4章电介质的电气性能

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高电压技术第四章

高电压技术第四章

3、介质的体积电导和表面电导
三电极法测量介质的体积电阻率ρV为 单位Ω.cm
S v Rv 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u决定,RV=U/ig
介质的体积电导率γv 为
v
1
v
������
介质的表面电阻率和电导率
b s Rs l
电介质电气性能的划分
极化特性:介电常数ε 损耗特性:介损tgδ 电气传导特性:载流子移动、高场强下的电气传
导机理等,电导G 或电阻R 电气击穿特性:包括击穿机理、劣化、电压--时 间特性曲线(V–t )等,击穿电压UC 或击穿场强EC
第1 节电介质的极化及介电常数
������ ������ ������ ������ ������
2、电介质中传导电流的测量
三电极法
测量介质中电流的电路图
介质中的电流与时间的关系
ic:快速极化造成的充电电流 ia:空间电荷极化等缓慢极化 形成的,又称吸收电流
ig:趋向稳定值的漏导电流,
又称泄漏电流
例:聚乙烯的电流-时间特性
在温度高于室温附近, 要达到稳定的泄漏电 流需要几个小时的时 间,在更低的温度下 (20℃),电流很难趋向 稳定的漏导电流 通常的1min绝缘电阻 测量仅仅是为了工程 上的方便,实际上并 没有物理意义,关于 这一点必须注意。
用极化强度P来表征极化的强度,定义为单位
体积的电极矩,与外加电场强度有关 极化强度P与介电常数 ε 的关系:
3、电介质极化基本类型
电介质的极化有五种基本形式: 电子位移极化 离子位移极化 转向极化 空间电荷极化
夹层介质界面极化(归到空间电荷极化)

第四章绝缘油的电器性能

第四章绝缘油的电器性能

2)离子位移极化
在外电场作用下,构成分子的正、负离子 之间发生相对弹性位移而产生感应电偶极 矩,这种 极化称为离子位移极化。
3)偶极子极化
在外电场作用下,电介质极性分子的固有 电偶极矩沿电场方向转向而产生宏观的感 应电偶极矩,这种极化称为偶极子极化或 转向极化。
4)夹层极化
电介质中的导电载流子在电场作用下的移 动,可能被介质中的缺陷或不同介质的分 界面所捕获,形成介质中电荷分布不均匀 而产生宏观感应电偶极矩, 这种极化称为 空间电荷极化或夹层极化。
测运行中油的介质损耗因数,可表明油在 运行中的老化深度。因油的介质损耗因数 是随油老化产物的增加而增大,故将油的 介质损耗因数作为运行监控指标之一。绝 缘油的介质损耗因数值对判断设备绝缘特 性的好坏有着重要的意义。
四、绝缘油的击穿
1.击穿电压
如果将施加于绝缘油的电压逐渐升高,则 当电压达到一定数值时,油的电阻几乎突 然下降至零,即电流瞬间突增,并伴随有 火花或电弧的形式通过介质(油),此时 通常称为油被“击穿”,油被击穿时的临 界电压,称为击穿电压,此时的电场强度, 称为油的绝缘强度(或称介电强度)。这 表明绝缘油抵抗电场的能力。
在较低的电场强度范围内,E增大时,对绝 缘油的tgδ几乎没有影响。但E增大到超过绝 缘油中气泡或杂质发生局部放电的区间时, 则tgδ随E的增加而迅速增加。
(5)杂质
运行中绝缘油的氧化产物或引入的杂质, 均会增大绝缘油的各种极化,而使绝缘油 的介质损耗增大。
3. t gδ的使用意义
tgδ是评定绝缘油电气性能的一个基本测试 项目。规定新变压器油的tgδ(90℃)不应 大于0.005;运行变压器油的tgδ(90℃)不 应大于0.020(设备电压等级为500kV时); tgδ(90℃)不应大于0.040(设备电压等级 ≤330kV时)。

电介质的电气强度讲解

电介质的电气强度讲解

SVC的电抗可从电容性到电感性 按需要调节,从而使SVC安装点的电 压保持在一定的范围内。
我国电网分布
3. 高电压、高场强下的特殊问题 ( 1) ( 2) ( 3) ( 4) 绝缘问题 :绝缘材料、绝缘结构、电压形式 高电压试验问题 过电压防护问题 电磁环境问题:电磁兼容、生态效应
4. 高电压下的特殊现象及其应用 (1) 静电技术及其应用 (2) 液电技术及其应用 (3) 线爆技术及其应用 (4) 脉冲功率技术及其应用
1000kV特高压输电示范工程
(3 ) 直流输电、紧凑型输电及灵活交流输电技术 从输电的角度说,直流输电几乎没有距离的限制,也可以用 直流电缆在水下、地下输电,因此在远距离输电上很有前景。 但也存在一些难题:换流站设备昂贵、直流断路器的性能不 满意、直流绝缘子耐污性能差等。 紧凑型输电线路的特点是取消常规线路杆塔的相间接 地构架而将三相线路置于同一塔窗中,使导线相间距离显 著减小。 因此,与常规线路相比,紧凑型输电线路的电感减小, 电容增大,即线路的波阻抗减小,从而增大了输电线路的 自然功率,也就是说可以有效地提高线路的输送能力。紧 凑型输电的另一个显著优点是线路走廊减小,因而占地减 少。
部分与电力有关的网站: 1.中国国家电力信息网 : 2.国际电工委员会(International Electrotechnical Commission ) :www.iec.ch 3.电气电子工程师协会: 4.电力论坛: 5.电力网: 6.美国电力公司: 8.ABB评论:/abbreview
▲研究意义:将电能大容量、远距离、低损耗地输送,
提高电力系统运行的经济效益,防止过电压,提高耐压水平, 保持电网运行的安全可靠性。
二. 研究内容
1. 提高绝缘能力 电介质理论研究—介质特性 放电过程研究—放电机理 高电压试验技术—高压产生、测量

