【正文】 165。介質(zhì)的絕緣電阻或介質(zhì)電導(dǎo)決定了介質(zhì)中的泄漏電流。因此，一般所指泄漏電流是流過介質(zhì)內(nèi)部的泄漏電流，相應(yīng)的絕緣電阻是體積絕緣電阻，以此來反映介質(zhì)內(nèi)部的情況，由于表面電阻受外界的影響很大，因此在工程上測量絕緣電阻時，應(yīng)在測量回路中加以輔助電極，使表面泄漏電流不通過測量表。介質(zhì)電導(dǎo)的大小與帶電質(zhì)點的密度、速度、電荷量、外施電場和溫度有關(guān)。因此，介質(zhì)電阻具有負(fù)的溫度系數(shù)，與金屬電阻相反。電介質(zhì)的絕緣電阻隨溫度上升而增大，近似于指數(shù)關(guān)系： (23)式中 R0——溫度為0℃的絕緣電阻； Rit——溫度為t℃的絕緣電阻； a——溫度系數(shù)，根據(jù)不同的設(shè)備、材料和結(jié)構(gòu)的試驗來確定。 ig為純電容電流分量，由電極間幾何電容C0以及介質(zhì)中的無損極化決定，故又稱為幾何電流，其存在時間很短，很快衰減到零；216。其存在時間較長，可達(dá)數(shù)分鐘到數(shù)十分鐘，它與時間軸的所夾面積即為吸收電荷；216。流過介質(zhì)的總電流為： (24)據(jù)此可畫出介質(zhì)等值電路如圖23所示。 Cg為純電容支路，代表介質(zhì)的幾何電容及無損極化過程，流過的電流ig ；216。 Rlk 代表電導(dǎo)電流支路，流過的電流為ilk。空氣中電流和電壓的關(guān)系如圖24所示。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣說，E1187。103V/cm和E2187。???區(qū)：場強超過E2位時，氣體介質(zhì)中將發(fā)生撞擊游腐，從而使電流密度迅速增大，最后使氣隙擊穿。cm1），故是良好的絕緣體。中性和弱極性液體，在純凈時，電導(dǎo)很小，而當(dāng)含有雜質(zhì)和水分時，其電導(dǎo)顯著增加，絕緣性能下降，其電導(dǎo)主要由雜質(zhì)離子構(gòu)成。液體的分子結(jié)構(gòu)、極性強弱，、純凈程度、介質(zhì)溫度等對電導(dǎo)影響很大，各種液體電介質(zhì)的電導(dǎo)可能相差懸殊，工程上常用的變壓器油、漆和樹脂等都屬于弱極性。n 固體介質(zhì)電導(dǎo)固體介質(zhì)電導(dǎo)分為：i. 離子電導(dǎo) 離子電導(dǎo)很大程度取決于介質(zhì)中所含雜質(zhì)，特別是對中性及弱極性介質(zhì)，雜質(zhì)離子起主要作用。表面電導(dǎo)：固體介質(zhì)的表面在干燥、清潔時，其電導(dǎo)很小，故其表面電導(dǎo)主要是由于附著于介質(zhì)表面吸附一些水分、塵埃或?qū)щ娦缘幕瘜W(xué)沉淀物而引起的，其中水分起著特別重要的作用。多孔性介質(zhì)，其表面、體積電阻均小，如纖維材料就屬于這類。8) 討論電介質(zhì)電導(dǎo)的意義n 在絕緣預(yù)防性試驗中，以絕緣電阻值判斷絕緣是否受潮或有其他劣化現(xiàn)象。圖中，串聯(lián)支路Rp~Cp代表電介質(zhì)的吸收特性。如絕緣受湘，或存在穿透性的導(dǎo)電通道，則不僅最后穩(wěn)定的絕緣電阻值Rlk很低，而且還會很快達(dá)到穩(wěn)定值。.通常用加壓60s測量的絕緣電阻與加壓15s測量的絕緣電阻的比值（稱為吸收比）可以有效地判斷絕緣的好壞，即圖25 某變壓器的絕緣電阻與時間關(guān)系曲線1190。經(jīng)干燥后 (25)如良好、干燥的絕緣，吸收電流較大（較?。琄值較大（應(yīng)大于某一定值）；受潮或有缺陷的絕緣，吸收比較小。n 設(shè)計時要考慮絕緣的使用環(huán)境，特別是濕度的影響。n 不是所有的情況下均要求絕緣電阻值高，有些情況下要設(shè)法減小絕緣電阻值。