高电压技术第二章
第二章习题和解答_高电压技术
第二章习题和解答_高电压技术第二章气体介质的电气强度一、选择题1)SF6气体具有较高绝缘强度的主要原因之一是______。
A．无色无味性B．不燃性C．无腐蚀性D．电负性2)冲击系数是______放电电压与静态放电电压之比。
A．25%B．50%C．75%D．100%3)在高气压下，气隙的击穿电压和电极表面______有很大关系A．粗糙度B．面积C．电场分布D．形状4)雷电流具有冲击波形的特点：______。
A．缓慢上升，平缓下降B．缓慢上升，快速下降C．迅速上升，平缓下降D．迅速上升，快速下降5)在极不均匀电场中，正极性击穿电压比负极性击穿电压______。
A.．小B．大C．相等D．不确定二、填空题6)我国国家标准规定的标准操作冲击波形成______s 。
7)极不均匀电场中，屏障的作用是由于其对______的阻挡作用，造成电场分布的改变。
8)下行的负极性雷通常可分为3个主要阶段：、、。
9)调整电场的方法：______电极曲率半径、改善电极边缘、使电极具有最佳外形三、计算问答题10)保护设备与被保护设备的伏秒特性应如何配合？为什么？11)某1000kV工频试验变压器，套管顶部为球形电极，球心距离四周墙壁均约5m，问球电极直径至少要多大才能保证在标准参考大气条件下，当变压器升压到1000kV额定电压时，球电极不发生电晕放电？12)一些卤族元素化合物（如SF6）具有高电气强度的原因是什么？第二章气体介质的电气强度一、选择题1、D2、B3、A4、C5、A二、填空题6、250/25007、空间电荷8、先导、主放电、余光9、增大三、计算问答题10、保护设备的伏秒特性应始终低于被保护设备的伏秒特性。
这样，当有一过电压作用于两设备时，总是保护设备先击穿，进而限制了过电压幅值，保护了被保护设备11、此球形电极与四周墙壁大致等距离，可按照上述的同心球电极结构来考虑。
变压器的球电极为同心球的内电极，四周墙壁为同心球的外电极。
高电压技术第二章(1)
体； 5. 电极上尖的或不规则的凸起物上的电晕放电引起液体气化
24
气体电介质
电介质 液体电介质
固体电介质 2
1 电介质的极化、电导和损耗 一.电介质的极化(dielectric polarization)
和介电常数 1. 极化：在外加电场的作用下，电介质中的正、负 电荷沿电场方向作有限位移或转向，形成电矩（偶 极矩）
3
2. 电介质的极化种类
电子式极化
E 0Βιβλιοθήκη E0电击穿：认为在电场作用下，阴极上由于强场发射或热发 射出来的电子产生碰撞电离形成电子崩，最后导致液体击 穿
23
气泡击穿：认为液体分子由电子碰撞而产生气泡，或在电 场作用下因其它原因产生气泡，由气泡内的气体放 电， 产生电和热而引起液体击穿。
液体中气泡产生的原因： 1. 油中易挥发的成分； 2. 阴极的强场发射或热发射的电子电流加热液体介质，分解
每个极性分子都是偶极子，具有一定的电矩，但当不存在 外电场时，这些偶极子因热运动而杂乱无序地排列着，宏观电 矩等于零，整个介质对外并不表现出极性
电极
电介质
U
出现外电场后偶极子沿
E
电场方向转动，作较有
规则的排列， 因而显出
极性，这种极化称为偶
U
极子极化或转向极化。
6
偶极子极化
E 0
E0
7
特点：存在于极性电介质中，极化所需时间较长，
i3
R3
16
3. 电介质在直流电压作用下的吸收现象
i
i i1 i2 i3
|| |
充吸 泄
电收 漏
高电压技术第二章-气体放电
各种粒子在气体中运动时不断地互相碰撞，任一粒子在1cm的 行程中所遭遇的碰撞次数与气体分子的半径和密度有关。 单位行程中的碰撞次数n的倒数 长度。 即为该粒子的平均自由行程
处于电场中的带电质点，在电场E的作用下，沿电场方向不断得到加速并积 累动能。当具有的动能积累到一定数值后，在与其气体原子或分子发生碰撞时， 可以使后者产生游离。由碰撞而引起的游离称为碰撞游离。 电子在场强为E的电场中移过x距离时获得的动能为：
