高电压技术电介质电导和损耗

EU d
VAd
E2 tg VU d2 2C Atdg Ad
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tg I r Ic
1 CR
均匀介质中总的有功损耗：
PUr IU ctI gU 2 Ctg 包括
电导损耗 极化损耗
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1、气体电介质中的损耗
1、当场强不足以产生碰撞电离时气体中的损耗是由电导引起的， 损耗极小（ tg＜10-8）
３、并不是所有情况下都希望绝缘电阻高，有些情况下要 设法减小绝缘电阻值。如在高压套管法兰附近涂上半导 体釉，高压电机定子绕组出稽口部分涂半导体漆等，都 是为了改善电压分布，以消除电晕。
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ຫໍສະໝຸດ Baidu
电介质损耗
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损耗角正切：
tg jr jc
j g — 真空和无损极化引起的电流密度
· 多孔性纤维材料不仅表面电阻小，体积电阻也小
见表
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讨论介质电导的意义:
1、在绝缘预防性试验中，要测绝缘电阻和泄漏电流以判断绝缘是否受潮 或有其它劣化现象。在试验中需注意将表面电导与体积电导区别开来。
吸收比: 通常用加压60s测量的绝缘电阻与 加压15s测量的绝缘电阻的比值可 以有效地判断绝缘的好坏，即
K R 60" R 15"
如良好、干燥的绝缘，吸收电流较
大，K值较大（应大于某一定值）；
受潮或有缺陷的绝缘，吸收比较小。 图:某变压器的绝缘电阻与时间关系曲线 1受潮时；2 经干燥后
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２、设计绝缘结构时要考虑到环境条件，特别是湿度的影响。 注意环境湿度对固体介质表面电阻的影响，注意亲水性 材料的表面防水处理。
1、与纯净度有关: 杂质越多，电导越大
2、与介质分子的离解度有关: 介电常数越大，电导越大 见表
3、与温度有关
温度升高液体电介质粘度降低，离子迁移率 增加，电导增大
温度升高液体电介质或离子的热离解度增加， 电导增大
AeB/T A、B — 常数；T — 绝对温度 — 电导率
见图
4、与电场强度有关: 当场强到达一定程度后，电导将迅速增大
S
RS
b l
S
1 S
单位Ω
介质
测量电极
l b
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特点： 1、与环境因素有关 2、与绝缘材料的憎水性有关 3、与绝缘材料的性质有关
θ>90° θ
憎水性
θ<90° θ
亲水性
如：· 电瓷能被水湿润，但表面无脏物时，即使在潮湿环境仍能
保持相当大的电阻率
· 大部分玻璃部分溶于水，但表面电阻较小，而且与温度关 系较大
2、当外施电压U超过局放起始电压U0时，将发生局部放电，损耗急剧增加， 这在高压输 电线上是常见的，称为电晕损耗。
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2、液体电介质中的损耗
非极性或弱极性电介质损耗 很小，损耗主要由电导决定
t＜t1时： 电导和极化损耗都很小，随着温度 的升高，极化损耗显著增加
t1＜t＜t2: 由于分子热运动加快，妨碍极性分 子的转向极化，极化损耗的减小比 电导损耗的增加更快
I
ic
测量介质中电流的电路图
电介质中的电导是由于电介质的基本物 质及其中所含杂质分子的化学分解或热离解 形成带电质点(电子、正离子、负离子)，沿 电场方向移动而造成的。它是离子式的电导， 也就是电解式的电导。
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ig
0
i'a t
i'c
固体介质中的电流与时间的关系
i c — 充电电流 i a — 吸收电流（数分钟以上）
电介质的电导和损耗
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电介质中的传导电流
电气传导电流概念：是表征单位时间内通过某一 截面的电量
传导电流的组成： 电介质中的传导电流含漏导电 流和位移电流两个分量
漏导电流：由介质中自由的或联系弱的带电质点 在电场作用下运动造成的
位移电流：由电介质极化造成的吸收电流
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2
电介质电导
区域3：当场强超过E2≈103
V/cm时，气体电介质将发生碰
js
撞电离，从而使气体电介质电
导急剧增大
0
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C
A
B
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
E1
E2
Ecr E
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二、液体电介质 电导
特点：
一是由液体本身的分子和杂质的分子解 离成离子，构成离子电导；
二是由液体中的胶体质点(如变压器油中 悬浮的小水滴)吸附电荷后，变成带电质 点，构成电泳电导。
jlk — 漏导引起的电流密度
j p — 有损极化引起的电流密度
Jc E
单位体积介质中的损耗功率：
P E r J E c tJ g E 2 tg
含有均匀介质的平板电容器总损耗功率：
P p V E 2 t g V U 2 c tg
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所以：
因为：
C A Cd
d
A
i g — 泄漏电流
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一、气体电介质的电导：
气体中无吸收电流； 气体离子的浓度约为500~1000对/cm2；
气体电介质中的电流密度—场强特性
分成三个区域
j
区域1：E≈5×10-3 V/cm，电
流密度j随着E增加而增加；
区域2：当E进一步增大，j趋 向饱和；
以上两者的电阻率约1022 Ω•cm量级。
V
1
V
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特点：
1、与温度有关，与液体类似
2、与电场强度有关：当电场强度大于某一定值时
eb(EE0) 0
0 — 电导率与电场强度无关时的电导率
bE 0
— —
电导率与电场强度无关时的最大电场强度
与材料性质有关的常数
见图
3、与杂质有关：合成高分子绝缘材料的催化剂、增塑剂、填料
（以增大机械强度，改善耐弧性、耐热性等）；多孔性纤维材料
易吸入水分等
见表
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由体积电阻率划分各种介质的结果
导电状态
电阻率 [Ω·cm]
介质
超导体
导体
半导体 绝缘体
10-6~10-2 10-2~109 109~1022
金属
无机、有 无机、油、
机物
有机
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四、固体电介质的表面电导 由附着于介质表面的水分和污秽引起
介质的表面电阻率和电导率：l代表两电极间距，b代表电 极长。实际测量时用平行电极存在极间场强不均匀的问题 需加保护电极，或者用三电极法上的同心圆环测量
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见图
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三、固体电介质的 体积电导
离子电导：带电粒子是离子，低电场电导区
（介质的工作范围），以离子电导为主
电子电导：带电粒子是电子，高电场电导区，
以电子电导为主
用三电极法测量介质的体积电阻率ρV为
V
RV
S d
式中S为测量电极的面积，d为介质厚度，RV由测量的 漏导电流ig及电压值决定，RV=U/ig。那么介质的体积 电导率γV则为