液体固体的绝缘特性培训课件

液体和固体介质的绝缘强度

1.1.1.电介质的极化1.定义电介质中的带电质点在电场作用下沿电场方向作有限位移Qo=CoU2.相对介电系数εr表征电介质在电场作用下的极化程度3.极化的基本形式(1)电子式极化其特点:a.极化所需时间极短b.极化时没有能量损耗c.温度对极化影响极小(2).离子式极化其特点:a.极化过程极短b.极化过程无能量损耗c.温度对极化有影响,极化随温度升高而增强(3).偶极子式极化其特点a.极化所需时间较长,因而与频率有关b.极化过程有能量损耗c.温度对极化影响很大,温度很高和很低时,极化均减弱(4).夹层式极化在两层电介质的界面上发生电荷的移动和积累,极化过程缓慢,并有损耗，其极化过程缓慢，有能量损耗3、讨论介质极化在工程实际中的意义1、选择电容器中的绝缘材料时，在相同耐电强度的情况下，要选择εr较大的材料。在其绝缘结构里，希望其小些2、3、材料的介质损耗与极化形式有关，而介质损耗是影响绝缘劣化和热击穿的一个重要因素。4、在绝缘预防性实验中，夹层极化现象可用来判断绝缘受潮情况2.1.2电介质的电导1.定义介质在电场作用下,使其内部联系较弱的带电粒子作有规律的运动形成电流,即泄漏电流.这种物理现象称为电导.表征电导过程强弱程度的物理量为电导率γ，或它的倒数电阻率ρo2.介质中的电流(1).电容电流ic在加压初瞬间介质中的电子式极化和离子式极化过程所引起的电流,无损耗,存在时间极短(2).吸收电流ia有损极化所对应的电流,即夹层极化和偶极子极化时的电流,它随时间而衰减.(3)泄漏电流绝缘介质中少量离子定向移动所形成的电导电流,它不随时间而变化.流过介质的电流i由三个分量组成：3.吸收现象

固体电介质在直流电压作用下,观察到电路中的电流从大到小随时间衰减,最终稳定于某一数值,称为“吸收现象”。4、讨论电介质的意义（1)、介质干燥和嘲湿,吸收现象不一样,据此可判断绝缘性能的好坏.（2）、多层介质在直流电压作用下面，电压分布与电导成反比，故设计用于直流的设备要注意介质的电导。（3）、设计是应该考虑绝缘的使用环境，特别是湿度影响。（4）、并非所有的情况都要求绝缘电阻值高，有些情况下要设法减小绝缘电阻值。2.1.3.电介质的损耗1.损耗的形式(1).电导损耗由泄漏电流引起的损耗.交直流下都存在.(2).极化损耗由偶极子与夹层极化引起,交流电压下极明显(3).游离损耗指气体间隙的电晕放电以及液固体介质内部气泡中局部放电所造成的损耗.2.用介质损耗角的正切tgδ来表示介损的意义

在交流电压作用下,由于存在三种形式的损耗,需引入一个新的物理量来表征介损的特性.经推导,介质损耗P为

经推导,介质损耗P为因为:(1).P值与试验电压U的高低等因素有关;(2).tgδ是与电压、频率、绝缘尺寸无关的量，而仅取决于电介质的损耗特性。

(3)tgδ可以用高压电桥等仪器直接测量.所以表征介损用介质损失角的正切tgδ来表示,而不是用有功损耗P来表示.3.影响tgδ的因素（1）温度的影响（2）频率的影响（3）电压的影响在电场强度不很高时，tgδ不变；在电场强度较高时，tgδ随电场强度升高而迅速增大2.2.1.液体电介质的击穿特性1、液体击穿机理（1）电击穿理论在外电场足够强时，电子在碰撞液体分子可引起电离，使电子数倍增，形成电子崩。同时正离子在阴极附近形成空间电荷层增强了阴极附近的电场，使阴极发射的电子数增多，导致液体介质击穿。纯净液体介质的击穿理论与气体放电汤逊理论中的作用有些相似。但液体密度比气体密度大得多，电子的平均自由行程很小，必须大大提高场强才开始碰撞电离。

（2）“小桥”理论

变压器油的击穿主要原因,在于杂质的影响,而杂质是水分、受潮的纤维和被游离了的气泡等构成，它们在电场的作用下，在电极间逐渐排列成为小桥，从而导致击穿。2.影响液体电介质击穿电压的因素（1）自身品质因素：杂质的多少（含水量、纤维量、气量）通过标准油杯中变压器油的工频击穿电压来衡量油的品质（2）温度（3）电压作用时间加压后短至几个微秒时，表现为电击穿，击穿电压很高当电压作用时间大于毫秒级时，表现为热击穿，击穿电压随作用时间增加而降低