第二章 气体放电的基本物理过程
一、碰撞电离[ionization by collision] ：
4 火花放电[spark discharge ] 定义：放电间隙反复击穿时，在气体间隙中形成贯通两极的断断续续的不稳
定的明亮细线状火花，这种放电形式称为火花放电。
在通常气压下，当在曲率不太大的冷电极间加高电压时，若电源供给的功率不太 大，就会出现火花放电，火花放电时，碰撞电离并不发生在电极间的整个区域内， 只是沿着狭窄曲折的发光通道进行，并伴随爆裂声。由于气体击穿后突然由绝缘 体变为良导体，电流猛增，而电源功率不够，因此电压下降，放电暂时熄灭，待 电压恢复再次放电。所以火花放电具有间隙性。雷电就是自然界中大规模的火花 放电。
第二章 气体放电的基本物理过程
B. 放电[discharge] 定义：放电指的是电气设备绝缘有电流流过的现象，从带电到不带电的过程。
高电压技术课件 第二章 气体放电的物理过程
有些气体形成负离子时可释放出能量。这类气体容易 形成负离子，称为电负性气体（如氧、氟、SF6等）
负离子的形成起着阻碍放电的作用
15
5、金属（阴极）的表面电离
阴极发射电子的过程 逸出功 ：金属的微观结构 、金属表面状态
41
4、击穿电压、巴申定律
根据自持放电条件推导击穿电压 ，先推导 的计算式
设电子在均匀电场中行经距离x而未发生碰撞，则此时电子 从电场获得的能量为eEx，电子如要能够引起碰撞电离， 必须满足条件
eEx Wi 或 Ex Ui
只有那些自由行程超过xi＝Ui／E的电子，才能与分子发生
碰撞电离
若电子的平均自由行程为，自由行程大于xi的概率为
正、负离子间的复合概率要比离子和电子间的复合概 率大得多。通常放电过程中离子间的复合更为重要
一定空间内带电质点由于复合而减少的速度决定于其 浓度
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§2.2 气体放电机理
气体放电的概述 汤逊放电理论 流注放电理论
22
一、气体放电的概述
（一）气体放电的主要形式
根据气体压强、电源功率、电极形状等因素的不同 ，击穿后气体放电可具有多种不同形式。利用放电 管可以观察放电现象的变化
Ub
f
2
pS T
电子的质量远小于离子，所以电子的热运动速度很高 ，它在热运动中受到的碰撞也较少，因此，电子的扩 散过程比离子的要强得多
20
3、带电质点的复合
正离子和负离子或电子相遇，发生电荷的传递而互相 中和、还原为分子的过程
在带电质点的复合过程中会发生光辐射，这种光辐射 在一定条件下又可能成为导致电离的因素
高电压技术复习总结
第2章气体放点的基本物理过程（这章比较重要,要记得知识点很多，要认真看）在第二章标题下面有一句话“与固体和液体相比·········”(1.电离是指电子脱离原子的束缚而形成自由电子、正离子的过程．电离是需要能量的，所需能量称为电离能Wi(用电子伏eV表示,也可用电离电位Ui=Wi/e表示)2。
根据外界给予原子或分子的能量形式的不同，电离方式可分为热电离、光电离、碰撞电离（最重要）和分级电离。
3.阴极表面的电子溢出：（1）正离子撞击阴极：正离子位能大于2倍金属表面逸出功。
（2)光电子发射：用能量大于金属逸出功的光照射阴极板。
光子的能量大于金属逸出功. （3)强场发射：阴极表面场强达到106V/cm（高真空中决定性）(4)热电子发射：阴极高温4。
气体中负离子的形成：电子与气体分子或原子碰撞时，也有可能发生电子附着过程而形成负离子，并释放出能量(电子亲合能）。
电子亲合能的大小可用来衡量原子捕获一个电子的难易,越大则越易形成负离子。
负离子的形成使自由电子数减少，因而对放电发展起抑制作用。
SF6气体含F,其分子俘获电子的能力很强，属强电负性气体，因而具有很高的电气强度。
5.带点质点的消失:（1)带电质点的扩散：带电质点从浓度较大的区域向浓度较小的区域的移动，使带电质点浓度变得均匀.电子的热运动速度高、自由行程大,所以其扩散比离子的扩散快得多。
