設(shè)備的R時(shí)應(yīng)加壓時(shí)應(yīng)加壓1分鐘或分鐘或10分鐘（后者是指分鐘（后者是指電容量大的設(shè)備如，電纜、電機(jī)等）電容量大的設(shè)備如，電纜、電機(jī)等）(2) 絕緣電阻絕緣電阻R具有負(fù)的溫度系數(shù)具有負(fù)的溫度系數(shù)(3) 絕緣電阻絕緣電阻R與外加電壓有關(guān)，在臨近擊穿時(shí)有顯著的迅速與外加電壓有關(guān)，在臨近擊穿時(shí)有顯著的迅速增加的自由電子導(dǎo)電現(xiàn)象，增加的自由電子導(dǎo)電現(xiàn)象， 造成造成R劇烈下降劇烈下降(4) 對(duì)于固體電介質(zhì)，還必須注意區(qū)分體積電阻對(duì)于固體電介質(zhì)，還必須注意區(qū)分體積電阻RV和表面電阻和表面電阻RS，由于受外界影響，由于受外界影響(如受潮、臟污等如受潮、

19、臟污等)很大，不能用很大，不能用RS來(lái)來(lái)說(shuō)明絕緣內(nèi)部問(wèn)題。說(shuō)明絕緣內(nèi)部問(wèn)題。工程電介質(zhì)電導(dǎo)的性質(zhì)工程電介質(zhì)電導(dǎo)的性質(zhì)(1)氣體：電子電導(dǎo)氣體：電子電導(dǎo)(2)液體：離子電導(dǎo)、電泳電導(dǎo)液體：離子電導(dǎo)、電泳電導(dǎo)(3)固體：離子電導(dǎo)、電子電導(dǎo)固體：離子電導(dǎo)、電子電導(dǎo)討論電介質(zhì)電導(dǎo)的意義討論電介質(zhì)電導(dǎo)的意義(1)電導(dǎo)是絕緣預(yù)防性試驗(yàn)的依據(jù)；電導(dǎo)是絕緣預(yù)防性試驗(yàn)的依據(jù)；(2)直流電壓作用于分層絕緣時(shí)，電壓分布與直流電壓作用于分層絕緣時(shí)，電壓分布與電阻成正比，選擇合適的電阻率可實(shí)現(xiàn)各電阻成正比，選擇合適的電阻率可實(shí)現(xiàn)各層間合理分壓；層間合理分壓；(3)環(huán)境濕度對(duì)固體介質(zhì)表面電阻的影響；環(huán)境濕度對(duì)固體介質(zhì)表面

20、電阻的影響；(4)在某些情況下要減小絕緣電阻。在某些情況下要減小絕緣電阻。介質(zhì)損耗：在電場(chǎng)作用下電介質(zhì)中總有一定的能量損介質(zhì)損耗：在電場(chǎng)作用下電介質(zhì)中總有一定的能量損耗，包括由電導(dǎo)引起的損耗和某些有損極化（例如偶耗，包括由電導(dǎo)引起的損耗和某些有損極化（例如偶極子、夾層極化）引起的損耗，總稱極子、夾層極化）引起的損耗，總稱介質(zhì)損耗介質(zhì)損耗。直流下直流下：電介質(zhì)中沒(méi)有周期性的極化過(guò)程，只要外加：電介質(zhì)中沒(méi)有周期性的極化過(guò)程，只要外加電壓還沒(méi)有達(dá)到引起局部放電的數(shù)值，介質(zhì)中的損耗電壓還沒(méi)有達(dá)到引起局部放電的數(shù)值，介質(zhì)中的損耗將僅由將僅由電導(dǎo)電導(dǎo)組成，所以可用體積電導(dǎo)率和表面電導(dǎo)率組成，所以可用體積電

21、導(dǎo)率和表面電導(dǎo)率說(shuō)明問(wèn)題，不必再引入介質(zhì)損耗這個(gè)概念了。說(shuō)明問(wèn)題，不必再引入介質(zhì)損耗這個(gè)概念了。 1.3 電介質(zhì)的能量損耗電介質(zhì)的能量損耗1.3.1介質(zhì)損耗的基本概念介質(zhì)損耗的基本概念交變電場(chǎng)，電介質(zhì)能量損耗包括：電介質(zhì)能量損耗包括：電導(dǎo)損耗電導(dǎo)損耗 通過(guò)電介質(zhì)的貫穿性泄漏電流所引起的能量通過(guò)電介質(zhì)的貫穿性泄漏電流所引起的能量損耗。損耗。極化損耗極化損耗 在交流電壓下，由周期性極化所引起的能量在交流電壓下，由周期性極化所引起的能量損耗。損耗。因此，電介質(zhì)在交流電壓作用下，產(chǎn)生的因此，電介質(zhì)在交流電壓作用下，產(chǎn)生的有功功率損有功功率損耗耗，稱為介質(zhì)損耗，它包括，稱為介質(zhì)損耗，它包括電導(dǎo)損耗電導(dǎo)損

22、耗、極化損耗極化損耗。交流時(shí)，流過(guò)電介質(zhì)的電流：交流時(shí)，流過(guò)電介質(zhì)的電流：crIII視在功率：介質(zhì)損耗(有功損耗)式中： 電源角頻率； 功率因數(shù)角； 介質(zhì)損耗角。)(crjIIUjQPScrIjUIUtgtg取決于材料的特性，與材料尺寸無(wú)關(guān)。取決于材料的特性，與材料尺寸無(wú)關(guān)。與外施電壓、電源角頻率、試品幾何電容、介質(zhì)與外施電壓、電源角頻率、試品幾何電容、介質(zhì)損失角正切損失角正切tg有關(guān)；有關(guān)；當(dāng)外施電壓當(dāng)外施電壓U一定時(shí)，對(duì)工頻而言一定時(shí)，對(duì)工頻而言，一定一定，P僅與僅與Cp和和 tg有關(guān)，對(duì)結(jié)構(gòu)一定的試品，有關(guān)，對(duì)結(jié)構(gòu)一定的試品，Cp也為定值。因此，也為定值。因此，對(duì)同類試品，介質(zhì)的對(duì)同類試