《高压电技术》课程复习要点

《高压电技术》课程复习要点

《高压电技术》课程复习要点课程名称:《高压电技术》适用专业:2016级电力系统自动化(专科业余函授)辅导教材:《高电压技术(第三版)》常美生主编中国电力出版社复习要点:第一章绪论内容:电介质的极化、电导与损耗。

要求:掌握电介质的极化;了解质的介电常数;掌握电介质的电导和损耗。

第二章气体放电的基本物理过程内容:气体中带电质点的产生和消失;气体放电过程的一般描述;均匀电场气隙的击穿;不均匀电场气隙的击穿。

要求:了解带电粒子的产生和消失及电子崩;了解自持放电条件,掌握气体放电的汤逊理论和流注理论;熟悉不均匀电场中的放电过程及电晕放电;掌握沿面放电及污闪。

第三章气体介质的电气强度内容:气隙的击穿时间;气隙的伏秒特性;气隙的击穿电压;提高气隙击穿电压的方法;的电气特性。

要求:了解气体介质的电气强度的影响因素;掌握提高气体介质电气强度的方法。

第四章液体和固体介质的电气特性内容:固体、液体电介质击穿的机理;影响固体、液体电介质击穿电压的因素;提高固体、液体电介质击穿电压的方法。

要求:了解固体与液体介质的击穿和老化;掌握提高击穿电压的方法。

第五章电气设备绝缘预防性试验内容:绝缘预防性试验;在线监测和故障诊断技术概述。

要求:掌握绝缘电阻与吸收比的测量、泄漏电流的测量及介质损耗角正切的测量。

第六章绝缘的高电压试验内容:工频高压试验;直流高压试验;冲击电压发生器基本原理。

要求:掌握工频高压试验基本内容;冲击电压发生器基本原理;直流高压试验基本内容。

第七章输电线路和绕组中的波过程内容:单导线线路中的波过程;行波的折射与反射;行波通过串联电感和并联电容;行波的多次折反射。

要求:掌握波沿均匀无损单导线的传播;掌握行波的折射和反射;掌握波作用于单绕组时引起的振SF6气体荡、三相绕组的波过程及波在变压器绕组间的传播。

第八章雷电及防雷装置内容:雷电参数;避雷针与避雷器;接地装置。

要求:了解雷电参数和雷击过电压的基本分类;掌握各种防雷装置的基本原理和防雷性能;掌握防雷接地。

电介质的电气强度

电介质的电气强度

●负离子的形成: 中性分子或原子与电子相结合,形
成负离子(附着) 附着过程中放出能量(亲合能E)- 电负性气体 E大 , 易形成负离子-强电负性气体,如SF6 负离子的形成使自由电子数减少,对气体放电的发展 起抑制作用
带电粒子的消失(去电离、消电离) 1. 中和-在电场作用下作定向运动,消失于电极 而形成外电路中的电流 2. 扩散-因扩散而逸出气体放电空间 3. 复合-带有异号电荷的粒子相遇,发生电荷的传递、 中和而还原为中性粒子的过程
●碰撞电离:气体介质中粒子相撞,撞击粒子传给被
撞粒子能量,使其电离
是气体中产生带电粒子的 最重要的形式
动能、位能
条件:⑴
撞击粒子的总能量>被撞粒子的电离能
⑵ 一定的相互作用的时间和条件 通过复杂的电磁力的相互作用达到两粒子间能量转换 主要的碰撞电离由电子完成 电子引起碰撞电离的条件:
Wi qEx ≥ Wi x ≥ xi qE
1. 赵智大:高电压技术,中国电力出版社,1999/2006
2. 文远芳:高电压技术,华中科技大学出版社, 2001
3. 林福昌:高电压工程,中国电力出版社,2006/2011
4. 梁曦东等:高电压工程,清华大学出版社,2003
参考文献:
1. 朱德恒,严璋:高电压绝缘,清华大学出版社,1992 2. 刘丙尧:电气设备绝缘试验,水利电力出版社,1993
高电压技术 High Voltage Technology
绪论(INTRODUCTION)
高电压技术:
电力系统中涉及的绝缘、过电压、电气设备试验等问题的技术。 如: ▲雷击变电所、发电厂的过电压及防护 ▲绝缘材料的研制 ▲合闸、分闸、空载运行以及短路引起的过电压 ▲电气设备的耐压试验

高电压技术(赵智大)1-2章总结讲诉

高电压技术(赵智大)1-2章总结讲诉

绪论高电压技术是一门重要的专业技术基础课;随着电力行业的发展,高压输电问题越来越得到人们的重视;高电压、高场强下存在着一些特殊的物理现象;高电压试验在高电压工程中起着重要的作用。

气体的绝缘特性与介质的电气强度研究气体放电的目的:了解气体在高电压(强电场)作用下逐步由电介质演变成导体的物理过程掌握气体介质的电气强度及其提高方法高压电气设备中的绝缘介质有气体、液体、固体以及其它复合介质。

气体放电是对气体中流通电流的各种形式统称。

由于空气中存在来自空间的辐射,气体会发生微弱的电离而产生少量的带电质点。

正常状态下气体的电导很小,空气还是性能优良的绝缘体;在出现大量带电质点的情况下,气体才会丧失绝缘性能。

自由行程长度单位行程中的碰撞次数Z的倒数λ即为该粒子的平均自由行程长度。

()λ-=xexP令x=λ,可见粒子实际自由行程长度大于或等于平均自由行程长度的概率是36.8%。

带电粒子的迁移率k=v/E它表示该带电粒子单位场强(1V/m)下沿电场方向的漂移速度。

电子的质量比离子小得多,电子的平均自由行程长度比离子大得多热运动中,粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小的区域,从而使分布均匀化,这种过程称为扩散。

