液体、固体电介质特性二

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1、高电压技术高电压工程系李黎leeli@mail.hust.edu.cn第7讲液体、固体电介质的绝缘特性（二）2上一讲回顾电介质的极化——εr电子式，离子式——弹性，无能量损耗偶极子式——非弹性，有能量损耗夹层式极化——复合绝缘中空间电荷极化——高频下不存在电介质的电导——电荷在电场下的运动吸收现象——容性电流，电导电流，吸收电流绝缘电阻3液体中极化发展快，吸收电流衰减快电导构成：离子电导、电泳电导非极性电介质的电阻率1018Ω•cm弱极性电介质的电阻率1015Ω•cm极性电介质的电阻率1010Ω•cm

2、~1012Ω•cm，由于损耗太大，实际上不使用强极性如水、乙醇等实际上已是离子性导电液，不能用作绝缘材料离子性电导随温度的升高而增加液体电介质的电导4分成三个区域区域1：液体电介质的电导在电场比较小的情况下，遵循欧姆定律区域2：随着场强的增大，与气体相似，有一平坦区域区域3：场强继续增大超过某一极限——解离、逸出、碰撞电离，最终击穿液体电介质中电压－电流特性5结构紧密，洁净的离子性电介质，电阻率为1017Ω•cm~1019Ω•cm结构不紧密且含单价小离子的离子性电介质的电阻率仅达1013Ω•cm~10

3、14Ω•cm非极性或弱极性介质主要由杂质离子造成电导。纯净介质的电阻率可达1017Ω•cm~1019Ω•cm偶极性电介质，因本身能解离，此外还有杂质离子共同决定电导，故电阻率较小，较佳者可达1015Ω•cm~1016Ω•cm固体介质的电阻率6分三个区域区域1：符合欧姆定律，也称低场强领域区域2：电流随场强非线性增加区域3：出现破坏先导电流区域2、3也称高场强领域。和液体、气体不同，固体中的电压－电流特性没有饱和状态固体电介质的电压－电流特性带电粒子产生：晶格缺陷，解离，泊尔－弗仑开尔效应7固体介质的表

4、面电导固体介质除了体积电阻外，还存在表面电导。干燥清洁的固体介质的表面电导很小，表面电导主要由表面吸附的水分和污物引起。介质吸附水分的能力与自身结构有关，所以介质表面电导也是介质本身固有的性质82.1.3电介质的损耗损耗极化损耗（DC下无）电导损耗（DC、AC都有）9一、介质损耗角正切（tg)：泄漏电流，由电导引起：吸收电流，也叫极化电流，由极化引起：电容电流10介质损耗正切角（tg）－并联等值电路介损：损耗功率：11定义为介质损失角，是功率因数角的余角介质损失角正切值tg，如同r一样，取

5、决于材料的特性，而与材料尺寸无关，可以方便地表示介质的品质12串联等值电路13气体介质的损耗气体介质极化率小，损耗极小（tg<10-8。所以常用气体（如空气，N2；CO2，SF6等）作为标准电容器的介质当外施电压U超过起始放电电压U0时，将发生局部放电，损耗急剧增加二、不同介质的损耗14中性液体、固体电介质中的损耗主要由漏导决定（极化为无损的）介质损耗与温度、电场强度等因素的关系决定于电导与这些因素之间的关系液体和固体电介质中的损耗中性液体或中性固体电介质的tg与温度的关系中性液体或中性固体电介质

6、的tg与电场的关系15极性液体介质中的损耗主要包括电导式损耗和电偶式损托两部分损耗与温度、频率等因素有较复杂的关系中性固体介质如石蜡、聚苯乙烯等，其损耗主要由电导引起，通常很小，在高频下也可使用极性的纤维材料（纸、纤维板等）和含有极性基的有机材料（聚氯乙烯、有机玻璃、酚醛树脂、硬橡胶等），tg值较大，高频下更为严重。与温度、频率的关系与极性液体相似16介质损耗正切角（tg)17三、影响tg的主要因素之一：温度tg和温度的关系t

7、升，极化占主导t>t2:极化减弱，电导上升，电导占主导当f增加时，极化程度降低，因此需要提高温度（减小粘度）才能达到最大值。18不均匀结构的电介质如：电机绝缘中用的云母制品（是云母和纸或布以及环氧树酯所组合的复合介质）和油浸纸、胶纸绝缘等。不均匀结构的电介质的tg取决于其中各成分的性能和数量间的比例峰值可能由纸极化损耗引起峰值可能由复合胶极化损耗引起19影响tg的主要因素之二：频率当频率不太高时，随f增加，偶极子转向加快，损耗增加当频率大过某一值后，偶极子来不及转向，损耗减小tg和频率的关系20

8、影响tg的主要因素之三：外加电压外加电压低，总损耗＝电导损耗＋极化损耗外加电压超过U0时，介质内部开始出现局部放电，消耗电离能总损耗＝电导损耗＋极化损耗＋电离损耗tg和外加电压的关系21四、讨论介质损耗的意义在进行绝缘结构设计时，必须注意绝缘材料的tgδ值，如果过大而引起严重发热，将使材料容易劣化，故尽可能选择tgδ较小的材料。当绝缘受潮或恶化时，tgδ会急剧增大，因此经常监测tgδ值并进行对比，可判断绝缘的状况，及时发现问题。通过测量tgδ－U的关