电气绝缘特性与劣化课件.ppt

1、2、电气绝缘特、电气绝缘特性与劣化性与劣化此处添加副标题内容电气点检的点检技能与绝缘诊断推翻电监会的鉴定结论司法鉴定原件电气设备绝缘诊断技能电气设备绝缘诊断技能绝缘老化的主要类型 绝缘老化最具有代表性的是热老化、电老化、环境老化及机械老化。绝缘热老化 绝缘热老化是电气设备绝缘材料在运行中，因长期受热影响而产生各种物理和化学变化，导致绝缘变质而劣化（如电缆绝缘变脆等）。表现为电气设备的绝缘材料发生挥发、变形、龟裂、裂解、膨胀、起层、发皱等现象。电气设备绝缘诊断技能电气设备绝缘诊断技能 电老化是由绝缘结构上电场分布产生的，主要表现为局部放电、漏电和电腐蚀。电老化主要可分为电击穿和热击穿两种形式。局

2、部放电能在绝缘层内产生十分微细的树枝状放电途径，并造成放电区域的绝缘腐蚀。如电机的线圈与铁芯之间存在的空隙；电缆主 绝缘体中的杂质、气泡、水分等，这些均会产生 电场局部集中，引起 局部放电。功率因数过低，电源 设备的容量就不能 充分利用。一.电介质的极化1.1.定义：定义：电介质中的带电质点在电场作用下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沿电场方向作有限位移绝缘材料特性绝缘材料特性Q=CUdAC00电容效应电容效应2.2.相对介电系数相对介电系数r r表征电介质在电场作用下的极表征电介质在电场作用下的极化程度。化程度。任一材料的介电系数与真空介任一材料的介电系数与真空介电系数的比

3、值电系数的比值。3.3.极化的基本形式：极化的基本形式：(1)电子式极化其特点:a.极化所需时间极短b.极化时没有能量损耗c.温度对极化影响极小(2).离子式极化其特点:a.极化过程极短b.极化过程无能量损耗c.温度对极化有影响,极化随温度升高而增强(3).(3).偶极子式极化偶极子式极化特点特点a.极化所需时间较长,因而与频率有关b.极化过程有能量损耗c.温度对极化影响很大,温度很高和很低时,极化均减弱(4).(4).夹层式极化夹层式极化特点 在两层电介质的界面上发生电荷的移动和积累,极化过程缓慢,并有损耗。二二.电介质的电导电介质的电导1.1.定义定义介质在电场作用下,使其内部联系较弱的带

4、电粒子作有规律的运动形成电流,即泄漏电流.这种物理现象称为电导.表征电导过程强弱程度的物理量为表征电导过程强弱程度的物理量为电导率电导率，或它的倒数电阻率，或它的倒数电阻率o o2.介质中的电流(1).电容电流ic在加压初瞬间介质中的电子式极化和离子式极化过程所引起的电流,无损耗,存在时间极短。(2)吸收电流ia有损极化所对应的电流,即夹层极化和偶极子极化时的电流,它随时间而衰减。(3)泄漏电流 绝缘介质中少量离子定向移动所形成的电导电流,它不随时间而变化。流过介质的电流i由三个分量组成：gaciiii3.吸收现象固体电介质在直流电压作用下,观察到电路中的电流从大到小随时间衰减,最终稳定于某一

5、数值,称为“吸收现象”介质干燥和嘲湿,吸收现象不一样,据此可判断绝缘性能的好坏。三三.电介质的损耗电介质的损耗1.1.损耗的形式损耗的形式(1).(1).电导损耗电导损耗由泄漏电流引起的损耗由泄漏电流引起的损耗.交直流下都交直流下都存在。存在。(2).(2).极化损耗极化损耗由偶极子与夹层极化引起由偶极子与夹层极化引起,交流电压交流电压下极明显。下极明显。(3).游离损耗指气体间隙的电晕放电以及液固体介质内部气泡中局部放电所造成的损耗。2.用介质损耗角的正切tg来表示介损的意义 在交流电压作用下,由于存在三种形式的损耗,需引入一个新的物理量来表征介损的特性。经推导,介质损耗P为 tgCUtgU

