西安交通大学：《高电压绝缘专论》研究生课程教学资源（课件讲稿）04 电介质在电场作用下发生的现象

西安交通大学XI'ANJIAOTONGUNIVERSITY电场作用下电介质中发生的现象西安交通大学电气工程学院先进高电压与等离子体技术研究中心1898

西安交通大学 电气工程学院 先进高电压与等离子体技术研究中心 电场作用下电介质中发生的现象

电介质？什么是绝缘？什么是绝缘？用于实现不同电位导体在电气上的隔离和机械上的固定，它是几乎所有高压电气电子系统中必不可少的部件。可以认为，电介质=绝缘材料（气、液、固、真空）。电力设备中绝缘或电介质的作用，除了在电容器中有储能这特殊要求外，在其它绝大多数场合中，只是防止电流向不希望的方向流动，以及对不同电位的导体起机械固定或隔离作用。-2-《高电压绝缘专论》Xi'anJiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -2- 什么是绝缘？ 用于实现不同电位导体在电气上的隔离和机械上的固定，它是 几乎所有高压电气电子系统中必不可少的部件。 可以认为，电介质=绝缘材料（气、液、固、真空）。 电力设备中绝缘或电介质的作用，除了在电容器中有储能这一 特殊要求外，在其它绝大多数场合中，只是防止电流向不希望 的方向流动，以及对不同电位的导体起机械固定或隔离作用。 什么是绝缘？电介质？

电场作用下电介质中发生的现象当在一块电介质材料、一个电极系统、一台电力设备上施加电压产生电场时，电介质中会发生一些什么现象呢？极化、电导、损耗、老化、放电、击穿。。。从只要是存在电压/有电场激励的系统都会存在上述现象，强电（电力）到弱电（电子信息），都会存在！-3-《高电压绝缘专论》Xi'anJiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -3- 当在一块电介质材料、一个电极系统、一台电力设备上施加 电压产生电场时，电介质中会发生一些什么现象呢？ 极化、电导、损耗、老化、放电、击穿。 只要是存在电压/有电场激励的系统都会存在上述现象，从 强电（电力）到弱电（电子信息），都会存在！ 电场作用下电介质中发生的现象

电力设备的构成材料国电力设备是电力系统的构成元件福电力设备是机械与电磁相结合的装备电力设备主要由两类不同材料构成：国一类为金属材料，包括铜、铝等导电材料，硅钢片等导磁材料，铸铁、钢板等外壳或结构材料：另一类为绝缘材料，如绝缘纸（及纸筒、纸板）、层压板（及筒）、塑料薄膜、硅橡胶、电瓷、绝缘油、绝缘气体等。电力设备中绝缘材料或电介质的根本作用，除了在电容器中有储能这一特殊要求外，在其它绝大多数场合中，只是防止电流向不希望的方向流动，以及对不同电位的导体起机械固定或隔离作用-4-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -4- 电力设备的构成材料 q 电力设备是电力系统的构成元件 q 电力设备是机械与电磁相结合的装备 q 电力设备主要由两类不同材料构成： 一类为金属材料，包括铜、铝等导电材料，硅钢片等导磁材料，铸铁、钢 板等外壳或结构材料； 另一类为绝缘材料，如绝缘纸(及纸筒、纸板)、层压板(及筒)、塑料薄膜、 硅橡胶、电瓷、绝缘油、绝缘气体等。 q 电力设备中绝缘材料或电介质的根本作用，除了在电容器中有储能这 一特殊要求外，在其它绝大多数场合中，只是防止电流向不希望的方 向流动，以及对不同电位的导体起机械固定或隔离作用 q 上世纪40年代以前，绝缘问题似乎并不占有重要的作用，但之后—?

