高电压技术第二章

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第二章

液体和固体电介质的绝缘特性

固体和液体也是电气设备常用的绝缘材料，这是因为 固体、液体电介质的绝缘强度要比气体大许多。然而，固 体、液体电介质的击穿各有特点，与气体击穿有很大的不 同。本章主要讨论固体、液体电介质的击穿物理过程。 液体介质：变压器油、电容器油、电缆油

固体介质：绝缘纸、纸板、云母、塑料、电瓷、玻璃、

硅橡胶 电介质的电气特性表现在电场作用下的 导电性能 介电性能 电气强度

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表征参数： 电导率

(绝缘电阻率 ) tg

介电常数

介质损耗角正切 击穿电场强度

Eb

电介质的极化是电介质在电场作用下，其束缚电荷相应于电场 方向产生弹性位移现象和偶极子的取向现象。介电常数来表示极化强 弱。

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2-1 电介质的极化电介质的极化：电介质在电场作用下，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=CoU

C0

0 Ad

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Q CU C d r Q0 C0U C0 0A 0 dεr:相对介电系数，表征电介质在电场作用下的极化程度

A

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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较小的绝缘材料还可减小电缆的充电电流、

提高套管的沿面放电电压等

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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。 最基本的极化型式有电子式极化、离子式极化和偶极子极化等三种，另外还有夹层极化和空间电荷极化等。现 简要介绍如下：

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一. 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10 15 10 14 s

b. 极化时没有能量损耗

c.温度对极化影响极小d.外电场消失，整体恢复 中性

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(2). 离子式极化某些固体物质(云母、玻璃)结构属于离子结构其分子由正、负离子构成， 在无外电场环境中，正负离子的作用中心是重合的，而在外电场作用下，正负 离子作有限的位移，使作用中心不再重合，故显示出每个分子的正负极性。

其特点:

a. 极化过程极短，与频 率无关10 13 10 12 s

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， εr具有正温度系数。

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(3). 偶极子式极化胶木、橡胶等一些物质，在无外电场作用下，分子本身正负离子作用中心不重合， 被称为极性电介质，

每一个分子成为一个偶极子，偶极子不停地进行无规则的热运动， 排列混乱，但物质本身不表现出极性。当有外电场作用，偶极子顺电场方向转向，作有 规则的排列，形成了物质的极化。

其特点a. 极化所需时间较长,因而与频 率有关10 10 10 2 s

b. 极化过程有能量损耗，要克 服分子间的吸引力等。 c. 温度对极化影响很大,温度很 高和很低时,极化均减弱。

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偶极子极化与温度t的关系： 温度升高时，分子热运动加剧，阻碍极性分子沿 电场取向，使极化减弱，所以通常极性气体介质有负 的温度系数。

对液体和固体介质，温度很低时，分子间联系紧密， 偶极子转动比较困难，所以 r 很小。液体、固体介质的 r 在低温下先随温度的升高而增大，以后当热运动变得较强 烈时，分子热运动阻碍极性分子沿电场取向，使极化减弱， r 又开始随着温度的上升而减小。

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(4). 空间电荷极化(夹层式极化)在大多数绝缘结构中，电介质常常呈层式结构或多层介质结构，如电缆、变 压器等，在电场作用下，带电质点在电介质中移动时，会在两层介质的界面上堆 积，造成电荷在介质空间中新的分布，这种现象被称为空间电荷极化，而空间电 荷极化主要表现在夹层式极化特性上。 当t

0

时：

当t

时：

U1 C2 U 2 C1

U 1 G2 U 2 G1G1 G2 分别为两种电介质的电导。

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设 C1 1 C 2 2

G1 2 G2 1

U 3当开关导通瞬间，等效电路如(a)图

U1 C2 U 2 C1得： C eq

U1 U 2 3

Q 2 U 3

当开关导通较长时间，等效电路如(b)图

U 1 G2 U 2 G1C ' eq

U1 U 2 3

Q' 4 U 3

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由此可见，电介质夹层的存在会造成夹层界面上的电荷堆积和等值电容的增 大，这就是夹层极化效应。由于夹层界面上电荷的堆积是通过介质电导G完成的， 一般情况下，高压绝缘介质的电导很小，所以，这个极化过程是缓慢的，它的完 成时间从几十分之一秒到几分钟，甚至更长，因此，这种性质的极化只有 …… 此处隐藏：499字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……