液体与固体电介质

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电介质的应用

电介质的应用

电介质的应用
电介质是一种能够阻止电流通过的物质,它在电学领域中有着广泛的应用。

根据其性质和用途,电介质可以分为多种类型,下面将按照类别介绍电介质的应用。

1. 固体电介质
固体电介质是一种在固态下具有良好绝缘性能的电介质。

它广泛应用于电力系统中,如变压器、电缆、电机等。

其中,变压器中的绕组和铁芯之间的绝缘层就是采用固体电介质制成的。

此外,固体电介质还可以用于制造电容器、绝缘材料等。

2. 液体电介质
液体电介质是一种在液态下具有良好绝缘性能的电介质。

它主要应用于高压电力设备中,如变压器、开关设备等。

液体电介质的优点是具有较高的介电强度和热稳定性,能够承受较高的电压和温度。

同时,液体电介质还可以用于制造电容器、绝缘材料等。

3. 气体电介质
气体电介质是一种在气态下具有良好绝缘性能的电介质。

它主要应用于高压电力设备中,如断路器、避雷器等。

气体电介质的优点是具有较高的介电强度和热稳定性,能够承受较高的电压和温度。

同时,气
体电介质还可以用于制造电容器、绝缘材料等。

4. 复合电介质
复合电介质是由两种或两种以上的电介质组成的复合材料。

它具有多种性质的优点,如高介电强度、高热稳定性、高机械强度等。

复合电介质广泛应用于电力系统中,如变压器、电缆、电机等。

此外,复合电介质还可以用于制造电容器、绝缘材料等。

总之,电介质在电学领域中有着广泛的应用,不同类型的电介质具有不同的特点和优点,可以根据具体的用途进行选择。

随着电力系统的不断发展和升级,电介质的应用也将不断拓展和创新。

液体和固体介质的电气特性

液体和固体介质的电气特性

杂质中εr大
油中电场强度 增高 油分解出气体 气泡扩大
气泡因电 离或发热而 不断扩大, 排列成气体 小桥贯穿两 极,液体最 终在气体通 道中击穿
引起油电离
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高电压技术
第三章 液体和固体介质的电气特性
第二节 液体电介质的击穿 二.影响液体电介质击穿电压的因素
1. 液体介质本身品质的影响
① 含水量 液态水在油中的两种状态: 以分子状态溶解于油中, 对击穿电压影响不大 以乳化状态悬浮在油中, 易形成“小桥”使击穿电 压明显下降 含0.1%的水分,油的击穿电 压降到干燥时的15%~30%

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高电压技术
第三章 液体和固体介质的电气特性
第二节 液体电介质的击穿
2. 温度
干燥的油(曲线1):随油温升 高,电子碰撞电离过程加剧,击 穿电压下降 潮湿的油(曲线2) 温度由0℃开始 上升: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,在60 ℃~80℃间出现最大值
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高电压技术
第三章 液体和固体介质的电气特性
3. 工程液体电解质的击穿(变压器油)
工程液体的特点:含有杂质、纤维等, εr很大(变压器油εr=2.2)
由于水和纤维的εr很大,易沿电场方向发生极化,并排列成杂质小桥。
杂质中电导大 小桥 击穿 理论 水分汽化
泄漏电流增加 ,导致发热
气泡扩大
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高电压技术
第三章 液体和固体介质的电气特性
2. 纯净液体电介质的气泡击穿理论
击穿过程 液体中出现气泡 交流电压下串联介质中电场强度 的分布与介质的εr成反比 气泡εr 最小,将承担高场强,且 电气强度比液体介质低很多 气泡电离后温度 上升、体积膨胀 、密度减小 气泡先发 生电离