电子的热运动速度大、自由行程长度大,所以其扩散速度比离子快得多。

产生带电粒子的物理过程称为电离,是气体放电的首要前提。

光电离i W h ≥νc λν=气体中发生电离的分子数与总分子数的比值m 称为该气体的电离度。

碰撞电离附着:当电子与气体分子碰撞时,不但有可能引起碰撞电离而产生出正离子和新电子,而且也可能会发生电子与中性分子相结合形成负离子的情况。

电子亲合能:使基态的气体原子获得一个电子形成负离子时所放出的能量,其值越大则越易形成负离子。

电负性:一个无量纲的数,其值越大表明原子在分子中吸引电子的能力越大带电粒子的消失1到达电极时,消失于电极上而形成外电路中的电流2带电粒子因扩散而逸出气体放电空间3带电粒子的复合复合可能发生在电子和正离子之间,称为电子复合,其结果是产生一个中性分子;复合也可能发生在正离子和负离子之间,称为离子复合,其结果是产生两个中性分子。

高电压工程4(液固击穿)

高电压工程4(液固击穿)

四. 提高固体电介质击穿电压的措施
1. 改进制造工艺 清除杂质、水分、气泡;使介质尽可能致密均匀
2. 改进绝缘设计
采用合理的绝缘结构;改进电极形状,使电场尽 可能均匀;改善电极与绝缘体的接触状态,消除 接触处的气隙
3. 改善运行条件 注意防潮、防尘;加强散热
五. 绝缘老化
电气设备的绝缘在运行过程中受到电、热、化 学和机械力的长期作用,导致其物理、化学、电气 和机械等性能的劣化,称为绝缘的老化。
局部放电使电介质劣化损伤的机理:
• 放电过程产生活性气体O3、NO、NO2等对介质产生氧化和 腐蚀作用,使介质逐渐劣化;
• 放电过程产生的带电粒子撞击介质,引起局部温度上升, 加速介质氧化并使局部电导和介质损耗增加;
• 带电粒子撞击还有可能破坏有机高分子材料结构,使其裂 解;
• 放电产生的高能辐射线引起材料分解;
4. 受潮
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。因为电导率和介质损耗大大增加的缘 故。
5. 累积效应
固体介质在不均匀电场中以及在幅值不是很高的过电压 、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。多次加电压时,局部损 伤会逐步发展,这称为累积效应。它会导致固体介质击穿电 压的下降。
浮于水中,多余的会沉淀到油底部。 潮湿的油由0℃开始 上升时,一部分水分从悬浮状态转为
害处较小的溶解状态,使击穿电压上升;超过80 ℃后,水开始
汽化,产生气泡,引起击穿电压下降,从而在60 ℃~80℃间出
现最大值
四、提高液体介质击穿电压的方法

高电压技术》课程习题及参考答案

高电压技术》课程习题及参考答案

《高电压技术》课程习题及参考答案绪论1.现代电力系统的特点是什么?答:机组容量大;输电容量大,距离长;电网电压达到750KV的特高压;高压绝缘和系统过电压的问题愈显突出。

2.高电压技术研究的内容是什么?答:(1)高压绝缘及高压试验方法(2)系统过电压的产生及防护第1章高电压绝缘1.电介质的电气性能有哪些?答:电介质的电气性能包括极化,电导,损耗,击穿。

2.固体介质击穿有哪些类型?各有什么特点?答:固体介质击穿类型有:电击穿,热击穿,电化学击穿电击穿:击穿电压很高,过程快,与设备的温度无关;热击穿:击穿过程较长,击穿电压不高,与环境温度和介质自身品质有关;电化学击穿:设备运行时间很长,在电、热、化学的作用下,绝缘性能已经较差,可能在不高的电压下击穿。

3.什么是绝缘子的污闪?防止污闪的措施有哪些?答:污秽的绝缘子在毛毛雨或大雾时发生的闪络,称为污闪。

防止污闪的措施有:定期清扫绝缘子;在绝缘子表面上涂一层憎水性的防尘材料;增加绝缘子片数或使用防污绝缘子。

第2章高电压下的绝缘评估及试验方法1.表征绝缘劣化程度的特征量有哪些?答:耐电强度,机械强度,绝缘电阻,介质损失角正切,泄漏电流等2.绝缘缺陷分哪两类?答:绝缘缺陷分为:集中性和分布性两大类。

3.绝缘的预防性试验分哪两类?答:非破坏性(绝缘特性)试验和破坏性试验两类。

4.电介质的等值电路中,各个支路分别代表的物理意义是什么?答:纯电容支路代表无损极化,电容支路代表有损极化,纯电阻支路代表电导支路。

5.测量绝缘电阻的注意事项有哪些?答:1)被试品的电源及对外连接线应折除,并作好安全措施2)对被试品充分放电3)兆欧表的转速保持120转/ 分4)指针稳定后读数5)对于大电容量试品,应先取连接线,后停表。

6)测试后对被试品放电7)记录当时的温度和湿度。

6.试比较几种基本试验方法对不同设备以及不同的绝缘缺陷的有效性和灵敏性。

答:测量绝缘电阻能反映集中性和分布性的缺陷,适用任何设备;测量泄漏电流能更灵敏地反应测绝缘电阻所发现的缺陷;测量介质损失角正切能发现绝缘整体普遍劣化及大面积受潮。