23、品，介質(zhì)的有功損耗有功損耗的由的由tg決定。決定。tgCUpp2并聯(lián)電路：并聯(lián)電路：RCCURUIItgppcrp1/tgCURUPpp22rCCIIUUtgssrcrs/2221tgtgCUrIPss21tgCCPPspsp通常，通常， tg1，則有，則有CpCs串聯(lián)電路：串聯(lián)電路：1.3.2 有損介質(zhì)的等值電路有損介質(zhì)的等值電路 電介質(zhì)的電導(dǎo)損耗和極化損耗都同時(shí)存在，其介電介質(zhì)的電導(dǎo)損耗和極化損耗都同時(shí)存在，其介質(zhì)等值電路可用三個(gè)并聯(lián)支路表示。質(zhì)等值電路可用三個(gè)并聯(lián)支路表示。C0：反映電子式和離子式極化；：反映電子式和離子式極化；Ca、ra：反映吸收電流，表示：反映吸收電流，表示 有損極化

24、；有損極化；R：反映電導(dǎo)損耗，該支路流過(guò)：反映電導(dǎo)損耗，該支路流過(guò) 的電流為泄漏電流。的電流為泄漏電流。C0CaraR電壓、頻率、溫度電壓、頻率、溫度(1) 電壓電壓 當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到氣體的放電起始當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到氣體的放電起始電壓電壓U0時(shí)，氣體中發(fā)生放電，這時(shí)，氣體中發(fā)生放電，這時(shí)損耗將急劇增大。當(dāng)固體、液時(shí)損耗將急劇增大。當(dāng)固體、液體介質(zhì)中存在氣泡，施加較高電體介質(zhì)中存在氣泡，施加較高電壓（壓（UU0），）， tg將增加，可檢將增加，可檢查出介質(zhì)內(nèi)部所存在的缺陷。查出介質(zhì)內(nèi)部所存在的缺陷。（預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程試驗(yàn)電壓（預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程試驗(yàn)電壓U=10kV）1.3.3 影響介質(zhì)損耗的因素影響介質(zhì)損耗

25、的因素（2）溫度）溫度液體介質(zhì)損耗主要由液體介質(zhì)損耗主要由電導(dǎo)引起，極性液體電導(dǎo)引起，極性液體介質(zhì)的損耗介質(zhì)的損耗tg與溫度與溫度的關(guān)系如圖所示。的關(guān)系如圖所示。在在低溫低溫時(shí)，時(shí)，極化損耗和極化損耗和電導(dǎo)損耗都較小，電導(dǎo)損耗都較小， 液液體的粘度體的粘度 ，偶極子轉(zhuǎn)向極，偶極子轉(zhuǎn)向極化化 ，電導(dǎo)損耗，電導(dǎo)損耗 并在并在tt1時(shí)達(dá)到時(shí)達(dá)到極極大值大值； t在在t1tt2以后，由于電以后，由于電導(dǎo)損耗隨溫度急劇上導(dǎo)損耗隨溫度急劇上升升 、極化損耗不斷減、極化損耗不斷減小小 而退居次要地位，而退居次要地位，因而就隨溫度因而就隨溫度t的上升的上升而持續(xù)增大而持續(xù)增大 。（3）頻率）頻率tg與溫度的關(guān)

26、系中還給出與溫度的關(guān)系中還給出了頻率了頻率f 對(duì)對(duì)tg的影響，可的影響，可見(jiàn)：見(jiàn)： f （ f 2f1）tg=f(f）曲線的形狀不變，曲線的形狀不變，但曲線向但曲線向右右移動(dòng)了一定距移動(dòng)了一定距離。離。這是這是因?yàn)橐驗(yàn)轭l率增加時(shí)，偶極子不易充分轉(zhuǎn)向，為使其充分轉(zhuǎn)向頻率增加時(shí)，偶極子不易充分轉(zhuǎn)向，為使其充分轉(zhuǎn)向，必須提高溫度以減小粘度，故，必須提高溫度以減小粘度，故，t- tg曲線向右移動(dòng)。曲線向右移動(dòng)。電介質(zhì)的損耗電介質(zhì)的損耗損耗極小損耗極小常用來(lái)構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)電容器常用來(lái)構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)電容器注意避免放電的發(fā)生注意避免放電的發(fā)生損耗與介質(zhì)的極性有關(guān)損耗與介質(zhì)的極性有關(guān) 非極性或弱極性非極性或弱極性 損耗決

27、定于漏導(dǎo)損耗決定于漏導(dǎo) 損耗小，損耗小，tg約為約為104 代表性介質(zhì)有聚乙烯、聚苯乙烯、硅橡膠、云母等代表性介質(zhì)有聚乙烯、聚苯乙烯、硅橡膠、云母等 極性液體、固體和結(jié)構(gòu)不緊密的離子性固體極性液體、固體和結(jié)構(gòu)不緊密的離子性固體 損耗決定于漏導(dǎo)和極化損失損耗決定于漏導(dǎo)和極化損失 損耗和溫度、頻率等因素有關(guān)，關(guān)系復(fù)雜損耗和溫度、頻率等因素有關(guān)，關(guān)系復(fù)雜討論損耗的意義討論損耗的意義：tg過(guò)大會(huì)引起絕緣介質(zhì)嚴(yán)重發(fā)熱，甚過(guò)大會(huì)引起絕緣介質(zhì)嚴(yán)重發(fā)熱，甚至導(dǎo)致熱擊穿。例如用蓖麻油制造的電容器就因?yàn)橹翆?dǎo)致熱擊穿。例如用蓖麻油制造的電容器就因?yàn)閠g大，而僅限于直流或脈沖電壓下使用，不能用大，而僅限于直流或脈沖電

28、壓下使用，不能用于交流設(shè)備；于交流設(shè)備；如果絕緣受潮或劣化，如果絕緣受潮或劣化，tg將急劇上升，在預(yù)防試驗(yàn)中可通過(guò)將急劇上升，在預(yù)防試驗(yàn)中可通過(guò)tgU 的關(guān)的關(guān)系曲線來(lái)判斷是否發(fā)生局部放電；系曲線來(lái)判斷是否發(fā)生局部放電；當(dāng)當(dāng)tg大的材料需加熱時(shí)，可對(duì)材料加大的材料需加熱時(shí)，可對(duì)材料加交流電壓，利用材料本身介質(zhì)損的發(fā)熱。該方法加交流電壓，利用材料本身介質(zhì)損的發(fā)熱。該方法加熱非常均勻，如電瓷生產(chǎn)中對(duì)泥坯加熱即用這種方熱非常均勻，如電瓷生產(chǎn)中對(duì)泥坯加熱即用這種方法。法。小小 結(jié)結(jié) 電介質(zhì)的極化電介質(zhì)的極化q電子式極化電子式極化q離子式極化離子式極化q偶極子極化偶極子極化q夾層極化夾層極化 電介質(zhì)的電