电介质分类

电介质分类

电介质分类
电介质是指电子元件中用来传导电流的物质,它可以是固体、液体或气体。

电介质的分类可以根据其物理性质和电学性质来划分。

一、根据物理性质分类
1、固体介质:固体介质是指以固体形式存在的电介质,它们的电阻率比液体和气体要高,常见的固体介质有金属、石英、玻璃、石墨等。

2、液体介质:液体介质是指以液体形式存在的电介质,它们的电阻率比固体要低,常见的液体介质有水、油、醇类等。

3、气体介质:气体介质是指以气体形式存在的电介质,它们的电阻率比液体和固体要低,常见的气体介质有氧气、氢气、氩气等。

二、根据电学性质分类
1、导体:导体是指具有良好的电导性的电介质,它们的电阻率比绝缘体要低,常见的导体有金属、水、油等。

2、绝缘体:绝缘体是指具有良好的绝缘性的电介质,它们的电阻率比导体要高,常见的绝缘体有石英、玻璃、石墨等。

三、根据电介质的用途分类
1、电气介质:电气介质是指用于传导电流的电介质,它们的电阻率比绝缘体要低,常见的电气介质有金属、水、油等。

2、电磁介质:电磁介质是指用于传导电磁波的电介质,它们的电阻率比电气介质要高,常见的电磁介质有空气、石英、玻璃等。

四、根据电介质的结构分类
1、单相介质:单相介质是指由一种电介质组成的电路,它们的电阻率比多相介质要低,常见的单相介质有金属、水、油等。

2、多相介质:多相介质是指由多种电介质组成的电路,它们的电阻率比单相介质要高,常见的多相介质有空气、石英、玻璃等。

电介质是电子元件中不可缺少的重要组成部分,它们的特性决定了电子元件的性能。

根据电介质的物理性质、电学性质、用途和结构,可以将电介质分为固体介质、液体介质、气体介质、导体、绝。

第03章 液体和固体介质的电气特性

第03章 液体和固体介质的电气特性
18
频率太高时,偶极子将来
不及转动,因而其 r 值变小, 如图所示。其中 相 r当0 于直
流电场下的相对介电常数 。
f >f1 以后偶极子将越来越跟不上电场的交变, r
值不断下降;当f =f2 时,偶极子已完全不跟着电
场转动了,这时只存在电子式极化, r 减小到 r 。
19
偶极子极化与温度t的关系
方向为由-q指向+q)。这
种极化称为电子式极化或电
子位移极化。
11
电子式极化特点
电子式极化存在于一切电介质中,有两个特点: (1)完成极化需要的时间极短,10-15s; (2)外电场消失,整体恢复中性。 所以这种极化不产生能量损耗,不会使介质发热。
12
(二) 离子式极化
固体无机化合物大多属离 子式结构,无外电场时,晶体 的正、负离子对称排列,各个 离子对的偶极矩互相抵消,故 平衡极矩为零。
39
小结
电介质的极化 o电子式极化 o离子式极化 o偶极子极化 o夹层极化
电介质的电导为表征电介质导电性能的主要物理量 电介质的损耗为在电场作用下电介质中的能量损耗
40
思考题
1.常用的液体和固体介质有哪些? 2.简述液体和固体电介质的电气特性及表征参数。
本节完
41
第三章 液体和固体介质的电气特性
极子沿电场方向的有序排列,极化强度反而随温度的
上升而减弱,由于极化损耗的减小超过了电导损耗的
增加,所以总的tg 曲线随t的升高而下降,并在t=t2时
达到极小值。
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在t>t2以后,由于电导损耗随温度急剧上升、极
化损耗不断减小而退居次要地位,因而 tg 就随时
间t的上升而持续增大。

