电介质电导和损耗课件

电介介质的电导和损耗的电导和损耗电介质的电导和损耗1电介质中的传导电流电介质中的传导电流电气传导电流概念：电气传导电流概念：电气传导电流概念：电气传导电流概念：是表征单位时间内通过某一是表征单位时间内通过某一是表征单位时间内通过某一是表征单位时间内通过某一 截面的电量截面的电量截面的电量截面的电量传导电流的组成：传导电流的组成：传导电流的组成：传导电流的组成：电介质中的传导电流含漏导电电介质中的传导电流含漏导电电介质中的传导电流含漏导电电介质中的传导电流含漏导电 流和位移电流两个分量流和位移电流两个分量流和位移电流两个分量流和位移电流两个分量漏导电流：漏导电流：漏导电流：漏导电流：由介质中自由的或联系弱的带电质点由介质中自由的或联系弱的带电质点由介质中自由的或联系弱的带电质点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在电场作用下运动造成的在电场作用下运动造成的在电场作用下运动造成的位移电流：位移电流：位移电流：位移电流：由电介质极化造成的吸收电流由电介质极化造成的吸收电流由电介质极化造成的吸收电流由电介质极化造成的吸收电流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2电介质电导电介质电导电介质电导电介质电导 充电电流充电电流充电电流充电电流 吸收电流（数分钟以上）吸收电流（数分钟以上）吸收电流（数分钟以上）吸收电流（数分钟以上）泄漏电流泄漏电流泄漏电流泄漏电流电介质中的电导是由于电介质的基本物质电介质中的电导是由于电介质的基本物质电介质中的电导是由于电介质的基本物质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及其中所含杂质分子的化学分解或热离解形及其中所含杂质分子的化学分解或热离解形及其中所含杂质分子的化学分解或热离解形成带电质点成带电质点成带电质点成带电质点(电子、正离子、负离子电子、正离子、负离子电子、正离子、负离子电子、正离子、负离子)，沿电，沿电，沿电，沿电场方向移动而造成的。它是离子式的电导，场方向移动而造成的。它是离子式的电导，场方向移动而造成的。它是离子式的电导，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。也就是电解式的电导。也就是电解式的电导。也就是电解式的电导。测量介质中电流的电路图测量介质中电流的电路图测量介质中电流的电路图测量介质中电流的电路图固体介质中的电流与时间的关系固体介质中的电流与时间的关系固体介质中的电流与时间的关系固体介质中的电流与时间的关系电介质电导 充电电流 吸收电流（数分钟以上）泄漏3漏导电流密度漏导电流密度漏导电流密度漏导电流密度:可由迁移中的载流子密度可由迁移中的载流子密度可由迁移中的载流子密度可由迁移中的载流子密度n n n n及其迁移速及其迁移速及其迁移速及其迁移速 度度度度V V V Vd d d d获得获得获得获得式中式中式中式中E E E E为施加电场强度，为施加电场强度，为施加电场强度，为施加电场强度，e e e e为载流子的电荷量，为载流子的电荷量，为载流子的电荷量，为载流子的电荷量，为载流为载流为载流为载流子的迁移率子的迁移率子的迁移率子的迁移率漏导电流密度:可由迁移中的载流子密度n及其迁移速 4漏导电导率和电阻率分别为漏导电导率和电阻率分别为电导率电导率电导率电导率：电阻率电阻率电阻率电阻率：漏导电导率和电阻率分别为5 电介质中电导特性划分电介质中电导特性划分 以载流子的性质划分，电导以载流子的性质划分，电导以载流子的性质划分，电导以载流子的性质划分，电导（这里指漏导，以下无特（这里指漏导，以下无特（这里指漏导，以下无特（这里指漏导，以下无特别说明均指漏导）别说明均指漏导）别说明均指漏导）别说明均指漏导）可以分为可以分为可以分为可以分为电子性电导电子性电导电子性电导电子性电导和和和和离子性电导离子性电导离子性电导离子性电导。无论是何种电导类型，在低场强下电压无论是何种电导类型，在低场强下电压无论是何种电导类型，在低场强下电压无论是何种电导类型，在低场强下电压-电流的关系电流的关系电流的关系电流的关系遵循欧姆定律。在高场强下遵循欧姆定律。在高场强下遵循欧姆定律。在高场强下遵循欧姆定律。在高场强下 离子性电导离子性电导:电介质中电导特性划分 离子性电导:6电子性电导：电子性电导：电子性电导：电子性电导：根据电子在导带、价带、电极和根据电子在导带、价带、电极和根据电子在导带、价带、电极和根据电子在导带、价带、电极和不纯物的状态之间的跳跃方式的不同可分为各不纯物的状态之间的跳跃方式的不同可分为各不纯物的状态之间的跳跃方式的不同可分为各不纯物的状态之间的跳跃方式的不同可分为各种不同的电导过程。种不同的电导过程。种不同的电导过程。种不同的电导过程。