电介质的极化电导与损耗课件.ppt

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1、第五章电气设备绝缘的预防性试验可分为两类：（1）耐压试验（破坏性试验）：模仿设备绝缘在运行中可能收到的各种电压（包括电压波形、幅值、持续时间等），对绝缘施加与之等价的或更为严峻的电压，从而考验其耐受能力。（可信，有效，但可能导致绝缘损坏。）（2）检查性试验（非破坏性试验）：测定绝缘某些方面的性能，并据此间接地判断绝缘的状况。（一般较低电压，通常不会导致绝缘损坏。）两类试验互为补充，而不能相互代替。应先做检查性试验，再确定耐压试验的时间和条件。液体和固体介质广泛用作电气设备的内绝缘，常用的液体和固体介质为：液体介

2、质：变压器油、电容器油、电缆油固体介质：绝缘纸、纸板、云母、塑料、电瓷、玻璃、硅橡胶电介质的电气特性表现在电场作用下的导电性能介电性能电气强度表征参数：电导率(绝缘电阻率)介电常数介质损耗角正切击穿电场强度第一节液体和固体介质的极化、电导和损耗电介质的极化电介质的电导电介质的损耗一、电介质的极化电介质：不导电的材料称为绝缘材料，也叫做电介质。绝缘的作用：把不同电位的导体分隔开来，不让导体之间有电流流过，以保持它们之间不同的电位。电介质的极化是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

3、取向现象。一般用介电常数ε来表示极化强弱。对于平行平板电容器，极间为真空时：介质极化是造成上述结果的原因：在电极上通上直流电源后，加在当中的固体电介质在电场作用下，按同性相斥、异性相吸规律，电介质的分子结构中的正负电荷会产生位移，向两级分化，因此在介质的表面上出现了与极板极性相反的束缚电荷，介质表面出现了一个与电源极性相反的电场。因为电源电压没有变化，两极板间电场强度维持不变，所以极板向电源再吸收一些电荷，以维持原来的电场强度，这样极板上存储的电荷就增多了。εr是反映电介质极化特性的一个物理量。下面的表3-1列

4、出了常用电介质的εr值（20°C时）可见，气体εr接近于1，液体和固体大多在2～6之间。用于电容器的绝缘材料，显然希望选用εr大的电介质，因为这样可使单位电容的体积减小和重量减轻。其他电气设备中往往希望选用εr较小的电介质，这是因为较大的εr往往和较大的电导率相联系，因而介质损耗也较大。采用εr较小的绝缘材料还可减小电缆的充电电流、提高套管的沿面放电电压等。在高压电气设备中常常将几种绝缘材料组合在一起使用，这时应注意各种材料的εr值之间的配合，因为在工频交流电压和冲击电压下，串联的多层电介质中的电场强度分布与串

5、联各层电介质的εr成反比。最基本的极化型式有电子式极化、离子式极化和偶极子极化等三种，另外还有夹层极化和空间电荷极化等。现简要介绍如下：(一)电子式极化电子式极化存在于一切电介质中，有两个特点：完成极化需要的时间极短（10-15s）；外场消失，整体恢复中性。所以这种极化不产生能量损耗，不会使介质发热。(二)离子式极化固体无机化合物大多属离子式结构，无外电场时，晶体的正、负离子对称排列，各个离子对的偶极矩互相抵消，故平衡极矩为零。在出现外电场后，正、负离子将发生方向相反的偏移，使平均偶极矩不再为零，介质呈现极化。

6、离子式极化的特点：1、离子相对位移有限，外电场消失后即恢复原状；2、所需时间很短（10-13s），其几乎与外电场频率无关。温度对离子式极化的影响：1、离子间的结合力会随温度的升高而减小，从而使极化程度增强；2、离子的密度随温度的升高而减小，使极化程度减弱。通常前一种影响较大，故其εr一般具有正的温度系数。(三)偶极子极化极性电介质：分子具有固有的电矩，即正、负电荷作用中心永不重合，由极性分子组成的电介质称为极性电介质。极性分子不存在外电场时，极性分子的偶极子因热运动而杂乱无序的排列着，如图所示，宏观电矩等于零，

7、因而整个介质对外并不表现出极性。出现外电场后，原先排列杂乱的偶极子将沿电场方向转动，作较有规则的排列，如图所示，因而显示出极性。这种极化称为偶极子极化或转向极化。偶极子极化与频率f的关系：偶极子极化是非弹性的，极化过程需要消耗一定的能量，极化所需的时间也较长，10－10～10－2s，所以极性电介质的值与电源频率有较大关系。频率太高时，偶极子将来不及转动，因而其值变小，如图所示。其中相当于直流电场下的相对介电常数，f>f1以后偶极子将越来越跟不上电场的交变，值不断下降；当f＝f2时，偶极子已完全不跟着电场转动了，

8、这时只存在电子式极化，减小到。偶极子极化与温度t的关系：温度升高时，分子热运动加剧，阻碍极性分子沿电场取向，使极化减弱，所以通常极性气体介质有负的温度系数。对液体和固体介质，温度很低时，分子间联系紧密，偶极子转动比较困难，所以很小。液体、固体介质的在低温下先随温度的升高而增大，以后当热运动变得较强烈时，分子热运动阻碍极性分子沿电场取向，使极化减弱，又开始随着温度的上升而减小。(四)夹层