电介质材料的分类

电介质材料的分类

电介质材料的分类
1. 气体电介质呀,就像空气一样无处不在!比如在高压开关设备中,不就是用它们来绝缘嘛。

2. 液体电介质呢,就好像是电路中的“保护神”哟!像变压器里就有它们的身影。

3. 固体电介质可厉害啦,这好比是电子产品里的“坚强卫士”呀!像陶瓷电容器就是用它做的啊。

4. 无机电介质可是个大家族呢,这不就是材料界里的“大部队”嘛!像云母不就是常见的嘛。

5. 有机电介质也有它独特的魅力呀,就如同生活中各种神奇的小物件!比如塑料薄膜就会用到它们。

6. 压电晶体电介质,那可是个神奇的存在哟!就像能带来惊喜的魔法石,压电打火机不就是利用它嘛。

7. 铁电电介质呢,像是拥有超能力的“战士”!像一些特殊的电子元件就靠它啦。

8. 热释电电介质呀,感觉就像是能感知温度的小精灵呢!在一些温度感应装置中就少不了它们呀。

我觉得电介质材料的分类真的好丰富多样啊,每一种都有它独特的用途和价值,在我们的生活中扮演着重要的角色呢!。

液体、固体电介质特性

液体、固体电介质特性
不同电介常数的电介质组合在一起构成组合绝缘,当各 层绝缘所承受的电场强度与电气强度成正比时,整个组 合绝缘的电气强度最高。
直流电压下,绝缘等效为绝缘电阻,各层绝缘承受的电 压与其绝缘电阻成正比;【电气强度高、电导率小的材 料用在电场最强处】
交流和冲击电压下,绝缘等效为电容,各层绝缘承受的 电压与其电容成反比;【电气强度高、介电常数小的材 料用在电场最强处】
U
r1 r2
r0
12
E2
r
2
[
1
1
ln
U r1 r0
1
2
ln
r2 r1
]
优点:绝缘材料的利用率高
实现:电缆绝缘中用不同的绝缘纸。电缆纸的介电常数与密 度有关 ,密度大的纸(高)与低密度纸搭配使用多层分阶27。
2.5 电介质的老化
绝缘老化的成因
➢ 电老化——局部放电 ➢ 热老化——热作用下的氧化 ➢ 环境老化——污染性化学老化
U
(R1
R2
... Rn )I
(1
1
d1 S
1
2
d2 S
...
1
n
dn )I S
1 S
( d1
1
d2
2
...
dn )I
n
RI
I U R
U1
R1I
1
1
d1 S
I
d1
1S
U R
1
(
d1
1
Ud1 d2 ...
2
dn
n
)
E1
U1 d1
1
(
d1
1
U d2 ...
2
dn )
n
1

高铁高压供电设备之液体和固体电介质的击穿特性—电介质的极化

高铁高压供电设备之液体和固体电介质的击穿特性—电介质的极化

空间电荷极化一般进行得比较缓慢,而且需要消耗能量,属于有损
极化。在电场频 率较低的交变电场中容易发生这种极化。在高频电场
中,由于带电质点来不及移动, 这种极化难以发生。
电极
E
E
电介质极化的形式
5、夹层极化
双层介质的极化
(a)双层介质示意图
(b)等值电路
二、电介质极化的工程意义
1
在选择高压电气设备的绝缘材料时,除了注意材料的电气强度要求以外,
电介质的极化
01 主要内容
02 电介质的极化
学习目标:
01 掌握电介质极化的概念
02 掌握介电常数的定义
电介质的极化
主要内容
液体介质和固体介质广泛用作电气设备的内绝缘。
液体:变压器油、电容器油、电缆油
固体:绝缘纸、纸板、云母、塑料、 电瓷、玻璃、硅橡胶
电介质的极化
电介质的极化
极化
当有外电场作用时,电介质
εr 值由电介质的材料决定,并与温度、频率等因素有关。
电介质的极化
常用电介质的 εr 值
真空:
各种气体:
材料类别
中性
空气、氮气
1.00058
1.00060
极性
二氧化硫
1.009
液体介质
弱极性
变压器油、硅
有机液体
2.2
2.2~2.8
极性
蓖麻油、氯化
联苯
4.5
4.6~5.2
强极性
酒精、水
33
81
εr = 1
(b)有外加电场
离子式极化
电介质极化的形式
3、偶极子极化
(a)无外加电场;
(b)有外加电场
偶极子极化

第二章_液体、固体电介质的电气性能

第二章_液体、固体电介质的电气性能

对串、并联电路,有:P1=P2
CP
CS
1tg2
一般tgδ<<1,即tg2δ 0,
所以CP≈CS=C,则 P=P1=P2=U2ωCtgδ
4.电介质的损耗及其影响因素 影响电介质损耗的因素主要有温度、频率和电
压。不同的电介质所具有的损耗形式不同,从而温 度、频率和电压对电介质损耗的影响也不同。 5.介质损耗在工程实际中的应用
固体电介质的表面电导主要由表面吸附的水分
和污物引起,介质表面干燥、清洁时电导很小。介
质吸附水分的能力与自身结构有关。 有亲水性介质
和憎水性介质。
所以,介质的绝缘电阻实际上是体积电阻和表
面电阻两者的并联值
R RV RS RV RS
RS---表面泄漏电阻
RV---体积泄漏电阻
5.影响电介质电导的主要因素
IEC规定的电工绝缘材料的耐热等级(最高持续温度):
Y(O) A
E
B
F
H
C
90 105 120 130 155 180 220℃
如果材料使用温度超过上述规定,绝缘材料 就将迅速老化,寿命大大缩短。实验表明,对A级 绝缘,温度每增加8℃,则寿命缩短一半左右,这 通常称为热老化的8℃原则。对B级和H级绝缘材料 而言,当温度每升高10℃和12℃时,寿命也将缩 短一半。
1.介电常数
组合绝缘的相对介电 常数ε为

S
(1 x) x S
x
s --固体电介质的相对介电常数
x --浸渍介质的相对介电常数
2.介质损耗
组合绝缘的组合绝缘的总介质损失角正切为
tg1(t1g xS xS )x 1(t1g xxxS )x
tg S --固体电介质的介质损失角正切

