高电压技术计算机控制技术全册配套完整教学课件.ppt

1、North China Electric Power University 高电压技术计算机控制技术全册高电压技术计算机控制技术全册 配套完整教学课件配套完整教学课件 North China Electric Power University 高电压技术 电力工程系电力工程系 North China Electric Power University 绪绪 论论 各种高电压现象各种高电压现象 研究对象研究对象 中国电力系统电压等级划分中国电力系统电压等级划分 高电压技术在其它领域的应用高电压技术在其它领域的应用 课程相关信息课程相关信息 North China Electric Power U

2、niversity 雷电雷电 极光极光 电离圈电离圈 绝缘子闪络绝缘子闪络 电晕电晕 电弧电弧 各种高电压现象各种高电压现象 North China Electric Power University 研究对象研究对象 1.内容与范畴：内容与范畴：高电压技术高电压技术主要研究主要研究 高电压（强电场）下的各种电气设备物高电压（强电场）下的各种电气设备物 理问题。它起源于理问题。它起源于2020世纪初期，由于大世纪初期，由于大 功率、远距离输电而发展形成的一门独功率、远距离输电而发展形成的一门独 立学科，属于现代物理学中电学的一个立学科，属于现代物理学中电学的一个 分支。分支。 2.电气设备的绝

3、缘电气设备的绝缘： 绝缘介质（固、液、气体）在电场作用下绝缘介质（固、液、气体）在电场作用下 的电气物理性能和击穿的理论、规律。的电气物理性能和击穿的理论、规律。 高压试验高压试验判断、监视绝缘质量的主要判断、监视绝缘质量的主要 试验方法与试验原理。试验方法与试验原理。 3.电力系统的过电压：电力系统的过电压： 过电压及其防护过电压及其防护过电压的成因与限制过电压的成因与限制 措施措施。 North China Electric Power University 中国电力系统电压等级划分中国电力系统电压等级划分 高压（高压（HV）：）：1kV220kV 10kV,20kV,35kV,110kV

4、,220kV 超高压（超高压（EHV）：）：330kV,500kV,750kV 特高压（特高压（UHV）：）：1000kV及以上及以上 交流系统交流系统 直流系统直流系统 超高压（超高压（EHV）：）：500kV 特高压（特高压（UHV）：）： 800kV North China Electric Power University 高电压技术在其它领域的应用高电压技术在其它领域的应用 医学：利用高压脉冲体外碎石、治疗癌症；医学：利用高压脉冲体外碎石、治疗癌症； 农业：高压静电喷药，高电场诱发变异育种；农业：高压静电喷药，高电场诱发变异育种； 环保：高压脉冲放电处理污水，电除尘技术；环保：高压脉

5、冲放电处理污水，电除尘技术； 军事：大功率脉冲技术，电磁干扰、电子对抗；军事：大功率脉冲技术，电磁干扰、电子对抗； 其它：静电喷涂，高压设备制造等。其它：静电喷涂，高压设备制造等。 North China Electric Power University 课程相关信息课程相关信息 参考书：参考书： 高电压绝缘技术高电压绝缘技术，中国电力，严璋，朱德恒，中国电力，严璋，朱德恒 电网过电压教程电网过电压教程，中国电力，陈维贤，中国电力，陈维贤 高电压试验技术高电压试验技术，清华，张仁豫，清华，张仁豫 高电压技术高电压技术，中国电力，赵智大，中国电力，赵智大 High-Voltage Engine

6、ering，Pergamon Press, E. Kuffel (Canada), W.S. Zaengl, (Switzerland) 学习方法：学习方法： 理论联系实际理论联系实际 考试：考试： 20%（作业（作业+实验）实验）+80%（闭卷笔试）（闭卷笔试） 答疑安排：答疑安排： 时间：周四下午时间：周四下午4:00-5:00 地点：教三楼一楼地点：教三楼一楼105室室 North China Electric Power University 第一篇第一篇 高电压绝缘及实验高电压绝缘及实验 第一章第一章 电介质的极化、电导和损耗电介质的极化、电导和损耗 第二章第二章 气体放电的物理过程