课程习题pdf

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第1章气体放电过程的分析1-1 以空气作为绝缘的优缺点如何?1-2 为什么碰撞电离主要是由电子而不是离子所引起?1-3 氖气的电离电压为21.56 V,求取引起碰撞电离时电子所需最小速度和引起光电离时光子所需最大波长。

1-4 氧分子(O2)的电离能为12.5 eV,如果由气体分子的平均动能直接使O2产生热电离,试问气体的绝对温度应该为多少?1-5 负离子怎样形成,对气体放电有何作用?1-6 气体间隙带电粒子扩散的原因是什么,何种带电粒子扩散较快?1-7 非自持放电和自持放电的主要差别是什么?1-8 在平行平板电极装置中由于照射x射线,每1 cm3大气中每秒产生107对正负离子,若两极间距是d = 5 cm,问饱和电流密度是多少?1-9 用实验方法求取某气体的 ,平行平板间距离是0.4 cm,电压为8 kV时得稳态电流为3.8×10-8 A,维持场强不变,将平板间距离减至0.1 cm后,电流减为3.8×10-9A,试计算α,并计算每秒由外电离因素而使阴极发射出的电子数。

1-10平行平板电极间距离d= 0.1 cm时,击穿电压为4.6 kV,气体为空气,标准大气条件,取A=6460 /cm,B=1.9×105 V/cm,试求电离系数γ,d=1.0 cm时,击穿电压为31.6 kV,再求γ。

1-11图1-19给出了平行平板电极的起始放电电压与气体压力的关系,问间隙距离d1和d2哪个大?图1-19 习题1-11图1-12为什么随着δd变化,放电过程由汤逊放电转变为流注放电?1-13电晕会产生哪些效应,工程上常采用哪些防晕措施?1-14比较长空气间隙与短空间间隙中的放电击穿过程各有什么主要特点。

1-15为什么长间隙击穿的平均场强远小于短间隙?1-16试计算均匀电场空气间隙的击穿电压最小值及气压与间隙距离乘积的最小值。

取A=6460 /cm,B=1.9×105 V/cm,γ=0.025。

电介质极化与介电常数

电介质极化与介电常数
U1 U1 U2 t0 U2 t
存在电压从新分配,电荷
在介质空间从新分布,夹层界 面由电荷堆积的过程,从而产 生电矩
高电压设备的绝 缘由几种不同的 材料组成,或介质不均匀,这种情况 会出现“夹层介质界面 极化”现象。
设: C1 1 C2 2 G1 2 G2 1 U 3
固体电介质的介电常数
非极性和弱极性固体电介质:此类固体电介质的种类很多, 聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、石蜡、石棉、 无机玻璃等都属此类,这类电介质只有电子式极化和离子 式极化,介电常数不大,通常在2.0-2.7范围。介电常数 与温度的关系也与单位体积内的分子数与温度的关系相近
偶极性固体电介质:属于此类的固体电介质有树脂、纤维、 橡胶、虫胶、有机玻璃、聚氯乙烯和涤纶等。这类电介质 的相对介电常数较大,一般为3-6,还可能更大。介电常 数和温度及频率的关系和极性液体的相似
1
1
四、夹层极化 U1
G1 1 U1 1
U 1
极化机G1理G:2 C1
C1G11GU2G2 C2
U C2 C1 C2
U
U2 GU1G21GC2 1UC1C2 U
合闸时: 稳态时:
U1 C2 U2 t0 C1
U1
G2
U 2 t G1
当: 则:
1 2 1 2
2、与电场强度和温度有关 3、有能量损耗 4、出现在电缆、电容器、旋转电机、变压器、互感
器、电抗器等复合绝缘中
五、空间电荷极化
极化机理:正负离子移动 介质类型:含离子和杂质离子的介质 建立极化时间:很长 极化程度影响因素:
电场强度(有关) 电源频率(低频下存在) 温度(有关) 极化弹性:非弹性; 消耗能量:有

电介质的电气强度

电介质的电气强度

06 电介质的电气强度研究展 望
提高电介质的电气强度的方法研究
1
深入研究电介质微观结构和介电性能的关系,探 索提高电介质电气强度的物理机制。
2
开发新型的电介质材料和制备技术,以实现电介 质电气强度的提升。
3
结合现代计算模拟方法,对电介质材料进行优化 设计,提高其电气强度。
新材料的探索与应用
01
实验设备
高压电源
用于提供实验所需的直 流或交流高电压。
电介质样品
不同类型和规格的电介 质材料。
绝缘支架
用于支撑电介质样品, 确保实验安全。
测量仪器
用于测量电介质在高压 下的电气性能参数,如 电流、电压、电容等。
实验步骤
1. 准备电介质样品,确 保样品清洁干燥,无杂
质和气泡。
01
3. 将高压电源连接到电 介质样品上,并逐渐增 加电压,观察电介质的
使得电介质中的带电粒子更容易发生碰撞和迁移。
在实际应用中,需要特别注意高温环境下的电气强度,以避免
03
因温度过高而导致的击穿或短路。
频率对电气强度的影响
随着频率的增加,电介质的电气强度会逐渐降 低。
在实际应用中,需要根据工作频率选择合适的电介质 材料。
频率对电气强度的影响主要体现在高频电场下 。
这是因为高频电场下,电介质中的带电粒子更容 易发生极化响应和迁移,从而降低了电气强度。
和转换。
传感器
利用电介质的电性能变化,制 造各种传感器,用于监测压力
、温度、湿度等物理量。
新能源领域
在太阳能电池、燃料电池等新 能源领域中,电介质起到关键
作用,如隔膜、电极等。
02 电介质的电气强度概述
电气强度的定义