第三章 液体和固体电介质的击穿特性

第三章  液体和固体电介质的击穿特性

2、采用固体介质降低杂质的影响 2)绝缘层——在曲率半径很小的电极包缠很厚的固体绝缘,改善 油中的电场分布。适用于极不均匀电场。
1)覆盖——在曲率半径较小的电极覆盖固体绝缘,以切断杂质小 桥、限制泄漏电流。适用于电场比较均匀的场合。
紧紧包在小曲率半径上 薄固体绝缘层(诸如电缆纸、黄蜡布、 漆膜等)称为覆盖,其厚度一般只有零点几微米,所以不会引起油 中电场的变化。它能阻止杂质小桥直接接触电极,因而能有效的控 制泄漏电流,从而阻碍杂质击穿过程的发展。电场约均匀,杂质小 桥对油隙击穿电压的影响越大,采用覆盖的效果越显著。由于采用 覆盖花费不多,而收效明显,所以在各种充油的电气设备中都很少 采用裸导体。
当覆盖的厚度增大到能分担一定电压时,即成为绝缘层,一般 厚度为数毫米到数十毫米。绝缘层不但能象覆盖那样减小油中杂质 的有害影响,而且能降低电极表面附近的电场强度,大大提高整个 油隙的工频击穿电压和冲击击穿电压。变压器中某些线饼或静电屏 上包以较厚的绝缘层都是为了这个目的。
3)屏障——”油-纸”或“油-布”绝缘,切断杂质小桥,改善电场 分布,提高油间隙的工频击穿电压。屏障的形式要因电极形状而定, 并且,屏障要足够大,已能包住电极。 如果在油隙中放置尺寸、形状与电极相适应、厚度为1~5mm 的层压纸板(筒)或层压布板(筒)屏障,那么它既能阻止杂质小 桥的形成又象气体屏障那样拦住一部分带电粒子,使电场变得比较 均匀。电场越不均匀,放置屏障的效果越好。 如果用多重屏障将油隙分隔成多个较短油隙,则击穿场强能 提高更多。但相临屏障间距不宜太小,因为这不利于油隙冷却循 环。另一方面,屏障的总厚度也不能太大,因为固体介质的介电 常数比变压器油大。所以固体介质总厚度的增加会引起油中电场 强度的增大。通常设计时控制屏障的总厚度不大于整个油隙长度 的1/3。

第二章液体、固体电介质的电气性能

第二章液体、固体电介质的电气性能

2-4 电介质的老化
一、电老化 局部放电;电化学过程 二、热老化 1、IEC规定的电工绝缘材料的耐热等级(7级): Y(O)、A、E、B、F、H、C 2、热老化的8℃规则、10 ℃规则、12 ℃规则 对A级绝缘,温度每增加8℃,则寿命缩短一半左右。
5、影响电介质电导的主要因素
(1)温度
B
γ AeT
(2)杂质
要注意防潮
6、电介质电导在工程实际中的应用
(1)用来判断绝缘状况
(2)DC作用下,电介质中各层电压分布规律 U 1
U2
G2 G1
(3)表面绝缘电阻的合理应用
a.为了减小表面泄漏电流以提高放电电压,应使表面电阻 增大;
b.为了减小表面局部场强以善电场分布,应使表面电阻适 当减小。
3、介质损耗的计算及指标 (1)DC下 用γ即可表达其损耗特性:
PU2 GU2 R
R—介质的绝缘;G电 —阻 介质的电导
(2)AC下
P U cI o U sC t Ig U 2 C p tg
式中 tgδ——介质损耗因数,常用百分数
表示 ψ——功率因数角 δ——介质损耗角(δ=90°- ψ)
通常采用tgδ而不用P表示电介质的损耗特性,这是因为 ①P与U、C、ω有关,不便于对不同尺寸的同一绝缘材料进
第二章 液体、固体电介质的电气性能
电介质的基本电气性能
极 化—— 相 对 介 电 常 数 εr 电 导—— 电 导 率 γ 损 耗—— 介 质 损 耗 因 数 tgδ 击 穿 —— 击 穿 电 场 强 度bE
2-1 电介质的极化、电导和损耗
一、极化现象及相对介电常数
1、极化的定义
电介质在电场中所发生的
对电容器希望εr大些,对电缆则希望εr小些。 (2)设计交流绝缘结构时,应考虑电场的合理分布。