7、气体放电的物理过程 第三章第三章 气隙的电气强度气隙的电气强度 第四章第四章 固体液体和组合绝缘的电气强度固体液体和组合绝缘的电气强度 第五章第五章 电气设备绝缘试验（一）电气设备绝缘试验（一） 第六章第六章 电气设备绝缘试验（二）电气设备绝缘试验（二） North China Electric Power University 第一章第一章 电介质的极化、电导和损耗电介质的极化、电导和损耗 电介质有气体、固体、液体三种形态，电介电介质有气体、固体、液体三种形态，电介 质在电气设备中是作为绝缘材料使用的。一切电质在电气设备中是作为绝缘材料使用的。一切电 介质在电场的作用下都会出现极化、电导和损

8、耗介质在电场的作用下都会出现极化、电导和损耗 等电气物理现象。电介质的电气特性分别用以下等电气物理现象。电介质的电气特性分别用以下 几个参数来表示：即介电常数几个参数来表示：即介电常数r，电导率，电导率(或其或其 倒数倒数电阻率电阻率)，介质损耗角正切，介质损耗角正切tg,击穿场击穿场 强强E，它们分别反映了电介质的极化、电导、损，它们分别反映了电介质的极化、电导、损 耗、抗电性能。耗、抗电性能。 North China Electric Power University 绝缘的作用：绝缘的作用： 绝缘的作用是将电位不等的导体分隔开，使其没有电绝缘的作用是将电位不等的导体分隔开，使其没有电 气

9、的联系能保持不同的电位气的联系能保持不同的电位,又称为电介质又称为电介质. 分类：分类： 气体绝缘材料：空气，气体绝缘材料：空气，SF6气体等气体等 固体绝缘材料：陶瓷，橡胶，玻璃，绝缘纸等固体绝缘材料：陶瓷，橡胶，玻璃，绝缘纸等 液体绝缘材料：变压器油液体绝缘材料：变压器油 混合绝缘：电缆，变压器等设备混合绝缘：电缆，变压器等设备 1.0 1.0 电力系统的绝缘材料电力系统的绝缘材料 North China Electric Power University 1.1 1.1 电介质的极化电介质的极化 定义：定义：电介质在电场作用下产生的束缚电荷的弹电介质在电场作用下产生的束缚电荷的弹 性位移

10、和偶极子的转向位移现象，称为性位移和偶极子的转向位移现象，称为电电 介质的极化。介质的极化。 效果：效果：消弱外电场，使电介质的等值电容增大消弱外电场，使电介质的等值电容增大。 物理量：物理量：介电常数介电常数 类型：类型：电子位移极化；离子位移极化；电子位移极化；离子位移极化； 转向极化；空间电荷极化。转向极化；空间电荷极化。 North China Electric Power University 电子位移极化电子位移极化 一切电介质都是由分子组成，一切电介质都是由分子组成， 分子又是由原子组成，每个原子都分子又是由原子组成，每个原子都 是由带正电荷的原子核和围绕核带是由带正电荷的原子核

11、和围绕核带 负电荷的电子云构成。负电荷的电子云构成。 当不存在外电场时，电子云的当不存在外电场时，电子云的 中心与原子核重合，此时电矩为中心与原子核重合，此时电矩为 零当外加一电场，在电场力的作零当外加一电场，在电场力的作 用下发生电子位移极化当外电场用下发生电子位移极化当外电场 消失时，原于核对电子云的引力又消失时，原于核对电子云的引力又 使二者重合，感应电矩也随之消失。使二者重合，感应电矩也随之消失。 电场中的所有电介质内都存在电场中的所有电介质内都存在 电子位移极化。电子位移极化。 q R R i -q O O E 图图1 1- -1 1 电子位移极化电子位移极化 North China

12、 Electric Power University 电子位移极化电子位移极化 极化机理：极化机理：电子偏离轨道电子偏离轨道 介质类型：介质类型：所有介质所有介质 建立极化时间：建立极化时间：极短，极短，10-14 10-15s 极化程度影响因素：极化程度影响因素： 电场强度（有关）电场强度（有关） 电源频率（无关）电源频率（无关） 温度（无关）温度（无关） 极化弹性：极化弹性：弹性弹性 消耗能量：消耗能量：无无 North China Electric Power University 离子位移极化离子位移极化 在由离子结合成的电介质内，外电场的作用除促使各个离子内部在由离子结合成的电介质内