其主要形式为能带模型、跳跃模型、空间电荷其主要形式为能带模型、跳跃模型、空间电荷其主要形式为能带模型、跳跃模型、空间电荷其主要形式为能带模型、跳跃模型、空间电荷制约电流模型、电子雪崩电流、光传导电流、制约电流模型、电子雪崩电流、光传导电流、制约电流模型、电子雪崩电流、光传导电流、制约电流模型、电子雪崩电流、光传导电流、场致发射电流等场致发射电流等场致发射电流等场致发射电流等电子性电导：根据电子在导带、价带、电极和不纯物的状态之间的7电子性电导例一：电子性电导例一：电子性电导例一：电子性电导例一：Shottky Effect Shottky Effect Shottky Effect Shottky Effect当施加电场时，阻碍电子飞出金属的位垒高度因电场的作当施加电场时，阻碍电子飞出金属的位垒高度因电场的作当施加电场时，阻碍电子飞出金属的位垒高度因电场的作当施加电场时，阻碍电子飞出金属的位垒高度因电场的作用而使实际的位垒高度下降，导致由电极发射到介质导带用而使实际的位垒高度下降，导致由电极发射到介质导带用而使实际的位垒高度下降，导致由电极发射到介质导带用而使实际的位垒高度下降，导致由电极发射到介质导带的电子的增加，其结果是的电子的增加，其结果是的电子的增加，其结果是的电子的增加，其结果是 电子性电导例一：Shottky Effect8电子性电导例二：电子性电导例二：电子性电导例二：电子性电导例二：Poole-Frenkel EffectPoole-Frenkel EffectPoole-Frenkel EffectPoole-Frenkel Effect肖特基效应是电场的作用下实际位垒高度下降引起的电肖特基效应是电场的作用下实际位垒高度下降引起的电肖特基效应是电场的作用下实际位垒高度下降引起的电肖特基效应是电场的作用下实际位垒高度下降引起的电流的增加，而流的增加，而流的增加，而流的增加，而Poole-FrenkelPoole-FrenkelPoole-FrenkelPoole-Frenkel效应是电介质内部因电场效应是电介质内部因电场效应是电介质内部因电场效应是电介质内部因电场的作用引起实际位垒高度下降，进而使得介质内部发射的作用引起实际位垒高度下降，进而使得介质内部发射的作用引起实际位垒高度下降，进而使得介质内部发射的作用引起实际位垒高度下降，进而使得介质内部发射到导带上的电子增加，也即电流的增加，结果表现为到导带上的电子增加，也即电流的增加，结果表现为到导带上的电子增加，也即电流的增加，结果表现为到导带上的电子增加，也即电流的增加，结果表现为 电子性电导例二：Poole-Frenkel Effect9电子性电导例三：电子性电导例三：电子性电导例三：电子性电导例三：Tunnel EffectTunnel EffectTunnel EffectTunnel Effect在电子获得的能量远大于位垒高度，而且薄膜厚度小在电子获得的能量远大于位垒高度，而且薄膜厚度小在电子获得的能量远大于位垒高度，而且薄膜厚度小在电子获得的能量远大于位垒高度，而且薄膜厚度小于数百于数百于数百于数百 时，电子象跨过隧道似的贯穿两金属电极间时，电子象跨过隧道似的贯穿两金属电极间时，电子象跨过隧道似的贯穿两金属电极间时，电子象跨过隧道似的贯穿两金属电极间的介质而引起两金属电极间的电流，产生隧道效应，的介质而引起两金属电极间的电流，产生隧道效应，的介质而引起两金属电极间的电流，产生隧道效应，的介质而引起两金属电极间的电流，产生隧道效应，此时此时此时此时之间的关系是斜率为负的直线关系。和其他电导之间的关系是斜率为负的直线关系。和其他电导之间的关系是斜率为负的直线关系。和其他电导之间的关系是斜率为负的直线关系。和其他电导过程不同，隧道效应电流与温度无关过程不同，隧道效应电流与温度无关过程不同，隧道效应电流与温度无关过程不同，隧道效应电流与温度无关电子性电导例三：Tunnel Effect10ShottkyShottkyShottkyShottky和和和和Tunnel Tunnel Tunnel Tunnel EffectEffectEffectEffect是是是是电电电电极极极极发发发发射射射射控制电导的过程控制电导的过程控制电导的过程控制电导的过程而而而而Poole-Frenkel Poole-Frenkel Poole-Frenkel Poole-Frenkel EffectEffectEffectEffect则则则则是是是是体体体体积积积积发发发发射控制电导的过程射控制电导的过程射控制电导的过程射控制电导的过程 Shottky和Tunnel Effect是电极发射控制电11聚乙烯的电流聚乙烯的电流聚乙烯的电流聚乙烯的电流-时间特性时间特性时间特性时间特性例：例：例：例：在温度高于室温附近在温度高于室温附近在温度高于室温附近在温度高于室温附近要达到稳定的漏导电流需要达到稳定的漏导电流需要达到稳定的漏导电流需要达到稳定的漏导电流需要几个小时的时间，在更要几个小时的时间，在更要几个小时的时间，在更要几个小时的时间，在更低的温度下，即低的温度下，即低的温度下，即低的温度下，即20202020时，时，时，时，电流很难趋向稳定的漏导电流很难趋向稳定的漏导电流很难趋向稳定的漏导电流很难趋向稳定的漏导电流。电流。电流。电流。所以通常的所以通常的所以通常的所以通常的1 min1 min1 min1 min绝缘电绝缘电绝缘电绝缘电阻测量仅仅是为了工程上阻测量仅仅是为了工程上阻测量仅仅是为了工程上阻测量仅仅是为了工程上的方便，实际上并没有物的方便，实际上并没有物的方便，实际上并没有物的方便，实际上并没有物理意义，关于这一点必须理意义，关于这一点必须理意义，关于这一点必须理意义，关于这一点必须注意。