液体和固体介质的电气特性

液体和固体介质的电气特性

第二节 液体介质的击穿
一、纯净液体介质的击穿理论
纯净的液体介质:击穿过程与气体击穿的过程很相似,但 其击穿场强高(很小的均匀场间隙中可达到1MV/cm) 电子碰撞电离理论、气泡击穿理论
二、工程纯液体介质的击穿理论
工程用的液体介质:击穿场强很少超过300kV/cm,一般 在200kV/cm~250kV/cm的范围内(以上击穿场强值均 指在 标准试油杯中所得数据) 原因:工程液体介质的击穿是由液体中的气泡或杂质等引 起的,即气泡或杂质在电场作用下在电极间排成“小桥”, 引起击穿,即“小桥理论”。
C
Q0
0
A
U 0 d
图3-1 平板电容器中的电荷和电场分布 (a)真空 (b)充以介质
当极板间插入固体介质后,电容量为
CQ0Q‘A
0
U
d
式中 A-极板面积,cm2; d-极间距离,cm;ε-介质的介电常数 ε0-真空的介电常数,ε0=8.86×10-14F/cm
定义
CQ0Q‘ C r U
为介质的相对介电常数。
分界面

自由电荷的 移动
二、电介质的电导
电介质电导主要是离子电导,表征电导的参数是电导
率γ,在高电压工程中一般常用电阻率ρ来表征介质的
绝缘电阻。液体与固体电介质的电导率γ与温度有下述关
系:
Ae kT
式中 A-常数,与介质性质有关; T-热力学温度,单位为K;
ф-电导活化能;
k-波尔兹曼常数。
1. 体积电阻
(C1
C2)
R1R2 R1 R2
当绝缘受潮或有缺陷时,电流的吸收现象不明显,总电 流随时间下降较缓慢,而试品的绝缘电阻与电流成反比。 因此,根据的变化,就可以初步判断绝缘的状况。

高电压技术(第二章)

高电压技术(第二章)
工程用变压器油中含有水分和纤维等杂质,由于它们的 r 很大
容易沿电场方向极化定向,排列成杂质小桥:
1. 如果杂质小桥尚未接通电极,则纤维等杂质与油串联,由于
度显著增高并引起电离,于是油分解出气体,气泡扩大,电 离增强,这样发展下去必然会出现由气体小桥引起的击穿。
纤维的 r大以及含水分纤维的电导大,使其端部油中电场强
Emax
利用系数: Eav r0 R = ln Emax R r0 r0
Emin
0
r0
三. 影响液体介质击穿电压的因素
1.电压形式的影响 击穿电压跟电压的作用时间和电压上升 率有关 2. 含水量、含气量 3. 温度
4. 杂质的影响
5. 油量的影响
水分和油温
Ub(kV)
悬浮状水滴在油中是十分有 40 害的,如右图,当含水量为 万 分之几时,它对击穿电压就有明 20 显的影响,这意味着油中已出现 悬浮状水滴;含水量达0.02%时 击穿电压已下降至约15kV,比 0 0.02 0.04 含水量(%) 不含水分时低很多 。含水量继 标准油杯实验 续增大击穿电压下降已不多,因为只有一定数量的水分能悬 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
与周围环境温度无关。
2. 热击穿:由于固体介质内部热不稳定性造成。
电压作用下 介质损耗, 使介质发热 发热大于散 热时,介质温 度不断升高 介质分解、 熔化、碳化 或烧焦
热击穿
特点:
(1)在电压作用下,产生的电导电流和介质极化引起介质损耗, 使介质发热. (2)热击穿电压随环境温度的升高而下降,热击穿电压直接与 散热条件有关

液体和固体电介质的绝缘性能

液体和固体电介质的绝缘性能
由于吸收现象的存在,在对电介质进行高压试验时,电介质 表面会有吸收电荷存在,这些电荷在没有外因作用时需很长时 间才能泄放掉,可能对人构成危险,所以高压试验结束时必须 对试品进行放电。
四、气体电介质的电导是由气体分子本身及气体中杂质离解出来 的带电粒子形成的,其值很小。
液体电介质的电导一种是由液体本身的分子和杂质的分子离解 的带电粒子形成的离子电导,另一种是由液体中胶体质点吸附电 荷后变成带电质点构成的电泳电导。
为10-6—10-2Ω·m
一、试验电路
二、等值电路
§2.2电介质的电导
1、由电源对电介质等效电容 充电建立电场及快速无损极化 形成的电流ic称为几何电容电 流。由于其是纯容性的,所以 可以用一个电容C0来等值。
2、由慢速有损极化形成的电流ia 称为吸收电流。由于是由极化形 成的,可以等值出电容Ca,1电介质的极化
• 在两电极间加入厚度与极间距
相同的固体电介质重新完成试
验。发现极板上的电量增加了
-+
Q’,Q=Q0+Q’。问Q’这些电量
-+
是如何来的呢?
解释:来源于固体电介质的极化。 固体介质内部形成一个极性与外 加电压方向相反的附加电场,为 保持两极板间电压不变,电源需 要再提供Q’这些电量来平衡附加 电场。在电场的作用下,电介质 相对电极两面呈现电性的现象称 为极化。
特点: 1)速度慢; 2)非弹性的; 3)消耗能量。
§2.1电介质的极化
• 极化可以归纳为空间电荷的弹性位移或转向及电荷的重新分配; 也可以归纳为快速的无损极化和慢速的有损极化。
• 研究极化的意义: • 1、选择制造电容的绝缘材料时,一方面注意材料的绝缘强度,另
一方面希望介电常数要大; • 2、在交流及冲击电压作用下,多层串联电介质中的场强分布与介

