固体介质的绝缘特性四、组合绝缘的耐电特性

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一、气体介质的绝缘特性
二、液体介质的绝缘特性
三、固体介质的绝缘特性
四、组合绝缘的耐电特性
第
二
章
电
气
绝
缘
基
础
知
识
一、空气间隙的击穿机理
1、电离
电离形式: a.碰撞电离b.光电离c.热电离
d.表面电离
2、空气间隙的击穿过程
少量带电粒子的碰撞游离—>电子崩—>流
注—>流注接通两极形成击穿
输电线路以气体作为绝缘材料
变压器相间绝缘以气体作
为绝缘材料
3、非自持放电和自持放电
(1)依靠外界电离因素维持的是非自持放电
(2)仅靠电场本身作用的是自持放电
4、空气间隙在电场作用下出现自持放电是否
一定会发生击穿?
答:在均匀电场中,气体间隙一旦出现自持
放电,同时即被击穿。在极不均匀电场中,
气体局部达到自持放电时,会出现电晕放
电,间隙并不击穿。
5、流注:空气间隙中往两极发展的充满正负
带点质点的混合等离子通道。
流注分类
(1)阳极(正)流注:从阳极向阴极发展
(2)阴极(负)流注:从阴极向阳极发展
二、均匀电场中气体间隙击穿电压与气体密度的关系
1、除去气体过于稀薄外,气体密度越大,击穿电压
越高。
2、巴申定律:
当气体种类和电极材料一定时,均匀电场中气隙的
放电电压UF是气体压力P和间隙极间距离S乘积的
函数。
UF=f(PS)
三、电场是否均匀对空气间隙击穿电压影响
在标准大气压下,温度为20℃时,均匀电场中空气间隙的
击穿场强大约是30kv/cm。
极不均匀电场间隙大于50cm时,负极性的直流击穿电压
平均击穿场强约为10kv/cm,而正极性的直流击穿场强约
为4.5kv/cm,与均匀电场的击穿场强相比下降很多。
1、均匀电场气隙在稳态电压下的击穿特性
均匀电场中一旦出现自持放电,间隙即被击穿,形成电弧放
电或火花放电,无电晕放电。
2、稍不均匀电场气隙在稳态电压下的击穿特性
不均匀电场分类依据:能否维持稳定的电晕放电
极不均匀电场
稍不均匀电场
能
不
能
稍不均匀电场举例:
球
隙
测
量
器
3、极不均匀电场气隙在稳态电压下的击穿特性
一定电压作用下,在曲率半径小的电极附近发生
局部游离,并发出大量光辐射,有些像日月的晕光,
称为电晕放电.
间隙击穿电压远高于电晕起始电压
4、均匀电场和不均匀电场工频击穿电压的比较
均匀电场:30kv/cm
稍不均匀电场:S一定D越小,UF 越低
极不均匀电场: UF(棒—板) 低于UF(棒—棒
四、气体间隙的直流击穿电压和极性效应
极性效应:当棒为正极时,间隙的直流击穿电
压要远低于棒为负极时的直流击穿电压。
UF(负棒—正板)> UF(棒—棒) > UF(正棒—负板)
五、冲击电压作用下空气间隙的击穿电压
1、雷电冲击电压和操作冲击电压
(1) 雷电冲击电压:几微秒到几十微秒
持续时间 操作冲击电压:几百微秒或几千微秒
2、冲击电压的标准波形
冲击波波形可由波头长度T1及波长T2加以确定,
现用的雷电冲击电压的波形参数为±1.2/50μS,
操作冲击电压的波形参数为± 250/2500μS。
3、冲击电压作用下空气间隙的击穿电压
雷电冲击击穿电压与极间距离近似正比关系,操
作冲击击穿电压随波前时间T1的变化成U型曲线
4、50%冲击击穿电压
概念:是指在该冲击电压作用下,放电的概率为
50%。
工程上采用该值作为间隙的冲击电压击穿值用符号
U50%表示。
六、影响气体击穿电压的各种因素
1、气体状态:
气体密度(气压、温度)、湿度
★ 湿度增大,气体的间隙击穿电压增高。
原因:空气中的水分子捕获自由电子形成负
离子,负离子不易电离,导致气体UF增高。
2、电压作用时间(电压波形)对击穿电压的影响
均匀电场中,击穿电压与电压波形、电压作用时间无关 。
极不均匀电场中,雷电冲击电压远高于工频击穿电压。
操作过电压可能低于工频击穿电压幅值。
3、电压的极性对击穿电压的影响
对于极不均匀电场中的棒—板间隙,空气间隙的直流或冲击
击穿电压与棒极的极性有关,一般是负极性放电电压高。
4、电场的均匀程度对击穿电压的影响
电场越均匀,击穿电压越高
5、电极材料和光洁度对击穿电压的影响
例:铝极表面易发射电子,UF低;不锈钢电极的UF略高。
讨论:
断路器新电极为什么要进行老炼处理?