29、導(dǎo)：電介質(zhì)的電導(dǎo)： 表征電介質(zhì)導(dǎo)電性能的主要物理量表征電介質(zhì)導(dǎo)電性能的主要物理量 電介質(zhì)的損耗電介質(zhì)的損耗： 在交變電場(chǎng)作用下電介質(zhì)中的能量損耗在交變電場(chǎng)作用下電介質(zhì)中的能量損耗液體和固體介質(zhì)廣泛用作電氣設(shè)備的絕緣，常用的液液體和固體介質(zhì)廣泛用作電氣設(shè)備的絕緣，常用的液體和固體介質(zhì)為：體和固體介質(zhì)為：液體介質(zhì)液體介質(zhì)：變壓器油、電容器油、電纜油變壓器油、電容器油、電纜油 、蓖麻油等、蓖麻油等固體介質(zhì)固體介質(zhì)：絕緣紙、紙板、云母、塑料、電瓷、玻璃、絕緣紙、紙板、云母、塑料、電瓷、玻璃、 硅橡膠等硅橡膠等2 液體電介質(zhì)的擊穿液體電介質(zhì)的擊穿2.1 液體電介質(zhì)的擊穿機(jī)理 一旦作用于固體和液體介質(zhì)的電

30、場(chǎng)強(qiáng)度增大到一定程度時(shí)，在介質(zhì)中出現(xiàn)的電氣現(xiàn)象就不再限于前面介紹的極化、電導(dǎo)和介質(zhì)損耗。 與氣體介質(zhì)相似，液體和固體介質(zhì)在強(qiáng)電場(chǎng)(高電壓)的作用下，也會(huì)出現(xiàn)由介質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)體的擊穿過(guò)程。 液體電介質(zhì)種類：液體電介質(zhì)種類：主要指礦物油，如變壓器油、主要指礦物油，如變壓器油、電容器油、電纜油，植物油，如蓖麻油等。電容器油、電纜油，植物油，如蓖麻油等。作用：作用：它們?cè)陔姎庠O(shè)備中起絕緣，冷卻的作用，它們?cè)陔姎庠O(shè)備中起絕緣，冷卻的作用，在開(kāi)關(guān)電器中還用來(lái)滅弧。在開(kāi)關(guān)電器中還用來(lái)滅弧。絕緣性能：絕緣性能：液體介質(zhì)的絕緣性能比空氣好，用變液體介質(zhì)的絕緣性能比空氣好，用變壓器油做為絕緣的電氣設(shè)備的體積可大大縮

31、小。壓器油做為絕緣的電氣設(shè)備的體積可大大縮小。影響因素：影響因素：由于油間隙的擊穿機(jī)理很復(fù)雜，它與由于油間隙的擊穿機(jī)理很復(fù)雜，它與間隙中的電場(chǎng)分布、油中雜質(zhì)、外加電壓的形式、間隙中的電場(chǎng)分布、油中雜質(zhì)、外加電壓的形式、間隙距離等有著復(fù)雜的關(guān)系。間隙距離等有著復(fù)雜的關(guān)系。工程中往往用工程中往往用來(lái)衡量液體介質(zhì)含雜質(zhì)的來(lái)衡量液體介質(zhì)含雜質(zhì)的情況。情況。在標(biāo)準(zhǔn)試油器（通常稱油在標(biāo)準(zhǔn)試油器（通常稱油杯）中施加工頻電壓，此杯）中施加工頻電壓，此時(shí)油的擊穿電壓稱為時(shí)油的擊穿電壓稱為油的油的品質(zhì)品質(zhì)。用。用Q表示。表示。電壓等級(jí)電壓等級(jí)擊穿電壓擊穿電壓(kV)投運(yùn)前的油投運(yùn)前的油運(yùn)行油運(yùn)行油特高壓特高壓70

32、60500kV6050330kV504566220kV403535kV及以下及以下3530表表 運(yùn)行中變壓器油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行中變壓器油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)2.1.1液體電介質(zhì)的擊穿機(jī)理液體電介質(zhì)的擊穿機(jī)理電擊穿理論（電子碰撞電離理論）：電擊穿理論（電子碰撞電離理論）：在外電場(chǎng)足夠在外電場(chǎng)足夠強(qiáng)時(shí)，強(qiáng)時(shí)，液體中因強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射等原因產(chǎn)生的電子，液體中因強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射等原因產(chǎn)生的電子，電子電子在碰撞液體分子可引起電離，使電子數(shù)倍增，形成在碰撞液體分子可引起電離，使電子數(shù)倍增，形成電子崩電子崩。導(dǎo)致液體介質(zhì)擊穿。導(dǎo)致液體介質(zhì)擊穿。擊穿特點(diǎn)：擊穿特點(diǎn)：和長(zhǎng)空氣間隙的放電過(guò)程很相似。和長(zhǎng)空氣間隙的放電過(guò)程很相似。從擊穿機(jī)理的角度

33、，可將液體電介質(zhì)分為兩類：從擊穿機(jī)理的角度，可將液體電介質(zhì)分為兩類：純凈液體電介質(zhì)純凈液體電介質(zhì)非純凈液體電介質(zhì)非純凈液體電介質(zhì)(工程用工程用)氣泡擊穿理論（小橋理論）氣泡擊穿理論（小橋理論） 純凈的液體介質(zhì)由于某種原因出現(xiàn)了氣泡，在交純凈的液體介質(zhì)由于某種原因出現(xiàn)了氣泡，在交流電壓下，流電壓下，串聯(lián)介質(zhì)中電場(chǎng)強(qiáng)度的分布與介質(zhì)的串聯(lián)介質(zhì)中電場(chǎng)強(qiáng)度的分布與介質(zhì)的r 成反比成反比。由于氣泡的。由于氣泡的r 最小，其擊穿強(qiáng)度又比液體最小，其擊穿強(qiáng)度又比液體介質(zhì)低很多，所以氣泡必先發(fā)生介質(zhì)低很多，所以氣泡必先發(fā)生電離電離。 氣泡電離后溫度上升、體積膨脹、密度減小，這氣泡電離后溫度上升、體積膨脹、密度減