13、，外电场的作用除促使各个离子内部 产生电子位移极化外还产生正、负离子相对位移而形成的极化，称为产生电子位移极化外还产生正、负离子相对位移而形成的极化，称为 离子位移极化。图离子位移极化。图l-2表示氯化钠晶体的离子位移极化。表示氯化钠晶体的离子位移极化。 Na+ Na+ Na+ Na+ Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Na+ Na+ Na+ Na+ l l l Cl- l l l Cl- l l 图图l-2 氯化钠晶体的离子位移极化氯化钠晶体的离子位移极化 North China Electric Power University 离子位移极化离子位移极化 极化机理：极

14、化机理：正负离子位移正负离子位移 介质类型：介质类型：离子性介质离子性介质 建立极化时间：建立极化时间：极短，极短，10-1210-13 s 极化程度影响因素：极化程度影响因素： 电场强度（有关）电场强度（有关） 电源频率（无关）电源频率（无关） 温度（随温度升高而略有增加）温度（随温度升高而略有增加） 极化弹性：极化弹性：弹性弹性 消耗能量：消耗能量：极微小极微小 North China Electric Power University 转向极化转向极化 在极性电介质中，即使没有外加电场，由于分子中正、负电荷的作用中在极性电介质中，即使没有外加电场，由于分子中正、负电荷的作用中 心不重合。

15、就单个分子而言，就已具有偶极矩，称为心不重合。就单个分子而言，就已具有偶极矩，称为固有偶极矩固有偶极矩。但由于分。但由于分 子不规则的热运动，使各分子偶极矩方向的排列没有秩序，因此，从宏观而子不规则的热运动，使各分子偶极矩方向的排列没有秩序，因此，从宏观而 言，对外并不呈现电矩。言，对外并不呈现电矩。 当有外电场时，由于电场力的作用，每个分子的固有偶极矩就有转向与当有外电场时，由于电场力的作用，每个分子的固有偶极矩就有转向与 外电场平行的趋势，其排列呈现行一定的秩序。但是受分子热运动的干扰，外电场平行的趋势，其排列呈现行一定的秩序。但是受分子热运动的干扰， 这种转向有秩序的排列。这种转向有秩序

16、的排列。 U U 电极 电介质 E 图图l-3 偶极子的转向极化偶极子的转向极化 North China Electric Power University 极化机理：极化机理：极性分子转向极性分子转向 介质类型：介质类型：偶极性介质偶极性介质 建立极化时间：建立极化时间：需时较长，需时较长，10-6 10-2 s 极化程度影响因素：极化程度影响因素： 电场强度（有关）电场强度（有关） 电源频率（有关）电源频率（有关） 温度（有关）温度（有关） 极化弹性：极化弹性：非弹性非弹性 消耗能量：消耗能量：有有 转向极化转向极化 North China Electric Power Universit

17、y 极化机理：极化机理：正负离子移动 介质类型：介质类型：含离子和杂质离子的介质 建立极化时间：建立极化时间：很长 极化程度影响因素：极化程度影响因素： 电场强度（有关） 电源频率（低频下存在） 温度（有关） 极化弹性：极化弹性：非弹性 消耗能量：消耗能量：有 空间电荷极化空间电荷极化 North China Electric Power University 最明显的空间电荷极化是最明显的空间电荷极化是夹层极化夹层极化。在实际的电气设备中，有不少。在实际的电气设备中，有不少 多层电介质的例子，如电缆、电容器、旋转电机、变压器、互感器、多层电介质的例子，如电缆、电容器、旋转电机、变压器、互感器

18、、 电抗器的绕组绝缘等，都是由多层电介质组成的。电抗器的绕组绝缘等，都是由多层电介质组成的。 以最简单的平行板电极间的双层电介质为例，对夹层极化作以说明：以最简单的平行板电极间的双层电介质为例，对夹层极化作以说明： 其电路图如下图所示，其电路图如下图所示， (a)(a)示意图示意图 (b)(b)等值电路等值电路 North China Electric Power University 、 、G1、C1、U1第一层介质的参数和电压；第一层介质的参数和电压； 、 、G2、C2、U2第二层介质的参数和电压。第二层介质的参数和电压。 （1 1）在）在 t=0 t=0 瞬间突然合闸，瞬间突然合闸， （

