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            通過定義講解、理論分析,了解電介質(zhì)損耗及介質(zhì)損失角的基本概念

            來源:北京中航時代儀器設(shè)備有限公司   2024年04月02日 13:10  

            一、電介質(zhì)損耗的基本概念

            1.電介質(zhì)損耗的概念

            從電介質(zhì)的極化和電導(dǎo)的概念可以看出,電介質(zhì)在電壓作用下有能量損耗,稱為介質(zhì)損耗,簡稱介損。介質(zhì)損耗由下列三部分組成:

            (1)電導(dǎo)損耗。它由電導(dǎo)電流(泄漏電流)流過電介質(zhì)產(chǎn)生。電導(dǎo)損耗在交流電壓和直流電壓作用下均存在。

            (2)極化損耗。它由極性電介質(zhì)中的偶極子式極化和多層電介質(zhì)的夾層極化引起的損耗。極化損耗只在交流電壓作用下才存在。

            (3)游離損耗。它是由液體及固體介質(zhì)中的局部放電引起的損耗。游離損耗只在外施電壓超過一定值時才會出現(xiàn),并且隨電壓開高而急劇增加。游離損耗在交流電壓和直流電壓作用下均會出現(xiàn)。

            當(dāng)外加電壓低于發(fā)生局部放所需的電壓時,在直流電壓作用下,因介質(zhì)中沒有周期性的極化過程,所以介質(zhì)中只有電導(dǎo)損耗:在交流電壓作用下,介質(zhì)損耗包括電導(dǎo)損耗以及周期性極化引起的能量損耗。

            中航時代ZJD-87 (2)_副本.jpg


            2.電介質(zhì)的等值電路

            電介質(zhì)的等值電路如圖TYBZ01401003-1所示,該等值電路適用于直流電壓和交流電壓、中路中C0支路表示介質(zhì)無能量損耗的極化,支路中流過的電流ic稱為電容電流:rg支路表示電導(dǎo)引起的損耗,支路中流過的電流ig稱為電導(dǎo)電流或泄漏電流;ra—Ca支圖表示有能量損耗的極化,支路中流過的電流ia稱為吸收電流。并聯(lián)等值電路如圖TYBZ01401003-2所示或串聯(lián)等值電路如圖TYBZ01401003-3所示。

            需要指出的是:等值電路只有計算上的意義,并不反映介質(zhì)損耗的物理意義。

            3.介質(zhì)損耗角正切值tanδ

            以并聯(lián)等值電路為例。當(dāng)給電介質(zhì)兩端施加交流電壓時,流過介質(zhì)的電流包含有功分量IR和無功分量IC。把功率因數(shù)角φ的余角δ稱為介質(zhì)損失角,則tanδ=IR/IC=1/ωCR。介質(zhì)上所加電壓與流過介質(zhì)電流的相量關(guān)系如圖TYBZ01401003-2所示,則介質(zhì)損耗P為

            P=U IR =U IC tanδ=U2ωCptanδ     (TYBZ01401003-1)

            從式(TYBZ01401003-1)可知,P值與試驗電壓、試品電容量及電源頻率有關(guān),不同試品間難以比較。如果外施電壓和電源頻率不變,則介質(zhì)損耗tanδ成正比,所以通常用介質(zhì)損失角正切值tanδ來表示介質(zhì)在交流電壓作用下的損耗。tanδ僅與介質(zhì)本身的特性有關(guān),與被試品的幾何尺寸無關(guān),當(dāng)絕緣受潮或絕緣中有大量氣泡、雜質(zhì)的情況下,tanδ會增大。故對同類型被試品絕緣的優(yōu)劣,可以通過tanδ值的大小來判斷。