34、小，這促使電離進(jìn)一步發(fā)展。電離產(chǎn)生的帶電粒子撞擊油促使電離進(jìn)一步發(fā)展。電離產(chǎn)生的帶電粒子撞擊油分子，使它又分解出氣體，分子，使它又分解出氣體，導(dǎo)致氣體通道擴(kuò)大導(dǎo)致氣體通道擴(kuò)大。許。許多電離的多電離的氣泡氣泡在電場(chǎng)中排列成氣體在電場(chǎng)中排列成氣體小橋小橋，擊穿就可，擊穿就可能在此通道中發(fā)生。能在此通道中發(fā)生。 純凈油的電氣強(qiáng)度：純凈油的電氣強(qiáng)度：相當(dāng)高，可達(dá)相當(dāng)高，可達(dá)8001000kV/cm，但，但提取工藝相當(dāng)復(fù)雜。提取工藝相當(dāng)復(fù)雜。 電氣設(shè)備在電氣設(shè)備在制造制造過(guò)程中難免混入雜質(zhì)，過(guò)程中難免混入雜質(zhì)，運(yùn)行運(yùn)行中也會(huì)老中也會(huì)老化而分解出氣體和聚合物（蠟狀物）。因此，化而分解出氣體和聚合物（蠟狀物

35、）。因此，工程上工程上用的絕緣油總是含有一些用的絕緣油總是含有一些氣體氣體和和雜質(zhì)雜質(zhì)。非純凈液體電介質(zhì)（工程用液體電介質(zhì)）油中的雜質(zhì)：油中的雜質(zhì)：水分、固體絕緣材料（如紙、布）脫水分、固體絕緣材料（如紙、布）脫落纖維、液體本身老化分解。落纖維、液體本身老化分解?！半s質(zhì)小橋雜質(zhì)小橋”的形成：的形成：由于水和纖維的介電常數(shù)分別由于水和纖維的介電常數(shù)分別為為81和和67，比油的介電常數(shù)，比油的介電常數(shù)1.82.8大得多，從而大得多，從而這些雜質(zhì)容易極化并在電場(chǎng)方向定向排列成小橋這些雜質(zhì)容易極化并在電場(chǎng)方向定向排列成小橋-雜質(zhì)的雜質(zhì)的“小橋小橋” 。油中受潮油中受潮水分水分(r=81)紙布脫落紙布脫

36、落纖維纖維(r=67)沿電場(chǎng)極化沿電場(chǎng)極化定向排列定向排列雜質(zhì)雜質(zhì)“小橋小橋”“雜質(zhì)小橋雜質(zhì)小橋”貫通兩電極貫通兩電極“雜質(zhì)小橋雜質(zhì)小橋”未貫通未貫通兩電兩電極極受潮纖維在電極間定向示意圖受潮纖維在電極間定向示意圖(a)如果雜質(zhì)小橋接通電極，因其電導(dǎo)大而導(dǎo)致泄漏如果雜質(zhì)小橋接通電極，因其電導(dǎo)大而導(dǎo)致泄漏電流增大，電流增大，發(fā)熱發(fā)熱會(huì)促使汽化；氣泡擴(kuò)大，發(fā)展下去會(huì)促使汽化；氣泡擴(kuò)大，發(fā)展下去會(huì)出現(xiàn)氣體小橋，會(huì)出現(xiàn)氣體小橋，氣泡小橋貫穿氣泡小橋貫穿，使油隙發(fā)生擊穿。，使油隙發(fā)生擊穿?！半s質(zhì)小橋雜質(zhì)小橋”貫通兩電極貫通兩電極(b)雜質(zhì)小橋尚雜質(zhì)小橋尚未未接通電極時(shí)，則纖維等雜質(zhì)與油串接通電極時(shí)，則纖

37、維等雜質(zhì)與油串聯(lián)，由于纖維的聯(lián)，由于纖維的r大以及含水分纖維的電導(dǎo)大，使其大以及含水分纖維的電導(dǎo)大，使其端部油中電場(chǎng)強(qiáng)度顯著增高并引起端部油中電場(chǎng)強(qiáng)度顯著增高并引起電離電離，于是油，于是油分分解出氣體解出氣體，氣泡擴(kuò)大，電離增強(qiáng)，這樣下去必然會(huì)，氣泡擴(kuò)大，電離增強(qiáng)，這樣下去必然會(huì)出現(xiàn)由氣體小橋引起的擊穿。出現(xiàn)由氣體小橋引起的擊穿。“雜質(zhì)小橋雜質(zhì)小橋”未貫通未貫通兩電極兩電極(a)橋貫穿：橋貫穿：G水水、G纖纖大大i油油發(fā)熱發(fā)熱水分汽化氣泡擴(kuò)大水分汽化氣泡擴(kuò)大(b)橋未貫穿：橋未貫穿：r纖纖r油油E纖纖小小 U纖纖小小 E油油油電離油電離 Eb氣氣80， t Ub(油中水分汽化增多油中水分汽化增

38、多)干燥的油干燥的油潮濕的油潮濕的油電場(chǎng)均勻度電場(chǎng)均勻度 優(yōu)質(zhì)油：改善電場(chǎng)均勻度，能使工頻擊穿電壓顯著優(yōu)質(zhì)油：改善電場(chǎng)均勻度，能使工頻擊穿電壓顯著增大，也能大大提高其沖擊擊穿電壓。增大，也能大大提高其沖擊擊穿電壓。 品質(zhì)差的油：改善電場(chǎng)對(duì)于提高其工頻擊穿電壓的品質(zhì)差的油：改善電場(chǎng)對(duì)于提高其工頻擊穿電壓的效果較差。效果較差。 在在沖擊電壓沖擊電壓下，由于雜質(zhì)來(lái)不及形成小橋，故改善下，由于雜質(zhì)來(lái)不及形成小橋，故改善電場(chǎng)總是能顯著提高油隙的沖擊擊穿電壓，而電場(chǎng)總是能顯著提高油隙的沖擊擊穿電壓，而與油與油的品質(zhì)好壞幾乎無(wú)關(guān)的品質(zhì)好壞幾乎無(wú)關(guān)。電壓作用時(shí)間電壓作用時(shí)間油隙的擊穿電壓會(huì)隨電油隙的擊穿電壓會(huì)