答:新电极表面会存在小毛刺,因此常需进行老炼处理。通
过对电极加压进行老炼处理,除去电极表面的小毛刺后,不
仅提高间隙的击穿电压,而且击穿电压的分散性减小。
6、不同气体种类对击穿电压的影响
含卤族元素的气体,例如六氟化硫、二氯二氟二碳
和四氯化碳等,在一切条件都相同的情况下,其击
穿电压比空气高几倍,称为高强度气体。
此类气体具有高电气强度原因:
(1)分子尺寸大;(2)具有很强的负电性
尺寸大运动中易碰撞,自由行程短,运动电子无足够动能进行碰撞游离,不易击穿放电。
具有很强的负电性,中性分子易吸附电子成为负离子,使电子减少以提高击穿电压。
七、SF6气体绝缘特性
1、 SF6气体的电气绝缘强度与气体压力和棒极极性的关系
SF6气体在普通状态下是不燃、无嗅、无毒、无色的惰性气
体。正常情况下相对密度是空气的5倍。在均匀电场中,同
一个大气压力时,电气绝缘强度约为空气的2.3—3倍。
注:
(1)只有在均匀电场中提高气压才能提高气隙的击穿电压
(2)Sf6的极性效应与空气间隙不同,击穿电压负极低于
正极,其绝缘水平由负极性电压决定。
2、 Sf6气体的液化特性
压力越高,液化温度越高。
电气设备使用SF6要注意防止出现液化,根据当地气象条
件可能出现的最低温度选择合适的充气压力。
3、 Sf6气体的灭弧性能
该气体具有良好的灭弧性能,故适用于高压断路器中。
4、 Sf6气体分解物的毒性
纯净的SF6气体是无毒的,但在水分和电弧的作用下,会
产生水解,形成有毒或有腐蚀性的物质。
八、气体放电的不同形式
1、辉光放电
特点:放电电流密度小,放电区域通常占据放电管电极整个空
间。
2、电弧放电
特点:电流密度极大,温度极高,具有耀眼而细长的放电弧道,
弧道电阻很小,具有短路的性质。
3、火花放电
特点:放电回路的阻抗很大,限制放电电流,电极间空气间隙
的放电时断时续,出现断续的明亮火花。
4、电晕放电
特点:空气间隙电场极不均匀,在电极附近强电场处出现局部
空气游离发光现象,电流很小,整个空气间隙并未击穿,仍
能耐受住电压作用。
5、刷状放电(电压升高到一定程度电晕放电发展而成)
九、气体中固体介质的沿面放电
沿固体介质表面发生的气体放电现象称为沿面放电。
沿面放电发展成贯穿性短路时称为沿面闪络。
沿面放电电压通常比纯空气间隙的击穿电压要低。
1、影响空气中固体介质沿面放电电压的各种因素
(1)固体绝缘表面光洁度的影响。
(2)大气湿度和固体绝缘表面吸潮的影响。
(3)导体与固体绝缘结合状况的影响。
(4)电场分布的影响。
固体介质与气体介质交界面的电场分布一般有三
种情况:
(1). 固体介质处于均
匀电场中,且界面与电
力线平行;
(2). 固体介质处于极不均匀电场 (3). 固体介质处于极不均匀电
中,且电力线垂直于界面的分量比 场中,且电力线平行于界面的
平行于界面的分量大得多;
分量以垂直于界面的分量大得
多.