液体与固体电介质

液体与固体电介质

§4.2 液体电介质的击穿
一. 常用的液体介质 天原矿物油和人工合成油
目前常用的主要有变压器油、电容器油、
电缆油等矿物油 二. 液体电介质的击穿理论 电击穿:认为在电场作用下,阴极上由于强场发射 或热发射出来的电子产生碰撞电离形成电子崩,最 后导致液体击穿
气泡击穿:认为液体分子由电子碰撞而产生气 泡,或在电场作用下因其它原因产生气泡,由气泡 内的气体放 电而引起液体击穿。
4. 固体电介质的体积电阻和表面电阻 体积电阻-电介质内部绝缘状态的真实反映 表面电阻-受介质表面吸附的水分和污秽影响 水分起着特别重要作用。 亲水性介质(玻璃、陶瓷)表面电导大 憎水性介质(石蜡、四氟乙烯、聚苯乙烯)表面电导小
讨论电介质电导的意义
(1)电导是绝缘预防性试验的依据
(2)直流电压作用于分层绝缘时,各层电压分 布与电阻
温度很敏感;金属中主要由外加电压决定,杂质、温度不是
电导电流影响因素:电介质中由离子数目决定,对所含杂质、
主要因素
液体和固体电介质的γ与温度的关系:
Ae
B /T
温度↑ a.热运动加剧→离子迁移率↑→γ↑ b.介质分子或杂质热离解↑→γ↑ 电介质的电阻率具有负的温度系数;金属的电阻率具有正的温 度系数。
稍不均匀电场和极不均匀电场之间的划分及其典型电场形式50冲击放电电压u50加强气体间隙去游离的措施chapter4液体和固体电介质的绝缘特性电介质电导的概念特征电导率固体电介质的体积绝缘电阻和表面绝缘电阻介质损耗的形式介质的三支路等值电路直流电压作用下的吸收现象交流电压作用下电介质的并联串联等值电路介质损耗角tg的意义影响tg的各种因素液体电介质的击穿击穿理论击穿电压的影响因素及其提高措施固体电介质的击穿三种击穿形式击穿电压的影响因素及其提高措施绝缘的老化

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
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(3) 含气量 饱和溶解量主要由气体的化学成分、气压、油温等决定 来源:大气 ; 油、水、有机绝缘物分解 分子状态短时间对油的性能影响不大 主要危害:气体析出后会使油的耐电强度有较大降低 氧气会使油氧化、老化
2. 电压的作用时间: 有很大的影响。由于加上电压后,油中的杂质聚集到电极 或介质的发热都需要一定的时间,所以油间隙击穿电压随加压 时间的增加而下降。
击穿。例如用蓖麻油制造的电容器就因为 tgδ大,而仅限于直 流或脉冲电压下使用,不能用 于交流;
• 预防性试验中判断绝缘状况: 如果绝缘受潮或劣 化,
tgδ将急剧上升,在预防试验中可通过tgδ~ U的关系曲线来 判断是否发生局部放电;
• 均匀加热: 当tgδ大的材料需加热时,可对材料加 交流电压,
利用材料本身介质损的发热。该方法加 热非常均匀, 如电瓷生产中对泥坯加热即用这种方 法。
串联等值电路:
I