第4章电介质的电气性能

第4章电介质的电气性能
极化的总效果是在介质边缘出现电荷分布,这些电荷仍束 缚在每个分子中,所以称之为束缚电荷或极化电荷.
第4章电介质的电气性能
未加外电场时电介质中的粒子
在电介质中各粒子的正、负电荷中心重合 或者各分子的原子(或离子)处在各自的平衡
位 置,均无感应偶极矩 或者极性分子(偶极子)混乱分布,在各个方
向的 合成偶极矩为零
第4章电介质的电气性能
1. 形成分子和聚集态的各种健 离子键:电负性相差很大的原子相遇,相互
发生电子转移,电负性小的原子失去电子成 为正离子,电负性大的原子获得电子成为负 离子.正、负离子由静电库仑力结合成分子, 即正负离子间形成离子键。离子键键能很 高,很多正负离子通过离子键结合形成离子 性固体,如NaCl晶体.大多数无机介质都是靠 离子键结合起来的,如玻璃,云母等.
第4章电介质的电气性能
为什么要讨论电介质:电介Байду номын сангаас放入外场后, 内部结构受外电场的作用而发生变化,并 且反过来影响外电场,使原来的电场分布 发生变化,同时也使其它的物理性能发生 变化。我们有必要对变化后的物理量进行 讨论。
电介质的主要用途:利用大介电常数构成 电容器;利用高绝缘阻抗构成电工绝缘材料; 驻极体、压电体、 热敏元件等等
1.电介质极化的基本形式 位移极化
电子位移极化 离子位移极化
转向极化 空间电荷极化 夹层介质界面极化
第4章电介质的电气性能
电子位移极化:介质中的原子,分子或离子中的电子 在外电场的作用下,使电子轨道相对于原子核发生 位移,从而产生感应电矩的过程.
第4章电介质的电气性能
1. 形成分子和聚集态的各种健 分子由原子或离子组成;气体,液体和固体是
3种聚集态,是由原子,离子或分子组成. 键代表质点间的结合方式,分子及3种聚集态

四章固体液体和组合绝缘的电气强度

四章固体液体和组合绝缘的电气强度
θ
12 3 4
b
a
0 t0 ta
tk
tb
tm
不同外施电压下介质发热散热与介质温度的关系
9
§4.2 影响固体介质击穿电压主要因素
➢ 电压的作用时间 ➢ 温度 ➢ 电场均匀度和介质厚度 ➢ 电压频率 ➢ 受潮度的影响 ➢ 机械力的影响 ➢ 多层性的影响 ➢ 累积效应的影响
10
§4.3 提高电介质击穿电压的方法
根据这个绝缘耐热等级可以进行设备运行负荷的最佳经 济性设计
18
§4.5 液体电介质击穿的机理
液体电介质 :纯净的液体电介质 工程用液体电介质(水分+杂质)
击穿机理不同:电击穿理论、气泡击穿理论 小桥击穿理论
19
1. 纯净液体电介质的电击穿理论
液体中因强场发射等原因产生的电子,在电场 中被加速,与液体分子发生碰撞电离
6
曲线 1:
发热永远大于散热,介质温度将不断升高,在电压U1 下最终必定发生热击穿
θ 12 3 4 b
a
0 t0 ta
tk
tb
tm
不同外施电压下介质发热散热与介质温度的关系
7
曲线 3:
tta 时:曲线在直线4之上 ,不发生热击穿,介质温度 θ 逐渐升高并稳定在ta,称ta 为稳定热平衡点
t>tb 时:情况类似曲线1, 最终发生热击穿
2
2. 电击穿
电击穿理论建立在固体电介质中发生碰撞电离基 础上,固体电介质中存在少量传导电子,在电场 加速下与晶格结点上的原子碰撞,从而击穿
3
3. 热击穿
Ub(kV)(有效值)
50 40
30 A
20
B 10
0 0 20 40 60 80 100 120 140 160