6. 電介質(zhì)的損耗1) 電介質(zhì)損耗及介質(zhì)損失角正切介質(zhì)在電壓作用下有能量損耗:216。 有損極化引起的損耗 而在交流電壓下，除了電導(dǎo)損耗外，還由于存在周期性極化引起的能量損耗，因此，引入介質(zhì)損耗這一新的物理量來表示。 圖26 介質(zhì)在交流電壓作用時的電流相量圖及功率三角形（a）接線圖；（b）相量圖；（c）功率三角形圖26所示電路中，在介質(zhì)兩端施加交流電壓，由于介質(zhì)中有損耗，電流不是純電容電流，可分為兩個分量： (26)式中 190。有功電流分量； 190。無功電流分量。對同類試品可直接用tgd 來代替P值，對絕緣的優(yōu)劣進(jìn)行判斷 當(dāng)外加電壓和頻率一定時，P與介質(zhì)的物理電容C成正比，對一定結(jié)構(gòu)的試品而言，電容C是定值，P與tgd 成正比。介質(zhì)損失角正切值tgd ，如同e r 一樣，仍取決于材料的特性，而與材料尺寸無關(guān)，可以方便地表示介質(zhì)的品質(zhì)。（a）并聯(lián)等值電路（b）串聯(lián)等值電路圖27 有損介質(zhì)的等值電路和相量圖從圖（a）中可得： (29) (210)從圖（b）中可得： (211) (212)但所述等值電路只有計算上的意義，不能確切地反映介質(zhì)的物理過程。但要注意其中參數(shù)不同，由式(210)和式(212)可得： (226)因此，在測量tgd 時設(shè)備的電容量計算公式與采用哪一種等值電路有關(guān)。1，故Cp 187。實際上電導(dǎo)損耗和極化都是存在的，介質(zhì)的等值電路應(yīng)用圖26中所示，用三支路并聯(lián)等值電路來等值。氣體中的tgd 與電壓的關(guān)系圖28氣體中的tgd 與電壓的關(guān)系216。此時氣體介質(zhì)中的損耗也將是極小（tgd 108)，工程中可以略去不計。216。在固體介質(zhì)中含有氣泡時，氣泡在高壓下會發(fā)生游離，并使固體介質(zhì)逐漸劣化。對于固體介質(zhì)與金屬電極接觸處的空氣隙，則經(jīng)常用適中的方法，使氣隙內(nèi)場強為零。通過彈性銅片與導(dǎo)電桿相連；高壓電機(jī)定子線圈槽內(nèi)絕緣外包半導(dǎo)體層后，再嵌入槽內(nèi)等。 中性液體固體電介質(zhì)中的極化主要是電子位移極化和離子位移極化。這類介質(zhì)中的損耗便主要漏導(dǎo)決定。圖29 中性液體或中性固體電介質(zhì)的tgd 圖210中性液體或中性固體電介質(zhì)的tgd 與溫度的關(guān)系示意圖 與電場的關(guān)系示意圖216。它與溫度、頻率等因素有較復(fù)雜的關(guān)系。溫度較低時，松香油的粘度大，偶極子的轉(zhuǎn)向校難，tgd 故較小；溫度較高時，松香油的粘度減小，偶極子的轉(zhuǎn)向較易，故tgd 增大；溫度再高時，松香油的粘度更小，偶極子的轉(zhuǎn)向很易，但偶極子回轉(zhuǎn)時的摩擦損耗卻減小很多，故tgd 反而減小了；溫度更高時，雖然由于粘度小，使偶極子回轉(zhuǎn)時的摩擦損耗減小，但電導(dǎo)隨溫度的增加而迅速增加，使電導(dǎo)式損耗迅速增大，總的損耗及tgd 也都迅速增大。頻率很低時，介質(zhì)中的損耗主要由電導(dǎo)造成的，偶極式損耗很少，故總的損耗功率小，但因頻率很低，電容電流很小，故tgd 卻比較大。以上兩種因素的結(jié)合使得在某頻率范圍tgd 隨頻率而增長。n 固體電介質(zhì)中的損耗固體介質(zhì)的情況比較復(fù)雜。強極性介質(zhì)在高壓設(shè)備中一般不采用。 分子式結(jié)構(gòu)中有中性和極性兩種。