39、隨電壓作用時(shí)間的增加而下降，壓作用時(shí)間的增加而下降，加電壓時(shí)間還會(huì)影響油的加電壓時(shí)間還會(huì)影響油的擊穿性質(zhì)。擊穿性質(zhì)。電壓作用時(shí)間為數(shù)十到電壓作用時(shí)間為數(shù)十到數(shù)百微秒時(shí)，雜質(zhì)的影響數(shù)百微秒時(shí)，雜質(zhì)的影響還不能顯示出來(lái)，仍為電還不能顯示出來(lái)，仍為電擊穿，擊穿電壓很高。擊穿，擊穿電壓很高。這這時(shí)影響油隙擊穿電壓的主時(shí)影響油隙擊穿電壓的主要因素是電場(chǎng)的均勻程度要因素是電場(chǎng)的均勻程度； 電壓作用時(shí)間更長(zhǎng)時(shí)，雜質(zhì)開(kāi)始聚集，油隙的擊穿開(kāi)始出現(xiàn)熱電壓作用時(shí)間更長(zhǎng)時(shí)，雜質(zhì)開(kāi)始聚集，油隙的擊穿開(kāi)始出現(xiàn)熱過(guò)程，于是擊穿電壓再度下降，為熱擊穿。過(guò)程，于是擊穿電壓再度下降，為熱擊穿。 油壓的影響油壓的影響 不論電場(chǎng)均勻

40、度如何，工業(yè)純變壓器油的工不論電場(chǎng)均勻度如何，工業(yè)純變壓器油的工頻擊穿電壓總是隨頻擊穿電壓總是隨油壓油壓的增加而的增加而增加增加，這是因?yàn)?，這是因?yàn)橛椭袣馀莸碾婋x電壓增高和氣體在油中的溶解度油中氣泡的電離電壓增高和氣體在油中的溶解度增大的緣故。增大的緣故。 油中含氣體時(shí)：壓力油中含氣體時(shí)：壓力 Ub油油(氣體在油中溶解量氣體在油中溶解量)油經(jīng)脫氣處理：壓力對(duì)油經(jīng)脫氣處理：壓力對(duì)Ub油油影響較小影響較小(1) 提高以及保持油的品質(zhì)提高以及保持油的品質(zhì) 過(guò)濾、防潮、祛氣、防塵過(guò)濾、防潮、祛氣、防塵(2) 改進(jìn)絕緣結(jié)構(gòu)以減小雜質(zhì)的影響改進(jìn)絕緣結(jié)構(gòu)以減小雜質(zhì)的影響 機(jī)理：阻止雜質(zhì)小橋的形成和發(fā)展機(jī)理：

41、阻止雜質(zhì)小橋的形成和發(fā)展2.1.3 提高液體介質(zhì)擊穿的主要措施提高液體介質(zhì)擊穿的主要措施 純凈液體介質(zhì)的擊穿純凈液體介質(zhì)的擊穿氣體小橋理論氣體小橋理論 用擊穿理論來(lái)解釋工程用變壓器油擊穿過(guò)程用擊穿理論來(lái)解釋工程用變壓器油擊穿過(guò)程 非純凈液體電介質(zhì)的擊穿機(jī)理非純凈液體電介質(zhì)的擊穿機(jī)理 影響變壓器油擊穿電壓的因素影響變壓器油擊穿電壓的因素 提高液體電介質(zhì)擊穿電壓的主要措施提高液體電介質(zhì)擊穿電壓的主要措施什么是固體介質(zhì)的擊穿什么是固體介質(zhì)的擊穿? 當(dāng)作用在固體介質(zhì)的電場(chǎng)強(qiáng)度當(dāng)作用在固體介質(zhì)的電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)某數(shù)值超過(guò)某數(shù)值時(shí)，時(shí)，在該介質(zhì)在該介質(zhì)內(nèi)內(nèi)會(huì)形成會(huì)形成導(dǎo)電通道導(dǎo)電通道，使固體介質(zhì)破壞的，使固體

42、介質(zhì)破壞的現(xiàn)象，稱為固體介質(zhì)的擊穿。現(xiàn)象，稱為固體介質(zhì)的擊穿。 固體介質(zhì)被擊穿后，會(huì)出現(xiàn)裂縫、痕跡或形固體介質(zhì)被擊穿后，會(huì)出現(xiàn)裂縫、痕跡或形成漏電通道。成漏電通道。 固體介質(zhì)被擊穿后，其絕緣性能不能自行恢固體介質(zhì)被擊穿后，其絕緣性能不能自行恢復(fù)。因而稱復(fù)。因而稱非自恢復(fù)絕緣非自恢復(fù)絕緣。 在氣、液、固三種電介質(zhì)中，固體材料密度在氣、液、固三種電介質(zhì)中，固體材料密度最大，耐電強(qiáng)度也最高。通常，最大，耐電強(qiáng)度也最高。通常，p空氣的耐電強(qiáng)度空氣的耐電強(qiáng)度 3kV/mm；p液體的耐電強(qiáng)度液體的耐電強(qiáng)度10kV/mm20 kV/mm；p固體的耐電強(qiáng)度固體的耐電強(qiáng)度幾十幾十kV/mm幾百幾百 kV/mm；

43、固體電介質(zhì)的電氣強(qiáng)度固體電介質(zhì)的電氣強(qiáng)度在電場(chǎng)作用下，固體介質(zhì)可能因以下過(guò)程而被擊穿：在電場(chǎng)作用下，固體介質(zhì)可能因以下過(guò)程而被擊穿： 電過(guò)程（電擊穿）電過(guò)程（電擊穿） t0.2 s 電化學(xué)過(guò)程（電化學(xué)擊穿）電化學(xué)過(guò)程（電化學(xué)擊穿） 數(shù)十小時(shí)數(shù)十小時(shí)3.1 固體電介質(zhì)的擊穿機(jī)理固體電介質(zhì)的擊穿機(jī)理含義：含義：固體介質(zhì)的電擊穿是指僅僅由于電場(chǎng)的作固體介質(zhì)的電擊穿是指僅僅由于電場(chǎng)的作用而直接使介質(zhì)破壞并喪失絕緣性能的現(xiàn)象。用而直接使介質(zhì)破壞并喪失絕緣性能的現(xiàn)象。條件：條件：在介質(zhì)的電導(dǎo)很小，又有良好的散熱條件在介質(zhì)的電導(dǎo)很小，又有良好的散熱條件以及介質(zhì)內(nèi)部不存在局部放電的情況下，固體介以及介質(zhì)內(nèi)部不