19、2 2） 时（到达稳态），电容相当于开路（时（到达稳态），电容相当于开路（“隔直隔直”） 1 1 2 2 1 2 0 2 1 C C U U t t 1 2 2 1 G G U U t 通常：通常： 1 2 1 2 G G C C 电荷重新分配，在两层介质的交界面处有积累电荷， 称为夹层极化夹层极化。 North China Electric Power University 空间电荷极化空间电荷极化 图图1-4 双层电介质的夹层极化双层电介质的夹层极化 G1 G2 C1 C2 U 如图如图l l- -4 4所示，各层介质的电容所示，各层介质的电容 分别为分别为C1C1和和C2C2；各层介质的

20、电导分别；各层介质的电导分别 为为G1G1和和G2G2；直流电源电压为；直流电源电压为U U。 为了说明的简便，全部参数均只为了说明的简便，全部参数均只 标数值，略去单位。标数值，略去单位。 设设C1=1C1=1，C2C22 2，G1=2G1=2，G2=1G2=1， U U3 3。 North China Electric Power University t=0时合闸，时合闸，U作用在作用在AB两端极扳上，瞬时电容上的电荷和电位分布如两端极扳上，瞬时电容上的电荷和电位分布如 图图1-5(a)所示整个介质的等值电容为所示整个介质的等值电容为 。 到达稳态时，电容上的电荷和电位分布如图到达稳态时

21、，电容上的电荷和电位分布如图1-5(b)所示。整个介质的等所示。整个介质的等 值电容为值电容为 。 分界面上堆积的电荷量为分界面上堆积的电荷量为+4-1+3。 3 2 U Q Ceq 3 4 U Q Ceq 图图1-5 双层电介质的电荷与电位分布双层电介质的电荷与电位分布 （a）暂态分布）暂态分布 （b）稳态分布）稳态分布 空间电荷极化（续）空间电荷极化（续） C1C2 U=3 UC1=2UC2=1 +2+2-2-2 (a) C1C2 U=3 UC1=1UC2=2 +1+4-4-1 (b) North China Electric Power University 空间电荷极化的特点空间电荷极

22、化的特点 夹层的存在将会造成电荷在夹层界面上的堆积和等值夹层的存在将会造成电荷在夹层界面上的堆积和等值 电容的增大。这就是夹层极化效应。电容的增大。这就是夹层极化效应。 夹层界面上电荷的堆积是通过介质电导夹层界面上电荷的堆积是通过介质电导G完成的。高压完成的。高压 绝缘介质的电导通常都是很小的，所以，这种极化过绝缘介质的电导通常都是很小的，所以，这种极化过 积将是很缓慢的。它的形成时间从几十分之一秒到几积将是很缓慢的。它的形成时间从几十分之一秒到几 分钟甚至有长达几小时的。因此，这种性质的极化只分钟甚至有长达几小时的。因此，这种性质的极化只 有在直流和低频交流电压下才能表现出来。有在直流和低频

23、交流电压下才能表现出来。 该极化伴随着能量损耗。该极化伴随着能量损耗。 大电容设备进行高压实验后应对设备绝缘进行较长时大电容设备进行高压实验后应对设备绝缘进行较长时 间放电。间放电。 North China Electric Power University 电介质极化种类及比较电介质极化种类及比较 极化类型极化类型 产生场合产生场合 所需时间所需时间 能量能量 损耗损耗 产生原因产生原因 电子式极化电子式极化 任何任何 电介质电介质 10-1410-15S 无无 束缚电子运行轨束缚电子运行轨 道偏移道偏移 离子式极化离子式极化 离子式结构离子式结构 电介质电介质 10-1210-13S 几乎