            需要說明的是介質(zhì)損失角正切值tanδ即可反映介質(zhì)本身的絕緣狀況,同時介質(zhì)損耗本身也是導(dǎo)致絕緣老化和損壞的一個原因,因為介質(zhì)損耗將引起絕緣內(nèi)部發(fā)熱,溫度開高,從而使泄漏電流增大和有損極化加劇,導(dǎo)致介質(zhì)損耗更大。所以,對于運行中的電氣設(shè)備,應(yīng)監(jiān)測其介質(zhì)損耗的變化趨勢,這對判斷設(shè)備絕緣的品質(zhì)具有重要意義。

            二、影響介質(zhì)損失角正切值tanδ的因素

            影響tanδ值的素主要有頻率、溫度和電壓。

            (1)頻率對tanδ的影響很大,在進行試驗時,電源頻率變化很微小,可認(rèn)為頻率對tanδ沒有影響。

            (2)溫度對tanδ的影響與介質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)。中性或弱極性電介質(zhì)的損耗主要是電導(dǎo)損耗,損耗較小,當(dāng)溫度升高時,tanδ增大。極性電介質(zhì)的tanδ與溫度的關(guān)系如圖TYBZ01401003-4所示。

            image.png 

            (3)電壓較低(場強較小)時,tanδ電壓關(guān)當(dāng)介質(zhì)中含有氣泡時,外施電壓升高到氣泡的起始游離電壓后,將發(fā)生局部放電,tanδ值將隨的升高明顯增大。所以在較高電壓下測量tanδ,可以檢查介質(zhì)中是否含有氣隙,也可以發(fā)現(xiàn)介質(zhì)老化分層、龜裂等缺陷。

            三、電介質(zhì)的介質(zhì)損耗

            1.氣體電介質(zhì)中的損耗

            當(dāng)外施電壓小于氣體發(fā)生碰撞游離所需的電壓時,氣體中的損耗主要是電導(dǎo)損耗,損耗極小,可忽略不計。所以常用氣體作為標(biāo)準(zhǔn)電容器的介質(zhì)。當(dāng)外施電壓超過起始游離電壓U0 

            時,損耗隨電壓的升高急劇增大。如圖TYBZ01401003-5所示。

            image.png 

            2.液體電介質(zhì)中的損耗

            中性或弱極性液體電介質(zhì)的損耗主要是電導(dǎo)損耗,損耗較小,tanδ與溫度及電場的關(guān)系和電導(dǎo)相似:溫度升高,tanδ增大。電場強度小于某定值時, tanδ接近為一常數(shù),電場強度超過某定值時,tanδ隨電場強度的增大而增大。極性液休電介質(zhì)的tanδ與溫度的關(guān)系如圖TYBZ01401003-4所示。

            3.固體電介質(zhì)中的損耗

            固體電介質(zhì)通常分為分子式結(jié)構(gòu)介質(zhì)、離子式結(jié)構(gòu)介質(zhì)、不均勻結(jié)構(gòu)介質(zhì)。分子結(jié)構(gòu)中的中性電介質(zhì)如石蠟、聚乙烯等,以及離子結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)如云母等,其損耗主要由電導(dǎo)引起,因其電導(dǎo)很小,所以介質(zhì)損耗也很小。分子結(jié)構(gòu)中的極性電介質(zhì),如纖維、有機玻璃等,介質(zhì)損耗較大,高頻下更嚴(yán)重。其值與溫度的關(guān)系同極性液體介質(zhì)。

            不均勻結(jié)構(gòu)的介質(zhì),其損耗的大小取決于其中各成分的性能及數(shù)量間的比例。

            四、介質(zhì)損耗在工程實際中的意義

            (1)選擇絕緣材料tanδ過大會引起介質(zhì)嚴(yán)重發(fā)熱,加速絕緣劣化。

            (2)在電氣設(shè)備絕緣預(yù)防性試驗中,tanδ值的測量是基本的試驗項目,可根據(jù)tanδ值的變化判斷電氣設(shè)備的絕緣品質(zhì)。通過測量tanδU的關(guān)系曲線還可判斷絕緣內(nèi)都是否發(fā)生局部放電。


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