电气特性
第二章 液体、固体介质的电气特性..
中国石油大学胜利学院
高பைடு நூலகம்压技术
第一篇 各类电介质在高电场下的特性
第二章
电介质的等效电路
I I1 I 2 I 3
2.介质损耗角正切
介质损耗有两种：极化损耗、电导损耗 直流电压下只有电导损 耗 交流电压下既有电导损耗，还有周 期性极化引起的极化损耗。 介质损耗角 =功率因素角 的余角 介质损耗角的正切tg称为介质损耗因数
P UIcos UI R UIC tg U C p tg
3、杂质的影响
一般来说杂质的含量越高，液体介质击穿电压降低 的越多。油中主要的杂质就是水分。
另外还有其他固体杂质， 比如含纤维量：纤维的含量即 使很少，对击穿电压油很大影 响。
4、油量的影响
三、减少杂质影响的方法
由于油中杂质对油隙的工频击穿电压有很大的影响， 所以从工程角度考虑，应设法减少杂质的影响，提高油的 品质。 1、提高油品质的方法 （1）过滤 将油中在压力下连续通过滤油机中的大量滤油层，油 中杂质（包括纤维、碳粒、树脂、油泥等）被滤纸阻挡， 油中大部分的水分和有机酸等也被滤纸纤维吸附，从而大 大提高油的品质。 （2）祛气 常用的方法是先将油加热，在真空中喷成雾状，油中 所含水分和气体即挥发并被抽走，然后在真空条件下将油 注入电气设备中。
球盖形电极；
对经过过 滤处理、脱气 和干燥后的油 及220KV以上 电力设备内的 油，应采用球 盖形电极进行 试验
液体和固体介质的电气特性
杂质中εr大
油中电场强度 增高 油分解出气体 气泡扩大
气泡因电 离或发热而 不断扩大， 排列成气体 小桥贯穿两 极，液体最 终在气体通 道中击穿
引起油电离
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第三章 液体和固体介质的电气特性
第二节 液体电介质的击穿 二．影响液体电介质击穿电压的因素
1. 液体介质本身品质的影响
① 含水量 液态水在油中的两种状态： 以分子状态溶解于油中， 对击穿电压影响不大 以乳化状态悬浮在油中， 易形成“小桥”使击穿电 压明显下降 含0.1%的水分，油的击穿电 压降到干燥时的15%~30%
米
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第三章 液体和固体介质的电气特性
第二节 液体电介质的击穿
2. 温度
干燥的油（曲线1）：随油温升 高，电子碰撞电离过程加剧，击 穿电压下降 潮湿的油（曲线2） 温度由0℃开始 上升：一部分水 分从悬浮状态转为害处较小的溶 解状态，使击穿电压上升； 超过80 ℃后：水开始汽化，产生 气泡，引起击穿电压下降，在60 ℃～80℃间出现最大值
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第三章 液体和固体介质的电气特性
3. 工程液体电解质的击穿（变压器油）
工程液体的特点：含有杂质、纤维等， εr很大（变压器油εr=2.2）
由于水和纤维的εr很大，易沿电场方向发生极化，并排列成杂质小桥。
杂质中电导大 小桥 击穿 理论 水分汽化
泄漏电流增加 ，导致发热
气泡扩大
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第三章 液体和固体介质的电气特性
2. 纯净液体电介质的气泡击穿理论
击穿过程 液体中出现气泡 交流电压下串联介质中电场强度 的分布与介质的εr成反比 气泡εr 最小，将承担高场强，且 电气强度比液体介质低很多 气泡电离后温度 上升、体积膨胀 、密度减小 气泡先发 生电离
液体和固体介质的电气特性
杂质中εr大 引起油电离
油中电场强度 增高
油分解出气体 气泡扩大
气泡因电 离或发热而 不断扩大， 排列成气体 小桥贯穿两 极，液体最 终在气体通 道中击穿
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第三章 液体和固体介质的电气特性
第二节 液体电介质的击穿
二．影响液体电介质击穿电压的因素
1. 液体介质本身品质的影响
Ub（有效值）/kV
2. 覆盖层
电压作用时间为数十到数百微秒 无杂质的影响，仍为电击穿， 这时影响油隙击穿电压的主要 因素是电场的均匀程度；
电压作用时间更长 杂质开始聚集，油隙的击穿开 始出现热过程，击穿电压再度 下降，为热击穿。