24、几乎 没有没有 离子的相对偏移离子的相对偏移 偶极子极化偶极子极化 极性极性 电介质电介质 10-1010-2S 有有 偶极子的定向排偶极子的定向排 列列 夹层极化夹层极化 多层介质的多层介质的 交界面交界面 10-1S数小数小 时时 有有 自由电荷的移动自由电荷的移动 North China Electric Power University 1.2 1.2 电介质的介电常数电介质的介电常数 一一. 介电常数的物理意义介电常数的物理意义 在真空中，有关系式在真空中，有关系式 式子中式子中 E场强矢量场强矢量 ； D电位移矢量，即电通量密度矢量电位移矢量，即电通量密度矢量 ， D与与E同向，比

25、例常数同向，比例常数 为真空中的介电常数为真空中的介电常数 ED 0 m V 2 mC 0 mF 12 99 0 10854. 8 1094 1 109880. 84 1 在介质中在介质中, D与与E同向，同向， 为介质的相对介电常数，它是没有量纲和为介质的相对介电常数，它是没有量纲和 单位的纯数。单位的纯数。 介质的介电常数介质的介电常数 通常，通常， ， 的量纲和单位与的量纲和单位与 相同相同 ED r 0 r r 0 0 二、气体介质的相对介电常数二、气体介质的相对介电常数 一切气体的相对介电常数一切气体的相对介电常数 都接近于都接近于1。 任何气体的相对介电常数均随温度的升高而减小，随

26、压力任何气体的相对介电常数均随温度的升高而减小，随压力 的增大而增大，但影响都很小。的增大而增大，但影响都很小。 三、液体介质的相对介电常数三、液体介质的相对介电常数 1.中性液体电介质中性液体电介质 ：石油、苯、四氯化碳、硅油等均为中：石油、苯、四氯化碳、硅油等均为中 性或弱极性液体介质其介电常数不大，其值在性或弱极性液体介质其介电常数不大，其值在1.82.8范范 围内。围内。 r North China Electric Power University 2极性液体介质：极性液体介质： (1)这类介质通常介电常数都较大。但这类介质的缺点是在交变电场这类介质通常介电常数都较大。但这类介质的缺

27、点是在交变电场 中的介质损耗较大，在高压绝缘中很少应用。中的介质损耗较大，在高压绝缘中很少应用。 (2)影响极性液体介质介电常数的主要因素：影响极性液体介质介电常数的主要因素： a. 介电常数与温度的关系介电常数与温度的关系 b. 介电常数与电场频率介电常数与电场频率 f 的关系的关系 四、固体电介质的介电常数四、固体电介质的介电常数 1. 1. 中性或弱极性固体电介质：中性或弱极性固体电介质： 只具有电子式极化和离子式极化，其介电常数较小。只具有电子式极化和离子式极化，其介电常数较小。 介电常数与温度之间的关系也与介质密度与温度的关系很接近。介电常数与温度之间的关系也与介质密度与温度的关系很

28、接近。 2. 2. 极性固体电介质：极性固体电介质： 介电常数都较大，一般为介电常数都较大，一般为3 3- -6 6，甚至更大。，甚至更大。 这类电介质的介电常数与温度的关系类似极性液体所呈现的规律。这类电介质的介电常数与温度的关系类似极性液体所呈现的规律。 电介质的介电常数电介质的介电常数( (续续) ) North China Electric Power University 1.3 1.3 电介质的电导电介质的电导 电介质的电导与金属的电导有本质上的区别。电介质的电导与金属的电导有本质上的区别。 一一. 表征电介质导电性能的物理量表征电介质导电性能的物理量电导率电导率 （或：电阻率（或

29、：电阻率 ） 电导形式电导形式 电导率电导率 金属导体金属导体 （自由电子）电子电导（自由电子）电子电导 很大很大 气体气体 液体液体 固体固体 自由电子、正离子、负离子自由电子、正离子、负离子 杂质电导、自身离解杂质电导、自身离解 离子离子 杂质、离子杂质、离子 电导电导 很小很小 很大很大 1 r r North China Electric Power University 二、影响介质电导的因素二、影响介质电导的因素 (1)温度温度 式中式中 A、B常数；常数； T绝对温度绝对温度 ； 电导率。电导率。 温度升高时，液体介质的黏度降低，离子受电场力作用而移动时所受温度升高时，液体介质的