注意。注意。注意。聚乙烯的电流-时间特性例：在温度高于室温附近要达到稳定的漏12一、气体电介质的电导：一、气体电介质的电导：一、气体电介质的电导：一、气体电介质的电导：气体中无吸收电流；气体中无吸收电流；气体中无吸收电流；气体中无吸收电流；气体离子的浓度约为气体离子的浓度约为气体离子的浓度约为气体离子的浓度约为5001000500100050010005001000对对对对/cm/cm/cm/cm2 2 2 2；分成三个区域分成三个区域分成三个区域分成三个区域区域区域区域区域1 1 1 1：E510E510E510E510-3-3-3-3 V/cm V/cm V/cm V/cm，电电电电流密度流密度流密度流密度j j j j随着随着随着随着E E E E增加而增加；增加而增加；增加而增加；增加而增加；区域区域区域区域2 2 2 2：当当当当E E E E进一步增大，进一步增大，进一步增大，进一步增大，j j j j趋趋趋趋向饱和；向饱和；向饱和；向饱和；以上两者的电阻率约以上两者的电阻率约以上两者的电阻率约以上两者的电阻率约1010101022222222 cmcmcmcm量级。量级。量级。量级。区域区域区域区域3 3 3 3：当场强超过当场强超过当场强超过当场强超过E E E E2 2 2 2101010103 3 3 3 V/cmV/cmV/cmV/cm时，气体电介质将发生碰时，气体电介质将发生碰时，气体电介质将发生碰时，气体电介质将发生碰撞电离，从而使气体电介质电撞电离，从而使气体电介质电撞电离，从而使气体电介质电撞电离，从而使气体电介质电导急剧增大导急剧增大导急剧增大导急剧增大气体电介质中的电流密度气体电介质中的电流密度气体电介质中的电流密度气体电介质中的电流密度场强特性场强特性场强特性场强特性一、气体电介质的电导：分成三个区域气体电介质中的电流密度13二、液体电介质二、液体电介质二、液体电介质二、液体电介质 电导电导电导电导一是由液体本身的分子和杂质的分子解一是由液体本身的分子和杂质的分子解一是由液体本身的分子和杂质的分子解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；离成离子，构成离子电导；离成离子，构成离子电导；离成离子，构成离子电导；二是由液体中的胶体质点二是由液体中的胶体质点二是由液体中的胶体质点二是由液体中的胶体质点(如变压器油中如变压器油中如变压器油中如变压器油中悬浮的小水滴悬浮的小水滴悬浮的小水滴悬浮的小水滴)吸附电荷后，变成带电质吸附电荷后，变成带电质吸附电荷后，变成带电质吸附电荷后，变成带电质点，构成电泳电导。点，构成电泳电导。点，构成电泳电导。点，构成电泳电导。特点：特点：特点：特点：1 1、与纯净度有关、与纯净度有关、与纯净度有关、与纯净度有关:杂质越多，电导越大杂质越多，电导越大杂质越多，电导越大杂质越多，电导越大2 2、与介质分子的离解度有关、与介质分子的离解度有关、与介质分子的离解度有关、与介质分子的离解度有关:介电常数越大，电导越大介电常数越大，电导越大介电常数越大，电导越大介电常数越大，电导越大3 3、与温度有关、与温度有关、与温度有关、与温度有关温度升高液体电介质粘度降低，离子迁移率温度升高液体电介质粘度降低，离子迁移率温度升高液体电介质粘度降低，离子迁移率温度升高液体电介质粘度降低，离子迁移率增加，电导增大增加，电导增大增加，电导增大增加，电导增大温度升高液体电介质或离子的热离解度增加，温度升高液体电介质或离子的热离解度增加，温度升高液体电介质或离子的热离解度增加，温度升高液体电介质或离子的热离解度增加，电导增大电导增大电导增大电导增大 A A、B B 常数；常数；常数；常数；T T 绝对温度绝对温度绝对温度绝对温度 电导率电导率电导率电导率4 4、与电场强度有关、与电场强度有关、与电场强度有关、与电场强度有关:当场强到达一定程度后，电导将迅速增大当场强到达一定程度后，电导将迅速增大当场强到达一定程度后，电导将迅速增大当场强到达一定程度后，电导将迅速增大见表见表见表见表见图见图见图见图见图见图见图见图二、液体电介质一是由液体本身的分子和杂质的分子解离成离子，构14用三电极法测量介质的用三电极法测量介质的用三电极法测量介质的用三电极法测量介质的体积电阻率体积电阻率体积电阻率体积电阻率V V V V为为为为 式式式式中中中中S S S S为为为为测测测测量量量量电电电电极极极极的的的的面面面面积积积积，d d d d为为为为介介介介质质质质厚厚厚厚度度度度，R R R RV V V V由由由由测测测测量量量量的的的的漏漏漏漏导导导导电电电电流流流流i i i ig g g g及及及及电电电电压压压压值值值值决决决决定定定定，R R R RV V V V=U/i=U/i=U/i=U/ig g g g。