高电压绝缘概述课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Company Logo,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,高 电 压 技 术,高 电 压 技 术,Company Logo,随着电力工业的发展，输电线路的电压不断提高，我国规定：,1-220kV,为高电压，,330-765kV,为超高压。,1000kV,及以上为特高压。,自,2006,年,8,月开工建设的晋东南,-,南阳,-,荆门的首条,1000kV,特高压输电线路,以来，我国已建成多条特高压输电线路，直流输电电压也已达到,800kV,。,绪 论,一、课程导入,Company L随着电力工业,Company Logo,一、课程导入,绪 论,Company L一、课程导入,Company Logo,高电压技术,是以,绝缘,和,过电压,为研究对象的一门学科，,以试验研究为基础,的应用技术，主要研究：,在高电压作用下各种绝缘介质的性能和不同类型的放电现象。,高电压设备的绝缘结构设计。,高电压试验和测量的设备及方法。,电力系统的过电压、高电压或大电流产生的强电场、强磁场或电磁波对环境的影响和防护措施，以及高电压、大电流的应用等。,二、研究内容,绪 论,Company L 高电压技,第,1,章 高电压绝缘,第1章 高电压绝缘,Company Logo,1.1,概述,电介质的,定义及作用,：,电介质通常称为绝缘介质或绝缘材料，在高电压工程中,被广泛地用来将不同电位的导体以及导体与地之间隔离开来，,使其保持各自的电位。,电介质的电气特性：,极化特性：相对介电常数,r,电导特性：电导率,损耗特性：介质损耗因数,tg,击穿特性：击穿电场强度,E,b,Company L1.1 概述,1,、电介质的极化和相对介电常数,极化：在外加电场的作用下，电介质中的正、负电荷将沿着电场方向作有限的位移或者转向的现象,1.1,电介质的极化,图,1-1,电介质的极化,(a),极间为真空,(b),极间放入介质,1.1,概述,1、电介质的极化和相对介电常数 极化：在外加电场的作用下，,介电常数、相对介电常数：,平行平板电容器在真空中的电容量为,当极板间插入固体介质后，电容量为,式中：,A,极板面积，,cm,2,；,d,极间距离，,cm,；,介质的介电常数；,0,真空的介电常数，,0,=8.8610,-14,F/cm,。,定义 为介质的相对介电常数。,1.1,概述,介电常数、相对介电常数：1.1 概述,材料类别,名称,r,（工频，,20,）,气体介质,空气（大气压）,1.00059,液体介质,弱极性,变压器油,硅有机液体,2.22.5,2.22.8,极性,蓖麻油,4.5,强极性,丙酮,酒精,水,22,33,81,固体介质,中性或,弱极性,石蜡,聚乙烯,2.0,2.5,2.25,2.35,极性,聚氯乙烯,3.2,4,离子性,云母,电瓷,5,7,5.5,6.5,1.1,概述,材料类别名称r（工频，20）气体介质 空气（大气压）1.,（,1,）在制造电容器时，选择适当的电介质。为了追求一定的电容器具有较大的电容量，应选择,r,较大的电介质。,（,2,）设计某些绝缘结构时，为了减小通过绝缘的电容电流及由极化引起的发热损耗，这时就不宜选择,r,太大的电介质。,（,3,）交流及冲击电源作用下，由于多层串联电介质中的电场强度分布与,r,成反比，因此可利用不同,r,的电介质适当组合来改善绝缘中的电场分布，使之尽可能趋于均匀，以充分利用电介质的绝缘强度，优化绝缘结构。,电介质的相对介电常数在工程上的实用意义：,1.1,概述,（1）在制造电容器时，选择适当的电介质。为了追求一定的电容器,2,极化的基本形式,电子式极化,离子式极化,偶极子极化,空间电荷极化,无损极化,有损极化,极化的基本形式,1.1,概述,2 极化的基本形式电子式极化离子式极化偶极子极化空间电荷极化,（,1,）电子式极化,在外加电场,E,的作用下，介质原子中的电子运动轨道将相对,于原子核发生弹性位移，原子的正、负电荷作用中心不再重合，,形成电矩。,图,1-2,电子式极化,（,a,）无外加电场；（,b,）有外加电场,1.1,概述,（1）电子式极化 在外加电场E的作用下，介质原子中的电,电子式极化存在于一切物质中；极化所需的,时间极短，约,10,-15,s,；具有弹性，没有损耗；温,度对电子式极化影响不大。,1.1,概述,电子式极化存在于一切物质中；极化所需的1.1 概述,（,2,）离子式极化,在离子式结构的电介质中，如云母、陶瓷,等，当有外电场作用时，正、负离子沿电场方式,产生相对位移，使平均偶极矩不再为零，电介质,呈现极化。,1.1,概述,（2）离子式极化 在离子式结构的电介质中，如云母,高电压绝缘概述课件,高电压绝缘概述课件,高电压绝缘概述课件,离子式极化是弹性极化；极化过程所需的时,间很短，约,10,-13,s,；温度对此极化存在一定影响，,r,一般具有正的温度系数。,1.1,概述,离子式极化是弹性极化；极化过程所需的时1.1,（,3,）偶极子极化,在极性分子结构的电介质中，其分子中的正、,负电荷中心永不重合，每个极性分子都是偶极子，,具有一定的电矩。