最全的高电压技术各章节选择判断题汇总及答案附期末测试

最全的高电压技术各章节选择判断题汇总及答案附期末测试

高电压技术各章选择判断题汇总及答案附期末测试第一章电介质的极化、电导和损耗1.单选题用于电容器的绝缘材料中,所选用的电介质的相对介电常数()。

A 应较大B 应较小C 处于中间值D 不考虑这个因素A2.单选题偶极子极化()。

A 所需时间短B 属于弹性极化 C 在频率很高时极化加强D 与温度的关系很大D3.单选题电子式极化()。

A 所需时间长B 属于弹性极化C 在频率很高时极化加强D 与温度的关系很大B4.单选题离子式极化()。

A 所需时间长B 属于弹性极化C 在频率很高时极化加强D 与温度的关系很大B5.单选题极化时间最长的是()。

A 电子式极化 B 离子式极化 C 偶极子极化 D 空间电荷极化D6.单选题极化时伴随有电荷移动的是()。

A 电子式极化 B 离子式极化C 偶极子极化D 夹层极化D7.单选题夹层极化中电荷的积聚是通过电介质的()进行的。

A 电容B 电导C 电感D 极化B8.单选题相对介电常数是表征介质在电场作用下()的物理量。

A 是否极化B 损耗C 击穿D 极化程度D9.单选题对于极性液体介质,温度较低时,随温度的升高,极化()。

A 减弱B 增强C 先减弱再增强D 不变 B10.单选题用作电容器的绝缘介质时,介质的相对介电常数应()。

A 大些B 小些C 都可以D 非常小A11.单选题用作一般电气设备的绝缘时,介质的相对介电常数应()。

A 大些B 小些C 都可以D 非常小B12.单选题表征电介质导电性能的主要物理量为()。

A 电导率B 介电常数C 电阻D 绝缘系数A13.单选题电介质的电导主要是()引起的。

A 自由电子B 自由离子C 正离子D 负离子B14.单选题金属导体的电导主要是()引起的。

A 自由电子B 自由离子C 正离子D 负离子A15.单选题通常所说的电介质的绝缘电阻一般指()。

A 表面电阻B 体绝缘电阻C 表面电导D 介质电阻B16.单选题直流电压(较低)下,介质中流过的电流随时间的变化规律为()。

第四章 绝缘油的电器性能

第四章  绝缘油的电器性能

第四章 绝缘油的电器性能缘油是常用的液体绝缘材料(电介质)之一,它具有液体电介质的基本特性。

绝缘油的电气性能是指该油品在外界电场作用下,所发生的基本物理过程的特性,如电导、极化、介质损耗、击穿等。

通常用击穿电压和介质损耗因数作为评定绝缘油的质量和绝缘运行可靠性监测的重要指标。

近几年来,随着电压等级的升高和电气设备容量的增大,对绝缘油的电气性能无疑义提出了更高的要求,如根据需要将增加油的体积电阻率、析气性等电气性能参数,以保证充油电气设备的安全运行。

一、极化和相对介电常数电介质中的荷电质点在电场作用下相应于电场方向产生有限位移的现象,称为电介质极化。

它是电介质在电场中的固有现象。

不同电介质的分子结构不同,产生不同形式的极化。

运行绝缘油在外电场作用下的极化形式可分为两大类。

一是无能量损耗的极化,简称“无损极化”,如离子和电子的位移极化。

二是有能量损耗的极化,简称“有损极化”,如偶极松子极化和夹层极化等。

绝缘油的相对介电常数与一股电介质的介电常数的概念相同。

若平板电容器的电极间为真空时,其电容量为C 0;电极间为绝缘油时,其电容为C 油,C 油总是比C 0大。

绝缘油的相对介电常数(εr )即为油的电容量C 油与真空电容量C 0之比:C C r 油=ε 相对介电常数(εr )是表征油在交流电场作用下产生极化的一个宏观参数。

若油中极化物质或可极化质点增多,其极化程度增强,则εr 必然增大,由此可大体判别油质情况。

各种电介质的化学组成、结构不同,其εr 也有差异。

由表4-1可知,各种气体的εr 均接近于1。

常用的液体、固体电介质εr 多在2~6之间。

纯净的变压器油在20℃、工频电压作用下其εr 为2.2。

若电介质中有极性杂质掺入,则εr 将增大。

通常电器设备都希望用εr较小的绝缘材料,因为大的εr 往往和大的电导率联系在一起。

在外电场作用下,电介质组成粒子(原子、离 子或分子)中围绕原子核的电子云相对带正电的原子 核所作的弹性位移而产生感应电偶极矩。

液体、固体电介质的电气性能

液体、固体电介质的电气性能
固体电介质在电机和发电机中同样发挥绝缘作用,确保电流只在规定的导体中流 动。此外,某些固体电介质还具有磁性,可以用于制造电磁铁和变压器等元件。
电子设备
在电子设备中,液体和固体电介质都有广泛的应用。液体 电介质常用于电容器和电解池中,作为绝缘和隔阂。同时 ,某些液体电介质还具有导电性,可用于制造电池和电导 电薄膜等元件。
固体电介质在高压设备中同样发挥绝缘作用。例如,在高压电缆中,固体电介质可以防止电流从导体 泄漏到周围介质中。此外,某些固体电介质还具有较高的介电常数和耐压强度,可用于制造绝缘子和 高压开关设备的绝缘件等元件。
04 电介质性能的测试和评估
绝缘电阻测试
绝缘电阻是衡量电介质绝缘性能的重要参数,通过测量电介质在施加直流 电压下的电阻值来评估其绝缘性能。
绝缘强度
01
绝缘强度是指电介质在一定条 件下能够承受的最高电场强度 ,是衡量电介质绝缘性能的重 要指标。
02
绝缘强度的大小取决于材料内 部电子的束缚程度、分子结构 以及温度、湿度和压力等外部 条件。
03
固体电介质的绝缘强度通常用 耐压试验来测量,即在一定的 试验条件下,电介质能够承受 的最高电压值。
电介质的电气性能会受到温度和压力的影 响。随着温度的升高或压力的增大,电介 质的绝缘电阻和电击穿强度可能会降低, 而介质损耗角正切值可能会增大。
在实际应用中,需要考虑到温度和压 力对电介质性能的影响,以确保其正 常工作和安全性。
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介质损耗
01
介质损耗是指液体电介质在电场作用下能量的损失,是衡量液 体电介质电气性能的重要参数。
02
介质损耗的大小与液体电介质的电导率、温度、频率等因素有

电介质理论二-精品文档

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8
固体电介质的电压-电流特性
分三个区域
电流
区域 1 :符合欧姆定律,也 称低场强领域
A
区域 2 :电流随场强非线性 增加
区域3:出现破坏先导电流
欧姆区
破坏先 导电流
高场强 区电流 随场强 非线性 增长
区域2、3也称高场强领域。和 液体、气体不同,固体中的电 压-电流特性没有饱和状态
VH
VS
电流特性
绝缘预防性试验的理论依据, 预防性试验时,利用绝缘电阻、泄漏电流及 吸收比判断设备的绝缘状况 直流电压下分层绝缘时,各层电压分布与电阻成 正比,选择合适的电阻率,实现各层之间的合理 分压 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
11
五 电介质能量损耗及介质损失角正切