那那那那么么么么介介介介质质质质的的的的体体体体积积积积电导率电导率电导率电导率V V V V则为则为则为则为三、固体电介质的三、固体电介质的三、固体电介质的三、固体电介质的 体积电导体积电导体积电导体积电导离子电导：离子电导：离子电导：离子电导：带电粒子是离子，低电场电导区带电粒子是离子，低电场电导区带电粒子是离子，低电场电导区带电粒子是离子，低电场电导区 （介质的工作范围），以离子电导为主（介质的工作范围），以离子电导为主（介质的工作范围），以离子电导为主（介质的工作范围），以离子电导为主电子电导：电子电导：电子电导：电子电导：带电粒子是电子，高电场电导区，带电粒子是电子，高电场电导区，带电粒子是电子，高电场电导区，带电粒子是电子，高电场电导区，以电子电导为主以电子电导为主以电子电导为主以电子电导为主用三电极法测量介质的体积电阻率V为三、固体电介质的离子电15特点：特点：特点：特点：1 1、与温度有关，、与温度有关，、与温度有关，、与温度有关，与液体类似与液体类似与液体类似与液体类似2 2、与电场强度有关：当电场强度大于某一定值时、与电场强度有关：当电场强度大于某一定值时、与电场强度有关：当电场强度大于某一定值时、与电场强度有关：当电场强度大于某一定值时3 3、与杂质有关：、与杂质有关：、与杂质有关：、与杂质有关：合成高分子绝缘材料的催化剂、增塑剂、填料合成高分子绝缘材料的催化剂、增塑剂、填料合成高分子绝缘材料的催化剂、增塑剂、填料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（以增大机械强度，改善耐弧性、耐热性等）；多孔性纤维材料（以增大机械强度，改善耐弧性、耐热性等）；多孔性纤维材料（以增大机械强度，改善耐弧性、耐热性等）；多孔性纤维材料 易吸入水分等易吸入水分等易吸入水分等易吸入水分等 电导率与电场强度无关时的电导率电导率与电场强度无关时的电导率电导率与电场强度无关时的电导率电导率与电场强度无关时的电导率 电导率与电场强度无关时的最大电场强度电导率与电场强度无关时的最大电场强度电导率与电场强度无关时的最大电场强度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与材料性质有关的常数与材料性质有关的常数与材料性质有关的常数见图见图见图见图见表见表见表见表特点：3、与杂质有关：合成高分子绝缘材料的催化剂、增塑剂、填16 由体积电阻率划分各种介质的结果由体积电阻率划分各种介质的结果导电状态导电状态导电状态导电状态超导体超导体超导体超导体导体导体导体导体半导体半导体半导体半导体绝缘体绝缘体绝缘体绝缘体电阻率电阻率电阻率电阻率cmcmcmcm10101010-6-6-6-610101010-2-2-2-210101010-2-2-2-2101010109 9 9 9101010109 9 9 91010101022222222介质介质介质介质金属金属金属金属无机、有无机、有无机、有无机、有机物机物机物机物无机、油、无机、油、无机、油、无机、油、有机有机有机有机 由体积电阻率划分各种介质的结果导电状态超导体导体半导体17单位单位介质的表面电阻率和电导率：介质的表面电阻率和电导率：介质的表面电阻率和电导率：介质的表面电阻率和电导率：l l代表两电极间距，代表两电极间距，代表两电极间距，代表两电极间距，b b代表电代表电代表电代表电极长。实际测量时用平行电极存在极间场强不均匀的问题极长。实际测量时用平行电极存在极间场强不均匀的问题极长。实际测量时用平行电极存在极间场强不均匀的问题极长。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需加保护电极，或者用三电极法上的同心圆环测量需加保护电极，或者用三电极法上的同心圆环测量需加保护电极，或者用三电极法上的同心圆环测量四、固体电介质的表面电导四、固体电介质的表面电导四、固体电介质的表面电导四、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由附着于介质表面的水分和污秽引起由附着于介质表面的水分和污秽引起由附着于介质表面的水分和污秽引起单位介质的表面电阻率和电导率：l代表两电极间距，b代表电18 特点：特点：特点：特点：1 1、与环境因素有关、与环境因素有关、与环境因素有关、与环境因素有关 2 2、与绝缘材料的憎水性有关、与绝缘材料的憎水性有关、与绝缘材料的憎水性有关、与绝缘材料的憎水性有关 3 3、与绝缘材料的性质有关、与绝缘材料的性质有关、与绝缘材料的性质有关、与绝缘材料的性质有关 如：如：如：如：电瓷能被水湿润，但表面无脏物时，即使在潮湿环境仍能电瓷能被水湿润，但表面无脏物时，即使在潮湿环境仍能电瓷能被水湿润，但表面无脏物时，即使在潮湿环境仍能电瓷能被水湿润，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保持相当大的电阻率保持相当大的电阻率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，而且与温度关大部分玻璃部分溶于水，但表面电阻较小，而且与温度关大部分玻璃部分溶于水，但表面电阻较小，而且与温度关大部分玻璃部分溶于水，但表面电阻较小，而且与温度关 系较大系较大系较大系较大 多孔性纤维材料不仅表面电阻小，体积电阻也小多孔性纤维材料不仅表面电阻小，体积电阻也小多孔性纤维材料不仅表面电阻小，体积电阻也小多孔性纤维材料不仅表面电阻小，体积电阻也小见表见表见表见表 特点：见表19讨论介质电导的意义讨论介质电导的意义讨论介质电导的意义讨论介质电导的意义 1 1 1 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、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、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、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。