第一章电介质的极化电导和损耗.ppt

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1、1.1电介质的极化1.2电介质的介电常数1.3电介质的电导1.4电介质的能量损耗第一章电介质的极化、电导和损耗电介质的基本认识电工认为电阻率超过10欧/厘米的物质便归于电介质，其电阻率一般都很高，作为电气绝缘材料使用，故电介质亦称为电绝缘材料。电介质的带电粒子是被原子、分子的内力或分子间的力紧密束缚着，不能自由移动。在外电场作用下，被束缚电荷在微观范围内产生移动。在静电场中，电介质内部可以存在电场，这是电介质与导体的基本区别。电工中常用电介质气体电介质：空气、氢气、六氟化硫(SF6)液体电介质：变压器油、石油、纯水固体电介质：云母、瓷、橡胶、纸、聚苯乙烯1.1

2、电介质的极化1.1电介质的极化中性分子：对外不显电性。（云母、陶瓷、玻璃等）极性分子：单个分子对外显电性，整体对外不显电性。（变压器油、松香、橡胶、胶木、聚氯乙烯、纤维素等）1.1电介质的极化电子位移极化：无损，完成时间10-14～10-15s1.1电介质的极化离子位移极化：几乎无损，完成时间10-12～10-13s1.1电介质的极化转向极化：有损，完成时间10-6～10-2s或更长，外电场越强，极性分子的转向定向就越充分，转向极化就越强1.1电介质的极化绝缘：耐火绝缘带+玻璃纤维编织+氟金云母带层式绝缘结构空间电荷极化由带电质点的移动引起带电质点移动后堆积在

3、夹层界面上由于高压绝缘介质的电导通常都很小，所以极化过程缓慢，数秒～数小时（直流或低频交流时发生）伴有能量损耗1.1电介质的极化空间电荷极化（夹层极化）分析当t=0:当t=∞:1.1电介质的极化刚开始加压时，各层介质的极化程度不一样，各层电介质中极化产生的电荷量也不一样，于是分界面显示出电的极性来，称为夹层极化。极化结束后，电荷要重新分配，就在两层介质的交界面形成一定的吸收电流。这种过程非常缓慢，在去掉电压后介质内部的吸收电荷要释放出来也非常缓慢。对于使用过的大电容设备，应将两极短接，彻底放电，以免过一定时间后吸收电荷陆续释放出来危及人生安全（1）是束缚电荷而

4、不是自由电子。（2）是有限位移而不是电荷流通，不产生电流。（3）内部电荷的总和仍为零，但由于外电场的作用对外显现电场力。空间电荷极化（夹层极化）分析注意问题：1.1小结极化：在电场的作用下，电介质相对电极两面呈现电性的现象。极化类型极化机理极化速度有无能量损耗电子位移极化带电质点的位移10-14～10-15s与可见光周期相近无离子位移极化10-12～10-13s低于红外光频率极微量转向极化带电质点的转向10-6～10-2s有空间电荷极化带电质点的移动缓慢有1.2电介质的介电常数-+----+++++----++++-E++--反映极板间加入电介质后相对于真空的

5、感应电荷或电容量变化的倍数。相对介电常数介电常数：表征电介质在电场的作用下的极化程度。1.2电介质的介电常数介电常数在工程应用中的意义介电常数越大，电介质极化作用越强，须根据需要合理选用。电容器：介质介电常数大，可以减小电容器单位容量的体积和重量电力电缆：介电常数需小，否则工作时的充电电流和极化损耗会大几种串联电介质组合在一起使用时，有即场强分布与介电常数成反比，此时要合理布置绝缘层，使电场分布均匀。通过测量介电常数可以判断电介质是否受潮或所含气体的多少，当电介质受潮及老化分解气体时，介电常数会明显增大。1.2电介质的介电常数气体介质的相对介电常数所有气体的相

6、对介电常数都接近1相对介电常数均随温度的升高而减小，随压力的增大而增大，但影响程度都很小。1.2电介质的介电常数液体介质的相对介电常数中性液体介质(石油、苯、四氯化碳、硅油)相对介电常数一般在1.8～2.8之间极性液体介质介电常数与温度的关系低温时，分子间的黏附力强，转向较难，转向极化对的贡献较小；温度升高，分子间的黏附力减弱，转向极化对的贡献较大，随之增大；温度进一步升高，分子热运动加强，对极性分子定向排列的干扰也随之增强，阻碍转向极化的完成，反而减小。1.2电介质的介电常数极性液体介质介电常数与电场频率的关系影响很大低频时，偶极分子来得及跟随电场交变转向，

7、介电常数较大，接近于直流电压下的；频率超过f0时，极性分子转向跟不上电场的变化，开始减小；随着频率的增高，介电常数最终接近于仅有电子位移极化所引起的介电常数值。ⅠⅡⅢ1.2电介质的介电常数固体介质的相对介电常数中性或弱极性固体介质只具有电子式极化和离子式极化，介电常数较小例：石蜡、硫磺、聚乙烯云母、石棉、无机玻璃等1.2电介质的介电常数极性固体介质相对介电常数都较大，一般为3-6与温度和频率的关系类似极性液体所呈现的规律。例：树脂、纤维、橡胶、虫胶、有机玻璃等1.2电介质的介电常数常用电介质的介电常数材料类别名称εr（工频，20℃）气体介质空气（标准大气条件）

8、1.00059液体介质弱极性变压器油硅