介质损失角正切
松香油的tg 与温度的关系
极性电介质中的损耗与频率的关系
20
固体电介质中的损耗

中性介质如石蜡、聚苯乙烯等,其损耗主要由电导引 起,通常很小,在高频下也可使用 极性的纤维材料(纸、纤维板等)和含有极性基的有 机材料(聚氯乙烯、有机玻璃、酚醛树脂、硬橡胶等 ), tg 值较大,高频下更为严重。与温度、频率的 关系与极性液体相似
A js
Ⅰ Ⅱ
j
C B

0
E1
E2
E cr
4
E
液体电介质的电导
电导构成:离子电导、电泳电导
非极性电介质的电导率 1018Ω•cm
弱极性电介质的电导率 1015Ω•cm
极性电介质的电导率 1010Ω•cm~1012Ω•cm , 由于损 耗太大,实际上不使用
强极性如水、乙醇等实际上已是离子性导电 液,不能用作绝缘材料
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电负性的概念: 1932年L.鲍林最先提出:电负性是元素的原子 在分子中吸引电子的能力。 可见电负性不是一个孤立原子的性质而是在 周围原子影响下的分子中原子的性质即电负性决 定于原子在分子中的价态和环境 .非金属吸引电子 能力较大,电负性数值大.而金属吸引电子能力较弱, 电负性较小. 电负性不仅可以用来判断元素的金属性和非 金属性,还可以合理地说明键长、键能、键偶极矩、 键型过渡及其他一系列结构与性能规律,是化学上 应用最广的基本概念之一。

夹层介质界面极化:实际的许多电气设备是 多层电介质的绝缘结构.在不均匀夹层介质 中,外加电场时介质交界面会积累电荷,称为 夹层介质界面极化. 以双层电介质模型为例分析,下页图示: 合闸瞬间两层介质的电压比由电容决定,稳 态时分压比由电导决定:
当t=0,U1/U2=C2/C1;当t
∞,U1/U2=G2/G1
1. 形成分子和聚集态的各种健 分子由原子或离子组成;气体,液体和固体是 3种聚集态,是由原子,离子或分子组成. 键代表质点间的结合方式,分子及3种聚集态 的性质与键的形式密切有关. 分子内相邻原子间的结合力称为化学键,有 两大类:离子键和共价键. 分子与分子间的结合力称为分子键.
几种材料的电导特性与电阻率 电介质:电导主要由离子造成, 电阻率ρ:109~1022Ω.cm, 温度升高电阻率下降 金属:电导主要由电子造成, 电阻率ρ:10-6~10-2Ω.cm, 温度升高电阻率增大 半导体:电导主要由离子造成, 电阻率ρ:10-2~109Ω.cm, 温度升高电阻率下降
1. 形成分子和聚集态的各种健 离子键:电负性相差很大的原子相遇,相互 发生电子转移,电负性小的原子失去电子成 为正离子,电负性大的原子获得电子成为负 离子.正、负离子由静电库仑力结合成分子, 即正负离子间形成离子键。离子键键能很 高,很多正负离子通过离子键结合形成离子 性固体,如NaCl晶体.大多数无机介质都是靠 离子键结合起来的,如玻璃,云母等.
1. 形成分子和聚集态的各种健 共价键:由电负性相等或相差不大的两个或几个 原子通过共有电子对结合起来,达到稳定的电子 层结构,称之共价键。有机电介质都由共价键结 合而成,某些无机晶体如金钢石也是共价键. 共价键分为非极性键和偶极性键.非极性键的 电子对称分布,分子正,负电荷中心重合,构成非极 性分子,如CCl4、CH4等.偶极性键的电子分布不 对称,分子的正,负电荷中心不重合. 分子键:分子以相互间的吸引力结合在一 起,形 成分子键.
电介质.相对 介电常数较 大:3 ~ 6 离子性电介 质,相对介电 常数较大:5 ~8
3. 讨论极化的意义



选择绝缘:在实际选择绝缘时,除了考虑电气强度外,还 应考虑介电常数εr。对于电容器,若追求同体积条件有较 大电容量,要选择εr较大的介质。对于电缆,为减小电容 电流,要选择εr较小 的介质 多层介质的合理配合:对于多层介质,在交流及冲击电压 下,各层电压分布与其εr成反比,要注意选择εr,使各层 介质的电场分布较均匀,从而达到绝缘的合理应用 研究介质损耗的理论依据:极化形成和介质损失有关,要 掌握不同极化类型对介质损失的影响 电气预防性试验:项目的理论根据 其他:如驻极体、铁电体、压电体、热电体等新型材料的 研发

施加外电场后电介质中粒子极化

或由于正、负电荷的相对位移——位移极 化;或由于偶极子的转向——偶极转向极化. 均在电场方向产生偶极矩
一个平行平板电容器在真空中电容量为C0,在 平板间插入一个固体介质,电容器的电容量变 为:εr*C0, εr为介质相对介电常数.电容量增大的原 因是介质发生极化现象.
第4章 液体,固体电 介质的电气性能
第4章 能
4.1 4.2 4.3 4.4
液体,固体电介质的电气性
液体,固体电介质的极化,电导与损耗 液体电介质的击穿 固体电介质的击穿 组合绝缘的电气性能
4.1 液体,固体电介质的极化,电导与 损耗
4.1.1电介质物质结构的基本知识 4.1.2极化与电介质 4.1.3电介质的电导特性 4.1.4电介质的能量损耗及介质损失角正切
极化的总效果是在介质边缘出现电荷分布,这些电荷仍束 缚在每个分子中,所以称之为束缚电荷或极化电荷.