电场愈均匀，杂质对击穿电压的影响愈大分散性也愈大，击穿电压也愈高（4）电场均匀程度3.提高液体电介质击穿电压的措施（1）过滤（2）防潮（3）脱气（4）覆盖层（5）绝缘层（6）屏障2.3.固体电介质的击穿1.固体电介质的击穿机理(1).电击穿(2).热击穿(3).电化学击穿（1）、电击穿1、固体介质的电击穿是指仅仅由于电场的作用而直接使介质破坏并丧失绝缘性能的现象。

2、在介质的电导很小，又有良好的散热条件以及介质内部不存在局部放电的情况下，固体介质的击穿通常为电击穿，击穿场强可达105-106kV/m。3、电击穿的主要特征：①与周围环境温度有关；②除时间很短的情况，与电压作用时间关系不大；③介质发热不显著；④电场均匀程度对击穿有显著影响。（2）热击穿

固体介质会因介质损耗而发热，如果周围环境温度高，散热条件不好，介质温度将不断上升而导致绝缘的破坏，如介质分解、熔化、碳化或烧焦，从而引起热击穿。

①热击穿电压会随着周围媒质温度t0的上升而下降；

②热击穿电压并不随介质厚度成正比增加，因厚度越大，介质中心附近的热量逸出越困难，所以固体介质的击穿场强随h的增大而降低；

③如果介质的导热系数大，散热系数也大，则热击穿电压上升；

④f或tgδ增大时都会造成产生的热量增加。（3）电化学击穿

固体介质在长期工作电压作用下，由于介质内部发生局部放电等原因，使绝缘劣化，电气强度逐步下降并引起击穿的现象称为电化学击穿。局部放电是介质内部的缺陷（如气隙或气泡）引起的局部性质的放电。局部放电使介质劣化、损伤、电气强度下降的主要原因为：

1)产生活性气体对介质氧化、腐蚀

2)温升使局部介质损耗增加；

3)切断分子结构，导致介质破坏。2.影响因素(1).电压作用时间如果电压作用时间很短(例如0.1s以下)，固体介质的击穿往往是电击穿，击穿电压当然也较高。随着电压作用时间的增长，击穿电压将下降，如果在加电压后数分钟到数小时才引起击穿，则热击穿往往起主要作用。不过二者有时很难分清，例如在工频交流1min耐压试验中的试品被击穿，常常是电和热双重作用的结果。电压作用时间长达数十小时甚至几年才发生击穿时，大多属于电化学击穿的范畴。(2).电场均匀程度与介质厚度处于均匀电场中的固体介质，其击穿电压往往较高，且随介质厚度的增加近似地成线性增大；若在不均匀电场中，介质厚度增加使电场更不均匀，于是击穿电压不再随厚度的增加而线性上升。当厚度增加使散热困难到可能引起热击穿时，增加厚度的意义就更小了。常用的固体介质一般都含有杂质和气隙，这时即使处于均匀电场中，介质内部的电场分布也是不均匀的，最大电场强度集中在气隙处，使击穿电压下降。如果经过真空干燥、真空浸油或浸漆处理，则击穿电压可明显提高。(3)温度固体介质在某个温度范围内其击穿性质属于电击穿，这时的击穿场强很高，且与温度几乎无关。超过某个温度后将发生热击穿，温度越高热击穿电压越低；如果其周围媒质的温度也高，且散热条件又差，热击穿电压更低。因此，以固体介质作绝缘材料的电气设备，如果某处局部温度过高，在工作电压下即有热击穿的危险。不同的固体介质其耐热性能和耐热等级是不同的，因此它们由电击穿转为热击穿的临界温度一般也是不同的。(4)受潮受潮对固体介质击穿电压的影响与材料的性质有关。对不易吸潮的材料，如聚乙烯、聚四氟乙烯等中性介质，受潮后击穿电压仅下降一半左右；容易吸潮的极性介质，如棉纱、纸等纤维材料，吸潮后的击穿电压可能仅为干燥时的百分之几或更低，这是因电导率和介质损耗大大增加的缘故。所以高压绝缘结构在制造时要注意除去水分，在运行中要注意防潮，并定期检查受潮情况。(5)累积效应固体介质在不均匀电场中以及在幅值不很高的过电压、特别是雷电冲击电压下，介质内部可能出现局部损伤，并留下局部碳化、烧焦或裂缝等痕迹。多次加