(2)带电质点的复合：带异号电荷的质点相遇，发生电荷的传递和中和而还原为中性质点的过程，称为复合。
带电质点复合时会以光辐射的形式将电离时获得的能量释放出来,这种光辐射在一定条件下能导致间隙中其他中性原子或分子的电离。
6。
气体间隙中电流与外施电压的关系：第一阶段：电流随外施电压的提高而增大，因为带电质点向电极运动的速度加快复合率减小第二阶段：电流饱和，带电质点全部进入电极，电流仅取决于外电离因素的强弱(良好的绝缘状态）第三阶段：电流开始增大，由于电子碰撞电离引起的电子崩第四阶段自持放电：电流急剧上升放电过程进入了一个新的阶段（击穿)外施电压小于U0时的放电是非自持放电.电压到达U0后，电流剧增,间隙中电离过程只靠外施电压已能维持，不再需要外电离因素.自持放电7.电子碰撞电离系数α：代表一个电子沿电力线方向行经1cm时平均发生的碰撞电离次数。
2高电压技术第二章
23
电子雪崩的示意图
d
-
-
-
+
24
电子崩的电荷分布
+ + + + + + + + + + +
+
+
+ + +
+
+ + + + + + +
-
-
-------- +
d
25
汤森德理论分析：
新产生的电子参加电离过程
1
e s
If s=10 Then es=2.2×104
26
汤森德理论分析：
碰撞电离系数
初 始 电 子 崩 的 方 向 流 注 发 展 的 方 向 41
流注理论
形成流注的条件:
初崩头部的电荷达到一定的数量，使电场得到足 够的畸变和加强并造成足够的空间光电离。一般认为 当S=20时便可以满足上述条件。
42
不均匀电场中气隙的放电特性
在大多数的电力工程绝缘结构中，电场都是不均匀的。
研究不均匀电场中气体放电的规律
这些光子在附近的气体中导致光电离，在空间产生 二次电子。它们在正空间电荷所畸变和加强了的电场的 作用下，又形成新的电子崩叫二次崩。
初 始 电 子 崩 的 方 向
流 注 发 展 的 方 向 40
流注理论
二次崩头部的电子跑向初崩的正空间负荷，与之汇 合成为充满正负带电粒子的混合通道。这个电离通道称 为流注。 流注导电性能良好，其端部又有二次崩留下的正电 荷，因此大大加强了前方的电场，促使更多的新电子崩 相继产生并与之汇合，从而使流注向前发展（阳到阴）。 到流注通道把两极接通时将导致间隙的完全击穿。
高电压技术第二章
1.带电质点电场作用下流入电极并中 和电量
带电质点产生以后，在外电场作用下将作 定向运动，形成电流： 带电质点在一定的电场强度下运动达到某 种稳定状态，保持平均速度，即上述的带 电质点的驱引速度
电子迁移率比离子迁移率大两个数量级
2、带电质点的扩散
带电质点的扩散是由于热运动造成，带电质点 的扩散规律和气体的扩散规律相似 气体中带电质点的扩散和气体状态有关，气体 压力越高或者温度越低，扩散过程也就越弱 电子的质量远小于离子，所以电子的热运动速 度很高，它在热运动中受到的碰撞也较少，因 此，电子的扩散过程比离子的要强得多
刷状放电
电极间距较大、电场极不均匀情况下，如电压 继续升高，从电晕电极伸展出许多较明亮的细 线状光束，称为刷状放电 电压再升高，根据电源功率而转入火花放电或 电弧放电，最后整个间隙被击穿 电场稍不均匀则可能不出现刷状放电，而由电 晕放电直接转入击穿
2、汤森德气体放电理论
������ 汤森德（Townsend）放电理论 ������ 流注（Streamer）放电理论 这两种理论互相补充，可以说明广阔的δ⋅S （δ为气体的相对密度，以标准大气条件下 的大气密度为基准；S为气隙距离）范围内 气体放电的现象
4、负离子的形成
有时电子和气体分子碰撞非但没有电离出新电 子，反而是碰撞电子附着分子，形成了负离子 形成负离子时可释放出能量 有些气体容易形成负离子，称为电负性气体 （如氧、氟、氯等），SF6在工业上有典型应用 负离子的形成起着阻碍放电的作用
5、金属（阴极）的表面电离