未加外电场时电介质中的粒子
在电介质中各粒子的正、负电荷中心重合 或者各分子的原子(或离子)处在各自的平衡 位 置,均无感应偶极矩 或者极性分子(偶极子)混乱分布,在各个方 向的 合成偶极矩为零
2. 电介质的分类:根据化学结构分为4类



非极性电介质:分子由共价键结合,由非极性分 子组成的电介质称非极性电介质。如氮气、聚四 氟乙烯 弱极性电介质:有些非极性电介质由于存在分子 异构或支链,多少有些极性,称弱极性电介质。 如聚苯乙烯 偶极性电介质:由极性分子组成的电介质。如聚 氯乙烯、有机玻璃等 离子性电介质:离子性电介质没有个别的分子, 只以固体的形式存在。分为晶体和无定形体两类。 如石英(无定形体)、云母(晶体)
5. 固体电介质的电导 吸收特性:固体介质中电流的吸收现象比较明显 电导构成:离子电导(电导的机理,规律和液体类似), 无电泳电导 电阻率

离子性电介质,电导大小与离子本身的性质有关:

结构紧密,洁净的电介质,电阻率为1017Ω•cm~1019Ω•cm 结构不紧密且含单价小离子的电介质的电阻率仅达1013Ω•cm~ 1014Ω•cm
均匀电场中气体的 伏安特性
4. 液体电介质的电导 吸收特性:液体中极化发展快,吸收电流衰减快 构成液体电介质的电导的因素:离子电导、电泳 电导.离子电导是由液体本身或杂质的分子解离的 离子决定;电泳电导是由固体或液体杂质以高度分 散状态悬浮于液体中形成的胶体质点吸附离子而 带电造成的. 电阻率:与分子极性及液体的纯净程度有关

电介质电气性能的划分(四类表征参数) 介电特性:指介电常数、介损等 电气传导特性:如载流子移动、高场强下 的电气传导机理等 电气击穿特性 :包括击穿机理、劣化、电 压-时间特性曲线(V-t)等 二次效应:如空间电荷效应、陷阱、局域 态中心、界面现象、化学结构、形态、杂 质等效应

非极性和弱
极性电介质, 相对介电常 数较小:1.8 ~2.8 偶极性电介 质,相对介 电常数较 大:3 ~ 80

固体电介质的介 电常数,分为:
非极性和弱极性
固体电介质,只 有电子式极化和 离子式极化,相 对介电常数较 小:2.0 ~ 2.7

固体电介质 的介电常数, 分为:
偶极性固体
ε随温度、频率而变化
ε是一虚数,分实部和虚部 通常使用的是实数部分
气体电介质的介 电常数:气体分子 间距离很大,密度 很小,气体的极化 率很低,因此气体 的相对介电常数 都接近1. 气体介电常数随 温度升高而减小, 随压力增大而变 大,但是变化很小.


液体电介质 的介电常数, 分为:
4.1.1

电介质物质结构的基本知识
电介质的概念:物理特性上具有绝缘体无 传导电子的结构,在外电场作用下内部结 构发生变化,并且反过来影响外电场的固 体、液体和气体物质总称为电介质. 电介质的地位:电介质与导体、半导 体、 磁体等作为材料,在电工电子工 程领域中 占有重要的地位
为什么要讨论电介质:电介质放入外场后, 内部结构受外电场的作用而发生变化,并 且反过来影响外电场,使原来的电场分布 发生变化,同时也使其它的物理性能发生 变化。我们有必要对变化后的物理量进行 讨论。 电介质的主要用途:利用大介电常数构成 电容器;利用高绝缘阻抗构成电工绝缘材料; 驻极体、压电体、 热敏元件等等
式中,
A为测量电极 的有效面积,h为介 质厚度,R V 由测量 的漏导电流ig及电压 值决定,RV=U/ig。

介质的表面电阻率和电导率:改变三电极的回路, 设法测量上电极与辅助电极间的表面电流,屏蔽上 下电极间的体积电流,即可测量表面电阻.其中 g代 表两电极间距 电阻率:单位Ω
s Rs ( d1 g )
测量介质试品电流的方法:三电极法 注意:测量时,仪表应避开 瞬时充电电流ic和放 电电流 i'c以避免过大的瞬时值损坏仪表
2.体积电导和表面电导 体积电阻率: ρ V 单 位Ω.cm
用三电极法测量介质
那么介质的体积电导率γV 则为

v
1
v
的ρ V 为:
A V Rv h
4.1.2


极化与电介质
极化的基本概念:电介质在电场作用下,正、负电荷作微 小位移而产生偶极矩,或在电介质表面出现感应束缚电荷 的现象称为电介质极化 偶极矩:正、负电荷中心间的距离r和电荷中心所带电量q的 乘积,叫做偶极矩μ=r×q,单位是D德拜,是一个矢量,方 向规定为从负电荷中心指向正电荷中心。偶极矩用于表示 极性大小,偶极矩越大,极性越大。
分子的等效正电中心和等效负电中心: 电介质均由分子和原子组成,每个分子中 所有正电荷对外界作用的电效果可以等效 为集中在某一点的等效点电荷的作用效果, 这个等效点电荷的位置称为分子的正电荷 中心; 同理,每个分子中所有负电荷对外界作用 的电效果可以等效为集中在某一点的等效 点电荷的作用效果,这个等效点电荷的位 置称为分子的负电荷中心
4.1.3电介质的电导特性
1. 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 电介质中的传导电流包括:漏导电流和位移电流两 个分量 漏导电流:又称泄漏电流, 由介质中自由的或相互 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
g


电导率
s
1
s
3. 气体电介质的电导 吸收特性:气体中无吸收 电离子的浓度:由外电 离因素造成, 约为500~ 1000对/cm2 如图所示,OA和AB段气体 电导极微小,电阻率: 1022Ω•cm 当场强超过Eb,气体电介质 发生碰撞电离,气体电介质 的电导急剧增大.
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