~U
rs
Cs
UC Ur




U

I

串联电路中:
由相量图:
Irs Ur tg Cs rs U C I / Cs
2 2

U U P I rs rs rs 1 2 2 Z rs ( ) Cs
2
U C r U Cs tg 2 2 1 (Cs rs ) 1 tg
5. 油的压力:工频电压下,因含气体,压力↑,气体在油中溶解 度增加,油中气泡的电离电压也增高,所以Ub↑ 冲击电压下,无显著影响
四. 提高变压器油击穿电压的措施
1.提高并保持油的品质 提高:去杂质、水分、有机酸――过滤、防潮 去气体――真空注油法 保持:装置吸附剂过滤器,可使正在运行的油不断净化 2 .采用“油-屏障”绝缘 如覆盖 、绝缘层、加隔板 阻止贯通型杂质小桥的形成和发展 ,改善油隙中的电场分布
§4.1 液体和固体介质的极化、电导和损耗 一.电介质的极化(dielectric polarization) 和介电常数
1. 极化:在外加电场的作用下,电介质中的正、负
电荷沿电场方向作有限位移或转向,形成电矩(偶 极矩)
束缚电荷
U

Q0 C0U
Q Q0 Q CU
相对介电常数: relative dielectric constant
5. 用tgδ 作为综合反映介质损耗特性优劣的指标 理由:介质损耗P值和试验电压U、试品等值电容量、 电源频率等许多因素有关,而tgδ 是一个仅取决 于材料本身的损耗特征而与上述种种因素无关的物理 量。 tgδ 的增大,意味着介质绝缘性能变差,实践中常通 过测量tgδ 来判断设备绝缘的好坏。
6. 影响tgδ 的因素
成正比,选择合适的电阻率可实 现各层间合理分压 (3)注意环境湿度对固体介质表面电阻的影响
三.电介质的损耗(dielectric loss) 1. 介质损耗的含义
任何电介质在电场作用下都有能量损耗,包括由 电导引起的损耗和由某些极化过程引起的损耗。电介 质的能量损耗简称介质损耗。
2. 电介质的三支路等值电路
接近1,液体、固体的
r 则各不相同, r与温度、电源频率有关。
2. 电介质的极化种类
电子式极化
E0

E 0
特点:存在于一切电介质,极化所需时间短, r不随频率变化; 极化具有弹性,不损耗能量
离子式极化
E
特点:存在于离子结构电介质中,极化所需时间也很短; r 随温度升高而增大 极化具有弹性,无能量损耗;
纤维的 r大以及含水分纤维的电导大,使其端部油中电场强
2. 如果杂质小桥接通电极,因小桥的电导大而导致泄漏电流增
大,发热会促使水分汽化,气泡扩大,发展下去也会出现气 体小桥,使油隙发生击穿。
三. 影响变压器油击穿电压的因素 1. 油品质的影响:含水量、含纤维量、含气量 2. 电压作用时间 3. 电场均匀度 4. 温度 5. 压力
2 2 2 s s 2
比较并、串联电路中P、 tgδ 表达式可得到:
Cs Cp 1 tg 2

rs CP 2 tg R p CS
∴ C p Cs C
tg 1
2
rs RP
电介质的介质损耗可统一表示为:
P U Ctg
小结:
1. 理想电介质可用一电容等值表示,考虑到损 耗,则可用R, C并联或串联电路等效;进一步细分,则可用三支路等值电路 表示。 2. 并联等值电路和串联等值电路的本质是一样的,并联电路中 R很大,串联电路中R很小,R既包含了电导损耗,也包含了极 化损耗。忽略损耗,则两个电路都简化为一个电容等值电路。
气体的击穿场强
气泡先电离

比液体低得多 气泡温度升高、
体积膨胀、电离 进一步发展 电离产生的带电粒子撞击 液体分子,使之分解出气 体,扩大气体通道 电离的气泡在电场作用 下容易排列形成连通两
极的气体“小桥”,击
穿 沿“小桥”通道发生
气泡击穿理论依赖与气泡的形成,发热膨胀、气泡通道扩 张并积聚成小桥,有热的过程,属于热击穿的范畴,这一理论 可以推广到其他悬浮物体引起的击穿,例如工程用变压器油的 击穿过程。
偶极子极化
E0