30、黏度降低，离子受电场力作用而移动时所受 的阻力减小，离子的迁移率增大，使电导增大；另一方面，温度升高时，的阻力减小，离子的迁移率增大，使电导增大；另一方面，温度升高时， 液体介质分子热离解度增加，这也使电导增大。液体介质分子热离解度增加，这也使电导增大。 所以在测量电介质的电导或绝缘电阻时，必须注意记录所以在测量电介质的电导或绝缘电阻时，必须注意记录温度温度。 T B Ae (2)电场强度电场强度 North China Electric Power University 1.4 1.4 电介质中的能量损耗电介质中的能量损耗 一一. .电介质损耗的基本概念电介质损耗的基本概念 二二. .等效电

31、路与相量图等效电路与相量图 三三. .简化等效电路与损耗简化等效电路与损耗 四四. .讨论讨论tgtg 的意义的意义 五五. .吸收电流与吸收曲线吸收电流与吸收曲线 本节主要内容：本节主要内容： North China Electric Power University 电介质在电场作用下会产生能量损耗。电介质在电场作用下会产生能量损耗。 一一. .电介质损耗的基本概念电介质损耗的基本概念 在电场作用下，电介质由于电导引起的损耗和有损在电场作用下，电介质由于电导引起的损耗和有损 极化（如转向极化、空间电荷极化等）引起的损耗，极化（如转向极化、空间电荷极化等）引起的损耗， 总称为总称为“介质损耗

32、介质损耗”。 直流电场下直流电场下, ,无周期性的极化过程，只要外加电压没无周期性的极化过程，只要外加电压没 有达到引起局部放电的数值，介质损耗就仅由电导损有达到引起局部放电的数值，介质损耗就仅由电导损 耗组成。耗组成。 North China Electric Power University 真空真空+ - d V E=V/d + - 电介质电介质 + - d V E=V/d + - -p +p PE 0 =-P, D= 二二. . 等效电路与相量图等效电路与相量图 North China Electric Power University 0 0 * EPDP EEE j* 0 j t

33、EE e 0 ( )*()()()() () JD tEtjEtjj E jEJJ 如果电场的速度可以与极化建立的速度相比拟，极化强度如果电场的速度可以与极化建立的速度相比拟，极化强度 落后于交变电场的强度落后于交变电场的强度 此时介电常数此时介电常数 可以表示为一个复数可以表示为一个复数 考虑到考虑到 介质中的极化电流密度介质中的极化电流密度 P E 二二. . 等效电路与相量图等效电路与相量图 电子位移极化电子位移极化 离子位移极化离子位移极化 转向极化转向极化 空间电荷极化空间电荷极化 North China Electric Power University J c J E g J p

34、c J pr J lk J p J r J 二二. . 等效电路与相量图等效电路与相量图 JgJg为真空和无损极化所引起的电流为真空和无损极化所引起的电流 密度，纯容性；密度，纯容性； JpJp为有损极化所引起的电流密度，为有损极化所引起的电流密度， 它由无功部分它由无功部分JpcJpc和有功部分和有功部分JprJpr组组 成。成。 J Jlk lk为漏导引起的电流密度， 为漏导引起的电流密度， 纯阻性；纯阻性； North China Electric Power University 二二. . 等效电路与相量图等效电路与相量图 R3 C1 R2 C2 i=i1+i2+i3 i1 i2 i

35、3 u I C I2 R I2 3 I U 2 I 1 I 图中图中C1 代表介质的代表介质的 真空电容和无损极真空电容和无损极 化（电子式和离子化（电子式和离子 式极化），式极化），C2 R2 代表各种有损极化代表各种有损极化 ，而，而R3则代表电导则代表电导 损耗。损耗。 介质损耗角介质损耗角为功率因数角为功率因数角的余角，其正切的余角，其正切 tg又可称为又可称为 介质损耗因数，常用百分数（介质损耗因数，常用百分数（%）来表示。）来表示。 North China Electric Power University 三三. . 简化等效电路与损耗简化等效电路与损耗 U U I CR III