金属阴极表面发射电子 逸出功：与金属的微观结构、表面状态有 关 金属的逸出功一般比气体的电离能小得多， 在气体放电中起重要作用 金属表面电离所需能量获得的方式 正离子碰撞阴极（二次发射）
高电压技术-第二章-xueyd
有能量损耗
空间电荷极化
电子式、离子式、偶极子式极化的机理：都是由 带电质点的弹性位移或转向形成 空间电荷极化的机理：由带电质点（电子或正负 离子）的位移形成的。 空间电荷极化的过程：
多数绝缘结构中，电介质往往呈层式结构 电场作用下，带电质点位移时，可能被晶格缺陷捕获， 或在两层介质界面上堆积 形成电荷在介质空间的新分布，从而产生电矩。
夹层介质界面极化
一种典型的空间电荷极化 电荷在夹层界面上的堆积和等值电容增大 电荷的堆积是通过介质电导完成的 完成时间很长，几十秒~几分钟。
只有在低频下才有意义
有能量损耗
介电常数（1）
真空中的介电常数
D 0 8.854 *10 12 ( F / m) E
E为场强矢量，V/m D为电位移矢量，即电通量密度矢量，C/m2
被掩盖的气体放电
液体分子间存在“空穴”
油中易挥发的成分（自身蒸气）+溶于油中外来气体+碰撞分解物空穴（气 穴）
油分解和碰撞电离→离子浓度上升→离子电导电流上升→发热→形成 气泡 气泡电场强度大→气泡电离→电导率↑→电场分布畸变→ 气泡电子崩→崩头场强大→电、热作用下使油隙击穿 本质：油中气泡诱发，液体自身很难直接电离击穿
固体介质的表面电导：取决于表面吸附电杂质（水、污染 物等）的能力和分布状态
对应概念：体积电导 有时，表面电导远大于体积电导：表面的杂质膜电导很大
推论：测量泄漏电流和绝缘电阻时，须排除表面电导影响
介质电导在工程上的意义
多层介质中，需注意其绝缘配合，使电场分布合 理
电压的稳态分布与电导成反比 暂态过程与介电常数有关
介质损耗P不适合作为评价介质品 质好坏的标准。
2.高电压技术第二章讲稿
(4). 夹层式极化
夹层式极化：由两层或多层不同材料组成的不均匀电介质， 叫做夹层电介质。由于各层的介电系数和电导系数不同，在电场 作用下， 各层中的电位，最初按介电系数分布 (即按电容分布)， 以后逐渐过渡到按电导系数分布(即按电阻分布)。
此时，在各层电介质交界面上的电荷必然移动，以适应电位 的重新分布，最后在交界面上积累起电荷。这种电荷移动和积累， 称为夹层介质界面板化。
7
第一节 电介质的极化
二. 极化基本形式
➢ 电子式极化 ➢ 离子式极化 ➢ 偶极式极化 ➢ 空间电荷极化 ➢ 夹层式极化
8
第一节 电介质的极化
电子式极化 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。
9
电子式极化
+-
+
-
E=0
电子式极化
E
特点： 一是极化所需要的时间极短，约10－15S； 即它在各种频
24
3.吸收现象
R1
d1 1S
R2
d2 2S
C1
1 0 S d1
C
2
2 0S d2
1, 1, d1 2, 2, d2
R1 U1 R2 U2
C1
U1
U
C2 C1 C2
C2
U2
U
C1 C1 C2
U1 U
R1 R1 R2
U2
U
R2 R1 R2
25
3.吸收现象
i U
U
t
eT
Rr
r RC
C
R R1 R2
r
R1R 2 R1
R 2 C 1
C
2
2
R 1C
1
R 2C
《高电压技术》1-4章知识点总结ltt
第一章 电介质的极化电导及损耗1．电介质四种极化的基本含义及比较？答：①电子式极化：在外电场的作用下，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。
②离子位移极化：离子式结构化合物，出现外电场后，正负离子将发生方向相反的偏移，使平均偶极距不再为零。
③偶极子极化：极性化合物的每个极性分子都是一个偶极子，在电场作用下，原先排列杂乱的偶极子将沿电场方向转动。
④空间电荷极化：在电场作用下，带电质点在电介质中移动时，可能被晶格缺陷捕获或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，从而产生电矩。