电力设备的故障环境因素11工辐射电应力1电气设备绝缘材料：矿物油、绝缘纸、有机合成材料等机械应力一导电材料：铜等一化学应力一导磁材料：矽钢片等结构材料：钢、层压板、垫块、支撑等11热应力店相对于金属材料，绝缘材料尤其是有机绝缘材料容易老化变质而使其机电强度显著降低电力系统中60%以上的停电事故是由电力设备的绝缘缺陷引起的：潜伏性故障-设计、制造过程中存在质量问题，安装运输中出现损坏运行中故障-由于电、热、机械、化学及其它因素，潜伏性故障发展或出现新的故障；格绝缘缺陷的分类：集中性缺陷、分布性缺陷-5-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -5- q 相对于金属材料，绝缘材料尤其是有机绝缘材料，容易老化变质而使 其机电强度显著降低； q 电力系统中60％以上的停电事故是由电力设备的绝缘缺陷引起的； q 潜伏性故障－设计、制造过程中存在质量问题，安装运输中出现损坏； q 运行中故障－由于电、热、机械、化学及其它因素，潜伏性故障发展 或出现新的故障； q 绝缘缺陷的分类：集中性缺陷、分布性缺陷； 电力设备的故障

电力设备的故障率曲线1Wear-OutBurn-InRandom FailuresFailuresFailurese.g.causede.g. caused bybyOperating and0Instalation,Maintenace ErrorsProductionor Materialfailures--t,t2Lifetime1Arrangementslifespanaccuratetrials, initial batch,operation andcalculation,trialsproduction control,maintenancequality assurance-6-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -6- 故 障 率 (t) Burn-In Failures Random Failures Wear-Out Failures Lifetime Arrangements e.g. caused by Instalation, Production or Material failures e.g. caused by Operating and Maintenace Errors trials, initial batch, production control, quality assurance accurate operation and maintenance life span calculation, trials 电力设备的故障率曲线

避免和减少损失？如何减少电力设备的故障生产过程的措施（制造厂家）设计上：研究改善电场分布、降低最大场强；配件上：对配件(如变压器分接开关、套管等）认真选购及试验：工艺上:提高油纸绝缘包缠、干燥、浸渍质量；试验上：严格车间检验、出厂试验、增加局放试验等投运后的试验和维修策略(运行部门）加强试验和维修-7《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -7- ü 设计上： 研究改善电场分布、降低最大场强； ü 配件上： 对配件(如变压器分接开关、套管等)认真选购及试验； ü 工艺上： 提高油纸绝缘包缠、干燥、浸渍质量； ü 试验上： 严格车间检验、出厂试验、增加局放试验等。 生产过程的措施（制造厂家） 投运后的试验和维修策略（运行部门） ü 加强试验和维修 如何减少电力设备的故障、避免和减少损失？

电力设备试验的分类按类型分类：型式试验、出厂试验、交接验收试验、预防性试验等；福设计定型--型式试验--地点在认证机构制造完出厂前-出厂试验--地点在厂家心制造商与运行商之间的交接--交接验收试验--地点在现场投入运行后的运行中--预防性试验--地点在现场绝缘试验、特性试验；国按性质和要求分类：国绝缘试验的分类：非破坏性试验（试验电压低）破坏性试验（试验电压高）；2-8-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -8- 电力设备试验的分类 q 按类型分类：型式试验、出厂试验、交接验收试验、预防性试验等； q 设计定型－－型式试验－－地点在认证机构 q 制造完出厂前－－出厂试验－－地点在厂家 q 制造商与运行商之间的交接－－交接验收试验－－地点在现场 q 投入运行后的运行中－－预防性试验－－地点在现场 q 按性质和要求分类：绝缘试验、特性试验； q 绝缘试验的分类：非破坏性试验(试验电压低)、破坏性试验(试验电压高)；

突发应力负荷维修后寿命延长耐受强度△t环境污染老化正常运行中产生的应力故障区事故区正常运行区:运行年限电力设备使用寿命与应力之间的关系-9-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -9- 电力设备使用寿命与应力之间的关系

从电阻/绝缘电阻的测量谈起-10-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -10- 从电阻/绝缘电阻的测量谈起