36、 R I C I R CP R I C I U I P = U I cos = U IR= U IC tg = U2 Cp tg 式中式中 电源角频率；电源角频率；功率因数角；功率因数角；介质损耗角。介质损耗角。 North China Electric Power University 用介质损耗用介质损耗P P来表示介质品质好坏不方便来表示介质品质好坏不方便，P P与试验电压的与试验电压的 平方和电源频率成正比平方和电源频率成正比，与试品尺寸与试品尺寸、放置位置有关放置位置有关，不不 同试品间难以进行比较同试品间难以进行比较。 当外加电压和频率一定时当外加电压和频率一定时，P P与介质的物

37、理电容成正比与介质的物理电容成正比，对对 一定结构的试品而言一定结构的试品而言，电容电容C C是定值是定值，P P与与tgtg 成正比成正比，故故 对同类试品对同类试品，可直接用可直接用tgtg 代替代替P P值值，对绝缘进行判断对绝缘进行判断。 介质损失角正切值介质损失角正切值tgtg ，如同如同 r r一样一样，取决于材料的特性取决于材料的特性， 而与材料尺寸无关而与材料尺寸无关，可以方便地表示介质的品质可以方便地表示介质的品质。 四四. . 讨论讨论tgtg 的意义的意义 P = U I cos = U IR= U IC tg = U2 Cp tg North China Electri

38、c Power University 四四. . 讨论讨论tgtg 的意义的意义 （3 3）在绝缘试验中，）在绝缘试验中，tgtg 的测量是一项基本测试项目。当绝缘受潮劣的测量是一项基本测试项目。当绝缘受潮劣 化或含有杂质时，化或含有杂质时，tgtg 将显著增加，绝缘内部是否存在局部放电，可将显著增加，绝缘内部是否存在局部放电，可 通过测通过测tgtg - -U U的关系曲线加以判断。的关系曲线加以判断。 （4 4）用做绝缘材料的介质，希望）用做绝缘材料的介质，希望tgtg 小。在其他场合，可利用小。在其他场合，可利用tgtg 引引 起的介质发热，如电瓷泥坯的阴干需较长时间，在泥坯上加适当的交

39、起的介质发热，如电瓷泥坯的阴干需较长时间，在泥坯上加适当的交 流电压，则可利用介质损耗发热，加速干燥过程。流电压，则可利用介质损耗发热，加速干燥过程。 （1 1）设计绝缘结构时，应注意到绝缘）设计绝缘结构时，应注意到绝缘 材料的材料的tgtg 值。若值。若tgtg 过大会引起严重过大会引起严重 发热，使材料劣化，甚至可能导致热击发热，使材料劣化，甚至可能导致热击 穿。穿。 （2 2）用于冲击测量的连接电缆，其）用于冲击测量的连接电缆，其tgtg 必须要小，否则冲击电压波在其中传播必须要小，否则冲击电压波在其中传播 时将发生畸变，影响测量精度。时将发生畸变，影响测量精度。 North China

40、 Electric Power University 在等值电路上加上直流在等值电路上加上直流 电压时，电介质中流过的将电压时，电介质中流过的将 是电容电流是电容电流 i1、吸收电流、吸收电流 i2 和电导电流和电导电流 i3 。三者随时间。三者随时间 的变化如上右图。这三个电的变化如上右图。这三个电 流分量加在一起，即得出总流分量加在一起，即得出总 电流上右图中的总电流电流上右图中的总电流 i,它它 表示在直流电压作用下，流表示在直流电压作用下，流 过绝缘的总电流随时间而变过绝缘的总电流随时间而变 化的曲线，称为化的曲线，称为吸收曲线吸收曲线。 五五. . 吸收电流与吸收曲线吸收电流与吸收曲

41、线 返回返回 i1电容电流电容电流 由无损极化引起，存在时间短由无损极化引起，存在时间短 i2吸收电流吸收电流 由有损极化（主要为夹层极化）引起，存在时间长，几到几十分钟由有损极化（主要为夹层极化）引起，存在时间长，几到几十分钟 i3泄漏电流或电导电流泄漏电流或电导电流 不随时间变化不随时间变化 North China Electric Power University 第二章第二章 气体放电的物理过程气体放电的物理过程 第一节第一节 气体中带电质点的产生和消失气体中带电质点的产生和消失 第二节第二节 气体放电机理气体放电机理 第三节第三节 电晕放电电晕放电 第四节第四节 不均匀电场气隙的击穿