6、IUIPpCRp2由于由于:(1).(1).损耗功率损耗功率P P值与试验电压值与试验电压U U的高低的高低等因素有关。等因素有关。(2).tg(2).tg是与电压、频率、绝缘尺寸是与电压、频率、绝缘尺寸无关的量，而仅取决于电介质的损耗无关的量，而仅取决于电介质的损耗特性。特性。(3)tg(3)tg可以用高压电桥等仪器直接可以用高压电桥等仪器直接测量。测量。所以表征介损用介质损失角的正切所以表征介损用介质损失角的正切tgtg来表示来表示,而不是用有功损耗而不是用有功损耗P P来表示。来表示。电气设备的介质损失角正切值试验 当研究绝缘物质在电场作用下所发生的物理现象时，把绝缘物质称为电介质；当绝

7、缘物上加交流电压时，可以把介质看成为一个电阻和电容并联组成的等值电路，如图4（a）所示。根据等值电路可以作出电流和电压的相量图，如图1-4（b）所示。由相量图可知，介质损耗由产生，夹角大时，就越大，故称为介质损失角，其正切值为：介质损耗为：UIUIICRCIRIRIIC(a)(b)RCIU/R1tgIU/CCR=22UP=UCtgR电气设备的介质损失角正切值试验UIUIICRCIRIRIIC(a)(b)气体的绝缘特性气体的绝缘特性1.1.空气在强电场下放电特性空气在强电场下放电特性一一.气体电介质的放电特性气体电介质的放电特性 气体在正常状态下是良好的绝缘体气体在正常状态下是良好的绝缘体,在一

8、个立方厘米体积内仅含几千个带电粒在一个立方厘米体积内仅含几千个带电粒子子,但在高电压下但在高电压下,气体从少量电荷会突然气体从少量电荷会突然产生大量的电荷产生大量的电荷,从而失去绝缘能力而发从而失去绝缘能力而发生生放电放电现象现象.一旦电压解除后一旦电压解除后,气体电介质能气体电介质能自动恢复自动恢复绝缘绝缘状态状态2.2.带电质点的产生与消失带电质点的产生与消失(1)(1)激发激发 原子在外界因素作用下原子在外界因素作用下,其电子跃迁到其电子跃迁到能量较高的状态能量较高的状态(2)(2)游离游离 原子在外界因素作用下原子在外界因素作用下,使其一个或使其一个或几个电子脱离原子核的束博而形成自由

9、电几个电子脱离原子核的束博而形成自由电子和正离子子和正离子(3)(3)游离的方式游离的方式a.a.碰撞游离碰撞游离b.b.光游离光游离c.c.热游离热游离d.d.金属表面游离金属表面游离碰撞游离碰撞游离 当带电质点具有的动能积累到一定当带电质点具有的动能积累到一定数值后，在与气体原子（或分子）发生碰数值后，在与气体原子（或分子）发生碰撞时，可以使后者产生游离，这种由碰撞撞时，可以使后者产生游离，这种由碰撞而引起的游离称为碰撞游离而引起的游离称为碰撞游离引起碰撞游离的条件：引起碰撞游离的条件：iWm221?iW：气体原子（或分子）的游离能：气体原子（或分子）的游离能金属表面游离：金属表面游离：电

10、子从金属电极表面逸出来的过程称电子从金属电极表面逸出来的过程称为表面游离为表面游离去游离去游离a.a.扩散扩散 带电质点从高浓度区域向低浓带电质点从高浓度区域向低浓度区域运动度区域运动.b.b.复合复合 正离子与负离子相遇而互相中正离子与负离子相遇而互相中和还原成中性原子和还原成中性原子c.c.附着效应附着效应 电子与原子碰撞时电子与原子碰撞时,电子电子附着原子形成负离子附着原子形成负离子不均匀电场中气隙的放电特性不均匀电场中气隙的放电特性1.1.电晕放电电晕放电 一定电压作用下一定电压作用下,在曲率半径小的电极附在曲率半径小的电极附近发生局部游离近发生局部游离,并发出大量光辐射并发出大量光辐

11、射,有些有些像日月的晕光像日月的晕光,称为称为电晕放电电晕放电.电晕起始场强：开始出现电晕时电极表面电晕起始场强：开始出现电晕时电极表面的场强。的场强。电晕起始电压：开始出现电晕时的电压电晕起始电压：开始出现电晕时的电压电晕放电是极不均匀电场所特有的一种电晕放电是极不均匀电场所特有的一种自持自持放电放电形式形式液体的绝缘性能四四.液体电介质的击穿特性液体电介质的击穿特性1.1.“小桥小桥”理论理论(即即 :“气泡气泡”击穿理论击穿理论)变压器油的击穿主要原因变压器油的击穿主要原因,在于杂在于杂质的影响质的影响,而杂质是水分、受潮的纤维而杂质是水分、受潮的纤维和被游离了的气泡等构成，它们在电和被