开来。开来。开来。2 2 2 2、串联的多层介质在直流电压下的稳态电压分布与各层的电导成反比，、串联的多层介质在直流电压下的稳态电压分布与各层的电导成反比，、串联的多层介质在直流电压下的稳态电压分布与各层的电导成反比，、串联的多层介质在直流电压下的稳态电压分布与各层的电导成反比，要合理选材要合理选材要合理选材要合理选材 直流电缆在运行时，由于芯线附近的温度较铅层附近处高，所以芯直流电缆在运行时，由于芯线附近的温度较铅层附近处高，所以芯直流电缆在运行时，由于芯线附近的温度较铅层附近处高，所以芯直流电缆在运行时，由于芯线附近的温度较铅层附近处高，所以芯 线附近绝缘电阻下降会使该处场强下降，而其它部分的场强将相应线附近绝缘电阻下降会使该处场强下降，而其它部分的场强将相应线附近绝缘电阻下降会使该处场强下降，而其它部分的场强将相应线附近绝缘电阻下降会使该处场强下降，而其它部分的场强将相应 增加，这种情况在设计时要充分予以注意。增加，这种情况在设计时要充分予以注意。增加，这种情况在设计时要充分予以注意。增加，这种情况在设计时要充分予以注意。3 3 3 3、设计绝缘结构时要考虑到环境条件，特别是湿度的影响。、设计绝缘结构时要考虑到环境条件，特别是湿度的影响。、设计绝缘结构时要考虑到环境条件，特别是湿度的影响。、设计绝缘结构时要考虑到环境条件，特别是湿度的影响。注意环境湿注意环境湿注意环境湿注意环境湿 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。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。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。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。4 4 4 4、某些能量较小的高压电源，应注意减小绝缘材料的表面泄漏电流。、某些能量较小的高压电源，应注意减小绝缘材料的表面泄漏电流。、某些能量较小的高压电源，应注意减小绝缘材料的表面泄漏电流。、某些能量较小的高压电源，应注意减小绝缘材料的表面泄漏电流。5 5 5 5、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、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、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、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，都是为出稽口部分涂半导体漆等，都是为出稽口部分涂半导体漆等，都是为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。了改善电压分布，以消除电晕。了改善电压分布，以消除电晕。了改善电压分布，以消除电晕。见图见图见图见图讨论介质电导的意义 见图20电介质损耗电介质损耗电介质损耗21 真空和无损极化引起的电流密度真空和无损极化引起的电流密度真空和无损极化引起的电流密度真空和无损极化引起的电流密度 漏导引起的电流密度漏导引起的电流密度漏导引起的电流密度漏导引起的电流密度 有损极化引起的电流密度有损极化引起的电流密度有损极化引起的电流密度有损极化引起的电流密度损耗角正切：损耗角正切：损耗角正切：损耗角正切：单位体积介质中的损耗功率：单位体积介质中的损耗功率：单位体积介质中的损耗功率：单位体积介质中的损耗功率：含有均匀介质的平板电容器总损耗功率：含有均匀介质的平板电容器总损耗功率：含有均匀介质的平板电容器总损耗功率：含有均匀介质的平板电容器总损耗功率：因为：因为：因为：因为：所以：所以：所以：所以：真空和无损极化引起的电流密度 漏导引起的电流密度 有22电导损耗电导损耗电导损耗电导损耗极化损耗极化损耗极化损耗极化损耗包括包括包括包括均匀介质中总的有功损耗：均匀介质中总的有功损耗：均匀介质中总的有功损耗：均匀介质中总的有功损耗：电导损耗极化损耗包括均匀介质中总的有功损耗：231 1、气体电介质中的损耗、气体电介质中的损耗、气体电介质中的损耗、气体电介质中的损耗1 1 1 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，、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，、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，、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（损耗极小（损耗极小（损耗极小（1010-8-8）2 2 2 2、当外施电压、当外施电压、当外施电压、当外施电压U U U U超过局放起始电压超过局放起始电压超过局放起始电压超过局放起始电压U U U U0 0 0 0时，将发生局部放电，损耗急剧增加，时，将发生局部放电，损耗急剧增加，时，将发生局部放电，损耗急剧增加，时，将发生局部放电，损耗急剧增加，这在高压输这在高压输这在高压输这在高压输 电线上是常见的，称为电晕损耗。