42、不均匀电场气隙的击穿 第五节第五节 雷电放电雷电放电 第六节第六节 气隙的沿面放电气隙的沿面放电 North China Electric Power University 2.1 2.1 气体中带电质点的产生和消失气体中带电质点的产生和消失 一一.带电质点在气体中的运动带电质点在气体中的运动 二二.带电质点的产生带电质点的产生 三三.带电质点的消失带电质点的消失 本节主要内容：本节主要内容： North China Electric Power University 一一. .带电质点在气体中的运动带电质点在气体中的运动 当气体中存在电场时，带电质点当气体中存在电场时，带电质点 一方面进行着

43、混乱一方面进行着混乱热运动热运动，另一方面，另一方面 又将又将沿着电场作定向漂移沿着电场作定向漂移。 各种粒子在空气中运动时都会不各种粒子在空气中运动时都会不 断碰撞。一个质点在每两次碰撞之间断碰撞。一个质点在每两次碰撞之间 自由通过的距离叫自由通过的距离叫自由行程。自由行程。 实际的自由行程长度是实际的自由行程长度是随机量随机量， 有很大的有很大的分散性。分散性。 单位行程中的碰撞次数单位行程中的碰撞次数Z的倒数的倒数 即为该粒子的即为该粒子的平均自由行程平均自由行程。 E 1. 平均自由行程平均自由行程 North China Electric Power University 电子在其自

44、由行程内从外电场获得动能电子在其自由行程内从外电场获得动能 ，能量，能量 除决定于电场强度外，还和其自由行程有关除决定于电场强度外，还和其自由行程有关 电子的平均自由行程要比分子和离子的大得多电子的平均自由行程要比分子和离子的大得多 气体分子密度越大，其中质点的平均自由行程越气体分子密度越大，其中质点的平均自由行程越 小。小。 一一. .带电质点在气体中的运动（续）带电质点在气体中的运动（续） North China Electric Power University 2. 带电粒子的迁移率带电粒子的迁移率 带电粒子在电场力的驱动下，沿着电场方向运动，其速度带电粒子在电场力的驱动下，沿着电场方

45、向运动，其速度 v v与场强与场强E其比例系数其比例系数k=v/Ek=v/E，称为，称为迁移率迁移率，它表示该带电粒子，它表示该带电粒子 单位场强（单位场强（1V/m）下沿电场方向的漂移速度。）下沿电场方向的漂移速度。 由于电子的平均自由行程长度比离子大得多，而电子的质由于电子的平均自由行程长度比离子大得多，而电子的质 量比离子小得多。更易加速，所以量比离子小得多。更易加速，所以电子的迁移率远大于离子电子的迁移率远大于离子。 一一. .带电质点在气体中的运动（续）带电质点在气体中的运动（续） North China Electric Power University 3.扩散扩散 在热运动的过

46、程中，粒子会从浓度较大的区域运动到浓在热运动的过程中，粒子会从浓度较大的区域运动到浓 度较小的区域，从而使每种粒子的浓度分布均匀化，这种物度较小的区域，从而使每种粒子的浓度分布均匀化，这种物 理过程叫理过程叫扩散扩散。 气体压力越高或者温度越低气体压力越高或者温度越低，扩散过程也就越弱扩散过程也就越弱 电子的热运动速度大电子的热运动速度大、自由行程长度大自由行程长度大，所以其扩散速度所以其扩散速度 也要比离子快得多也要比离子快得多。 一一. .带电质点在气体中的运动（续）带电质点在气体中的运动（续） North China Electric Power University 二二. .带电质点的产生带电质点的产生 气体中带电质点的来源有二：一是气体分子本身发生电气体中带电质点的来源有二：一是气体分子本身发生电 离；另一是气体中的固体或液体金属发生表面电离。离；另一是气体中的固体或液体金属发生表面电离。 气体分子