极化种类产生场合 所需时间 能量损耗 产生原因 电子式极化任何电介质 s 1510- 无 束缚电子运动轨道偏移 离子式极化离子式电介质 s 1310- 几乎没有 离子的相对偏移 转向极化 极性电介质 s 2101010--- 有偶极子的定向排列 空间电荷极化 多层介质交界面 s 210-～数分钟 有 自由电荷的移动2．电介质电导与金属电导有什么本质区别？答：金属导电的原因是自由电子移动；电介质通常不导电，是在特定情况下电离、化学分解或热离解出来的带电质点移动导致。
3．.电介质中的能量损耗的基本概念，等效电路，向量图答：①电介质中在交变电场作用下，电能转变为其它形式的能，如热能、光能等，统称为介质损耗。
它是导致电介质发生热击穿的根源。
电介质在单位时间内消耗的能量称为电介质损耗功率，简称电介质损耗。
②等效电路：lk R 为泄漏电阻；lk I 为泄漏电流；g C 为介质真空和无损极化所形成的电容；g I 为流过g C 的电流；p C 为无损极化所引起的电容；pR 为无损极化所形成的等效电阻；p I 为流过p p C R －支路的电流，可以分为有功分量prI 和无功分量pc I 。
③向量图：g J 。
为真空和无损极化所引起的电流密度，为纯容性的；lk 。
J 为漏导引起的电流密度，为纯阻性的；p 。
J 为有损极化所引起的电流密度，它由无功部分pc 。
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• 夹层介质界面极化 • 夹层介质界面极化概 念：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
当t=0时
当t=∞时
如
• 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 称夹层介质界面极化
电介质的介电常数
• 区域1：E≈5×10-3 V/cm， 电流密度j 随着E增加而 增加； • 区域2：当E进一步增大， j趋向饱和； • 以上两者的电阻率约 1022Ω•cm量级。 • 区域3：当场强超过 E2≈103V/cm时，气体电 介质将发生碰撞电离， 从而使气体电介质电导 急剧增大
• • • • • • •
• 交流电压－电流向量图 • 由于存在损耗，U 和I之间 的夹角不再是90º 的关系，IC 代表流过介质总的无功电流， IR代表流过介质的总有功电 流，IR包括了漏导损失和极 化损失
���
介质损失角正切
tgδ仅反映介质本身的 性能，和介质的几何尺 寸无关
• ������ 电介质的串并联等值回路 • 分析介质在交流电压作用下的能量损耗，常用两种 等值回路，并联等值回路和串联等值回路
纯净液体电介质的击穿理论
• ������ 电击穿理论 • 击穿理论：液体中因强场发射等原因产 生的电子，在电场中被加速，与液体分 子发生碰撞电离 • 击穿特点：和长空气间隙的放电过程很 相似
• ������ 气泡击穿理论 • 击穿理论：由于串联介质中，场强的分 布与介质的介电常数成反比，气泡εr=1， 小于液体的εr，因而气泡承担比液体更高 的场强，而气体耐电强度又低，所以气 泡先行电离，一旦电离的气泡在电场中 堆积成气体通道，则击穿在此通道内发 生
������
非纯净液体电介质的小桥击穿理论
• ������ 油中杂质：水分、固体绝缘材料（如纸、 布）脱落纤维、液体本身老化分解
• ������ 小桥形成：液体中的杂质在电场力的作 用下，在电场方向定向，并逐渐沿电力线方向 排列成杂质的“小桥，由于水和纤维的介电常 数分别为81和6～7，比油的介电常数1.8～2.8 大得多，从而这些杂质容易极化并在电场方向 定向排列成小桥 • ������ 小桥发热：组成小桥的纤维及水分电导 大，从而使泄漏电流增加，并进而使小桥强烈 发热 • ������ 小桥贯穿：使油和水局部沸腾汽化，最 后沿此气桥发生击穿