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第三章 液体和固体介质的电气特性
第二节 液体电介质的击穿
5. 压力
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第三章 液体和固体介质的电气特性
第二节 液体电介质的击穿
④ 含气量 溶解在油中气体影响较小，黏度和耐电强度稍降。 所溶气体的来源：直接、分解、电解
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第三章 液体和固体介质的电气特性
第二节 液体电介质的击穿
判断变压器油的质量，主要依靠测量 液体和固体介质的电气特性
第二节 液体电介质的击穿
② 含纤维量 电场作用下，纤维形成“小桥”，使油的击穿电压降低； 有很强的吸附水分的能力，联合作用使击穿电压降低更为 严重。
③ 含碳量 碳粒的产生：电弧 碳粒对油耐电强度作用的两个方面： 碳粒具有较好的导电性，局部场强增加，击穿电压降 低； 活性碳粒有很强的吸附水分和气体的能力。
① 含水量
液态水在油中的两种状态：
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以分子状态溶解于油中，
道岔电器特性
道岔电器特性一、普通道岔1、道岔室内设备电气特性（1）启动电路输入电压：210~240V。
（2）道岔的动作电流：≤2A；单机牵引道岔动作电流不大于 1.2A，双机牵引动作电流不大于1.8A。
（3）道岔的闭锁电流：不少于动作电流，偏差不大于0.3A。
（4）道岔的故障电流：以ZD6-A、D、F，单机牵引为例，2.3~2.9A，定反位偏差小于0.3A。
（5）道岔表继电器电压：27~37V。
（6）电缆全程测试：大于1兆欧（大站大于0.75兆欧）2、道岔室外设备电器特性（1）电动转辙机供电电压：≥160V（2）道岔动作电流：≤2A（3）道岔的锁闭电流：不小于动作电流，偏差不大于0.3A（4）道岔的故障电流：以ZD6-A、D、F，单机牵引为例，2.3~2.9A，定反位偏差小于0.3A。
（5）道岔安装装置绝缘不小于200欧。
3、控制电路故障的判断分析（1）通过控制台现象判断故障分析通过控制台电流表和道岔表示灯的变化来区分是控制、启动还是表示电路故障。
（以定位向反位操纵为例）（2）通过分线盘测试判断分析1）启动电路室内外故障的判断分析以1-3闭合定位——反位操不动时为例。
由定位—反位单操道岔，在分线盘测量X2、X4间有电压，说明启动电路室外故障，无电压说明室内故障。
另一种方法是不操道岔，直接用电阻挡测量分线盘X2、X4，有十几欧姆电阻（电缆电阻和电机线圈电阻），说明室内故障，电阻无穷大说明室外故障。
反位——定位操不动时，在分线盘上测试X1、X4。
2）表示电路室内外故障的判断分析以定位1—3闭合定位—反位无表示时为例。
将道岔操到反位，在分线盘上测X2、X3间有交流110V电压，说明室外断线故障，无电压说明室内断线或室内、室外混线故障。
甩开分线盘X3电缆，在分线盘测X2、X3电压，有电压说明室外混线，无电压说明室内断线或混线。
其实道岔表示电路故障判断室内的最简单的方法就是使用万用表和钳型表配合的方法。
当测X2、X3无电压后，立即使用钳型表卡在X2或X3上，如果有电流且大于正常数值时则说明室外混线，无电流时则说明室内断线。
电气特性测试方法(全段各线)
信号设备电气特性测试方法电气特性测试测试标准、测试方法、记录方式一、色灯信号机测试室内部分：1、灯丝继电器交直流电压测试方法：站内JZXC-H18测试DJ交流电压继电器接点53.63；直流测试线圈2-、3+电压。
区间JZXC-H18、JZXC-H18F测试电流：电流钳测试53（监测采集线53）；JZXC-16/16测试电流位置继电器线圈1或2（监测采集线圈2）。
JZXC-H142测试电流位置继电器接点53或63（监测采集线53）。