44、存在局部放電的情況下，固體介質(zhì)的擊穿通常為電擊穿。質(zhì)的擊穿通常為電擊穿。電擊穿的主要特征：電擊穿的主要特征： 與周圍環(huán)境溫度有關(guān)；與周圍環(huán)境溫度有關(guān)； 擊穿時(shí)間很短（擊穿時(shí)間很短（10 s0.2s) ，擊穿電壓與時(shí)間，擊穿電壓與時(shí)間無(wú)關(guān)；無(wú)關(guān)； 介質(zhì)發(fā)熱不顯著；介質(zhì)發(fā)熱不顯著； 電場(chǎng)均勻程度對(duì)擊穿有顯著影響。電場(chǎng)均勻程度對(duì)擊穿有顯著影響。3.1.1 電擊穿理論電擊穿理論 擊穿機(jī)理?yè)舸C(jī)理：固體介質(zhì)會(huì)因介質(zhì)損耗而發(fā)熱，如果：固體介質(zhì)會(huì)因介質(zhì)損耗而發(fā)熱，如果周圍環(huán)境溫度高，散熱條件不好，介質(zhì)溫度將不周圍環(huán)境溫度高，散熱條件不好，介質(zhì)溫度將不斷上升而導(dǎo)致絕緣的破壞，如介質(zhì)分解、熔化、斷上升而導(dǎo)致絕緣

45、的破壞，如介質(zhì)分解、熔化、碳化或燒焦，從而引起熱擊穿。碳化或燒焦，從而引起熱擊穿。由于電導(dǎo)由于電導(dǎo)存在存在損耗損耗發(fā)熱發(fā)熱T(負(fù)溫度系數(shù)負(fù)溫度系數(shù)) R I損耗發(fā)熱損耗發(fā)熱(Q發(fā)發(fā)Q散散)T介質(zhì)分解、劣化介質(zhì)分解、劣化擊擊穿穿特點(diǎn)特點(diǎn)：擊穿與環(huán)境、電壓作用時(shí)間、電源頻率及介：擊穿與環(huán)境、電壓作用時(shí)間、電源頻率及介質(zhì)本身有關(guān)。質(zhì)本身有關(guān)。擊穿時(shí)間較長(zhǎng)，擊穿電壓隨擊穿前時(shí)擊穿時(shí)間較長(zhǎng)，擊穿電壓隨擊穿前時(shí)間的增加而明顯下降，擊穿電壓較低。間的增加而明顯下降，擊穿電壓較低。3.1.2 熱擊穿理論熱擊穿理論 概念：概念：固體介質(zhì)在電場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間作用下（作用電固體介質(zhì)在電場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間作用下（作用電壓時(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)十小

46、時(shí)乃至幾年甚至更長(zhǎng)）壓時(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)十小時(shí)乃至幾年甚至更長(zhǎng)） ，逐，逐漸使介質(zhì)的物理、化學(xué)性能發(fā)生漸使介質(zhì)的物理、化學(xué)性能發(fā)生，并引起并引起擊穿擊穿的現(xiàn)象稱為的現(xiàn)象稱為電化電化學(xué)擊穿學(xué)擊穿。 介質(zhì)內(nèi)部的缺陷（如氣隙或氣泡）引起的介質(zhì)內(nèi)部的缺陷（如氣隙或氣泡）引起的局部局部放電放電是是介質(zhì)劣化介質(zhì)劣化、損傷損傷、的主要的主要原因。原因。電化學(xué)3.1.3 電化學(xué)擊穿 電離性老化電離性老化：在介質(zhì)夾層或介質(zhì)內(nèi)部存在氣隙或：在介質(zhì)夾層或介質(zhì)內(nèi)部存在氣隙或氣泡，在氣泡，在交流電壓交流電壓作用下產(chǎn)生，作用下產(chǎn)生，氣隙或氣泡內(nèi)氣隙或氣泡內(nèi)放放電，并沿電場(chǎng)方向逐漸向電場(chǎng)深處發(fā)展，放電發(fā)電，并沿電場(chǎng)方向逐漸向電場(chǎng)深

47、處發(fā)展，放電發(fā)展通道會(huì)呈樹(shù)枝狀展通道會(huì)呈樹(shù)枝狀-電樹(shù)枝老化電樹(shù)枝老化 電導(dǎo)性老化電導(dǎo)性老化：在兩極之間的絕緣層中存在：在兩極之間的絕緣層中存在液態(tài)液態(tài)導(dǎo)導(dǎo)電物質(zhì)（如水），在電物質(zhì)（如水），在交流電壓交流電壓作用下產(chǎn)生，作用下產(chǎn)生，液體液體會(huì)會(huì)沿電場(chǎng)方向定向深入到絕緣層中，形成樹(shù)枝狀沿電場(chǎng)方向定向深入到絕緣層中，形成樹(shù)枝狀的痕跡，的痕跡，-水樹(shù)枝老化水樹(shù)枝老化 產(chǎn)生水樹(shù)枝的原因是水或其他電解液中的離子在交產(chǎn)生水樹(shù)枝的原因是水或其他電解液中的離子在交變電場(chǎng)下反復(fù)沖擊絕緣物，使其產(chǎn)生疲勞損傷和化變電場(chǎng)下反復(fù)沖擊絕緣物，使其產(chǎn)生疲勞損傷和化學(xué)分解，電解液便逐漸滲透、擴(kuò)散到絕緣深處。學(xué)分解，電解液便逐漸

48、滲透、擴(kuò)散到絕緣深處。 電解性老化電解性老化：離子性：離子性無(wú)機(jī)無(wú)機(jī)絕緣材料在絕緣材料在直直流流電壓作用下，電介質(zhì)會(huì)逐漸老化電壓作用下，電介質(zhì)會(huì)逐漸老化-電解電解老化老化 表面漏電起痕與電蝕損表面漏電起痕與電蝕損：有機(jī)介質(zhì)表面：有機(jī)介質(zhì)表面產(chǎn)生，如污穢放電，放電會(huì)使絕緣表面產(chǎn)生，如污穢放電，放電會(huì)使絕緣表面過(guò)熱、局部炭化、燒蝕，形成漏電痕跡。過(guò)熱、局部炭化、燒蝕，形成漏電痕跡。表面漏電起痕與電蝕損電介質(zhì)中的樹(shù)枝老化 在在電化學(xué)擊穿電化學(xué)擊穿中，有一種樹(shù)枝化放電的情況，這通常發(fā)生在有機(jī)中，有一種樹(shù)枝化放電的情況，這通常發(fā)生在有機(jī)絕緣材料的場(chǎng)合。當(dāng)有機(jī)絕緣材料中因小曲率半徑電極、微小空絕緣材料的場(chǎng)