类似套管
类似支持绝缘子
举例:高压套管强垂直分量不均匀电场引起的沿面
放电。
a. 电晕放电
(1) 放电发展特点:
b. 线状火花放电
(刷状放电)
c. 滑闪放电
2、提高空气中固体绝缘沿面放电电压的措施
(1)户外安装的电气设备绝缘子设置裙边。
(2)在容易出现潮湿污秽的地区绝缘子表面涂憎水性涂料。
(3)配电装置各导电部位应力求做到电场均匀,以增强其耐
电强度。
一、液体绝缘介质的种类
矿物油
1、按其来源分
植物油
人工合成油
2、变压器油的牌号
10、25和45
DB—10号变压器油适用于气温不低于—10℃的地区作为变
压器用油,或气温不低于—5℃的地区作为户外断路器、油
浸电容式套管和互感器用油。
DB—25号变压器油适用于气温低于—10℃的地区作为电力
变压器用油,或者气温不低于—20℃的地区作为户外断路器、
油浸电容式套管和互感器用油。
DB—45号油适用于气温低于—10℃的地区作为电力变压器
用油,或者气温低于—20℃的地区作为户外断路器、油浸电
容式套管和互感器用油。
二、变压器油的击穿过程
1、由油中气泡、水滴或纤维引起油间隙击穿过程
“小桥”理论(即 :“气泡”击穿理论)
气体的耐电强度远比油低,因此气泡先游离
变压器油的击穿主要原因,在于杂质的影响,而杂质是水分、潮湿的纤维
和被游离了的气泡等构成,它们在电场的作用下,在电极间逐渐排列成
为小桥,从而导致击穿。
三、影响变压器油击穿电压的各种因素
注:只要油中含水,就会使耐压值显著下降
1、压力的影响:压力上升,工频击穿电压提高
2、温度的影响
受潮的变压器油其击穿电压随温度的升高而上升,原因:
油中水分溶解
温度升到80℃击穿电压下降,原因:水蒸发在油中产生大量
气泡
在零下几十度到零度范围内击穿电压较高,原因:水结冰
3、电场的均匀程度:
改善电场均匀度可提高击穿电压。
4、电压作用时间的影响:
短时间内随加压时间的延长击穿电压下降,达到一
定时间不再明显下降。工频耐压时间为1min.
5、冲击电压作用下变压器油间隙的击穿场强
6、油间隙宽度对击穿场强的影响
一、固体电介质的种类及其特性
1、固体电介质的种类
2、电介质的极化和相对介电常数
电介质的极化:
在外加电场的作用下,电介质中的正负电荷沿电场
的方向作有限的位移或转向,形成偶极矩。
3、固体电介质的物理化学性能
普通聚氯乙烯在火灾事故时会逸出大量氯化氢等有毒烟气,
妨碍消防工作、加剧火势蔓延,而且烟气的沉淀物有导电和
腐蚀性,对电气装置产生“二次危害”。
二、固体绝缘击穿的三种形式
(1)电击穿(2)热击穿(3)电化学击穿
三、影响固体介质击穿电压的因素
(1)温度
(2)电压作用时间
(3)电场的均匀程度
(4)潮湿
(5)电压种类
(6)机械负荷
(7) 固体介质的局部放电和累积效应
多次受高压作用,内部损伤越来越严重,亦会产生
累积效应,从而降低击穿电压。
一、油纸绝缘的耐电性能
1、特点:耐热性能低,易吸收空气中水分受潮;
纸在油中起屏蔽作用,油填充了纸的空隙,耐电
强度极高。
2、影响击穿电压因素
(1)电压作用时间
(2)局部放电
(3)温度
(4)介质厚度和介电系数
二、油纸绝缘在交直流电压作用下的不同特点
1、交流电压作用下,电压分布近似与电容量成反比
2、直流作用下,电压与电阻成正比
3、吸收现象:
经过一层介质的电阻向另一层介质的电容充电。两
层介质间积累的过剩的自由电荷称为吸收电荷。
该过程可逆且伴有能量损失。
在均匀介质中不存在该现象。