测试周期（记录方式）：列车每月一次，调车每季一次，每季对正线各灯位全测并记载；如监测采集列车信号机电流则日常浏览，不做记录测试标准：1）JZXC-H18：交流3.2-5V，直流1.5-3.5V，交流电流≥105mA；2)JZXC-16/16、JZXC-H18F：交流电流≥145mA；3)JZXC-H142型：交流电流≥50mA；分析时限：灯丝继电器1）JZXC-H18型：灯丝继电器电压变化达到0.2V或电流变化达10mA时进行分析；2）JZXC-16/16型：电流变化达10mA时进行分析；3）JZXC-H142型：电流变化达5mA时进行分析；室外部分：1、点灯单元（变压器）I、Ⅱ次电压测试方法：选用MF14表AC250V电压档测试；测试周期：每年一次，记录在测试卡片内；2、灯丝转换器压降测试方法：选用MF14表AC2.5V档测试；测试周期：每年一次，记录在测试卡片内；灯丝转换器电压无法测到或无灯丝转换器，可以不测。
3、灯泡端子电压测试方法：选用MF14表AC25V档测试，联系要点转换主副丝，在灯端测试；测试周期：每年一次，记录在测试卡片内；；测试标准：列车10.2-11.4V；调车9-11.4V；容许信号7.8-10.2V；更换灯泡、器材时测试1、2、3项。
4、点灯单元二次对地绝缘电阻测试方法：使用500V兆欧表一端接机构或箱边，另一端接变压器或点灯单元二次使用端子，测量的电阻值（在XB箱内测试时信号机构在关闭状态）。
液体和固体介质的电气特性(2016luo)
② 偶极子极化非弹性，产生能量损耗；
极化中偶极子旋转要克服分子间的作用力，而消耗的电场
能量在复原时无法收回 ③ 温度对偶极子极化影响大
a) 对于极性气体介质
温度↑→分子热运动加剧→阻碍偶极子排列→极化↓ b) 对于极性液体和固体介质（双向作用） 低温下随温度的升高→分子间联系减弱→偶极子转向 容易→极化加强 但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→极化减弱
极化机理
设Ⅰ、Ⅱ两种介质面积厚度相等，外加电压为直流电压U
①
t=0，合闸瞬间，电容开始充电：电压 分配与电容成反比
U1 U2
t 0
C2 C1
ε1γ1
ε2γ2
②
t=∞，达到稳态，电容充电完毕：电压 分配与电导成反比
直流电压下
U1 U2
t
G2 G1
ε——电介质的介电常数 γ——电介质电导率
极性电介质
由极性分子组成的电介质。
离子性电介质
分子由离子键构成的电介质，只有固体形式。
二．电介质的极化
1. 极化的概念和相对介电常数
① 电介质的极化——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。 实验显示，加同样大小直流电压U 极板中为真空时：极板上电荷量 为Q0； 极板中为固体介质时：极板上电 荷量增加了，为Q0+Q’
ε——电介质的介电常数 γ——电介质电导率
若设C1＜C2、G1＞G2则： t = 0时：U1＞U2 ； t 时：U1 ＜ t =0后，随时间增大， U1减小而U2 增大，总的电压U保 持不变。即C1上一部分电荷要通 过G1放掉，而C2要从电源再吸收 一部分电荷，这一部分电荷称为 吸收电荷。
高电压第5章+液体和固体介质的电气特性
1. 各种气体的εr均接近于l，而常用的液体、固体介质 的εr大多在2~6之间。 2. 各种介质的εr与温度、电源频率的关系也各不相同， 这与极化的形式有关。
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：
电子式极化 无损极化
离子式极化
当没有外电场时，单个的 偶极子虽然具有极性，但各 个偶极子均处在不停的热运 动之中，整个介质对外并不 呈现极性。
出现外电场后，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，如图所示，因而显示 出极性。这种极化称为偶 极子极化或转向极化。
偶极子极化与频率f 的关系：
偶极子极化是非弹性的，
2.0~2.2 2.5~2.6
固体介质
极性
纤维素 酚醛树脂 聚氯乙稀
6.5 4~4.5 3.2~4
离子性
云母 电瓷
5~7 5.5~6.5
可见，气体εr接近于1，液体和固体大多在Im 2N ～ao g 6
相对介电常数及其物理意义:
相对介电常数是反映电介质极化程度的物理量
极化过程需要消耗一定的能
量，极化所需的时间也较长，
10－10～10－2s，所以极性电
介质的
值与r 电源频率
有较大关系，频率很高时偶
极子来不及转动，因而其εr
减小
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
讨论电导的意义：
绝缘预防性试验的理论依据: 预防性试验时，利用绝缘电阻、泄漏电流及吸收比判