• • • • •
������ 离子性或强极性电介质 云母5.0～7.0 电瓷5.5～6.5 钛酸钡几千 金红石100
讨论极化的意义
• ������选择绝缘：在实际选择绝缘时，除了考虑电气强 度外，还应考虑介电常数ε r 。对于电容器，若追 求同体积条件有较大电容量，要选择ε r较大的介 质。对于电缆，为减小电容电流，要选择ε r较小 的介质 • ������多层介质的合理配合：对于多层介质，在交流及 冲击电压下，各层电压分布与其ε r成反比，要注 意选择ε r，使各层介质的电场分布较均匀，从而 达到绝缘的合理应用 • 研究介质损耗的理论依据：极化形成和介质损失 有关，要掌握不同极化类型对介质损失的影响
• ε r即是插入的介质的相对介电常数
• ������ 电介质的介电常数 • ������ 电介质的介电常数ε的特性 • 电工术语上称作介电常数ε和相对介电 常数εr • ε并不是常数 • ε随温度、频率而变化 • ε是一虚数，分实部和虚部 • 通常使用的是实数部分
• ������ 部分气体的相对介电常数 • 环境条件： 工频，20℃,1 atm
讨论损耗的意义
选择绝缘：tgδ 过大会引起绝缘介质严重发热， 甚至导致热击穿。例如用蓖麻油制造的电容器 就因为tgδ 大，而仅限于直流或脉冲电压下使 用，不能用于交流 • 予防性试验中判断绝缘状况：如果绝缘受潮或 劣化，tgδ 将急剧上升，在预防试验中可通过 tgδ～U 的关系曲线来判断是否发生局部放电 • 均匀加热：当tgδ大的材料需加热时，可对材 料加交流电压，利用材料本身介质损的发热。 该方法加热非常均匀，如电瓷生产中对泥坯加 热即用这种方法
• 相对介电常数（relative dielectric constant， • or specific inductive capacity）及其物理意义* • 如图所示，在有电介质存在的情况下，电介质 内部的电场强度是极化电荷引起的电场与电极 上的真实电荷引起的电场的总和
真空时：单位面积的电荷σ，场强E0=σ/ε0 • ������ 插入介质后：极化电荷密度σ′ • 介质中场强E=(σ-σ ′)/ε0
Ae
/ kT
������
液体电介质中电压－电流特性
• 区域1：液体电介 质的电导在电场比 较小的情况下，遵 循欧姆定律 • 区域2：随着场强 的增大，与气体相 似，有一平坦区域 • 区域3：场强继续 增大超过某一极限， 因Shottky 效应电 极发射电子引起电 流激增，最终击穿
• ������ 固体电介质的电导 • 吸收特性：固体介质中电流的吸收现象比较明显 • 电导构成：离子电导（电导的机理和规律和液体类 似），无电泳电导 • 电阻率 • 离子性：结构紧密，洁净的电介质，电阻率为 1017Ω•cm～1019Ω•cm • 结构不紧密且含单价小离子的电介质的电阻率仅达 1013Ω•cm～1014Ω•cm • 非极性或弱极性：主要由杂质离子造成电导。纯净 介质的电阻率可达1017Ω•cm～1019Ω•cm • 偶极性：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1015Ω•cm～ 1016Ω•cm
电介质的损耗（三态介质）
气体介质 • 损耗极小 • 常用来构成标准电容器 • 注意避免放电的发生
• • • • • •
������ 液体和固体电介质： 损耗与介质的极性有关 非极性或弱极性 损耗决定于漏导， 损耗小，tgδ 约为10－4������ 代表性介质有聚乙烯、聚苯乙烯、硅橡胶、云母 等 • 偶极性液体、固体和结构不紧密的离子性固体 • 损耗决定于漏导和极化损失������ • 损耗和温度、频率等因素有关，关系复杂
讨论电介质电导的意义
• ������ 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 吸收比判断设备的绝缘状况 • ������ 绝缘配合： • 直流电压下分层绝缘时，各层电压分布与电 阻成正比，选择合适的电阻率， 实现各层 之间的合理分压 • ������ 运行维护： • 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
