2 电介质的极化、电导和损耗

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1、高电压技术李卫国80798486，60105052lwglixi@tom.com第一章电介质的极化、电导和损耗1-1电介质极化电介质的极化有4种基本形式：电子位移极化离子位移极化转向极化空间电荷极化(夹层介质界面极化)2极化机理：电子偏离轨道介质类型：所有介质建立极化时间：极短，10-1410-15s极化程度影响因素：电场强度（有关）电源频率（无关）温度（无关）极化弹性：弹性消耗能量：无一、电子位移极化3极化机理：正负离子位移介质类型：离子性介质建立极化时间：极短，10-12~10-13s极化程

2、度影响因素：电场强度（有关）电源频率（无关）温度（随温度升高而增加）极化弹性：弹性消耗能量：无二、离子位移极化4三、转向极化（偶极弛豫极化）极化机理：极性分子转向介质类型：偶极性及有离子弛豫性极化的离子性介质建立极化时间：需时较长，10-610-2s极化程度影响因素：电场强度（有关）电源频率（有关）温度（温度较高时降低，低温段随温度增加）极化弹性：非弹性消耗能量：有5四、空间电荷极化（夹层介质界面极化）夹层介质界面极化概念：当t=0:当t=∞:6一般有电荷重新分配，在两层介质的交界面处有积累电荷，这

3、种极化形式称夹层介质界面极化。夹层界面上电荷的堆积是通过介质电导G完成的，高压绝缘介质的电导通常都很小，这种性质的极化只有在低频时才有意义7极化机理：带电质点移动介质类型：不均匀（或夹层）介质中建立极化时间：很长极化程度影响因素：电场强度（有关）电源频率（低频下存在）温度（有关）极化弹性：非弹性消耗能量：有81-2电介质的介电常数一、介电常数及其物理意义真空中的介电常数0相对介电常数r介电常数=0r介电常数是反映电介质极化程度的物理量，介电常数越大，极化出的电荷越多。在多层介质中，不同的介电

4、常数会影响电场分布。9气体分子间的距离很大，密度很小，气体的极化率很小，一切气体的相对介电常数都接近1气体的介电常数随温度的升高略有减小，随压力的增大略有增加，但变化很小二、气体电介质的相对介电常数10气体种类相对介电常数氦1.000072氢1.000027氧1.00055氮1.00060甲烷1.00095二氧化碳1.00096乙烯1.00138空气1.00059部分气体的相对介电常数（环境条件20℃,1atm）11(1)中性电介质：如石油、苯、四氯化碳、硅油等r数值不大，在1.82.5范围内。(

5、2)极性电介质：如蓖麻油、氯化联苯等r数值在26范围内。(3)强极性电介质：如酒精、水等r>10，此类液体电介质用作电容器浸渍剂，可使电容器的比电容增大，但通常损耗都较大三、液体电介质的介电常数12根据转向极化的特点，对介电常数随温度及频率变化的趋势作出解释：（1）T不变时f增大，r减小（2）f不变时T升高，r先增后减频率f1f2f3(4)介电常数同温度和频率的关系（氯化联苯）13（1）中性固体电介质：聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、石蜡、石棉、无机玻璃等都属此类电介质，只有电子式

6、极化和离子式极化形式，r不大，通常在2.02.7范围。陶瓷，云母等晶体型离子结构的中性电介质，相对介电常数r一般在5~8左右。（2）极性固体电介质：树脂、纤维、橡胶、虫胶、有机玻璃、聚氯乙烯和涤纶等。r较大，一般为3~6，还可能更大。r和T及f的关系和极性液体的相似四、固体电介质的介电常数1415五、讨论极化的意义1.选择绝缘在实际选择绝缘时，除了考虑电气强度外，还应考虑介电常数r选择用于电容器中的绝缘材料时，若追求同体积条件有较大电容量，要选择r较大的介质，这样，电容器单位容量的体积和

7、重量就可以减小。选择时要注意电气强度，对于电缆，为减小电容电流，要选择r较小的介质又如电机定子线圈出槽口和套管等情况，如果固体绝缘材料的r减小，则交流下沿面放电电压可以提高。162.多层介质的合理配合对于多层介质，在交流及冲击电压下，各层电压分布与其r成反比，要注意选择r，使各层介质的电场分布较均匀，从而达到绝缘的合理应用3.材料的介质损耗与极化类型有关，而介质损耗是影响绝缘劣化和热击穿的一个重要因素。4.夹层介质界面极化现象在绝缘预防性试验中可用来判断绝缘受潮情况。在使用电容器等电容量很大的

8、设备时，必须特别注意吸收电荷可能对人身安全造成的威胁。17平行平板电极间距离为2cm，在电极上施加55kV的工频电压时未发生间隙击穿，当板电极间放入一厚为1cm的聚乙烯板(r=2.3)时，问此时是否会发生间隙击穿现象？为什么？并请计算插入聚乙烯板前后的各介质中的电场分布。电介质极化应用实例一18解：(1)插入前：Ea=V0/d=55/2=27.5kV/cm(2)插入后：Vs/Va=a/s，得Va=2.3VsV0=Vs+Va=3.3VsVs=V0/3