12、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场的作用下，在电极间逐渐排列成为小桥，从而导致击穿。小桥，从而导致击穿。2.2.影响液体电介质击穿电压的因素影响液体电介质击穿电压的因素（1 1）自身品质因素：杂质的多少）自身品质因素：杂质的多少（含水量、纤维量、气量）（含水量、纤维量、气量）通过标准油杯中通过标准油杯中变压器油的工频变压器油的工频击穿电压来衡量击穿电压来衡量油的品质油的品质电压作用时间电压作用时间加压后短至几个微秒时，表现为电加压后短至几个微秒时，表现为电击穿，击穿电压很高。击穿，击穿电压很高。当电压作用时间大于毫秒级时，表现当电压作用时间大于毫秒级时，表现为热击穿

13、，击穿电压随作用时间增加为热击穿，击穿电压随作用时间增加而降低。而降低。电场均匀程度电场均匀程度 电场越均匀，杂质对击穿电压的影电场越均匀，杂质对击穿电压的影响越大分散性也愈大，击穿电压也越高。响越大分散性也愈大，击穿电压也越高。提高液体电介质击穿电压的措施提高液体电介质击穿电压的措施（1 1）过滤）过滤（2 2）防潮）防潮（3 3）脱气）脱气（4 4）覆盖层）覆盖层（5 5）绝缘层）绝缘层（6 6）屏障）屏障固体的绝缘性能固体的绝缘性能1.1.击穿形式击穿形式(1)(1)、电击穿、电击穿(2)(2)、热击穿、热击穿(3)(3)、电化学击穿、电化学击穿2.2.影响因素影响因素(1).(1).电

14、压作用时间电压作用时间(2).(2).电场均匀程度与介质厚度电场均匀程度与介质厚度(3).(3).电压种类电压种类(4).(4).电压作用的累积效应电压作用的累积效应(5).(5).受潮受潮3.3.提高击穿电压的措施提高击穿电压的措施(1).(1).改进制造工艺改进制造工艺:尽可能清除介尽可能清除介质中的杂质质中的杂质,可以通过精选材料、可以通过精选材料、改善工艺、真空干燥、加强浸渍等改善工艺、真空干燥、加强浸渍等方法。方法。(2).(2).改进绝缘设计改进绝缘设计:尽可能使电场尽可能使电场均匀。均匀。(3).(3).改善运行条件改善运行条件:注意防潮、尘注意防潮、尘污，加强散热冷却等。污，加

15、强散热冷却等。电介质的老化电介质的老化老化的主要形式：1、电老化2、热老化绝缘材料的耐热等级绝缘材料的耐热等级描写电介质电性能的四个物理量与对应的四个物理现象1.电介质的极化 相对介电系数2.电介质的电导 电导率3.电介质的损耗 介质损失角正切tg4.电介质的击穿 电场强度Er削弱游离因素的措施(1).采用高气压 气体压力提高后，气体的密度加大，减少了电子的平均自由行程，从而削弱了碰撞游离的过程。如高压空气断路器和高压标准电容器等10kV10kV高压标准介损器高压标准介损器(2).(2).采用高真空采用高真空 气体间隙中压力很低时，电子气体间隙中压力很低时，电子的平均自由行程已增大到极间空间的

16、平均自由行程已增大到极间空间很难产生碰撞游离的程度。很难产生碰撞游离的程度。如真空电容器、真空断路器等如真空电容器、真空断路器等真空电容器真空电容器真空断路器真空断路器(3).(3).采用高强度气体采用高强度气体 SF SF6 6气体属强电负性气体气体属强电负性气体,容易吸附电子容易吸附电子,从而削从而削弱了游离过程弱了游离过程.提高压力后可相当于一般液体或固提高压力后可相当于一般液体或固体绝缘的绝缘强度。它是一种无色、无味、无臭、体绝缘的绝缘强度。它是一种无色、无味、无臭、无毒、不燃的不活泼气体，化学性能非常稳定，无无毒、不燃的不活泼气体，化学性能非常稳定，无腐蚀作用。它具有优良的灭弧性能，其灭弧能力是腐蚀作用。它具有优良的灭弧性能，其灭弧能力是空气的空气的100100倍，故极适用于高压断路器中。倍，故极适用于高压断路器中。SFSF6 6断路器和组合电器里的断路器和组合电器里的SFSF6 6气体中的气体中的水分将对设备起腐蚀和破坏的作用。水分将对设备起腐蚀和破坏的作用。瓷瓷柱柱进进行行清清洗洗谢 谢共同学习相互提高谢谢观看谢谢观看