• ������ 固体介质的表面电导 • 固体介质除了体积电阻外，还存在表面 电导。干燥清洁的固体介质的表面电导 很小，表面电导主要由表面吸附的水分 和污物引起。介质吸附水分的能力与自 身结构有关，所以介质表面电导也是介 质本身固有的性质
• ������ 表面状态分类： • 固体介质可按水滴在介质表面的浸 润情况分为憎水性和亲水性两大类 • 憎水性：水滴的内聚力大于水和 介质表面的亲和力，表现为水滴的 接触角大于90°。憎水性材料的表 面电导小，表面电阻率ρs:1015～ 1017Ω • 亲水性：水滴的内聚力小于水和 介质表面的亲和力，表现为水滴的 接触角小于90°。亲水性材料的表 面电导大，受环境湿度的影响大， 表面电阻率ρs:1013～1015Ω������
二、电介质的电导
几种材料的电导特性与电阻率
• • • • • • • • • • • • ������ 电介质 电导主要由离子造成 电阻率ρ：109～1022 Ω.cm 温度升高电阻率下降 ������ 金属 电导主要由电子造成 电阻率ρ：10-6～10-2 Ω.cm 温度升高电阻率增大 ������ 半导体 电导主要由离子造成 电阻率ρ：10－2～109 Ω.cm 温度升高电阻率下降
������ 未加外电场时电介质中的粒子 ������ 在电介质中各粒子的正、负电荷中心重合 各分子的原子(或离子)处在各自的平衡位臵，均无感 应偶极矩 极性分子(偶极子)混乱分布，在各个方向的合成偶极 矩为零
• • • •
施加外电场后电介质中粒子极化 ������正、负电荷的相对位移——位移极化 ������偶极子的转向——偶极转向极化 ������均在电场方向产生偶极矩
三、电介质的损耗
• (一)电介质的损耗的基本概念 • 介质损耗：在电场作用下电介质中总有一定的能量损 耗，包括由电导引起的损耗和某些有损极化（例如偶 极子、夹层极化）引起的损耗，总称介质损耗。 • ���直流电压下的损耗 • 损失类型：在直流电压作用下介质的损失仅有漏导损 失 • 表征方式：可用体积电阻率ρV或表面电导率ρS表征 • ��� 交流电压下的损耗 • 损失类型：在交流电压作用下介质的损失除了漏导损 失外，还有极化损失 • 表征方式：仅有ρV或ρS不够 • 需要另外的特征量来表示介质在交流电压作用下的能 量损耗
表征参数： 电导率 (绝缘电阻率 ) 介电常数 介质损耗角正切 tg 击穿电场强度 Eb
第一节 液体和固体介质的极化、电导和损耗
• 电介质的 电介质的极化： • 电介质在电场作用下，正、负电荷作微 小位移而产生偶极矩，或在电介质表面 出现感应束缚电荷的现象称为电介质极 化
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������气体电介质的电导： ������吸收特性：气体中无吸收电流 ������电导构成：带电粒子在电场中运动 ������气体离子的浓度：由外电离因素造成， 约为500～1000对/cm2 • ������ 电阻率：1022Ω•cm
������
气体电介质中的电流密度—场强特性
������ 部分固体介质的相对介电常数εr 工作条件：工频，20℃ ������ 中性或弱极性电介质 石蜡2.0～2.5 聚乙烯2.25～2.3 聚苯乙烯2.45～3.1 松香2.5～2.6 沥青2.6～2.7
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������ 极性电介质 油浸纸3.3 酚醛树脂塑料4.0～4.5 聚氯乙稀3.2～4.0 聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA） 3.3～4.5