49、合。當(dāng)有機(jī)絕緣材料中因小曲率半徑電極、微小空氣隙、雜質(zhì)等因素而出現(xiàn)高場(chǎng)強(qiáng)區(qū)時(shí)，往往在此處先發(fā)生局部的氣隙、雜質(zhì)等因素而出現(xiàn)高場(chǎng)強(qiáng)區(qū)時(shí)，往往在此處先發(fā)生局部的樹(shù)枝狀放電，并在有機(jī)固體介質(zhì)上留下纖細(xì)的溝狀放電通道的痕樹(shù)枝狀放電，并在有機(jī)固體介質(zhì)上留下纖細(xì)的溝狀放電通道的痕跡，這就是跡，這就是樹(shù)枝化樹(shù)枝化放電劣化。放電劣化。 在交流電壓下，樹(shù)枝化放電劣化是局部放電產(chǎn)生的帶電粒子沖撞固體介質(zhì)引起電化學(xué)劣化的結(jié)果。 在沖擊電壓下，則可能是局部電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)了材料的電擊穿場(chǎng)強(qiáng)所造成的結(jié)果。(一一) 電壓作用時(shí)間電壓作用時(shí)間 如果電壓作用時(shí)間如果電壓作用時(shí)間很短很短(例如例如0.2s以下以下)，固體介質(zhì)的擊穿

50、，固體介質(zhì)的擊穿往往是電擊穿，擊穿電壓當(dāng)然也較高。往往是電擊穿，擊穿電壓當(dāng)然也較高。 隨著電壓作用時(shí)間的增長(zhǎng)，擊穿電壓將下降，如果在加隨著電壓作用時(shí)間的增長(zhǎng)，擊穿電壓將下降，如果在加電壓后電壓后數(shù)分鐘數(shù)分鐘到到數(shù)小時(shí)數(shù)小時(shí)才引起擊穿，則熱擊穿往往起主要才引起擊穿，則熱擊穿往往起主要作用。作用。3.2影響固體介質(zhì)擊穿的因素和改進(jìn)措施影響固體介質(zhì)擊穿的因素和改進(jìn)措施 但兩者并無(wú)明顯的界限。例如在工頻交流但兩者并無(wú)明顯的界限。例如在工頻交流1min.耐壓試耐壓試驗(yàn)中的試品被擊穿，常常是電和熱雙重作用的結(jié)果。驗(yàn)中的試品被擊穿，常常是電和熱雙重作用的結(jié)果。 電壓作用時(shí)間長(zhǎng)達(dá)電壓作用時(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)十小時(shí)數(shù)十小

51、時(shí)甚至甚至幾年幾年才發(fā)生擊穿時(shí)，大才發(fā)生擊穿時(shí)，大多屬于電化學(xué)擊穿的范疇。多屬于電化學(xué)擊穿的范疇。(二二) 電場(chǎng)均勻程度電場(chǎng)均勻程度 處于處于均勻電場(chǎng)均勻電場(chǎng)中的固體介質(zhì)，其擊穿電壓往往較高，且中的固體介質(zhì)，其擊穿電壓往往較高，且隨介質(zhì)厚度的增加近似地成隨介質(zhì)厚度的增加近似地成線性增大線性增大； 若在若在不均勻電場(chǎng)不均勻電場(chǎng)中，介質(zhì)厚度增加使電場(chǎng)更不均勻，于中，介質(zhì)厚度增加使電場(chǎng)更不均勻，于是擊穿電壓是擊穿電壓不再不再隨厚度的增加而隨厚度的增加而線性線性上升。當(dāng)厚度增加上升。當(dāng)厚度增加使散熱困難到可能引起熱擊穿時(shí)，增加厚度的意義就更使散熱困難到可能引起熱擊穿時(shí)，增加厚度的意義就更小了。小了。常

52、用的固體介質(zhì)一般都含有雜質(zhì)和氣隙，這時(shí)即使常用的固體介質(zhì)一般都含有雜質(zhì)和氣隙，這時(shí)即使處于均勻電場(chǎng)中，介質(zhì)內(nèi)部的電場(chǎng)分布也是不均勻處于均勻電場(chǎng)中，介質(zhì)內(nèi)部的電場(chǎng)分布也是不均勻的，最大電場(chǎng)強(qiáng)度集中在氣隙處，使擊穿電壓下降。的，最大電場(chǎng)強(qiáng)度集中在氣隙處，使擊穿電壓下降。 (三三)溫度溫度 固體介質(zhì)在某個(gè)溫度范圍內(nèi)固體介質(zhì)在某個(gè)溫度范圍內(nèi)tt0后將發(fā)生后將發(fā)生熱擊穿熱擊穿，溫度越高熱擊穿電壓越低；，溫度越高熱擊穿電壓越低；如果其周圍媒質(zhì)的溫度也高，且散熱條件又差，熱擊穿電壓更如果其周圍媒質(zhì)的溫度也高，且散熱條件又差，熱擊穿電壓更低。低。 因此，以固體介質(zhì)作絕緣材料的電氣設(shè)備，如果某處局部溫度因此，以

53、固體介質(zhì)作絕緣材料的電氣設(shè)備，如果某處局部溫度過(guò)高，在工作電壓下即有熱擊穿的危險(xiǎn)。不同的固體介質(zhì)其耐過(guò)高，在工作電壓下即有熱擊穿的危險(xiǎn)。不同的固體介質(zhì)其耐熱性能和耐熱等級(jí)是不同的，因此它們由電擊穿轉(zhuǎn)為熱擊穿的熱性能和耐熱等級(jí)是不同的，因此它們由電擊穿轉(zhuǎn)為熱擊穿的臨界溫度臨界溫度t0一般也是不同的。一般也是不同的。(四四) 濕度濕度 濕度對(duì)固體介質(zhì)擊穿電壓的影響與材料的性質(zhì)有關(guān)。濕度對(duì)固體介質(zhì)擊穿電壓的影響與材料的性質(zhì)有關(guān)。 對(duì)不易吸潮的材料對(duì)不易吸潮的材料，如聚乙烯、聚四氟乙烯等中性介質(zhì)，如聚乙烯、聚四氟乙烯等中性介質(zhì)，受潮后擊穿電壓僅下降一半左右；受潮后擊穿電壓僅下降一半左右； 容易吸潮的極

