介质的损耗与击穿ppt课件.ppt

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1、电子位移极化——ElectronicPolarization在外电场作用下，原子外围的电子云相对于原子核发生位移形成的极化叫电子位移极化。三、介质的极化极化建立时间约为10-14～10-16秒。通常不以热的形式耗散能量，不导致介电损耗。离子位移极化——IonicPolarization电介质中的正负离子在电场作用下发生可逆的弹性位移。正离子沿电场方向移动，负离子沿反电场方向移动。由此形成的极化称为离子位移极化。离子在电场作用下偏移平衡位置的移动相当于形成一个感生偶极矩。离子位移极化所需时间大约为10-12～10-13秒。不以热的形式耗散能量，不导致介电损耗。偶极转向极化——

2、Orientational(Dipolar)Polarization转向极化主要发生在极性分子介质中。具有恒定偶极矩μ的分子称为极性分子。偶极转向极化——Orientational(Dipolar)Polarization转向极化主要发生在极性分子介质中。具有恒定偶极矩μ的分子称为极性分子。在无外加电场时，这些极性分子的取向在各个方向的几率是相等的，因此就介质整体来看，偶极矩等于零。当极性分子受到外电场作用时，偶极子发生转向，趋于和外加电场方向一致。所以介质整体出现宏观偶极矩。这种极化现象称为偶极子转向极化。空间电荷极化1.空间电荷极化：在电场作用下，不均匀介质内部的正、负

3、离子分别向负、正极移动，引起介质内各点离子的密度发生变化，即出现电偶极矩。这种极化即称为空间电荷极化。在电极附近积聚的电荷就是空间电荷。空间电荷极化常发生在不均匀介质中。4损耗的形式介质损耗的表示方法介质损耗和频率、温度的关系无机介质的损耗介质损耗介质损耗定义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。或：电场作用下的能量损耗，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。6介质损耗损耗的形式介质损耗电导损耗：在电场作用下，介质中会有泄漏电流流过，引起电导损耗。实质是相当于交流、直流电流流过电阻做功，故在这两种

4、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，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。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。介质损耗的表示当容量为C0=0S/d的平板电容器上加一交变电压U=U0eiwt。则：1、电容器极板间为真空介质时，电容上的电流为：2、电容器极板间为非极性绝缘材料时，电容上的电流为：与外电压相差90o的相位但与外电压仍相差90°相位。没有损耗。介质损耗的表示3、电容器极板间为弱导电性或极性，电容上的电流为：G是由自由电荷产生的纯电导，G=S/d，C=S

5、/d——位移电流密度——传导电流密度如果电荷的运动是自由的，则G实际上与外电压额率无关；如果这些电荷是被符号相反的电荷所束缚，如振动偶极子的情况，G为频率的函数。介质损耗的表示实际为：介质弛豫和德拜方程1）介质弛豫：在外电场施加或移去后，系统逐渐达到平衡状态的过程叫介质弛豫。介质在交变电场中通常发生弛豫现象，极化的弛豫。在介质上加一电场，由于极化过程不是瞬时的，极化包括两项：P(t)=P0+P1(t)11介质的弛豫过程P0代表瞬时建立的极化(位移极化)，P1代表松弛极化P1(t)渐渐达到一稳定值。这一滞后通常是由偶极子极化和空间电荷极化所致。当时间足够长时，P1(t)→P1

6、∞，而总极化P(t)→P∞。2）德拜(Debye)方程频率对在电介质中不同的驰豫现象有关键性的影响。设低频或静态时的相对介电常数为ε(0)，称为静态相对介电常数；当频率ω→∞时，相对介电常数εr’→ε∞（ε∞代表光频相对介电常数）。则复介电常数为：可分为实部和虚部，即：这三式称为德拜方程，它描述了介电常数与频率ω的关系。影响介质损耗的因素1、频率的影响εr，tgδ，p与ω的关系ω→0时，此时不存在极化损耗,主要由电导损耗引起。tgδ=δ/ωε，则当ω→0时，tgδ→∞。随着ω升高，tgδ↓。随ω↑，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，

7、因而εr随ω↑而↓。在这一频率范围内，由于ωτ<<1，故tgδ随ω↑而↑。影响介质损耗的因素1、频率的影响εr，tgδ，p与ω的关系当ω很高时，εr→ε∞，介电常数仅由位移极化决定，εr趋于最小值。由于ωτ>>1，此时tgδ随ω↑而↓。ω→∞时，tgδ→0。tgδ达最大值时ωm的值由下式求出:影响介质损耗的因素不同电导的介质tgδ与ω的关系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1、频率的影响2、温度