电线上是常见的，称为电晕损耗。电线上是常见的，称为电晕损耗。电线上是常见的，称为电晕损耗。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242 2、液体电介质中的损耗、液体电介质中的损耗、液体电介质中的损耗、液体电介质中的损耗t t t tt t t t1 1 1 1时：时：时：时：电导和极化损耗都很小，随着温度电导和极化损耗都很小，随着温度电导和极化损耗都很小，随着温度电导和极化损耗都很小，随着温度 的升高，极化损耗显著增加的升高，极化损耗显著增加的升高，极化损耗显著增加的升高，极化损耗显著增加t t t t1 1 1 1t t t tt t t t2 2 2 2:由于分子热运动加快，妨碍极性分由于分子热运动加快，妨碍极性分由于分子热运动加快，妨碍极性分由于分子热运动加快，妨碍极性分 子的转向极化，极化损耗的减小比子的转向极化，极化损耗的减小比子的转向极化，极化损耗的减小比子的转向极化，极化损耗的减小比 电导损耗的增加更快电导损耗的增加更快电导损耗的增加更快电导损耗的增加更快t t t tt t t t2 2 2 2时：时：时：时：电导损耗占主要部分电导损耗占主要部分电导损耗占主要部分电导损耗占主要部分非非非非极极极极性性性性或或或或弱弱弱弱极极极极性性性性电电电电介介介介质质质质损损损损耗耗耗耗很小，很小，很小，很小，损耗主要由电导决定损耗主要由电导决定损耗主要由电导决定损耗主要由电导决定2、液体电介质中的损耗tt1时：电导和极化损耗都很小，25损耗主要由电导决定损耗主要由电导决定损耗主要由电导决定损耗主要由电导决定损耗主要由电导决定261 1 1 1、损耗功率、损耗功率、损耗功率、损耗功率P P P P：当频率升高到一定值时，转向极化跟不上频率的：当频率升高到一定值时，转向极化跟不上频率的：当频率升高到一定值时，转向极化跟不上频率的：当频率升高到一定值时，转向极化跟不上频率的 变化，损耗功率趋于恒定变化，损耗功率趋于恒定变化，损耗功率趋于恒定变化，损耗功率趋于恒定2 2 2 2、介电常数、介电常数、介电常数、介电常数 ：当频率升高到一定值时，转向极化跟不上频率：当频率升高到一定值时，转向极化跟不上频率：当频率升高到一定值时，转向极化跟不上频率：当频率升高到一定值时，转向极化跟不上频率 的变化，介电常数也达到较低的稳定值的变化，介电常数也达到较低的稳定值的变化，介电常数也达到较低的稳定值的变化，介电常数也达到较低的稳定值3 3 3 3、损耗、损耗、损耗、损耗 ：当频率升高到一定值时，转向极化跟不上频率的：当频率升高到一定值时，转向极化跟不上频率的：当频率升高到一定值时，转向极化跟不上频率的：当频率升高到一定值时，转向极化跟不上频率的 变化，变化，变化，变化，与频率成反比地减小与频率成反比地减小与频率成反比地减小与频率成反比地减小tg p/f r1、损耗功率P：当频率升高到一定值时，转向极化跟不上频率的t273 3、固体电介质中的损耗、固体电介质中的损耗、固体电介质中的损耗、固体电介质中的损耗1 1 1 1、极性固体电介质包括：、极性固体电介质包括：、极性固体电介质包括：、极性固体电介质包括：纤维材料纤维材料纤维材料纤维材料纸、纤维板等结构不紧的材料纸、纤维板等结构不紧的材料纸、纤维板等结构不紧的材料纸、纤维板等结构不紧的材料 含有极性基的有机材料含有极性基的有机材料含有极性基的有机材料含有极性基的有机材料聚氯乙烯、有机玻璃、酚醛树脂、硬橡胶等聚氯乙烯、有机玻璃、酚醛树脂、硬橡胶等聚氯乙烯、有机玻璃、酚醛树脂、硬橡胶等聚氯乙烯、有机玻璃、酚醛树脂、硬橡胶等2 2 2 2、极性固体电介质的、极性固体电介质的、极性固体电介质的、极性固体电介质的 与温度、频率的关系和极性液体相似，其与温度、频率的关系和极性液体相似，其与温度、频率的关系和极性液体相似，其与温度、频率的关系和极性液体相似，其 值较值较值较值较 大，高频下更为严重，大，高频下更为严重，大，高频下更为严重，大，高频下更为严重，3、固体电介质中的损耗1、极性固体电介质包括：281 1 1 1、不均匀结构的电介质包括：、不均匀结构的电介质包括：、不均匀结构的电介质包括：、不均匀结构的电介质包括：电电电电机机机机绝绝绝绝缘缘缘缘中中中中用用用用的的的的云云云云母母母母制制制制品品品品(是是是是云云云云母母母母和和和和纸纸纸纸或或或或布布布布以以以以及及及及环环环环氧氧氧氧树树树树酯酯酯酯所所所所组组组组合合合合的的的的复合介质复合介质复合介质复合介质)被广泛使用的油浸纸、胶纸绝缘等。