極性介質(zhì) 如纖維材料（紙、纖維板等）和含有極性基的有機(jī)材料（聚氯乙烯、有機(jī)玻璃、酚醛樹脂、硬橡膠等），此類介質(zhì)的tgd 與溫度、頻率的關(guān)系與極性液體相似，tgd 值較大，高頻下更為嚴(yán)重。 離子式結(jié)構(gòu)的介質(zhì)，其tgd 與結(jié)構(gòu)特性有關(guān)。結(jié)構(gòu)不緊密的離子結(jié)構(gòu) ，如玻璃、陶瓷，有極化損耗，故介質(zhì)的tgd 較大，但隨成分和結(jié)構(gòu)的不同，tgd 相差懸殊。 不均勻結(jié)構(gòu)的介質(zhì)，在工程上常常遇到，如電機(jī)絕緣中使用的云母制品和廣泛使用的油浸紙、膠紙絕緣等，其損耗取決于各成分的性能和數(shù)量間比例。目前尚無完整的、系統(tǒng)的理論來說明各種復(fù)雜的物理過程。一般這種損耗較大，是占整體損耗的主要部分。若tgd 過大會引起嚴(yán)重發(fā)熱，使材料劣化，甚至可能導(dǎo)致熱擊穿。n 在絕緣試驗中，tgd 的測量是一項基本測試項目。n 用做絕緣材料的介質(zhì)，希望tgd 小。五、 采用的教學(xué)方法和手段教學(xué)方法：《講述法》教學(xué)手段：《投影》 167。10. 掌握湯遜德理論的要點和適用范圍；11. 掌握流注理論的要點和適用范圍；12. 掌握不均勻電場氣隙擊穿中的極性效應(yīng)原理；13. 掌握長間隙擊穿過程中的先導(dǎo)放電機(jī)理；14. 了解電暈放電機(jī)理；15. 了解雷電放電機(jī)理。三、 教學(xué)難點電離和氣體放電機(jī)理全是微觀電子運動產(chǎn)生的現(xiàn)象，傳統(tǒng)的教學(xué)方法很難表達(dá)清楚；不均勻電場氣隙擊穿中的極性效應(yīng)主要是空間電荷畸變電場的作用，比較抽象，很難理解溫度和頻率對偶極子極化的影響。 （32）導(dǎo)致氣體光電離的光子可以由自然界（如空中的紫外線、宇宙射線等）或人為照射（如紫外線、x 射線等）提供，也可以由氣體放電過程本身產(chǎn)生。 隨著溫度升高氣體分子動能增加引起的碰撞電離；216。（4） 表面電離陰極發(fā)射電子的過程，稱為表面電離。 正離子碰撞陰極 正離子碰撞陰極時使電子逸出金屬（傳遞的能量要大于逸出功）。216。216。216。8. 帶電質(zhì)點的消失與形成帶電質(zhì)點的電離過程相反的過程稱為帶電質(zhì)點的消失過程。一種方式是一部分帶電質(zhì)點在電場作用下作定向運動，從而消失于電極（造成電流）。9. 湯遜德理論的要點和適用范圍（1） 電子崩的形成（2） 自持放電條件電子電離系數(shù)α：一個電子沿著電場方向行走單位長度，平均發(fā)生的碰撞電離次數(shù)（由電離產(chǎn)生的自由電子數(shù)）。設(shè)：一個電子從陰極行走 x 距離產(chǎn)生的自由電子數(shù)為n，n個電子前進(jìn)dx 產(chǎn)生的新電子數(shù)為： 或 （33）一個電子從陰極到陽極產(chǎn)生的電子數(shù)為： （34） 一個電子從陰極到陽極產(chǎn)生的正離子數(shù)為： （35）自持放電條件： （36）（3） 氣隙的擊穿電壓與pd的函數(shù)關(guān)系——巴申定律 （37）圖 均勻電場中幾種氣體擊穿電壓和pd的關(guān)系（4） 湯遜德理論的適用范圍湯遜德理論是在氣壓較低、pd值較小條件下進(jìn)行的放電實驗的基礎(chǔ)上建立起來的，是一種輝光放電現(xiàn)象。10. 流注理論的要點和適用范圍（1） 電子崩階段190?？臻g電荷畸變外電場 圖 平板電極間的電子崩空間電荷對外電場的畸變（a）電子崩示意圖 （b）電子崩中空間電荷的濃度分布（c）空間電荷的電場 （d）合成電場（2） 流注的形成主電子崩中釋放的光子引起二次電離,二次電子崩匯入主電子崩將形成流注。216。圖 正流注的產(chǎn)生及發(fā)展1190。