电介质的损耗.doc

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1、.第二节电介质的损耗     作用下的能量损耗，由电能转变为其它形式的能，如热能、光能等，统称为介质损耗。它是导致电介质发生热击穿的根源。电介质在单位时间内消耗的能量称为电介质损耗功率，简称电介质损耗。1损耗的形式①电导损耗：在电场作用下，介质中会有泄漏电流流过，引起电导损耗。气体的电导损耗很小，而液体、固体中的电导损耗则与它们的结构有关。非极性的液体电介质、无机晶体和非极性有机电介质的介质损耗主要是电导损耗。而在极性电介质及结构不紧密的离子固体电介质中，则主要由极化损耗和电导损耗组成。它们的介质损耗较大，并在一定温度和频率上出现峰值。电导损耗，实质是相当于交流、直流电流流过

2、电阻做功，故在这两种条件下都有电导损耗。绝缘好时，液、固电介质在工作电压下的电导损耗是很小的，与电导一样，是随温度的增加而急剧增加的。②极化损耗：只有缓慢极化过程才会引起能量损耗，如偶极子的极化损耗。它与温度有关，也与电场的频率有关。极化损耗与温度、电场频率有关。在某种温度或某种频率下，损耗都有最大值。用tgδ来表征电介质在交流电场下的损耗特征。`③游离损耗：气体间隙中的电晕损耗和液、固绝缘体中局部放电引起的功率损耗称为游离损耗。电晕是在空气间隙中或固体绝缘体表面气体的局部放电现象。但这种放电现象不同于液、固体介质内部发生的局部放电。即局部放电是指液、固体绝缘间隙中，导体间的

3、绝缘材料局部形成“桥路”的一种电气放电，这种局部放电可能与导体接触或不接触。这种损耗称为电晕损耗。2介质损耗的表示方法在理想电容器中，电压与电流强度成90o，在真实电介质中，由于GU分量，而不是90o。此时，合成电流为：； 故定义：    ——为复电导率..   ——复介电常数损耗角的定义：只要电导(或损耗)不完全由自由电荷产生，那么电导率σ本身就是一个依赖于频率的复量，故实部ε不是精确地等于ε，虚部也不是精确地等于。复介电常数最普通的表示方式是：ε'、ε''都是领带依赖于频率的量，所以：3介质损耗和频率、温度、湿度的关系1)频率的影响（1）当外加电场频率很低，即ω→0时，介

4、质的各种极化都能跟上外加电场的变化，此时不存在极化损耗，介电常数达最大值。介电损耗主要由漏导引起，PW和频率无关。tgδ=δ/ωε，则当ω→0时，tgδ→∞。随着ω的升高，tgδ减小。（2）当外加电场频率逐渐升高时，松弛极化在某一频率开始跟不上外电场的变化，松弛极化对介电常数的贡献逐渐减小，因而εr随ω升高而减少。在这一频率范围内，由于ωτ＜＜1，故tgδ随ω升高而增大，同时Pw也增大。(3)当ω很高时，εr→ε∞，介电常数仅由位移极化决定，εr趋于最小值。此时由于ωτ＞＞1，此时tgδ随ω升高而减小。ω→∞时，tgδ→0。从图可看出，在ωm下，tgδ达最大值，ωm可由下式求

5、出：tgδ的最大值主要由松弛过程决定。如果介质电导显著变大，则tgδ的最大值变得平坦，最后在很大的电导下，tgδ无最大值，主要表现为电导损耗特征：tgδ与ω成反比，如图2）温度的影响温度对松弛极化产生影响，因而P，ε和tgδ与温度关系很大。松弛极化随温度升高而增加，此时，离子间易发生移动，松弛时间常数τ减小。..（1）当温度很低时,τ较大，由德拜关系式可知，εr较小，tgδ也较小。此时，由于，，，故在此温度范围内，随温度上升，τ减小，εr、tgδ和PW上升。（2）当温度较高时，τ较小，此时，因而在此温度范围内，随温度上升，τ减小，tgδ减小。这时电导上升并不明显，所以PW主要

6、决定于极化过程，PW也随温度上升而减小。由此看出，在某一温度Tm下，PW和tgδ有极大值，如左图。（3）当温度继续升高，达到很大值时，离子热运动能量很大，离子在电场作用下的定向迁移受到热运动的阻碍，因而极化减弱，εr下降。此时电导损耗剧烈上升，tgδ也随温度上升急剧上升。比较不同频率下的tgδ与温度的关系，可以看出，高频下，Tm点向高温方向移动。根据以上分析可以看出，如果介质的贯穿电导很小，则松弛极化介质损耗的特征是：tgδ在与频率、温度的关系曲线中出现极大值。3）湿度的影响介质吸潮后，介电常数会增加，但比电导的增加要慢，由于电导损耗增大以及松驰极化损耗增加，而使tgδ增大。

7、对于极性电介质或多孔材料来说，这种影响特别突出，如，纸内水分含量从4％增加到10％时，其tgδ可增加100倍。4无机介质的损耗1)无机材料还有两种损耗形式：电离损耗和结构损耗。a)电离损耗主要发生在含有气相的材料中。它们在外电场强度超过了气孔内气体电离所需要的电场强度时，由于气体电离而吸收能量，造成损耗，即电离损耗。其损耗功率可以用下式近似计算：式中A为常数，ω为频率，U为外施电压。U0为气体的电离电压。该式只有在U＞U0时才适用，此时，当U>U0，tgδ剧烈增大。..固体电介质内气孔引起的电离损耗，可