被广泛使用的油浸纸、胶纸绝缘等。被广泛使用的油浸纸、胶纸绝缘等。被广泛使用的油浸纸、胶纸绝缘等。2 2 2 2、不不不不均均均均匀匀匀匀结结结结构构构构的的的的电电电电介介介介质质质质的的的的 ：取取取取决决决决于于于于其其其其中中中中各各各各成成成成分分分分的的的的性性性性能能能能和和和和数数数数量量量量间间间间的的的的比例比例比例比例峰值可能由纸极化损耗引起峰值可能由纸极化损耗引起峰值可能由复合胶峰值可能由复合胶极化损耗引起极化损耗引起1、不均匀结构的电介质包括：峰值可能由纸极化损耗引起峰值可能291 1、反映单位体积中的损耗，与绝缘体的体积大小无关、反映单位体积中的损耗，与绝缘体的体积大小无关、反映单位体积中的损耗，与绝缘体的体积大小无关、反映单位体积中的损耗，与绝缘体的体积大小无关 例例例例1 1：当试品绝缘有两种不同绝缘并联组成：当试品绝缘有两种不同绝缘并联组成：当试品绝缘有两种不同绝缘并联组成：当试品绝缘有两种不同绝缘并联组成 则：则：则：则：当当当当C C2 2/C/Cx x越小，越小，越小，越小，C C2 2中缺陷（中缺陷（中缺陷（中缺陷（增大）在测整体的增大）在测整体的增大）在测整体的增大）在测整体的 时越难发现时越难发现时越难发现时越难发现 解决办法是分解测量解决办法是分解测量解决办法是分解测量解决办法是分解测量 （如分别对变压器线圈和套管的（如分别对变压器线圈和套管的（如分别对变压器线圈和套管的（如分别对变压器线圈和套管的 进行测量）进行测量）进行测量）进行测量）例例例例2 2：当集中性缺陷所占的体积相对于被试绝缘的体积越小，则集中：当集中性缺陷所占的体积相对于被试绝缘的体积越小，则集中：当集中性缺陷所占的体积相对于被试绝缘的体积越小，则集中：当集中性缺陷所占的体积相对于被试绝缘的体积越小，则集中 性缺陷处的介质损耗占被试绝缘全部介质损耗中的比重越小性缺陷处的介质损耗占被试绝缘全部介质损耗中的比重越小性缺陷处的介质损耗占被试绝缘全部介质损耗中的比重越小性缺陷处的介质损耗占被试绝缘全部介质损耗中的比重越小 如：如：如：如：电机、电缆设备，被试绝缘体积较大，虽然集中性缺陷的发展电机、电缆设备，被试绝缘体积较大，虽然集中性缺陷的发展电机、电缆设备，被试绝缘体积较大，虽然集中性缺陷的发展电机、电缆设备，被试绝缘体积较大，虽然集中性缺陷的发展 是运行中故障的主要原因，但测是运行中故障的主要原因，但测是运行中故障的主要原因，但测是运行中故障的主要原因，但测 很难发现，一般不测很难发现，一般不测很难发现，一般不测很难发现，一般不测电介质损耗的特点及影响因素电介质损耗的特点及影响因素电介质损耗的特点及影响因素电介质损耗的特点及影响因素1、反映单位体积中的损耗，与绝缘体的体积大小无关电介质损耗的302 2、与温度和频率有复杂的关系、与温度和频率有复杂的关系、与温度和频率有复杂的关系、与温度和频率有复杂的关系3 3、与试验电压的关系、与试验电压的关系、与试验电压的关系、与试验电压的关系 当所加试验电压足以使绝缘中的气泡游离或足以当所加试验电压足以使绝缘中的气泡游离或足以当所加试验电压足以使绝缘中的气泡游离或足以当所加试验电压足以使绝缘中的气泡游离或足以使绝缘产生电晕或局部放电等情况时，使绝缘产生电晕或局部放电等情况时，使绝缘产生电晕或局部放电等情况时，使绝缘产生电晕或局部放电等情况时，的值将随试的值将随试的值将随试的值将随试验电压的升高而迅速增大。验电压的升高而迅速增大。验电压的升高而迅速增大。验电压的升高而迅速增大。因此，测定因此，测定因此，测定因此，测定 所用的电压，最好接近于被试品所用的电压，最好接近于被试品所用的电压，最好接近于被试品所用的电压，最好接近于被试品的正常工电压，所加电压过低不易发现绝缘中的缺陷；的正常工电压，所加电压过低不易发现绝缘中的缺陷；的正常工电压，所加电压过低不易发现绝缘中的缺陷；的正常工电压，所加电压过低不易发现绝缘中的缺陷；而过高则容易对绝缘造成不必要的损伤而过高则容易对绝缘造成不必要的损伤而过高则容易对绝缘造成不必要的损伤而过高则容易对绝缘造成不必要的损伤2、与温度和频率有复杂的关系311 1、在绝缘预防性试验中，、在绝缘预防性试验中，、在绝缘预防性试验中，、在绝缘预防性试验中，是一基本测试项目，当绝缘受潮是一基本测试项目，当绝缘受潮是一基本测试项目，当绝缘受潮是一基本测试项目，当绝缘受潮 或劣化时或劣化时或劣化时或劣化时 急创上升。绝缘内部是否普遍发生局部放电，也急创上升。绝缘内部是否普遍发生局部放电，也急创上升。绝缘内部是否普遍发生局部放电，也急创上升。