现代电气工程基础七..

I I I r C
此时介质的功率损耗：
P UI cos UIr UIC tan U 2C tan
－功率因数角； －介质损耗角 式中： —电源角频率；
tan （损耗因数）
判断介质的优劣

7.2.2 气体放电规律
右图表示实 验所得平板电极 (均匀电场)气体
相对介电常数： 由介质材料的性质决定的，表明极板间置入某 种绝缘材料后电容量增大的倍数
C r C0 0
• ε0---真空的介电常数 • ε ---介质的介电常数 • εr---介质的相对介电常 数 • A ---极板面积，cm2 • d ---极间距离，cm
εr是反映电介质极化特性的一个物理量
主要物理量，其倒数为电阻率。
有损介质等值电路如上图所示，电介质中流过的是 电容电流 i1 ，吸收电流i2 和电导电流 i3 。三个分量叠 加在一起为总电流 i
介质的绝缘电阻
用来判定绝缘性能的优劣 吸收比：
R60、R15 I 60、I15
R60 I15 Ka R15 I 60
1 U R G I
•采用高气压 • 采用高电气强度气体 削弱电离的过程 • 采用高真空
图9.7为不同气压 的空气和SF6气体、变 压器油、高真空等的
电气强度比较。从图
上可以看出：2.8MPa
的压缩空气具有很高
的击穿电压
但采用高气压会对电
气设备外壳的密封性和机
械强度提出很高的要求， 往往难以实现。如果用 SF6来代替空气，为了达 到同样的电气强度，只要
中的电流I与所
加电压的关系：
即伏安特性。
在曲线OA段，
I 随 U 的提高而增
大，这是由于电
极空间的带电粒
子向电极运动加
速而导致复合数
的减少所致。
•当电压提高到U B 时， 电流开始随电压的升 高而增大，这是由于
气隙中出现碰撞电离
和电子崩。
•当电压达到 U C 时， 电流剧增，气体击穿 或放电,并伴有声、光、
由巴申曲线可知，当极间距离d不变时提高气压 或降低气压到真空，都可以提高气隙的击穿电压，这 一概念具有十分重要的实用意义
为了缩小电力设施的尺寸，总希望将气 隙长度或绝缘距离尽可能取得小一些，为此 就应采取措施来提高气体介质的电气强度。 从实用角度出发，要提高气隙的击穿电压可 以采用如下途径：
• 改进电极形状以改善电场分布
采用0.7MPa左右的气压就
够了
7.2.3 沿面放电
沿面放电：沿着固体介质表面发展的气体放 电现象。
电力系统中绝缘子、套管等固体绝缘在机
械上起固定作用，又在电气上起绝缘作用。其 绝缘状况关系到整个电力系统的可靠运行。 绝缘功能的丧失可以分为以下两种情况：
• 固体介质击穿：一旦发生击穿，即意味着不可逆转
分别为加压15s和60s时对应的绝缘电阻
分别为加压15s和60s时对应的泄漏电流
一般 K a 1.3 时绝缘状况良好，
K a 越小泄漏电流越大，绝缘受潮越严重
介质损耗 介质损耗：在电场作用下电介质中总有一定的 能量损耗，包括由电导引起的损耗和某些有损 极化引起的损耗，总称介质损耗。
流过电介质的电流
在高压电气设备中常常将几种绝缘材料组 合在一起使用，这时应注意各种材料的εr值之间 的配合，因为在工频交流电压和冲击电压下， 串联的多层电介质中的电场强度分布与串联各 层电介质的εr成反比(图9.2)
E1 r 2 E2 r1
具此可以改善组合介质 的电场分布，提高整体 的耐电强度
电介质的电导 电导率表征电介质导电性能的
9.2.4 液体与固体的击穿
一旦作用于固体和液体介质的电场强度增大到一 定程度时，在介质中出现的电气现象就不再限于前面 介绍的极化、电导和介质损耗了。与气体介质相似， 液体和固体介质在强电场(高电压)的作用下，也会出
地丧失绝缘功能。
• 沿介质表面发生闪络：由于大多数绝缘子以电瓷、
玻璃等硅酸盐材料组成，所以沿着它们的表面发生 放电或闪络时，一般不会导致绝缘子的永久性损坏。 电力系统的外绝缘，一般均为自恢复绝缘，因为绝 缘子闪络或空气间隙击穿后，只要切除电源，它们
的绝缘性能都能很快地自动彻底恢复。
闪络电压比气体的固体单独存在时都低, 它受表面状态空气污秽程度、气候条件 等因素影响较大，须采取适当措施改善 界面环境。
7.2 高电压绝缘的基本理论
7.2.1 电介质的极化、电导与损耗
电介质的极化正常情况下，电介质呈中性，处 于电场中时，其电荷质点顺电场方向产生位移的 现象。 极化现象的特点： 1.电介质内部电荷总和仍为零 2.内电场与外电场方向相反
Q A 0 0 介质为真空时平行板电容： C 0 U d
第七章
高电压技术
高电压技术是电工学科的一个重要 分支，它主要研究高电压、强电场下各 种电气物理问题。 本章内容
高电压绝缘的基本理论(重点) 预防性绝缘诊断的基本方法
各种过电压产生的原因
及预防和消除措施(重点)
7.1
概 述
高电压技术研究的三个基本问题
• 高压电气绝缘 • 电绝缘诊断技术 • 电力系统过电压及其保护 在电气工程及自动化工程中具有较强 的理论性、实践性的应用价值。
表9.1列出了常用电介质的εr值（20°C时）
可见，气体εr接近于1，液体和固体多在2～6之间
极化现象的物理意义：
•用于电容器的绝缘材料，显然希望选用εr大的电介质， 因为这样可使单位电容的体积减小和重量减轻。 •其他电气设备中往往希望选用εr较小的电介质，这是 因为较大的εr往往和较大的电导率相联系，因而介质 损耗也较大。 采用εr较小的绝缘材料作缆芯和外皮间，还可减 小电缆的充电电流、提高套管的沿面放电电压等
热、气味等现象
•bc段—非自持放电
•U c Ub 后，自持放电
由于均匀电场气隙的击穿电压 U b 等于它的自 持放电起始电压 U 0，均匀电场气隙的击穿电压满 足下式：
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U b f ( pd)
上式所示规律在汤逊理论提出之前就由物 理学家巴申从实验中得出，称为巴申定律。
上图所绘出的曲线，称为巴申曲线。 巴申曲线表明，改变极间距离d的同时，也相应改 变气压p而使pd的乘积不变，则极间距离不等的气隙 击穿电压却彼此相等。