E 0
特点:存在于极性电介质中,极化所需时间较长,
r 与电源频率有很大关系;极化消耗能量;
r 都会减小 温度过高或过低,
夹层极化 特点:
存在于复合介质、不均匀介质中;极化过程很缓慢 ,只在直 流 和低频交流下表现出来;极化伴随着能量损耗
3. 讨论电介质极化的意义
温度很敏感;金属中主要由外加电压决定,杂质、温度不是
电导电流影响因素:电介质中由离子数目决定,对所含杂质、
主要因素
液体和固体电介质的γ与温度的关系:
Ae
B /T
温度↑ a.热运动加剧→离子迁移率↑→γ↑ b.介质分子或杂质热离解↑→γ↑ 电介质的电阻率具有负的温度系数;金属的电阻率具有正的温 度系数。
工程用变压器油的击穿机理:(小桥理论)
工程用变压器油中含有水分和纤维等杂质,由于它们的 r 很大 容易沿电场方向极化定向,排列成杂质小桥:
1. 如果杂质小桥尚未接通电极,则纤维等杂质与油串联,由于
度显著增高并引起电离,于是油分解出气体,气泡扩大,电
离增强,这样发展下去必然会出现由气体小桥引起的击穿。
1.油品质的影响 较均匀电场,持续电压作用下,品质对Ub 有较大影响 。用标 准试油器按标准试验方法所测得的工频击穿电压来衡量油的品 质 。同一种油在不同条件下的耐受电压有很大不同 ⑴含水量: 一定的温度下,含一定量的水分 三种形态:分子状态溶解于水――影响不大 乳化状态悬浮于水――很强影响(↓Ub ) 沉渣状态――影响不大 <0℃,结冰 ; 0℃~80℃,T↑,悬浮→溶解 >80℃,蒸发汽化 (2)含纤维量 易形成纤维小桥,使Ub大为降低,吸附水分后尤甚
电阻率
1/
绝缘材料的电阻率:108~1020 m
导体的电阻率:10-8~10-4 m 半导体的电阻率:10-4~107 m
2.电介质电导与金属电导的区别
带电质点:电介质中为离子(固有离子,杂质离子); 金属中为自由电子
数量级:电介质的γ小,泄漏电流小;金属的电导电流很大
0
E0
E
tg
tg
0
t1
t2
t (C )
0
0

固体电介质 无机绝缘材料和有机绝缘材料中的非极性电介质:主要是电 导损耗, tgδ 较小 有机绝缘材料中的极性电介质: tgδ 与温度、频率的关系与 极性液体介质相似,且tgδ 较大
讨论损耗的意义
• 选择绝缘 :tgδ过大会引起绝缘介质严重发热,甚 至导致热
4. 固体电介质的体积电阻和表面电阻 体积电阻-电介质内部绝缘状态的真实反映 表面电阻-受介质表面吸附的水分和污秽影响 水分起着特别重要作用。 亲水性介质(玻璃、陶瓷)表面电导大 憎水性介质(石蜡、四氟乙烯、聚苯乙烯)表面电导小
讨论电介质电导的意义
(1)电导是绝缘预防性试验的依据
(2)直流电压作用于分层绝缘时,各层电压分 布与电阻
Q C r Q0 C0
注意: 1)是束缚电荷而不是自由电子 2 )是有限位移而不是电荷流通 3 )内部电荷的总和仍为零,但由于外电场的作用对外显现 电场力 表示极化程度的物理量为相对介电常数 ,宏观的介电常数的大 小,反映了微观的极化现象和强弱。 气体电介质的极化现象比较弱,所以各种气体的相对介电常数
i i1 i2 i3
i1 i2 R2
C2
C1—无损极化 C2-R2—有损极化 R3—电导损耗
u
C1
i3 R3
3. 电介质在直流电压作用下的吸收现象
i
i i1 i2 i3
|
吸收曲线
充 电 电 流
|
|
泄 漏 电 流
i
吸 收 电 流
i2 i1
0
i3
t (s)
4. 介质损耗角正切tgδ 交流电压作用下的向量图:
b
液体和固体电介质在运行过程中会出现逐渐 老化的现象,使 它们的物理、化学性能及 各种电气参数发生改变,从而影响 绝缘的电 气强度及其寿命。所以对液体和固体电介质, 我们不仅要了解它们在强电场下的击穿特性, 还要了解它们在弱电场下的电气特性,如极 化、电导、损耗等。 气体电介质的极化、电导、损耗很微弱,一 般可以忽略不计。
3. 电场的影响 : 工频和直流电压下,纯度高的油,改善电场,Ub↑ ;品质差的 油,改善电场分布,Ub提高不明显,因为这时杂质的聚集、 排列已使电场畸变。 冲击电压下,因为杂质来不及形成小桥,改善电场,Ub↑ 4. 温度:随油品质、电场均匀度和电压作用时间而不同 在0~60度范围内,受潮的液体介质的击穿电压,往往随温度升 高而明显增加,其原因是油中悬浮状态的水分随温度增加而转 变为溶解状态的缘故,温度更高时,油中所含的水分汽化增加, 又使击穿电压下降。
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