高电压技术电介质极化与介电常数

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1、电介质的电气性能研究电介质电气性能意义设备绝缘的基础超高压大容量的发展新材料促进了电力工业的进步我国绝缘材料发展的现状加强绝缘材料的研究，促进科技发展电介质电气性能的划分四个电气性能：电介质极化特性、电介质损耗特性、电气传导特性、电气击穿特性介电特性：电气传导特性：如载流子移动、高场强下的电气传导机理等；主要物理量为绝缘电导和泄漏电流电气击穿特性：包括击穿机理、劣化、电压-时间特性曲线（V-t）等；主要物理量为击穿场强电介质极化机理，主要物理量为介电常数ε电介质损耗机理，主要物理量为介损tgδ电介质

2、物质结构的基本形式形成分子和聚集态的各种健离子健共价键分子健电介质的分类：根据化学结构分为3类非极性及弱极性电介质偶极性电介质离子性电介质Na11281离子结构电介质(岩盐)NaCl共价键+中性共价键极性共价键H+=H一、电介质的极化及介电常数极化现象平板真空电容器电容量：插入固体电解质后电容量：相对介电常数：相对介电常数是反映电介质极化程度的物理量—由电介质极化引起的束缚电荷极化概念：电场中有电介质时，由于电场的作用电介质内部发生形变，结果导致电介质内部电荷分布的变化。这个过程称作极化偶极子(di

3、pole)：单位体积电介质在施加电场前内部的电荷是均匀分布的，在电场的作用下这些电荷发生位移，这个单位体积就形成一对偶极子。极化强度：偶极子的扭矩称作极化强度P。极化电荷(polarizationcharge)：ρP是电场作用下电介质内部呈现的电荷密度，称作极化电荷。均匀极化(uniformpolarization)：绝缘体内部任何地方电荷的位移相同时叫做均匀极化。这些电荷由于是极化引起的，不能单独取出来真实电荷：与之相对应，导体中带电的电荷可以自由地取出，称作真实电荷。具备有这种特性的物质称作电介

4、质由P可得每单位体积的电荷量：电介质的极化有五种基本形式：电子位移极化离子位移极化转向极化夹层介质界面极化空间电荷极化一、电子的位移极化当物质原子里的电子轨道受到外电场E的作用时，其负电荷作用中心相对于原子核产生位移，形成电矩，称电子的位移极化。特点：1、电子位移极化存在于一切气体、液体及固体介质中2、具有弹性，当外电场去掉后，依靠正、负电荷间的吸引力，作用中心又马上会重合，对外不显电性3、极化速度快，10--14~10--15秒，在各种频率的交变电场下均能产生，与频率无关4、极化强度与电矩的大小成

5、正比，且随着外电场的增强而增大5、与温度无关6、不引起能量损耗极化机理：二、离子的位移极化在外电场作用下，正、负离子发生偏移，使整个分子呈现极性，正负离子的中心之间产生电矩，称离子的位移极化极化机理：特点：1、有弹性，可恢复2、极化完成时间约为l0-12-10-13s，当交变电场的频率低于红外线光频率，离子的位移极化与频率无关3、极化程度与电场强度成正比4、温度对离子式极化的影响，存在着相反的两种因素；即离子间结合力随温度升高而降低，使极化程度增加；但离子的密度随温度升高而减小，则使极化程度降低。通

6、常前一种因素影响较大5、有极微量的能量损耗三、极性分子的转向极化在外电场作用下，原来杂乱分布的极性分子顺电场方向定向排列，对外显示出极性，称极性分子的转向极化极化机理：(a)无外电场E=0-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+(b)有外电场+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-E+-特点：1、有弹性，可恢复2、与频率有关，极化完成时间约为l0-6-10-2s，甚至更长，有可能跟不上交变电场的变化，使极化率减小3、与外加电场有关，外电场越强，极性分子的转向排列就越整齐，转向极化就越

7、强4、与温度有关，对于极性气体介质：温度高时，分子热运动加剧，妨碍极性分子沿电场方向取向，使极化减弱。对于液体、固体介质：则温度过低时，由于分子间联系紧(例如粘度很大)，分子难以转向．极化较弱。所以极性液体、固体介质在低温下先随温度的升高极化加强，以后当热运动变得较强烈时，极化又随温度上升而减小5、有能量损耗四、夹层极化高电压设备的绝缘由几种不同的材料组成，或介质不均匀，这种情况会出现“夹层介质界面极化”现象。合闸时：稳态时：当：则：存在电压从新分配，电荷在介质空间从新分布，夹层界面有电荷堆积的过程

8、，从而产生电矩极化机理：设：T=0时:T时：整个介质等值电容：增大了特点：1、只在低频下有意义，夹层界面上电荷的堆积是通过介质电导G完成的，其过程很缓慢，它的形成时间从几十分之—秒到儿分钟，甚至有长达几小时的。2、与电场强度和温度有关3、有能量损耗4、出现在电缆、电容器、旋转电机、变压器、互感器、电抗器等复合绝缘中五、空间电荷极化极化机理：正负离子移动介质类型：含离子和杂质离子的介质建立极化时间：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）