5 电介质的极化、电导和损耗

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1、第二章介质的极化、电导和损耗(1)液体和固体介质广泛用作电气设备的内绝缘。常用的液体介质：变压器油、电容器油、电缆油常用的固体介质：绝缘纸、纸板、云母、塑料、电瓷、玻璃、硅橡胶电介质分类：按状态分气体、液体和固体三类气体介质广泛用作电气设备的外绝缘；导电性能介电性能电气强度电导率(绝缘电阻率)γ介电常数ε介质损耗角正切tanδ击穿电场强度电介质的电气特性表现在电场作用下的：表征参数：本次课程的目的要求:1、掌握极化、电导(绝缘电阻)的概念2、能说明极化的种类和特点3、能解释吸收现象4、能说明介质电导形成的原因及影

2、响因素2.1电介质的极化一、介质的极化和介电常数1、极化定义电介质在电场作用下，其束缚电荷相应于电场方向产生弹性位移现象和偶极子的取向现象。2、介电常数表示极化强弱的一个物理量。以真空平板电容器为例分析：极化前：极化后：是反映电介质极化特性的一个物理量。与温度有关气体接近于1，因密度小、极化率低；液体和固体多在2～6之间。用于电容器的绝缘材料，希望选用大的介质，可使单位电容的体积和重量减小。其他电气设备中总是选较小的介质，因介质损耗较小。采用较小绝缘材料可减小电缆的充电电流、提高套管的沿面放电电压等。采用组合绝缘

3、时应注意各种材料值之间的配合，在交流电压下，串联多层介质的场强分布与介质的成反比。为保持场强不变，极板上电荷必然会增加，以抵消极化电荷产生的反电场.二、极化种类1、无损极化：①电子式②离子式(1)电子式极化特点：极化时间很短；各种频率下均可发生，与外加频率无关；具有弹性，无损耗；温度影响不大。(2)离子式极化特点：极化时间稍长；与频率无关；弹性极化，无损；温度对极化有影响：温度影响：T↑→转向容易→极化↑；T↑↑→热运动加剧阻碍转向→极化↓(1)偶极子极化（a）无外电场（b）有外电场2、有损极化：①偶极子②夹层极

4、化特点：极化时间较长；非弹性极化；有能耗；频率对极化有影响；(2)夹层极化合闸瞬间：一般介质不均匀，于是要有一电压重新分配过程，亦即C1、C2上电荷重新分配，在此过程中，分界面上将集聚起多余的电荷，从而显出极性来。极化结果：等值电容增大；夹层界面堆积电荷产生极性极化特点：与分子结构无关；极化时间长（G很小）；有能耗，负的温度系数。稳定后：各种极化类型的比较极化类型产生场合极化时间(s)极化原因能量损耗电子式任何电介质10-15束缚电荷的位移无离子式离子式结构电介质10-13离子的相对偏移几乎无偶极子式极性电介质1

5、0-10～10-2偶极子的定向排列有夹层介质界面多层介质交界面10-1～数小时自由电荷的移动有空间电荷电极附近三、电介质极化在工程上的意义1、组合绝缘要注意各种材料值的配合。在交流及冲击电压下，各层电压分布与其成反比，选择使各层介质电场分布较均匀。2、选择设备绝缘材料时，要根据不同目的选择不同的。3、在绝缘预防性试验中，夹层极化现象可用来判断绝缘受潮的情况。电介质的相对介电常数气体：一切气体的都接近1；液体：非极性和弱极性电介质1.8～2.8强极性电介质3～6固体：非极性和弱极性电介质2～2.7强极性电介质3～6

6、离子性电介质5～82.2电介质的电导电介质电导分为离子电导、电子电导2、离子电导：本征离子电导：极性电介质本身离解呈现的电导；杂质离子电导：在中性和弱极性电介质中，主要是杂质离解呈现的电导。电导率表征电介质导电性能的主要物理量，其倒数为电阻率。一、电导的分类1、电子电导：一般很微弱，因为介质中自由电子数极少；如果电子电流较大，则介质已被击穿。3、电泳电导：载流子为带电的分子团，通常是乳化态的胶体粒子（如绝缘油中悬浮胶粒或细小水珠）吸附电荷变成了带电粒子。4、表面电导：对固体介质，由于表面吸附水分和污秽存在表面电导

7、，受外界因素的影响很大。所以，在测量体积电阻率时，应尽量排除表面电导的影响，清除表面污秽、烘干水分、在测量电极上采取一定的措施。二、电介质的泄漏电流和绝缘电阻i=i1+i2+IgI1－充电电流：无损极化对应的纯电容电流，又称快极化电流；Ig－泄漏电流：介质中少量离子或电子移动形成的电流，即电导电流。I2－吸收电流：为有损极化对应的电流(主要为夹层极化)，又称慢极化电流；三、影响电介质电导的因素1、电压（电场强度）：电导电流随电压增大而增大2、杂质：杂质是液体介质中带电质点的重要来源。中性液体离子主要来源于杂质分子

8、的离解；极性液体除杂质外本身分子也易离解，所以同等条件下，其电导率比中性液体要大。（1）液体介质：与此稳定电流值相对应的电阻值称为电介质的绝缘电阻，即（2）固体介质：杂质也是固体电介质体积电导的重要来源，杂质含量增大时，体积电导会明显增大。固体、液体介质的电导率与温度T的关系：式中：A、B为与介质有关的常数，其中固体介质的常数B通常比液体介质的B值大的多。T为绝对温度，单