SF6气体电气特性
SF6气体电气特性(1)SF6分子很容易吸附自由电子，形成负离子，具有较强的电负性。
但在一定电场下，这些离子很难积累足够的能量导致气体电离。
同时因为气体中的自由电子减少，还降低了这些电子容易使气体被击穿的危害。
因此，SF6气体具有良好的绝缘性能，在均匀电场中SF6的绝缘强度比空气大2—3倍，在0.3Mpa压力下，绝缘强度超过变压器油。
但在不均匀电场中，其绝缘强度会下降，因此六氟化硫断路器的部件多呈同心圆状，以使电场均匀。
(2) SF6分子具有较强的电负性，使SF6具有强大的灭弧能力。
因为SF6分子吸附自由电子后变为负离子，负离子容易和正离子复合形成中性分子，使电弧空间的导电性能很快消失。
特别在电弧电流接近零值时，这种作用更加显著。
如果例用SF6气体吹弧，使大量新鲜的SF6分子不断和电弧接触则灭弧更加迅速。
由于SF6气体灭弧能力强，从导电电弧向绝缘体变化速度特别快，所以SF6断路器的开断电流大，开断时间短。
在同一电压等级，同一开断电流和其它条件相同的条件下，SF6断路器的串联断口较少。
（3）SF6气体是多原子的分子气体，在电弧高温下分解和电离的情况非常复杂。
SF6气体中弧心部分导热率低，温度高，电导率大，其外焰部分导热率高，温度低，电导率小，所以电弧电流几乎集中在弧心部分。
因此，在SF6气体中，可以看到很细、很亮的电弧，几乎看不到外焰部位。
这也是SF6气体灭弧时间短的原因之一。
当电弧电流减小趋近于零值时，SF6分子此时电负性显著，从而使电流保持连续，可使细小的弧心一直存在到极小的电流范围。
SF6电弧的这种特点，使断路器开断小电流时，也不会由于截流作用而产生操作过电压。
第二章 液体、固体介质的电气特性
电介质的等效电路
I I1 I 2 I 3
2.介质损耗角正切
介质损耗有两种：极化损耗、电导损耗 直流电压下只有电导损 耗 交流电压下既有电导损耗，还有周 期性极化引起的极化损耗。 介质损耗角 =功率因素角 的余角 介质损耗角的正切tg称为介质损耗因数
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（4）在绝缘预防性试验中，通过测量介质的绝缘 电阻和泄漏电流来判断绝缘是否存在受潮或其他 劣化现象。
三、电介质的损耗
1.基本概念
在电场作用下电介质总有一定的能量损耗，电介质的 能量损耗简称介质损耗。 介质损耗的基本形式 由电导引起的损耗，称为电导损耗； 由某些有损极化引起的损耗，称为极化损耗。 电导损耗： 由电介质中的泄漏电流引起，交、直流 电压下都存在，一般很小。 极化损耗：由有损极化所引起的；仅存在于交流电压 下，在直流电场中，极化的建立过程仅在加压瞬间出现一 次，可略去。
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第一篇 各类电介质在高电场下的特性
第二章
液体、固体介质的电气特性
第一节 电介质的极化、电导和损耗
一、电介质的极化
的弹性位移和偶极子的转向现象，称为电介质的极 化。
极化的定义：电介质在常数εr：是综合反应电介质极化 特性的一个物理量。它是表征电介质在电场作用下 极化现象强弱的指标，其值是由电介质本身的材料 决定的。 极化最基本的形式分为电子式、离子式和偶极子 式极化。另外还有夹层介质界面极化和空间电荷极 化等。
2
介质损耗角正切tg等于有功电流和无功电流的 比值。常用百分数（%）来表示。
判断介质 的品质
IR 1 R tg I c UC1 C1 R
MLCC四个主要电气特性分析
MLCC 四个主要电气特性分析
多层陶瓷电容MLCC，作为主要的滤波元件，从选型上讲，通常只需关
注尺寸，容值，耐压，温度特性及精度等规格。
但是具体到产品的实际电路应用，我们需要对比不同型号下的电气特性参数，以下作进一步说明。
一、容值，绝缘阻抗I.R.及损耗因素D.F.
村田的陶瓷电容小到pF 级，大到几百uF 级，大容值滤低频，多用于电
源线上的去耦电路，减少电路纹波；小容值滤高频，多用于射频端匹配电路上。
理想电容的绝缘阻抗无限大，但是实际上电容存在寄生参数，故实际的绝缘阻抗有限，一般在兆欧级别，具体参见对应型号的规格书。
损耗因素（损耗角正切）=有功功率/无功功率=漏电流/充电电流=1/Q（品
质因素）D.F.=2*π*f*C*R(R 为等效串联电阻)。