绝缘内部是否普遍发生局部放电，也 可以通过测可以通过测可以通过测可以通过测 U U的关系曲线加以判断的关系曲线加以判断的关系曲线加以判断的关系曲线加以判断2 2、绝缘结构设计时，必须注意到绝缘材料的、绝缘结构设计时，必须注意到绝缘材料的、绝缘结构设计时，必须注意到绝缘材料的、绝缘结构设计时，必须注意到绝缘材料的 ，如，如，如，如 过大而过大而过大而过大而 引起严重发热，将使材料容易劣化，甚至可能导致热不稳定引起严重发热，将使材料容易劣化，甚至可能导致热不稳定引起严重发热，将使材料容易劣化，甚至可能导致热不稳定引起严重发热，将使材料容易劣化，甚至可能导致热不稳定 热击穿热击穿热击穿热击穿3 3、用于冲击测量的连接电缆，其绝缘的、用于冲击测量的连接电缆，其绝缘的、用于冲击测量的连接电缆，其绝缘的、用于冲击测量的连接电缆，其绝缘的 必须很小，否则冲击必须很小，否则冲击必须很小，否则冲击必须很小，否则冲击 波在电缆中传播时波形将发生严重畸变，影响测量精确度波在电缆中传播时波形将发生严重畸变，影响测量精确度波在电缆中传播时波形将发生严重畸变，影响测量精确度波在电缆中传播时波形将发生严重畸变，影响测量精确度4 4、但介质损耗引起的介质发热有时也可以利用、但介质损耗引起的介质发热有时也可以利用、但介质损耗引起的介质发热有时也可以利用、但介质损耗引起的介质发热有时也可以利用讨论电介质损耗的意义讨论电介质损耗的意义讨论电介质损耗的意义讨论电介质损耗的意义1、在绝缘预防性试验中，是一基本测试项目，32The EndThank YouThe End33非极性液体电介质的电阻率非极性液体电介质的电阻率非极性液体电介质的电阻率非极性液体电介质的电阻率1010101018181818 cmcmcmcm弱极性弱极性弱极性弱极性1010101015151515 cmcmcmcm偶极性偶极性偶极性偶极性1010101010101010 cm10cm10cm10cm1012121212 cmcmcmcm，由于损耗太大，实际上不使用。，由于损耗太大，实际上不使用。，由于损耗太大，实际上不使用。，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，不能用作绝缘材料非极性液体电介质的电阻率1018cm34电介质电导和损耗课件35分成三个区域分成三个区域分成三个区域分成三个区域区域区域区域区域a a a a：液体电介质的电导液体电介质的电导液体电介质的电导液体电介质的电导在电场比较小的情况下，遵在电场比较小的情况下，遵在电场比较小的情况下，遵在电场比较小的情况下，遵循欧姆定律循欧姆定律循欧姆定律循欧姆定律区域区域区域区域b b b b：随着场强的增大，随着场强的增大，随着场强的增大，随着场强的增大，与气体相似，有一平坦区域与气体相似，有一平坦区域与气体相似，有一平坦区域与气体相似，有一平坦区域区域区域区域区域c c c c：场强继续增大超过场强继续增大超过场强继续增大超过场强继续增大超过某一极限，因某一极限，因某一极限，因某一极限，因ShottkyShottkyShottkyShottky效应效应效应效应电极发射电子引起电流激增，电极发射电子引起电流激增，电极发射电子引起电流激增，电极发射电子引起电流激增，最终击穿最终击穿最终击穿最终击穿分成三个区域36分三个区域分三个区域分三个区域分三个区域区域区域区域区域a a a a：符合欧姆定律，也称低符合欧姆定律，也称低符合欧姆定律，也称低符合欧姆定律，也称低场强领域场强领域场强领域场强领域区域区域区域区域b b b b：电流随场强非线性增加电流随场强非线性增加电流随场强非线性增加电流随场强非线性增加区域区域区域区域c c c c：出现破坏先导电流出现破坏先导电流出现破坏先导电流出现破坏先导电流区域区域区域区域b b b b、c c c c也称高场强领域也称高场强领域也称高场强领域也称高场强领域 和液体、气体不同，固体中和液体、气体不同，固体中和液体、气体不同，固体中和液体、气体不同，固体中的电压电流特性没有饱和状态的电压电流特性没有饱和状态的电压电流特性没有饱和状态的电压电流特性没有饱和状态分三个区域37结构紧密，洁净的离子性电介质，电阻率为结构紧密，洁净的离子性电介质，电阻率为结构紧密，洁净的离子性电介质，电阻率为结构紧密，洁净的离子性电介质，电阻率为1010101017171717 cm10cm10cm10cm1019191919 cmcmcmcm结构不紧密且含单价小离子的离子性电介质的电阻率仅达结构不紧密且含单价小离子的离子性电介质的电阻率仅达结构不紧密且含单价小离子的离子性电介质的电阻率仅达结构不紧密且含单价小离子的离子性电介质的电阻率仅达1010101013131313 cm10cm10cm10cm1014141414 cmcmcmcm非极性或弱极性介质主要由杂质离子造成电导。纯净介质的电阻率可达非极性或弱极性介质主要由杂质离子造成电导。纯净介质的电阻率可达非极性或弱极性介质主要由杂质离子造成电导。纯净介质的电阻率可达非极性或弱极性介质主要由杂质离子造成电导。纯净介质的电阻率可达1010101017171717 cm10cm10cm10cm1019191919 cmcmcmcm偶极性电介质，因本身能解离，此外还有杂质离子共同决定电导，故电阻率较小，较佳者可达偶极性电介质，因本身能解离，此外还有杂质离子共同决定电导，故电阻率较小，较佳者可达偶极性电介质，因本身能解离，此外还有杂质离子共同决定电导，故电阻率较小，较佳者可达偶极性电介质，因本身能解离，此外还有杂质离子共同决定电导，故电阻率较小，较佳者可达1010101015151515 cm10cm10cm10cm1016161616 cmcmcmcm结构紧密，洁净的离子性电介质，电阻率为1017cm1038电介质电导和损耗课件39电介质电导和损耗课件40电介质电导和损耗课件41