液体和固体介质的电气特性ppt课件.ppt

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1、第三章液体和固体介质的电气特性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（介电常数和介质损耗正切）电气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取向现象。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

2、。介电常数来表示极化强弱。对于平行平板电容器，极间为真空时：放置固体介质时,电容量将增大为：相对介电常数：ε0--真空的介电常数ε---介质的介电常数εr---介质的相对介电常数A---极板面积，cm2d---极间距离，cm电容量增大的原因在于电介质的极化现象。是由电介质极化引起的束缚电荷。εr是反映电介质极化特性的一个物理量。气体εr接近于1，液体和固体大多在2～6之间。电介质的极化有五种基本形式：电子式极化离子式极化偶极子（转向)极化夹层极化空间电荷极化（一）电子式极化在外电场的作用下介质原子中的电子运动轨迹将相对于原子核发生弹性位移，正负电荷作用中心不

3、再重合而出现感应偶极矩极化机理：电子运动轨道偏离原子核介质类型：所有介质建立极化时间：极短，约10-15s极化程度影响因素：电场强度（有关）电源频率（无关）温度（无关）极化弹性：弹性；消耗能量：无（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。极化机理：正负离子的相对偏移介质类型：离子式结构电介质建立极化时间：极短，约10-13s极化程度影响因素：电场强度（有关）电源频率（无关）温度（随温度升高

4、而增加）离子的结合力随温度升高而减小，使极化程度增强；离子的密度随温度的升高而减小，使极化程度减弱极化弹性：弹性；消耗能量：无（三）偶极子极化（转向极化）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，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。极化机理：偶极子的定向排列介质类型：极性电介质建立极化

5、时间：需时较长，10-10~10-2s极化程度影响因素：电场强度（有关）电源频率（有关）温度（温度较高时降低，低温段随温度增加，即先增后降）极化弹性：非弹性；消耗能量：有偶极子极化与电源频率f的关系：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，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

6、，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）夹层极化夹层介质界面极化概念：合闸瞬间两层介质的电压比由电容决定。稳态时分压比由电导决定。在电压重新分配的过程中，夹层界面上会积聚起一些电荷，使整个介质的等值电容增大，这种极化称为夹层介质界面极化。当t=0:当t∞:如果则双层介质的表面电荷不重新分配。但实际上很难满足上述条件，电荷要重新分配，这样在两层介介质的交界面处会积累电荷，这种极化形式称夹层介

7、质界面极化。极化机理：自由电荷的移动。夹层极化所引起的电荷积聚过程中所形成的电流称为吸收电流。这种极化形式存在于不均匀夹层介质中，伴随有能量损失，夹层界面上电荷的堆积是通过介质电导G完成的，高压绝缘介质的电导通常都很小，极化建立需时很长，一般需要几分之一秒、几秒、几分钟、甚至几小时，这种性质的极化只有在直流和低频时才有意义。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10-10～10-2偶极子的定向排列有夹层介质界面多层介质交界

8、面10-1～数小时自由电荷的移动有空间电荷电极附近二