当有外加电场作用时，原先排列,杂乱的偶极子将沿电场方向转动，作较有规则的排,列，从而对外显示出电极性,。,1.1,概述,（3）偶极子极化 在极性分子结构的电介质中，其,高电压绝缘概述课件,高电压绝缘概述课件,高电压绝缘概述课件,转向极化，非弹性；极化所需的时间较长，约,10,-10,s,10,-2,s,；,r,在低温下先随温度的升高而增加，以后当热,运动变得强烈时，,r,又随温度上升而减小，电源频率增,加，,r,减小，,极性介质,r,与频率的关系,极性介质,r,与温度的关系,1.1,概述,转向极化，非弹性；极化所需的时间较长，约10,（,4,）空间电荷极化,电介质中存在一些可以迁徙的电子或离子，因而在电场作用,下这些带电质点将会发生移动，并聚积在电极附近的介质界面上,，形成客观的空间电荷积累，这种极化称为空间电荷极化。,空间电荷极化进行比较缓慢，而且需要消耗能量，属于有损,极化。,在电场距离较低的交变电场中容易发生这种极化，而在,高频电场中，由于带电质点来不及移动，使这种极化难以发生。,1.1,概述,（4）空间电荷极化 电介质中存在一些可以迁徙的电子,（,5,）夹层极化,夹层极化是多层电介质组成的复合绝缘中产生的一种特,殊的空间电荷极化。,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,1.1,概述,（5）夹层极化 夹层极化是多层电介质组成的复合绝,则双层介质的表面电荷不重新分配。但实际,上很难满足上述条件，电荷要重新分配，这样在,两层介质的交界面处会积累电荷，这种极化形式,称夹层极化。,如果,1.1,概述,如果1.1 概述,1.2,电介质的电导,1,、吸收现象,直流电压,加到固体电介质上时，通过介质的电流将随,时间而衰减，最终达到某一稳定值，流过电介质电流随,时间的变化的现象,直流电压下流过电介质的电流,（,a,）实验电路；（,b,）电流随时间的变化曲线,1.1,概述,1.2 电介质的电导1、吸收现象 1.1 概述,无损极化产生电流,有损极化产生电流,电介质的电导电流或泄漏电流,图,1-8,电介质的等值电路,1.1,概述,无损极化产生电流有损极化产生电流电介质的电导电流或泄漏电流,吸收比,良好的绝缘一般,K1.3,，当绝缘受潮或劣化时,K,值减小。,对吸收现象较显著的绝缘试验中，如电缆、电容器等设备，要特别注意由吸收电流聚积起来的所谓,“,吸收电荷,”,对人身和设备安全的威胁。,1.1,概述,吸收比 良好的绝缘一般K1.3，当绝缘受潮或劣化时K值,电介质电导主要是离子电导，表征电导的参数是,电导率,，在高电压工程中一般常用,电阻率,来表征介质的绝缘电,阻。液体与固体电介质的电导率,与温度有下述关系：,式中,A,常数，与介质性质有关；,T,热力学温度，单位为,K,；,电导活化能；,k,波尔兹曼常数。,2,、电介质的电导,1.1,概述,电介质电导主要是离子电导，表征电导的参数是电导率2、,电介质的电导与金属导体的电导的区别：,金属的电导是金属导体中的自由电子在电场作用下的定向流动所造成的，是电子式电导，电介质的电导主要是离子式电导；,电介质的电导随温度的升高近似于指数规律增加，即其电阻率随温度的升高而下降，金属电阻率随温度的升高而升高。,1.1,概述,电介质的电导与金属导体的电导的区别：1.1 概述,在高电压工程中，测试绝缘的电导特性时常常用电阻率,来表示，称为,绝缘电阻,。,外加,直流电压作用下,，介质中流过的电流是随时间而衰,减，因此介质的电阻则随时间而增加，最后达到某一稳定值,，称为介质的,泄漏电流,。,一般情况下，加在绝缘上的直流电压大约经过,60s,，泄,漏电流即可达到稳定值，因此常用,R,60s,的值作为电介质的绝,缘电阻值。,1.1,概述,在高电压工程中，测试绝缘的电导特性时常常用电阻率1.1,绝缘电阻,R,测量,:,体积电阻,R,V,表面电阻,R,S,（消除或减小介质表面状况对所测绝缘电阻的影响）,体积电阻的测量电路,1.1,概述,绝缘电阻R测量:（消除或减小介质表面状况对所测绝缘电阻的影响,电介质的电导特性在工程实际中的意义：,绝缘预防性试验。,通过测量绝缘电阻和泄漏电流来反映绝缘的电导特性，判断绝缘是否受潮或存在其他劣化现象。,串联多层电介质的绝缘结构设计。,设计用于直流电压下的设备绝缘时对不同电导率的电介质进行适当搭配，使电场分布合理，绝缘材料得到充分利用。,合理地利用表面电阻。,提高表面电阻，减小表面泄漏电流；减小该处的表面电阻，以减小表面的电场强度。,1.1,概述,电介质的电导特性在工程实际中的意义：1.1 概述,1.3,电介质的损耗,1,、电介质损耗的基本概念,电介质的能量损耗简称,介质损耗,，包括由电导引起的损耗和由极化引起的损耗。,在直流电压下，电介质的损耗就只有电导引起的损耗，电介质的电导率或泄漏电流即可表达其损耗特性。,在交流电压下，除电导损耗之外，还存在由于周期性反复进行的极化而引起的不可忽略的极化损耗，所以需要引入一个新的物理量，,即介质损耗因数（,tg,）,来反映电介质的能量损耗特性。,1.1,概述,1.3 电介质的损耗1、电介质损耗的基本概念1.1 概述,2,、介质损耗因数（,tg,）,图,1-9,电介质的并联等值电路及相量图,图中，为通过介质的电流与所加电压间的相位角，,即功率