54、性介質(zhì)容易吸潮的極性介質(zhì)，如棉紗、紙等纖維材料，吸潮后，如棉紗、紙等纖維材料，吸潮后的擊穿電壓可能僅為干燥時(shí)的百分之幾或更低，這是因的擊穿電壓可能僅為干燥時(shí)的百分之幾或更低，這是因電導(dǎo)率和介質(zhì)損耗大大增加的緣故。電導(dǎo)率和介質(zhì)損耗大大增加的緣故。 (五五)累積效應(yīng)累積效應(yīng)（固體介質(zhì)的特有性能）（固體介質(zhì)的特有性能） 固體介質(zhì)在不均勻電場(chǎng)中以及在幅值不很高的過(guò)電壓、特別是固體介質(zhì)在不均勻電場(chǎng)中以及在幅值不很高的過(guò)電壓、特別是雷電沖擊電壓下，介質(zhì)內(nèi)部可能出現(xiàn)局部損傷，并留下局部碳雷電沖擊電壓下，介質(zhì)內(nèi)部可能出現(xiàn)局部損傷，并留下局部碳化、燒焦或裂縫等痕跡。多次加電壓時(shí)，局部損傷會(huì)逐步發(fā)展，化、燒焦或裂

55、縫等痕跡。多次加電壓時(shí)，局部損傷會(huì)逐步發(fā)展，這稱為這稱為累積效應(yīng)累積效應(yīng)。顯然，它會(huì)導(dǎo)致固體介質(zhì)擊穿電壓的下降。顯然，它會(huì)導(dǎo)致固體介質(zhì)擊穿電壓的下降。 。 (六六)機(jī)械負(fù)荷機(jī)械負(fù)荷 機(jī)械應(yīng)力可能會(huì)造成絕緣材料開(kāi)裂、松散，使得機(jī)械應(yīng)力可能會(huì)造成絕緣材料開(kāi)裂、松散，使得擊穿電壓下降。擊穿電壓下降。改善措施改善措施改進(jìn)制造工藝改進(jìn)制造工藝改善電場(chǎng)分布改善電場(chǎng)分布改善電極形狀改善電極形狀改善絕緣的工作條件改善絕緣的工作條件介質(zhì)的其他性能介質(zhì)的其他性能 熱性能2. 機(jī)械性能3. 吸潮性能4. 化學(xué)性能及抗生物性熱性能熱性能 耐熱性：耐熱性：指保證電介質(zhì)可靠安全運(yùn)行指保證電介質(zhì)可靠安全運(yùn)行的最高允許溫度的

56、最高允許溫度 熱劣化：熱劣化：電介質(zhì)在稍高的溫度下，長(zhǎng)電介質(zhì)在稍高的溫度下，長(zhǎng)時(shí)間后發(fā)生絕緣性能的不可逆變化時(shí)間后發(fā)生絕緣性能的不可逆變化 壽命：壽命：在一定溫度下，電介質(zhì)不產(chǎn)生在一定溫度下，電介質(zhì)不產(chǎn)生熱損壞的時(shí)間稱為壽命熱損壞的時(shí)間稱為壽命 短時(shí)耐熱性：短時(shí)耐熱性： 長(zhǎng)期耐熱性：長(zhǎng)期耐熱性：給定壽命下，電介質(zhì)不給定壽命下，電介質(zhì)不產(chǎn)生熱損壞的最高允許溫度產(chǎn)生熱損壞的最高允許溫度 介質(zhì)熱老化的程度主要決定于溫度及介質(zhì)經(jīng)受熱作用的時(shí)間。介質(zhì)熱老化的程度主要決定于溫度及介質(zhì)經(jīng)受熱作用的時(shí)間。為此國(guó)際電工委員會(huì)按照材料的最高持續(xù)工作溫度為耐熱程為此國(guó)際電工委員會(huì)按照材料的最高持續(xù)工作溫度為耐熱程度

57、劃分耐熱等級(jí)。如度劃分耐熱等級(jí)。如 Y A E B F H C度數(shù)級(jí)度數(shù)級(jí) 90 105 120 130 155 180 180 A級(jí)溫度超過(guò)規(guī)定級(jí)溫度超過(guò)規(guī)定8、B級(jí)級(jí)10、H級(jí)級(jí)12，壽命約，壽命約縮短一半縮短一半根據(jù)絕緣耐熱等級(jí)可以進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷的最佳經(jīng)濟(jì)性設(shè)根據(jù)絕緣耐熱等級(jí)可以進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷的最佳經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)計(jì)電力設(shè)備使用期限定為電力設(shè)備使用期限定為20-25年。年。 耐寒性則是絕緣材料在低溫下保證安全運(yùn)耐寒性則是絕緣材料在低溫下保證安全運(yùn)行的最低許可溫度，行的最低許可溫度，否則否則，固體可能變脆、，固體可能變脆、開(kāi)裂，液體可能凝固。如開(kāi)裂，液體可能凝固。如10、25、40號(hào)變壓號(hào)變

58、壓器油分別表示其凝固溫度為器油分別表示其凝固溫度為-10、-25、-402. 機(jī)械性能機(jī)械性能 有脆性、塑性和彈性三種有脆性、塑性和彈性三種 有些絕緣結(jié)構(gòu)如絕緣子在運(yùn)行中要承受較大的有些絕緣結(jié)構(gòu)如絕緣子在運(yùn)行中要承受較大的機(jī)械荷載。當(dāng)其承受的機(jī)械荷載等于其破壞荷機(jī)械荷載。當(dāng)其承受的機(jī)械荷載等于其破壞荷載時(shí)，它的載時(shí)，它的電氣性能將下降電氣性能將下降30%。多因素（如。多因素（如風(fēng)、電、熱及機(jī)械荷載的聯(lián)合作用）會(huì)影響固風(fēng)、電、熱及機(jī)械荷載的聯(lián)合作用）會(huì)影響固體介質(zhì)的電氣性能。因此，對(duì)絕緣子等產(chǎn)品在體介質(zhì)的電氣性能。因此，對(duì)絕緣子等產(chǎn)品在出廠前要經(jīng)受出廠前要經(jīng)受機(jī)械機(jī)械-電氣電氣聯(lián)合試驗(yàn)，以便暴露出聯(lián)合試驗(yàn)，以便暴露出絕緣中開(kāi)裂、裂縫等缺陷。防患于未然。絕緣中開(kāi)裂、裂縫等缺陷。防患于未然。3. 吸潮性能吸潮性能在潮濕地區(qū)要選用吸濕性小、憎水性強(qiáng)的材在潮濕地區(qū)要選用吸濕性小、憎水性強(qiáng)的材料。一般而言，非極性電介質(zhì)吸濕性低，極料。一般而言，非極性電介質(zhì)吸濕性