起始電子崩（主電子崩）； 2190。二次電子崩； 3190。流注216。流注形成后向陽極發(fā)展。190。190。190。216。 放電時間：pd很大時，光子以光速傳播，流注發(fā)展速度極快，放電時 間特別短。 陰極材料的影響：Pd很大時，擊穿電壓和陰極材料基本無關(guān)，維持自持放電的是空間光電離，而不是陰極表面的電離過程。棒極為正時的擊穿電壓值低于棒極為負(fù)時的擊穿電壓值。這時流注通道發(fā)展到足夠的長度后，將有較多的電子循通道流向電極，通過通道根部的電子最多，于是流注根部溫度升高，出現(xiàn)了熱電離過程。間隙中如出現(xiàn)先導(dǎo)放電階段，則平均擊穿場強降低，因此長空氣間隙的平均擊穿場強遠(yuǎn)低于短間隙。在黑暗中可以看到該電極周圍有薄薄的發(fā)光層，有些象“月暈”，電暈電極周圍的電離層稱為電暈層，電暈層以外電場很弱，因而不發(fā)生電離過程的空間稱為外區(qū)。電暈放電會帶來不利影響。電暈放電過程中會出現(xiàn)放電的脈沖現(xiàn)象，形成高頻電磁波，引起干擾。電暈放電在某些特定情況下還有其有利的一面。14. 雷電放電雷電放電由帶電荷的雷云引起的，包括放電發(fā)生在雷云之間的云層放電和放電發(fā)生在雷云和大地之間的對地放電。 雷電放電分為三個主要方面，即先導(dǎo)放電、主放電和余光放電。第 5 、6 講 《氣隙的擊穿特性》一、 教學(xué)目標(biāo)16. 掌握氣隙的靜態(tài)擊穿電壓和擊穿時間；17. 了解擊穿電壓的概率分布和大氣條件對氣隙擊穿電壓的影響18. 掌握伏秒特性的定義、制定方法和用途；19. 掌握氣隙在不同類型電壓作用下的擊穿特性；20. 掌握提高氣隙擊穿電壓的方法；21. 了解高電氣強度氣體的電氣特性。三、 教學(xué)難點 伏秒特性在絕緣配合中的應(yīng)用；氣隙在不同類型電壓作用下的擊穿特性。但這僅是必要條件，欲使間隙擊穿，還必須使該電壓持續(xù)作用一定的時間。 升壓時間t0 ：電壓從零升到靜態(tài)擊穿電壓U0所需的時間。 統(tǒng)計時延ts ：從電壓達(dá)到U0的瞬時起到氣隙中形成第一個有效電子為止的時間。 放電發(fā)展時間ｔf ：形成第一個有效電子的瞬時起到氣隙完全被擊穿為止的時間。氣體間隙的擊穿電壓和作用電壓種類有關(guān)：216。216。在沖擊電壓下，放電發(fā)展速度就不能忽略不計了。103V／(5180。還是這個間隙，假如電壓上升的陡度為50103V／(5106)s＝1010V/s，則在放電時廷10106s內(nèi)，DU將達(dá)10kV，和50kV相比就不能忽略了。保持標(biāo)準(zhǔn)波形不變，逐級升高電壓。電壓甚高時，放電時間減至很小，擊穿可發(fā)生在被頭。在波頭擊穿時，還以放電時間作為橫坐標(biāo)，但以擊穿時電壓作為縱坐標(biāo)。11) 伏秒特性的用途伏秒特性對于比較不同設(shè)備絕緣的沖擊擊穿特性具有重要意義：17. 氣隙擊穿電壓的概率分布無論何種作用電壓，氣隙的擊穿電壓都有分散性，但分散程度不同。1997規(guī)定：外絕緣的破壞性放電電壓值（氣隙的擊穿和沿絕緣外表面的閃絡(luò)）需進(jìn)行大氣校正，包括：216。 濕度修正系數(shù)kh （53） 實際試驗條件下的放電電壓與標(biāo)準(zhǔn)條件下的放電電壓的轉(zhuǎn)換公式： （54）19. 較均勻電場氣隙的擊穿電壓1) 均勻電場中的擊穿電壓特點 216。 直流、工頻擊穿電壓（峰值）以及50％沖擊擊穿電壓都相同，分散性很小。190。190。216。2) 稍不均勻電場中的擊穿電壓球—球間隙 球—板間隙 圓柱 —板 同軸圓柱間隙 216。 電場不對稱時，有極性效應(yīng)，不很明顯；216。 擊穿電壓和電場均勻程度關(guān)系極大，電場越均勻，同樣間隙距離下的擊穿電壓就越高。 影響擊穿電壓的主要因素是間